DE3323756A1 - Verfahren zur ausnutzung der bei der abkuehlung eines rauchgasstroms abgefuehrten waerme - Google Patents

Verfahren zur ausnutzung der bei der abkuehlung eines rauchgasstroms abgefuehrten waerme

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Description

3z3J do
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausnutzung der bei der weiteren Abkühlung eines vorgekühlten SO2-haltigen Rauchgasstroms vor seinem Eintritt in eine Entschwefelung bei tiefer Temperatur (Kaltverfahren) abgeführten Wärme, durch Übertragung der Wärme auf einen Luftstrom, der dabei vorgewärmt wird, weitere Anhebung der Temperatur des vorgewärmten Luftstroms mit heißem Rauchgas und Einsatz eines Teilstroms dieser weiter erwärmten Luft als Verbrennungsluft.
Es sind zahlreiche Verfahren zur SO2-Entfernung aus Rauchgasen durch Absorption mit wässrigen Lösungen oder Suspensionen bekannt. Nach dem Wellman-Lord-Verfahren wird das S02-haltige Rauchgas mit einer wässrigen Natriumsulfit-Lösung in Berührung gebracht, die dabei SO2 aus dem Gas unter teil v/eiser Bildung von Natriumhydrogensulfit aufnimmt. Die Absorption erfolgt dabei bei Temperaturen von beispielsweise etwa 50 bis 55 0C, so daß das heiße Rauchgas zunächst auf etwa diese Temperatur abgekühlt werden muß. Das gereinigte Rauchgas hat nach Verlassen der Absorptionsstufe eine Temperatur von etwa 50 bis 55 0C. Um ihm im Kamin und bei der Abgabe an die Atmosphäre einen genügenden Auftrieb zu verleihen, muß es vor Eintritt in den Kamin eine Temperatur von etwa 80 bis 100 °Chaben. Dies ist erforderlich bei allen Rauchgas-Entschwefelungsverfahren, die mit wässrigen Medien zur Herausnahme des SO2 arbeiten.
In VGB Kraftwerkstechnik 63 (1983) S. 332 ff ist die regenerative Wiederaufheizung der kalten Rauchgase nach der Naßentschwefelung an zwei Verfahrensvarianten beschrieben. Abgesehen von den mit dem
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Einsatz des Regenerators verbundenen Mängeln (Anbackungen, Leckagen), ist bei diesen Verfahren die Wärmeausnutzung nicht optimal. In dem einen Falle wird die vor der Entschwefelung aus dem Gas abzuführende Wärme in ihrer Gesamtheit regenerativ auf das kalte entschwefelte Gas übertragen. Für die Wiederaufheizung des kalten Reingases wird jedoch im allgemeinen nur ein Teil der so verfügbaren Wärme benötigt, so daß bei dieser Ausführung Wärme durch den Kamin verloren geht. Bei der anderen Verfahrensvariante wird die verfügbare Wärme in ihrer Gesamtheit regenerativ auf einen Luftstrom übertragen, der dann im Kessel Luvo weiter erhitzt wird. Ein Teil dieses weiter erhitzten Luftstroms wird dem kalten entschwefelten Rauchgas zugemischt, um ihm den nötigen Auftrieb zu geben. Diese Ausführurigsform ist wärmetechnisch ungünstig, weil die dem Rauchgas entnommene Niedertemperaturwärme in dem Kessel-Luvo auf hohe Temperatur transformiert wird, dann aber zum Teil nur dazu dient, durch Zumischung das kalte entschwefelte Rauchgas auf 90 bis 100 0C zu erwärmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei der weiter Abkühlung des vorgekühlten SO2-haltigen Rauchgasstroms vor dem Eintritt in eine Entschwefelung bei tiefer Temperatur abzuführende Wärme in optimaler Weise auszunutzen. Insbesondere soll mit dieser Wärme die Temperatur des gereinigten Rauchgases auf die für den Auftrieb erforderliche Abgabetemperatur angehoben und der Wärmeüberschuß in nutzbringender Form zur Verfügung gestellt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genann ten Verfahren dadurch gelöst, daß man die aus dem vorgekühlten Rauch-
