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Verfahren und Vorrichtung zur Entschwefelung von Abgasen
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Die Erfindung betrifft allgemein die Entschwefelung von Abgasen zur
Verhinderung der Verschmutzung der atmosphärischen Luft und insbesondere Verfahren
und Vorrichtungen zur Entschwefelung von Abgasen, bei denen Kalzium-Verbindungen
als Absorptionsmittel zum Absorbieren und Entfernen von in den Abgasen enthaltenen
Schwefeloxiden (die im folgenden als SOx bezeichnet werden).
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Insbesondere betrifft die Erfindung ein Naßverfahren und eine Vorrichtung
der oben genannten Art, in denen die Konzentration an einem SOx-absorbierenden Hilfsstoff,
der in dem Naßverfahren verwendet wird, wie beispielsweise von Magnesium-, Natrium-
oder Ammoniumverbindungen oder dgl.
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in dem Absorptionsmittel oder der Absorptionslösung auf einem hohen
Wert gehalten wird, um dadurch die Entschwefelungswirkung stark zu verbessern und
darüber hinaus die Kosten für Anlage und Betrieb verringern zu können.
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Im allgemeinen sind bisher zur Entfernung von SOx in Abgasen das
Kalk/Gips- und das Kalkstein/Gips-Verfahren angewandt worden. Bei einem Verfahren
dieser Art wird, wie weiter unten im einzelnen beschrieben, ein SOx enthaltendes
Abgas durch einen Kühl- und Staubentfernungsturm geleitet , um dadurch das-Gas zu
kühlen und feste Verunreinigungen daraus zu entfernen, wonach das Gas durch einen
Absorptionsturm geleitet wird, wo das SOx durch eine
eine Kalziumverbindung
enthaltende Absorptionslösung absorbiert und entfernt wird; anschließend wird das
Gas durch eine Nebelentfernungsvorrichtung geleitet, um dadurch den in dem Gas enthaltenen
Nebel der Absorptionslösung abzufangen.
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In dem oben erwähnten Absorptionsturm werden eine Absorptions- und
eine Neutralisationsreaktion durchgeführt. Es ist bekannt, daß bei diesen Reaktionen
eine höhere Konzentration an Ionen der schwefligen Säure (S023#) zu einer höheren
Absorptionsleistung führt und daß außerdem eine höhere Konzentration an Hydrogensulfit-
Ionen (HS03 ) zu einer größeren Umwandlung bei der Neutralisierung führt. Weiter
ist bekannt, daß diese Konzentrationen an Sulfit- und Hydrogensulfit-Ionen beträchtlich
ansteigen, wenn Magnesiumionen in Form von MgS04 der Absorptionslösung zugesetzt
werden.
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Wenn daher die Konzentration an Magnesiumionen in der Absorptionslösung
ansteigt, wird die Entschwefelungsleistung stark verbessert. Außerdem sind bei demselben
Entschwefelungsgrad der Druckverlust des Abgases beim Absorptionsturm und das Verhältnis
von Flüssigkeit zu Gas im Falle einer hohen Magnesiumkonzentration in der Absorptionslösung
niedriger als im Falle einer niedrigen Magnesiumkonzentration.
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Gewöhnlich ist eine geringe Menge an Magnesium als Verunreinigung
in Kalziumkarbonat enthalten, der sich zur Verwendung als Kalziumverbindung in der
Absorptionslösung eignet. Dieses Magnesium verbindet sich mit dem SOx im Absorptionsturm
zu Magnesiumsulfit MgS03 oder Magnesiumhydrogensulfit Mg(HS03) 2 ~, die in einem
Oxidationsturm in der Vorrichtung zu Magnesiumsulfat Mg04 MgSO4#idiert werden. Dieses
Magnesiumsulfat löst sich anschließend in
einem Filtrat, und ein
Teil davon wird durch das Verfahrenssystem zurückgeführt. Ein anderer Teil wird
nach dem herkömmlichen Verfahren und in den herkömmlichen Vorrichtungen als Abwasser
aus dem System entfernt.
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Wegen der Art des bekannten Verfahrens und der bekannten Vorrichtung
einschließlich der Betriebsweise und der beträchtlichen Menge an abzuführendem Abwasser
ist es schwierig, die Konzentration an Magnesium in Form von Magnesiumsulfat MgS04
in der Absorptionslösung auf einem hohen Wert zu halten, wie im einzelnen weiter
unten näher beschrieben wird.
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Demzufolge ist die Entschwefelungsleistung der Absorptionslösung
bei dem herkömmlichen Verfahren und der herkömmlichen Vorrichtung niedrig. Wenngleich
diese Leistung durch Erhöhung der Magnesiumsulfatkonzentration in der Absorptionslösung
erhöht werden kann, ist der Magnesiumverlust dennoch groß, da eine beträchtliche
Menge an Abwasser verworfen wird. Die Magnesiumsulfatkonzentration kann nur durch
die aufwendige Maßnahme der Zufuhr einer beträchtlichen Menge an Magnesiumhydroxid
Mg(OH)2, beispielsweise von außen , auf einem konstanten Wert gehalten werden.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Naßverfahrens
zur Entschwefelung von Abgasen, bei dem die Magnesiumkonzentration oder dgl. auf
einem hohen Wert gehalten wird, um dadurch die Entschwefelungsleistung stark zu
verbessern und darüber hinaus die Kosten für Anlage und Betrieb verringern zu können.
