DE4420839A1

DE4420839A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden von dampfförmigen Alkali- und Schwermetallverbindungen aus heißen Verbrennungsgasen

Info

Publication number: DE4420839A1
Application number: DE19944420839
Authority: DE
Inventors: Domenico Dr Ing Pavone
Original assignee: Steag GmbH
Current assignee: Steag GmbH
Priority date: 1994-06-15
Filing date: 1994-06-15
Publication date: 1995-12-21
Also published as: WO1995034369A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden von dampfförmigen Alkali- und Schwermetallver bindungen aus heißen Verbrennungsgasen unter Einsatz von sor bierendem Material.

Die moderne Entwicklung der Kohleverstromung geht dahin, heiße Verbrennungsgase beispielsweise in einer druckaufgela denen Kohlenstaubfeuerung mit einer Temperatur von 1200 bis 1800°C unter einem Druck von 10-35 bar zu erzeugen und in einer Gasturbine zu entspannen, wobei die Restwärme in einem nachgeschalteten Dampfturbinenprozeß genutzt werden kann. Voraussetzung hierfür ist, daß die heißen Verbrennungsgase von Flüssigasche befreit werden, da sich diese sonst auf den Schaufeln der Gasturbine verfestigt und die Gasturbine zer stört. Als weitere Voraussetzung fordern die Turbinenher steller, daß die heißen Verbrennungsgase frei von dampfförmigen Alkali- und Schwermetallverbindungen sind, die bei der Entspan nung in der Gasturbine auskondensieren und zu Korrosions- und Erosionserscheinungen führen.

Dieselben Anforderungen sind auch dann gegeben, wenn die Verbrennungsgase bei niedrigeren Temperaturen erzeugt werden, beispielsweise in einer druckaufgeladenen Wirbelschichtfeuerung bei Temperaturen von unter 900°C. Auch hier müssen die Ver brennungsgase frei von Asche (Staub) und dampfförmigen Alkali- und Schwermetallverbindungen sein.

Aus der DE-PS 39 26 574 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die heißen Verbrennungsgase mit Partikeln aus sorbierendem Material in Berührung gebracht wer den. Dies kann in einem Festbett oder in einer Wirbelschicht geschehen, wobei die Partikelgröße für das Festbett 0,5-5 mm und für die Wirbelschicht 0,3 bis 1,5 mm beträgt. Die An strömgeschwindigkeiten für das Festbett liegen bei 0,5-2,5 m/sec und für die Wirbelschicht bei 1-4 m/sec. Als dritte Variante beschreibt die Druckschrift das Suspendieren extrem kleiner Partikel in den heißen Verbrennungsgasen. Die Partikel größe liegt hier bei 30-2.000 µm und die Anströmgeschwindig keiten bei 1-10 m/sec. Die heißen Verbrennungsgase müssen an schließend in speziellen Zyklonen entstaubt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Sorption sprozeß effizienter zu gestalten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Er findung dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Verbrennungsgase über und durch mindestens einen Füllkörper aus sorbierendem Ma terial geleitet werden, der eine poröse Struktur aufweist.

Die poröse Struktur des Füllkörpers stellt ein Maximum an Sorptionsfläche zur Verfügung und sorgt dadurch für eine äußerst wirksame Abscheidung. Als wesentlicher weiterer Vorteil kommt hinzu, daß der Druckverlust bedeutend geringer ist als in einem Festbett oder einer Wirbelschicht. Die poröse Struktur stellt eine größere freie Durchströmfläche zur Verfügung.

Die Erfindung ist überall dort anwendbar, wo heiße Ver brennungsgase, unabhängig von der Art ihrer Erzeugung, von dampfförmigen Alkali- und Schwermetallverbindungen befreit wer den müssen.

Die Anströmgeschwindigkeit der heißen Verbrennungsgase be trägt vorzugsweise 0,1-50 m/sec. Es können also Geschwindig keiten erreicht werden, die bisher selbst bei Anwendung einer anschließenden Entstaubung der heißen Verbrennungsgase nicht erzielbar waren.

Es hat sich gezeigt, daß sehr gute Abscheidungsergebnisse dadurch erzielt werden können, daß die Temperatur der heißen Verbrennungsgase auf 800°C bis 1600°C eingestellt wird.

