DE3415594A1

DE3415594A1 - Steuerung der nasswaesche in einer kalk-gips-entschwefelungsanlage

Info

Publication number: DE3415594A1
Application number: DE19843415594
Authority: DE
Inventors: Kengo Hamanaka; Susumu Hiroshima Kono; Katsuyuki Morinaga; Yutaka Tokio/Tokyo Nonogaki
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1983-04-26
Filing date: 1984-04-26
Publication date: 1984-10-31
Also published as: GB8409135D0; US4582692A; GB2138793B; DE3415594C2; GB2138793A

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig Patentanwälte

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FP/MHI-2646 Hz/Id 26. April 1984

MITSUBISHI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA,
Tokio, Japan

Steuerung der Naßwäsche in einer
Kalk-Gips-Entschwefelungsanlage

Steuerung der Naßwäsche in einer Kalk-Gips-Entschwefelungsanlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Naßwäsche in einer Kalk-Gips-Entschwefelungsanlage, das eine ausgezeichnete Nachregelbarkeit bei großen und plötzlichen Lastschwankungen in einer SO^-Absorptionsvorrichtung in der Anlage besitzt.

Eine S0₂~Absorptionsvorrichtung besitzt im allgemeinen den Aufbau gemäß Fig. 1 ; die Entschwefelung erfolgt dabei in der folgenden Weise: Wenn ein Abgas 1 über eine Leitung 2 in eine Absorptionssäule 3 eintritt, kommt es in dieser mit einer zirkulierenden bzw. umgewälzten Absorptionsflüssigkeit 4 in Berührung. Im Abgas enthaltenes gasförmiges Schwefeldioxid (SO₂) bildet in der Flüssigkeit schweflige Säure (H^SO.,) infolge der Ab-

sorptionsreaktion, die sich durch folgende Formel ausdrücken läßt:

SO₂ + H₂O > ^H2^SO3 ⁽¹⁾

Danach durchströmt das Abgas eine Auslaßleitung 5, und es wird über eine Esse o.dgl. (ins Freie) entlassen.

Die Flüssigkeit, in welcher H₂SO₃ gebildet worden ist, strömt andererseits vom Bodenteil der Säule in einen Tank 6, dem über eine Speiseleitung 7 ein Neutralisie-

rungsmittel (alkalische Stoffe, wie Calciumcarbonat, Calciumhydroxid usw.) zum Neutralisieren der Flüssigkeit unter Bildung von CaSO., in ihr zugeführt wird. Die neutralisierte Flüssigkeit wird mittels einer Pumpe 8 über eine Umwälzleitung 9 in die Absorptionssäule 3 (zurück)gefördert. Außerdem wird ein Teil der umgewälzten Flüssigkeit über eine Austragleitung 19 abgeführt, und im nachfolgenden Verfahrensschritt wird das in der Flüssigkeit enthaltene CaSO₃ zu CaSO₄·2H₃O (Gips) oxidiert.

Ein bisheriges Regelverfahren für diese SO^-Absorptionsvorrichtung wird wie folgt durchgeführt: Der pH-Wert der umgewälzten Absorptionsflüssigkeit wird mittels eines pH-Detektors 11 gemessen, dessen Meßsignal einem Regler 12 eingespeist wird, der seinerseits ein Signal zu einer Addierstufe 13 liefert, um den pH-Wert der den Säulenkopf erreichenden Absorptionsflüssigkeit konstant zu halten.

Andererseits wird die Menge des in die Anlage eintretenden SO- (z.B. ein Produkt aus einer Abgas-Durchsatzmenge und einer Einlauf-SO~-Konzentration), d.h. die Last der Entschwefelungsanlage (im folgenden auch als "Entschwefelungslast" bezeichnet), durch einen Lastdetektor 14 erfaßt, dessen Meßsignal der Addierstufe eingegeben wird. In letzterer werden das vom Regler 12 gelieferte Signal und das vom Lastdetektor 14 zugeführte Signal zusammenaddiert, und das resultierende Signal wird als Vorgabe- oder Sollwertsignal einem Strömungsoder Durchsatzmengenregler 17 eingespeist. Zudem wird die Strömungs- oder Durchsatzmenge in der Speiseleitung 7 durch einen Durchsatzmengendetektor 16 gemessen, dessen Meßsignal dem Durchsatzmengen-Regler 17 eingespeist wird, welcher daraufhin ein Regelventil 18 nach

Maßgabe dieser Eingangssignale ansteuert.

Mit anderen Worten: beim bisherigen Regelverfahren soll ein Neutralisierungsmittel in einer der zu absorbierenden SO^-Menge äquivalenten Menge zugeführt oder eingespeist werden, indem dem Ausgangssignal vom Regler 12 eine Rückkopplungswirkung erteilt und dem Ausgangssignal des Lastdetektors 14 eine Vorausregelwirkung verliehen wird. Das bisherige Verfahren beruht auf dem technischen Grundgedanken, daß dann, wenn ein Neutralisierungsmittel in einer dem in die Anlage eintretenden SO- äquivalenten Mengen eingespeist wird, das S0~ stets mit demselben Entschwefelungsverhältnis absorbiert werden kann. Dieser technische Grundgedanke ist für den Fall gültig, daß beim Anstieg der Entschwefelungslast die Neutralisierungsreaktionsgeschwindigkeit größer ist als die Anstiegsgeschwindigkeit oder dieser zumindest gleich ist.

