DE3415594C2 - - Google Patents
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- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
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- B01D53/46—Removing components of defined structure
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Naßwäsche in
einer Kalk-Gips-Entschwefelungsanlage nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
Eine SO₂-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 (H₂SO₃) infolge der Absorptionsreaktion,
die sich durch folgende Formel ausdrücken
läßt:
SO₂ + H₂O → H₂SO₃ (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 CaSO₃ in ihr zugeführt wird.
Die neutralisierte Flüssigkeit wird mittels einer
Pumpe 8 über eine Umwälzleitung 9 in die Absorptionssäule
3 zurückgefördert. 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 · 2 H₂O
(Gips) oxidiert.
Ein bisheriges Regelverfahren für diese SO₂-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
SO₂ (z. B. ein Produkt aus einer Abgas-Durchsatzmenge
und einer Einlauf-SO₂-Konzentration), d. h. die
Last der Entschwefelungsanlage (im folgenden auch als
"Entschwefelungslast" bezeichnet), durch einen Lastdetektor
14 erfaßt, dessen Meßsignal der Addierstufe 13
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 Strömungs-
oder Durchsatzmengen-Regler 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
SO₂-Menge äquivalenten Menge zugeführt oder eingespeist
werden, indem man 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
SO₂ äquivalenten Mengen eingespeist wird, das SO₂
stets mit demselben Entschwefelungsverhältnis absorbiert
werden kann. Dieser technische Grundgedanke ist
für den Fall gültig, daß beim Anstieg der Entschwefelungslast
die Neutralisierungsreaktionsgeschwindigkeit
größer als die Anstiegsgeschwindigkeit oder dieser
zumindest gleich ist.
Die Entschwefelungsleistung variiert jedoch in Abhängigkeit
von der H₂SO₃-Konzentration in der Absorptionsflüssigkeit
und vom pH-Wert der Flüssigkeit; je
niedriger die H₂SO₃-Konzentration und je kleiner der
pH-Wert sind, umso größer ist die Absorptionsleistung
für SO₂.
Die Reaktionsgeschwindigkeit γ der Absorptionsreaktion
nach obiger Formel (1) läßt sich durch folgende Gleichung
ausdrücken:
γ = K · A · (CG - CL) (2)
Darin bedeuten:
γ = Absorptionsreaktionsgeschwindigkeit
A = Kontakt- oder Berührungsfläche zwischen Gas und Flüssigkeit
CG = SO₂-Konzentration des Gases
CL = H₂SO₃-Konzentration der Flüssigkeit und
K = Mobilitätskoeffizient allgemeiner SO₂-Absorptionsstoffe.
A = Kontakt- oder Berührungsfläche zwischen Gas und Flüssigkeit
CG = SO₂-Konzentration des Gases
CL = H₂SO₃-Konzentration der Flüssigkeit und
K = Mobilitätskoeffizient allgemeiner SO₂-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 SO₂ absorbiert, erhöht sich die H₂SO₃-Konzentration
CL der Flüssigkeit, und die Absorptions
reaktionsgeschwindigkeit γ verringert sich entsprechend.
Aus diesem Grund muß die H₂SO₃-Konzentration CL der
Flüssigkeit durch Neutralisierung von H₂SO₃ aufrechterhalten
werden. Da zweitens der Mobilitätskoeffizient
K eine Funktion des pH-Werts
ist, muß die Absorptionsflüssigkeit so neutralisiert
werden, daß die H₂SO₃-Konzentration nicht unter Erniedrigung
des pH-Werts ansteigt.
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 Neutralisierungs
reaktionsgeschwindigkeit eingestellt werden.
Es ist zu beachten, daß sich die Entschwefelungsleistung
allgemein durch ein Entschwefelungsverhältnis η gemäß
folgender Gleichung ausdrücken läßt:
Darin bedeuten:
CG₁ = SO₂-Konzentration des in die Anlage eintretenden
Gases und
CG₀ = SO₂-Konzentration des aus der Anlage austretenden Gases.
CG₀ = SO₂-Konzentration des aus der Anlage austretenden Gases.
Andererseits nimmt der pH-Wert mit ansteigender H₂SO₃-
Konzentration ab, während er sich vergrößert, wenn eine
größere Menge an nicht umgesetztem CaCO₃ vorhanden ist,
d. h., wenn die CaCO₃-Konzentration der Flüssigkeit groß
ist.
