DE19752470A1 - Verfahren und Anlage zum Abtennen von SO¶2¶ aus Abgas - Google Patents

Verfahren und Anlage zum Abtennen von SO¶2¶ aus Abgas

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem
das Abgas in einem Absorptionsturm mit Meerwasser beaufschlagt wird,
der Flüssigkeitssumpf des Absorptionsturmes belüftet wird und
die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitssumpf des Ab­ sorptionsturms abgezogen und zum Zwecke der Sulfat­ bildung und Neutralisation in einem Nachreaktions­ becken mit frischem Meerwasser gemischt wird,
wobei der Meerwasseraufgabestrom für die Gaswäsche einer mehrere Düsenebenen aufweisenden Düsenanordnung am Kopf des Absorptionsturms zugeführt wird und wobei der pH-Wert der aus dem Flüssigkeitssumpf abgezogenen Flüssigkeit gemessen sowie ein unmittelbar dem Flüssigkeitssumpf zugeführter Meerwasserzusatzstrom in Abhängigkeit der pH-Meßwertab­ weichung von einem zwischen pH 4 und pH 5 gemessenen Soll­ wert geregelt wird.
Der pH-Sollwert des Flüssigkeitssumpfes wird vorzugsweise im Bereich zwischen pH 4,15 und pH 4,5 festgelegt. Ferner wird in dem Nachreaktionsbecken durch Zugabe von frischem Meerwasser vorzugsweise ein pH-Wert von mindestens 6,0 ein­ gestellt. Das in der Absorptionszone abgeschiedene Schwefeldioxid wird im Flüssigkeitssumpf in Bisulfite bzw. durch die Sumpfbelüftung in Bisulfate umgesetzt. Die pH- Führung gewährleistet eine maximale Bisulfit-Konzentration in dem aus dem Flüssigkeitssumpf abgezogenen Flüssigkeits­ strom und schafft die Voraussetzungen für eine schnelle Umsetzung zu Bisulfaten. Aufgrund des stark sauren Milieus ist eine hohe Oxidationsgeschwindigkeit gewährleistet, so daß eine kurze Verweilzeit der Flüssigkeit im Flüssig­ keitssumpf des Absorptionsturmes ausreichend ist. Mit der Oxidationsluft wird die Flüssigkeit im Flüssigkeitssumpf ferner wirkungsvoll von Kohlendioxid befreit. Es erfolgt eine SO2-Austreibung aus einer nahezu SO2-gesättigten Lösung. Aus dem Flüssigkeitssumpf wird daher ein teil­ neutralisiertes Abwasser mit dem Zwischenprodukt Bisulfat abgezogen und in dem Nachreaktionsbecken mit frischem Meer­ wasser und zwecks Vervollständigung der Neutralisation und Sulfatbildung vermischt. Eine Belüftung des Nachreaktions­ beckens ist in der Regel nicht mehr erforderlich.
Das vorstehend beschriebene und aus EP-A 0 756 890 bekannte Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, hat sich grund­ sätzlich bewährt. Allerdings ist das bekannte Verfahren nicht flexibel anpaßbar, wenn sich z. B. aufgrund des Kraftwerksbetriebes die Rauchgasmenge und/oder die SO2- Konzentration des Rauchgases ändern und/oder sich die Zusammensetzung des oft in Ufernähe oder im Bereich von Flußmündungen entnommenen Meerwassers ändert. Ändern sich derartige Betriebsparameter, so hat dies eine Änderung der SO2-Konzentration im Reingas zur Folge. Zur Förderung des Meerwasseraufgabestromes werden Kreiselpumpen mit Antrieben eingesetzt, deren Drehzahl nicht regelbar ist. Drehzahl­ geregelte Antriebe kommen bei der erforderlichen großen Antriebsleistung aufgrund hoher Kosten nicht in Betracht.