Die Entschwefelungsleistung variiert jedoch in Abhängigkeit von der H₂SOo-Konzentration in der Absorptionsflüssigkeit und vom pH-Wert der Flüssigkeit; je niedriger die H-SO^-Konzentration und je kleiner der pH-Wert sind, um so größer ist die Absorptionsleistung für SO₂.

Die Reaktionsgeschwindigkeit γ der Absorptionsreaktion nach obiger Formel (1) läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:
30

Y = K-A- (CG - CL) ... (2)

Darin bedeuten:

γ = Absorptionsreaktionsgeschwindigkeit 35

A = Kontakt- oder Berührungsfläche zwischen Gas und Flüssigkeit

1 CG = SO~-Konzentration des Gases

CL = H„SO.,-Konzentration der Flüssigkeit und

K = Mobilitätskoeffizient allgemeiner SO~-Absorptionsstoffe.

Im folgenden ist ein Regelverfahren zum Konstanthalten eines pH-Werts durch Einspeisung eines Neutralisierungsmittels auf der Grundlage von Gleichung (2) beschrieben. Wenn erstens die Absorptionsflüssigkeit das im Gas enthaltene S0„ absorbiert, erhöht sich die H₂SO₃-Konzentration CL der Flüssigkeit, und die Absorptionsreaktionsgeschwindigkeit γ verringert sich entsprechend. Aus diesem Grund muß die H-SO^-Konzentration CL der Flüssigkeit durch Neutralisierung von H-SO-, aufrecht-

erhalten werden. Da zweitens der Mobilitätskoeffizient

(coefficient of mobility) K eine Funktion des pH-Werts ist, muß die Absorptionsflüssigkeit so neutralisiert werden, daß die H-SOo-Konzentration nicht unter Erniedrigung des pH-Werts ansteigt. 20

Da die Neutralisierungsreaktionsgeschwindigkeit bei einer hohen Anstiegsgeschwindigkeit der Last sehr klein ist, ist es auch bei Einspeisung einer größenmäßig der Last äquivalenten Neutralisierungsmittelmenge unmöglich, den pH-Wert auf der gewünschten Größe zu halten. Da die Entschwefelungsleistung mit sich verkleinerndem pH-Wert abnimmt, muß eine große Neutralisierungsreaktionsgeschwindigkeit eingestellt werden.
30

Es ist zu beachten, daß sich die Entschwefelungsleistung allgemein durch ein Entschwefelungsverhältnis η gemäß folgender Gleichung ausdrücken läßt:

35 CG₁ - CG_n

^CG1

Darin bedeuten:

CG₁ = S0₂-Konzentration des in die Anlage eintretenden Gases und

_. CG,- = SO_-Konzentration des aus der Anlage austretenden ο υ ί

Gases.

Andererseits nimmt der pH-Wert mit ansteigender H-SO₃-Konzentration ab, während er sich vergrößert, wenn eine größere Menge an nicht umgesetztem CaCO- vorhanden ist,

IU -5

d.h. wenn die CaCO-.-Konzentration der Flüssigkeit groß ist.

Aus den vorstehend beschriebenen Gegebenheiten lassen

sich zur Ermöglichung eines Nachregelns bei einer schnel-15

len Erhöhung der Last die folgenden Verfahren vorstellen:

Ein Verfahren, bei dem die Anlage ständig, d.h. unter allen Lastbedingungen, mit einem hohen pH-Wert gefahren

wird, um einen Zustand zu erhalten, in welchem eine große 20

Menge (a lot) an nicht umgesetztem CaCO₃ in der Anlage zurückgehalten und damit ein Spielraum als Reserve für einen Lastanstieg erhalten wird, oder ein Verfahren, bei dem die Anlage im Niedriglastbetrieb mit einem hohen

pH-Wert gefahren wird.
25

Diese Verfahren sind jedoch ziemlich unwirtschaftlich. Wenn nämlich die CaC0₃~Konzentration im Tank 6 groß ist, wird die Absorptionsflüssigkeit mit dieser hohen Konzentration über die Austragleitung 19 nach außen abgeführt. Wenn daher ein größerer Anteil an nicht umgesetztem CaCO₃ zurückgehalten (reserved) wird, während eine niedrige Reaktionsgeschwindigkeit γ in einem Niedriglastzustand ausreicht, muß viel Rohmaterial (Neutralisierungsmittel) eingespeist werden. Wenn zudem der CaCO₃-

Z-.

JlO-

Anteil in der Absorptionssäule 3 nicht vollständig für die Neutralisierungsreaktion verbraucht, sondern über die Austragleitung 19 abgeführt wird, muß die abgeführte Flüssigkeit in der folgenden Verfahrensstufe mit Schwefeisäure neutralisiert werden.

Bei den beschriebenen Verfahren vergrößert sich nicht nur die Menge an unverbrauchtem CaCO₃, vielmehr nimmt auch die Menge an Schwefelsäure für die Neutralisierungsbehandlung des unverbrauchten CaCO₃ zu. Da außerdem bei diesem Verfahren ein Verfahrensspielraum unter Bedingungen geringer Last oder Belastung besteht, wird die Entschwefelungsleistung unnötig groß.

