DE3346691C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschwefelung bei tiefer Temperatur eines in einem Luftvorwärmer vorgekühlten, heißen, SO2-haltigen Rauchgases mit einem erhöhten Schwefelsäure taupunkt im Bereich von 120 bis 180°C, vorzugsweise 140 bis 170°C.The invention relates to a method for desulfurization at low temperature of a hot, SO 2 -containing flue gas which has been pre-cooled in an air preheater and has an increased sulfuric acid dew point in the range from 120 to 180 ° C., preferably 140 to 170 ° C.
Es sind zahlreiche Verfahren zur SO2-Entfernung aus Rauchgas bei tiefen Temperaturen durch Absorption mit wäßrigen Lösungen oder Suspensionen bekannt. Nach dem Wellman-Lord-Verfahren wird das SO2-hal tige Rauchgas mit einer wäßrigen Natriumsulfit-Lösung in Berührung gebracht, die dabei das SO2 aus dem Gas unter teilweiser Bildung von Natriumhydrogensulfit aufnimmt. Die Absorption erfolgt dabei bei Tem peraturen von beispielsweise etwa 50 bis 55°C, so daß das heiße Rauch gas zunächst auf diese Temperatur abgekühlt werden muß. Das gereinigte Rauchgas hat nach Verlassen der Absorptionsstufe etwa die Absorptions temperatur. Um ihm im Kamin 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°C haben. Dies gilt für alle Rauchgas-Entschwefelungsverfahren, die mit wäßrigen Medien zur SO2- Absorption arbeiten.Numerous processes for SO 2 removal from flue gas at low temperatures by absorption with aqueous solutions or suspensions are known. According to the Wellman-Lord method, the SO 2 -containing flue gas is brought into contact with an aqueous sodium sulfite solution, which soaks up the SO 2 from the gas with the partial formation of sodium bisulfite. The absorption takes place at temperatures of, for example, about 50 to 55 ° C., so that the hot smoke gas must first be cooled to this temperature. The cleaned flue gas has about the absorption temperature after leaving the absorption stage. In order to give it sufficient buoyancy in the chimney when it is released into the atmosphere, it must have a temperature of about 80 to 100 ° C. before entering the chimney. This applies to all flue gas desulfurization processes that work with aqueous media for SO 2 absorption.
SO2-haltige Rauchgase haben im allgemeinen nur einen gerin gen SO2-Gehalt und demzufolge einen niedrigen Taupunkt in der Gegend von 90 bis 110°C. Die Rauchgase können daher nach Verlassen des Kessels z. B. in einem Luftvorwärmer problemlos soweit abgekühlt werden, daß sie nach Passieren des Elektrofilters z. B. eine Temperatur von 120 bis 130°C haben. Nur bei der anschließenden Abkühlung des Rauchgases auf die Temperatur der Rauchgasentschwefelung wird der Taupunkt unterschrit ten. Lediglich diese Kühlstufe erfordert daher korrosionsbeständige Werkstoffe. Bei Rauchgasen, deren SO3-Gehalt z. B. infolge katalytisch wirkender Verunreinigungen in den schwefelhaltigen Brennstoffen stark erhöht ist (z. B. 150 bis 200 mg SO3/Nm3), liegt der Taupunkt wesentlich höher. Die übliche Abkühlung der Rauchgase kann daher nur bis zu einer entsprechend höheren Temperatur, z. B. 170 bis 200°C, erfolgen, wenn Korrosionen vermieden werden sollen. Wenn die weitere Rauchgasabkühlung unter Wärmeausnutzung erfolgt, müssen diese Kühlstufen von der höheren Temperatur bis auf die Eintrittstemperatur der Rauchgasentschwefelung, d. h. für eine Temperaturspanne von beispielsweise 130°C, korrosions beständig sein. Dadurch ergeben sich beträchtliche Kosten zusätzlich zu den Anlagekosten der Rauchgasentschwefelung. Da bei den wäßrigen Rauchgasentschwefelungsverfahren das SO3 im Gegensatz zum SO2 oft nur zum Teil abgeschieden wird, hat auch das entschwefelte Rauchgas noch einen erhöhten Taupunkt, so daß durch höhere Wiedererwärmung vor Ein tritt in den Kamin ein größerer Wärmeaufwand erforderlich ist, abge sehen von der Luftverunreinigung durch nicht abgeschiedenes