DE3108709A1

DE3108709A1 - Verfahren zum erzeugen eines so(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)-haltigen gases fuer die abgasreinigung im elektrofilter

Info

Publication number: DE3108709A1
Application number: DE19813108709
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen 6000 Frankfurt 1 Bode; Hans Joachim 6232 Bad Soden Graubner; Wilhelm 6230 Frankfurt 80 Leußler
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1981-03-07
Filing date: 1981-03-07
Publication date: 1982-09-16
Also published as: ZA821440B

Description

Verfahren zum Erzeugen-eines'S03-haltigen Gases
für,#die Abgasreinigung im Elektrofilter Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines S03-haltigen Gases durch Verbrennen von Schwefel mit von einem Gebläse -geförderter Verbrennungsluft in einem Ofen zur Erzeugung eines S02-reichen Verbrennungsgases, das durch einen Konverter zum katalytischen Umwandeln.von S02 in.Gegenwart von Sauerstoff zu S03 geleitet und einem wasserdampfhaltigen Abgas vor der'Reinigung in einem Elektrofilter zugemischt wird.
Ein solches Verfahren ist aus dem US-Patent 3 993 429 bekannt.
Für. das bekannte und das erfindungsgemäße Verfahren ist es von entscheidender Bedeutung, auf welche Weise das Verfahren gesteuert wird. Beim bekannten Verfahren mißt man die Temperatur im Verbrennungsgas hinter dem Ofen und regelt damit einen Erhitzer für. die Verbrennungsluft.
Die Regelung des -eingangs genannten Verfahrens wird aus verschiedenen Gründen nötig. Insbesondere treten wechselnde Bedingungen in# der im Elektrofilter stattfindenden Abgasentstaubung z.B. dann auf, wenn sich die Brennstoffqualitäten in der das Abgas produzierenden Verbrennung ändern. Bei dieser Verbrennung kann es sich z.B..um einen oder mehrere Kessel eines Kraftwerks handeln. Auch wechselnde Lastbedingungen im Kessel führen zu Veränderungen im Abgas, was zu Änderungen der Betriebsbedingungen des, #Elektrofilters für~. Einem verstärkten Staubgehalt im Abgas kann durch eine erhöhte.Zudosierung von S03 begegnet werden. Das S03 reagiert mit dem Wasserdampf des Abgases zu H2S04 und verbessert die Abscheideleistung des Elektrofilters.
Nachfolgend werden mit Hilfe der Zeichnung mehrere Varianten erläutert, wie man die Erzeugung von S03 regeln.kann. Ziel dieser Varianten ist es, die Regelung auf einfache und sichere Weise und mit möglichst geringer Trägheit durchzuführen.
In allen Figuren der Zeichnung werden gleiche Bezugsziffern für gleiche Vorrichtungen verwendet.
In der Anordnung der Fig. 1 wird Schwefel in einem Ofen i verbrennt. Der Schwefel komrnt aus einem Tank 2, in dem er flüssig gehalten wird. Ober eine Dosierpumpe 3 wird der Schwefel dem Ofen 1 zugeführt. Verbrennungsluft wird dem Ofen 1 durch die Leitung 4 zugegeben. Die Verbrennungsluft wird durch ein Gebläse 5 angesaugt und, falls nötig, durch einen ~Lufterhitzer 6 geführt.
Das im Ofen 1 erzeugte Verbrennungsgas ist reich an S02 und hat am Ausgang des Ofens Temperaturen im Bereich von'etwa 250 bis 800°C. Zum Umwandeln von S02 in S03 wird das, Verbrennungsgas durch einen Konverter 8 geleitet, der einen geeigneten Katalysator enthält. Für bekannte Katalysatoren (z.B. V205) wird vorausgesetzt, daß die Temperatur am Eingang des Konverters 8 im Bereich von etwa 380 bis 500ob und vorzugsweise 420 bis 480°C liegt.
Um die Temperaturgrenzen am Eingang des Konverters 8 einzuhalten, kann man einerseits die Verbrennung im Ofen 1 so regeln, daß das Verbrennungsgas die gewünschte, Temperatur aufweist.
Andererseits ist es möglich, im Ofen 1 ein-heißeres Verbrennungseas zu erzeugen und ihm vor Eintritt ~in den Konverter Luft etwa von Umgebungstemperatur zuzumischen. In Fig. 1 ist diese Alternative nicht berücksichtigt; solche zugemischte Luft wird im nachfolgenden Kühlluft genannt.