Aus den genannten Gründen läßt sich sagen, daß es für den Betrieb der Anlage mit verringertem Verbrauch an Neutralisierungsmittel und Schwefelsäure nur nötig ist, die Anlage unter Bedingungen kleiner Last mit einem niedrigen pH-Wert und unter Bedingungen großer Last mit einem hohen pH-Wert zu fahren.

Zur Gewährleistung der eben beschriebenen Arbeitsweise ist ein Regelverfahren bekannt, bei dem der pH-Sollwert des pH-Reglers 12 lastabhängig ist. Hierbei wird der pH-Wert im voraus so berechnet, daß unter allen Lastbedingungen ein gewünschtes (Soll-)Entschwefelungsverhältnis erzielt werden kann. Die Beziehung der Abhängigkeit eines pH-Sollwerts von einer Last zur Erzielung eines gewünschten Entschwefelungsverhältnisses ist bei den jeweiligen Anlagen verschieden, doch entspricht diese Beziehung im allgemeinen einer in Fig.2 dargestellten Funktion.

Obgleich dieses Regelverfahren bezüglich der Minimierung des Verbrauchs an Neutralisierungsmittel und Schwefel-

säure sehr vorteilhaft ist, ist es im Hinblick auf das Nachregelvermögen (following capability) bei einer schnellen Laständerung praktisch ungünstig.

Um nämlich den pH-Wert über den weiten Bereich gemäß Fig. 2 zu variieren, muß die CaCO.,-Konzentration in der Anlage so variiert werden, daß sie der Änderung des pH-Werts entspricht. Um eine Änderungsbreite des pH-Werts von 1,0 zu realisieren (z.B. von 4,7 auf 5,7), muß die CaCOo-Konzentration etwa um den Faktor 10 variiert oder geändert werden. Wenn sich die Last von 25% auf 100% mit einer mittleren Geschwindigkeit von 5%/min ändert, beträgt die während dieses Vorgangs verstreichende Zeit 15 min.

Andererseits entspricht die im Tank 6 befindliche CaCOo-Menge ([Flüssigkeitsvolumen im Tank] χ [CaCOo-Konzentration] ) einer Menge, die in etwa 10 h bei der CaCOo-Speisemenge unter 100%-Lastbedingungen eingespeist wird. Mit anderen Worten: die im Tank 6 verweilende CaCOo-Menge entspricht der in 10 h zuführbaren Menge.

Um nun eine derart große CaCOo-Menge in z.B. 15 min um den Faktor 10 zu vergrößern, muß eine enorme Menge an CaCOo zugeführt werden. Dieses Verfahren kann daher unter dem Gesichtspunkt der Speiseanordnung nicht als praktisch brauchbar bezeichnet werden, da es hierbei schwierig ist, einer Laständerung entsprechend zu folgen (nachzuregeln).

Im Hinblick auf diese Gegebenheiten ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Änderungsbreite des pH-Werts durch Hinzufügung einer anderen Operation zu verkleinern.

Gemäß obiger Gleichung (2) ist es im Fall einer Last-

änderung nur nötig, die Gas/Flüssigkeit-Kontaktfläche A entsprechend der Laständerung zu verändern. Diese Kontaktfläche A ist ein die Absorptionsreaktionsgeschwindigkeit in einer Füllkörperschicht bestimmender Faktor, und sie wird durch die Strömungs- oder Durchsatzmenge der Flüssigkeit auf die durch folgende Gleichung ausdrückbare Weise beeinflußt:

A = (L/S)^a
10

Darin bedeuten:

L = Durchsatzmenge (m /h) einer durch eine Absorptionssäule abwärts strömenden Flüssigkeit, d.h. der die

Leitung 9 durchströmenden Flüssigkeit 15

S = Querschnittsfläche und

α = ein experimentell zu ermittelnder Parameter entsprechend einer Zahl gleich 0,3 - 1 oder kleiner.

Wenn daher die Gas/Flüssigkeit-Kontaktfläche A nach Maßgabe der Last variiert wird, kann sich der pH-Wert keinesfalls in der oben erwähnten Weise ändern, und die Regelung kann somit einer Laständerung leicht folgen.

Wenn jedoch bei einer Entschwefelungsvorrichtung die Gas/Flüssigkeit-Kontaktfläche fortlaufend an die Last angepaßt wird, ergeben sich noch die folgenden Probleme .

Zum einen ist die Umwälzflüssigkeit eine Aufschlämmung. Falls sich dabei in der Flüssigkeit selbst enthaltene und bei der Reaktion in der Säule entstehende Feststoffkomponenten an der Wand und Kompaktkörpern ablagern, müssen diese Komponenten mittels der Umwälz-

flüssigkeit selbst herausgespült werden. Es hat sich daher herausgestellt, daß die Durchsatzmenge L der Umwälzflüssigkeit nicht sehr klein eingestellt werden kann; die Untergrenze liegt vielmehr bei etwa 1/3 der Durchsatzmenge bei einer Last von 100%. Da der Parameter α kleiner ist als 1, kann daher im Fall von z.B. α = 0/7 auch bei einer Verringerung dieser Durchsatzmenge L um den Faktor 1/3 die Gas/Flüssigkeit-Kontaktfläche A nicht auf 45% oder weniger verkleinert werden.

