DE4007166C2 - Verfahren zur Entstickung von Abgas unter Zugabe von Ammoniak - Google Patents
Verfahren zur Entstickung von Abgas unter Zugabe von AmmoniakInfo
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Description
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur
Entstickung und Entschwefelung des Abgases einer Feuerung,
bei dem in das Wasserdampf, Schwefeldioxid, Schwefeltrioxiid
und NOx enthaltende Abgas Ammoniak oder eine zu Ammoniak
führende Verbindung und bei einer Temperatur unterhalb
800°C ein erdalkalihaltiges Reaktionsmittel in das Abgas in
Abhängigkeit von dessen Schwefeltrioxid-Gehalt eingebracht
werden, bei dem dem Abgas nach Zugabe des Ammoniaks in
einem der Feuerung nachgeschalteten Wärmetauscher Wärme
entzogen wird und bei dem nach der Entfernung des NOx das
Schwefeldioxid entfernt wird.
Aus dem Vortrag "Großtechnische Erprobung des SNCR-
Verfahrens zur Stickoxidminderung bei der Müllverbrennung"
von Dr. K. Horch, Krefeld (VDI-Bildungswerk, Handbuch:
Kombinierte zukunftsweisende Rauchgasreinigungstechnik,
München, 14., 15. September 1988) ist ein
Müllverbrennungskraftwerk bekannt, in dem unmittelbar nach
der Feuerung das Abgas unter Zugabe von Ammoniak bei einer
Abgastemperatur von 700 bis 1100°C entstickt wird. Bei
einer solchen nicht katalytischen Entstickung wird das
Ammoniak mit dem NOx nicht vollständig umgesetzt, da es
schwierig ist, das Ammoniak gleichmäßig mit dem Abgas zu
vermischen. Es verbleibt Restammoniak, der als NH3-Schlupf
bezeichnet wird und beispielsweise 20% der eingesetzten
Ammoniakmenge betragen kann. Anstelle von Ammoniak können
auch Ammoniakvorstufen wie Ammoniaklösungen in Wasser, die
Verbindungen Ammoniumcarbonat, Ammoniumformiat und
Ammoniumoxalat und deren Lösungen in Wasser eingesetzt
werden
(DE-AS 24 11 672). Auch der Einsatz von Harnstoff ist
möglich (US-PS 4 325 924).
Als nachteilig wirkt sich der Niederschlag von
Ammoniumhydrogensulfat an den der Feuerung nachgeschalteten
Wärmetauschflächen, den Wandungen der Abgaskanäle und den
Aschetrichtern mit einer Temperatur von ca. 140 bis 230°C
aus. Ammoniumhydrogensulfat bildet sich bei Anwesenheit von
Stickoxid, Wasserdampf und Schwefeltrioxid bei einer
Temperatur unterhalb ca. 300°C und bedeutet für die meist
niedrig legierten Rohrwerkstoffe eine korrosive Belastung.
Zudem setzt eine solche Verschmutzung den Wärmedurchgang
durch die vom Abgas beaufschlagten Wärmeaustauschflächen
herab.
Aus dem Firmenprospekt der Firma Steinmüller "Minderung der
NOx-Emission Sekundärmaßnahmen" Juni 1989, Seiten 4 bis 6,
ist eine Entstickung nach dem SCR-Verfahren bekannt, welche
einem Dampferzeuger mit einer Staubfeuerung nachgeschaltet
ist. Es wird darauf hingewiesen, daß sich unter den zuvor
genannten Bedingungen Ammoniumhydrogensulfat bildet.
Besonders gefährdet sind die Wärmeaustauschflächen bzw.
Wandungen des dem Katalysator nachgeschalteten Luvos, in
dem die Abgaswärme an die kalte Frischluft übertragen wird.
Bei einem NH3-Schlupf von z. B. 1% der eingesetzten NH3-
Menge kann es zur Ammoniumhydrogensulfatbildung kommen.