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gasstrom abgeführte Wärme nur zum Teil auf den kalten Luftstrom und zum anderen Teil auf das entschwefelte Rauchgas überträgt und mit dem nicht als Verbrennungsluft eingesetzten Teilstrom der heißen Luft Dampf erzeugt. Die dem Rauchgas im Niedrigtemperaturbereich (z.B. 150 bis 50 0C) entzogene Wärme ist temperaturmäßig für die Wiederaufheizung des Reingases ausreichend. Die erforderliche Teilmenge der Wärme kann in geeigneter Weise auf das Reingas übertragen werden. Der übrige Teil der dem S02-haltigen Rauchgas entzogenen Wärme wird auf Frischluft übertragen, die dadurch z.B. von 30 auf 80 0C vorgewärmt wird. Der Luftstrom wird anschließend in dem üblichen Kessel-Luvo auf z.B. 300 bis 380 °C weiter erwärmt und dann in zwei Teil ströme getrennt. Der Hauptstrom dient als Verbrennungsluft in der Kesselanlage, während der übrige Teil strom einen Dampferzeuger durchströmt, in dem ein großer Teil der fühlbaren Wärme des Luftstroms zur Dampferzeugung ausgenutzt wird. Durch Veränderung der auf das Reingas und den Luftstrom übertragenen Wärmeanteile hat man es in der Hand, die Abgabetemperatur des Reingases zu Lasten der Dampferzeugung anzuheben oder die Dampferzeugung bei Herabsetzung der Abgabetemperatur zu steigern.
Zweckmäßigerweise kühlt man den vorgekühlten Rauchgasstrom zwei· stufig ab und überträgt die in der ersten Stufe abgeführte Wärme auf das entschwefelte Rauchgas und die in der zweiten Stufe abgeführte Wärme auf den Luftstrom. So wird die im oberen Temperaturbereich verfügbare Tieftemperaturwärme für die Wiedererhitzung des Reingases nutzbar gemacht, während die im unteren Temperaturbereich verfügbare Wärme (im allgemeinen unter 100 0C) noch zur Erwärmung der Frischluft dient.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
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vereinigt man den zur Dampferzeugung ausgenutzten Tei!luftstrom wieder mit dem Haupt!uftstrcn vor seiner weiteren Erwärmung. Durch diese Kreislaufführung geht die nach der Dampferzeugung in aer Teil luft noch enthaltene Wärme nicht verloren, sondern wird in dem Kessel-Luvo zusammen mit der Verbrennungsluft wieder auf hohe Temperatur transformier so daß sie erneut zur Dampferzeugung dienen kann. Dabei kann man nach einer ersten Ausführungsform den zur Dampferzeugung eingesetzten Tei1 luftstrom mit dem kalten Frischluftstrom vereinigen. Zweckmäßigerweise erfolgt die Vereinigung vor dem Frischluftgebläse, da dann ein eigenes Gebläse für den Teilluftstrom entfallen kann. Bei einer anderen Ausführungsform vereinigt man den zur Dampferzeugung eingesetzten Teilluftstrom mit dem bereits vorgewärmten Luftstrom. In diesem Falle wird zweckmäßigerweise der zur Dampferzeugung ausgenutzte Teilluftstrc vor der Vereinigung mit dem vorgewärmten Luftstrom durch Wärmeaustausc weiter abgekühlt und die dabei abgeführte Wärme ebenfalls auf das entschwefelte Rauchgas übertragen.
Nach einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mischt man den zur Dampferzeugung ausgenutzten Teilluft-
■ strom wenigstens teilweise dem entschwefelten Rauchgas zu. Da der Teil . luftstrom nach der"Dampferzeugung noch eine Temperatur hat, die oberhalb der gewünschten Abgabetemperatur des entschwefelten Gases liegt, wird durch die Zumischung eine v/eitere Anhebung der Reingastemperatur
_.-■'. ■-■ erreicht. Bei dieser Ausführungsform wird im allgemeinen zunächst das
■ kalte entschwefelte Reingas durch Wärmeübertragung direkt vom vorgekür l\r / ::';,Rauchgas erwärmt und seine Temperatur dann durch die Luftzumischung
.;;. ·■■-,-■-■ auf die gewünschte Abgabetemperatur angehoben. Dabei wird der überwiegende Teil der für die Wiederaufheizung des Reingases erforderliche
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Wärme von dem vorgekühlten Rauchgasstrom auf direktem Wege übertragen und nur ein kleinerer Anteil durch die Luftzumischung zugeführt.