Zum anderen ist es deshalb, weil die Umwälzflüssigkeit eine Aufschlämmung ist, die eine erhebliche Schleifwirkung ausübt, nicht möglich, die Umwälz-Durchsatzmenge mittels eines Ventils zu regeln.

Aus den genannten Gründen ist es für eine Änderung dieser Kontaktfläche A vorteilhaft, die Durchsatzmenge L der Umwälzflüssigkeit durch Änderung der Zahl der jeweils in Betrieb befindlichen Umwälzflüssigkeits-Pumpen zu variieren.

Wenn zahlreiche Pumpen vorhanden sind und diese selektiv ein- und abgeschaltet werden, kann die Gas/Flüssigkeit-Kontaktflache A kontinuierlich über einen ziemlich weiten Bereich hinweg an Laständerungen angepaßt werden. Die für die Pumpen und ihre zugehörigen Ausrüstungsteile erforderlichen Kosten sind jedoch nicht der Pumpenkapazität proportional, sondern umfassen einen Teil der Festkosten für jede Pumpe, weshalb es nicht wirtschaftlich ist, die Zahl der Pumpen wesentlich zu vergrößern. Wenn dagegen die Zahl der Pumpen zu klein ist, wird der Änderungsbereich der Umwälzflüssigkeits-Durchsatzmenge L sehr klein.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Regelverfahrens für die Naßwäsche in einer Kalk-Gips-Entschwefelungsanlage, das nicht mit den geschilderten Mängeln des Standes der Technik behaftet und wirtschaftlicher ist und eine ausgezeichnete Nachregelbarkeit bei Lastschwankungen besitzt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Steuerung der Naßwäsche in einer Kalk-Gips-Entschwefelungsanlage erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Absorptionssäule der Anlage zum Entschwefeln eines eingespeisten Abgases durch Kontaktierung desselben mit einer mittels mehrerer Pumpen durch die Anlage umgewälzten Absorptionsflüssigkeit ein optimaler pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit und eine optimale Zahl jeweils arbeitender bzw. in Betrieb befindlicher Pumpen nach Maßgabe der Größe der Abgaslast der Absorptionssäule eingestellt oder vorgegeben und die Einspeisungsmenge der Absorptionsflüssigkeit sowie die Zahl der jeweils arbeitenden Pumpen auf der Grundlage dieser Vorgabegrößen geregelt werden, so daß Wirtschaftlichkeit und Nachregelbarkeit bei Laständerungen der Anlage verbessert werden.

In anderer Ausgestaltung kennzeichnet sich dieses Verfahren dadurch, daß in einer Absorptionssäule der Anlage zum Entschwefeln eines eingespeisten Abgases durch Kontaktierung desselben mit einer mittels mehrerer Pumpen durch die Anlage umgewälzten Absorptionsflüssigkeit ein optimaler pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit und eine optimale Zahl jeweils arbeitender bzw. in Betrieb befindlicher Pumpen nach Maßgabe der Größe der Abgaslast der Absorptionssäule eingestellt oder vorgegeben werden, die Einspeisungsmenge der Absorptionsflüssigkeit und die Zahl der jeweils arbeitenden Pumpen

-ν- /is» auf der Grundlage dieser Vorgabegrößen geregelt werden, eine Änderungsgeschwindigkeit der Abgaslast und ein Entschwefelungsverhältnis erfaßt werden und dann, wenn die Größe der Abgaslast konstant ist oder ansteigt und zudem das Entschwefelungsverhältnis unter einer vorgegebenen Größe liegt, die Zahl der jeweils arbeitenden Pumpen in einem Korrekturschritt vergrößert wird, so daß Wirtschaftlichkeit und Nachregelbarkeit bei Laständerungen der Anlage verbessert werden. 10

In weiterer Ausgestaltung kennzeichnet sich dieses Verfahren dadurch, daß in einer Absorptionssäule der Anlage zum Entschwefeln eines eingespeisten Abgases durch Kontaktierung desselben mit einer mittels mehrerer Pumpen durch die Anlage umgewälzten Absorptionsflüssigkeit ein optimaler pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit und eine optimale Zahl jeweils arbeitender bzw. in Betrieb befindlicher Pumpen nach Maßgabe der Größe der Abgaslast der Absorptionssäule mittels eines Simulations- oder Nachbildungsmodells eingestellt oder vorgegeben werden, die Einspeisungsmenge der Absorptionsflüssigkeit und die Zahl der jeweils arbeitenden Pumpen auf der Grundlage dieser Vorgabegrößen geregelt werden, wobei zwei Nachbildungsmodelle vorgesehen sind, im ersten Nachbildungsmodell der pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit und das Entschwefelungsverhältnis auf der Grundlage der Abgas-Durchsatzmenge, der Einlauf-SO--Konzentration, der Absorptionsflüssigkeit-Umwälzdurchsatzmenge und der Einspeisungsmenge eines Neutralisierungsmittels der Absorptionsflüssigkeit berechnet werden, diese berechneten Größen mit während des Betriebs gemessenen Größen des pH-Werts und des Entschwefelungsverhältnisses verglichen werden, eine in beiden Nachbildungsmodellen vorgegebene Reaktionskonstante auf der Grundlage einer Abweichung (Differenz) zwischen den

