CS274412B2

CS274412B2 - Method of precooled hot fue gases' further cooling

Info

Publication number: CS274412B2
Application number: CS980684A
Authority: CS
Inventors: Manfred Ing Weigel
Original assignee: Davy Mckee Ag
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1991-04-11
Also published as: PL144352B1; PL251142A1; DE3346691C2; DE3346691A1; CS980684A2; DD228177A5

Description

Vynález se týká způsobu obsahujících oxid siřičitý s dou v rozsahu 140 až 170 °C, dalšího ochlazování předchlazených horkých kouřových plynů rosným bodem kyseliny sírové v rozsahu 120 až 180 °C, s výhopred odsiřováním při nízkých teplotách.The invention relates to a process comprising sulfur dioxide with a fume in the range of 140 to 170 ° C, further cooling the pre-cooled hot flue gases with a dew point of sulfuric acid in the range of 120 to 180 ° C, preferably with desulphurisation at low temperatures.

Oe známa řada způsobů odstraňování oxidu siřičitého z kouřových plynů při nízkých teplotách absorpcí vodnými roztoky nebo suspenzemi. Podle Wellman-Lordova způsobu se kouřové plyny obsahující kysličník siřičitý uvádějí do styku s vodným roztokem siřičitanu sodného, který přitom oxid siřičitý z kouřových plynů za částečné tvorby kyselého siričitanu sodného odejímá. Absorpce přitom probíhá při teplotách například 50 až 55 °C, takže horké kouřové plyny musí být napřed ochlazeny na tuto teplotu. Vyčištěné kouřové plyny mají po opuštění absorpčního stupně přibližně teplotu absorpce. Aby kouřové plyny měly v komíně tah potřebný pro jejich vypouštění do atmosféry, musí mít před vstupem do komína teplotu přibližně 80 až 100 °C, Toto platí pro všechny způsoby odsiřování kouřových plynů, při kterých se k absorpci oxidu siřičitého používá vodní prostředí.A number of methods for removing sulfur dioxide from flue gases at low temperatures by absorption by aqueous solutions or suspensions are known. According to the Wellman-Lord method, the flue gases containing sulfur dioxide are contacted with an aqueous solution of sodium sulfite, which in this case removes the sulfur dioxide from the flue gases with the partial formation of acidic sodium sulfite. The absorption takes place at temperatures of, for example, 50-55 ° C, so that the hot flue gases must first be cooled to this temperature. The cleaned flue gases have approximately the absorption temperature after leaving the absorption stage. The flue gas must have a temperature of about 80 to 100 ° C before it enters the chimney in order to have the draft necessary to discharge it into the atmosphere. This applies to all flue gas desulphurisation processes using an aqueous environment to absorb sulfur dioxide.

