DE3323756C2

DE3323756C2 -

Info

Publication number: DE3323756C2
Application number: DE3323756A
Authority: DE
Inventors: Ullrich Dipl.-Chem. Dr. Neumann; Manfred 5000 Koeln De Weigel; Karl Ing.(Grad.) 5042 Erftstadt De Wintrup
Original assignee: Davy McKee AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1983-07-01
Filing date: 1983-07-01
Publication date: 1987-10-01
Also published as: DE3323756A1

Description

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 (Kaltver fahren) abgeführten Wärme, durch Übertragung der Wärme auf einen Luft strom, 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 Rauch gasen durch Absorption mit wässrigen Lösungen oder Suspensionen bekannt. Nach dem Wellman-Lord-Verfahren wird das SO₂-haltige Rauchgas mit einer wässrigen Natriumsulfit-Lösung in Berührung gebracht, die dabei SO₂ aus dem Gas unter teilweiser Bildung von Natriumhydrogensulfit aufnimmt. Die Absorption erfolgt dabei bei Temperaturen von beispielsweise etwa 50 bis 55°C, so daß das heiße Rauchgas zunächst auf etwa diese Temperatur ab gekühlt werden muß. Das gereinigte Rauchgas hat nach Verlassen der Absorptionsstufe eine Temperatur von etwa 50 bis 55°C. Um ihm im Kamin und bei der Abgabe an die Atmosphäre einen genügenden Auftrieb zu ver leihen, muß es vor Eintritt in den Kamin eine Temperatur von etwa 80 bis 100°C haben. Dies ist erforderlich bei allen Rauchgas-Entschwefelungs verfahren, die mit wässrigen Medien zur Herausnahme von SO₂ arbeiten.

In VGB Kraftwerkstechnik 63 (1983) S. 332 ff ist die regenera tive Wiederaufheizung der kalten Rauchgase nach der Naßentschwefelung an zwei Verfahrensvarianten beschrieben. Abgesehen von den mit dem 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. Ein ähnliches Verfahren, bei dem zusätzlich noch ein Teil der Hochtemperatur wärme auf das kalte gereinigte Gas übertragen wird, ist auch Gegenstand der DE-OS 32 38 941. Für die Wiederaufheizung des kalten Reingases wird jedoch im allgemeinen nur ein Teil der so verfügbaren Wärme benötigt, so daß bei diesen Ausführungen 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 Ausführungsform 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°C zu erwärmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei der weiteren Abkühlung des vorgekühlten SO₂-haltigen Rauchgasstroms vor dem Eintritt in eine Entschwefelung bei tiefer Temperatur abzuführende Wärme in opti maler Weise auszunutzen. Insbesondere soll mit dieser Wärme die Tempera tur 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 genannten Verfahren dadurch gelöst, daß man die aus dem vorgekühlten Rauch gasstrom abgeführte Wärme nur zum Teil auf den kalten Luft strom 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 Niedrigtemperatur bereich (z.B. 150 bis 50°C) 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 SO₂-haltigen Rauchgas entzogenen Wärme wird auf Frischluft übertragen, die dadurch z.B. von 30 auf 80°C vor gewärmt wird. Der Luftstrom wird anschließend in dem üblichen Kessel- Luvo auf z.B. 300 bis 380°C weiter erwärmt und dann in zwei Teilströme getrennt. Der Hauptstrom dient als Verbrennungsluft in der Kesselanlage, während der übrige Teilstrom 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 Luft strom übertragenen Wärmeanteile hat man es in der Hand, die Abgabe temperatur 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 ver fügbare Tieftemperaturwärme für die Wiedererhitzung des Reingases nutz bar gemacht, während die im unteren Temperaturbereich verfügbare Wärme (im allgemeinen unter 100°C) noch zur Erwärmung der Frischluft dient.

Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vereinigt man den zur Dampferzeugung ausgenutzten Teilluftstrom wieder mit dem Hauptluftstrom vor seiner weiteren Erwärmung. Durch diese Kreislaufführung geht die nach der Dampferzeugung in der Teilluft noch enthaltene Wärme nicht verloren, sondern wird in dem Kessel-Luvo zu sammen mit der Verbrennungsluft wieder auf hohe Temperatur transformiert, so daß sie erneut zur Dampferzeugung dienen kann. Dabei kann man nach einer ersten Ausführungsform den zur Dampferzeugung eingesetzten Teil 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 Aus führungsform vereinigt man den zur Dampferzeugung eingesetzten Teil luftstrom mit dem bereits vorgewärmten Luftstrom. In diesem Falle wird zweckmäßigerweise der zur Dampferzeugung ausgenutzte Teilluftstrom vor der Vereinigung mit dem vorgewärmten Luftstrom durch Wärmeaustausch weiter abgekühlt und die dabei abgeführte Wärme ebenfalls auf das ent schwefelte 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 ober halb der gewünschten Abgabetemperatur des entschwefelten Gases liegt, wird durch die Zumischung eine weitere Anhebung der Reingastemperatur erreicht. Bei dieser Ausführungsform wird im allgemeinen zunächst das kalte entschwefelte Reingas durch Wärmeübertragung direkt vom vorgekühlten Rauchgas erwärmt und seine Temperatur dann durch die Luftzumischung auf die gewünschte Abgabetemperatur angehoben. Dabei wird der über wiegende Teil der für die Wiederaufheizung des Reingases erforderlichen Wärme von dem vorgekühlten Rauchgasstrom auf direktem Wege übertra gen 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 Dampf- erzeugung Wärme entziehen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens überträgt man die Wärme von dem vorgekühlten Rauchgas und ggfs. dem zur Dampferzeugung eingesetzten Teilluftstrom auf das entschwefelte Rauchgas bzw. den Luftstrom mit zirkulierenden flüssigen oder verdampf baren Wärmeträgern. Der Einsatz von zirkulierenden Wärmeträgern bringt gegenüber dem bisher vorgeschlagenen und praktizierten regenerativen Wärmeaustausch den Vorteil, daß die wärmeabgebende Seite von der wärme aufnehmenden Seite völlig getrennt und damit die beim regenerativen Wärmeaustausch auftretende Verunreinigung der Reingasseite und Beein trächtigung das 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 das erfindungsgemäßen Verfahrens kühlt man den Teilluftstrom durch die Dampferzeugung von einer Temperatur in dem Bereich von 300 bis 380°C auf eine Temperatur in dem Bereich von 120 bis 245°C ab. Nachdem der Wärmeinhalt des Teilluftstroms in dieser Weise ausgenutzt ist, kann dieser ggfs. nach weiterer Wärmeentnahme im Kreislauf zum Kessel-Luvo zurückgefahren 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 ver mieden werden. Zweckmäßigerweise erwärmt man das kalte entschwefelte Abgas der Rauchgasentschwefelungsanlage von einer Temperatur in dem Bereich von 40 bis 70°C auf eine Temperatur in dem Bereich von 70 bis 110°C. Die Abkühlung des vorgekühlten SO₂-haltigen Rauchgases anström seitig der Rauchgasentschwefelung erfolgt zweckmäßigerweise zweistufig von einer Temperatur in dem Bereich von 120 bis 250°C auf eine Tem peratur in dem Bereich von 40 bis 100°C.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 das schematische Fließbild einer Anlage zur Durch führung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens, bei dem der zur Dampferzeugung ausgenutzte Teilluftstrom mit dem entschwefelten Gas vereinigt wird;

Fig. 2 das schematische Fließbild einer Anlage zur Durch führung einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens, bei dem der zur Dampferzeugung ausgenutzte Teilluftstrom nach Vereinigung mit der Frischluft zirkuliert wird; und

Fig. 3 das schematische Fließbild einer Anlage zur Durch führung einer dritten Ausführungsform des Verfahrens, bei dem der zur Dampferzeugung ausgenutzte Teilluftstrom nach weiterem Wärmeentzug mit der vorgewärmten Frischluft vereinigt und zirkuliert wird.

Nach Fig. 1 wird das aus einer Kesselanlage 1 kommende heiße Rauchgas durch das Saugzuggebläse 4 zunächst durch einen Luft- Vorwärmer 2 und dann durch ein Elektrofilter 3 gesaugt. Der Luft-Vor wärmer 2 ist insbesondere ein üblicher Ljungström-Regenerator, in dem das Rauchgas gegen Verbrennungsluft auf beispielsweise l30°C abgekühlt wird. Das Rauchgas durchströmt dann einen zweistufigen Wärmeaustauscher 5, in dem es weiter auf die Eintrittstemperatur der Rauchgasentschwefelungs anlage 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 9 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 er hitzten 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°C ab. Diese Luft wird dann mit von dem Wärmeaustauscher 9 kommendem, entschwefeltem Gas gemischt und an den Kamin 13 abgegeben.

