DE2209641B2

DE2209641B2 - Verfahren zur verhinderung von korrosion oder der bildung eines sauren russes durch im abgas vorhandene schwefelsaeurekomponenten an der niedertemperaturseite eines oelgefeuerten kessels

Info

Publication number: DE2209641B2
Application number: DE19722209641
Authority: DE
Inventors: Yuzo Kobe; Kishi Masahiro; Ishibashi Yasumasa; Akashi Hyogo; Yamashita (Japan)
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1972-02-29
Filing date: 1972-02-29
Publication date: 1977-09-08
Also published as: DE2209641C3; DE2209641A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung von Korrosion oder der Bildung eines sauren Rußes durch im Abgas vorhandene Schwefelsäurekomponenten an der Niedertemperaturseite eines ölgefeuerten Kessels durch Einblasen eines Gemisches aus Ammoniak und Luft, welches auf eine der Temperatur des Abgases entsprechende Temperatur gebracht wird, in das Abgas-Feuerrohr.

Zur Verhinderung von Korrosion oder der Bildung eines sauren Rußes an der Niedertemperaturseite eines ölgefeuerten Kessels ist bereits eine Vorrichtung zum Einblasen von Ammoniak in das Abgas-Feuerrohr bekannt, die in Fig. 1 der anliegenden Zeichnung veranschaulicht ist. Diese Vorrichtung zur Durchführung des eingangs bezeichneten Verfahrens besitzt einen Flüssigammoniak-Behälter a, einen Ammoniak-Verdampfer g, im Feuerrohr b am Auslaß eines Lufterhitzers angeordnete Düsenrohre c, eine oder mehrere Düsen d, eine Mischvorrichtung e, eine den Behälter a und den Verdampfer g mit den Düsenrohren c verbindende Leitung Λ sowie eine die Austrittsseite eines Unterfeuerungsgebläses mit der Mischvorrichtung e verbindende Leitung f, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß von der Austrittsseite des Unterfeuerungsgebläses stammende Luft und vom Behälter a sowie vom Verdampfer £■ stammendes Ammoniakgas in der Mischvorrichtung e miteinander vermischt werden und das resultierende Gasgemisch über die Düsenrohre c in das Feuerrohr b eingeblasen wird, um die Schwefelsäurekomponenten des Abgases im Feuerrohr mit Ammoniak zu neutralisieren.

Dieses bekannte Verfahren besitzt den Nachteil, daß Ammoniak unabhängig von der Verteilung der Schwefelsäurekomponenten im Abgas stets gleichmäßig in das Feuerrohr eingeblasen wird. Wird daher ein Ljungström-Luftvorwärmer verwendet, bei welchem die Temperaturverteilung und die Verteilung der Schwefelsäurekomponenten am Auslaß des Vorwärmers infolge der Rotordrehung ungleichmäßig sind, so wird die eingeblasene Ammoniakmenge lokal zu hoch oder zu niedrig. Im letzteren FaI! bilden sich an den Düsen des Düsenrohres ablagernde, diese verstopfende und die <>o Korrosion eher begünstigende als sie verhütende, niedrigschmelzende Verbindungen. Bisher wurde angenommen, daß Ammoniaksulfat und saures Ammoniaksulfat die Produkte der Neutralisation von im Abgas enthaltener Schwefelsäure mittels Ammoniak sind, < >s jedoch ist die Zusammensetzung dieser Neutraüsatiorsprodukte kompliziert und können sich je nach dem Molverhältriis von NHj zu H2SO4 möglicherweise Verbindungen mit außerordentlich niedrigem Schmelzpunkt beispielsweise im Bereich von etwa 50⁰C, bilden. Das bekannte Verfahren besitzt auch den Nachteil, daß infolge der Einblasung des Ammoniak-Luft-Gemisches bei Umgebungstemperatur in das Feuerrohr die Düsenrohre abgekühlt werden und schon dadurch das Verstopfen der Düsen mit Feuerrohrstaub begünstigt