In der Praxis sind den Düsenebenen unterschiedliche Pumpen zugeordnet. Durch Ab- und Zuschaltung jeweils einer Pumpe kann der Meerwasseraufgabestrom in Stufen verändert werden, wenn sich aufgrund des Kraftwerksbetriebes gravierende Änderungen in bezug auf den Rauchgasmengenstrom und/oder die SO2-Konzentration des Rauchgases ergeben. Auf diese Weise ist allerdings nur eine grobe Anpassung an geänderte Betriebsparameter möglich. Das Ab- und Zuschalten einer Pumpe hat ferner Einfluß auf die Tropfenverteilung in der Absorptionszone des Absorptionsturmes, was sich auf die Gleichmäßigkeit der Auswaschung negativ auswirken kann. Um sicherzustellen, daß die SO2-Konzentration im Reingasstrom unter einem vorgegebenen Grenzwert bleibt, muß das Ver­ fahren und die Anlage für den ungünstigsten Betriebsfall, also für den maximal möglichen Rauchgasmengenstrom und die maximal denkbare SO2-Konzentration ausgelegt werden. Danach sind die Pumpen, Rohrleitungen, Antriebe und dergleichen zu dimensionieren. Für den normalen Betriebszustand ist eine solche Anlage überdimensioniert, was sowohl Nachteile in bezug auf die Investitionskosten als auch in bezug auf die Betriebskosten nach sich zieht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren so weiter auszubilden, daß die SO2- Abscheidung ausreichend flexibel angepaßt werden kann, wenn Änderungen im Kraftwerksbetrieb auftreten, welche sich auf den Rauchgasmengenstrom und/oder die SO2-Konzentration des Rauchgases auswirken, und/oder die Meerwasserzusammen­ setzung saisonalen Änderungen unterliegt.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die SO2- Konzentration des den Absorptionsturm verlassenden Reingas­ stromes gemessen und dem Meerwasseraufgabestrom eine alka­ lische Lösung zudosiert wird, wenn die SO2-Konzentration des Reingasstromes einen SO2-Sollwert überschreitet, wobei der Mengenstrom der alkalischen Lösung in Abhängigkeit der SO2-Meßwertabweichung von dem SO2-Sollwert geregelt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet die Kombination von zwei Regelkreisen. Gemäß einem ersten Regelkreis ist der pH-Wert im Flüssigkeitssumpf des Absorptionsturmes Regelgröße und wird in einem Bereich zwischen pH 4 und pH 5, vorzugsweise in einem sehr engen Bereich zwischen pH 4,15 und pH 4,5 konstant gehalten. Stellgröße ist der dem Flüssigkeitssumpf unmittelbar zugeführte Meerwasserzusatz­ strom. Gemäß dem zweiten Regelkreis ist die SO2-Konzentra­ tion im Reingasstrom Regelgröße. Die Regelung greift ein, wenn der SO2-Wert im Reingasstrom einen vorgegebenen Soll­ wert überschreitet. Stellgröße ist der dem Meerwasserauf­ gabestrom zudosierte Mengenstrom an Alkalilösung. Durch Zudosierung der Alkalilösung kann die SO2-Konzentration im Reingasstrom auf einem dem SO2-Sollwert entsprechenden Wert gehalten werden.
In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, daß der Düsenanordnung mindestens zwei Pumpen zugeordnet sind, die das Meerwasser unterschiedlichen Düsenebenen zuführen, daß eine der Pumpen abgeschaltet wird, wenn die SO2-Konzentra­ tion des Reingases einen vorgegebenen Grenzwert unterhalb des Sollwertes unterschreitet, und daß die Pumpe wieder zugeschaltet wird, wenn die SO2-Konzentration des Reingases bei abgeschaltetem Dosiermengenstrom der alkalischen Lösung einen vorgegebenen Grenzwert oberhalb des Sollwertes über­ schreitet bzw. der Dosiermengenstrom einen vorgegebenen Maximalwert erreicht.