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Aufgabe der Erfindung ist weiterhin die Schaffung einer Vorrichtung
zur Durchführung des genannten Verfahrens.
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Gegenstand der Erfindung ist einVerfahren zur Entschwefelung von
Abgasen , bei dem ein Schwefeloxide enthaltendes Abgas zum Kühlen des Gases und
zur Staubentfernung daraus durch einen Kühl- und Staubentfernungsturm, das erhaltene
Gas durch einen Absorptionsturm, um daraus die Schwefeloxide mit Hilfe einer eine
Kalziumverbindung enthaltende Absorptionslösung zu absorbieren und zu entfernen,
und anschließend das Gas durch eine Nebelentfernungsvorrichtung geleitet wird, um
dadurch den im Gas enthaltenen Nebel der Absorptionslösung abzufangen. Das Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Waschen der Nebelentfernungsvorrichtung
zur Entfernung von Abscheidungen oder Verkrustungen auf seinen Bestandteilen periodisch
durchführt und daß man während des Waschens der Nebelentfernungsvorrichtung die
Gesamtmenge oder einen Teil des den abgefangenen Nebel ent -haltenden Abwassers
aus dem Verfahrenssystem entfernt oder in den Kühl- und Staubentfernungsturm leitet,
dagegen während der Zeit, in der die Nebelentfernungsvorrichtung nicht gewaschen
wird, das Wasser mit dem abgefangenen Nebel in den Absorptionsturm zurtlckführt.
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Auf diese Weise wird ohne den Zusatz von ergänzenden Mengen an Magnesiumverbindungen
(beispielsweise Magnesiumhydroxid Mg(OH)2)oder von Natrium- oder Ammoniumverbindungen
o.dgl. oder selbst in dem Falle, wenn ergänzende Mengen dieser Verbindungen zugesetzt
werden, nur unter Zusatz einer sehr geringen Menge davon die Konzentration an Magnesium-,Natrium
- , Ammonium- Ionen o.dgl. auf einem hohen Wert (von 1% oder darüber) gehalten und
dadurch eine hohe Entschwefelungsleistung bei niedrigen Kosten erzielt.
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Gegenstand der Erfindung ist weiter eie Vorrichtung zur feuchten
Abgasentschwefelung, enthaltend eidMKUhl- und Staubentfernungsturm zum Kühlen eines
Schwefeloxide ent -haltenden Abgases und zur Entfernung von Staub daraus, einen
Absorptionsturm zum Absorbieren und Entfernen der
in dem auf diese
Weise erhaltenen Abgas enthaltenea Schwefeloxide mit einer eine Kalziumverbindung
enthaltenden Absorptionslösung sowie eine Nebelentfernungseinrichtung zum Abfangen
von Nebel der Absorptionslösung, der in dem erhaltenen Abgas enthalten ist, ferner
eine Waschwasserzuführungsleitung, die mit dem oberen oder seitlichen Teil der Nebelentfernungseinrichtung
verbunden ist, um Waschwasser dorthin einzuleiten, und eine Rückführungsleitung
zwischen dem Boden der Nebelentfernungseinrichtung und dem Absorptionsturm zur Rückführung
des abgezogenen Nebels. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem
eine Abzugsleitung für#abzu.-führendes Waschwasser , die mit dem Boden der Einrichtung
zur Nebelentfernung verbunden ist, ein Ventil in der Waschwasserzufübrungsleitung
, ein Ventil in der Rückführungsleitung für abgezogenen Nebel sowie ein Ventil in
der Abzugsleitung für abzuführendes Waschwasser aufweist und daß das Ventil in der
Rückführungsleitung für abgezogenen Nebel und das Ventil in der Abzugsleitung für
abzuführendes Waschwasser geschlossen bzw. geöffnet seine, während das Ventil in
der Waschwasserzuführungleitung zum Waschen der Einrichtung zur Nebel entfernung
geöffnet ist, um so abzuführendes Waschwasser , das abgefangenen Nebel enthält,
aus der Vorrichtung zu leiten, und daß das Ventil in der Rückführungsleitung für
abgezogenen Nebel und das Ventil in der Abzugsleitung für abzuführendes Waschwasser
geöffnet bzw. geschlossen sind, während das Ventil für die Waschwasserversorgungsleitung
geschlossen ist, um so den abgefangenen Nebel in den Absorptionsturm zurückzuleiten.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert,
worin:
Fig. 1 ein Fließschema einer bekannten Vorrichtung zur nassen
Entschwefelung von Abgasen Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen
der Magnesiumsulfatkonzentration in einer Absorptionslösung und der Sulfitlöslichkeit
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen der Konzentration an
Mg 2+-Ionen in einer Absorptionslösung und dem Entschwefelungsgrad; Fig. 4 ein vereinfachtes
Fließschema für eine Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw.
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Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie Fig. 5 ein
vereinfachtes Fließschema für eine weitere Durchführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens bzw. Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, darstellen.
