DD280472A1 - Verfahren und anordnung zur waermegewinnung aus rauchgasen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Waermegewinnung aus Rauchgasen unter Nutzung der Kondensationsenthalpie bei hoeherer Temperatur durch Absorption mit der waessrigen Loesung einer Saeure als Arbeitsstoff. Gemaess der Erfindung wird die mit Rauchgas aus dem Verbrennungsprozess bzw. aus der Nassentschwefelung unmittelbar beaufschlagte und damit wasserreiche waessrige Loesung einer Saeure mit Dampf geringer Exergie erhitzt und in einem oder mehreren Austreibern regeneriert, wobei in den ersten Apparaten eine Austreibung entsprechend der Konzentrationssteigerung ohne Inertgas erfolgt und in einem Austreiber, bestehend aus zwei oder mehreren Dampfraeumen, die Austreibung im ersten Dampfraum ohne Inertgas und in den folgenden Dampfraeumen die Einengung des Absorptionsmittels unter Inertgasanwesenheit geschieht. Die entstehenden Wasserdaempfe bzw. Wasserdampf-Inertgasgemische werden von mitgerissenen Absorptionsmitteltroepfchen getrennt und zur Aufheizung eines Heizmediums genutzt. Das Inertgas wird abgesaugt und in die entsprechenden Dampfraeume zurueckgefuehrt. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Wärmegewinnung aus Rauchgasen, die insbesondere bei der Vorbrennung fester Brennstoffe in Heizwerken und Kraftwerken entstehen und aufgrund einer vorhergehenden Naßentschwefelung abgekühlt sind, durch Nutzung der Kondensationsenthalpie bei Temperaturen oberhalb des Taupunktes des Rauchgaswasserdampfes.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Kondensation des in den Rauchgasen bei der Verbindung von Rohbraunkohle enthaltenen Wasserdampfes beginnt erst bei Rauchgastemperaturen von etwa 65°C, wobei bei Temperaturen von 50⁰C erst etwa die Hälfte des Rauchgaswasserdampfes kondensiert. Eine Nutzung der Kondensationsenthalpie in diesem niedrigen Temperaturbereich ist aus verschiedenen Gründen somit nur im Ausnahmefall möglich. Vorteilhaft kann die Kondensationswärme bei höheren Temperaturen durch Absorption genutzt werden.

Als Arbeitsstoffsysteme für die Wärmetransformation durch Absorption werden wäßrige Lösungen von Säuren, Laugen und Salzen eingesetzt. In diesen Systemen tritt Wasser als Arbeitsmittel auf. Als Antriebsenergie für die Durchführung des Absorptionsprozesses wird der Wärmeinhalt der Rauchgase genutzt. Die Rauchgastemperatur darf 14O⁰C nicht unterschreiten, da sonst eine erfolgreiche Prozeßführung nicht gewährleistet ist.

Der Absorptionsvorgang wird in der Weise realisiert, daß das heiße Rauchgas mit Temperaturen um 200 °C zunächst ine inen Desorber durch indirekten Wärmeaustausch über eine wärmeübertragende Trennwand aus dem Sorptionsmittel das im Absorber aus dem Rauchgas aufgenommene Wasser in Form von Wasserdampf wieder ausgetrieben wird. Die nunmehr wasserarme Lösung nimmt im Absorber in einem offenen Prozeß aus dem abgekühlten Rauchgas Feuchtigkeit auf und wird als erwärmte, wasserreiche Lösung zum Desorber zurückgeführt.