Aus der Zeitschrift »Die ölfeuerung« 1959, Seiten 510 bis 526, insbesondere Seiten 523/524, ist es bekannt, die feuerseitige Korrosion an ölgefeuerten Kesseln durch Zusatz von Ammoniak herabzusetzen. Dadurch soll ein der Feuerung nachgeschalteter Lufterhitzer vor Korrosion geschützt werden. Hierzu erfolgt die Einblasung einer vom Brennstoffgewicht abhängigen Menge von Ammoniak, der mit heißer Luft vom Unterfeuerungsgebläse verdünnt ist, im Abgasrohr stromauf des Lufterhitzers, vorzugsweise im Endbereich eines Ekonomisers. Die Einblasung erfolgt mittels eines oder mehrerer Verteilerrohre mit beispielsweise im Abstand von 30 cm voneinander angeordneten Düsenöffnungen an einer bestimmten Stelle der Abgasströmung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, bei dem jegliche Verstopfungen der Düsen vermieden werden und eine Anpassung an die lokale Verteilung der Sciiwefelsäurekonzentration und der Temperatur im Abgasrohr erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gemisch aus Ammoniak und Luft unter Regulierung seiner Durchsatzmenge über mehrere, mit weitem Abstand voneinander im Abgas-Feuerrohr verteilte Düsen eingeblasen wird.

Dadurch gelingt die Verhinderung von Korrosion oder der Bildung von saurem Ruß an der Niedertemperaturseite eines ölgefeuerten Kessels sowie die vollständige Verhinderung der Verstopfung der Düsen durch niedrigschmelzende Verbindungen oder Feuerrohrstaub, um deren volle Betriebsbereitschaft während einer längeren Zeitspanne aufrechtzuerhalten.

Da das Gemisch aus Ammoniak und Luft auf eine Temperatur gebracht, die praktisch derjenigen des Abgases am Austritt des Lufterhitzers entspricht, und dann in das Feuerrohr aus einer Anzahl von Düsen eingeblasen wird, die mit weitem Abstand voneinander im Feuerrohr verteilt sind, werden die die Düsen aufweisenden Rohre durch das Ammoniak-Luft-Gemisch nicht abgekühlt, so daß die im Abgas enthaltenen Schwefelsäurekomponenten nicht an den Oberflächen dieser Rohre kondensieren können und mithin die Verstopfung der Düsen durch Staubablagerung völlig verhindert werden kann.

Bei Verwendung eines Ljungström-Luftvorwärmers können Temperaturverteilung und Verteilung der Schwefelsäurekomponenten im Abgas am Auslaß des Vorwärmers unter dem Einfluß der Rotation ungleichmäßig werden. Jedoch kann Ammoniak in einer zur Ausschaltung dieser ungleichmäßigen Temperatur- und Schwefelsäurekomponenten-Verteilung ausreichenden Menge eingeblasen werden, da das Ammoniak-Luft-Gemisch — bei einer praktisch der Temperatur des Abgases am Auslaß des Luftvorwärmers entsprechenden Temperatur — unter Regulierung seiner Durchsatzmenge über mehrere Düsen eingeblasen wird, wodurch die Bildung von niedrigschmelzenden Verbindungen vermieden und die Verstopfung der Düsen durch diese Verbindungen völlig vermindert werden kann.

Da das Gemisch aus Ammoniak und Luft am Auslaß

des Luftvorwärmers aus jeder Düse gleichmäßig in das Feuerrohr eingeblasen werden kann, um die Schwefelsäurekomponenten im Abgas mit Ammoniak zu neutralisieren, können Korrosion und Bildung von saurem Ruß an der Niedertemperaturseite des ölgefeuerten Kessels vollständig verhindert werden.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Erzeigt ίο

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Vorrichtung zum Einblasen von Ammoniak in ein Abgas-Feuerrohr,

F i g. 2 iine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Einblasung von Ammoniak in ein Abgas-Feuerrohr,

Fig. 3a bis 3c lotrechte Schnitte verschiedener Düsenformen und

Fig.4 einen lotrechten Schnitt durch die in ein Düsenrohr eingebauten Düsen. _J0

Die bekannte Vorrichtung gemäß F i g. 1 wurde eingangs bereits erläutert.

