DE3407277C2

DE3407277C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Rauchgas

Info

Publication number: DE3407277C2
Application number: DE19843407277
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr. 7262 Althengstett Schönbucher; Hubert 4005 Meerbusch Wolf
Original assignee: Deutsche Babcock Anlagen AG
Current assignee: Deutsche Babcock Anlagen AG
Priority date: 1984-02-28
Filing date: 1984-02-28
Publication date: 1987-03-19
Also published as: DE3407277A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung von Rauchgas, bei dem das Rauchgas durch Waschen mit einer kalkhaltigen Suspension entschwefelt wird und anschließend die Stickoxide durch Mischen mit Ammoniak katalytisch selektiv reduziert werden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Gemäß der Erfindung wird das entschwefelte Rauchgas vor der katalytischen Reduktion der Stickoxide durch regenerativen Wärmeaustausch mit dem Reingas und durch Zufuhr von Zusatzwärme auf die NOx-Reduktionstemperatur von 220 bis 270°C erwärmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Rauchgas der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Rauchgas aus Feuerungsanlagen, insbesondere aus Kraftwerken, enthält erhebliche Mengen an Schwefelverbindungen und Stickoxiden, die aus Gründen der Umweltbelastung ausgeschieden oder neutralisiert werden müssen. Zur Abscheidung der Schwefelverbindungen haben sich in neuerer Zeit Absorber und Wäscher allgemein durchgesetzt, in denen das Rauchgas mit einer flüssigen kalkhaltigen Suspension möglichst intensiv gemischt wird. Dabei reagieren die Schwefelverbindungen mit dem Kalk zu Gips, der in Form einer Trübe aus dem Wäscher abgezogen und einer weiteren Verwendung zugeführt wird. Diese Naßbehandlung der Rauchgase, die dem Wäscher mit Temperaturen von ca. 130 bis 200°C aus dem Kesselhaus zugeführt werden, führt zwangsläufig zu einer gravierenden Senkung der Gastemperatur auf ca. 50 bis 80°C.
Zur Reduktion der Stickoxide zu Stickstoff und Wasser ist es aus der DE-OS 25 50 231 bekannt, Ammoniak in das ca. 700 bis 1200°C heiße Rauchgas in einem Molverhältnis von 0,6 bis 10 zu den Stickoxiden einzuführen. Wegen der hohen Reaktionstemperaturen für die Reduktionsprozesse ist dieses Verfahren bei Großfeuerungsanlagen mit Abwärmenutzung nicht ohne weiteres anwendbar.
Aus den DE-PSen 27 54 932 und 28 52 800 sind nach dem Gasphasen-Reduktionsprinzip arbeitende Vorrichtungen zur Umsetzung der in den Rauchgasen enthaltenen Stickoxide bekannt, bei denen in das Rauchgas zusätzlich zum Ammoniak noch Wasserstoffperoxid zugemischt wird und die eigentliche Reduktion bei niedrigeren Gastemperaturen in Gegenwart eines Feststoffkatalysators erfolgt. Bei diesem ggf. in zwei Stufen durchführbaren Verfahren ist eine direkte Kopplung mit einer Rauchgas-Naßentschwefelung wegen der unterschiedlichen Temperaturbereiche und der Vergiftungsgefahr der verwendeten Katalysatoren nicht ohne weiteres möglich.
Aus der US-PS 38 87 683 ist eine Anlage zur Beseitigung der Stickoxide in Rauchgasen bekannt, bei dem das Rauchgas mit Ammoniak gemischt und die Stickoxide in einem aus Aktivkohle und Vanadiumoxiden gebildeten Katalysatorturm bei Temperaturen zwischen 20 und 150°C reduziert werden. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt in dem hohen Preis des Katalysators und in seiner Anfälligkeit gegen Vergiftungen.
Schließlich ist aus dem Prospekt "Kawasaki DeNO_x -Apparatus" ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umsetzen der in Rauchgasen enthaltenen Stickoxide durch Einmischen von Ammoniak und anschließende katalytische Reduktion bekannt, bei dem die optimale NO_x-Reduktionstemperatur in einem mehrstöckigen Katalysatorbett bei ca. 250°C liegt. Das aus dem Kesselhaus kommende Rauchgas strömt entlang den Oberflächen der Katalysatorelemente, wobei die Stickoxide praktisch vollständig reduziert werden. Vorteilhaft bei diesem Vorgehen sind die für Rauchgase mit Abwärmenutzung günstigen Reduktionstemperaturen sowie die Möglichkeit eines relativ einfachen zonenweisen Austausches der Katalysatorelemente. Die während der NO_x-Reduktion in den Rauchgasen enthaltene fühlbare Wärme wird nicht weiter ausgenutzt, so daß der energetische Wirkungsgrad einer derartigen Reinigungsanlage ungenügend ist.
Ferner gehört ein in der - nachveröffentlichten - DE-OS 34 02 063 beschriebenes Entschwefelungsverfahren für Rauchgase zum Stande der Technik, bei dem die zuvor gekühlten und entstaubten Rauchgase in einem Wäscher mit Hilfe einer Kalksuspension entschwefelt werden. Um Kondensatbildung im Abzugskamin zu vermeiden, werden die den Wäscher verlassenden Rauchgase zweistufig auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt, und zwar einmal durch die Kompression in einem Saugzuggebläse und anschließend in einem von den noch heißen Rauchgasen durchströmten Wärmetauscher. Eine Entstickung der Rauchgase ist nach diesem Verfahren nicht möglich.
In der - nachveröffentlichten - DE-OS 34 03 995 ist ein trockenes Verfahren zur Abscheidung von Schadstoffen aus Rauchgasen beschrieben, bei dem als Abscheidemedium ggf. mit Additiven versetzte Flugasche verwendet wird. In einem Vor- und einem Hauptfilter wird die Flugasche aus den Rauchgasen abgeschieden und quasi im Kreislauf den aus dem Kessel austretenden Rauchgasen zugemischt, wobei sie mit den Schadstoffen im Rauchgas, insbesondere mit Schwermetallen, Fluorchlor- und Schwefelverbindungen, reagieren soll. Nach dem Ausfiltern der Flugasche wird in den Rauchgasstrom ein reduzierendes Gas stromab eines Saugzuggebläses eingeführt. Die eigentliche Schwefel- und Stickstoffreinigung erfolgt in einem Aktivkohlefilter, in dem auch die restlichen Schwermetalle abgeschieden werden. Für großtechnische Anlagen ist ein derartiges Vorgehen nur bedingt geeignet, weil die notwendige Resorption des Aktivkohlefilters einen außerordentlich hohen technischen Aufwand erfordert und die gesamte Energiebilanz unbefriedigend ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reinigung von Rauchgasen aus Großfeuerungsanlagen zu schaffen, das eine wirksame kostengünstige Entschwefelung und eine praktisch vollständige Entfernung der Stickoxide bei niedrigen Rauchgastemperaturen und geringem Energiebedarf ermöglicht. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens soll auch nachträglich in bestehende Feuerungsanlagen eingebaut werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Im Patentanspruch 4 ist ein besonders zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben, die unter Verwendung einfach aufgebauter Einzelaggregate einen besonders günstigen energetischen Wirkungsgrad ermöglicht und mit der bestehende Großfeuerungsanlagen nachgerüstet werden können.
Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Vorgehen ist es, daß die Abwärme der Rauchgase weitestgehend ausgenutzt werden kann, ohne den Reinigungsprozeß nachteilig zu beeinflussen. Die Rauchgase verlassen das Kesselhaus mit einer relativ niedrigen Temperatur von ca. 130 bis 180°C und werden im Wäscher durch die Berieselung mit kalkhaltiger Suspension stark abgekühlt. Da die optimalen Betriebstemperaturen des für die Entstickung der Rauchgase verwendeten Katalysators bei ca. 250°C liegen, werden die entschwefelten Rauchgase auf dieses Temperaturniveau erwärmt. Dies geschieht erfindungsgemäß einmal durch Wärmeaustausch mit dem auf Katalysatortemperatur erwärmten Rauchgas und durch zusätzliche Aufheizung mittels Zusatzwärme in Form von Dampf oder Heißgas aus dem Kesselhaus.
Um die sich durch eine zu starke Temperaturabsenkung der Rauchgase im Wäscher unter den Taupunkt ergebenden Probleme zu vermeiden, empfiehlt es sich gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung, die den Wäscher verlassenden kalten Rauchgase durch Wärmeaustausch mit dem heißen Rohgas vorzuwärmen.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Im folgenden werden Ausführungen der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 schematisch eine Rauchgas-Reinigungsanlage mit Wäscher, NO_x-Umsetzer und Wärmetauscher;
Fig. 2 schematisch eine Rauchgas-Reinigungsanlage mit Wäscher, NO_x-Umsetzer und mehreren regenerativen Wärmetauschern.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist als Hauptaggregate einen SO₂-Absorber 1, einen NO_x-Umsetzer 2, einen Regenerativ-Wärmetauscher 3 und einen Schornstein 4 auf, die jeweils durch Gaskanäle miteinander verbunden sind.
Dem in Form eines Naßwäschers ausgebildeten Absorber 1 wird das Rohgas mit Temperaturen von etwa 130°C über einen Rohgaskanal 5 aus dem Kesselhaus zugeführt. Über ein Düsensystem 6 wird eine Kalk- bzw. Kalkstein-Suspension versprüht - die ggf. über geeignete Einbauten - mit den im aufsteigenden Gasstrom enthaltenen Schwefelverbindungen zu Gipsschlamm reagiert, welcher über einen Austrag 7 aus dem Absorber 1 abgezogen wird. Das entschwefelte und dabei auf eine Temperatur von etwa 50°C abgekühlte Rauchgas wird über einen Rauchgaskanal 8 und ein Gebläse 9 zu dem Regenerativ-Wärmetauscher 3 gefördert, in dem es auf etwa 200 bis 220°C erwärmt wird. Diesem Regenerativ-Wärmetauscher 3 ist eine Zusatzheizung 11 nachgeschaltet, der ein Heizmedium, z. B. Dampf oder Heißgas, über eine Leitung 12 zugeführt wird. In dieser Zusatzheizung 11 erfolgt eine Aufwärmung des entschwefelten Rauchgases auf die Betriebstemperatur von ca. 250 bis 300°C des nachgeschalteten NO_x- Umsetzers 2, mit dem sie über einen Rauchgaskanal 13 verbunden ist. Im Einströmteil 14 des NO_x-Umsetzers - oder auch im Mündungsabschnitt des Rauchgaskanals 13 - ist eine Leitung 15 zur Einführung von - ggf. mit Luft gemischtem - Ammoniak vorgesehen, welches über ein Düsensystem 16 mit dem aufgeheizten Rauchgas vermischt wird. Im NO_x-Umsetzer 2 befinden sich eine Vielzahl von vorzugsweise platten- oder wabenförmig und in Etagen angeordneten Katalysatorelementen 17, an deren Oberflächen sich die Reduktion der im entschwefelten Rauchgas enthaltenen Stickoxide mit dem Ammoniak zu Stickstoff und Wasser vollzieht. Die optimale Betriebstemperatur für die katalytische Schwefelreduktion liegt in einem Bereich zwischen 230 und 300°C. Das Reingas tritt demzufolge mit einer Temperatur von &udf58;v&udf56; 300°C aus dem NO_x-Umsetzer 2 aus und gibt seinen Wärmeinhalt im regenerativen Wärmetauscher 10 ab. Mit einer Temperatur von ca. 80°C wird es dem Schornstein 4 zugeführt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage wird die relativ große fühlbare Wärme des bis zu 300°C heißen Reingases weitestgehend zur Aufheizung der bei der Entschwefelung abgekühlten Rauchgase ausgenutzt. Es müssen daher nur relativ geringe Wärmemengen dem Rauchgas zusätzlich zugeführt werden, um dieses bereits über 200°C heiße Rauchgas auf die optimale Betriebstemperatur für die NO_x-Reduktion zu bringen. Diese zusätzliche Aufwärmung kann durch Zufuhr von Dampf oder Heißgas über die Leitung 12 aus dem Kesselhaus oder auch mittels eines gesonderten Brenners erfolgen.
Die Vorrichtung nach Fig. 2 entspricht in ihrem Grundaufbau der Anlage nach Fig. 1. Gleiche Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Das Rohgas strömt über den Kanal 5 vor seinem Eintritt in den Absorber 1durch einen regenerativen Wärmetauscher 20, dessen anderer Teil von dem entschwefelten und dabei abgekühlten Rauchgas durchströmt wird. Bei einer Rohgastemperatur von ca. 130°C kann das entschwefelte Rauchgas auf ca. 110°C vorgewärmt werden. Im nachgeschalteten regenerativen Wärmetauscher 3 erfolgt eine Aufheizung des Rohgases auf etwa 220°C. Die weitere Behandlung des Rohgases entspricht dem in Fig. 1 dargestellten Vorgehen, wobei jedoch das Reingas mit einer Temperatur von ca. 120 bis 130°C den Regenerativ-Wärmetauscher 3 verläßt, was seine Ausbreitung über den Schornstein begünstigt. Bei dieser Ausgestaltung ergeben sich Vorteile hinsichtlich des Energieverbrauchs, da ein Teil der im Rohgas enthaltenen Wärme zu einer ausreichenden Vorwärmung der entschwefelten Rauchgase oberhalb des Taupunktes ausgenutzt wird.
Zum Anfahren der Anlage nach Fig. 1 bzw. 2 kann durch Schließen einer Klappe 10 und Öffnen einer Klappe 18 in einer Leitung 19 der Regenerativ-Wärmetauscher 3 und der NO_x-Umsetzer 2 durch Wärmezufuhr über das Heizaggregat 11 im Kreislauf auf seine Betriebstemperatur gebracht werden.