Aus den vorstehend beschriebenen Gegebenheiten lassen
sich zur Ermöglichung eines Nachregelns bei einer schnellen
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
Menge 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.
Diese Verfahren sind jedoch ziemlich unwirtschaftlich.
Wenn nämlich die CaCO₃-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 wird, während eine
niedrige Reaktionsgeschwindigkeit γ in einem Niedriglastzustand
ausreicht, muß viel Rohmaterial (Neutralisierungsmittel)
eingespeist werden. Wenn zudem der CaCO₃-
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 Schwefelsäure
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 bei einer
schnellen Laständerung praktisch ungünstig.
Um nämlich den pH-Wert über den weiten Bereich gemäß
Fig. 2 zu variieren, muß die CaCO₃-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 CaCO₃-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 CaCO₃-Menge
([Flüssigkeitsvolumen im Tank]×[CaCO₃-Konzentration])
einer Menge, die in etwa 10 h bei der CaCO₃-
Speisemenge unter 100%-Lastbedingungen eingespeist
wird. Mit anderen Worten: die im Tank 6 verweilende
CaCO₃-Menge entspricht der in 10 h zuführbaren Menge.
Um nun eine derart große CaCO₃-Menge in z. B. 15 min um
den Faktor 10 zu vergrößern, muß eine enorme Menge an
CaCO₃ 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.
Im Hinblick auf diese Gegebenheiten ist
vorgesehen, die Änderungsbreite des pH-Werts durch
Hinzufügung einer anderen Operation zu verkleinern.
Gemäß obiger Gleichung (2) ist es im Fall einer Last
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) α
Darin bedeuten:
L = Durchsatzmenge (m³/h) einer durch eine Absorptionssäule
abwärts strömenden Flüssigkeit, d. h. der die
Leitung 9 durchströmenden Flüssigkeit
S = Querschnittsfläche und
α = ein experimentell zu ermittelnder Parameter entsprechend einer Zahl gleich 0,3-1 oder kleiner.
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-
Kontaktfläche 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.
In der DE-OS 27 53 209 ist ein Verfahren zur Entfernung
von Schwefeloxiden aus einem Abgasstrom beschrieben, wobei
Flugasche als ein Schwefeloxid-Reaktanten-Material verwendet
und dessen Menge kontrolliert wird. Im einzelnen
wird ein Abgasstrom über einen Kanal zu Gaswäscher-Einlaßkanälen
gespeist. Diese Gaswäscher-Einlaßkanäle stehen
mit einem Naß-Gaswäscher in Strömungsverbindung. Der Naß-
Gaswäscher weist einen Wandabschnitt auf, in welchem ein
guter Kontakt zwischen den Abgasen und einer Waschlösung
hergestellt wird. Diese Waschlösung tritt durch eine
erste Leitung in den Gaswäscher ein, wobei die erste Leitung
eine Vielzahl von darin angeordneten Düsen in vorher
festgelegten Abständen entlang der ersten Leitung aufweist,
die ein gleichmäßiges Einsprühen der Sprühlösung in
den Gasstrom erlauben. Die erste Leitung ist in einem
Abstand oberhalb des Waschabschnittes angeordnet, so daß
die Sprühlösung nach unten in den Waschabschnitt eingesprüht
wird, um eine "Massenübertragung" zwischen den
Schwefeloxiden in dem Gas und dem Alkali in der Sprühlösung
zu erzielen. Die durch den Waschabschnitt geführte
Waschlösung reagiert mit den Schwefeloxiden in
den Abgasstrom und fällt nach unten in einen Bodenabschnitt
des Gaswäschers. In den Bodenabschnitt des Gaswäschers
wird durch eine zweite Leitung eine Flugasche-Aufschlämmung
eingeführt, wobei die Zugabe der Flugasche-Aufschlämmung
durch ein Regelventil gesteuert wird. Die Flugasche-Aufschlämmung
wird in einem Aufbereitungsbehälter hergestellt,
in den durch einen Trichter die aus vorgeschalteten
elektrostatischen Abscheidern stammende Flugasche eingeführt
und mit Wasser aus einer dritten Leitung gemischt
wird. Die so erhaltene Aufschlämmung wird mittels einer
