Untersuchungen zur Verbrennung von Braunkohle in einem kontinuierlichen Wirbelschichtreaktor * Hans-Rudolf Howind, Harald Helmrich, Werner Halwachs und Karl Schugerl""

Herrri Pro$ Dr. Dr. h. c. Ewald Wicke zum 65. Geburtstag

Infolge der problematischen zukiinftigen Rohstoff- und Energiever- sorgung wirdes notigsein, Braunkohlez. B. in Kraftwerken verstarkt als Substitutionsprodukt fur Erdol und Erdgas einzusetzen. Dabei werden den Wirbelschichtreaktoren fur die Verbrennung sowohl hochwertiger als auch ballastreicher fossiler Feststoffe gute Chancen eingeraumt. Der komplexe Aufbau der Kohle hat zwangslaufig variantenreiche Verbtennungsablaufe zur Folge, deren Reaktionsvorgange noch nicht ausreichend aufgeklart sind, so daB weitere Untersuchungen auch in bezug auf die Schadstoffemission von Interesse sind. Obwohl wegen der Vielzahl der dabei wechselwirkenden chemischen und physikalischen Prozesse weitgehend summarische Ergebnisse erhalten werden, liefert die Analyse der Abgase wertvolle Informatio- nen. Die verwendete Versuchsanlage ist in Abb. 1 schematisch dargestellt.

Abb. 1. Hochtemperatur-Wirbelschichtanlage. I Wirbelschichtreaktor mit Isolierung, 2 Anstromgasversorgung, 3 Reaktorheizung, 4 Forderschneckeneinrichtung, 5 MeBdatenschrei- ber, 6 Reaktionsgasabsaugung, 7 MeBgasentnahme, 8 IR-Analytik, 9 GC-Analytik, 10 GC-Polaritiitsumschaltung, 11 GC-on-line-Aus- wertung.

In einem Hochtemperatur-Wirbelschichtreaktor im Laboratoriums- manstab wurde kontinuierlich Braunkohle in ein Quarzsand- Wirbelbett eingefordert. Die Reaktionszone war wegen der nach oben offenen Reaktorbauweise einsehbar. Die Analytik der Abgase erfolgte IR-spektroskopisch und gaschro- matographisch. Eine GC-Analytik mittels Kopplung einer geheizten und einer tiefgekiihlten Saule erlaubte die isotherme Auftrennung jeder MeBgasprobe bei zwei verschiedenen Temperaturen, die MeBwerte wurden on-line mit einem ProzeBrechner ausgewertet. Die Konzentrationen der Produktgase O,, CO, CO,, SO,, der Um-

* Vortrag auf der GVC/DECHEMA-Arbeitssitzung in Konig- steinjTaunus,19. bis 21. Februar 1979.

** Dipl.-Chem. H.-R. Howind, Dr. H . Helmrich, Dr. W. Halwachs und Prof. Dr. K . Schiigerl, Institut fur Technische Chemie der Universitat Hannover, Callinstr. 3, 3000 Hannover 1 .

satz und die Temperaturerhohung wurden in Abhangigkeit vom Braunkohledurchsatz bei 600,700 und 800°C Ofenvorgabetempera- tur aufgenommen, ferner wurdeder Kohle zur Reduzierung der SO,- Emission gebrannter Dolomit beigemengt (CajS = 4). Zum Einsatz kam eine wasserhaltige schwefelarme Braunkohle mit 0,24%, S Der gemessene Gesamtvorgang einer Versuchsreihe ist in Abb. 2 dargestellt .

0,l 42 0.3 LV 0.5 96 a 7 0,s 99 g/mm {I

1sy75721 0,2 0.4 46 0,E 1.0 1.2 1.6 1.6 1.8 rni/mm 2.2

Abb. 2. Konzentrationen von O,, CO, CO,, SO,, Umsatz und Temperaturerhohung in Abhangigke~t vom Braunkohledurchsatz bei 800°C Ofenvorgabetemperatur.

Die bisher ermittelten MeBergebnisse aller Versuchsreihen lassen sich wie folgt zusammenfassen : a. Schon bei geringen Braunkohledurchsatzen verschwindet der

Sauerstoff aus dem Abgas. b. Der Konzentrations/Durchsatz-Verlauf von 0, wird mit steigen-

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der Temperatur kaum beeinfluot. Die Konzentrationen von CO, und die Temperaturerhohungsra- ten durchlaufen im untersuchten Bereich mit steigendem Durch- satz ein Maximum. Mit steigender Temperatur wird das Maximum des C0,- Konzentrations/Durchsatz-Verlaufs stiirker ausgepragt. Die Konzentrationen von CO und SO, steigen standig an und nahern sich einem Grenzwert. Die Umsatz/Durchsatz-Verlaufe und die CO, CO,, SO,- Konzentrations/Durchsatz-Verlaufe sind temperaturabhangig. Eine Beimischung von gebranntem Dolomit zur Braunkohle reduziert den SO,-Gehalt im Abgas deutlich. Quarzsand als Wirbelbettvorlage ist bei hohen Temperaturen fur einen kontinuierlichen Betrieb nicht geeignet. Zusatzlich auftretende Produktgaskomponenten, die sich bei groI3eren Braunkohleeintragen in die Wirbelschicht ausbilden, werden von der Analytik erfaBt und konnen gezielt verfolgt werden.

Weitere Untersuchungen iiber das Brenngeschehen sowie Senkung der SO,-Emission durch den Einsatz definiert gebrannter Dolomit- Chargen sind geplant. Eingegangen am 18. Mai 1979

Schlusselworte: Braunkohle, Kohleverbrennung, Wirbelschicht- reaktor, Rauchgasanalyse, Schwefeldioxid, Dolomit, Entschwefe- lung.

Chem.-1ng.-Tech. 52 (1979) Nr. 8 c, Verlag Chemie, GmbH, D-6940 Weinheim, 1979 0009-286X/79/0808-08 19$02.50/0

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