Schwefel trioxid.Flue gases containing SO 2 generally only have a low SO 2 content and consequently a low dew point in the range of 90 to 110 ° C. The flue gases can therefore after leaving the boiler z. B. can be easily cooled in an air preheater to the extent that after passing through the electrostatic filter z. B. have a temperature of 120 to 130 ° C. The dew point is only undershot when the flue gas is subsequently cooled to the temperature of the flue gas desulfurization. Only this cooling stage therefore requires corrosion-resistant materials. For flue gases, the SO 3 content z. B. is greatly increased due to catalytic impurities in the sulfur-containing fuels (z. B. 150 to 200 mg SO 3 / Nm 3 ), the dew point is much higher. The usual cooling of the flue gases can therefore only up to a correspondingly higher temperature, for. B. 170 to 200 ° C, if corrosion should be avoided. If the further flue gas cooling takes place using heat, these cooling stages must be corrosion-resistant from the higher temperature up to the inlet temperature of the flue gas desulfurization, ie for a temperature range of, for example, 130 ° C. This results in considerable costs in addition to the plant costs for flue gas desulfurization. Since in the aqueous flue gas desulfurization process the SO 3, in contrast to the SO 2, is often only partially separated, the desulfurized flue gas also has an increased dew point, so that a greater amount of heat is required due to higher reheating before entering the chimney air pollution from undeposited sulfur trioxide.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Entschwefelung bei tiefer Temperatur (Naßentschwefelung) eines in einem Luftvorwärmer vorgekühlten, heißen, SO2-haltigen Rauchgases mit einem erhöhten Schwefelsäuretaupunkt im Bereich von 120 bis 180°C, vorzugsweise 140 bis 170°C, bei dem der erhöhte Aufwand für korrosionsfeste Werkstoffe bei der Rauchgasabkühlung im Temperatur bereich von etwa 200 bis 100°C vermieden wird. Ferner sollen die genannten Rauchgase nach der Naßentschwefelung mit geringem Wärmeauf wand wieder aufgeheizt werden, so daß eine maximale Wärmemenge für die Dampferzeugung zur Verfügung steht. Schließlich soll auch der SO3- Gehalt des Rauchgases soweit gesenkt werden, daß es nach der Entschwe felung abgeblasen werden kann.The object of the invention is to provide a method for desulfurization at low temperature (wet desulfurization) of a hot, SO 2 -containing flue gas which has been pre-cooled in an air preheater and has an increased sulfuric acid dew point in the range from 120 to 180 ° C, preferably 140 to 170 ° C, at which avoids the increased effort for corrosion-resistant materials in the flue gas cooling in the temperature range of about 200 to 100 ° C. Furthermore, the flue gases mentioned should be reheated after the wet desulfurization with little heat, so that a maximum amount of heat is available for steam generation. Finally, the SO 3 content of the flue gas should also be reduced to such an extent that it can be blown off after desulfurization.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß man nacheinander das Rauchgas einer Behandlung zur Erniedrigung des Taupunktes unter zieht, dem Rauchgas zur weiteren Abkühlung oberhalb des erniedrigten Taupunktes Wärme entzieht, eine Entschwefelung bei tiefen Temperaturen in bekannter Weise vornimmt und die aus dem Rauchgas oberhalb des erniedrigten Taupunktes abgeführte Wärme im wesentlichen auf das entschwefelte Rauchgas überträgt. Der Schwefelsäuretaupunkt des Rauchgases wird durch SO3-Entfernung aus dem Gas um 30 bis 100°C, vorzugsweise 40 bis 70°C gesenkt. Dann wird das Gas mit erniedrigem Taupunkt bis auf eine Temperatur abgekühlt, die in einem Sicherheitsabstand oberhalb des erniedrigten Taupunktes liegt. Diese Gaskühlstufe und die Gasbehandlungsstufe zur Taupunkts absenkung arbeitet bei