Die Erfindung schafft ferner einen Füllkörper zum Durch führen des erfindungsgemäßen Verfahrens, der dadurch gekenn zeichnet ist, daß er aus sorbierendem Material besteht und eine poröse Struktur aufweist. Dabei hat er vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 5 mm. Im Rahmen der Erfindung ist es ohne weiteres möglich, mit einem einzigen blockförmigen Füllkörper, z. B. mit einem Molekularsieb oder Monolith zu ar beiten. Im übrigen sind sämtliche Füllkörperformen einsetzbar, wie etwa Kugeln, Pallringe, Raschigringe, Sattelkörper, Zylin der, Waben, Platten sowie auch beliebige andere regelmäßige oder unregelmäßige Körper. Dabei können Körper unterschied licher Größe und unterschiedlicher Form miteinander gemischt sein. Die Durchströmrichtung ist in jedem Fall beliebig.

Als Sorbentien kommen Al₂Q₃, SiO₂, MgO, ZrO₂, Fe₂O₃ oder CaO bzw. andere bekannte oxidkeramische Materialien sowie Mischungen dieser Komponenten in Frage. Vorteilhafter weise enthält das sorbierende Material Flugstaub aus den Rauch gasen von Kohlefeuerungen. Der Flugstaub besteht im wesent lichen aus Sorbentien in verunreinigter Form.

Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Füllkörpers, welches dadurch gekenn zeichnet ist, daß Partikel aus sorbierendem Material zu einer Slurry verarbeitet werden, daß brennbares Material in die Slurry eingebracht wird und daß die Slurry sodann geformt, ge trocknet und gebrannt wird. Beim letzten Verfahrensschritt ver brennt das brennbare Material und hinterläßt in dem sorbier enden Material die poröse Struktur.

Als brennbares Material wird vorzugsweise Kohlenstoff, Sägemehl, Kunststoff und/oder dergleichen verwendet.

Über die Formgebung des brennbaren Materials läßt sich die Porösität des Füllkörpers steuern. In der Regel wird man Par tikel vorgegebener Größe oder vorgegebener Größenverteilung in die Slurry einmischen. Allerdings besteht auch die bevorzugte Möglichkeit, das brennbare Material in Form eines Faserschwam mes zu verwenden. Es entstehen dann schaumartige Keramikteile. Dieses Verfahren bietet sich insbesondere dann an, wenn mit einem einzigen Füllkörper entsprechender Größe gearbeitet wer den soll.

Vorteilhafter Weise wird der Slurry Flugstaub aus den Rauchgasen von Kohlefeuerungen beigemischt. Flugstaub fällt in ausreichenden Mengen ohne Herstellungsaufwand an und besteht im wesentlichen aus sorbierendem Material.

Claims

1. Verfahren zum Abscheiden von dampfförmigen Alkali- und Schwermetallverbindungen aus heißen Verbrennungsgasen unter Einsatz von sorbierendem Material, dadurch gekenn zeichnet, daß die heißen Verbrennungsgase über und durch mindestens einen Füllkörper aus sorbierendem Material geleitet werden, der eine poröse Struktur aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anströmgeschwindigkeit der heißen Verbrennungsgase auf 0,1- 50 m/sec eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der heißen Verbrennungsgase auf 800-1600 C° eingestellt wird.

4. Füllkörper zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er aus sorbierendem Material besteht und eine poröse Struktur aufweist.

5. Füllkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Durchmesser von mindestens 5 mm hat.

6. Füllkörper nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das sorbierende Material Flugstaub aus den Rauchgasen von Kohlefeuerungen enthält.

7. Verfahren zum Herstellen eines Füllkörpers nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Partikel aus sorbierendem Material zu einer Slurry verarbeitet werden, daß brennbares Material in die Slurry eingebracht wird und daß die Slurry sodann geformt, getrocknet und gebrannt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß als brennbares Material Kohlenstoff, Sägemehl, Kunststoff und/oder dergleichen verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das brennbare Material in Form eines Faserschwamms verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Slurry Flugstaub aus den Rauchgasen von Kohlefeuerungen beigemischt wird.