DE3432365A1 - Brennstoff auf basis von kohle - Google Patents
Brennstoff auf basis von kohleInfo
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Description
Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 11265/84 - Seite 3
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Brennstoff auf der Basis von Kohle gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2. Die Erfindung
betrifft weiterhin die Verwendung einer Kombination von Calciumverbindungen und Eisen bzw. halogenfreien Eisenverbindungen
als Additive für Brennstoffe auf der Basis von Kohle gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3.
Trotz umfangreicher Bemühungen ist es bisher nicht gelungen,
ein technisch einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Entfernung bzw. Verminderung von NO aus bzw. in
den Rauchgasen von Kohlefeuerungsanlagen zu entwickeln. Zur Entfernung bzw. Verminderung von NO und anderen unerwünschten
Bestandteilen der Rauchgase kommen im wesentlichen zwei Verfahrenstypen in Frage, und zwar zum einen
die Beeinflussung des Verbrennungsvorganges, z.B. durch Zugabe von Additiven zu den Brennstoffen, und zum anderen
die Entfernung der unerwünschten Bestandteile aus den Rauchgasen selbst. Die vorliegende Erfindung betrifft
insbesondere die NO -Verringerung gemäß dem zuerst genannten Verfahrenstyp.
Demgemäß beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, daß Brennstoffe auf Basis von Kohle, denen
Additive mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 zugesetzt werden, eine überraschend starke Verringerung der
NO -Anteile im Rauchgas ergeben. Diese Additive stellen
eine Kombination der folgenden Stoffe dar:
.
Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 11265/84 - Seite 4
1. Calciumoxid, Calciumhydroxid und/oder Calciumcarbonat
(einschließlich solcher Mineralien oder Stoffe, die diese Verbindungen bilden oder enthalten, z.B. Dolomit
oder Kalkseifen),
2. Eisenoxid, Eisencarbonat und/oder elementares Eisen einschließlich
diese Verbindungen enthaltende oder bildende, im wesentlichen halogenfreie, eisenreiche Mineralien oder
technische Abfallstoffe, z.B. basische Eisenhydroxide, eisenhaltige Abfälle aus der Hüttentechnik, z.B. Oxigenstaub,
Gichtstaub, Gichtschlamm, LD-Schlamm, Walzenzunder,
Walzenschlamm oder Rotschlamm; unter eisenreich ist hier ein Eisengehalt von mindestens 20, insbesondere 30 bis
60 Gew.-% zu verstehen.
Zwar ist der CaO-Zusatz zu Kohlebrennstoffen zur Verringerung des Gehaltes an unerwünschten Bestandteilen der Rauchgase
bekannt, ebenso wie der Einsatz von Eisenchlorid bzw. Eisensulfat bei der Brikettherstellung (US-PS 1 990 948),
es konnte jedoch nicht erwartet werden, daß eine Kombination der vorgenannten Calciumverbindungen und halogenfreien, sulfatfreien
Eisenverbindungen zu einer NO -Verringerung führt, wobei von einer synergistischen Wirkung der Einzelkomponenten
auszugehen ist.
Unter dem Begriff "Kohle" ist hier insbesondere Steinkohle in Form von Feinkohle oder Kohlenstaub, Koks, Petrolkoks und
Braunkohle zu verstehen. Der Brennstoff kann in Staubform zur Verwendung in Kohlenstaubfeuerungsanlagen eingesetzt
werden, vorteilhaft ist jedoch auch ein Einsatz in Form von Agglomeraten, insbesondere Pellets. Pellets mit besonders
vorteilhaften Eigenschaften, für die die Additive der Er-
..5
Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 11265/84 - Seite 5
findung Verwendung finden können, sind aus der DE-OS 33 21 683 bekannt.
Zweckmäßigerweise liegen die Additive der Erfindung in den Brennstoffen fein verteilt bzw. fein dispers vor; eine besonders
feine und vorteilhafte Verteilung erhält man bei einer Pelletierung gemäß DE-OS 33 21 683, insbesondere in Gegenwart
von zuckerhaltigen Stoffen.