Temperaturen oberhalb des Taupunktes, so daß in diesen Stufen preisgünstige Werkstoffe, wie Kohlenstoffstahl, ver wendet werden können. Lediglich die sich dann anschließende weitere Gaskühlstufe, in der das Rauchgas weiter etwa auf die Temperatur der Naßentschwefelung abgekühlt wird, ist aus korrosionsbeständigem Mate rial, wie Kohlenstoff, Edelstahl oder emailliertem Material, auszu führen. Aus der Taupunkterniedrigung resultiert zwangsläufig auch eine Taupunkterniedrigung des entschwefelten Rauchgases, so daß das Ausmaß der Wiedererwärmung von dem erforderlichen Auftrieb, nicht aber von einer möglichen Korrosion des Kamins bestimmt wird. Im Ver gleich zu bekannten Verfahren (vergl. VGB Kraftwerkstechnik 63 (1983) S. 332 ff) steht hier die aus dem Rauchgas abgeführte Wärme auf einem höheren Temperaturniveau zur Verfügung. Die Wärmeaustauschfläche für die Wiedererwärmung des entschwefelten Rauchgases kann daher verkleinert werden. Da das entschwefelte Gas im wesentlichen SO3-frei ist, kommt man mit einer niedrigen Wiedererwärmungstemperatur aus und kann einen Teil der abgeführten Wärme zur Dampferzeugung verwenden.According to the invention, this object is achieved in the process mentioned at the outset by drawing the flue gas in succession to a treatment for lowering the dew point, extracting heat from the flue gas for further cooling above the lowered dew point, desulfurizing at low temperatures in a known manner and carrying it out the heat removed from the flue gas above the reduced dew point is essentially transferred to the desulfurized flue gas. The sulfuric acid dew point of the flue gas is reduced by 30 to 100 ° C., preferably 40 to 70 ° C., by removing SO 3 from the gas. The gas is then cooled to a temperature which is at a safety distance above the lowered dew point with a low dew point. This gas cooling stage and the gas treatment stage for lowering the dew point works at temperatures above the dew point, so that inexpensive materials such as carbon steel can be used in these stages. Only the subsequent gas cooling stage, in which the flue gas is further cooled to the temperature of the wet desulfurization, is made of corrosion-resistant material such as carbon, stainless steel or enamelled material. The lowering of the dew point inevitably also results in a lowering of the desulphurized flue gas, so that the extent of the reheating is determined by the required buoyancy, but not by possible corrosion of the chimney. Compared to known processes (cf. VGB Kraftwerkstechnik 63 (1983) p. 332 ff), the heat removed from the flue gas is available at a higher temperature level. The heat exchange surface for reheating the desulfurized flue gas can therefore be reduced. Since the desulfurized gas is essentially SO 3 -free, a low reheating temperature is sufficient and some of the heat removed can be used to generate steam.
Zweckmäßigerweise kühlt man das Rauchgas vor der Behand lung zur Erniedrigung des Taupunktes auf eine Temperatur in dem Be reich von 135 bis 175°C ab. Das aus dem Elektrofilter kommende, zunächst im Luftvorwärmer abgekühlte Rauchgas wird hierbei auf eine Temperatur abgekühlt, die um einen Sicherheitsabstand von z. B. 10 bis 25°C über dem vorgegebenen Taupunkt liegt, so daß in dieser Kühlstufe keine Korrosion eintreten kann. Auch die in dieser Stufe abgeführte Wärme kann auf das entschwefelte Rauchgas übertragen werden.The flue gas is expediently cooled before the treatment to lower the dew point to a temperature in the loading ranges from 135 to 175 ° C. The coming out of the electrostatic filter The flue gas cooled in the air preheater is set to one Cooled temperature, which is a safety distance of z. B. 10 to 25 ° C above the specified dew point, so that in this cooling stage no corrosion can occur. Also the one removed in this stage Heat can be transferred to the desulfurized flue gas.