Claims

1. Verfahren zur Reinigung von Rauchgas, bei dem das Rauchgas durch Waschen mit einer kalkhaltigen Suspension entschwefelt wird und anschließend die Stickoxide durch Mischen mit Ammoniak katalytisch selektiv reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das entschwefelte Rauchgas vor der katalytischen Reduktion der Stickoxide durch regenerativen Wärmeaustausch mit dem Reingas und durch Zufuhr von Zusatzwärme auf die NO_x-Reduktionstemperatur von 220 bis 270°C erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das entschwefelte Rauchgas mit Abdampf auf die NO_x -Reduktionstemperatur erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das entschwefelte Rauchgas mit dem 130°C heißen Rohgas auf die NO_x-Reduktionstemperatur erwärmt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einem Absorber zum Abscheiden der Schwefelverbindungen und aus einem NO_x -Umsetzer, der einen Ammoniakmischer und ein Katalysatorbett enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Absorber (1) und dem NO_x-Umsetzer (2) ein mit dem erwärmten Reingas als Wärmeträger beschickter regenerativer Wärmetauscher (3) und eine Zusatzheizung (11) in Reihe eingeschaltet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein regenerativer Wärmetauscher (20) in die Rohgasleitung (5) und in die Rauchgasableitung (8) aus dem Absorber (1) eingeschaltet ist.