DE3539001C1 - Verfahren zur Minderung des Gehaltes an Stickoxiden im Rauchgasstrom eines Kraftwerkskessels mit Rauchgasreinigungsanlage - Google Patents

Verfahren zur Minderung des Gehaltes an Stickoxiden im Rauchgasstrom eines Kraftwerkskessels mit Rauchgasreinigungsanlage

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DE3539001C1
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Klaus Dr.-Ing. Hein
Joachim Dipl.-Ing. 5010 Bergheim König
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Rheinisch Westfaelisches Elektrizitaetswerk AG
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    • B01D—SEPARATION
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Description

Die Reduktion ist unvollkommen, so daß ein Teil des zudosierten Ammoniaks die Katalysatoren als sog. Schlupf unreagiert passiert oder mit anderen Rauchgaskomponenten, z. B. mit Schwefeltrioxid, Ammoniakverbindungen bildet. Die Höhe des NH3-Schlupfs ist je nach spezifischen Katalysatorvolumen, -oberfläche, -geometrie und -zusammensetzung unterschiedlich und auch abhängig von der jeweiligen Brennstoff- und Rauchgaszusammensetzung sowie der Reaktionstemperatur. Beispielhafte NH3-Schlupfwerte nach einer für 80% NOx-Minderung ausgelegten SCR-Anlage sind in nachstehender Tabelle aufgeführt:
oder entsprechend schon angeführter Gleichungen Stickoxide reduzieren.
Beispielhafte Stoffbilanz:
Molares Verhältnis NCVReduktions- NHs-Schlupf
ΝΗ3/ΝΟλγ grad(°/o) (mg/m3)
(vor Katalysator)
0,76 75 3
0,81 80 4
0,87 85 6
0,93 90 11
1,03 95 20
Rauchgasvolumenstrom: 106m3/h
Abwassermenge/Waschung des
Luftvorwärmers 5: 1200 m3
NH4+-Gehalt im Abwasser: 400 mg/1
Ins Rauchgas verdüster
Abwassermassenstrom: 10 m3/h
Zeitraum der Abwasserverdüsung: 120 h
Verdüster NH4+-Massenstrom: 4 kg/h
Während der Verdampfung
entstehende NH3-Menge: 3,8 kg/h
Produzierte NO-Menge bei voll
ständiger Oxidation des NH3 nach
»4 NH3 + 5 O2 i==;4 NO + 6 H2O«: 6,7 kg/h
Anstieg der NO-Konzentration im
Rauchgas, gerechnet als NO2: 10,2 mg/m3
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Als nachteiliger Nebeneffekt kann am Katalysator im Reaktor 3 ein Teil des im Rauchgas vorhandenen Schwefeldioxids nach der Gleichung
2 SO2 + O2
2SO3
zu Schwefeltrioxid konvertiert werden, das mit unreagiertem Ammoniak und Wasser weiterreagiert:
NH3 + SOT+ H2O i==" NHlHSO4
2 NH3 + SO3 + H2O ^==, (NH4^SO4
Die entstandenen Ammoniumsalze, insbes. Ammoniumhydrogensulfat NH4HSO4 kondensieren und desublimieren bei Temperaturen von kleiner 3000C und können zusammen mit Flugstäuben zu betrieblichen Problemen, wie Zersetzen und Korrosion hauptsächlich im nachgeschalteten Luftvorwärmer 5 führen. Die Salze sind in der Regel leicht wasserlöslich und können über wasser- oder dampfbeaufschlagte Reinigungsvorrichtungen entfernt werden.
Für eine Waschung, die während eines Kesselstillstands erfolgt, werden ca. 3 bis 5 m3 Waschwasser pro MW elektrische Leistung verbraucht. Für die Zusammensetzung des anfallenden Abwassers haben sich für die wichtigsten Parameter folgende Bandbreiten an Analysenwerten herausgestellt:
Feststoffgehalt, mg/1 5 000-10 000
Ammonium (NH4 +), mg/1 200—600
Sulfat (SO4 2-), mg/1 10 000-20 000
pH-Wert 1-5
Das NH3- bzw. NHt-beladene Abwasser wird im Ausführungsbeispiel während des Kesselbetriebs in den Kraftwerkskessel 1 geleitet und ins Rauchgas verdüst. Das bei der Verdampfung des Abwassers freiwerdende NH3 kann je nach Rauchgastemperatur oxidieren, z. B. nach der Gleichung
4 NH3 + 3 O2
4 NH3 + 5 O2
4 NH3 + 4 O2
2 N2 +6 H2O
4 NO + 6 H2O
2 N2O + 6 H2O
- Leerseite -