Das SO3-haltige Gas aus dem Konverter 8 wird durch die Leitung 9 in den Rauchgaskanal 10 gegeben. Das so konditionierte Rauchgas gelangt in den Elektrofilter 11 und wird dort entstaub. Durch den Reingaskanal 12 gelangt das entstaubte Abgas in den Kamin 13.
Eine Regelungsvariante besteht nun darin, mit Hilfe des Rauchdichtemeßgeräts 14 den Staubgehalt im Reingas zu messen, die Meßwerte einem Regler 15 einzuspeisen und damit die Schwefel dosierpumpe 3 zu steuern. Die Regelungssignale werden durch die strichpunktierten Leitungen geführt. Je nach Einstellung der Dosierpumpe 3 durch den Regler 15 ist es möglich und im allgemeinen auch nötig, weitere Verfahrensbedingungen zu ändern, damit die Erzeugung von S03-ha'ltigem Gas in der gewünschten Weise weiterläuft. In Fig. 1 ist die Variante dargestellt, daß über die Dosierpumpe 3 der Lufterhitzer 6 gesteuert wird. Dabei erfordert eine abnehmende Schwefel.
menge eine Erhöhung der Temperatur der Verbrennungsluft in der Leitung 4 damit die Temperatur des ?~~erbrennungsgases am Ausgang-des Ofens 1 ungefahr konstant gehalten wird.
Es ist nicht in jedem Fall notwendig, dem Rauchgas im Kanal 10 503 zur Konditionierung zuzumischen. Deshalb wird der Staubgehalt im Reingaskanal 12 durch das Meßgerät 14 überwacht.
Befn Uberschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts von z.B.
150 mg Staub pro Kubikmeter wird die Erzeugung von S03-haltigem Gas in Gang gesetzt, und zwar nur in der Menge, die erforderlich ist, un den Staubgehalt auf etwa 150 m3 zu halten.
FUr einen Kraftwerksbl,ock von 300 MW werden fflr die Zumischung von 30 ppm S03 in den Rauchgaskanal 10 ca. 50 kg Schwefel pro Stunde benötigt. Der Lufterhitzer 6 ist in diesem Verfahrenszustand ausgeschaltet. rd der S03-Bedarf im Rauchgaskanal 10.
auf 20 ppm reduziertt sind nur noch ca. 34 kg Schwefel pro Stunde zu verbrennen. Die nun erforderliche zusätzliche Heiz- leistung durch den Erhitzer 6 beträgt etwa 51 kW.
Im Verfahrensbeispiel der Fig. 2 wird.die.Temperatur über die Meßstelle 20 am Eingang des Konverters 8.gemessen. Diese Meßstelle ist mit,einem nicht dargestellten Regler verbunden, der das Gebläse 21 der Kühlluft steuert Abweichend von der Darstellung der Fig. 2, können die Gebläse 5 und 21 auch,als gemeinsames Gebläse ausgebildet sein.
Üblicherweise wird die Anlage gemäß Fig. 2 so ausgelegt, daß am Ausgang des Ofens 1 eine Temperatur des Verbrennungsgases von etwa 700 bis 760°C vorhanden ist. Die günstigste, Temperatur am Eingang des Konverters 8'liegt aber im Bereich von 430 bis 450°C. Für einen 300 MW-Kraftwerksblock stellt ~man .z.B. die Temperatur am Ausgang des Ofens 1 auf 7600C ein und hat dort ein Volumen des Verbrennungsgases von ca. 470'm3/h.
Unter diesen Bedingungen werdendem Rauchgas im Kanal 10 30 ppm SO, zugemischt. Um die Temperatur am Eingang des Konverters 8 auf 440 0C herabzusetzen, mischt man dem Verbrennungsgås über das Gebläse 21 pro Stunde etwa 345 m3 Kühlluft zu.
Falls der S03-Gehalt im Kanal 10 auf 20 ppm herabgesetzt werden kann, muß man im Ofen 1 pro Stunde nur noch 290 m3 Verbrennungsgas erzeugen und hat dabei einen Kühlluftbedarf von ca. 230 m3/h.
Die Regelungsyariante der Fig. 3 unterscheidet sich von der Variante gemäß Fig. 2 darin, daß die Steuerung des Gebläses 21 für die Kühlluft nun durch eine-Temperatur-Meßstelle 22 erfolgt, die am Ausgang des Konverters 8 liegt. Hierbei ist zu beachten, daß die Temperaturen am Ausgang des Konverters 8 durch den im Konverter ablaufenden exothermen Prozeß etwa um 50 0C höher als am Konvertereingang liegen. Unter Berücksi.chtigung dieses Unterschieds kann die Regelungsvariante der Fig. 3 wie die anhand der Fig. 2 beschriebene Variante ausgelegt und betrieben werden.