Kouřové plyny obsahující oxid siřičitý mají obvykle jen malý obsah kysličníku sírového a v důsledku toho mají nízký rosný bod v okolí 90 až 110 °C. Kouřové plyny proto mohou být po opuštění spalovacího prostoru ochlazovány například ve vzduchovém předehříváku bez problémů natolik, že po průchodu elektrofiltrem mají teplotu například 120 až 130 °C. Pod teplotu rosného bodu se pak' tyto kouřové plyny dostanou pouze při jejich následném ochlazení na teplotu odsiřování. Pouze v tomto chladicím stupni je tedy třeba použít materiály odolné proti korozi. U kouřových plynů, které mají například v důsledku katalyticky působících nečistot v palivu obsahujícím síru silně zvýšený obsah oxidu sírového, například na 150 až 200 mg/m⁵, měřeno za normálních podmínek, je rosný bod podstatně výše. Obvyklé ochlazování kouřových plynů lze proto provést pouze na příslušně vyšší teplotu, například 170 až 200 °C, jestliže nemá dojít ke korozi. Jestliže se při dalším ochlazování kouřových plynů využívá jejich teplo, musí být tyto chladicí stupně v rozsahu od vyšších teplot až ke vstupní teplotě odsiřování kouřových plynů, to jest například při 130 °C, odolné proti korozi. K investičním nákladům na odsiřování tedy přistupují další značné náklady. Protože při odsiřování ve vodném prostředí se oxid sírový na rozdíl od oxidu siřičitého často odloučí jen částečně, mají také odsířené kouřové plyny ještě zvýšený rosný bod, takže před vstupem do komína je třeba větší množství tepelné energie na jejich opětný ohřev na vyšší teplotu, nehledě na znečišťování vzduchu neodloučeným kysličníkem sírovým.Sulfur dioxide-containing flue gases usually have a low sulfur trioxide content and consequently have a low dew point in the vicinity of 90-110 ° C. Therefore, after leaving the combustion chamber, the flue gases can be cooled, for example, in an air preheater without problems to such an extent that they have a temperature of, for example, 120-130 [deg.] C. after passing through the filter. These flue gases are then brought below the dew point only when they are subsequently cooled to the desulfurization temperature. It is only in this cooling stage that corrosion-resistant materials need to be used. For flue gases which, for example, have a strongly increased sulfur trioxide content due to catalytic impurities in the sulfur-containing fuel, for example to 150 to 200 mg / m ⁵ , measured under normal conditions, the dew point is substantially higher. The usual cooling of the flue gases can therefore only be carried out at a correspondingly higher temperature, for example 170 to 200 ° C, if corrosion is not to occur. If further heat is used to cool the flue gases, these cooling stages must be corrosion-resistant in the range from higher temperatures up to the flue gas desulfurization inlet temperature, e.g. at 130 ° C. Consequently, the investment costs of desulfurization are subject to considerable additional costs. Since sulfur dioxide is often only partially separated from sulfur dioxide in aqueous desulphurisation, desulphurized flue gases also have an increased dew point, so more heat is required to re-heat to a higher temperature before entering the chimney, air pollution by sulfur dioxide which is not separated.

Úkolem vynálezu je nalezení způsobu dalšího ochlazování předchlazených horkých kouřových plynů obsahujících oxid siřičitý s rosným bodem kyseliny sírové v rozsahu 120 až 180 °C, s výhodou v rozsahu 140 až 170 °C, před odsiřováním při nízké teplotě, to jest při tak zvaném mokrém odsiřování. Přitom se má při ochlazování kouřových plynů na teploty 200 až 100 °C předejít zvýšeným nákladům na korozivzdorné materiály. Kouřové plyny mají být dále po mokrém odsíření opět ohřívány s vynaložením menšího množství tepelné energie, takže maximální množství tepelné energie bude k dispozici pro výrobu páry. Konečně také obsah oxidu sírového v kouřových plynech má být snížen natolik, aby tyto kouřové plyny mohly být po odsíření vypouštěny do atmosféry.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a process for further cooling pre-cooled hot flue gases containing sulfur dioxide with a dew point of sulfuric acid in the range of 120-180 ° C, preferably in the range of 140-170 ° C, before desulphurisation at low temperature. . Increased costs of corrosion-resistant materials are to be avoided when the flue gases are cooled to 200 to 100 ° C. Further, after the wet desulfurization, the flue gases are to be reheated with less thermal energy, so that the maximum amount of thermal energy will be available for steam production. Finally, the sulfur trioxide content of the flue gases should be reduced to such an extent that the flue gases can be discharged into the atmosphere after desulfurization.