Aus der DE-OS 38 23 223 ist ein gattungsgemäßes Verfahren
bekannt, bei dem wenigstens ein Teil der Schwefeloxide an
einem Oxidationskatalysator zu Schwefeltrioxid umgewandelt
wird. Die Zugabe des Ammoniaks erfolgt vor dem Wärmetausch
und nach dem Wärmetausch erfolgt eine Zugabe eines
erdalkalihaltigen Reaktionsmittels. Wenigstens ein Teil des
Schwefeltrioxids reagiert direkt mit dem erdalkalihaltigen
Reaktionsmittel unter Bildung von festen Sulfaten und/oder
unter Bildung von Schwefelsäure mit etwaig vorhandenem
Wasserdampf, wobei die Schwefelsäure mit dem
erdalkalihaltigen Reaktionsmittels unter Bildung von festen
Sulfaten reagiert. Die Zugabe des erdalkalihaltigen
Reaktionsmittels erfolgt somit in einer auf die Menge des
bei der Verbrennung gebildeten Schwefeltrioxids und des
durch die Oxidation gebildeten Schwefeltrioxids. Es besteht
somit die Gefahr, daß es in dem der Feuerung
nachgeschalteten Wärmetauscher zu einer Ablagerung von
Ammoniumhydrogensulfat kommt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, bei dem mit geringem
Aufwand eine Verschmutzung des Wärmetauschers durch
Ammoniuumhydrogensulfatbildung weitgehendst vermieden wird.
Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, daß das
erdalkalihaltige Reaktionsmittel vor dem Wärmetausch in
einer allein auf die Menge des bei der Verbrennung
gebildeten Schwefeltrioxids abgestimmten Menge zugegeben
wird.
Da im Gegensatz zu dem bekannten gattungsgemäßen Verfahren
die Zugabe des erdalkalihaltigen Reaktionsmittels alleine
auf die Menge des bei der Verbrennung gebildeten
Schwefeltrioxids gerichtet ist und nicht auf die Entfernung
des im Abgas vorhandenen gesamten Schwefels abzielt, ist
die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren einzubringende
Reaktionsmittelmenge um ein vielfaches kleiner als die bei
dem bekannten Verfahren einzubringende
Reaktionsmittelmenge. Durch die Entfernung des
Schwefeltrioxids aus dem Abgas wird eine Verschmutzung der
der Feuerung nachgeschalteten Wärmetauscherflächen
vermieden. Infolge der geringeren Staubbelassung im Abgas
duruch die nur auf die Schwefeltrioxidmenge ausgerichtete
Menge an Reaktionsmittel werden zusätzlich Erosionen an den
der Feuerung nachgeschalteten Wärmetauscherflächen
verringert.
Als erdalkalihaltige Reaktionsmittel können z. B. die
Oxide, Hydroxide und Carbonate des Calciums und des
Magnesiums oder deren Mischformen wie Dolomit oder deren
Mischungen pulverförmig mit einem Fördergas oder in einer
Flüssigkeit gelöst oder teilweise wäßriger Lösung in das
Abgas eingedüst werden, wodurch das Schwefeltrioxid aus dem
Abgas unter Bildung von Calcium- und/oder Magnesiumsulfat
weitgehendst entfernt wird.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Herabsetzung des
Säuretaupunktes nach Einbindung des Schwefeltrioxids für
die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, da die sonst
notwendige Abgastemperatur gesenkt und damit der
Dampferzeugerwirkungsgrad erhöht werden kann.
Es ist von Vorteil, daß das Reaktionsmittel bei einer
Temperatur oberhalb 140°C eingebracht wird, da nur
oberhalb dieser Temperatur, weiter bevorzugt oberhalb
250°C, die Bildung von Ammoniumhydrogensulfat noch nicht
abgeschlossen ist.
Es ist weiterhin von Vorteil, daß das Reaktionsmittel
bezogen auf den SO3-Schwefel überstöchiometrisch
eingebracht wird, da nicht unbedingt von einer 100%igen
Umsetzung des Reaktionsmittels mit dem Schwefeltrioxid
aufgrund variierender Verweilzeiten und unterschiedlicher
Vermischungsqualität bei wechselnder Kessellast ausgegangen
werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der beigefügten
Figuren näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Müllverbrennungsanlage
mit einer Entstickung nach dem SNCR-Verfahren und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Dampferzeuger mit
Staubfeuerungsanlage mit einer Entstickung nach dem
SCR-Verfahren.
In einer Müllverbrennungsanlage nach Fig. 1 wird Müll M
durch einen in der Figur nicht dargestellten Aufgabeschacht
in einen Feuerraum 1 eingebracht und einem Rost 2
zugeteilt.