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Minderung des Gehaltes an Stickoxiden im Rauchgasstrom eines Kraftwerkskessels mit Rauchgasreinigungsanlage, wobei dem Rauchgasstrom vor einem Reaktor NH3 beigegeben wird und in dem Reaktor und/oder in nachgeschalteten Aggregaten ammoniumhaltige Niederschläge gebildet werden, die von Zeit zu Zeit abgewaschen werden, wobei ein NH3- bzw. NRrhaltiges Abwasser anfällt, dadurch gekennzeichnet, daß das NH3- bzw. NH-t-haltige Abwasser in den Kraftwerkskessel zur Zersetzung der NH3- bzw. der NH4-haltigen Substanzen eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser in den Feuerraum des Kraftwerkskessels eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser dem Brennstoff beigemischt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser dem Verbrennungsluftstrom beigegeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser in feiner Verteilung in die Rauchgase des Kraftwerkskessels eingebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch anderes, im Kraftwerksbetrieb anfallendes NH3- bzw. NH4-haltiges Abwasser in den Kraftwerkskessel eingeführt wird.
kessel zur Zersetzung der NH3- bzw. der NHU-haltigen Substanzen eingeführt wird. — Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß die Zersetzungsprodukte des NH3 bzw. NH4, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von dem Rauchgas aufgenommen werden, in der ohnehin vorhandenen Rauchgasreinigungsanlage aus den Rauchgasen entfernt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in diesem Zusammenhang dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser in den Feuerraum des Kraftwerkskessels eingeführt wird. Das Abwasser kann aber auch dem Brennstoff beigemischt werden. Ein anderer Vorschlag besteht darin, das Abwasser dem Verbrennungsluftstrom beizugeben. In all diesen Fällen entstehen aus den NH3- bzw. den NH4-haltigen Substanzen hauptsächlich Stickoxide, die in dem für die selektive katalytische Reduktion eingerichteten, ohnehin vorhandenen Reaktor entfernt werden. Das Abwasser kann aber auch in feiner Verteilung in das Rauchgas des Kraftwerkskessels eingebracht werden. Das Verfahren läßt sich insoweit so führen, daß auch oder hauptsächlich NH3 entsteht, welches in dem Reaktor wirksam wird, so daß die Menge des dort beizugebenden NH3 reduziert werden kann. Es versteht sich, daß auch anderes, im Kraftwerksbetrieb anfallendes NH3- bzw. NH4-haltiges Abwasser in den Kraftwerkskessel eingeführt werden kann.
Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß eine besondere Behandlung des bei dem gattungsgemäßen Verfahren oder auf andere Weise in einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Kraftwerk anfallenden NH3- bzw. NH4-haltigen Abwassers zum Zwecke der Entsorgung nicht mehr erforderlich ist. Das NH3- bzw. die NH4-haItigen Substanzen werden bei hoher Temperatur zersetzt und durch Aggregate der ohnehin vorhandenen Rauchgasreinigungsanlage aus dem Rauchgasstrom herausgenommen oder sogar im Betrieb solcher Aggregate ausgenutzt. — Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Verfahrensschema mit Kraftwerkskessel, Reaktor für eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden und weiterer Rauchgasreinigungsanlage.
In dem Verfahrensschema erkennt man den Kraft-
Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur Minderung des Gehaltes an Stickoxiden im Rauchgasstrom eines Kraftwerkskessels mit Rauchgasreinigungsanlage, wobei dem Rauchgasstrom vor einem Reaktor NH3 beigegeben wird und in dem Reaktor 40 und/oder in nachgeschalteten Aggregaten ammoniumhaltige Niederschläge gebildet werden, die von Zeit zu Zeit abgewaschen werden, wobei ein NH3- bzw. NH4-haltiges Abwasser anfällt. In dem Reaktor kann eine selektive katalytische Reduktion oder, bei Tempe- 45 werkskessel 1, aus dem die Rauchgase über die Leitung raturen von 800 bis 10000C, eine nichtkatalytische Re- 2 abgezogen werden. Sie treten in den für eine selektive
katalytische Reduktion eingerichteten Reaktor 3 ein. Zuvor wird, wie eingetragen, NH3 beigegeben. Die in dem Reaktor 3 behandelten Rauchgase gelangen über die Leitung 4 in einen Luftvorwärmer 5 und über die Leitung 6 in ein Elektrofilter
7. Eine Rauchgasreinigungsanlage 8 schließt an. Der Luftvorwärmer 5 wird von Zeit zu Zeit durch Waschen von Ablagerungen befreit. Dabei fällt NH3- bzw. NH^-haltiges Abwasser an. Es wird über die Leitungen 9,10 in den Kraftwerkskessel 1 eingeführt. Zur Verfahrensweise insgesamt ist folgendes beachtlich:
Zur katalytischen Reduktion der Stickoxide wird dem Rauchgas vor Eintritt in den Reaktor 3 als Reduktionsmittel Ammoniak zugegeben, das am Katalysator nach folgenden Hauptgleichungen reagiert:
duktion erfolgen. Auch in anderen Bereichen eines Kraftwerksbetriebes fällt NH3- bzw. NH4-haltiges Abwasser an, z. B. bei der nassen Behandlung von Flugasche oder in Rauchgasreinigungsanlagen. Es versteht sich, daß in der modernen Technik ein Kraftwerkskessel regelmäßig mit einer Rauchgasreinigungsanlage kombiniert ist, in der auch eine Entstaubung und eine Schwefelreinigung durchgeführt werden, z. B. auch mit Anfall von Ammoniumsulfat (vgl. DE-OS 29 28 526).
Im Rahmen der bekannten gattungsgemäßen Maßnahmen (vgl. Druckschrift »EPRI CS-3603, Project 1256-7«, Final Report October 1984) kann das Abwasser nicht ohne weiteres dem öffentlichen Abwassernetz aufgegeben werden, es bedarf vielmehr in aufwendiger Weise zum Zwecke der Entsorgung einer chemischen und/oder biologischen Reinigung.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen, daß eine besondere Entsorgung von NH3- bzw. NH4-haltigern Abwasser nicht mehr erforderlich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das NH3- bzw. NH4-haltige Abwasser in den Kraftwerks-
65 4 NH3 + 4 NO +O2
4 NH3 + 2 NO2 + O2
4 NH3 + 6 NO
8 NH3 + 6 NO2
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