DD301548A7 - Verfahren zur Regelung eines Additivmassestromes für die trockeneRauchgasentschwefelung in einem mit fossilen Brennstoffen gefeuertenDampfkessel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Additivmassestromes für die trockene Rauchgasentschwefelung in einem mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Dampfkessel einer Wärmeerzeugungsanlage. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nach einer trockenen Vorentschwefelung und vor einer Sprühabsorption den Zusammenhang zwischen SO ind 2-Einbindung und dem Schwefelgehalt des Brennstoffes sowie den beiden Masseströmen Brennstoff und Additiv exakt und schnell zu erfassen, wobei keine Meßwertverfälschungen auftreten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zeitgleich der SO ind 2 -Gehalt des Rauchgases, der Brennstoffmassestrom und der Additivmassestrom gemessen, danach der Schwefelgehalt des Brennstoffes nach der Beziehung S ind B = (K ind 2 * V ind (SO ind 2 N) + K ind 3) m ind Add(t) + K ind 4 * V ind (SO ind 2 N) + K ind 5 bestimmt, anschließend der Additivmassestrom nach der Beziehung (Formel)ermittelt und als Regelsignal verwendet wird. Fig. 1{Rauchgasentschwefelung; Trockenentschwefelung; Sprühabsorption; Brennstoff; Schwefelgehalt; Additiv; Massestrom; Messung; Zusammenhang; Regelsignal}

Description

K die Konstante

F der stöchiometrische Faktor Ca/S

rh_Br der Brennstoff massestrom

rn_Add derAdditivmassestrom

S_B der Gesamtschwefelgehalt des Brennstoffes

Ca derCa-Anteil des Additivs

die normierte Volumenkonzentration des SO₂

bedeuten, ermittelt und als Regelsignal verwendet wird

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Additivmassestromes für die trockene Rauchgasentschwefelung in einem mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Dampfkessel einer Wärmeerzeugungsanlage.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Ein bekanntes trockenes Entschwefelungsverfahren beruht darauf, daß z.B. Kalkstein in feinteiliger Form dem Feuerraum von mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Kesseln zugeführt wird, dort bei Temperaturen > 800°C kalziniert wird und eine chemische Bindung des SchwefeldioxidsAtrioxids an das entstandene CaO stattfindet |DD 154307).

Die dafür benötigte Additivmenge richtet sich nach dem Schwefelgehalt des Brennstoffs bzw. nach dem gebildeten SO₂ aus diesem Schwefel (stöchiometrischer Faktor Ca/S; Ca aus dem Kalkstein, S aus der Kohle). Dieser stöchiometrische Faktor soll im Bereich 1 ...2 liegen. Unter 1 ist im Rauchgas noch ein Schwefelsäuretaupunk· nachweisbar, bei Werten über 2 wird die Beherrschung der Betriebsproblome und des Abprodukts sehr schwierig.

Dient dieses Verfahren als Vorstufe für ein weiteres Entschwefelungsverfahren, z.B. Sprühabsorption, erlangt die eingesetzte Additivmenge tür das Erreichen optimaler Bedingungen der Verfahrenskombination und besonders der Hauptentschwefelungsstufe eine noch größere Bedeutung. Der Schwefelgehalt der zur Verbrennung gelangenden Kohle unterliegt natürlichen Schwankungen, dio in ihrem zeitlichen Ablauf durch die Bedingungen des Kosselbetriebes und der Bekohlung extrem sein können. Dieser Umstand erschwert die Einstellung und Fixierung eines aus verfahrenstechnischer Sicht günstigen stöchiomotrischen Verhältnisses und damit des Additivmassestroms erheblich.

Wird von langfristig ermittelten Mittelwerten des Schwefelgehaltes ausgegangen und daraus ein festes Mengenverhältnis Additiv zu Brennstoff eingestellt, können die o. g. Werte über- bzw. unterschritten werden. Mindestens werden dabei aber auch über längere Zeiträume ungünstige Verfahrensparameter erreicht bzw. für die Hauptentschwofelungsstufe ein zu großes oder zu geringes Kalkangebot orreicht. Eine andere Möglichkeit besteht darin, aus einer Brennstoffprobe mittels einer aufwendigen chemischen Analyse den Schwefelgehalt zu bestimmen. Allerdings liegt der Wert frühestens nach einigen Stunden vor. Aus diesem Wert resultierende Additivmasseströme stimmen deshalb mit dom Momentanwert nicht überein und sind somit ebenfalls wie oben beschrieben stark fehlerbehaftet.

Bekannt ist ein Vorfahren zum Bestimmen dos Schwefelgehaltes von Kohle, wobei oine Probe oiner Strahlung im Röntgenbereich ausgosotzt wird und die in der Probe enthaltenen Eisen- und Schwefelatome zur Emission ihrer entsprechenden Fluoreszenzstrahlung angeregt werden und daß die Fluoreszonzstrahlungen erfaßt und ihre Intensitäten geinessen werden sowie aus den Meßwerten der Schwefeigehalt bestimmt wird (DE-OS 2 607 968).