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Bekanntes Entschwefelungsverfahren.
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Zunächst werden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 das oben beschriebene
Kalk/Gips- und Kalkstein/Gips-Verfahren beschrieben.
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Unbehandeltes Abgas strömt in einen Kühl - und Staubentfernungsturm
1 und wird durch eine umlaufende Flüssigkeit gekühlt, die durch eine Rückführungsleitung
2 strömt und in den Kühl- und Staubentfernungsturm 1 eingesprüht wird. Gleichzeitig
werden Verunreinigungen, wie Staub, die in dem Abgas enthalten sind, entfernt. Das
Abgas , das auf diese Weise gekühlt und gereinigt worden ist, strömt aus dem KUhl-und
Staubentfernungsturm 1 durch eine Einrichtung 3 zur Nebelentfernung und anschließend
in einen Absorptionsturm 4 , wo das in dem Abgas enthaltene SOx durch eine
Absorptionslösung
entfernt wird, die durch eine Absorptionslösungs- Rückführungsleitung 5 geleitet
und in den Absorptionsturm 4 eingesprüht wird. Die Absorptionslösung enthält Kalziumkarbonat,
Kalziumsulfit und andere Salze. Das auf diese Weise behandelte Abgas verläßt den
Absorptionsturm 4 durch das Oberteil und wird durch eine Einrichtung 6 zur Nebelentfernung
geleitet, in der der Nebel der Absorpti#nslösung im Abgas abgefangen wird, wonach
das behandelte Abgas zu einem Schornstein 7 geleitet und in die Atmosphäre entlassen
wird.
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Die oben erwähnte Absorptionslösung wird zwischen den Absorptionsturm
4 und einen Rückführungstank 8 durch Rückführungsleitung 5 im Kreis geführt. Währenddessen
absorbiert die Absorptionslösung das SOx aus dem Abgas innerhalb des Absorptionsturms
4 und wird im Rückführungstank 8 einer Neutralisierung mit Kalziumkarbonat unterzogen,
das durch eine Leitung 10 für eine Kalziumkarbonataufschlämmung zugeführt wird.
Die Kalziumsulftt (CaS03) in einer der Menge an in dem Absorptionsturm 4 absorbierten
SOx entsprechenden Menge enthaltendeAbsorptionslösung wird aus dem Rückführungstank
8 durch eine Uberführungsleitung 11 in einen Oxidationsturm 12 geleitet. In diesem
Oxidationsturm 12 wird das Kalziumsulfit durch mit-Hilfe eines Luftgebläses 12 eingeblasene
Luft oxidiert und somit zu Gips umgewandelt. Außerdem wird das in der Absorptionslösung
enthaltene nicht umgesetzte Kalziumkarbonat im Oxidationsturm 12 mit Schwefelsäure,
die durch eine Versorungsleitung 14 in den Oxidationsturm geleitet wird, zu Gips
umgewandelt.
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Somit wird in dem Oxidationsturm 12 eine Gipsaufschlämmung gebildet,
die durch ein Uberlaufrohr 15 in einen Eindickapparat 16 ( Sedimentierungs- und
Konzentrierungstank) strömt, in dem die Aufschlämmungskonzentration auf einen bestimmten
Wert erhöht und somit eingestellt wird.
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Danach wird die eingedickte Aufschlämmung durch eine Beschickungsleitung
17 vom Boden der Eindickeinrichtung 16 zu einem Zentrifugalabscheider 18 geführt,
wo sie in Gipskuchen und Filtrat aufgetrennt wird. Der Zentrifugalabscheider 18
besitzt einen Ablass 20 für den Gipskuchen an seinem Boden sowie einen Filtratabzug
21.
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Das auf diese Weise in dem Zentrifugalabscheider 18 abgetrennte Filtrat
wird zusammen mit einer Uberlauf -flüssigkeit des Eindickungsapparates 16 durch
eine Überführungsleitung 22 in den oben beschriebenen Rückführungstank 8 zurückgeführt.
Ein Teil dieses Gemisches aus dem Filtrat und der Überlaufflüssigkeit wird als Abwaaser
durch eine Abwasserabflußleitung 23 aus dem System entfernt.
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Ein weiterer Teil dieses Gemisches wird in einen Kalziumkarbonat-
Aufschlämmungstank 25 geleitet, um in Pulverform durch eine Kalziumkarbonat- Versorgungsleitung
24 zugeführtes Kalziumkarbonat in eine Auf schlämmung zu überführen.
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Bei dem genannten Kühl- und Staubentfernungsturm 1 ist es erforderlich,
eine bestimmte Menge an zirkulierender Flüssigkeit als Abwaaser durch eine Abwasserabzugsleitung
26 am Boden des Turmes aus dem System zu entfernen, um eine Anreicherung von Verunreinigungen
, wie beispielsweise von Staub, der zuvor in dem Abgas enthalten und in dem Kühl-
und Staubentfernungsturm 1 aufgefangen worden war, in der zirkulierenden Flüssigkeit
zu verhindern. Einerseits wird, um das Wasser, das in Form dieses Abwassers aus
dem System entfernt wird, wie das Wasser, das in dem Kühl- und Staubentfernungsturm
1 in das Abgas hineinverdampft, zu ersetzen, ein Teil Frischwasser durch eine Frischwasserversorgungsleitung
27 in den Kühl- und Staubentfernungsturm 1 eingeleitet. Ein weiterer Teil Frischwasser
wird im Waschwasser der Nebelentfernungseinrichtung 3 zugeführt und danach dem Kühl-
und Staubentfer-
nungsturm 1.