Bei einer speziellen Ausführungsform kann man dem anderen Teilstrom vor dem Einsatz als Verbrennungsluft ebenfalls durch Dampferzeugung Wärme entziehen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens überträgt man die Wärme von dem vorgekühlten Rauchgas und· ggfs, dem zur Dampferzeugung eingesetzten Tei!luftstrom auf das entschwefelte Rauchgas bzw. den Luftstrom mit zirkulierenden flüssigen oder verdampfbaren Wärmeträgern. Der Einsatz von zirkulierenden Wärmeträgern bringt gegenüber dem bisher vorgeschlagenen und praktizierten regenerativen Wärmeaustausch den Vorteil, daß die wärmeabgebende Seite von der wärmeaufnehmenden Seite völlig getrennt und damit die beim regenerativen Wärmeaustausch auftretende Verunreinigung der Reingasseite und Beeinträchtigung des Entschwefelungsgrades vermieden wird. Ferner ist die Wärmeübertragung durch zirkulierende Wärmeträger weniger störanfällig als die mit zirkulierenden Heizflächen, insbesondere, wenn man die Verkrustungsgefahr der Heizflächen berücksichtigt.
Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kühlt man den Tei!luftstrom durch die Dampferzeugung von einer Temperatur in dem Bereich von 300 bis 380 0C auf eine Temperatur in dem Bereich von 120 bis 245 0C ab. Nachdem der Wärmeinhalt des Teil luftstroms in dieser Weise ausgenutzt ist, kann dieser ggfs. nach weiterer Wärmeentnahme im Kreislauf zum Kessel-Luvo zurückgefahren
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oder aber dem entschwefelten Gas zugemischt werden. Auch Kombinationen beider Varianten sind möglich, d.h. der zur Dampferzeugung ausgenutzte Teilluftstrom wird teils zirkuliert und teils dem Reingas zugemischt. Die Zumischung kann schon anströmseitig der Wärmeübertragung auf das Reingas erfolgen. So kann ggfs. erreicht werden, daß der Taupunkt des Reingasstroms schon vor Eintritt in den Wärmetauscher überschritten wird und somit Korrosionen in dem Wärmetauscher verringert oder vermieden werden. Zweckmäßigerweise erwärmt man das kalte entschwefelte Abgas der Rauchgasentschwefelungsanlage von einer Temperatur in dem Bereich von 40 bis 70 0C auf eine Temperatur in dem Bereich von 70 bis 110 0C. Die Abkühlung des vorgekühlten S02-haltigen Rauchgases ans seitig der Rauchgasentschwefelung erfolgt zweckmäßigerweise zweistufig von einer Temperatur in dem Bereich von 120 bis 250 0C auf eine Temperatur in dem Bereich von 40 bis 100 0C.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen
Figur 1 das schematische Fließbild einer Anlage zur Durchführung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens, bei dem der zur Dampferzeugung ausgenutzte Tei!luftstrom mit dem entschwefelten Gas vereinigt wird;
Figur 2 das schematische Fließbild einer Anlage zur Durchführung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens, bei dem der zur Dampferzeugung ausgenutzte Teilluftstrom nach Vereinigung mit der Frischluft zirkuliert wird; und
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Figur 3 das schematische Fließbild einer Anlage zur Durchführung einer dritten Ausführungsfor^i des Verfahrens, bei dem der zur Dampferzeugung ausgenutzte Teil luftstrom nach weiterem Wärmeentzug mit der vorgewärmten Frischluft vereinigt und zirkuliert wird.