Dieses Verfahren zur Nutzung der Kondensationsenthalpie mittels offener Sorptionswärmepumpe unter Einbeziehung der Rauchgaswärme zum Antrieb des Absorptionsprozesses ist insofern nachteilig, als zum einen mit dem begrenzten Wärmeinhalt der Rauchgase nur ein geringer Teil des in ihnen enthaltenen Wasserdampfes absorbiert werden kann und der Wärmegewinn entsprechend gering ist und andererseits die im Rauchgas enthaltenen Schadstoffe durch Korrosion und Feststoffablagerung eine erhebliche Belastung für die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Apparate darstellen. Des weiteren wird der Arbeitsstoff im Absorber durch Staubeinlagerung verunreinigt und dadurch seine Wirksamkeit beeinträchtigt. Schließlich kann mit den bei einer Naßentschwefelung der Rauchgase abgesenkten Rauchgasaustrittstemperaturen der Absorptionsprozeß nicht mehr durchgeführt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, in der Verbrennung fester Brennstoffe aus der Nutzung der Kondensationsenthalpie der Rauchgase einen erhöhten Wärmegewinn bei gleichzeitiger Erhöhung der Nutzungsdauer der eingesetzten Apparate und Arbeitsstoffe zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das auf der Grundlage der Nutzung der Kondensationsenthalpie durch Absorption bekannte Verfahren zur Wärmegewinnung aus Rauchgasen so auszubilden, daß durch Naßentschwefelung abgekühlte Rauchgase eingesetzt werden können und zum anderen ein höherer Anteil der in den Rauchgasen enthaltenen Feuchtigkeit absorbiert wird. Des weiteren ist eine Anordnung zu entwickeln, die auf der Grundlage des Verfahrens eine Beeinträchtigung des Absorptionsvorgangs durch Verunreinigung der Arbeitsstoffe und die korrosive Belastung der Apparate durch Schadstoffe verringert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem offenen Sorptionsprozeß entstaubtes und entschwefeltes Rauchgas entfeuchtet wird und das mit Wasser angereicherte Sorptionsmittel mit exergetisch niedrig bewertetem Dampf erhitzt und dabei das Wasser aus dem Absorptionsmittel in einem mehrstufigen Prozeß ausgetrieben wird.

In der ersten Austreiberstufe wird das Absorptionsmittel bei konstantem Druck durch Anwendung von Heizdampf regeneriert und der dabei entstehende inertgasfreie Dampf bei dem jeweiligen Druck kondensiert und zur Aufheizung eines Heizmediums verwendet. Anschließend gelangt die Lösung in einen Austreiber mit mehreren Dampfräumen, wobei in dem ersten Dampfraum inertgasfreier Dampf entsteht, der unter Wärmeabgabe an das Heiznetz kondensiert.

In die nachfolgenden Dampfräume, die sich mit Sorptionsmitteln erhöhter Konzentrationen in Kontakt befinden, wird Inertgas zugemischt. Die Wärmeabgabe im Kondensator erfolgt bei Anwesenheit von Inertgas auf gleitendem Temperaturniveau und paßt sich besser an den Temperaturverlauf des flüssigen Heizmediums an. Andererseits wirkt sich die Anwesenheit des Inertgases in der Weise positiv auf den Desorptionsprozeß aus, daß die Desorptionstemperatur nahezu konstant bleibt und somit der Temperatur des Heizdampfes angepaßt ist.

Der konstant zu haltende Systemdruck wird durch die Änderung der Konzentration des Inertgases im Dampf-Gas-Gemisch auf die vorliegende Heizaufgabe abgestimmt. Dabei ist es zweckmäßig, daß dieser Systemdruck über dem Absorberdruck liegt und zum Transport des Absorptionsmittels genutzt wird. Jedoch kann der Systemdruck des Austreibers niedriger als der Druck im Absorber liegen, so daß zur Aufrechterhaltung des Lösungstransportes eine Pumpe erforderlich wird.

Dies tritt insbesondere dann auf, wenn Heizaufgaben'bei niedrigen Temperaturen vorliegen und bei hohen Systemdrücken mit hohen Inertgasanteilen gearbeitet werden muß.

Das Gemisch aus ausgetriebenem Dampf + Inertgas wird nach Abtrennung mitgerissener Absorptionsmittelbestandteile in einen Kondensator geleitet, in dem der Dampf kondensiert wird.

Das verbleibende Inertgas wird abgesaugt und in den entspr. Dampfraum zurückgeführt.

Der Heizaufgabe entsprechend kann der Prozeß im einfachsten Fall in einem Apparat realisiert werden, der aus einem inertgasfreien und einem inertgasbeaufschlagten Dampfraum besteht.

Gemäß der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sind dem Absorber zur Regenerierung des Absorptionsmittels ein oder mehrere Austreiber zugeordnet, die mit Heizflächen versehen sind, in denen Dampf kondensiert.

Mit der vorgeschlagenen Lösung ist die Nutzung der Kondensationswärme in Rauchgasen bei Temperaturen oberhalb des Taupunktes im Unterschied zu den bekannten Verfahren auch bei Rauchgasaustrittstemperaturen unterhalb 140°C möglich.