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Andererseits wird die Nebelentfernungseinrichtung 6 , die nach dem
Absorptionsturm 4 vorgesehen ist, durch eine Waschwasserversorgungsleitung 28 mit
Frischwasser versorgt. Nachdem die Bestandteile der Nebelentfernungsvorrichtung
6 gewaschen worden sind, wird das verbrauchte Waschwasser zusammen mit dem Absorptionslösungsnebel,
der in der Einrichtung zur Nebelentfernung abgefangen worden ist, durch eine Rückführungsleitung
33 für abgezogenen Nebel entfernt und strömt in den Absorptionsturm 4. Das meiste
Wasser, das in das Verfahrenssystem des Absorptionsturms 4 und danach eingeleitet
wird, be -steht aus diesem Waschwasser der Nebelentfernungseinrichtung 6, und der
Rest kann aus solchem Wasser bestehen, das sich aus Pumpenabdichtungswasser und
Gipswaschwasser zusammensetzt, das zum Waschen von Gips in dem Zentrifugalabscheider
18 Je nach Bedarf verwendet wird.
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Da das Abgas, das in den Absorptionsturm 4 strömt, nicht in der Lage
ist, Wasser zu verdampfen, führt fast sämtliches Wasser, das dem Verfahrenssystem
zugeführt wird, mit der Ausnahme einer geringen Wassermenge , die an dem Gips anhaftet
und aus dem System ausgebracht wird, oder die in dem Oxidationsturm 12 verdampft,
zu Wasser, das als Abwasser aus dem System entfernt wird. Es ist somit erforderlich,
Abwasser in einer Menge zu entfernen, die praktisch derjenigen des Waschwassers
der Nebelentfernungseinrichtung 6 entspricht.
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In dem oben beschriebenen Absorptionsturm 4 finden eine Absorptionsreaktion,
wie sie durch die folgende Gleichung 1 wiedergegeben wird, sowie eine Umsetzung
gemäß der folgenden Gleichung 2 statt. Diese Gleichungen 1 und 2 beziehen sich auf
den beispielsweise angegebenen Fall, in dem Kalziumkarbonat als Absorptionsmittel
verwendet wird.
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Es ist bekannt, daß in diesem Fall mit steigender Konzentration an
Sulfitionen (S03 ) in der Absorptionslösung die Absorptionsleistung ansteigt und
daß außerdem mit steigender Konzentration an Hydrogensulfit Ionen (HSO) das Ausmaß
der Umsetzung gemäß Gleichung (2) ansteigt.
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Außerdem ist bekannt, daß bei Zugabe von Magnesium in Form von Magnesiumsulfat
MgS04 zur Absorptionslösung die Konzentrationen an Sulfitionen und Hydrogensulfitionen
in der Absorptbonslösung rasch ansteigen, wie in Fig. 2 dargestellt. Als Grund dafür
kann angesehen werden, daß zufolge der Anwesenheit von Kationen (Mg2+) hoher Löslichkeit
die Konzentrationen der entsprechenden Anionen (S023# und HS03 ) ebenfalls ansteigt.
Demzufolge wird mit steigender Konzentration des Magnesiumgehaltes in der Absorptionslösung
die Entschwefelungsleistung ,wie in Fig. 3 dargestellt, stark verbessert.
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Außerdem sind der Druckverlust des Abgases im Absorptionsturm und
das Verhältnis von Flüssigkeit zu Gas zur Erzielung desselben Entschwefelungsgrades
im Falle einer hohen Magnesiumkonzentration in der Absorptionslösung niedriger als
im Falle einer niedrigen Magnesiumkonzentration. Anstatt Magnesium können der Absorptionslösung
auch Natrium- oder Ammoniumionen zugesetzt werden, um die gleiche Wirkung zu erzielen
wie im Falle des Zusatzes von Magnesiumionen.
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Günstigerweise ist eine bestimmte Menge an Magnesium im Kalziumkarbonat
als Verunreinigung enthalten. Dieser Magnesiumgehalt liegt gewöhnlich in der Größenordnung
von
0,2 bis 1,0 i (als Magnesiumoxid Mg0). Diese geringe Menge
Magnesium , die gemeinsam mit dem Kalziumkarbonat zur Verfügung steht, wird im Absorptionsturm
4 mit SOx zu Magnesiumsulfit MgS03 bzw. Magnesiumhydrogensulfit Mg(SH03)2 gebunden,
die in dem Oxidationsturm 12 zu Magnesiumsulfat MgS04 oxidiert werden. Dieses Magnesiumsulfat
löst sich anschließend im Filtrat , und ein Teil davon wird durch das Verfahrenssystem
zurückgeführt.
