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Verfahren zum Reinigen von Rauchgasen
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von bei der Kohleverfeuerung
anfallenden, mit Flugstaub und chwefeloxiden verunreinigten Rauchgasen, bei dem
die Schwefeloxide mittels einer wässrigen Waschflüssigkeit aus dem Rauchgas ausgewaschen
und durch Reaktion mit einem in der Waschflüssigkeit vorhandenen Fällungsmittel
aus dieser ausgefällt werden.
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Bei der Verfeuerung von Stein- oder Braunkohle, beispielsweise in
Kohlekraftwerken, fallen Rauchgase an, welche neben erheblichen Mengen Flugstaub
weitere flüchtige Schadstoffe, insbesondere Schwefelverbindungen, enthalten. Sowohl
die Staub- als auch die Schadstoffemission führt zu einer starken Belastung der
Umwelt.
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In den meisten Kohlekraftwerken erfolgt die Beseitigung der Stnubemissionon
durch Einschaltung von Elektrofiltern in den Rauchgasstrom, durch welche auf elektrostutischem
Wege der Flugstaub aus dem Rauchgas abgetrennt wird.
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Zur Abtrennung der umweltschädlichen Schwefeloxide, insbesondere den
Sciwefeldioxids aus dem Rauchgas sind sogenannte Naßentschwefelungsverfahren bekannt
geworden. Bei diesen Verfahren werden die Rauchgase zunächst in Stoffaustausch mit
einer wässrigen iJaschflü3sigkeit gebracht, welche die Schwefelverbindungen absorbiert.
Innerhalb der Lösung bilden sich Sulfit- bzw. Sulfationen, die in einem weiteren
Schritt durch Reaktion mit einem Fällungsmittel, beispielsweise Calciumoxid in Form
von Calciumsulfit bzw. Calciumsulfat ausgefällt und nunmeior aus der Waschfliissiqkeit
abgetrennt werden.
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Sowohl die Verringerung der Staubemission durch die Verwendung von
Flektrofiltern als auch die Verringerung der Schwefelemission durch sogenannte Na(3entschwefelungsverfahren
ist mit erheblichen Nachteilen belastet: Einmal sind die Investitions- und Energiekosten
zur Errichtung und zum Betrieb der Elektrofilter hoch und zum anderen ist die Zurverfügungstellung
größerer Mengen Fällungsmittel zum Ausfällen der Schwefelverbindungen aus der Waschflüssigkeit
mit erheblichen Kosten verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches
Verfahren zur Verringerung sowohl der Stauhals auch der Schwefel emission bei Kohlestaubfeuerungen
zu entwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch qelöat, dafi als Fällungsmittel
der im Rauchgas enthaltene Flugstaub verwendet wird.
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Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, daß Flugstäube von
Stein- und Braunkohlefeuerungen alkalisch reagieren.
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Dies ist vornehmlich auf den Calciomoxidgchalt des F lugstaubs zurückzuführen.
Somit eignet sich der Flugstaub aber, wie erfindungsgemäß erkannt wtlrde, in hervorragender
Weise als Fällungsmittel für die Ausfällung der Sulfit - b/w. Sulfation aus der
Waschflüssigkeit. Es hat eich z. B. gezeigt, daß etwa 1 kg Flugstaub aus der Verfeuerung
von Steinkohle in der Lage ist, etwa 25 - 30 9 Schwefeldioxid zu neutralisieren.
bei der Verfeuerung von Braunkohle erhöht sich dieser Wert sogar 10 noch bis um
das Vierfache. Anders ausgedrückt ei ßt das, daß hei der Staubverfeuerung von beispielsweise
bundesdeutscher Steinkohle mit 1,2 oú Schwefel je % Asche (wasserfrei) bereits 1,2
% des anfallenden Schwefeldioxid neutralisiert werden können.
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Bei der Verfeuerung von Ballastkohlen mit beispielsweise 35 % Asche
können demzufolge bereits über 40 % des anfallenden Schwefeldioxids neutralisiert
werden, wobei die Reaktionszeit temperaturabhängig ist. Es liegt auf der Hand, daß
bei der Verfeuerung von Rraunkohlen mit höherem Calciumoxidanteilen diese Verhältnisse
noch günstiger liegen, so daß im günstigsten Fall das Neutralisationsvermögen des
Flugstaubes sogar ausreicht, die gesamten Schwefeloxide im Rauchgas zu neutralisieren.