Nach Figur 1 wird das aus einer Kessel anlage 1 kommende heiße Rauchgas durch das Saugzuggebläse 4 zunächst durch einen Luft-Vorwärmer 2 und dann durch ein Elektrofilter 3 gesaugt. Der Luft-Vorwärmer 2 ist insbesondere ein üblicher Ljungstrcm-Regenerator, in dem das Rauchgas gegen Verbrennungsluft auf beispielsweise 130 0C abgekühlt wird. Das Rauchgas durchströmt dann einen zweistufigen Wärmeaustauscher 5, in dem es weiter auf die Eintrittstetnperatur der Rauchgasentschwefelungsanlage 6 abgekühlt wird. Dabei wird in den beiden Stufen die Wärme des Rauchgases an getrennte Wärmeträgerkreisläufe 7 bzw. 8 abgegeben. Die von dem Kreislauf 7 aufgenommene Wärme wird in dem Wärmeaustauscher an das aus der Rauchgasentschwefelungsanlage 6, insbesondere einer Wellman-Lord-Anlage kommende entschwefelte Gas übertragen. Die in der zweiten Stufe des Austauschers 5 dem Rauchgas entzogene Wärme gelangt durch den Wärmeträgerkreislauf 8 in den Austauscher 10, in dem die durch das Frischluftgebläse 11 angesaugte Kaltluft vorgewärmt wird. Diese vorgewärmte Luft durchströmt dann den Kessel-Luvo 2, in dem ihre Temperatur z.B. auf 340 °C angehoben wird. Der größere Teil dieser erhitzten Luft wird als Verbrennungsluft in der Kesselanlage 1 eingesetzt. Der kleinere Teil der erhitzten Luft durchströmt erfindungsgemäß einen Dampferzeuger 12 und kühlt sich dabei z.B. auf etwa 150 0C ab. Diese Luft wird dann mit von dem Wärmeaustauscher 9 kommendem, entschwefeltem Gas gemischt und an den Kamin 13 abgegeben.
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In den Figuren 2 und 3 tragen gleiche Anlagenteile auch gleiche Bezugszahlen wie in Figur 1. Die Ausführungsform nach Figur 2 unterscheidet sich von der nach Figur 1 dadurch, daß der aus dem Dampf erzeuger 12 kommende Luftstrom mit Frischluft vereinigt von dem Frisch luftgebläse 11 wieder angesaugt und erneut durch die Luftvorwärmer 10 und 2 in Umlauf gebracht wird.
Bei der Ausführungsform nach Figur 3 durchströmt der aus d" Dampferzeuger 12 kommende Luftstrom einen zusätzlichen Wärmeaustausche in dem er weiter z.B. auf die Temperatur der in dem Austauscher 10 vorgewärmten Luft abgekühlt wird. Dabei gibt die Luft ihre Wärme ebenfalls an den Wärmeträgerkreislauf 7 ab, der seine Wärme in dem Austauscher 9 auf das entschwefelte Rauchgas überträgt. Das Gebläse 15 dient dazu, den Teilluftstrcm durch die Austauscher 12 und 14 zu zirkulieren
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Optimierung der Wärmewirtschaft bei der Rauchgasentschwefelung nach Tieftemperatur Verfahren. Dabei entfällt nicht nur der Dampfverbrauch für die Vorwärm der Verbrennungsluft (vergl. VGB Kraftwerkstechnik _63 (1983) S. 333, Abb. 1 und 2), sondern die überschüssige Niedertemperaturwärme wird ' sogar zur Dampferzeugung ausgenutzt.
Ausführungsbeispiel
In der Anlage nach Figur 1 treten 218,2 Nm3/s Rauchgas mit 134 0C in den zweistufigen Wärmeaustauscher 5 ein. In der ersten Stufe mit einer Austauschfläche von 2900 m2 wird das Rauchgas auf 105, und in der zweiten Stufe mit einer Austauschfläche von 5800 m2 auf etw.
