DE19849021A1

DE19849021A1 - Verfahren zur Verminderung von Korrosion in Feuerungsanlagen, insbesondere Müllverbrennungsanlagen

Info

Publication number: DE19849021A1
Application number: DE1998149021
Authority: DE
Inventors: John Millard; Verena Schmidt
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2000-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung von Korrosion in Feuerungsanlagen (2, 3), insbesondere Müllverbrennungsanlagen, in welchen Brenngut (6) unter Zufuhr von Primärluft (10) und Sekundärluft (19) verbrannt wird, wobei SO¶2¶-haltige Rauchgase (7) gebildet werden, welche anschließend in einem Staubfilter (11) und einem Nasswäscher (19) mit einer ersten Stufe (13) zur HCl-Abtrennung und einer zweiten Stufe (14) zu SO¶2¶-Abscheidung gereinigt werden, und aus der ersten Stufe (13) des Nasswäschers (19) HCl-arme Rauchgase (15) austreten. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der HCl-armen Rauchgase (15) nach der ersten Stufe (13) in die Feuerungsanlage (2, 3) zurückgeführt wird, wobei die Menge des rezirkulierten Rauchgases (15) so gewählt wird, dass ein SO¶2¶HCl-Verhältnis größer 1 für das in der Feuerungsanlage (2, 3) vorhandene Rauchgas (7) erreicht wird.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungstechnik. Sie betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Korrosion in Feuerungsanlagen, insbesonde re Müllverbrennungsanlagen.

Stand der Technik

Die Korrosion von Metalloberflächen in Brennkammern und Abhitzekesseln stellt ein grosses Problem beim Betrieb von Feuerungsanlagen, insbesondere Müllver brennungsanlagen, dar, weil die Korrosion durch die in diesen Anlagen herrschen den sehr hohen Temperaturen und die hohe Aggressivität der Brenngase beson ders begünstigt wird.

Zwecks Verringerung bzw. Vermeidung der Korrosion wird beim bekannten Stand der Technik daher die Metalloberfläche im Feuerraum und im Kessel durch eine Ausmauerung oder durch Aufschweissung eines höherwertigen Metalls, bei spielsweise Inconel, geschützt. Dieser mechanische Schutz ist jedoch sehr teuer, so dass er aus Kostengründen nur an ausgewählten Stellen realisiert wird und viele Metallflächen für die Rauchgase frei zugänglich sind und somit an diesen Stellen korrosive Schädigungen der Metalloberfläche auftreten.

Die Korrosionsreaktionen basieren meist auf Reaktionen, die innerhalb von Aschenbelägen an der metallischen Wand stattfinden. Dabei wird Chlor freige setzt, welches die Metalle unterhalb dieser Aschebeläge angreift. Die Reaktion, die zur Freisetzung von Chlor führt, ist als Sulfatisierungsreaktion bekannt und sieht beispielsweise folgendermassen aus:

2 KCl + SO₃ + ½ O₂ → K₂SO₄ + 2 Cl (1).

Das Chlor reagiert dann mit dem Eisen gemäss Gleichung (2):

Fe + 2 Cl → FeCl₂ (2).

Oder es findet folgende Reaktion statt:

2 KCl + Fe + ½ O₂ → FeCl₂ + K₂O (3).

Diese Reaktionen laufen bevorzugt in den sehr kompakten Ablagerungen des Flugstaubes an den Kesselrohren und Kesselwänden ab. Aus diesem Grunde besteht eine weitere bekannte Möglichkeit zur Minimierung der Korrosion darin, die Staubablagerungen an den Kesselwänden und Kesselrohren zu verhindern. Dies geschieht durch die Eindüsung geeigneter Chemikalien, wie z. B. Magne siumoxid, welche die Staubschicht poröser und damit abklopfbarer machen.

Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass relativ grosse Mengen des Reaktionsmittels eingedüst werden müssen und sich damit die zu entsorgende Flugstaubmenge erhöht. Der Einkauf und Transport des Reaktionsmittels führt zu einer zusätzlichen Erhöhung der Anlagebetriebskosten.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verminderung von Korrosion in Feuerungsanlagen zu schaffen, welches einfach und kostengünstig zu realisieren ist.

Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren gemäss Oberbegriff des Patent anspruches 1 dadurch erreicht, dass ein Teil der HCl-armen Rauchgase nach der ersten Stufe des Nasswäschers in die Feuerungsanlage zurückgeführt wird, wobei die Menge des rezirkulierten Rauchgases so gewählt wird, dass ein SO₂/HCl-Verhältnis grösser 1 für das in der Feuerungsanlage vorhandene Rauchgas erreicht wird.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die Brennkammerwände bzw. Abhitzekesselwände nicht durch teure Auskleidungen geschützt werden müssen, sondern dass es mit dem erfindungsgemässen Verfahren kostengünstig (Verwen dung eines Abproduktes der Müllverbrennung) möglich ist, die Korrosion der Me talloberflächen zu vermindern bzw. zu verhindern. Die Umsetzung der Alkalichlori de zu Alkalisulfaten läuft nämlich schon in der Gasphase ab, d. h. an den chlorid haltigen Partikeln im Rauchgas. Durch Veränderung der Rauchgaszusammenset zung, d. h. einem SO₂/HCl-Verhältnis grösser 1, wird gewährleistet, dass die Sul fatisierungsreaktion bereits weit vorangeschritten ist, wenn das Partikel schliess lich auf eine Wand auftrifft. Somit kann sich die Aggressivität des freien Chlorradi kals kaum mehr gegen das Eisen richten und Korrosion wird vermindert.

Es ist zweckmässig, wenn das rezirkulierte, HCl-abgereicherte Rauchgas gemein sam mit der Sekundärluft in den Feuerraum eingeblasen wird. Dadurch wird zu sätzlich eine verbesserte Rauchgasströmung im Kessel erreicht, was vorteilhaft zu einer besseren Vermischung mit den Verbrennungsgasen und somit zu einer gleichmässigeren Strömung und Konzentrationsverteilung führt. Durch die ver besserte Vermischung und die Rückführung von Rauchgas (mit noch lediglich 6 bis 11% Sauerstoff) und dadurch teilweisen Ersatz der Verbrennungsluft (Sekun därluft) kann zudem auch die Stickoxidbildung gesenktwerden. Weiter wird durch das Rezirkulieren von teilweise vorgereinigtem Rauchgas verhindert, dass sich Feststoffe in den Rohren ablagern und die Rückführleitung blockieren.

Schliesslich ist es von Vorteil, wenn das rezirkulierte Rauchgas auf eine Tempe ratur erwärmt wird, welche höher ist als die Temperatur in der ersten Stufe des Nasswäschers. Dadurch wird ein Auskondensieren insbesondere der schwefeli gen Säure verhindert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt einer schematisch dargestellten Müllverbrennungs anlage, bei der das erfindungsgemässe Verfahren dargestellt ist. Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungs richtung der Medien ist mit Pfeilen bezeichnet.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und der Fi gur näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer schematisch dargestellten Müllverbren nungsanlage, welche im wesentlichen aus einem Verbrennungsrost 1, einem dar über angeordneten Feuerraum 2 und einem Kessel 3 mit vertikalen Leerzügen 4 und einem horizontalem Bündelzug 5 besteht. Das Brenngut 6, in diesem Falle Müll, wird auf den Rost 1 aufgegeben und unter Zufuhr von Primärluft 10 und Se kundärluft 19 verbrannt. Die dabei entstehenden schwefelhaltigen Rauchgase 7 gelangen in den Kessel 3 und strömen unter Abgabe von Wärme durch die verti kalen Leerzüge 4 und den horizontalen Bündelzug 5 des Kessels 3. Anschliessend werden sie einem Staubabscheider 11, vorzugsweise einem Elektrofilter, zugeführt, in welchem sie von Staubpartikeln befreit werden. Schliesslich gelangt das Rauchgas in einen Nasswäscher 12, welcher aus einer ersten Stufe 13 be steht, in welcher eine HCl-Abtrennung erfolgt, so dass die ersten Stufe 12 des Nasswäschers 11 HCl-arme Rauchgase 15 verlassen, und aus einer zweiten Stufe 14, in welcher eine SO₂-Abscheidung erfolgt. Abschliessend wird das so gereinigte Rauchgas einem nicht dargestellten Kamin zugeführt. Insoweit sind derartige Anlagen bekannt.