Im folgenden ist nunmehr das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Fig. 2 beschrieben. Bei der in F i g· 2 dargestellten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind ein Flüssigammoniak-Behälter I₁ ein Mehrlagen-Sieb 2, ein Ammoniak-Verdampfer 3 und ein Speicher 4 vorgesehen.

Ein Ventil 5 zur Regulierung der Durchsatzmenge an Ammoniak wird automatisch in Abhängigkeit von yo einem aus einem zentralen Kontrollraum eingespeisten Ausgangssignal (R-* FIC) betätigt, das in Abhängigkeit von der Messung der effektiven Kesselleistung (bzw. zum Beispiel der Temperatur) oder der der Abgasmenge entsprechenden Durchsatzmenge des Schweröls erzeugt wird.

An der Auslaßseite eines Unterfeuerungs-Gebläses ist eine Luftzufuhr 6 angeordnet; die Anordnung weist weiterhin einen handbetätigten Schieber 7, eine Düse 8 zur Messung der Durchsatzmenge sowie eine Ammoniak-Mischvorrichtung 9 auf. Die von der Luftzufuhr 6 gelieferte Luftmenge, die in der Mischvorrichtung 9 mit dem Ammoniakgas vermischt werden soll, wird durch den handbetätigten Schieber 7 in der Weise gesteuert, daß die Ammoniakgaskonzentration im Ammoniak-Luft-Gemisch 3 bis 6% beträgt.

An der Auslaßseite eines Luftvorwärmers ist eine Heißluftzufuhr 10 vorgesehen, der ein handbetätigter Schieber 11, eine Düse 12 zur Messung der Durchsatzmenge und eine Heißluft-Mischvorrichtung 13 nachgeschaltet sind. Die von der Heißlu^ftzufuhr 10 gelieferte

Tabelle 1

Gemessene Temperatur des Abgases am Auslaß des Luftvorwärmers (Abweichung vom Mittelwert)

Luftmenge, die in der Mischvorrichtung 13 mit dsm von der Mischvorrichtung 9 gelieferten Ammoniak-Luft-Gemisch vermischt werden soll, wird mit Hilfe des handbetätigten Schiebers 11 derart eingestellt, daß die Temperatur des resultierenden Gemisches 100 bis 150 ⁰C beträgt.

Am Auslaß des Luftvorwärmers sind mehrere Abgas-Feuerrohre 14 angeordnet, wobei mehrere Gruppen von Düsenrohren 15, bei der dargestellten Ausführungsform vier Gruppen, sowie ausbaubar in jedes Düsenrohr 15 eingesetzte Düsen 16 vorgesehen sind.

Die Düsen 16 besitzen eine solche Form, daß ein Verstopfen bestmöglich verhindert wird. Beispielsweise können Düsen vorgesehen sein, die gemäß F i g. 3a eine sich in Strömungsrichtung erweiternde Öffnung aufweisen, wobei der Diffusionsbereich durch die Größe der Öffnungserweiterung festgelegt werden kann, eine weniger verwirbelte Strömung erzeugt wird und das Fluidum zufriedenstellend verteilt wird. Wahlweise können gemäß F i g. 3b Düsen vorgesehen sein, deren Düsenöffnung in einem mittleren Abschnitt liegt, wobei die Düsenteile getrennt herstellbar sein können und sich daher einfach fertigen lassen und das Gas zufriedenstellend verteilen. Schließlich kann gemäß F i g. 3c wahlweist auch eine Düse mit einem konvergierenden Ende verwendet werden, die eine weniger verwirbelte Strömung erzeugt. Diese Düsen werden jeweils in je 0,2 bis 0,3 m³ dts Feuerrohrquerschnitts angeordnet, so daß Ammoniak ausreichend im Abgas verteilt werden kann. Außerdem ist jede Düse gemäß F i g. 4 ausbaubar in das Düsenrohr 15 eingeschraubt, um ihr Auswechseln zu erleichtern.