Somit kann die Kondensationsenthalpie in den Rauchgasen nach den heute im Interesse des Umweltschutzes zunehmend angewendeten Naßentschwefelungsverfahren, bei denen Rauchgasaustrittstemperaturen von etwa 70"C zu verzeichnen sind, genutzt werden. Es ist weiterhin vorteilhaft, daß mit dem neuen Verfahren mit einer nahezu adiabaten Absorption ein weitaus größerer Anteil der in den Rauchgasen enthaltenen Feuchtigkeit, das sind 70% gegenüber 25% bei den herkömmlichen Verfahren, absorbiert und damit ein höherer Wärmegewinn erzielt werden kann. Bei der nahezu adiabaten Absorption erfolgt eine weitere Aufheizung des ausgekühlten, entschwefelten und gereinigten Rauchgases, so daß eine herkömmliche Wiederaufheizung der Rauchgase nicht notwendig wird.

Darüber hinaus werden die für den Absorptionsprozeß erforderlichen Apparaturen und Arbeitsstoffe weitaus weniger durch Schadstoffe und Staubablagerungen belastet und sind damit länger funktionsfähig.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung, in der schematisch eine Anlage zur Wärmenutzung aus Rauchgasen wiedergegeben ist, erläutert.

Die Anlage besteht aus einem Absorber 1 mit einem Rauchgaseintrittsstutzen 2 und einem Rauchaustrittsstutzen 3. Im oberen Teil des Absorbers 1 befindet sich eine Sprüh-und Verteileinrichtung 4 für das zugeführte Absorptionsmittel, bestehend aus Schwefelsäure und Wasser, während im unteren Behälterteil das Kühlsystem 5 angeordnet ist. Das Kühlsystem 5 ist in den Rücklauf des Heiznetztes 6 eingebunden.

Derzweite Anlagenteil wird durch einen Austreiber 7, der aus den durch die Trennwand 18 abgeteilten Dampfräumen 8,8a, dem Mischrohr9 und den Abscheidevorrichtungen 10,10a besteht, gebildet. Den Abscheidevorrichtungen 10,10a des jeweiligen Dampfraumes sind die mit dem Rücklauf des Heiznetzes 6 verbundenen Kondensatoren 12,12a nachgeordnet. Der Kondensator 12a ist über die Inertgasleitung 11 und den in diese eingebundenen Lüfter 13 mit dem dem Dampfraum 8a zugeordneten Mischrohr 9 verbunden.

In den Absorber 1 wird durch den Rauchgaseintrittsstutzen 2 entstaubtes und entschwefeltes Rauchgas mit einer Temperatur 70⁰C geleitet und im Gegenstrom zu dem durch die Sprüh- und Verteileinrichtung 4 fein verteilten und mit etwa 80°C in den Absorber 1 eingebrachten Absorptionsmittel zum Rauchgasaustrittsstutzen 3 geführt. Die stark hygroskopische Lösung nimmt den im Rauchgas enthaltenen Wasserdampf durch Absorption auf. Die dabei freiwerdende Absorptionsenthalpie wird über das in der Lösung befindliche Kühlsystem 5 an den Rücklauf des Heiznetzes 6 abgegeben. Bei der Absorption wird die Wasserdampfkonzentration im Rauchgas um etwa 70% verringert, wobei die Lösung verdünnt wird. Es erfolgt eine Aufheizung des Rücklaufes um 10K. Das Rauchgas wird im Absorber entfeuchtet und mit einer höheren Temperatur als der Eintrittstemperatur über den Rauchgasaustrittsstutzen 3 zur Esse geführt.

Das verdünnte Absorptionsmittel selbst gelangt mit Hilfe einer Pumpe mit einer Temperatur von 65 ⁰C aus der Lösungsleitung 14, nach einer Temperaturerhöhung auf 110⁰C im inneren Wärmeübertrager 15, zu dem Austreiber 7. Über die Dampfleitung 16 wird die reiche Lösung im Austreiber 7 mit Heizdampf minimaler Exergie, z. B. Anzapf- bzw. Gegendruckdampf der Turbine, beheizt.

Die Parameter des zugeführten Abdampfes liegen etwa bis 135°C-150⁰C und 0,3IvIPa-O₁SIvIPa.

Bei Erreichen der Siedetemperatur der reichen Lösung beginnt die Austreibung des Wasserdampfes. Der Austreibungsprozeß wird zweistufig durchgeführt.