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Gemäß der Erfindung wird demzufolge der Flugstaub nicht mittels Elektrofilter
aus dem Rauchgas abgetrenri t , sondern zusammen mit den Schwefeloxiden der Wäsche
zugeführt. Dadurch klinken erbeb0 -liche Investitions- und Energiekosten für die
Elekirofilter eingespart worden. Da der Flugstaub darüberhinaus aber auch als Fällungsmittel
für die Schwefelverbindungen in der Waschflässigkeit verwendet wird, können je nach
dem Calciumox i dgehalt 1 L tlor vorfeuerten Kohle auch erhebliche Mengen an teuren
Fällungsmitteln eingespart werden. Lediglich die überschässigen, aicht vom Flugstaub
gebundenen Sulfit- bzw. Sulfationen sind mit einen weiteren Fällungsmittel, wie
beispielsweise Calciumhydroxid, aus der Waschflüssigkeit auszufällen.
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Besonders vorteilhaft, da Kosten sparend, erweist es sich, wenn nach
einem urciteren Morkmal der Erfindung als weiteres Fällungsmittel auf einer Deponie
vorhandene Steinkohle- oder Braunkohleasche verwendet wird. Solchc Deponien sind
in der näheren Umgebung von Kohlekraftwerken fast immer vorhanden, so daß die Bereitstellung
des weiteren Fällungsmittels nahezu Keine zusätzlichen Kosten verursacht.
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Es hat. sich gezeigt, daß der Nrutralisationsprezeß des Flugstanbes,
d. h. die Fällungsreaktion, weitgebend irreversibel ist, mit der Folge, daß der
zur Fällung der Schwefelverbindung verwendete @ lugstanb gefahrlos, d. h. ohne Beeinträchtigung
des Grundwassers, drponiert werden können. Eine Weiterverarbeitung als XZusatzstoff
zur Stein- und Betonherstellung ist aber auch möglich, zumal eine gewisse Verwandtschaft
zum Sulfatzement besteht.
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Weitere Erläuterungen der Erfindung sind dem in der Figur schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
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Gemäß der Figur wird ungereinigtes, d. h. mit Flugstaub und Schwefeloxiden,
insbesondere Schwefeldioxid, belastetes Rauchgas eines Kohlekraftwerkes unter einer
Temperatur von etwa 120 bis 160 D C C über eine Leitung 1 einer Anlage zum Reinigen
des rauchgases zugeführt. Die Reinigung erfolgt durch Stoffaustausch mit Wasser
als Absorbtionsmittel in drei in Reihe geschalteten Waschstufen, nämlich der Vorreinigungsstufe
2, der Mittelreinigungsstufe 3 und der Nachreinigungsstufe 4. Das von Flugstaub
und Schwefeloxiden befreite Rauchgas wird mittels eines Saugzuge 5 im wasserdampfgeaättigten
Zustand aus der Nachre inigungsstu fe 4 abgezogen und über eine Leitung 6 bei etwa
Umgebungstemperatur aus der Anlage abgeführt.
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Das in der Vorreinigungsstufe 2 anfall ende Sumpfprodukt, welcher;
neben dem größten Teil der; im Rauchgas enthaltellen Flugstaubs die Schwefeloxide
in Form von Sulfit bzw. Sulfationen enthiilt, wird über eine Leitung 7 einem Sinkabscheider
P 4 zugeleitet.
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In diesem reagiert der Flugstaub entsprechend seinem Neutralisationsvermögen
(Calciumoxidgchalt) mit den Sulfit- bzw. Sulfationen unter Bldung von Calciumsulfit
bzw. Calciumsulfat. Die Verweilzeit der Waschflüssigkeit im Sinkabscheider 8 beträgt
etwa 4 Stunden. Der nach dieser Verweilzeit unter flindung des größten Teiles des
Sulfit- bzw. Sulfationen vollständig neutralisierte Flugstaub wird über eine Leitung
9 einer Filterpresse 10 zugeführt, in dieser vom Wasser befreit und daraufhin über
eine Austragseinrichtung 11 zur weiteren Verwendung aus der Anlage abgezogen.