Pumpe in die zweite Leitung gepumpt. Die Flugaschen-Aufschlämmung
aus der zweiten Leitung wird in dem Bodenabschnitt
des Naß-Gaswäschers mit der Aufschlämmung gemischt,
die bei der Reinigung der den Gaswäscher durchströmenden
Gase entsteht. Die dabei erhaltene Aufschlämmung wird dann
unter der Einwirkung der Schwerkraft durch eine vierte
Leitung in einen Recyclisierungs-Behälter eingeführt, in
welchem sie mit einer Calziumlösung gemischt wird, die
in einem anderen Behälter hergestellt worden ist. Der
Recyclisierungs-Behälter ist mit einer pH-Sonde 44 ausgestattet,
die derart eingestellt wird, daß sie die Einführung
der ergänzenden Calziumlösung in den Recyclisierungs-
Behälter durch eine fünfte Leitung steuert. Der pH-Wert
in dem Recyclisierungs-Behälter wird beispielsweise
bei einem pH-Wert von etwa 4-8 gehalten, was von der
Menge der Schwefeloxide, die aus dem den Gaswäscher
passierenden Abgas entfernt werden soll, und der Menge
der aus der Flugasche in den Bodenabschnitt des Gaswäschers
abgegebenen Alkalimenge abhängt. Die Schwefeldioxid-
Waschlösung aus dem Recyclisierungs-Behälter wird sodann
durch die bereits erwähnte erste Leitung in den Gaswäscher
gepumpt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der
Waschlösung durch ein Steuerventil kontrolliert wird,
das entsprechend bestimmten Bedingungen eingestellt wird.
Für die Steuerung des Ventiles ist ein Prozeß-Simulator-Rechner
vorgesehen, der so programmiert ist, daß beispielsweise
die Menge der Flugasche Alkali-Zugabe als
Funktion des pH-Einstellpunktes festgelegt wird.
Mit diesem bekannten Verfahren soll vor allem eine Verringerung
des Alkaliverbrauches erreicht werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren
der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es
besonders wirtschaftlich und energiesparend ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die
in dessen kennzeichnendem Teil enhaltenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den Patentansprüchen 2 und 3.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden der optimale
pH-Wert und eine optimale Zahl jeweils arbeitender
Pumpen nach Maßgabe der Größe der Abgaslast der Absorptionssäule
eingestellt, d. h., es werden gleichzeitig sowohl
das Volumen der umgewälzten Absorptionsflüssigkeit als
auch deren pH-Wert gesteuert. Es hat sich nämlich gezeigt,
daß das Leistungsvermögen der Entschwefelungsanlage
durch diese beiden Größen, also durch den pH-Wert
und durch das Volumen der umgewälzten Absorptionsflüssigkeit
beeinflußt werden. Durch diese Einstellung sowohl
des pH-Wertes als auch des Volumens der umgewälzten
Absorptionsflüssigkeit kann eine beträchtliche Energieeinsparung
erzielt werden. Der Einsatz von Flugasche ist
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht vorgesehen.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
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 Regellogik,
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 l 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 l 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-SO₂-Konzentration,
verschiedener im Abgas oder im Speisewasser
enthaltener Verureinigungen u. dgl. Während das Diagramm
gemäß Fig. 3 bei Entwurf oder Konstruktion einer
Anlage im voraus aufgestellt wird, wird es außerdem
mittels Versuchslaufdaten berichtigt, weil (anderenfalls)
nach Betriebbeginn ein empfindlicher (delicate)
Fehler auftreten könnte. Es ist darauf hinzuweisen,
daß Fig. 3 für ein garantiertes oder vorgesehenes Entschwefelungs
verhältnis η G 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 h G′
steht.
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 Änderungsbetrieb 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.