Der bereits erwähnte synergistische Effekt der Einzelkomponenten der Additive der Erfindung wurde an Hand von Versuchen
ermittelt, über die im folgenden berichtet wird.
Beschreibung der Verbrennungsanlage.
Der schematische Aufbau der Verbrennungsanlage ist in Figur 1,
der des Verbrennungsofens in Figur 2 dargestellt.
Der aus hochwarmf estern Stahl gefertigte zylindrische Verbrennungsofen
weist 3 Sektionen auf,
- den Anströmbereich mit Rostplatte aus hochwarmfestem Stahl
als Unterteil und darunterliegender Unterluftzuführung,
- den zylindrischen Mittelteil zur Kohleaufnahme und ringförmig ausgebildeter Oberluftzuführung,
- den Kopfteil mit Freiraum als Oberteil.
Der zylindrische Feuerungsraum hat einen lichten Innendurchmesser von 150 mm 0 und eine freie Höhe von ingesamt 600 mm,
wobei der zylindrische Innendurchmesser sich am Kopf auf 50 mm 0 verjüngt. Der Mantel besteht außen ebenfalls aus
einem hochwarmfesten Stahl und weist nach innen zu folgende
Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 11265/84 - Seite 6
Isolierungen auf:
- eine Isoliermatte aus Keramik,
- eine Isoliergußmatte,
- eine feuerfeste Stampfmasse.
In das mit Kohle beaufschlagte Mittelteil sind mittig Pt-Rh-Thermoelemente
und in den Freiraum des Oberteils ein weiteres Thermoelement eingebaut.
Die Rauchgase verlassen das Oberteil des Ofens und gelangen in einen Kamin; ein Teilstrom der Rauchgase wird zur Analyse
abgesaugt. Dieser Teilstrom wird zur Entfernung von Teer und Staub zweifach gefiltert und zur Senkung des Wasserpartialdruckes
auf 20C gekühlt. Das so behandelte Rauchgas wird danach
kontinuierlich auf die Gaskomponenten NO , SO , CO, CO0
und 0_ hin analysiert.
Durchführung der Verbrennungsversuche.
Nach Eichung der Analysatoren zur Ermittlung der Rauchgaskomponenten
wird zu Versuchsbeginn das Oberteil des Verbrennungsofens angehoben. Es werden 1 kg Grobkohle (Kohlepellets
mit einem mittleren Durchmesser von 10 mm) eingefüllt; die sich einstellende Schichthöhe der Kohle liegt bei rd. 10 cm.
Danach werden die aufeinanderliegenden Ofenschüsse abgedichtet und die vier Thermoelemente installiert. Mit Hilfe eines Gasbrenners
wird die Kohle durch die Lochplatte des Ofenunterteils gezündet. Anschließend wird die Kohle mit Luft (8 bis
12 Nm /h) beaufschlagt; der Anteil an Unterluft beträgt ca. 70 % und der Anteil an Oberluft ca. 30 %.
..7
Glawe, DeIfs, Moll & Partner - pi 1265/84 - Seite 7
Die Verbrennungstemperaturen steigen - abhängig von der Kohleart - während der Verbrennung bis auf rd. 15000C.
Nach einer Versuchszeit von ca. 30 - 50 min. (abhängig von Luftdurchsatz und Kohleart) ist der Ausbrand nahezu abgeschlossen,
was sich durch die Analyse (O , CO2) und den Temperaturverlauf
feststellen läßt.
Der Verbrennungsofen simuliert bezüglich Temperaturverlauf und Abgaszusammensetzung den Verbrennungsvorgang in Abhängigkeit
von der Zeit, der auf einem industriell üblichen Wanderrost in Abhängigkeit von der Rostlänge abläuft.
Herstellung der Kohlepellets.
Die Versuchspellets wurden aus Middelburg-Kohle hergestellt.
Als Bindemittel für die Pelletierung wurden verwendet:
2-8 Gew.-% wasserlösliche bzw. wasserquellbare organische Binder für die Grundfestigkeit, z.B. Melassesorten oder
Stärkederivate (in dem im folgenden beschriebenen speziellen Beispiel: 8 Gew.-% Rohrmelasse (45 Gew.-% Wasser)), bezogen
auf Kohle (waf).