Die Regelungsuariante-der Fig. 4 basiert darauf, daß der Lufterhitzer 6 je nach Einstellung der-Schwefeldosierpumpe 3 geregelt wird. Für den Normalbetrieb (Nennlast) wird die.. Schwefeldosierung so eingestellt, daß die vom Gebläse 5 dem. Ofen 1 zugeführte Verbrennungsluft nicht erhitzt zu.werden-braucht. Das Verbrennungsgas am Ausgang des Ofens 1,hat dabei eine Temperatur von etwa 4400C; diese Temperatur liegt in dem Temperaturbereich, der am Eingang des Konverters 8 gewünscht wird. Bei Verminderung der dem Ofen 1 zugeführten Schwefelmenge muß die Verbrennung3luft mit Hilfe des Erhitzers 6 vorgewärmt werden. Überschlags-.
mäßig e'ntspricht eine Verminderung um 1 kg Schwefel pro.
Stunde einem Bedarf an Heizleistung von etwa 3 kW.
Auch wenn der Erhitzer 6 bei normaler Schwefeldosierung abgeschaltet sein kann, ist er als Aggregat nicht'überflüssig. Er wird z.B. dann gebraucht, wenn der Ofen 1 und der Konverter 8 beim Anfahren der Anlage mit heißer Luft anzuwärmen sind, ohne daß dabei allerdings schon Schwefel verbrannt wird. Bei abgeschalteter Schwefeldosierung kann heiße Luft auch dann erforderlich werden,. wenn die,erwähnten Aggregate mit Warmluft gespült werden müssen.
Die Regelung gemäß Fig. 5 besteht darin, daß von der Temperatur-Meßstelle 22 am Ausgang des Konverters 8 einerseits das Geblä-se 21 für Kühlluft und andererseits das Gebläse 5 für Verbrennungsluft angesteuert werden. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, über eine große Bandbreite von Betriebszuständen mit abgeschaltetem Erhitzer 6 zu arbeiten.
Zusätzlich kann eine Grobregulierung der Schwefeldosierung durch Verstellen der Pumpe 3 von Hand durch eine Bedienungsperson erfolgen. Diese Regulierung der Pumpe 3 kann z.B.
die Lastverhältnis.se oder Brennstoffqualitäten in der Verbrennungsanlage berücksichtigen sowie Erfahrungswerte in Betracht ziehen. Die Variante der Fig. 6 unterscheidet sich von der Variante der Fig. 5 dadurch, daß nunmehr d:ie 'l'empe- ratur-Meßstelle 20 am Eingang zum Konverter 8 liegt. Ansonsten gelten die Erläuterungen der Fig. 5. Für beide Varianten wird die Menge der dem Ofen 1 zugeführten>Verbrennungsluft so geregelt, daß am Ofenaustritt eine etwa konstante Temperatur de's Verbrennungsgases gehalten wird.
Durch Zumischen von Kühlluft über das Gebläse 2,1 wird die Temperatur- auf die optimale Konvertertemperatur eingestellt.
Die für die Fig. 2 und 3 genannten Zahlenbeisp.iele,gelten auch hier in entsprechender Weise. Die Regelung gemäß Fig., 7 unterscheidet sich von der Regelung gemäß Fig. 5 dadurch, daß zusätzlich eine von der Dosierpumpe 3 ausgehende.Steuerung des Erhitzers 6 vorhanden ist..Der Erhitzer wird dann einzuschalt.en sein, wenn die Schwefeldosierung durch die Pumpe 3 einen- Grenzwert unterschritten hat und unzu'reichende Verbrennungsverhältnisse im Ofen 1 oder.eine zu niedrige Temperatur des Verbrennungsgases zu befürchten ist.
Gemäß Fig. 8~wird ausgehend von der Schwefeldosierpumpe 3 zum einen das Kühlluftgebläse 21 und auch das Verbrennungsluftgebläse 5 geregelt. Auch hier gibt es Betriebszustände, in denen der Erhitzer 6 abgeschaltet sein kann. Zusätzlich ist es möglich, die Dosierpumpe 3 über eine Rauchdichtemessung zu steuern, wie sie zusammen mit Fig. 1 erläutert wurde.
ei einem Kraftwerksblock von 300 MW und einer Zudosierung von 30 ppm S03 in den Rauchgaskanal 10,sind' pro Stunde erforderlich: 50.kg Schwefel durch die, Pumpe 3, 440 m3 Verbrennungsluft (nicht erhitzt) durch das Gebläse 5 und etwa 350'm3,Kühlluft vom Gebläse 21 zum Zumischen in das Verbrennungsgas vom Ofen 1. Die Eingangstemperatür am Konverter 8 liegt bei etwa 4400C. Wird der S03-Bedarf'im Rauchgaskanal 10 auf 20 ppm reduziert, braucht man pro Stunde dem Ofen 1 nur noch 34 kg Schwefel und etwa 290 m3 Verbrennungsluft zuzuführen. Der Kühlluftbedarf sinkt dann auf ca. 230 m³.