In den Fig. 2 und 3 tragen gleiche Anlagenteile auch gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 1. Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 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 Fig. 3 durchströmt der aus dem Dampferzeuger 12 kommende Luftstrom einen zusätzlichen Wärmeaustauscher 14, in dem er weiter z.B. auf die Temperatur der in dem Austauscher 10 vorgewärmten Luft abgekühlt wird. Dabei gibt die Luft ihre Wärme eben falls an den Wärmeträgerkreislauf 7 ab, der seine Wärme in dem Austau scher 9 auf das entschwefelte Rauchgas überträgt. Das Gebläse 15 dient dazu, den Teilluftstrom 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 Vorwärmung 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 Fig. 1 treten 218,2 Nm³/s Rauchgas mit 134°C in den zweistufigen Wärmeaustauscher 5 ein. In der ersten Stufe mit einer Austauschfläche von 2900 m² wird das Rauchgas auf 105,1°C und in der zweiten Stufe mit einer Austauschfläche von 5800 m² auf etwa 65°C abgekühlt. 221,2 Nm²/s verlassen die Rauchgasentschwefelungs anlage 6 (Wellman-Lord-Anlage) mit 47°C. Ihre Temperatur wird in dem Austauscher 9 mit 2900 m² Austauschfläche auf 76°C angehoben, wobei die Temperatur des Wärmeträgers von 105 auf 76°C absinkt. Durch das Frischluftgebläse 11 werden 180 Nm³/s Luft mit 30°C angesaugt und in dem Austauscher 10 auf 80°C vorgewärmt. In dem Kessel-Luvo 2 wird ihre Temperatur weiter auf 331°C angehoben. 140 Nm³/s Luft werden als Verbrennungsluft der Kesselanlage 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°C 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°C an den Kamin abgegeben.

Claims

1. Verfahren zur Ausnutzung der bei der weiteren Abkühlung eines vorgekühlten SO₂-haltigen Rauchgasstroms vor seinem Eintritt in eine Entschwefelung bei tiefer Temperatur abgeführten Wärme, durch Übertragung der Wärme auf einen Luftstrom, der dabei vorgewärmt wird, weitere Anhe bung der Temperatur des vorgewärmten Luftstroms mit heißem Rauchgas und Trennung des heißen Luftstroms in zwei Teilströme, 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 Verbrennungsluft eingesetzten Teilstrom der heißen Luft Dampf erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 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 einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn zeichnet, daß man den zur Dampferzeugung eingesetzten Teilluftstrom mit dem kalten Frischluftstrom vereinigt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn zeichnet, daß man den zur Dampferzeugung eingesetzten Teilluftstrom mit dem vorgewärmten Frischluftstrom vereinigt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den zur Dampferzeugung eingesetzten Teilluftstrom durch Wärmeaus tausch weiter abkühlt und die dabei abgeführte Wärme ebenfalls auf das entschwefelte Rauchgas überträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß man den zur Dampferzeugung eingesetzten Teilluftstrom wenigstens teilweise dem entschwefelten Rauchgas zumischt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, 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.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß man dem anderen Teilluftstrom vor dem Einsatz als Verbrennungsluft durch Dampferzeugung Wärme entzieht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Wärme von dem vorgekühlten Rauchgas und dem zur Dampferzeugung eingesetzten Teilluftstrom auf das entschwefelte Rauchgas bzw. den Luftstrom mit zirkulierenden flüssigen oder verdampfbaren Wärme trägern überträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß man den Teilluftstrom durch die Dampferzeugung von einer Temperatur in dem Bereich von 300 bis 380°C auf eine Temperatur in dem Bereich von 150 bis 245°C abkühlt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß man das kalte entschwefelte Rauchgas von einer Temperatur in dem Bereich von 40 bis 70°C auf eine Temperatur in den Bereich von 70 bis 110°C erwärmt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß man das vorgekühlte Rauchgas zweistufig von einer Tempera tur in dem Bereich von 120 bis 250°C auf eine Temperatur in dem Bereich von 40 bis 100°C abkühlt.