DE2807076C3 - Verfahren zur Reduzierung der Schwefelemission von Kesselfeuerungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Reduzierung der Schwefelemission von Kesselfeuerungen, insbesondere von Kraftwerkskesselfeuerungen, wobei ein feinkörniges Additiv der zu verfeuernden Kohle vor der Einblasung in den Brennraum zugemischt wird und wobei die Menge des beizumischenden Additivs nach Maßgabe des Schwefeloxidgehaltes in Rauchgas am Feuerraumende erfolgt. Schwefelemission meint die Emission von Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid.

Das bekannte gattungsgemäße Verfahren (US-PS 3 823 676) wird bei Kesselfeuerungen verwirklicht, die mit Steinkohle befeuert werden. Das Additiv ist Soda, d. h. Natriumkarbonat. Es wird der Steinkohle vor und/und nach der Mahlung beigegeben. Arbeitet man entsprechend, wenn Braunkohle als zu verfeuernde Kohle verwendet wird, so kommt man nicht zum Erfolg. Es stellen sich vielmehr in erheblichem Maße störende Ablagerungen im Kesselsystem ein, die den Wärmeübergang beeinträchtigen sowie von Zeit zu Zeit umständlich und aufwendig entfernt werden müssen. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen ist auch die Beigabe von Kalkstein zur Steinkohle erwähnt (US-PS 3823676, Spalte «1, Zeile 30 bis 35), doch wird festgestellt, daß auch in diesem Falle Ablagerungen im Kesselsystem auftreten.

Andererseits kommt der Reduzierung der Schwefelemission bei Kesselfeuerungen in steigendem Maße Bedeutung zu: Der in allen fossilen Brennstoffen natürlich vorkommend·; Schwefel wird bekanntlich bei der Verbrennung in seine Oxide, hauptsächlich in Schwefeldioxid, aber auch in Schwefeltrioxid, überführt. Bei der industriellen Verfeuerung fossiler Brennstoffe darf die Konzentration von Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid gemäß bestehender bzw. zu erwartender gesetzlicher Auflagen bestimmte Werte in den Rauchgasen nicht übersteigen. Eine Möglichkeit dazu ist die Reduzierung des Schwefelgehaltes im Eingangsbrennstoff. Ist eine weitgehende Reduzierung des Schwefelgehaltes im Eingangsbrennstoff nicht möglich, so wird eine zumindest teilweise Ent-Schwefelung der anfallenden Rauchgase in besonderen Entschwefeiungsanlagen für die Rauchgase erforderlich. Die Wirksamkeit einer solchen Abgasent-

schwefeitingbei Kesselfeuerungen von Kraftwerksanlagen wird bei bisher bekannten Verfahren, die auf dem Prinzip der Absorption oder Katalyse der Schwefeldioxide beruhen, neben der durch den großen apparativen Aufwand bedingten Störanfälligkeit maßgeblich durch die absolute Konzentration der Schwefeloxide sowie deren zeitliche Schwankungen in den Rauchgasen beeinflußt. Diese Faktoren spielen insbesondere beim Einsatz von niedrigkalorischen festen Brennstoffen, d. h. hauptsächlich von Braunkohle, eine wesentliche Rolle. Die Praktizierung der bisher bekannten Verfahren zur Rauchgasentschwefelung ist für Braunkohle nur unter extrem großem Aufwand möglich. Hier setzt die Erfindung ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie man bei Verwendung von Braunkohle als zu verfeuernde Kohle zu einer Reduzierung der Schwefelemission der Kesselfeuerungen kommt, so daß eine aufwendige Rauchgasentwicklung nicht mehr erforderlich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe geht von dem gattungsgemäßen Verfahren aus und besteht darin, daß bei Verwendung von Braunkohle als zu verfeuernde Kohle Kalziumdioxid beigemischt wird. In der Ausführungsform für Kesselfeuerungen mit Mahl-Trocknungs-Kreislauf wird das Kalziumoxid der Braunkohle vor der Mahltrocknung beigegeben.

Überraschenderweise kommt man im Rahmen der Erfindung zu einer wirksamen, prognostizierbaren Einbindung der Schwefeloxide zu mechanisch, elektrostatisch oder naß abscheidbaren festen Produkten, wenn man stöchiometrisch entsprechende Mengen von feinkörnigem Kalziumoxid der Braunkohle beimischt. Die Zusammenhänge lassen sich für eine vorgegebene Kesselanlage mit brennstoffspezifischen und zusatzspezifischen Konstanten formelmäßig fassen. Wegen der stöchiometrischen Zusammenhänge besteht ohne weiteres die Möglichkeit, nach Maßgabe des Schwefeloxidgehaltes am Feuerraumende die Menge der Beigabe an feinkörnigem Kalziumoxid zu steuern, - wozu mit üblichen Meßgeräten für das Schwefeloxid am Feuerraumende gearbeitet wird.