-*-. /it ■

verglichenen Größen korrigiert wird und die beiden optimalen Vorgabegrößen durch das korrigierte zweite Nachbildungsmodell berechnet werden, so daß Wirtschaftlichkeit und Nachregelbarkeit bei Laständerungen der Anlage verbessert werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: 10

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung eines bisherigen Regelverfahrens für eine Kalk-Gips-Naßwäscheentschwefelungsanlage,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Größe einer Abgaslast oder -belastung und einem vorgegebenen pH-Wert (pH-Sollwert),

Fig. 3 eine graphische Darstellung eines Beispiels der Beziehung zwischen der Größe der Abgaslast

einerseits und einer optimalen Zahl arbeitender Pumpen sowie einem optimalen pH-Wert andererseits beim erfindungsgemäßen Regelverfahren,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Regelverfahrens eingesetzten Regellogik und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzten Regel

logik, bei der die Kennlinien nach Fig. 3 mit Hilfe von Simulations- oder Nachbildungsmodellen korrigiert werden.

Nachdem die Fig. 1 und 2 eingangs bereits erläutert wor-

den sind, sind im folgenden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Fig. 3 bis 5 beschrieben.

Beim ersten Ausführungsbeispiel werden in Fig. 3 dargestellte Funktionen in einem Speicher 21 eines Rechners (Fig. 4) abgespeichert, wobei eine Lastgröße 1 in den Speicher 21 eingegeben wird, eine optimale Zahl N der (jeweils) arbeitenden Pumpen sowie ein optimaler Betriebs-pH-Wert (pHs) entsprechend der Änderung der Lastgröße 1 vorgegeben werden und die betreffenden Sollwerte in Form eines Ein/Aus- oder Betätigungssignals für jede Pumpe 8 und eines pH-Sollwertsignals für den pH-Regler 12 (Fig. 1) zur Regelung der Anlage ausgegeben werden. Der Ausdruck "optimal" bezieht sich dabei auf den niedrigsten pH-Wert und die kleinste Zahl der Pumpen, die zur Gewährleistung eines gewünschten Entschwefelungsverhältnisses erforderlich sind. In Fig. 3 steht der Buchstabe M für die kleinste erforderliche Zahl der Pumpen. Es ist zu beachten, daß in Fig. 3 nur ein Beispiel für die Kennlinien dargestellt ist; in der Praxis sind die Beziehungen zwischen der Lastgröße einerseits und der optimalen Zahl der arbeitenden Pumpen sowie dem optimalen Betriebs-pH-Wert andererseits für jede betreffende Anlage verschieden, und zwar in Abhängigkeit von der Abgas-Durchsatzmenge, der Einlauf-SO~-Konzentration, verschiedener im Abgas oder im Speisewasser enthaltener Verunreinigungen u.dgl.. Während das Diagramm gemäß Fig. 3 bei Entwurf oder Konstruktion einer

3Q Anlage im voraus aufgestellt wird, wird es außerdem mittels Versuchslaufdaten berichtigt, weil (anderenfalls) nach Betriebsbeginn ein empfindlicher (delicate) Fehler auftreten könnte. Es ist darauf hinzuweisen, daß Fig. 3 für ein garantiertes oder vorgesehenes Ent-Schwefelungsverhältnis r^_ von z.B. 90% einen pH-Soll-

wert pHs und eine Zahl N von Pumpen angibt, die für die Erzielung eines Entschwefelungsverhältnisses von 92%, also geringfügig höher als das genannte Verhältnis rj_r, steht.

Da hierbei die Umwälz-Durchsatzmenge der Absorptionsflüssigkeit 4 durch Änderung der Zahl der jeweils arbei tenden bzw. in Betrieb befindlichen Pumpen 8 geregelt wird, wird der Änderungsbereich des pH-Werts schmal und damit das Nachregeln bei einer Laständerung einfach. Da außerdem eine Einstellung des pH-Sollwerts vorgenommen wird, kann die Zahl der nötigen Pumpen 8 klein sein.

j5 Zu beachten ist hierbei, daß Fig. 3 die optimalen Kennlinien für einen statischen Zustand wiedergibt, in welchem eine Laständerung nicht vorhanden ist oder allmählich erfolgt. In einem Übergangszustand, bei dem plötzliche Laständerungen auftreten, kann es daher vorkommen, daß das Entschwefelungsverhältnis unter die gewünschte oder Sollgröße absinkt.

Beim beschriebenen Regelverfahren gemäß der Erfindung kann demzufolge ein (vorgesehenes) Entschwefelungsverhältnis in einem Übergangs- oder Einschwingzustand mittels der in Fig. 4 dargestellten Regellogik gewährleistet werden.