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Gleichzeitig wird ein anderer Teil des gelösten Magnesiumsulfats mit
dem Abwasser, das durch die Abwasserabzugsleitung 23 strömt, vermischt und aus dem
System ausgebracht.
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Daher wird die Magnesiumkonzentration im Verfahrens-System durch
den Magnesiumgehalt im Kalziumkarbonat und die Menge an Abwasser bestimmt, die durch
die Abwasserabzugsleitung 23 abgeführt wird ; doch da die Menge an abgezogenem Wasser
gewöhnlich groß ist, ist es schwierig, die Magnesiumkonzentration (als Magnesiumsulfat)
in der Absorptionslösung innerhalb des Verfahrens systems bei einem Wert von 2000
ppm oder darüber zu halten.
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Somit ist beim herkömmlichen Verfahren zur Entschwefelung von Abgasen
die Entschwefelungsleistung der Absorptionslösung niedrig, und , obwohl sie durch
Erhöhung der Magnesiumsulfatkonzentration in der Absorptionslösung erhöht werden
kann, ist der Verlust an Magnesium groß, da die Menge an Abwasser groß ist. Um daher
die Magnesiumsulfatkonzentration in der Absorptionslösung auf einem konstanten Wert
zu halten, muß eine beträchtliche Menge an Magnesium, beispielsweise in Form von
Magnesiumhydroxid Mg(OH)2 von außen zugeführt werden. Eine derartige Maßnahme führt
zu hohen Kosten.
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Die Menge an Abwasser wird durch die Gesamtwasserbilanz von Absorptionsabschnitt,
Oxidationsabschnitt, Gipsabtrennungsabschnitt und Beschickungsmaterial- Herstellungsabschnitt
des Verfahrens systems bestimmt. Da jedoch der Kühl- und Staubentfernungsturm vor
dem Absorptionsturm angeordnet ist, besitzt der Absorptionsturm keine Kapazität
zum Wasserverdampfen. Demzufolge ist es erforderlich, aus dem System Abwasser in
einer Menge zu entfernen, die dem größten Teil des Wassers , das dem System zugeführt
wird, entspricht. In diesem Falle besteht eine große Menge des Wassers, das in dem
System verwendet wird, aus dem Waschwasser der Nebelentfernungseinrichtung, die
nach dem Absorptionsturm angeordnet ist. Durch Verminderung der Menge an Waschwasser
kann die Menge an Abwasser vermindert werden, jedoch ist diese Maßnahme von Schwierigkeiten
begleitet, wie beispielsweise einer begrenzten Wirksamkeit dieser Maßnahme.
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Entschwefelungsverfahren gemäß der Erfindung.
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Bei einer ersten Durch Uhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird, wie in Fig. 4 dargestellt,
ein SOx enthaltendes Abgas in einem Kühl- und Staubentfernungs turm 31 gekühlt und
von Staub gesäubert. Das auf diese Weise gekühlte und gesäuberte Abgas wird durch
eine Nebelentfernungseinrichtung 33 geleitet und anschließend einem Absorptionsturm
34 zugeführt, in dem das im Abgas enthaltene SOx durch eine eine Kalziumverbindung
enthaltende Absorptionslösung absorbiert und entfernt wird. Das auf diese Weise
behandelte Abgas , dasden Oberteil des Absorptionsturms 34 verläßt, wird durch eine
weitere Nebelentfernungs einrichtung 36 geleitet, um Nebel aus der Absorptionslö
sung in dem Abgas abzufangen. Das auf diese Weise behandelte Abgas wird in die Atmosphäre
abgelassen.
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Die Nebelentfernungseinrichtung 36 wird durch eine Waschwasserzufuhrleitung
32, die mit dem oberen oder seitlichen Teil der Nebelentfernungseinrichtung verbunden
ist, mit Waschwasser versorgt. Den Bodenteil der Nebelentfer -nungseinrichtung 36
verbindet eine Rückführungsleitung 37 für die Nebelflüssigkeit mit dem unteren Abschnitt
des Absorptionsturms 34.Die beschriebenen Teile der Vorrichtung sind im wesentlichen
dieselben, wie bei einer bekannten Vorrichtung zur nassen Abgasentschwefelung, Wenngleich
in Fig. 5 nicht dargestellt, sind in der Vorrichtung ebenfalls wie in der -in Fig.
1 erläuterten und oben beschriebenen Vorrichtung Hilfseinrichtungen für den Kühl-
und Staubentfernungsturm 31 und den Absorptionsturm 34, wie beispielsweise Riickführungsleitungen
, ein Rückführungstank, ein Oxidationsturm, eine Eindickungseinrichtung sowie ein
Zentrifugalabscheider ebenfalls vorgesehen.
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Die Nebelentfernungseinrichtung 36 kann eine von bekanntem Bau oder
Typ sein.Nebelentfernungseinrichtungen können grob in zwei Arten oder Typen eingeteilt
werden: Den Typ, bei dem die Momente der Nebelteilchen ausgenutzt werden, um sie
gegen eine Abfang- und Sammelfläche, im folgenden als "Element" bezeichnet, stoßen
und daran anhaften zu lassen, und dem Typ, bei dem statische Elektrizität verwendet
wird, um die Nebelteilchen zu sammeln, d.h.