Erfindungsgemäß werden die Braunkohle und das feinkörnige Kalziumoxid im innig vermischten Zustand durch den Brenner in den Verbrennungsraum der Kesselfeuerung eingebracht. Die Reaktion zwischen dem Kalziumoxid und den gasförmigen Schwefeloxiden ist zwar heterogen, kann aber wegen der innigen Vermischung durch den Partialdruck der gasförmigen Komponenten gesteuert werden. Die Erfindung nutzt die bisher übersehene Tatsache, daß infolge der aufgrund des Ballastgehaltes der Braunkohle niedrigen Flammentemperatur der für die Einbindungsreaktion optimale Temperaturbereich nicht überschritten wird. Darüber hinaus ist auch eine lange Verweilzeit in diesem Temperaturbereich gewährleistet. Das Kalziumoxid wird daher nicht totgebrannt und wird chemisch praktisch voll wirksam, so daß im Rahmender stöchiometrischen Zusammenhänge eine hohe Schwefeleinbindung erreicht wird, wenn man im allgemeinen auch »aus Sicherheitsgründen« mit einem Überschuß an feinkörnigem Kalziumoxid, bezogen auf die stöchiometrisch erforderliche Menge, arbeitet.

Versuche an einer mit rheinischer Braunkohle gefeuerten Großkesselanlage haben gezeigt, daß bei Zugabe von Kalziumoxid der Schwefeldioxidgehalt der Rauchgase etwa proportional mit steigendem molarem Kalzium/Schwefel-Verhältnis der Feststoffe

(Braunkohle plus Kalziumoxid) abnimmt. Da sich außerdem eine Kalziumoxidzugabe sofort auf die Anzeige des Schwefeldioxid-Meßgerätes am Feuerraumende auswirkte, war eine direkte Regulierung der erforderlichen Beigabemenge an feinkörnigem Kalziumoxid gegeben. Die Versuche zeigten fernerhin, daß ein momentanes Nachfahren der Dosierung und damit eine ständige Anpassung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse möglich ist. Gerade daraus resultierte eine optimale Rauchgasentschwefelung bei Kurzzeitschwankungen des Brennstoffschwefelgehaltes, wie er insbeosndere bei der Braunkohle auftritt. Die anfallenden festen Stoffe waren Sulfate und konnten ohne zusätzliche Maßnahmen in ohnehin vorhandenen Elektrofiltern in trockener Form abgeschieden werden. Im Ergebnis konnte die Schwefelemission der Anlage ohne großen Aufwand weit unter die zulässigen Werte reduziert werden. Darüber hinaus zeigten sich überraschenderweise weitere Vorteile, nämlich

Verbesserung des Abscheidegrades der Elektrofilter,

Verminderung sonst auftretender rauchgasseitiger Heizflächenansätze.

Bekanntlich wird je nach elektrischer Leitfähigkeit der Rauchgasatmosphäre in einem Elektrofilter die Funktion beeinflußt. Die Staubabscheidung kann nicht immer optimal erfolgen. Die im Rahmen der Erfindung vorzunehmende Beigabe von feinkörnigem Kalziumoxid, die der Braunkohle aufgegeben wird, leduziertdie Leitfähigkeit der Rauchgase, so daß der Abscheidegrad des Elektrofiltcrs stieg, außerdem wurde der Säuretaupunkt positiv beeinflußt. Das alles

ίο zeigte sich insbesondere dann, wenn das feinkörnige Kalziumoxid ein wenig mit Überschuß über die stöchiometrisch erforderliche Menge beigegeben wurde. Bei der Verfeuerung von Braunkohle in Kesselfeuerungen treten bekanntlich rauchgasseitige Heizflächenansätze auf, die die Verfügbarkeit des Kessels und damit z. B. einer nachgeschalteten Stromerzeugungsanlage insbesondere negativ beeinflussen und dadurch die volkswirtschaftliche bedeutungsvolle Sicherstellung der Energieversorgung gefährden. Die im Rahmen der Erfindung vorgenommene Beigabe von Kalziumoxid zur Braunkohle vor der Einführung in die Kesselfeuerung verringerte bei den Versuchen beachtlich die Heizflächeneinsätze. Auch das war nicht zu erwarten.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reduzierung der Schwefelemission von Kesselfeuerungen, insbesondere von Kraftwerkskesselfeuerungen, wobei ein feinkörniges Additiv der zu verfeuernden Kohle vor der Einblasung in den Brennraum beigemischt wird und wobei die Menge des beizufügenden Additivs nach Maßgabe des Schwefeloxidgehaltes im Rauchgas am Feuerraumende erfolgt', dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Braunkohle als zu verfeuernde Kohle Kalziumoxid beigemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 in der Ausführungsform für Kesselfeuerungen mit Mahl-Trocknungs-Kreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalziumoxid der Braunkohle vor der Mahltrocknung beigegeben wird.