Bei dieser Regellogik werden eine SO~-Konzentration SI gO des einströmenden Abgases und eine S0₂-Konzentration SO des ausströmenden Abgases einer Entschwefelungsverhältnis-Recheneinheit 22 zur Berechnung eines Entschwefelungsverhältnisses η. eingegeben. Das durch diese Recheneinheit 22 ermittelte Entschwefelungsverhältnis q gg wird einem Komparator 23 eingespeist, welcher dieses

3 4 Ί b

Entschwefelungsverhältnis η mit einem vorgegebenen oder Vorgabe-Entschwefelungsverhältnis η vergleicht. Hierbei ist das Vorgabe-Entschwefelungsverhältnis η _T ein niedrigerer Grenzwert eines erfaßten oder gemessenen Entschwefelungsverhältnisses rj, bei dem entschieden wird, daß das gemessene Entschwefelungsverhaitnis rj unter das garantierte bzw. Soll-Entschwefelungsverhältnis q_G abzusinken beginnt, und daher die Zahl der arbeitenden Pumpen vergrößert wird. Wenn beispielsweise das Soll-Entschwefelungsverhältnis r\ 90% beträgt, wird das Vorgabe-Entschwefelungsverhältnis rj_T auf 91% eingestellt. Wenn der Komparator 2 3 die Beziehung γ\<Πτ feststellt, liefert er ein Bedarfs- oder Befehlssignal zur Vergrößerung der Zahl der arbeitenden Pumpen, d.h. ein Signal nP2 als Befehl zum Zuschalten einer weiteren Pumpe, zu einem weiteren Komparator 24.

Andererseits wird ein Lastsignal 1 einer Differenzierstufe 25 zur Berechnung der Änderungsgeschwindigkeit der Last eingespeist. Diese berechnete Größe wird einem Determinator (Bestimmungsstufe) 26 aus einem Filter und einem Komparator eingegeben. Im Determinator 26 wird bestimmt, ob die Laständerung eine sehr lange Wiederholungsperiode besitzt oder nicht und ob die Last ansteigt (oder stationär ist) oder abnimmt; die Ergebnisse werden dem Komparator 24 eingegeben. Der Komparator 24 arbeitet dabei derart, daß dann, wenn die Laständerung eine sehr lange Wiederholungsperiode besitzt und die Last ansteigt (oder stationär ist), das beschriebene Pumpenzuschaltsignal nP2 wirksam wird. Falls sich die Last mit vergleichsweise hoher Frequenz ändert (z.B. mit einer Wiederholungsperiode von 5 min oder weniger), brauchen die Pumpen der hochfrequenten Laständerung nicht nachgeführt zu werden,

weil die Anlage in der Lage ist, der Laständerung zu folgen bzw. entsprechend dieser nachzuregeln (nämlich mittels des im Tank verweilenden, nicht umgesetzten Neutralisierungsmittels).

Weiterhin werden die Zahl η der jeweils (augenblicklich) in Betrieb befindlichen Pumpen und die im Speicher 21 abgespeicherte optimale Zahl N der arbeitenden Pumpen in einem weiteren Komparator 27 miteinander verglichen; als Ergebnis dieses Vergleichs wird je nach dem jeweiligen Lastzustand entweder ein Pumpenzuschaltsignal nP1 zum Komparator 24 geliefert oder ein Pumpenabschaltsignal nM ausgegeben. Der Komparator 24 enthält eine UND-Logik und liefert ein Signal nP als Befehlssignal zur Vergrößerung derZahl der arbeitenden Pumpen, wenn die Last ansteigt oder stationär (gleichbleibend) ist und eines der Pumpenzuschaltsignale nP1 oder nP2 anliegt.

Selbst wenn sich die Entschwefelungslast plötzlich ändert, kann mit dem beschriebenen Regelverfahren das Entschwefelungsverhältnis stets auf einer vorbestimmten Größe gehalten werden, während weiterhin die eingesetzten Mengen an Neutralisierungsmittel und Schwefeisäure unter Schonung der Rohstoffquellen und Gewährleistung einer Energieeinsparung verringert werden können. Außerdem ist bei diesem Verfahren die elektrische Antriebsenergie für die Pumpen der Entschwefelungslast nahezu proportional, so daß sich diesbezüglich deutliche Vorteile gegenüber dem bisherigen Regelverfahren realisieren lassen.

Im folgenden ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das erfindungsgemäße Regelverfahren anhand von Simulations- oder Nachbildungsmodellen durch-

--Γ7-geführt wird, in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind ebenfalls die in Fig. 3 dargestellten Funktionen in einem Speicher eines Rechners abgespeichert; die Lastgröße wird dem Rechner eingegeben, eine optimale Zahl (jeweils) arbeitender Pumpen sowie ein optimaler Betriebs-pH-Wert werden entsprechend der Änderung der Lastgröße gesetzt bzw. vorgegeben, und die betreffenden Sollwerte werden zur Regelung der Anlage in Form eines Ein/Aus- bzw. Betätigungssignals für jede Pumpe 8 und eines pH-Sollwertsignals für den pH-Regler 12 ausgegeben. Der Ausdruck "optimal" besitzt dabei dieselbe Bedeutung, wie vorher angegeben, und M (Fig. ^;3) steht für die kleinste erforderliche Pumpenzahl. Es ist zu beachten, daß in Fig. 3 nur ein Beispiel für die Kennlinie dargestellt ist; in der Praxis sind die Beziehungen zwischen der Lastgröße einerseits und der optimalen Zahl der arbeitenden Pumpen sowie dem optimalen Betriebs-pH-Wert andererseits für jede betreffende Anlage verschieden, und zwar in Abhängigkeit von der Abgas-Durchsatzmenge, der Einlauf -SOp-Konzentration, verschiedener im Abgas oder im Speisewasser enthaltener Verunreinigungen und dergl..