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den sogenannten Cottrell-Typ.
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Unter den Vertretern des erstgenannten Typs gibt es solche, bei denen
die Elemente Prallbleche enthalten, und solche, bei denen die Elemente mit Maschen
gefüllte Schichten aufweisen. Bei dem zuletzt genannten Typ ist ebenfalls eine feste
Fläche vorhanden, gegen die die Nebelteilchen elektrostatisch prallen gelassen werden,
und in der vorliegenden Beschreibung wird diese feste Oberfläche ebenfalls als Element
bezeichnet.
Somit kann die Nebelentfernungseinrichtung unabhängig von ihrem Typ in der Weisedefiniert
werden, daß sie ein Element enthält. Eine Nebelentfernungseinrichtung , die sich
für die Zwecke der vorliegenden Erfindung eignet, ist eine des oben zuerst genannten
Typs, d.h. des Typs, bei dem die Momente der Nebelteilchen ausgenutzt werden, um
sie abzufangen und zu sammeln.
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Der Nebel der Absorptionslösung, der it dem Abgas, das den Absorptionsturm
34 verlassen hat, vermischt ist, wird durch die Nebelentfernungseinrichtung 36,
die stromabwärts vom Absorptionsturm 34 angeordnet ist, abgefangen und durch die
oben erwähnte Rückführungsleitung 37 für die Nebelflüssigkeit zum unteren Teil des
Absorptionsturmes 34 zurückgeführt. Die Nebelentfernungseinrichtung 36 besitzt Elemente,
die mit frischem Wasser, das durch die oben erwähnte Waschwasserversorgungsleitung
32 zugeführt und durch Sprühdüsen gegen die Elemente gesprüht wird, gewaschen werden.
Zum Abstellen des Waschwassers ist die Versorgungsleitung 32 mit einem Ventil 35
ausgerüstet, das periodisch lediglich während des Waschens der Elemente geöffnet
wird.
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Nachdem die Elemente auf diese Weise gewaschen worden sind, wird
das verbrauchte Waschwasser, das sich am Boden der Nebelentfernungseinrichtung 36
gesammelt hat, wenn es nicht zum Absorptionsturm 34 zurückgeführt , sondern verworfen
werden soll, in eine Abzugsleitung 38 für verbrauchtes Waschwasser geleitet, die
von der RückfUhrungsleitung 37 für die Nebelflüssigkeit abzweigt, und in einen Tank
39 für verbrauchtes Waschwasser überführt, aus dem es durch eine Pumpe 40 aus dem
System ausgebracht wird.
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Um soweit wie möglich das Vermischen des Nebels der Absorptionslösung
mit dem Abwasser, das auf diese Weise aus dem System ausgebracht wird, zu verringern,
sind ein Ventil 41 für den Abzug der Nebelflüssigkeit und ein Ventil 42 für den
Abzug von verbrauchtem Waschwasser in der Rückführungsleitung 37 für den abgezogenen
Nebel bzw. der Abzugsleitung 38 für das verbrauchte Waschwasser vorgesehen, und
während des Waschens der Elemente der Nebelentfernungseinrichtung 36 , d. h., während
das Waschwasserzuführungsventil 35 offen ist, ist das Ventil 41 für die Nebelabzugsflüssigkeit
geschlossen und das Ventil 42 für den Abzug des gebrad ten Waschwassers offen, wodurch
das verbrauchte Waschwasser , das eine geringe Menge an Nebel aus der Absorptionslösung
, der von den Elementen mitgerissen wurde, dem Tank 39 für das gebrauchte Waschwasser
zugeführt wird.
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Wenn andererseits die Elemente nicht gewaschen wer- -den, d.h. ,
wenn das Waschwasserzuführungsventil 35 geschlossen ist, wird das Ventil 41 für
den Abzug von Nebelflüssigkeit offen und das Ventil 42 für den Abzug von verbrauchtem
Waschwasser geschlossen gehalten, um den Nebel der Absorptionslösung , der auf den
Elementen festgehalten worden ist, zum Absorptionsturm 34 zurückzuführen.
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Die Zeit, während der die Elemente der Nebelentfernungseinrichtung
36 gewaschen werden, kann kurz und von der Größenordnung von 1/20 bis 1/100 der
gesamten Betriebszeit sein. Daher wird die Hauptmenge des Nebels der Absorptionslösung
, der durch die Elemente abgefangen worden ist, durch die Rückführungsleitung 37
für die Nebelflüssigkeit zum Absorptionsturm 34 zurückgeführt und lediglich ein
sehr geringer Anteil des Nebels zusammen mit dem verbrauchten Waschwasser in den-
Tank 39 für das gebrauchte Waschwasser geleitet und aus dem System ausgebracht.
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In einigen Fällen wird die Gesamtmenge oder ein Teil dieses verbrauchten
Waschwassers in den Kühl- und Staubentfernungsturm 31 zurückgeführt. Als Waschwasserzuführungsventil
35 , Ventil 41 für den Abzug der Nebelflüssigkeit und Ventil 42 zum Abzug des verbrauchten
Waschwassers werden normalerweise sogenannte Diaphragmaventile verwendet, die durch
Druckluft betätigt werden.
