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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wiederaufheizen
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von Gas, das einem am kalten Ende eines mit fossilen Brennstoffen
beheizten Dampferzeugers angeordneten Katalysator zum Entfernen von Stickoxyden
und/oder einer Rauchgasentschwefelungsanlage zugeführt wird, sowie eine Vorrichtung
zum Durchführen des Verfahrens.
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Bei Kesselanlagen mit schadstoffhaltigem Rauchgasausstoß befindet
sich - wenn sie gemäß dem heutigen Stand der Technik gebaut worden sind - am kalten
Ende des Dampferzeugers, d.h. im Bereich der schadstoffhaltigen Rauchgase mit niedriger
Temperatur, eine Rauchgasentschwefelungsanlage, deren Abgase vor Eintritt in den
Kamin wieder aufgeheizt werden müssen; ebenso muß einem in den kalten Rauchgasstrom
eingeschalteten Stickoxyd-Katalysator zur Entfaltung einer wirksamen Rauchgasreinigung
bzw. Schadstoffbeseitigung das Gas mit höherer Temperatur zugeführt werden; denn
ein NO -Katalysator ist bei Rauchgastemperaturen von 300 bis 400 C am wirksamsten.
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Es ist bekannt, das einer Rauchgasentschwefelungsanlage und/oder einem
nachgeschaltetem Katalysator zugeleitete kalte, feuchte Rauchgas mittels der Abgaswärme
des zugehörigen Dampfkessels eines Dampferzeugers in Kombination mit einer zusätzlichen
Wärmequelle wieder aufzuheizen. Hierzu werden beispielsweise Regenerativ-Wärmetauscher
von beispielsweise mittels Erdgas oder Öl beheizter Zusatzluft unterstützt.
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Abgesehen von den hohen Investitions- und Betriebskosten bei der Verwendung
separater Brennkammern sind auch auf die Brennstoffe zurückzuführende Betriebsstörungen
nicht auszuschließen.
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Beim ebenfalls möglichen Einsatz von Dampf zum Wiederaufheizen ergeben
sich vornehmlich bei NO -Katalysatoren schon wegen der erforderlichen hohen Kondensattemperaturen
von mindestens 3150C sehr hohe Investitionskosten, da Betriebsdrücke von ca. 150
bis 200 bar benötigt werden, um im Wärmetauscher eine ausreichende Temperaturdifferenz
über die gesamte Aufwärmspanne zu ermöglichen. Außerdem stellt sich infolge der
hohen Kondensattemperatur ein Verlust hochwertiger Wärme ein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile
zu vermeiden und ein Wiederaufheizen der kalten Rauchgase auf einfache Art und Weise,
insbesondere ohne Verwendung einer zusätzlichen Wärmequelle zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unmittelbar aus dem Dampferzeuger ein Teilstrom
heißen Rauchgases abgezweigt sowie als Heizgas verwendet wird und ein gleicher Massenanteil
wärmegenutzten kühlen Heißgases dem Dampferzeuger wieder zugeführt wird. Ausgehend
von der Erkenntnis, daß insbesondere die Reservekapazität von fossil befeuerten
Dampferzeugerfeuerungen ausreichend groß ist, um Heizwärme daraus, d.h. unmittelbar
aus einem Kessel des Dampferzeugers abzuziehen und zum Aufheizen der kalten Rauchgase
auf Betriebstemperatur zu verwenden, hat sich herausgestellt, daß es dann zu keiner
Beeinträchtigung der Wärmeübertragungsverteilung auf die Heizflächen des Dampferzeugers,
d.h. auf den Wärmeübertragungshaushalt des Kessels kommt, wenn diesem ein dem Massenanteil
des entnommenen Rauchgases entsprechender Massenanteil wärmegenutzten Rauchgases
wieder zugeführt wird.
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Das heiße Rauchgas wird vorzugsweise an einer Stelle des Dampferzeugers
abgezweigt, an der eine so hohe Temperatur herrscht, daß ein Sintern und/oder Anbacken
von Flugaschen oder -stäuben an den Kanalwänden verhindert wird.