Předmětem vynálezu tedy je způsob dalšího ochlazování předchlazených horkých kouřových plynů, obsahujících oxid siřičitý, s rosným bodem kyseliny sírové v rozmezí 120 až 1B0 °C před odsířováním při nízkých teplotách, jehož podstata spočívá v tom, že se předchlazené kouřové plyny nad svým rosným bodem dále ochlazují na teplotu v rozmezí 135 až 175 °C, ke kouřovým plynům se pro snížení rosného bodu na teplotu 60 až 100 °C přidává amoniak a vzniklý síran amonný se od kouřových plynů odlučuje při teplotě v rozmezí 135 až 175 °C, z kouřových plynů se nad sníženým rosným bodem odvádí teplo až do dosažení teploty v rozmezí 80 až 130 °C a teplo odvedené z kouřových plynů se v podstatě předá odsířeným kouřovým plynům.Accordingly, the present invention provides a process for further cooling pre-cooled hot flue gases containing sulfur dioxide with a dew point of sulfuric acid in the range of 120 to 1 ° C prior to desulphurisation at low temperatures, characterized in that the pre-cooled flue gases are further above their dew point. cooled to a temperature between 135 and 175 ° C, ammonia is added to the flue gases to reduce the dew point to 60 to 100 ° C and the resulting ammonium sulphate is separated from the flue gases at a temperature between 135 and 175 ° C, from the flue gases above the lowered dew point, heat is dissipated until a temperature in the range of 80 to 130 ° C is reached, and the heat removed from the flue gases is substantially transferred to the desulfurized flue gases.

Kouřové plyny se výhodně před zpracováním za účelem snížení rosného bodu ochlazují na teplotu v rozmezí 135 až 175 °C. Kouřové plyny přicházející z elektrofiltru, které byly předtím ochlazeny ve vzduchovém předehříváku, se při tom ochladí na teplotu, která jeThe flue gases are preferably cooled to a temperature in the range of 135 to 175 ° C prior to the dew point treatment. The flue gases coming from the electrofilter, which were previously cooled in the air preheater, are cooled to a temperature which is

CS 274 412 B2CS 274 412 B2

V.IN.

v bezpečném odstupu, například o 10 až 25 °C, nad daným rosným bodem, takže v tomto chladícím stupni nemůže dojít k žádné korozi. V tomto stupni odvedené teplo se může převést na odsířené kouřové plyny.at a safe distance, for example by 10 to 25 ° C, above the dew point so that no corrosion can occur in this cooling stage. At this stage, the dissipated heat can be converted to desulphurized flue gases.

Rosný bod kyseliny sírové kouřových plynů se potom sníží odstraněním oxidu sírového z plynů o 30 až 100 °C, výhodně 40 až 70 °C na 60 až 100 °C. Pro snížení rosného bodu se do kouřových plynů přidává amoniak a vznikající síran amonný se z kouřových plynů odlučuje. Pokud kouřové plyny obsahují také chlorovodík, vylučuje se při vhodném přebytku amoniaku kromě síranu amonného částečně také vznikající chlorid amonný. Amoniak se do proudu kouřových plynů výhodně přidává v plynné formě, například pomocí jedné nebo několika trysek, přičemž jeho množství odpovídá obsahu oxidu sírového a případně chlorovodíku v kouřových plynech. Vzniklý síran amonný se z proudu kouřových plynů výhodně odlučuje a odstraňuje pomocí elektrofiltru. Odlučování síranu amonného se výhodně provádí při teplotě v rozmezí 135 až 175 °C.The dew point of the sulfuric acid of the flue gases is then reduced by removing sulfur trioxide from the gases by 30 to 100 ° C, preferably 40 to 70 ° C to 60 to 100 ° C. To reduce the dew point, ammonia is added to the flue gases and the resulting ammonium sulfate is separated from the flue gases. If the flue gases also contain hydrogen chloride, a suitable excess of ammonia, in addition to ammonium sulphate, also partially eliminates the resulting ammonium chloride. Ammonia is preferably added to the flue gas stream in gaseous form, for example by means of one or more nozzles, the amount of which corresponds to the sulfur trioxide content and optionally hydrogen chloride content of the flue gases. The resulting ammonium sulfate is preferably separated and removed from the flue gas stream by means of an electrofilter. The separation of the ammonium sulfate is preferably carried out at a temperature in the range of 135 to 175 ° C.

Potom se kouřové plyny se sníženým rosným bodem ochladí až na teplotu, která je v bezpečném odstupu nad sníženým rosným bodem, to znamená až na teplotu v rozmezí B0 až 130 °C.Thereafter, the dew point reduced flue gases are cooled down to a temperature which is safely above the dew point reduced, i.e. to a temperature in the range of B0 to 130 ° C.