In der ersten Stufe tritt Wasserdampf über die Abscheidevorrichtung 10, in der der Wasserdampf von der mitgerissenen Lösung getrennt wird, in den Kondensator 12.

Die bei der Kondensation des Wasserdampfes freiwerdende Wärme wird an den Rücklauf des Heiznetzes 6 abgegeben, das anfallende Kondensat wird in einen Stoffkreislauf abgeführt und als Zusatzwasser verwendet.

In der zweiten Stufe des Austreibungsprozeses herrscht eine höhere Säurekonzentration, so daß mit dem eingesetzten Heizdampf keine weitere Austreibung bei dem in der ersten Stufe herrschenden Druck möglich ist. Zur Beibehaltung eines konstanten Systemdruckes wird über das Mischrohr 9 Inertgas geführt, wodurch die Einengung des angereicherten Absorptionsmittels zur vollständigen Regeneration bei der vorliegenden Heiztemperatur möglich wird. Im Austreiber wird ein Gesamtdruck erzeugt, der den Transport des Absorptionsmittels zum Absorber 1 über die Lösungsleitung 17 gewährleistet bzw. Rückschläge aus dem Absorber 1 vermeidet. Das entstehende Wasserdampf-Inertgasgemisch wird in der Abscheidevorrichtung 10a von den mitgerissenen Schwefelsäuretröpfchen befreit, und anschließend erfolgt im Kondensator 12 a die Kondensation des Wasserdampfes unter Wärmeabgabe bei gleitender Temperatur an das Heiznetz 6, während das Inertgas durch die Lüfter 13 abgesaugt und wieder in die Lösung der zweiten Arbeitsstufe geleitet wird.

Die für den Absorptionsvorgang aufbereitete und auf 13O⁰C erwärmte konzentrierte Lösung gelangt über die Lösungsleitung 17 und den inneren Wärmeübertrager 15, in dem die arme Lösung im Wärmeaustausch mit reicher Lösung aus dem Absorber 1 auf 80⁰C gekühlt wird, zur Absorption des in den Rauchgasen enthaltenen Wasserdampfes in den Absorber 1. Somit sind alle Stoffkreisläufe geschlossen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Wärmegewinnung aus entschwefelten und abgekühlten Rauchgasen unter Nutzung der Kondensationsenthalpie des anteiligen Wasserdampfes bei höherer Temperatur durch Absorption unter Verwendung wäßriger Lösungen von Säuren bzw. Salzen als Absorptionsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung gereinigter Rauchgase bei der Absorption die mit Wasser aus dem Absorptionsprozeß verdünnte Lösung mit Dampf geringer Exergie in einem oder mehreren Austreibern erhitzt wird, wobei in den ersten Apparaten eine Austreibung entsprechend der Konzentrationssteigerung ohne Inertgas erfolgt und in einem Austreiber, bestehend aus zwei oder mehreren Dampfräumen, die Austreibung im ersten Dampfraum ohne Inertgas und in den folgenden Dampfräumen die Einengung des Absorptionsmittels unter Inertgasanwesenheit geschieht, die entstehenden Wasserdämpfe bzw. Wasserdampf-Inertgasgemische von mitgerissenen Absorptionsmitteltröpfchen getrennt und zur Aufheizung eines Heizmediums genutzt werden und das Inertgas abgesaugt und in die entsprechenden Dampfräume zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Austreibern ein Absorptionsmittel hoher Konzentration erzeugt wird, mit dem bei der nahezu adiabaten Absorption eine Aufheizung des ausgekühlten, entschwefelten und gereinigten Rauchgases erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austreibungsprozeß mehrstufig mit entsprechend der Zunahme der Lösungskonzentration gesteigertem Inertgasanteil durchgeführt wird.

4. Anordnung zur Wärmegewinnung aus Rauchgasen, dadurch gekennzeichnet, daß im einfachsten Fall dem Absorber (1) ein Austreiber (7) nachgeschaltet ist, bestehend aus einem Behälter mit in die Lösung hineinreichenden Trennwänden (18), durch die voneinander getrennte Dampfräume (8,8a) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels gebildet werden, einer in der Lösung installierten Heizfläche (16), einer Abscheidevorrichtung (10,10a) und einem im zweiten Dampfraum (8a) in der Lösung angeordneten Mischrohr (9), das über eine Inertgasleitung (11) und einen Lüfter (13) mit einem dem Dampfraum (8a) nachgeordneten Kondensator (12a) verbunden ist.