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Vorteilhaft werden bis 15% der bei der Verbrennung erzeugten Gasmenge
mit einer Temperatur von vorzugsweise weniger als 110000 abgezweigt. Je nach Brennstoffcharakteristik
ist mit Rauchgastemperaturen von 900 bis 110000 bei Kesselvollast und bei Kessel-Teillast
mit Rauchgastemperaturen von 700 bis 90000 zu rechnen. Die in dem noch unbehandelten
Rauchgas enthaltenen Schmutzanteile unterliegen bei einer solchen Temperatur erfahrungsgemäß
keiner fortschreitenden Verschlackung. Zum ausreichenden Aufheizen der Rauchgase
am kalten Ende des Dampferzeugers sind für Entstickungs-Katalysatoren etwa 3 bis
4% und bei Entschwefelungsanlagen etwa 1,5 bis 2% der Nutzwärme der Feuerung des
zugehörigen Dampferzeugers erforderlich. Dieser Bedarf läßt sich mit einer Abzweigmenge
von bis 15% der bei der Verbrennung erzeugten Gasmenge befriedigen, die jedoch in
gleichem Massenanteil in den Dampferzeuger zurückgeführt wird, so daß eine stets
gedeckte Entnahme vorliegt.
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Ausgehend davon, daß ein Transport von Rauchgasen bei über 50000 liegenden
Temperaturen zwar möglich, aber mit einem hohen Aufwand und entsprechend hohen Kosten
verbunden ist, kann der Heizgas-Teilstrom unmittelbar nach dem Abzweigen mit rezirkulierendem
Kaltgas vermischt und vorzugsweise auf eine Temperatur unter 50000 abgesenkt werden.
Gas mit einer solchen Temperatur läßt sich mittels üblicher Kanäle bzw. Leitungen
ohne schädigenden Einfluß auf den Werkstoff transportieren, so daß keine teueren
Sonderwerkstoffe erforderlich sind.
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Es empfiehlt sich, den Heizgas-Teilstrom vorzureinigen, da sich häufig
nicht vermeiden läßt, daß aus der Verbrennung im Dampferzeuger anfallende Feststoffe
mit dem Rauchgas-Teilstrom abgezogen werden.
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Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens kann einen an den
Rauchgaszug des Kessels eines Dampferzeugers angeschlossenen Absaugstutzen aufweisen,
der mit einem Kanal in einem Regenerativ-Gasvorwärmer mündet, der einen in einem
Kaminkanal angeordneten Entstickungs-Katalysator und ein Saugzuggebläse aufweist,
das über einen Kanal an den Dampferzeuger angeschlossen ist. Auf diese Weise entsteht
losgelöst vom Hauptzug des Rauchgases ein zweiter, in sich geschlossener Kreislauf,
bei dem das abgezweigte bzw. abgesaugte Rauchgas nach seiner Verwendung zum Erwärmen
des im Hauptzug strömenden kalten Rauchgases zur Deckung des entnommenen Massenanteils
an Gas in den Dampferzeuger zurückgeführt wird.
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Der Gebläsekanal weist vorzugsweise mehrere Abzweigkanäle auf, von
denen einer in einen Feuerraumtrichter des Dampferzeugers, einer in einen dem Abzweigstutzen
nahegelegenen Bereich in den Rauchgaszug und einer in einen Systemkanal hinter einen
darin angeordneten Regenerativ-Luftvorwärmer mündet. Damit läßt sich abhängig vom
jeweiligen Dampfkesselverhalten das wärmegenutzte abgekühlte Heizgas, beispielsweise
durch regelbare, in den Leitungen angeordnete Klappen, ganz oder teilweise entweder
in den Feuerraumtrichter oder in den Bereich der Heizgas-Abzweigung, oder spätestens
nach dem Passieren des im Hauptzug des Systemkanals im Anschluß an den Rauchgaskanal
des Kessels angeordneten Luftvorwärmers zuführen, um den dem Kessel entnommenen
Rauchgas-Massenanteil spätestens an dieser Stelle wieder ausgleichen zu können.
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Vorteilhaft läßt sich ein Trisektor-Regenerativ-Gasvorwärmer einsetzen,
dessen einer Sektor an den Kanal des Abzweigstutzens angeschlossen ist und dessen
übrige Sektoren über einen Kaminkanal unter Zwischenschaltung eines Katalysators
oder einer Rauchgasentschwefelungsanlage miteinander verbunden sind.