Vorzugsweise zirkuliert man einen flüssigen und ggfs. verdampfbaren Wärmeträger durch die Rauchgaskühlstufe(n), eine von dem entschwefelten Rauchgas durchströmte Wärmeaustauschstufe und ggfs. einen Dampferzeuger. Dabei wird der Wärmeträger in der bzw. den Rauchgaskühlstufe(n) erwärmt und in dem Dampferzeuger und der Wärmeaustauschstufe stufenweise wieder abgekühlt. Der Wärmeträger kann beispielsweise Druckwasser sein. Bei der Zirkulation kann die Temperatur des Wärmeträgers zwischen einer oberen Temperatur im Bereich von 115 bis 185°C und einer unteren Temperatur in dem Bereich von 70 bis 110°C schwanken. Preferably you circulate a liquid and if necessary. evaporable heat transfer medium through the flue gas cooling stage (s), one of the heat exchange stage through which the desulfurized flue gas flows and possibly a steam generator. The heat transfer medium in the the flue gas cooling stage (s) heated and in the steam generator and the Heat exchange stage gradually cooled down again. The heat transfer medium can be pressurized water, for example. With the circulation the Temperature of the heat transfer medium between an upper temperature in the Range from 115 to 185 ° C and a lower temperature in the Vary the range from 70 to 110 ° C.
Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man dem Rauchgas zur Taupunktserniedrigung Ammoniak zu und scheidet das gebildete Ammoniumsulfat aus dem Rauchgas ab. Soweit das Rauchgas Chlorwasserstoff enthält, wird bei entsprechendem Ammoniak- Überschuß neben Ammoniumsulfat auch das gebildete Ammoniumchlorid teil weise abgeschieden. Das Ammoniak kann insbesondere gasförmig, z. B. in einer oder mehreren Mischdüsen, dem Rauchgasstrom in einer Menge ent sprechend dem SO3-Gehalt und ggfs. dem HCl-Gehalt des Rauchgases zuge setzt werden. Das gebildete Ammoniumsulfat wird vorzugsweise durch Elek trofilter aus dem Gasstrom abgeschieden und ausgetragen. Die Abscheidung des Ammoniumsulfats erfolgt zweckmäßigerweise in dem Temperaturbereich von etwa 135 bis 175°C.In the preferred embodiment of the method according to the invention, ammonia is added to the flue gas to lower the dew point and the ammonium sulfate formed is separated from the flue gas. Insofar as the flue gas contains hydrogen chloride, the ammonium chloride formed is also partially separated, in addition to ammonium sulfate, with a corresponding excess of ammonia. The ammonia can in particular be gaseous, e.g. B. in one or more mixing nozzles, the flue gas stream in an amount accordingly the SO 3 content and possibly. The HCl content of the flue gas are added. The ammonium sulfate formed is preferably separated from the gas stream and discharged by electrostatic filters. The ammonium sulfate is expediently separated in the temperature range from about 135 to 175.degree.