Nachteile:

- Kohleprobenahme und Mahlung erforderlich

- zusätzliche aufwendige Meßtechnik mit Strahlungsquelle notwendig

- keine kontinuierliche, sondern nur quasikontinuierliche Überwachung möglich

- bei automatischer Probenahme und Aufbereitung erheblicher zusätzlicher apparativer Aufwand oder ständiger manueller Aufwand

- mit diesem Verfahren ist es wegen des enorm hohen apparativen Aufwands ökonomisch sinnvoll nur möglich, einen Kohlostrom (z. B. Eingang in das KW), nicht aber die Vielzahl der unmittelbar zur Verbrennung gelangenden Kohleströme, zu überprüfen

- durch die Berechnung des verbrennbaren Schwefels ist das Ergebnis ungenau

Des weiteren isi ein Verfahren zur Bestimmung des Karbonatgehaltef c.ner in einer nassen Rauchgasentschwofelungsanlage zirkulierenden, teilweise gebrauchten Kalksteinsusponsion zur Regelung der Zugabe von frischem Kalksteinmehl zur Gewährleistung der SO₂-Absorptionsfähigkeit bei Lastschwankungen bekannt, wobei der zirkulierenden Kalksteinsuspension jeweils eine konstante Teilmenge entnommen wird, dieser Säure zur Spaltung des suspendierten Kalksteins zugemischt wird und das Volumen des entstehenden Gases, insbesondere bei konstanter Ter ;eratur und konstantem Druck, gemessen wird (DD-OS 3809379)

Nachteile:

Die dargestellte Erfindung gilt für ein Naßverfahren und ist für die Regelung des Kalksteinmassenstromes eines Trockenverfahrens nicht einsetzbar. Es fehlt die wäßrige Phase, und es gibt innerhalb der Trockenvorstufe keine Rezirkulation

- Probenahme notwendig

- Analyse durch Zumischen einer chemischen Substanz'

- hoher apparativer Aufwand

- diskontinuierlicher Betrieb.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, durch die effektive Regelung des Additivmasrestromes verfahrenstechnisch und ökonomisch günstige Bedingungen für die Rauchgasentschwefelung zu erreichen.

Darlegung dos Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nach einer trockenen Vorentschwefelung und vor einer Sprühabsorption den Zusammenhang zwischen SOj-Einbindung und dem Schwefelgehalt des Brennstoffes sowie den beiden Masseströmen Brennstoff und Additiv exakt und schnell zu erfassen, wobei keine Meßwertverfälschungen auftreten.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zeitgleich der SCVGehalt des Rauchgases, der Brennstoffmassestrom und der Additivmassestrom gemessen, danach der Schwefelgehalt des Brennstoffes nach der Beziehung

Se = (K2 · \'so,N — Ka) riiAddii) + K4 · Vso,n + K5 bestimmt, anschließend der Additivmassestrom nach der Beziehung K, · F · ma, · S₈

^mAddll - ΔΙ) —

Ca

K die Konstante

F der stöchiometrische Faktor Ca/S

rtiBr der Brennstoffmassestrom

m_Add der Additivmassestrom

S₀ der Gesamtschwefelgehalt des Brennstoffes

Ca der Ca-Anteil des Additivs

Vso,N die normierte Volumenkonzentration des SOj

KS der Kalkstein

bedeuten, ermittelt und als Regelsignal verwendet wird.

Der linearo Zusammenhang zwischen dem SO₂-Gehalt des Rauchgases (normiert) und dem Schwefelgehalt der Kohle gilt in einem Kesselbereich von 70-105% der Kesselnennlast.

Mit dem Gesamtschwefelgehalt läßt sich bei vorgegebenem stöchiometrischen Verhältnis Ca/S der notwendige Additivmassestrom ermitteln (z.B. für Kalkstein):

F · m_Dr · S 1,25

Ca

Dia SO₂-Einbindung durch die Trockenvorstufe läßt sich wie folgt beschreiben: HSO₁= 1-e-«^s'^F _f

wobei für F die Momentanwerte rr>Add und rh_Br sowie der Schwefelgehalt zum Zeitpunkt (t - At) verwendet werden. Aus pso, wird die SOj-Konzentration, die ohne Kalksteinzugabe auftreten würde, ermittelt:

\/ _ Vso.n Meßwert

^vSO,Nohn»KS — 1 ·

1 - Iso,

Dieser Wert V₅₀₁N ohne ks ist identisch mit dem Wert V_So,n·

Der Momentanwert des Schwefelgehaltes des Brennstoffs läßt sich damit ermitteln und daraus der notwendige Kalkmassestrom (Soll-Wea). Gibt es zum Meßwert des Kalkmassestromes (Ist-Wert) eine Differenz, so wird über den Rechner eine Regelgröße so gestaltet, daß der Kalkmassestrom je nach Lage der Abweichung erhöht oder verringert wird. Dies kf>nn z. B. über die Drehzahl der Zellenradschleuse das Kalksteinsilosais nosierorgan erfolgen.