Die erfindungsgemäße Kombination bestehend aus einer Alkali-Dosierung zu dem Meerwasseraufgabestrom und der Zu- und Abschaltung einer Förderpumpe ermöglicht es, die SO2- Abscheidung auch bei gravierenden Betriebsänderungen bezüg­ lich des Rauchgasmengenstromes und/oder der SO2-Konzentra­ tion im Rauchgasstrom so anzupassen, daß sich im Reingas­ strom stets eine SO2-Konzentration einstellt, die dem Soll­ wert entspricht. Die Festlegung der Grenzwerte für die Zu- und Abschaltung jeweils einer Pumpe kann nach betriebswirt­ schaftlichen Gesichtspunkten vorgenommen werden. Hier sind die Energiekosten für den Betrieb einer Pumpe und die Betriebskosten für die Alkalilösung gegeneinander aufzu­ rechnen.
Für die Dosierung der alkalischen Lösung wird zweckmäßig eine Dosierpumpe mit regelbarem Antrieb eingesetzt und wird die alkalische Lösung mittels der Dosierpumpe auf der Saug­ seite der den Meerwasseraufgabestrom fördernden Pumpe zuge­ führt. Als Alkalilösung werden vorzugsweise wäßrige Lösungen aus Natriumcarbonat und/oder Hydrogencarbonaten verwendet. Insofern wird mit alkalischen Zusatzstoffen gearbeitet, die auch Bestandteil von Meerwasser sind. Folg­ lich kann die im Nachreaktionsbecken mit Meerwasser neutra­ lisierte Flüssigkeit bedenkenlos ohne Gefahr einer Umwelt­ belastung in das Meer zurückgeleitet werden.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anlage gemäß den Patentansprüchen 5 und 6 zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Anlage zum Abt rennen von Schwefeldioxid aus Rauchgas eines mit fossilen Brenn­ stoffen betriebenen Kraftwerkes. Zum grundsätzlichen Aufbau der in der Figur dargestellten Anlage gehören ein Ab­ sorptionsturm 1 mit angeschlossenem Abgasleitungssystem 2, ein Nachreaktionsbecken 3, eine Meerwasserpumpstation 4, Steigleitungen 5 von der Meerwasserpumpstation 4 zu einer mehrere Düsenebenen 6 aufweisenden Düsenanordnung 7 am Kopf des Absorptionsturms 1, Meerwasserzuführleitungen 8, 9 von der Meerwasserpumpstation zum Nachreaktionsbecken 3 sowie zum Flüssigkeitssumpf des Absorptionsturmes 1 und eine pH- Meß- und Regeleinrichtung 10. Die Waschflüssigkeit wird aus dem Flüssigkeitssumpf über eine Verbindungsrohrleitung dem Nachreaktionsbecken 3 zugeführt, in dem es zum Zwecke der Sulfatbildung und Neutralisation mit frischem Meerwasser gemischt wird. Aus dem Nachreaktionsbecken 3 wird die neutralisierte Flüssigkeit in das Meer zurückgeleitet.
Im Flüssigkeitssumpf des mit Meerwasser als Waschflüssig­ keit beaufschlagten Absorptionsturmes sind Luftlanzen 11 einer Belüftungseinrichtung für die Zuführung von Oxida­ tionsluft angeordnet. Ferner entnimmt man der Figur, daß die pH-Meß- und Regeleinrichtung 10 einen Meßgeber 12 für die pH-Istwerterfassung der aus dem Flüssigkeitssumpf abge­ zogenen Waschflüssigkeit, ein Vergleichsglied 3 zur Erfassung von Meßwertabweichungen von einem pH-Sollwert sowie eine Einrichtung 14 für die Mengenregelung des Meer­ wasserzusatzstromes nach Maßgabe der pH-Meßwertabweichungen aufweist. Der pH-Sollwert ist im Bereich zwischen pH 4 und pH 5 einstellbar. Mit Hilfe der Meß- und Regeleinrichtung 10 wird der pH-Wert der aus dem Flüssigkeitssumpf abgezogenen Flüssigkeit in einem engen Toleranzbereich zwischen pH 4,15 und pH 4,5 konstant gehalten.