Düsen oder Lochblenden 17 dienen zur Feststellung einer Verstopfung der zugeordneten Düsen 16 durch Messung der Änderung des Druckabfalles, die auftritt, wenn eine bestimmte Düsengruppe verstopft ist und sich die Durchsalzmenge an Ammoniakgas im zugeordneten Düsenrohr geändert hat. In die gleiche Leitung sind Ventile 18 eingeschaltet. Die die vorstehend beschriebenen Bauteile miteinander verbindenden ausgezogenen Linien und die an diesen Linien angebrachten Pfeile geben die Strömungswege und die Strömungsrichtungen des Ammoniakgases an, während die gestrichelten Linien die Luftströmungswege angeben.

In einem Ljungström-Luftvorwärmer dreht sich ein Rotor zwischen Luft niedriger Temperatur und Gas hoher Temperatur. Aus diesem Grund wird die Temperaturverteilung des Abgases an der Auslaßseite des Luftvorwärmers ungleichmäßig, wie dies beispielsweise durch die folgende Tabelle veranschaulicht ist:

	Querrichtung	2	5	3	2	4	5	0	6	7	8	9	Mittelwert
	I		9		7			4
Längsrichtung		12	10	1	3	-2	-3	- 7	-13	-1
a	5	13	11	7	-1	-1	-4	- 8	-13	1
b	8	10	"7 /	7	2	_5	-5	- 9	-15	1
C	9			5		-7	-8	-Π	-16	-1
d	9		-4	-5	9	-14	ο .
Mittelwert	8

Laufrichtung des Rotors

Außerdem liegen die Schwefelsäurckomponentcn im Abgas von einem Kessel an der Einlaßseite des Luftvorwärmers, deren Temperatur über 300⁰C liegt, praktisch vollständig in Form von SOj vor, während sie am Auslaß des Luftvorwärmers infolge der Drehung des Rotors in anderer Form vorliegen. Dabei kondensiert Schwefelsäuregas an einem Teil der Rotorfläche, wo die Temperatur unter dem Taupunkt der Säure liegt, und verdampft an einem anderen Teil dieser Fläche, wo die Temperatur über dem Taupunkt liegt und sich die Schwefelsäurekomponcnten zur wärmeren Seite des Rotors bewegen. Somit nehmen die Schwefelsäurekomponenten an der wärmeren Seite des Rotors zu, so daß ihre Verteilung sowie die Temperaturverteilung an der Auslaßseite des Luftvorwärmers ungleichmäßig werden. Die tatsächlich gemessenen Mengen der Schwefelsäurekomponenten sind beispielhaft in nachstehender Tabelle aufgeführt:

Tabelle 2

Gemessene Mengen der Schwefelsäurekomponenten am Auslaß des Luftvorwärmers

(Mittelwert 100%)

	Querrichtung	2	3	4	5	94	6	7	8	9	Mittelwert
	1					115
Längsrichtung		148	112	109	91	86	83	62	48	98
a	139	143	148	145	121	99	75	68	55	112
b	160	137	127	117	105	62	65	58	51	95
C	159	137	137	92		92	44	40	43	96
d	150	141	131	116	85	67	57	49	100
Mittelwert	152

Laufrichtung des Rotors

Mithin sind die Temperaturverteilung und die Verteilung der Schwefelsäurekomponenten an der Auslaßseite des Luftvorwärmers infolge der Rotordrehung ungleichmäßig. Infolgedessen wird Ammoniak in das Feuerrohr am Auslaß des Luftvorwärmers in einer Menge eingeblasen, welche der der Verteilung der Schwefelsäurekomponenten angepaßten Menge zuzüglich einer Menge zur Kompensierung der Temperaturverteilung entspricht. Eine größere Ammoniakmenge muß in den Teil eingeblasen werden, in welchem die Temperatur des Abgases höher liegt, da der Schmelzpunkt der Ammoniak-Schwefelsäureverbindung höher ist, wenn das Molverhältnis von NH₃: H₂SO₄ höher liegt. Die berechnete Mengenverteilung des einzublasenden Ammoniaks ist in der nachstehenden Tabelle beispielhaft angegeben:

Tabelle 3

Berechnete Mengenverteilung von einzublasendem Ammoniak

(Bezüglich Temperatur kompensiert)

	Querrichtung	2	3	4	5	89	6	7	8	9	Mittelwert
	1					117
Längsrichtung		154	116	105	91	78	74	51	34	93
a	144	158	159	155	112	92	65	55	39	113
b	175	159	144	125	102	53	55	45	35	98
C	176	162	157	95		75	35	30	28	96
d	166	158	143	120	75	57	45	34	100
Mittelwert	165

Laufrichtung des Rotors

Die Verteilung des eingeblasenen Ammoniaks wird durch die Öffnungsdurchmesser-Verteilung der im Feuerrohr 14 angeordneten Düsen 16 bestimmt. Aus diesem Grund müssen die Öffnungsdurchmesser der in den verschiedenen Gruppen enthaltenen Düsen 16 vor dem Einblasen von Ammoniak auf zweckmäßige Werte festgelegt werden, um der vorstehend aufgeführten Verteilung der Schwefelsäurekomponenten zu entsprechen.

Genaugenommen hängt die Verteilung der Schwefelsäurekomponenten auch von der Durchsatzmenge und der Temperatur des Abgases ab, doch ist diese Abweichung so gering, daß sie vernachlässigt werden kann.

Das im Verdampfer 3 vollständig verdampfte Ammoniakgas wird der Ammoniak-Mischvorrichtung 9 S5 zugeführt, während seine Durchsatzmenge durch das Ventil 5 geregelt wird, welches in Abhängigkeit von der gemessenen Brennsloff-Durchsatzmenge arbeitet. In der Mischvorrichtung wird das zugeführte Ammoniakgas mit von der Luftzufuhr 6 stammender Luft vermischt und bildet ein Mischgas, in welchem die Ammoniakkonzentration 3 bis 6% beträgt. Das auf diese Weise gebildete Ammoniak-Luft-Gemisch wird zur Heißluft-Mischvorrichtung 13 überführt, in welcher es mit der von der Heißluftzufuhr 10 stammenden (>i Heißluft vermischt wird, wodurch ein Ammoniak-Luft-Gemisch mit einer praktisch der Temperatur des Abgases, d.h. von 100 bis 150°C, entsprechenden Temperatur gebildet wird. Dieses Gemisch wird dann in

die Diisenrohre 15 eingeleitet und über die Düsen 16 in die Feuerrohre 14 eingeblasen.

Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit einer einen Ljungström-Luftvorwärmer verwendeten Vorrichtung dargestellt und beschrieben ist, braucht der Lufterhitzer selbstverständlich kein solcher mit einem Rotor zu sein, sondern kann vielmehr jeder beliebige andere Lufterhitzer verwendet werden, vorausgesetzt, daß er die Temperaturverteilung und die Verteilung der Schwefelsäurekomponenten des Abgases im Feuerrohr verändert.

Hierzu 2 Blatt Zeiduumuen

709 636/201

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Verhinderung von Korrosion oder der Bildung eines sauren Rußes durch im Abgas ί vorhandene Schwefelsäurekomponenten an der Niedertemperaturseite eines ölgefeuerten Kessels durch Einblasen eines Gemisches aus Ammoniak und Luft, welches auf eine der Temperatur des Abgases entsprechende Temperatur gebracht wird, ι ο in das Abgas-Feuerrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Ammoniak und Luft unter Regulierung seiner Durchsatzmenge über mehrere, mit weitem Abstand voneinander im Abgas-Feuerrohr verteilte Düsen eingeblasen wird.