Nach der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ernie drigt man den Taupunkt des Rauchgases auf 60 bis 100°C. Die weitere Rauchgasabkühlung kann dann bis auf ein Temperaturniveau in dem Bereich von 80 bis 130°C in Kühlern aus Kohlenstoffstahl erfolgen. Der Verbrauch an Absorptionsmittel durch Sulfatbildung wird durch die Taupunkternie drigung verringert; das entschwefelte Rauchgas ist arm an SO3, was für die Wiederaufheizung und Abgasqualität von Vorteil ist.According to the preferred embodiment of the method, the dew point of the flue gas is reduced to 60 to 100 ° C. The further flue gas cooling can then take place to a temperature level in the range from 80 to 130 ° C. in coolers made of carbon steel. The consumption of absorbent by sulfate formation is reduced by the dew point cleaning; the desulfurized flue gas is low in SO 3 , which is advantageous for reheating and exhaust gas quality.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben, in der das schematische Fließbild einer Anlage zur Durchführung des Ver fahrens dargestellt ist. An embodiment of the method according to the invention is described below with reference to the drawing, in which the schematic flow diagram of a plant for carrying out the Ver driving is shown.
Nach der Figur 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 Luftvor wärmer 2 ist insbesondere ein Ljungström-Regenerator, in dem das Rauch gas gegen Verbrennungsluft auf beispielsweise 185°C abgekühlt wird. Das SO3- und SO2-haltige Rauchgas hat einen Taupunkt von beispiels weise 150°C. Das Gas durchströmt dann einen ersten Gaskühler 5, in dem es mit Druckwasser auf 165°C abgekühlt wird. Dem Rauchgas wird dann durch Leitung 6 gasförmiges Ammoniak zugesetzt, das sich mit dem im Gas enthaltenen SO3 und H2O zum Ammoniumsulfat umsetzt. Der gebildete Ammoniumsulfat-Nebel wird in dem anschließenden Elektrofilter 7 abge schieden und durch Leitung 8 abgezogen. Durch diese Entfernung des SO3 aus dem Gas wird der Taupunkt auf etwa 95°C erniedrigt. Das Rauchgas durchströmt dann eine zweite Gaskühlstufe 9, in der es mit Druck wasser weiter auf beispielsweise 125°C abgekühlt wird. Anschließend durchströmt das Rauchgas einen dritten Gaskühler 10, in dem es vor Ein tritt in die Wellman-Lord-Rauchgasentschwefelungsanlage 11 weiter, z. B. auf eine Temperatur von 75°C, abgekühlt wird. Das entschwefelte Rauch gas verläßt die Anlage 11 mit einer Temperatur von 55 bis 60°C und wird vor Eintritt in den Kamin 13 in dem Wärmeaustauscher 12 wieder auf 90°C erwärmt.According to the figure, the hot flue gas coming from a boiler system 1 is sucked through the induced draft fan 4 first by an air preheater 2 and then by an electrostatic filter 3 . The Luftvor warmer 2 is in particular a Ljungström regenerator in which the flue gas is cooled against combustion air to, for example, 185 ° C. The flue gas containing SO 3 and SO 2 has a dew point of, for example, 150 ° C. The gas then flows through a first gas cooler 5 , in which it is cooled to 165 ° C. with pressurized water. Gaseous ammonia is then added to the flue gas through line 6 , which reacts with the SO 3 and H 2 O contained in the gas to form the ammonium sulfate. The ammonium sulfate mist formed is abge in the subsequent electrostatic filter 7 and withdrawn through line 8 . This removal of the SO 3 from the gas lowers the dew point to about 95 ° C. The flue gas then flows through a second gas cooling stage 9 , in which it is further cooled with water to, for example, 125 ° C. Subsequently, the flue gas flows through a third gas cooler 10 , in which it occurs before A enters the Wellman-Lord flue gas desulfurization system 11 , for. B. is cooled to a temperature of 75 ° C. The desulfurized smoke gas leaves the system 11 at a temperature of 55 to 60 ° C and is heated to 90 ° C again in the heat exchanger 12 before entering the chimney 13 .