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 SO₂-Konzentration SI
des einströmenden Abgases und eine SO₂-Konzentration SO
des ausströmenden Abgases einer Entschwefelungsverhältnis-
Recheneinheit 22 zur Berechnung eines Entschwefelungsverhältnisses
η eingegeben. Das durch diese Recheneinheit
22 ermittelte Entschwefelungsverhältnis η
wird einem Komparator 23 eingespeist, welcher dieses
Entschwefelungsverhältnis η mit einem vorgebenen oder
Vorgabe-Entschwefelungsverhältnis η I vergleicht. Hierbei
ist das Vorgabe-Entschwefelungsverhältnis η I ein
niedrigerer Grenzwert eines erfaßten oder gemessenen
Entschwefelungsverhältnisses η, bei dem entschieden
wird, daß das gemessene Entschwefelungsverhältnis η
unter das garantierte bzw. Soll-Entschwefelungsverhältnis
η G abzusinken beginnt, und daher die Zahl der
arbeitenden Pumpen vergrößert wird. Wenn beispielsweise
das Soll-Entschwefelungsverhältnis η G 90% beträgt,
wird das Vorgabe-Entschwefelungsverhältnis η I
auf 91% eingestellt. Wenn der Komparator 23 die Beziehung
η<η I feststellt, liefert er ein Bedarfs- oder
Befehlssignal zur Vergrößerung der Zahl der arbeitenden
Pumpen, d. h. ein Signal nP 2 als Befehl zum Zuschalten
einer weiteren Pumpe, zu einem weiteren
Komparator 24.
Andererseits wird ein Lastsignal l 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 nP 2 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 n 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 nP 1
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 der Zahl der arbeitenden Pumpen, wenn
die Last ansteigt oder stationär (gleichbleibend) ist
und eines der Pumpenzuschaltsignale nP 1 oder nP 2 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 Schwefelsäure
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
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-
SO₂-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 (CaCO₃) in die Absorptionssäule
eingeführt, nachdem festes (pulverisiertes)
CaCO₃ 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 empfindlich
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 Heranziehung
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-SO₂-
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 SO₂-Konzentrationen SID und SOD
am Abgaseinlaß bzw. am Abgasauslaß gemessen, und die
entsprechenden Meßsignale werden einer Entschwefelungsverhältnis-
Recheneinheit 34 eingegeben, welche das Entschwefelungsverhältnis
η₀ berechnet und das Ergebnis
dem Komparator 33 einspeist. Dem Komparator 33 wird
außerdem eine Meßgröße pHD für den pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit
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 η 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 31
rückgekoppelt wird. Diese Korrektur wird kontinuierlich
durchgeführt, so daß die Abweichungen ausgeschaltet werden
können. Die zu korrigierenden Größen umfassen hauptsächlich
eine Neutralisierungsreaktions-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 32
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
darauf beschränkt, sondern verschiedenen weiteren
Änderungen und Abwandlungen zugänglich.
Claims (3)
1. Verfahren zur Steuerung der Naßwäsche in einer
Kalk-Gips-Entschwefelungsanlage, bei der 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
eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
der optimale pH-Wert und eine optimale Zahl jeweils
arbeitender Pumpen nach Maßgabe der Größe
der Abgaslast der Absorptionssäule eingestellt
und die Einspeisungsmenge der Absorptionsflüssigkeit
sowie die Zahl der jeweils arbeitenden Pumpen
auf der Grundlage dieser Vorgabegrößen geregelt
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß 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.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der optimale
pH-Wert der Absorptionsflüssigkeit und die optimale
Zahl jeweils arbeitender Pumpen nach Maßgabe der
Größe der Abgaslast der Absorptionssäule mittels
eines Nachbildungsmodells eingestellt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes und ein
zweites Nachbildungsmodell vorgesehen sind, daß
im ersten Nachbildungsmodell der pH-Wert der
Absorptionsflüssigkeit und das Entschwefelungsverhältnis
auf der Grundlage der Abgas-Durchsatzmenge,
der Einlauf-SO₂-Konzentration, der Absorptionsflüssigkeit-
Umwälzdurchsatzmenge und der
Einspeisungsmenge eines Neutralisierungsmittels
der Absorptionsflüssigkeit berechnet werden, daß
diese berechneten Größen mit während des Betriebs
gemessenen Größen des pH-Werts und des Entschwefelungsverhältnisses
verglichen werden, daß eine
in beiden Nachbildungsmodellen vorgegebene Reaktionskonstante
auf der Grundlage einer Abweichung
zwischen den verglichenen Größen korrigiert wird,
und daß die beiden optimalen Vorgabegrößen durch
das korrigierte zweite Nachbildungsmodell berechnet
werden.
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