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In den Fällen, in denen das Neutralisationsuermögen des Flugstaubes
zur Bindung der gesamten im Waschwasser enthaltenen Sulfit- bzw. Sulfationen ausreicht,
wird der Überlauf aus dem Sinkabscheider 8 zusammen mit dem in der Filterpresse
10 anfallenden Wasser über Leitunqen 12 bzw. 13, das genffnete Ventil 14 und Leitungen
15 und 16 unmittelbar erneut in die Vorreinigungsstufe 2 zurückgeführt.
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Falla jedoch nach der nautralisation des Flugstaubes im Sinkabscheider
8 noch ein Rest von Sulfit- bzw. Sulfationen Im Waschwasser vorhanden ist, wird
das Überlaufwasser aus dem Sinkabscheider 8 einer weiteren Bchandlung zur Ausfällung
der restlichen Sulfit- bzw. Sulfationen unterzogen. hierzu wird über das jetzt geöffnete
Ventil 17 zumindest ein Teil des Überlaufwassers zunächst einem Oxidationsbehälter
18 zugeführt.
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In diesem werden durch Reaktion mit Luftsauerstoff - die Frischluft
wird dem Oxidationst)ehälter über eine Leitung 19 zugeführt und die Ablufl über
eine Leitung 20 wieder abgezegen -die Sulfitionen zunächst zu Sulfationen aufexidiert.
Daraufhin wird das Waschwasser aus dem Dxidationsbehälter über eine Leitung 21 einem
weiteren Sinkabscheider 22 zugeführt, in dem durch Zugabe von kalkmilch über eine
Leitung 23 die Sulfationen in Form von Caleiumaulfat ausgefällt werden. Das Calciumsulfat
wird mittets einer Filterpresese 24 abfiltriert und zur weilteren Verwendung, beispielsweise
zur Gipserzeugung, über eine Austragseinrichtung 25 aus der Anlage abgezogen. Das
in der Filterpresse anfall ende Wasser wird durch eine Leitung 26 in den Sinkabscheider
22 zurückgefördert. Das weitgehend ausreagierte Wasser vom Sinkabscheider 22 fließt
nunmehr in einen weiteren Sinkabscheider 27, der mit einem direkten Wasserzulauf
2n vom Oxidationsbehälter versehen ist, so daß in diesem stets ein überschub art
Sulfationen vorliegt, wodurch evtl. noch nicht ausreagierte@@ kalkmilch im asser
gefällt und somit alle Calciumionen in Form von Caiciumsulfat abgeschieden werden.
Das restliche Calciumsulfat wird in einer Filterpresse 29 abgetrennt und ebenfalls
über die Austragseinrichtung 25 aus der Anlage abgezogen. Das Filtrat der Filterpresse
29 wird zusammen mit dem Überlauf des Sinkabscheiders 27 über die Leitungen 30 und
16 erneut in die Vorreinigunr3sstufe 2 zurückgefördert. Durch die spezielle Anordnung
der beiden Sinkabscheider 22 und 27 ist sichergestellt, daß keine Caleiumionen in
die Waschstufen gelangen, wodurch einerseits verhindert wird, daß sich dort unerwünschte
Ablageruagen, beispielsweise Caleiumsulfat- oder -earbonat, bilden und andererseits
das Neutraliaationsvermögen des Flugstaubes voll genützt und somit der Kalkverbrauch
insgesamt auf ein Minimum begrenzt wird.
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Die kontinuierlichen Verluste an Waschwasser werden durch Frischwasser
ersetzt, welches über eine Lei Liing 31 in die Nachreinigungsstufe 4 eingespeist
wird. Dadurch wird sichergestellt, daß die Austrittstemperatur der Rauchgasse relativ
niedrig ist, wodurch die Wsserverluste und die aufzubringende Energie für den Saugzug
5 niedrig gehalten werden können.
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Der Wasserbedarf der mittleren Reinigungsstufe 3 wird durch Wasser
gedeckt, welches über eine Leitung 32 aus der Nachreinigungsstufe 4 zugeführt wird,
während der zusatztiche Wasserbedarf der Vorreinigungsstufe 2 durch Wasser gedeckt
wird, welches über eine Leitung 33 aus der Mittelreinigungsstufe 3 in die Vorreinigungsstufe
2 eingespeist wird.
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Die in <0 der m mittleren und Nachreinigungsstufe noch anfallenden
Flugstaubreste werden einer Leitungen 34 bzw. 35 ebenfal ii 5 der Filterpresse 10
zugeleitet.
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L e e r s e i t e