1-3 Gew.-% witterungsbeständiger und wasserabweisender Oberflächenschutz, z.B. Bitumina und andere Raffinationsrückstände (Visbreaker) in emulgierter Form (in dem folgenden
speziellen Beispiel: 2 Gew.-% Bitumenemulsion (40 Gew.-% Wasser)), bezogen auf Kohle (waf).
..8
Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 11265/84 - Seite 8
Als Additive wurden 5 Gew.-% Weißfeinkalk (ca. 96 % Ca(OH)2)
und/oder 3 Gew.-% Oxigenstaub (ca. 64 % Fe3O3) zugesetzt; die
Gewichtsprozente beziehen sich wiederum auf Kohle (waf).
Die Pelletherstellung erfolgte nach dem Ausführungsbeispiel der DE-OS 33 21 683.
Pelletverbrennung
Anhand der bei der Verbrennung aufgenommenen Meßprotokolle der kontinuierlich registrierenden Gasanalysatoren wurde die
NO -Emission ermittelt. Ein Vergleich der integralen NO -Ge-
X X
samtemission der Pellets ohne Additive, mit einem Zusatz
jeweils der Einzelkomponenten und einem Zusatz der Additivkombination zeigt die aus der folgenden Tabelle ersichtliche
NO -Abnahme im Rauchgas; die Verbrennungsbedingungen (ca.
12 Nm /h Luft) waren gleich, die Ergebnisse gut reproduzierbar. NO wird als mg NO , umgerechnet auf NO0, pro kg Kohle (waf)
XX £t
angegeben.
Additiv NO2 (mg/kg) NO3-Abnahme (%)
kein 1530,6 0
5 % Weißfeinkalk 1372,6 10
3 % Oxigenstaub 1338,8 12,5
5 % Weißfeinkalk
und 3 % Oxigenstaub 824,9 46
Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 11265/84 - Seite 9
Das Ergebnis zeigt die synergistische Wirkung der Kombination aus Ca(OH)2 und Fe-O hinsichtlich der Verringerung der NO Emission.
Claims (1)
- Patentansprüche1. Brennstoff auf Basis von Kohle, enthaltend Zusätze an Calciumoxid, Calciumhydroxid und/oder Calciumcarbonat, dadurch gekennzeichnet, daß er bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf Kohle (waf) Calciumoxid bzw. eine äquivalente Menge Calciumhydroxid, Calciumcarbonat und/oder diese Verbindungen enthaltende bzw. unter Feuerungsbedingungen bildende Substanzen sowie 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf Kohle (waf), Eisen, zugesetzt als Eisenoxid, Eisencarbonat und/oder elementares Eisen und/oder als diese Verbindungen enthaltende oder bildende, im wesentlichen halogenfreie, eisenreiche Mineralien oder technische Abfallstoffe, sowie ggf. übliche Agglomerationsbindemittel enthält.Brennstoff nach Anspruch 1, enthaltend mindestens 1 Gew.-%, bezogen auf Kohle (waf) Calciumoxid bzw. eine äquivalente Menge Calciumhydroxid, Calciumcarbonat und/oder diese Verbindungen enthaltende bzw. unter Feuerungsbedingungen bildende Substanzen.. .2Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 11265/84 - Seite 23. Verwendung einer Kombination von bis zu 10 Gew.-%, insbesondere von 1-10 Gew.-%, Calciumoxid bzw. eine äquivalente Menge Calciumhydroxid, Calciumcarbonat und/oder diese Verbindungen enthaltende bzw. unter Feuerungsbedingungen bildende Substanzen einerseits und 0,1 bis 5 Gew.-% Eisen in Form von Eisenoxid, Eisencarbonat und/oder elementarem Eisen und/oder diese Verbindungen enthaltenden oder bildenden, im wesentlichen halogenfreien, eisenreichen Mineralien oder technischen Abfallstoffen andererseits, als Additiv für Brennstoffe auf der Basis von Kohle, wobei sich die Gewichtsprozente auf Kohle (waf) beziehen...3
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