Chladicím stupněm nebo stupni pro kouřové plyny, tepelným výměníkem protékaným odsířenými kouřovými plyny a případně vyvíječem páry cirkuluje kapalné a případně odpařitelné teplonosné médium. Toto teplonosné médium se v chladicím stupni, popřípadě stupních, ohřívá a ve vyvíječi páry a tepelném výměníku se poOtupně opět ochlazuje. Teplonosným mediem může být například tlaková voda. Teplota teplonosného média může při cirkulaci kolísat mezi horní teplotou v rozmezí 115 až 185 °C a dolní teplotou v rozmezí 70 až 110 °C.The cooling or flue gas stage, the heat exchanger flowing through the desulphurized flue gases and optionally the steam generator circulates a liquid and possibly evaporable heat transfer medium. This heat transfer medium is heated in the cooling stage (s) and is cooled in a stepwise manner in the steam generator and heat exchanger. For example, the heat transfer medium may be pressurized water. The temperature of the heat transfer medium may vary between the upper temperature in the range of 115-185 ° C and the lower temperature in the range of 70-110 ° C.

Oba chladicí stupně a stupeň zpracování plynu pro snížení rosného plynu, pracují nad teplotou rosného plynu, takže v těchto stupních se mohou používat levné materiály, například uhlíkatá ocel. Pouze navazující další chladicí stupen, kde se kouřové plyny dále ochla zují přibližně na teplotu mokrého odsiřováni, musí být proveden z materiálu odolného vůči korozi, například grafitu, ušlechtilé oceli nebo emailovaného materiálu. Ze snížení rosného bodu nutně vyplývá také snížení rosného bodu odsířených kouřových plynů, takže velikost opětného ohřevu je určována potřebným tahem, nikoli však možnou korozí komína. Ve srovnání se známými způsoby, například způsobem popsaným ve VGB Kraftwerkstechnik 63 (1983), str.Both the cooling stages and the gas treatment stage to reduce the dew gas operate above the dew gas temperature so that cheap materials such as carbon steel can be used in these stages. Only the downstream cooling stage, where the flue gases are further cooled to approximately the wet desulfurization temperature, must be made of a corrosion-resistant material such as graphite, stainless steel or enamelled material. The dew point reduction also necessarily results in a dew point reduction of the desulfurized flue gases, so that the amount of reheating is determined by the necessary draft, but not by possible corrosion of the chimney. Compared to known methods, for example as described in VGB Kraftwerkstechnik 63 (1983), p.

332 a další, je teplo odebírané při způsobu podle vynálezu k disposici na vyšší teplotní úrovni. Proto lze zmenšit teplosměnnou plochu pro opětný ohřev odsířených kouřových plynů. Protože odsířené kouřové plyny jsou v podstatě zbaveny oxidu sírového, vystačí se při opětném ohřevu s nižší teplotou a část takto získaného tepla lze využít k výrobě páry. Zásluhou snížení rosného bodu se snižuje spotřeba absorpčních prostředků pro tvorbu síranů, odsířené kouřové plyny mají nízký obsah oxidu sírového, což je příznivé pro opětný ohřev a jakost vypouštěných spalin.332 et seq., The heat drawn in the process of the invention is available at a higher temperature level. Therefore, the heat exchange surface for reheating the desulfurized flue gases can be reduced. Since the desulphurized flue gases are substantially free of sulfur trioxide, reheating at a lower temperature is sufficient and part of the heat thus obtained can be used to produce steam. Dew point reduction reduces the consumption of sulphate-absorbing absorbents, the desulphurized flue gases have a low sulfur trioxide content, which is beneficial for reheating and the quality of the exhaust gas.

Vynález je blíže objasněn pomocí přiloženého obrázku, který znázorňuje proudové schéma zařízení k provádění popsaného způsobu.The invention is illustrated in more detail by means of the accompanying drawing which shows a flow diagram of an apparatus for carrying out the described method.