Da hierbei die Umwälz-Durchsatzmenge der Absorptionsflüssigkeit 4 durch Änderung der Zahl der jeweils arbeitenden bzw. in Betrieb befindlichen Pumpen 8 geregelt wird, wird der Änderungsbereich des pH-Werts schmal und damit das Nachregeln bei einer Laständerung einfach. Da außerdem eine Einstellung des pH-Sollwerts vorgenommen wird, kann die Zahl der nötigen Pumpen 8 klein sein.

Während die Kennlinien gemäß Fig. 3 im voraus durch z.B. Simulation oder Nachbildung aufgestellt werden, kann nicht gewährleistet werden, daß eine (vorgegebene) An-

lage in Übereinstimmung mit den vorgegebenen Kennlinien betrieben werden kann, vielmehr sind diese Kennlinien aus den anzugebenden Gründen Tag für Tag Änderungen unterworfen. Insbesondere hat eine im Abgas (d.h. im Brennstoff eines Kessels) enthaltene, äußerst geringe Menge an Halogen oder Metallen wie Mn o.dgl., ebenso wie ähnliche Verunreinigungen in einem ungereinigten Neutralisierungsmittel/ eine katalytische Wirkung auf verschiedene Reaktionen oder Umsetzungen. Außerdem wird ein Neutralisierungsmittel (CaCO-) in die Absorptionssäule eingeführt, nachdem festes (pulverisiertes) CaCOo in einem vorhergehenden Verfahrensschritt mit Wasser vermischt worden ist, wobei Teilchendurchmesser und Härte (und damit Löslichkeit nach dem Einbringen in die Absorptionssäule) bei den jeweils zugesetzten Chargen verschieden sind.

Aufgrund dieser Faktoren können sich die Charakteristika oder Kennlinien des Verfahrens von Tag zu Tag empfindlieh ändern. Obgleich die Änderungsbreite dieser Kennlinien nicht groß ist, muß die Entschwefelungsanlage, weil eine der Aufgabe der Erfindung in einer Energieeinsparung und einer Schonung der Rohstoffquellen besteht, mit hohem Genauigkeitsgrad geregelt werden, um einen gewünschten oder Soll-Betriebszustand zu gewährleisten.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt auf die in Fig. 5 dargestellte Weise eine Korrektur unter Heran-Ziehung eines ersten und eines zweiten Nachbildungsmodells. Das erste Nachbildungsmodell 31 ist ein Direkt-Echtzeitnachbildungsmodell, während das zweite Nachbildungsmodell dann benutzt wird, wenn die Kennlinien gemäß Fig. 3 aufgestellt worden sind. Zunächst werden dem Eingang des ersten Nachbildungsmodells 31

Meßsignale für die Abgas-Durchsatzmenge G, Einlauf-SO^- Konzentration SI, Umwälzdurchsatzmenge L der Absorptionsflüssigkeit und Speisemenge FI des Neutralisierungsmittels der Absorptionsflüssigkeit eingegeben. Danach berechnet das erste Nachbildungsmodell 31 einen pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit im Behälter 6 (insbesondere den pH-Wert der umgewälzten Absorptionsflüssigkeit am Kopf der Absorptionssäule) und ein Entschwefelungsverhältnis auf der Grundlage dieser Eingangssignale, um dann die berechneten Größen zu einem Komparator 33 auszugeben.

Weiterhin werden die S0₂~Konzentrationen SID und SOD am Abgaseinlaß bzw. am Abgasauslaß gemessen, und die entsprechenden Meßsignale werden einer Entschwefelungsverhältnis-Recheneinheit 34 eingegeben, welche das Entschwefelungsverhältnis η berechnet und das Ergebnis dem Komparator 33 einspeist. Dem Komparator 33 wird außerdem eine Meßgröße pHD für den pH-Wert der Ab-Sorptionsflüssigkeit eingespeist.

Im Komparator 33 werden der pH-Wert und ein Entschwefelungsverhältnis, durch das erste Nachbildungsmodell 31 berechnet, mit dem tatsächlich gemessenen pH-Meßwert pHD und dem (gemessenen) Entschwefelungsverhältnis q_D verglichen, wobei Abweichungen zwischen diesen Größen einer Reaktionskonstanten-Korrektureinheit 35 eingegeben werden. Letztere dient zum Korrigieren der in den Nachbildungsmodellen enthaltenen Reaktionskonstanten auf der Grundlage dieser Abweichungen (Differenzen), wobei ein Korrektursignal zum ersten Nachbildungsmodell rückgekoppelt wird. Diese Korrektur wird kontinuierlich durchgeführt, so daß die Abweichungen ausgeschaltet werden können. Die zu korrigierenden Größen umfassen hauptsächlich eine Neutralisationsreaktions-Geschwindigkeits-

konstante und eine Oxidationsreaktions-Geschwindigkeitskonstante, die einen großen Einfluß auf das Verfahren haben. Hierbei bedeutet die Oxidationsreaktion eine Reaktion oder Umsetzung, bei der durch Absorption erzeugte Ionen schwefliger Säure zu Schwefelsäureionen oxidiert werden. Durch diese Reaktion wird die H₂SO₃-Konzentration CL der Flüssigkeit gemäß Gleichung (2) reduziert und damit die Entschwefelungsleistung stark beeinflußt.