Durch das Rost 2 wird Verbrennungsluft L in den Feuerraum 1
eingebracht. Einem bei der Verbrennung entstehenden und
zumindest NOx im Bereich um 150-250 vpm, H2O und SO3 im
Bereich um 2-5 vpm enthaltenden Rauchgas wird oberhalb des
Rostes 2 über mindestens ein Eintragsorgan 3 Ammoniak oder
Ammoniakwasser bei einer Abgastemperatur von ca. 700 bis
1100°C zugegeben. Da das Ammoniak nicht zu 100% umgesetzt
wird, verbleibt NH3-Schlupf im Bereich von z. B. 50 vpm im
Abgas A.
Bei Abgastemperaturen unterhalb ca. 300°C entsteht
Ammoniumhydrogensulfat. Dieses kann sich an den dem
Feuerraum 1 nachgeschalteten Wärmetauschflächen 4, der
Wandungen der Abgaskanäle und an den Aschetrichtern
niederschlagen, da die Temperaturen dieser Flächen 4 in
einem zur Ammoniumhydrogensulfatbildung führenden
Temperaturbereich von etwa 140 bis 220°C liegen.
Zur Unterdrückung der Ammoniumhydrogensulfatbildung wird
das Schwefeltrioxid aus dem Abgas A entfernt, indem
erdalkalihaltiges Reaktionsmittel R stromab des
Eintragsorgans 3 für die Aufgabe des Ammoniaks über
mindestens ein Eintragsorgan 5 in das Abgas A mit einer
Abgastemperatur unterhalb 800°C aufgegeben wird.
Wird beispielsweise Ca(OH)2 als Reaktionsmittel eingesetzt,
so kann eine Ca-Menge entsprechend einem Molverhältnis
Ca/S, wobei mit S der SO3-Schwefel gemeint ist, von 1-3 für
einen hohen Einbindungsgrad des SO3 bei ausreichender
Kontaktzeit genügen.
Beispiel: Bei 35 mg SO3/m3 i.N. Abgas und einem
eingestellten Molverhältnis Ca/S=2 wären 35,1 mg Ca/m3 i. N.
Rauchgas erforderlich.
Das Abgas R des in Fig. 2 dargestellten Dampferzeugers 6
mit einer Staubfeuerung 7 wird nach dem SCR-Verfahren
behandelt, wobei das NOx unter Zugabe von Ammoniak an das
Abgas A in einem dem Dampferzeuger 6 nachgeschalteten
Katalysator 8 bei einer Abgastemperatur von z. B. ca. 350°C
reduziert wird.
Das Reaktionsmittel R kann in Strömungsrichtung des Abgases
A gesehen vor dem Eintragsorgan 3 zur Aufgabe des Ammoniaks
über ein Eintragsorgan 5a oder hinter der Einbringung des
Ammoniaks NH3 über ein Eintragsorgan 5b dem Abgasstrom A
aufgegeben werden. Ammoniak und Reduktionsmittel können
auch zugleich über das Eintragsorgan 3, welches als nicht
dargestellte mehrflutige Düse ausgebildet sein kann,
aufgegeben werden.
In einem dem Katalysator 8 nachgeschalteten
Drehluftvorwärmer 9 mit Wärmetauschflächen wird die Wärme
des Abgases A an die Verbrennungsluft L abgegeben. Obwohl
die Oberflächentemperatur der Wärmeaustauscherflächen des
Drehluftvorwärmers 9 in dem für die Bildung von
Ammoniumhydrogensulfat kritischen Temperaturbereich liegt,
kommt es nicht zur Bildung des Ammoniumhydrogensulfats, da
das Schwefeltrioxid stromauf des Drehluftvorwärmers 9 aus
dem Abgas A entfernt worden ist.
Claims (2)
1. Verfahren zur Entstickung und Entschwefelung des
Abgases einer Feuerung, bei dem in das Wasserdampf,
Schwefeldioxid, Schwefeltrioxid und NOx enthaltende
Abgas Ammoniak oder eine zu Ammoniak führende
Verbindung und bei einer Temperatur unterhalb 800°C
ein erdalkalihaltiges Reaktionsmittel in das Abgas in
Abhängigkeit von dessen Schwefeltrioxid-Gehalt
eingebracht werden, bei dem dem Abgas nach Zugabe des
Ammoniaks in einem der Feuerung nachgeschalteten
Wärmetauscher Wärme entzogen wird und bei dem nach der
Entfernung des NOx das Schwefeldioxid entfernt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erdalkalihaltige Reaktionsmittel vor dem
Wärmetausch in einer allein auf die Menge des bei der
Verbrennung gebildeten Schwefeltrioxids abgestimmten
Menge zugegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel
bezogen auf den SO₃-Schwefel überstöchiometrisch
eingebracht wird.
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