Horké kouřové plyny, vystupující z kotlového zařízení χ, jsou pomocí sacího ventilátoru £ prosávány nejdříve vzduchovým předehřívačem 2_ a pak prvním elektrofiltrem χ. Vzduchový predehřívák £ je výhodně tvořen Ljungstromovým regenerátorem, ve kterém se kouřové plyny ochladí spalovacím vzduchem na například 185 °C. Kouřové plyny obsahující oxid siřičitý a sírový, mají rosný bod například 150 °C. Kouřové plyny pak procházejí prvním plynovým chladičem X, ve kterém se tlakovou vodou ochladí na 165 °C. Do kouřových plynů se pak prvním potrubím 6_ přidává plynný amoniak, který s oxidem sírovým a vodou obsaženými v kouřových plynech reaguje na síran amonný. Vzniklá suspenze síranu amonného se odlučuje v navazujícím druhém elektrofiltru 1_ a odvádí druhým potrubím 8. Zásluhou tohoto odstranění oxidu sírového z kouřových plynů se rosný bod sníží asi na 95 °C. Kouřové plyny pak procházejí druhým plynovým chladičem 3_, kde jsou tlakovou vodou dále ochlazovány, například na 125 °C. Následně procházejí kouřové plyny třetím plynovým chladičem 10 , ve kterém se před vstupem do Welman-Lordova odsiřovacího zařízení 11 dále ochlazují například na 75 °C.The hot flue gases exiting the boiler device χ are sucked by the air preheater 2 first through the suction blower 6 and then by the first electrofilter χ. The air preheater 6 is preferably a Ljungstrom regenerator in which the flue gases are cooled by combustion air to, for example, 185 ° C. The flue gases containing sulfur dioxide and sulfur dioxide have a dew point of, for example, 150 ° C. The flue gases then pass through a first gas cooler X, in which it is cooled to 165 ° C with pressurized water. Ammonia gas is then added to the flue gas through line 6 to react with ammonium sulfate with the sulfur trioxide and water contained in the flue gas. The resulting ammonium sulphate suspension is separated in a downstream second electrofilter 7 and discharged through a second line 8. Due to this removal of sulfur trioxide from the flue gases, the dew point is lowered to about 95 ° C. The flue gases then pass through a second gas cooler 3 where they are further cooled by pressurized water, for example to 125 ° C. Subsequently, the flue gases pass through a third gas cooler 10, in which they are further cooled to, for example, 75 ° C before entering the Welman-Lord desulfurization plant 11.

CS 274 412 92CS 274 412 92

Odsířené kouřové plyny opouštějí Wellman-Lordovo odsiřovací zařízení 11 s teplotou 55 až 60 °C a před vstupem do komína 13 se v prvním tepelném výměníku 12 znovu ohřívají na 90 °C.The desulfurized flue gases leave the Wellman-Lord desulfurization plant 11 at a temperature of 55 to 60 ° C and are reheated to 90 ° C in the first heat exchanger 12 before entering the chimney 13.