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Um das Kaltgas dem abgesaugten heißen Rauchgas- Teilstrom zumischen
zu können, kann ein hinter einem Hauptgebläse an den Systemkanal angeschlossener
Kaltgaskanal in den Ansaugstutzen münden.
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Mit einem im Ansaugstutzen in Strömungsrichtung des Rauchgas-Teilstromes
hinter dem Kaltgaskanal angeordneten Gasreiniger, beispielsweise einem Zyklon- oder
Elektroabscheider, lassen sich mit dem Rauchgas-Teilstrom möglicherweise ent nommene
Schmutz- bzw. Staubanteile abscheiden.
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Ein vorteilhaft in einem Kreuzungsbereich des Kanals des Abzweigstutzens
und des Systemkanals angeordneter Wärmeaustauscher ermöglicht eine doppelte Wärmenutzung
des Rauchgas-Teilstromes, nämlich neben dem eigentlichen Zweck des Aufheizens der
dem Katalysator bzw. der Rauchgasentschwefelungsanlage zugeführten Rauchgase weiterhin
auch noch das Trocknen der Rauchgase im Anschluß an eine Naßentschwefelung. Ein
solcher Wärmetauscher kann als leicht zu reinigender Plattenwärmetauscher ausgebildet
sein, dessen Oberfläche sich auf der vom Heizgas beaufschlagten Seite durch Stifte
bzw. Flossen so vergrößern läßt, daß die mit dem feuchten Abgas in Kontakt kommende
Metalloberfläche während des Betriebes überall deutlich oberhalb einer Temperatur
von 100 0C bleibt, so daß ein restloses Verdampfen der
Feuchtigkeit
und eine permanente Trockenreinigung - beispielsweise mittels Kugelregen oder Rußblasen
- der sich ablagernden Kalkbestandteile in dem Wärmetauscher möglich ist. Im Wärmetauscher
wird der abgezweigte Heizgasstrom nur unwesentlich abgekühlt, so daß er seine Hauptfunktion
uneingeschränkt erfüllen kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematisch als Fließschema
dargestellten Anlage zum Wiederaufheizen der einem Entstickungs-Katalysator zugeführten
schadstoffhaltigen Rauchgase des näheren erläutert.
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Ein Dampferzeuger 1 weist im wesentlichen einen Feuerraumtrichter
2 mit einem darüber angeordneten Hauptkessel 3 und einen Rauchgaszug 4 auf, der
in einen Systemkanal 5 mit einem Luftvorwärmer 6 übergeht, in dem die Rauchgastempera-0
tur bis auf ca. 130 C gesenkt wird. In Strömungsrichtung der Rauchgase befindet
sich hinter dem Luftvorwärmer 6 im Systemkanal 5 eine Rauchgasentschwefelungsanlage
7, aus der die entschwefelten Rauchgase mit einer Temperatur von ca.
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650C austreten. Das Fördern bzw. Saugen der Rauchgase durch den Systemkanal
5 übernimmt ein Hauptgebläse 8, das die Gase zu einem Trisektor-Regenerativ-Gasvorwärmer
9 und durch einen ersten Sektor 10 bis in eine sich daran fortsetzende Kaminleitung
11 weiterfördert. Die Kaminleitung 11 ist weiterhin mit dem zweiten Sektor 12 verbunden,
wobei in der Kaminleitung 11 zwischen den beiden Sektoren 10, 12 ein Entstickungs-Katalysator
13 angeordnet ist.
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Vom dritten Sektor 14 des Gasvorwärmers 9 erstreckt sich ein Kanal
15 bis vor den Kessel 3 des Dampferzeugers 1 und mündet mit einem Ansaugstutzen
16 im Rauchgaszug 4 des
Kessels 3. Weiterhin erstreckt sich ein
in der Systemleitung 5 in der durch Pfeile 17 gekennzeichneten Strömungsrichtung
der Rauchgase hinter dem Hauptgebläse 8 angeordneter Kaltgaskanal 18 bis zum Ansaugstutzen
16.