Der Figur entnimmt man ferner, daß die Anlage eine Dosier­ station 15 mit Ansetzbehälter 16 für eine alkalische Lösung, Dosierpumpe 17 sowie eine an mindestens eine Steig­ leitung 5 angeschlossene Dosierleitung 18 aufweist. An den Ansetzbehälter sind Zuführeinrichtungen 19, 10 für Alkali und Meerwasser angeschlossen. An das Abgasleitungssystem 2 ist ferner eine SO2-Meßeinrichtung 21 zur Erfassung der SO2-Konzentration im Reingasstrom angeschlossen, die mit einer Dosiermengenregeleinrichtung 22 zur Regelung des aus dem Ansetzbehälter 16 abgezogenen und den Steigleitungen 5 zugeführten Dosiermengenstromes in Verbindung steht. Die Dosiermengenregeleinrichtung 22 weist ein Vergleichsglied 23 zur Erfassung von Meßwertabweichungen der SO2-Konzentra­ tion im Reingasstrom von einem vorgegebenen SO2-Sollwert auf und steuert den Dosiermengenregelstrom in Abhängigkeit der Meßwertabweichung. Die Dosierleitung 18 ist an der Saugseite der den Steigleitungen 5 zugeordneten Pumpen 24 angeschlossen. Für die Dosierung der alkalischen Lösung wird eine Dosierpumpe 17 mit regelbarem Antrieb eingesetzt.
Die SO2-Konzentration des den Absorptionsturm 1 verlassen­ den Reingasstromes wird gemessen. Wenn die SO2-Konzentra­ tion des Reingasstromes einen SO2-Sollwert überschreitet, wird dem Meerwasseraufgabestrom aus dem Ansetzbehälter 16 eine alkalische Lösung, vorzugsweise wäßrige Lösungen aus Natriumcarbonat und/oder Hydrogencarbonaten, zudosiert. Der Mengenstrom der alkalischen Lösung wird in Abhängigkeit der SO2-Meßwertabweichung von dem SO2-Sollwert geregelt.
Der Düsenanordnung 7 sind mindestens zwei Pumpen 24, im Ausführungsbeispiel drei Pumpen, zugeordnet, die das Meer­ wasser unterschiedlichen Düsenebenen 6 zuführen. Wenn die SO2-Konzentration des Reingases einen vorgegebenen Grenz­ wert unterhalb des Sollwertes unterschreitet, wird eine der Pumpen 24 abgeschaltet. Sie wird wieder zugeschaltet, wenn die SO2-Konzentration des Reingases bei abgeschaltetem Dosiermengenstrom ein vorgegebenen Grenzwert oberhalb des Sollwertes überschreitet bzw. der Dosiermengenstrom der alkalischen Lösung einen vorgegebenen Maximalwert erreicht.

Claims (6)

1. Verfahren zum Abtrennen von SO2 aus Abgas, bei dem
das Abgas in einem Absorptionsturm mit Meerwasser beaufschlagt wird,
der Flüssigkeitssumpf des Absorptionsturmes belüftet wird und
die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitssumpf des Ab­ sorptionsturms abgezogen und zum Zwecke der Sulfat­ bildung und Neutralisation in einem Nachreaktions­ becken mit frischem Meerwasser gemischt wird,
wobei der Meerwasseraufgabestrom für die Gaswäsche einer mehrere Düsenebenen aufweisenden Düsenanordnung am Kopf des Absorptionsturms zugeführt wird und wobei der pH-Wert der aus dem Flüssigkeitssumpf abgezogenen Flüssigkeit gemessen sowie ein unmittelbar dem Flüssigkeitssumpf zugeführter Meerwasserzusatzstrom in Abhängigkeit der pH-Meßwertab­ weichung von einem zwischen pH 4 und pH 5 gemessenen Soll­ wert geregelt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß die SO2-Konzentration des den Absorptionsturm verlassenden Reingasstromes gemessen und dem Meerwasser­ aufgabestrom eine alkalische Lösung zudosiert wird, wenn die SO2-Konzentration des Reingasstromes einen SO2-Sollwert überschreitet, wobei der Dosiermengenstrom der alkalischen Lösung in Abhängigkeit der SO2-Meßwertabweichung von dem SO2-Sollwert geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenanordnung mindestens zwei Pumpen zugeordnet sind, die das Meerwasser unterschiedlichen Düsenebenen zuführen, daß eine der Pumpen abgeschaltet wird, wenn die SO2-Konzentra­ tion des Reingases einen vorgegebenen Grenzwert unterhalb des Sollwertes unterschreitet, und daß die Pumpe wieder zugeschaltet wird, wenn die SO2-Konzentration des Reingases bei abgeschaltetem Dosiermengenstrom einen vorgegebenen Grenzwert oberhalb des Sollwertes überschreitet bzw. der Dosiermengenstrom der alkalischen Lösung einen vorgegebenen Maximalwert erreicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß für die Dosierung der alkalischen Lösung eine Dosierpumpe mit regelbarem Antrieb eingesetzt wird und die alkalische Lösung mittels der Dosierpumpe auf der Saugseite der den Meerwasseraufgabestrom fördernden Pumpe zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalilösung wäßrige Lösungen aus Natriumcarbonat und/oder Hydrogencarbonaten verwendet werden.
5. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, - mit
einem Absorptionsturm (1),
einem Nachreaktionsbecken (3),
einer Meerwasserpumpstation (4),
Steigleitungen (5) von der Meerwasserpumpstation (4) zu einer mehrere Düsenebenen (6) aufweisenden Düsen­ anordnung (7) am Kopf des Absorptionsturms (1),
Meerwasserzuführleitungen (8, 9) von der Meerwasser­ pumpstation (4) zum Nachreaktionsbecken (3) sowie zum Flüssigkeitssumpf des Absorptionsturmes (1) und
einer pH-Meß- und Regeleinrichtung (10),
wobei im Flüssigkeitssumpf des mit Meerwasser als Wasch­ flüssigkeit beaufschlagten Absorptionsturmes (1) Luftlanzen (11) einer Belüftungseinrichtung für die Zuführung von Oxidationsluft angeordnet sind, wobei die pH-Meß- und Regeleinrichtung (10) einen Meßgeber (12) für die pH-Ist­ werterfassung der aus dem Flüssigkeitssumpf abgezogenen Waschflüssigkeit, ein Vergleichsglied (13) zur Erfassung von Meßwertabweichungen des pH-Wertes von einem im Bereich zwischen pH 4 und pH 5 einstellbaren pH-Sollwert sowie eine Regeleinrichtung (14) für die Mengenregelung des Meer­ wasserzusatzstromes nach Maßgabe der pH-Meßwertabweichungen aufweist, gekennzeichnet durch,
eine Dosierstation (15) mit einem Ansetzbehälter (16) für alkalische Lösung, Dosierpumpe (17) sowie einer an mindestens eine Steigleitung (5) angeschlossenen Dosierleitung (18),
eine SO2-Meßeinrichtung (21) zur Erfassung der SO2 Konzentration im Reingasstrom und
eine an die SO2-Meßeinrichtung (21) und die Dosier­ station (15) angeschlossenen Dosiermengenregelein­ richtung (22) zur Regelung des aus dem Ansetzbehälter (16) abgezogenen und den Steigleitungen (5) zuge­ führten Dosiermengenstromes,
wobei an den Ansetzbehälter (16) Zuführeinrichtungen (19, 20) für Alkali und Meerwasser angeschlossen sind und wobei die Dosiermengenregeleinrichtung (22) ein Vergleichsglied (23) zur Erfassung von Meßwertabweichungen der SO2-Kon­ zentration im Reingasstrom von einem vorgegebenen SO2-Soll­ wert aufweist und den Dosiermengenstrom in Abhängigkeit der Meßwertabweichung steuert.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierleitung (18) an der Saugseite der den Steigleitungen (5) zugeordneten Pumpen (24) angeschlossen ist, wobei die Pumpen (24) unterschiedlichen Düsenebenen (6) zugeordnet sind.
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