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65 0C abgekühlt. 221,2 Nm2/s verlassen die Rauchgasentschwefelungsanlage 6 (WeIIman-Lord-Anlage) mit 47 0C. Ihre Temperatur wird in dem Austauscher 9 mit 2900 m2 Austauschfläche auf 76 0C angehoben, wobei die Temperatur des Wärmeträgers von 105 auf 76 0C absinkt. Durch das Frischluftgebläse 11 werden 180 Nm3/s Luft mit 30 0C angesaugt und in dem Austauscher 10 auf 80 0C vorgewärmt. In dem Kessel-Luvo 2 wird ihre Temperatur weiter 331 0C angehoben. 140 Nm3/s Luft werden als Verbrennungsluft der Kessel anlage 1 zugeführt. Mit den übrigen 40 Nm3/s Luft werden in dem Dampferzeuger 12 14 t/h Dampf erzeugt. Dabei sinkt die Temperatur des Luftstroms auf 166 0C ab. Der Luftstrom wird dann mit dem aus dem Austauscher 9 kommenden entschwefelten Gas vereinigt. Es werden 261,2 Nm3/s Abgas mit einer Temperatur von 88 0C an den Kamin abgegeben.

Claims (13)

Γ? 9 O "7 r VJ i. J / Davy McKee Aktiengesellschaft Frankfurt Verfahren zur Ausnutzung der bei der Abkühlung eines Rauchgasstroms abgeführten Wärme Patentansprüche
1.1 Verfahren zur Ausnutzung der bei der v/eiteren Abkühlur eines vorgekuhlten SO2-haltigen Rauchgasstroms vor seinem Eintritt ir eine Entschwefelung bei tiefer Temperatur abgeführten Wärme, durch übertragung der Wärme auf einen Luftstrom, der dabei vorgewärmt wird, weitere Anhebung der Temperatur des vorgewärmten Luftstroms mit heiße Rauchgas und Trennung des heißen Luftstroms in zwei Teil ströme, von denen der eine als Verbrennungsluft eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die aus dem vorgekühlten Rauchgasstrom abgeführte Wärme nur zum Teil auf den kalten Luftstrom und zum anderen Teil auf das entschwefelte Rauchgas überträgt und mit dem nicht als Verbrennur luft eingesetzten Teilstrom der heißen Luft Dampf erzeugt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dai: man den vorgekühlten Rauchgasstrom zweistufig abkühlt und die in der ersten Stufe abgeführte Wärme auf das entschwefelte Rauchgas und die in der zweiten Stufe abgeführte Wärme auf den Luftstrom überträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichr daß man den zur Dampferzeugung eingesetzten Teilluftstrom mit dem Luf
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strom vor seiner weiteren Erwärmung wieder vereinigt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den zur Dampferzeugung eingesetzten Teilluftstrom mit dem kalten Frischluftstrom vereinigt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den zur Dampferzeugung eingesetzten Teilluftstrom mit dem vorgewärmten Frischluftstrom vereinigt.
4 oder
6. Verfahren nach Anspruch/5, dadurch gekennzeichnet, daß
man den zur Dampferzeugung eingesetzten Teilluftstrom durch Wärmeaustausch weiter abkühlt und die dabei abgeführte Wärme ebenfalls auf das entschwefelte Rauchgas Überträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den zur Dampferzeugung eingesetzten Teilluftstrom wenigstens teilweise dem entschwefelten Rauchgas zumischt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
man das kalte entschwefelte Rauchgas zunächst mit Wärme aus dem vorgekühlten Rauchgas vorwärmt und seine Temperatur dann durch die Luftzumischung auf die Abgabetemperatur anhebt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man dem anderen Teilluftstrom vor dem Einsatz als Verbrennungsluft durch Dampferzeugung Wärme entzieht.
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10. Verfahren nach einem der Ansprüche \ bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wärme von dem vorgekühlten Rauchgas und ggdem zur Dampferzeugung eingesetzten Tei!luftstrom auf das entschwefelt'. Rauchgas bzw. den Luftstrom mit zirkulierenden flüssigen oder verdampf baren Wärmeträgern überträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man den Teilluftstrom durch die Dampferzeugung, von einer Temperatur in dem Bereich von 300 bis 380 0C auf eine Temperatur in dem Bereich von 150 bis 245 °C abkühlt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das kalte entschwefelte Rauchgas von einer Temperatur in dem Bereich von 40 bis 70 0C auf eine Temperatur in den Bereich von 70 bis 110 0C erwärmt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man das vorgekühlte Rauchgas zv/eistufig von einer Temperatur in dem Bereich von 120 bis 250 0C auf eine Temperatur in dem Bereich von 40 bis 100 0C abkühlt.
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