Vorteile der Erfindung

- Der für das komplexe sowie separate trockene Entschwefelungsverfahren wichtige stöchiometrische Faktor Ca/S wird während des gesamten Prozesses eingehalten.

- Der für die Absenkung des Schwefelsäuretaupunktes wichtige stöchiomotrischo Faktor- 1 wird eingehalten.

- Im Abprodukt (Asche! treten keine so hohen Kalkgehalte auf, daß die Verladung, Transport und Deponie gefährdet werden.

- Vermeidung von ökonomischen Verlusten, da nicht mehr Kalkstein verbraucht werden kann, als für die optimale Verfahrensgestaltung notwendig ist.

- Einhaltung eines optimalen Entschwefelungsgrades der Trockenentschwefelung.

- Einhaltung optimaler Bedingungen (z. B. Kalkgehalt der Flugasche) für die Sprühabsorption.

- Kontinuierliche Ermittlung des Schwefelgehaltes des Brennstoffs ohne aufwendige Analysen.

Ausführungsbeispiel

Die nähere Erläuterung erfolgt anhand der Zeichnung, die eine Prinzipskizze darstellt.

In einer Rauchgasentschwefelungsanlage, bestehend aus der Trockenvorstufe mit Kalksteinmehl zum Feuerraum und der Hauptstufe mit Sprühabsorption unter Verwendung der kalkangereicherten Flugasche, wird ein stöchiometrisches Verhältnis Ca/S = 1,5 angestrebt. Als Meßwerte liegender SO₂-und O₂-Gehalt des Rauchgases nach Luftvorwärmer, der Brennstoff-und der Kalksteinmehrmassestrom zum Feuerraum vor. Diese Werte werden kontinuierlich ermittelt und angezeigt. Dor Kohlemassestrom 1 wird über die Summe der Zuteilerdrehzahlen bestimmt. Dieser Meßwert 8 geht auf den Rechner 13. Der Massestrom an Kalksteinmehl 2 wird über die Drehzahl der Zellenradschleuse 7 unter dem Kalksteinmehlsilo 6 ermittelt, und dieser Wert 9 wird ebenfalls auf den Rechner 13 gegeben. Diese Masseströme gelangen zum Dampferzeuger 3, wobei das Kalksteinmehl dem Feuerraum zudosiert wird. Das toilentschwefelte und in der Flugasche mit Kalk angereicherte Rauchgas verläßt im Rauchgaskanal 4 den Dampferzeuger und gelangt in den Absorber der Sprühabsorption 5. Dieses Rauchgas wird auf die Volumenanteile SO₂ und O₂ analysiert, und die beiden Meßwerte 10,11 werden auf den Rechner 13 gegeben, ebenso der entsprechend Verfahrensgestaltung günstige stöchiometrische Faktor 12 Ca (aus dem Kalkstein)/S (aus der Kohle). Im Rechner 13 werden die SOj-Werte auf einen O₂-Gehalt von 7 % normiert. Mit diesen normierten Werten und den anderen Eingabewerten werden die dargelegten Rechnungen ausgeführt. Wird im Ergebnis dieser Berechnungen festgestellt, dnß der durch F = 1,5 bedingte Kalksteinmassestrom im Ist-Zusland vom Soll-Wert abweicht, gibt der Rechner 13 eine entsprechende Stellgröße 14 ab, die den Antrieb 15 der Zellenradschleuse 7 erreicht und dort die Drehzahl (Regelgröße) erhöht (m_Ks wird größer) oder verringert (m_KS wird kleiner).

Dieser ganze Prozeß der Moßwerterfassung, Berechnung und Regelung kann ununterbrochen laufen; es ist aber auch ein quasikontinuierlicher Betrieb möglich. Zum Beispiel kann die Stellgröße 14 auch nur in bestimmten Zeitintervallen (1 min oder 5min) abgegeben werden.

Claims (1)

1. Verfahren zur Regelung eines Additivmassestromes für die trockene Rauchgasentschwefelung in einem mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Dampfkessel zur Einhaltung eines stöchiometrischen Faktors Ca/S von 1 ...2, gekennzeichnet dadurch, daß zeitgleich der SCyGehaltdes Rauchgases, der Brennstoffmassestrom und der Additivmassestrom gemessen, danach der Schwefelgehalt des Brennstoffes nach der Beziehung

   Sa = (K2 · VsojN - K₃) rh_Add(,) + K₄ · VcQjN + K₅
   bestimmt, anschließend der Additivmassestrom nach der Beziehung ™ - K, · F rh_Br · S₈

   ^mAdd(t + At) - ^T /