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Die Versorgung der Ventile mit Druckluft wird durch den Betrieb von
elektromagnetischen Ventilen gesteuert.
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Wie oben beschrieben, wird das Waschen der Elemente der Nebelentfernungseinrichtung
36> die stromabwärts des Absorptionsstroms 34 angeordnet ist, periodisch durchgeführt,
und lediglich das verbrauchte Waschwasser , das eine geringe Menge an Nebel der
Absorptionsflüssigkeit der auf den Elementen während des Waschens festgehalten worden
ist, enthält, wird aus der Nebelentfernungseinrichtung 36 dem Tank 39 für das verbrauohte
Waschwasser zugeführt, um aus dem System ausgebracht zu werden. Aus diesem Grund
ist die Menge an Absorptionslösung, die mit dem Abwasser vermischt wird und das
System verläßt, sehr gering.
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Daher kann auch die Menge an Magnesium, das in der Absorptionslösung
enthalten ist, und entfernt wird, auf einem sehr geringen Wert gehalten werden.
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Andererseits kann durch auf diese Weise erfolgendes Entfernen des
Waschwassers der Nebelentfernungseinrichtung 36 aus dem System , ohne es an andere
Stellen, wie beispielsweise den Absorptionsturm 34 zurückzuführen, praktisch ein
Gleichgewicht mit dem Wasser erzielt werden, das aus im System entfernt wird, wie.
beispielsweise dem Wasser, das an dem Gips anhaftet, da die Wassermenge, die an
anderen Stellen als der Nebelentfernungseinrichtung 36 verbraucht wird, gering ist.
Demzufolge erübrigt es sich, das Abwasser des Absorptionssystems durch die Abpriasserabt
zugsleitung 23 in der in Fig. 1 dargestellten bekannten Vorrichtung getrennt von
dem verbrauchten Waschwasser der
Nebelentfernungseinrichtung 36
, d.h. dem Abwasser aus der Pumpe 40 für verbrauchtes Waschwasser in der Vorrichtung
gemäß Fig. 4, zu entfernen.
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Aus diesem Grund kann trotz der Tatsache, daß die Menge an Abwasser
die-gleiche ist, wie im Falle des herkömmlichen Verfahrens bzw. der herkömmlichen
Vorrichtung, bei dem Verfahren bzw.der Vorrichtung gemäß der Erfindung die Nettomenge
der Absorptionslösung , die aus dem System entfernt wird, im Vergleich zu derjenigen
bei dem herkömmlichen Verfahren bzw.der herkömmlichen Vorrichtung beträchtlich verringert
werden, und zugleich wird es möglich, die Magnesiumkonzentration in der Absorptionslösung
im Vergleich zu derjenigen bei dem herkömmlichen Verfahren stark zu erhöhen.
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Die Magnesiuskonzentration in den Absorptionslösun gen bei dem herkömmlichen
und erfindungsgemäßen Verfahren wurden im Hinblick auf den Fall einer nach dem Kalkstein/
Gips- Verfahren arbeitenden Abgasentschwefelungsvorrichtung für eine 250 -MW -Kohlekraftwerksanlage
in einem Beispiel sowie hinsichtlich des Falles, daß das Waschen der Nebelentfernungseinrichtungen
für die Absorptionstürme sowohl beim herkömmlichen,als auch beim erfindungsgemäßen
Verfahren in gleicher Weise periodisch durchgeführt wurde, berechnet und miteinander
verglichen. Die vorausgesetzten Bedingungen für die Berechnung waren die folgenden:
Verbrauch
an Kalziumkarbonat 2.o t/Std Magnesiumgehalt in dem als Ausgangsmaterial verwendeten
Kalziumkarbonat: 0.3 Gew.-% (als MgO) Verworfenes -A##ss# -#cisgenommen Abwasser
des Kühlturms: 10 t/Std In Nebelentfernungseinrichtung für Absorptionsturm verbrauchtes
Waschwasser (Mittelwert): 9.5 t/Std Waschdauer: 3 Min Waschintervall: 2 Std Menge
an Waschlösungs-Nebel im Abgas: 20 g/Nm3 Als Ergebnis der Berechnungen auf der Grundlage
der obigen Bedingungen zeigte sich, daß die Magnesiumkonzentration in der Absorptionslösung
beim herkömmlichen Verfahren 360 ppm und beim erfindungsgemäßen Verfahren 7600 ppm
betrug.
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Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ermöglicht die vorliegende
Erfindung die Erhöhung der Magnesiumkonzentration in der Absorptionslösung um eine
ungeheuer große Menge , ohne daß Magnesium von außen zugeführt zu werden braucht.
Dies führt zu Verringerungen bei den Kosten der Anlage sowie den Betriebskosten,
wie oben er-
wähnt, und ferner zu einer Erhöhung des Entschwefelungsgrades,
wie in Fig. 3 dargestellt.