Das in der Kreislaufleitung 16 durch die Pumpe 18 zirkulierte Druckwasser wird zunächst in dem Kühler 9 von beispielsweise 110°C auf 145°C und dann in dem ersten Gaskühler 5 weiter auf 175°C erwärmt. Das Druckwasser durchströmt dann einen Dampferzeuger 17, in dem ein beträchtlicher Teil der in den Gaskühlern 5 und 9 aufgenommenen Wärme zur Dampferzeugung ausgenutzt wird. Das dabei auf 140°C abgekühlte Druckwasser gelangt dann in den Wärmeaustauscher 12, in dem es das entschwefelte Rauchgas erwärmt und dabei selbst wieder auf 110°C ab gekühlt wird. Selbstverständlich kann an Stelle des Druckwassers auch ein anderer Wärmeträger zirkuliert werden. Die Dampferzeugung in 17 kann durch indirekten Wärmeaustausch oder aber direkt aus dem zirkulie renden Druckwasser erfolgen, wobei dann die der Dampfproduktion ent sprechende Wassermenge zu ergänzen ist. In dem Gaskühler 10 wird das Rauchgas ebenfalls durch einen Wärmeträger gekühlt, der die aufgenom mene Wärme in dem Wärmeaustauscher 14 an die durch das Frischluftgeblä se 15 angesaugte Kaltluft abgibt. Die so vorgewärmte Luft durchströmt dann den Kessel-Luvo 2, in dem ihre Temperatur z. B. auf 340°C angehoben wird. Die erhitzte Luft dient als Verbrennungsluft in der Kesselanlage 1.The pressurized water circulated in the circuit line 16 by the pump 18 is first heated in the cooler 9 from, for example, 110 ° C. to 145 ° C. and then in the first gas cooler 5 further to 175 ° C. The pressurized water then flows through a steam generator 17 , in which a considerable part of the heat absorbed in the gas coolers 5 and 9 is used to generate steam. The pressurized water cooled to 140 ° C then passes into the heat exchanger 12 , in which it heats the desulfurized flue gas and is itself cooled down to 110 ° C. Of course, another heat transfer medium can be circulated instead of the pressurized water. The steam generation in 17 can be carried out by indirect heat exchange or directly from the circulating pressurized water, in which case the amount of water corresponding to the steam production is to be supplemented. In the gas cooler 10 , the flue gas is also cooled by a heat transfer medium, which emits the heat absorbed in the heat exchanger 14 to the cold air drawn in by the fresh air blower 15 . The preheated air then flows through the boiler Luvo 2 , in which its temperature z. B. is raised to 340 ° C. The heated air serves as combustion air in the boiler system 1 .
Das erfindungsgemäße Verfahren mit der auf die Stufen 5 und 9 aufgeteilten Rauchgaskühlung ermöglicht es, die für die SO3-Um setzung mit Ammoniak und demzufolge Erniedrigung des Taupunktes optimale Gastemperatur einzuhalten. Das hohe Temperaturniveau der aus den Küh lern 5, 9 verfügbaren Wärme erlaubt eine optimale Verwendung für die Wiedererwärmung des entschwefelten Gases und die Damperzeugung. Die Beschränkung korrosionsfester Werkstoffe im wesentlichen auf den Gas kühler 10 verringert die Anlagekosten. Schließlich wird durch die SO3-Entfernung im Rohgas nicht nur der Verbrauch an Absorptionsmittel in der Entschwefelungsanlage 11 gesenkt, sondern auch die Temperatur, auf die das entschwefelte Gas wieder aufgeheizt werden muß, und damit der Wärmeverbrauch hierfür verringert.The method according to the invention with the smoke gas cooling system divided into stages 5 and 9 makes it possible to maintain the optimum gas temperature for the implementation of SO 3 with ammonia and consequently lowering of the dew point. The high temperature level of the heat available from the coolers 5, 9 permits optimum use for the reheating of the desulfurized gas and for the production of steam. The restriction of corrosion-resistant materials essentially to the gas cooler 10 reduces the investment costs. Finally, the SO 3 removal in the raw gas not only reduces the consumption of absorbent in the desulfurization system 11 , but also the temperature to which the desulfurized gas has to be heated again, and thus the heat consumption for this is reduced.
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