Claims

Patentansprüche 1) Verfahren zum.Erzeugen eines S03-haltigen Gases durch Verbrennen von Schwefel mit von einem Gebläse- geförderter .Verbrennungsluft in einem Ofen zur Erzeugung eines SO-reichen. Verbrennungsgases, das. durch einen Konverter zum katalytischen Umwandeln von S02 in Gegenwart von Sauerstoff zu 503 geleitet und einem wasserdampfhaltigen Abgas vor der Reinigung in einem Elektrofilter zugemischt wird, dadurch-gekennzeichnet, daß man die Temperatur in der Nähe des Eingangs des Konverters mißt und damit die Menge der dem Verbrennungsgas zuzumischenden Kühlluft regelt.
2) Verfahren zum Erzeugen eines .S03-haltigen Gases durch Verbrennen von Schwefel mit von einem Gebläse geförderter Verbrennungsluft'in einem Ofen zur Erzeugung eines S02-reichen Verbrennu-ngsgases, das- durch einen Konverter zum katalytischen Umwandeln von S02 in Gegenwart vtn Sauerstoff zu S03 geleitet und einem -wasserdampfhaltigen Abgas. vor der Reinigung in einem Elektrofilter zugemischt wird., dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur am Ausgang des Konverters mißt und damit die Menge der dem Verbrenrlungsgas zuzurnischenden Kühlluft regelt
3) Verfahren zum Erzeugen eines S03-haltigen Gases durch Verbrennen von Schwefel mit von einem Gebläse geförderter Verbrennungsluft in einem Ofen zur Erzeugung eines S02-reichen Verbrennungsgases, das durch einen Konverter zum katalytischen Umwandeln-von SO, in Gegenwart von Sauerstoff zu S03 geleitet und einem wasserdampfhaltigen Abgas vor der Reinigung in einem Elektrofiiter zugemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schwefel über eine Dosiereinrichtung und die Verbrennungsluft über einen Lufterhitzer dem Ofen zuführt und über die Schwefeldosierung den Lufterhitzer so steuert, daß dem Ofen bei verringerter Schwefelzufuhr Verbrennungsluft mit höheren Temperaturen zugeführt-wird.
4) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man über die Temperaturmessung am Ausgang des Konverters auch die Menge der dem Ofen zugeführten Verbrennungsluft regelt.
5). Verfahren nach Anspruch 1, -dadurch gekennzeichnet, daß man über die Temperaturmessung. in der Nähe des Eingangs des Konverters auch die Menge. der dem Ofen zugeführten Verbrennungsluft regelt.
6) Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schwefel über eine Dosiereinrichtung und die VerbYennungsluft über einen Lufterhitzer dem Ofen zuführt und über die Schwefeldosierung den Lufterhitzer.so steuert, daß dem Ofen bei verringerter Schwefelzufuhr#Verbrennungsluft mit höherer Temperatur zugeführt wird.
7) Verfahren zum Erzeugen eines S03-haltigen Gases durch Verbrennen von Schwefel mit von einem Gebläse geförderter VerbrennungsluSt,in einem Ofen zur Erzeugung eines S02-reichen Verbrennungsgases, das durch einen Konverter zum katalytischen Umwandeln von SO in Gegenwart von Sauerstoff zu SO, geleitet und einem wasserdampfhaltigen Abgas vorder Reinigung in einem Elektrofilter zugemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schwefel über eine Dosiereinrichtung dem Ofen-zuführt und über die Schwefeldosierung die Menge der dem Ofen-zugeführten Verbrennungsluft sowie die Menge der dem -Verbrennungsgas zugemischten Kühlluft regelt.
8) Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schwefeldosierung über eine Messung des Staubgehalts im das Elektrofilter verlassenden Reingas steuert.