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Die Erfindung läßt sich nicht nur auf die oben beschriebene Abgasentschwefelungsvorrichtung
für das Kalkstein/Gipsverfahren , sondern auch auf alle anderen Entschwefelungsverfahren
und --Vorrichtungen anwenden, bei denen kalziumhaltige Materialien als Absorptionsmittel
verwendet werden. Demzufolge läßt sich die Erfindung auch auf ein Verfahren anwenden,
bei dem anstelle von Kalkstein Kalk als Quelle für das Absorptionsmittel verwendet
wird, sowie auf ein Verfahren, bei dem das Neben#ro-»itt nicht nur Gips, sondern
auch Kalziumsulfit.
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(CaS03- H2°) ist, das aus dem System entfernt wird.
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Außerdem wird in den Fällen, in denen Natrium- oder Ammoniumionen
anstelle von Magnesiumionen in der Absorptionslösung enthalten sind, die gleiche
Wirksamkeit erzielt wie im Falle von Magnesiumionen. Außer der Aus -nutzung des
Magnesiums, das als Verunreinigung im Kalziumkarbonat enthalten ist, kann auch ein
Kalziumkarbonat verwendet werden, bei dem zuvor Magnesium-, Natrium- oder Ammoniumionen
zugesetzt worden sind.
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Ein weiteres Beispiel für eine Abgasentschwefelungsvorrichtung gemäß
der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt.
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Bei diesem praktischen Beispiel ist die Nebelentfernungseinrichtung
36a für den Absorptionsturm 34a innerhalb des Absorptionsturmes in seinem oberen
Teil angeordnet. Der Boden der Nebelentfernungseinrichtung 36a ist mit dem unteren
Teil des Absorptionsturmes 34a über eine Rückführung#-leitung 37 für die abgezogene
Nebelflüssigkeit verbunden, die sich in ihrem mittleren Teil außerhalb des Absorptionsturmes
34a befindet und in diesem Außenabschnitt mit einem Ventil 41 für den Abzug von
Nebelflüssigkeit versehen ist.
Der Boden der Nebelentfernungseinrichtung
ist auch über eine Abzugsleitung für gebrauchtes Waschwasser mit einem Tank für
verbrauchtes Waschwasser verbunden, wobei die Abzugsleitung 38 in ihrem außerhalb
des Turmes 34a liegenden Abschnitt mit einem Ventil 42 für den Abzug von verbrauchtem
Waschwasser versehen ist. Die anderen Einzelheiten und Merkmale für Anordnung und
Betrieb dieser Vorrichtung sind die gleichen wie bei dem in Fig. 4 erläuterten Beispiel
. Selbstverständlich umfaßt diese Vorrichtung ebenfalls , wenngleich nicht in Fig.
5 dargestellt , Hilfseinrichtungen, die sich auf den Kühl-und Staubentfernungsturm
31 und den Absorptionsturm 34a beziehen , wie beispielsweise Rückführungsleitungen,
einen Rückführungstank, einen Oxidationsturm, eine Eindickungseinrichtung und einen
Zentrifugalabscheider, wie dies oben für die Vorrichtung gemäß Fig. 1 beschrieben
worden ist.
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Es ergibt sich somit, daß bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß
der Erfindung lediglich das Magnesium, das als Verunreinigung in dem als Entschwefelungsmittel
verwendeten alkalischen Material auf Kalziumgrundlage, wie beispielsweise Kalziumkarbonat,
enthalten ist, verwendet wird, wodurch die Magnesiumkonzentration in der Absorptionslösung
ohne Zusatz von Magnesium von außen auf einem hohen Wert gehalten sowie eine hohe
Entschwefelungsleistung (S02 Absorptionsleistung) und eine hohe Alkalineutralisierungsleistung
der Absorptionslösung gemäß obiger Gleichung (2) erzielt werden können Auch in dem
Falle, in dem Magnesium-*Natrium-Ammoniumionen odgl. von außen zugeführt werden,
um die Entschwefelungsleistung der Absorptionslösung zu erhöhen, kann die Konzentration
an Magnesium - , Natrium-, Ammoniumionen o.dgl. in der Absorptionslösung schon dann
auf einen hohen Wert gehalten werden, wenn man nur eine sehr geringe Menge davon
zusetzt. Es ergeben sich somit die folgenden
Vorteile fast ohne
Erhöhung der Kosten in der Ausgangschemikalien: Die Entschwefelungsleistung, sowie
die Alkalineutralisierungsleistung der Absorptionslösung können stark erhöht werden.
Zusätzlich zur Verbesserung des Entschwefelungsausmaßes können, da das Flüssigkeit/Gas-
Verhältnis des Absorptionsturmes gering gemacht wird, Rückführungspumpen geringer
Kapazität verwendet werden; ferner ist, da die Verweilzeit des Absorptionsturmgases
verkürzt wird, ein Absorptionsturm geringer Größe ausreichend. Da die Menge an nichtumgesetztem
Alkali verringert wird, kann der Verbrauch an Schwefelsäure zur Neutralisierung
vermindert werden. Schließlich können verschiedene Teile der Anlage, wie beispielsweise
der Rückführungstank, klein gehalten werden. Insgesamt können die Anlagen-und Betriebskosten
stark vermindert werden.
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