Außerdem wird das von der Korrektureinheit 35 ausgegebene Korrektursignal auch dem zweiten Nachbildungsmodell 32 eingegeben; auf diese Weise können die Reaktionskonstanten in diesem zweiten Nachbildungsmodell automatisch korrigiert werden.

Mit dem Regelverfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann somit ebenfalls bei jeder Entschwefelungslastgröße das Entschwefelungsverhältnis stets auf einer vorbestimmten Größe gehalten werden, indem ein optimaler pH-Wert und eine optimale Zahl arbeitender Pumpen zugrundegelegt werden. Außerdem können unter Schonung der Rohstoffquellen und unter Gewährleistung einer Energieeinsparung die verwendeten Mengen an Neutralisierungsmittel und Schwefelsäure verringert werden. Weiterhin ist bei diesem Regelverfahren die elektrische Antriebsenergie für die Pumpen nahezu der Entschwefelungslast proportional, so daß im Vergleich zum bisherigen Regelverfahren bedeutsame Vorteile realisiert werden.

Obgleich die Erfindung vorstehend anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben ist, ist sie selbstverständlich keineswegs 35

• as-

1 darauf beschränkt, sondern verschiedenen weiteren .Änderungen und Abwandlungen zugänglich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Steuerung der Naßwäsche in einer Kalk-Gips-Entschwefelungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Absorptionssäule der Anlage zum Entschwefeln eines eingespeisten Abgases durch Kontaktierung desselben mit einer mittels mehrerer Pumpen durch die Anlage umgewälzten Absorptionsflüssigkeit ein optimaler pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit und eine optimale Zahl jeweils arbeitender bzw. in Betrieb befindlicher Pumpen nach Maßgabe der Größe der Abgaslast der Absorptionssäule eingestellt oder vorgegeben und die Einspeisungsmenge der Absorptionsflüssigkeit sowie die Zahl der jeweils arbeitenden Pumpen auf der Grundlage dieser Vorgabegrößen geregelt werden, so daß Wirtschaftlichkeit und Nachregelbarkeit bei Laständerungen der Anlage verbessert werden.

2. Verfahren zur Steuerung der Naßwäsche in einer Kalk-Gips-Entschwefelungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Absorptionssäule der Anlage zum Entschwefeln eines eingespeisten Abgases durch Kontaktierung desselben mit einer mittels mehrerer Pumpen durch die Anlage umgewälzten Absorptionsflüssigkeit ein optimaler pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit und eine optimale Zahl jeweils arbeitender bzw. in Betrieb befindlicher Pumpen nach

Maßgabe der Größe der Abgaslast der Absorptionssäule eingestellt oder vorgegeben werden, die Einspeisungsmenge der Absorptionsflüssigkeit und die Zahl der jeweils arbeitenden Pumpen auf der Grundlage dieser Vorgabegrößen geregelt werden, eine

Änderungsgeschwindigkeit der Abgaslast und ein Entschwefelungsverhältnis erfaßt werden und dann, wenn die Größe der Abgaslast konstant ist oder ansteigt und zudem das Entschwefelungsverhältnis unter einer vorgegebenen Größe liegt, die Zahl der jeweils arbeitenden Pumpen in einem Korrekturschritt vergrößert wird, so daß Wirtschaftlichkeit und Nachregelbarkeit bei Laständerungen der Anlage verbessert werden.
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3. Verfahren zur Steuerung der Naßwäsche in einer Kalk-Gips-Entschwefelungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Absorptionssäule der Anlage zum Entschwefeln eines eingespeisten Abgases durch Kontaktierung desselben mit einer mittels mehrerer Pumpen durch die Anlage umgewälzten Absorptionsflüssigkeit ein optimaler pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit und eine optimale Zahl jeweils arbeitender bzw. in Betrieb befindlicher Pumpen nach Maßgabe der Größe der Abgaslast der Absorptionssäule mittels eines Simulations- oder Nachbildungsmodells eingestellt oder vorgegeben werden, die Einspeisungsmenge der Absorptionsflüssigkeit und die Zahl der jeweils arbeitenden Pumpen auf der Grundlage dieser Vorgabegroßen geregelt werden, wobei zwei Nachbildungsmodelle vorgesehen sind, im ersten .Nachbildungsmodell der pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit und das Entschwefelungsverhältnis auf der Grundlage der Abgas-Durchsatzmenge, der Einlauf-S0₂-Konzentration, der Absorptionsflüssigkeit-Umwälzdurchsatzmenge und der

— ΤΙ EinspeisungsiTienge eines Neutralisierungsmittels der Absorptionsflüssigkeit berechnet werden, diese berechneten Größen mit während des Betriebs gemessenen Größen des pH-Werts und des Entschwefelungsverhältnisses verglichen werden, eine in beiden Nachbildungsmodellen vorgegebene Reaktionskonstante auf der Grundlage einer Abweichung (Differenz) zwischen den verglichenen Größen korrigiert wird und die beiden optimalen Vorgabegrößen durch das korrigierte zweite Nachbildungsmodell berechnet werden, so daß Wirtschaftlichkeit und Nachregelbarkeit bei Laständerungen der Anlage verbessert werden.