Da die Rauchgase 7 eine hohe Temperatur aufweisen und chemisch aggressiv sind, treten ohne Einführung besonderer Massnahmen die im Stand der Technik beschriebenen Korrosionsprobleme an den metallischen Kesselwänden 8 und den Kesselrohrwänden 9 auf. Erfindungsgemäss wird daher nach der ersten sauren Waschstufe 13 aus dem Rauchgaskanal SO₂-haltiges Rauchgas 15 entnommen. Dieses Rauchgas 15, welches kaum noch HCl aufweist (< 5 ppm), wird nun über eine Leitung 16 und gegebenenfalls einen Wärmetauscher 17 in die Feuerungsanla ge zurückgeführt. Die Temperatur wird so gewählt, dass das die Rauchgastempe ratur immer oberhalb der Temperatur in der ersten Waschstufe (< ca. 70°C) liegt und somit ein Auskondensieren insbesondere der schwefeligen Säure verhindert wird. Bei der in der Figur dargestellten Variante wird das rezirkulierte Rauchgas 15 bei Temperaturen oberhalb des Taupunktes der noch im Rauchgas vorhande nen Chemikalien (insbesondere der schwefeligen Säure) gemeinsam mit der Se kundärluft 19 in den Feuerraum 2 eingeblasen. Es wird dabei soviel Rauchgas 15 rezirkuliert, dass ein SO₂/HCl-Verhältnis grösser 1 im Rauchgas 7 in der Feue rungsanlage erreicht wird. Typischer Weise werden bis zu 50% der Sekundärluft durch rezirkuliertes Rauchgas ersetzt. Dadurch wird die Korrosion der Kesselwände 8 bzw. Kesselrohrwände 9 vermindert bzw. vermieden und die Lebensdauer der Feuerungsanlage erhöht. Durch das gemeinsame Einblasen der rezirkulierten Rauchgase 22 mit der Sekundärluft 17 wird zusätzlich eine verbesserte Rauch gasströmung im Kessel und dadurch eine bessere Vermischung mit den Verbren nungsgasen 7 und somit eine gleichmässigere Strömung und Konzentration, so wie eine Absenkung der NOx-Bildung erreicht.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbei spiel beschränkt. So kann z. B. auch ein Teil des rezirkulierten Rauchgas 15 an anderer Stelle in die Feuerungsanlage, z. B. stromabwärts des Feuerraumes 2 oder als primäre Verbrennungsluft 10, eingeblasen werden. Ausserdem ist das Verfahren nicht nur zur Verminderung der Kesselkorrosion bei der Abfallverbren nung anwendbar, sondern auch für andere Kessel.

Bezugszeichenliste

1

Rost

2

Feuerraum

3

Kessel

4

horizontaler Leerzug

5

vertikaler Bündelzug

6

Brenngut, z. B. Müll

7

Rauchgas

8

Kesselwand

9

Kesselrohrwand

10

Primärluft

11

Staubabscheider

12

Nasswäscher

13

erste Stufe von Pos.

12

14

zweite Stufe von Pos.

12

15

HCl-abgereichertes Rauchgas, rezirkuliertes Rauchgas

16

Leitung

17

Wärmetauscher

18

Gebläse für Pos.

19

Sekundärluft

Claims

1. Verfahren zu Verminderung von Korrosion in Feuerungsanlagen (2, 3), ins besondere Müllverbrennungsanlagen, in welchen Brenngut (6) unter Zufuhr von Primärluft (10) und Sekundärluft (19) verbrannt wird, wobei SO₂-haltige Rauchgase (7) gebildet werden, welche anschliessend in einem Staubfilter (11) und einem Nasswäscher (19) mit einer ersten Stufe (13) zur HCl- Abtrennung und einer zweiten Stufe (14) zu SO₂-Abscheidung gereinigt werden, und aus der ersten Stufe (13) des Nasswäschers (19) HCl-arme Rauchgase (15) austreten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der HCl-armen Rauchgase (15) nach der ersten Stufe (13) in die Feuerungsanlage (2, 3) zurückgeführt wird, wobei die Menge des rezirkulierten Rauchgases (15) so gewählt wird, dass ein SO₂/HCl-Verhältnis grösser 1 für das in der Feuerungsanlage (2, 3) vorhandene Rauchgas (7) erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rezirku lierte Rauchgas (15) gemeinsam mit der Sekundärluft (19) in den Feuer raum (2) eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rezirku lierte Rauchgas (15) auf eine Temperatur erwärmt wird, welche höher ist als die Temperatur in der ersten Stufe (13) des Nasswäschers (12).