Tlaková voda proháněná v okruhu 16 čerpadlem 18 se nejdříve v druhém plynovém chladiči 2 zahřeje například ze 110 °C na 145 °C a pak v prvním plynovém chladiči 5_ dále na 175 °C. Tlaková voda pak prochází vyvíječem 17 páry, ve kterém se značná část tepla přejatého v plynových chladičích 2, 2 využije k výrobě páry. Tlaková voda, která se přitom ochladí na 140 °C, pak přichází do prvníh.o tepelného výměníku £2, ve kterém zahřívá odsířené kouřové plyny a sama se přitom opět ochladí na 110 °C. Místo tlakové vody může samozřejmě cirkulovat také jiné teplonosné médium. Výroba páry ve vyvíječi 17 páry se může provádět buď nepřímou výměnou tepla nebo také přímo z cirkulující tlakové vody, přičemž je pak třeba doplňovat vodu v množství odpovídajícím množství vyrobené páry. V třetím plynovém chladiči 10 se kouřové plyny rovněž ochlazují teplonosným médiem, které teplo získané v druhém tepelném výměníku 14 odevzdává chladnému vzduchu nasávanému ventilátorem £5 pro čerstvý vzduch. Takto předehřátý vzduch pak prochází vzduchovým předehřívákem 2, ve kterém se jeho teplota zvyšuje například na 340 °C. Ohřátý vzduch pak slouží jako spalovací vzduch pro kotlové zařízení £.The pressurized water circulated in the circuit 16 by the pump 18 is first heated in the second gas cooler 2, for example from 110 ° C to 145 ° C and then in the first gas cooler 5 further to 175 ° C. The pressurized water then passes through a steam generator 17, in which a considerable part of the heat received in the gas coolers 2, 2 is used to produce steam. The pressurized water, which is cooled to 140 [deg.] C., then flows into the first heat exchanger 52, in which it heats the desulfurized flue gases, cooling itself again to 110 [deg.] C. Instead of pressurized water, of course, another heat transfer medium can also be circulated. The production of steam in the steam generator 17 can be carried out either by indirect heat exchange or also directly from the circulating pressurized water, in which case it is necessary to replenish the water corresponding to the amount of steam produced. In the third gas cooler 10, the flue gases are also cooled by a heat transfer medium which transfers the heat obtained in the second heat exchanger 14 to the cool air drawn in by the fresh air fan 65. The preheated air is then passed through an air preheater 2, in which its temperature is raised to, for example, 340 ° C. The heated air then serves as combustion air for the boiler device 6.

Způsob podle vynálezu s ochlazováním kouřových plynů rozděleným do plynových chladičů 2, 2 umožňuje dodržovat teplotu kouřových plynů optimální pro reakci oxidu sírového s amoniakem a tím pro snížení rosného bodu. Vysoký tepelný obsah, který je k dispozici z plynových chladičů 2, 2, umožňuje optimální využití tohoto tepla pro opětný ohřev odsířených kouřových plynů a pro výrobu páry. Omezení potřeby korozivzdorných materiálů v podstatě pouze na třetí plynový chladič 10 snižuje pořizovací cenu zařízení. Odstranění oxidu sírového ze surových kouřových plynů konečně nejen snižuje spotřebu absorpčních prostředků v odsiřovacím zařízení 11, nýbrž také teplotu, na kterou musí být odsířené kouřové plyny znovu zahřátý, čímž se dosahuje zmenšení spotřeby tepla pro tento účel.The process according to the invention with the cooling of the flue gases divided into the gas coolers 2, 2 makes it possible to maintain the flue gas temperature optimal for the reaction of sulfur trioxide with ammonia and thus to reduce the dew point. The high heat content available from the gas chillers 2, 2 allows optimum use of this heat for reheating the desulfurized flue gases and for steam generation. Reducing the need for corrosion resistant materials to substantially only the third gas cooler 10 reduces the cost of the device. Finally, the removal of sulfur trioxide from the raw flue gases not only reduces the consumption of absorbent means in the desulfurization plant 11, but also the temperature to which the desulfurized flue gases must be reheated, thereby reducing heat consumption for this purpose.

Claims

A method for further cooling pre-cooled hot flue gases containing sulfur dioxide with a dew point of sulfuric acid in the range of 120 to 180 ° C prior to desulfurization at low temperatures, characterized in that the pre-cooled flue gases above their dew point are further cooled to 135 to 175 ° C, ammonia is added to the flue gases to reduce the dew point to 60 to 100 ° C and the resulting ammonium sulfate is separated from the flue gases at a temperature in the range 135 to 175 ° C; the dew point dissipates heat until a temperature in the range of 80 to 130 ° C is reached, and the heat removed from the flue gases is substantially transferred to the desulfurized flue gases.

2. The process according to claim 1, wherein the ammonium sulfate is separated by electrofiltration.

3. The method according to claim 1, wherein the heat exchange in the first third and fourth stages is carried out by means of a heat transfer medium whose temperature varies between 115 DEG-185 DEG C. and 70 DEG-110 DEG.