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An der der Anschlußseite des Heizgas-Kanals 15 gegenüberliegenden
Seite des dritten Sektors 14 des Gasvorwärmers 9 ist ein Saugzuggebläse 19 angeordnet
und an einen Kanal 20 angeschlossen, der mehrere Abzweigkanäle 21 bis 23 aufweist,
von denen ein Abzweigkanal 22 hinter dem Luftvorwärmer 6 in den Systemkanal 5 mündet,
ein Abzweigkanal 21 in den Feuerungstrichter 2 des Dampferzeugers 1 führt und ein
Abzweigkanal 23 in den Rauchgaszug 4 des Kessels 3 im Bereich der dem Absaugstutzen
16 gegenüberliegenden Seite mündet. Die Kanäle 18, 20 bis 23 lassen sich mittels
regelbaren Klappen 24 regulieren. Im Kreuzungsbereich des Systemkanals 5 und des
Heizgas-Kanals 15 befindet sich weiterhin ein Wärmetauscher 25, mit dem sich in
einem Naßverfahren entschwefelte Rauchgase trocknen lassen.
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Zum Wiederaufheizen des über den ersten Sektor 10 des Gasvorwärmers
9 dem Katalysator 13 zur Entstickung zugeführten Rauchgase auf eine für den Katalysator-Betrieb
notwendige Temperatur, zweigt das Saugzuggebläse 19 über den Kanal 15 und den Ansaugstutzen
16 einen Teilstrom der Rauchgase mit einer Temperatur von 700 bis 1100 0C aus dem
Rauchgaszug 4 des Kessels 3 ab. Der Heizgas-Teilstrom wird sodann durch Zufuhr kalten
Reingases über die Leitung 18 auf eine Tem-0 peratur von ca. 450 C gesenkt und zur
Vorreinigung einem Zyklon- oder Elektroabscheider 26 zugeführt. Das danach dem Gasvorwärmer
9 zugeführte gereinigte Heizgas erwärmt das über den ersten Sektor 10 dem Entstickungs-Katalysator
13 zuströmende Reingas auf eine Betriebstemperatur von ca.
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3500C, so daß sich Stickoxyde aus dem Gas entfernen lassen.
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Bevor das entstickte Gas über die Kaminleitung abgeleitet wird, wird
die Temperatur des Gases im zweiten Sektor 12 0 des Gasvorwärmers 9 auf ca. 130
gesenkt.
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Zur Deckung des Wärmehaushalts des Kessels 3 wird eine der Masse der
Absaugmenge entsprechende Masse Gas über den Kanal 20 und dessen Abzweigkanäle 21
bis 23 im geschlossenen Kreislauf zurückgeführt. Hierbei läßt sich das Zumischen
durch die Klappen 24 in den Leitungen regulieren, wobei beispielsweise durch das
Zumischen des Gases über die Abzweigleitung 22 in den Feuerraumtrichter 2 erreicht
wird, daß die infolge der vermehrten Feuerleistung normalerweise erhöhte Wärmeabstrahlung
an den Verdampfer kompensiert wird; durch das Zumischen des übrigen Absauggases
über die Abzweigleitung 23 an der dem Absaugstutzen 16 gegenüberliegenden Stelle
des Rauchgaszuges 4 läßt sich die durch die Nachschaltheizflächen strömende Rauchgasmenge
konstant halten und somit der Einfluß der Heizgasentnahme für den Kessel vollständig
kompensieren. Bei einer vorteilhaften Regelung der Gesamtanlage werden dem Feuerraumtrichter
2 ebenso wie dem Rauchgaszug 4 oberhalb des Kessels 3 jeweils 22% des jeweiligen
Mengen- bzw. Massenanteils zugeführt; die restlichen 56% werden hinter dem Regenerativ-Luftvorwärmer
6 beigegeben und entsprechen der Rezirkulationsmenge, die in bezug auf den Wärmekreislauf
des Hauptkessels neutral ist.
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Durch das Aufheizen der dem Entstickungs-Katalysator zugeführten Rauchgasmenge,
insbesondere mit der praktisch immer vorhandenen Reservefeuerungskapazität des Kessels
eines Dampferzeugers ,lassen sich insbesondere auch Altanlagen bei
Einsatz
eines entsprechenden Regenerativ-Gasvorwärmers nachträglich noch mit einem Katalysator
zum Entfernen der Stickoxyde aus den Rauchgasen ausrüsten.