DE3515582A1

DE3515582A1 - Abgasentschwefelung

Info

Publication number: DE3515582A1
Application number: DE19853515582
Authority: DE
Inventors: Rajesh Kumar Clarendon Hills Ill. Ahluwalia; Kwan Ho Lisle Ill. Im
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1984-05-01
Filing date: 1985-04-30
Publication date: 1985-11-07
Also published as: FR2563747A1; CA1224015A; JPH0462765B2; JPS6111123A; FR2563747B1; GB8510305D0; US4547351A; GB2157973B; GB2157973A

Description

Abgasentschwefelung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung im Zusammenhang mit der Verminderung des Schwefeloxidgehalts von Verbrennungsgasen erzeugt durch die Verbrennung von Schwefel enthaltenden organischen Brennstoffen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Verminderung des Schwefeldioxidgehalts unter Bedingungen, die auch den Ausfall von Wärmeaustauscherrohren vermindern, die den Verbrennungsgasen ausgesetzt sind.

Bei der Verbrennung von Schwefel enthaltenden Brennstoffen bildet sich Schwefeldioxid und auch etwas Schwefeltrioxid, wobei diese in Kombination mit Feuchtigkeit in der Umwelt den sogenannten sauren Regen erzeugen. Diese umweltmäßige Belastung ist besorgniserregend und hat zur Gesetzgebung geführt, welche Emissionsnormen festlegt. Es gibt bereits mehrere Verfahren zur Steuerung oder Kontrolle der Emission von Schwefeldioxid. In vielen Fällen jedoch sind diese bekannten Verfahren durch die Verwendung teurer Verfahrensausrüstungen gekennzeichnet, was die Betriebskosten erhöht.

Bei einem konventionellen Gasentschwefelungsverfahren ist folgendes vorgesehen: Kalk/Kalksteinskrubber bilden CaSO₃/CaSO₄ aus dem Schwefeloxid. Bei diesem Verfahren wird die Kalkaufschlämmung in das Verbrennungsgas gesprüht, was die Temperatur des Gases vermindert, üblicherweise ist die Wiedererhitzung des Gases erforderlich, bevor dieses in die Esse eintritt. Die Kosten der Skrubber und ihr Betrieb im Verfahrensablauf und auch die Wiedererhitzung des Verbrennungsgases erhöhen die Kosten des Gesamtbetriebs. Verfahren, die Verwendung von wäßrigen Alkalireaktionsmitteln zeigen, um das Schwefeldioxid zu entfernen sind in den folgenden US-Patenten er-

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wähnt: 4 197 278, 4 198 380, 4 410 500, 4 385 039, 4 325 713, 4 208 381.

Bei einem weiteren Verfahren wird wäßriges Natriumsulfit oder eine Mischung mit Natriumsulfat dazu verwendet, als eine Absorptionslösung für die Kontaktierung mit dem Schwefeldioxid zu dienen. US-Patent 4 079 119 und 4 206 187 veranschaulichen dieses Verfahren.

Wenn das Verbrennungsverfahren Teil von Glasherstelloperationen ist, so wird Natriumhydroxid oder eine andere Natriumverbindung mit dem Verbrennungsgas kontaktiert, um Natriumsulfit oder Natriumsulfat zu bilden. Vgl. dazu die folgenden US-Patente 3 944 650, 4 001 384 und 4 176 163.

Ein unterschiedliches Verfahren wird in US-PS 3 369 504 beschrieben und sieht die Zugabe von fein-zerteiltem oder gasförmigem NaCl zu einem Kessel vor, um mit dem Schwefeldioxid und/oder Schwefeltrioxid zu reagieren. Ein Skrubbervorgang kann dazu verwendet werden, um HCl zu entfernen und Natriumsulfat wird mit der Kesselasche entfernt.

Ein weiteres Problem tritt oftmals zusammen mit Natriumsulfat auf, wenn dieses in oder nahe dem Ofen gebildet wird. Bei konventionellen Verbrennungsverfahren wird die Wärme von den heißen Verbrennungsgasen zu den Kesselrohren im Ofen übertragen und darauffolgend zu einer Vielzahl von Hilfswärmeaustauschern stromabwärts gegenüber dem Ofen. Wenn Na₃SO₄ stromaufwärts gegenüber diesen Wärmeaustauschern gebildet wird bei den höheren Temperaturen, die mit der Sulfatbildung assoziiert sind, so ist das Na₃SO₄ normalerweise bei den höheren Tempera-

türen flüssig und hat die Tendenz sich auf den Wärmeaustauscheroberflächen abzuscheiden, und zwar zusammen mit

Ascheteilchen, wodurch die Effektivität des Wärmeaustauschvorgangs vermindert wird.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und die zugehörige Vorrichtung anzugeben, um den Schwefeloxidgehalt des Gases zu reduzieren, das bei der Verbrennung von schwefelhaltigen Brennstoffen erzeugt wird. Ein zweites Ziel der Erfindung besteht darin, das Schwefeloxid in ein Sulfatprodukt bei höheren Temperatüren assoziiert mit dem Ofen oder benachbarten stromabwärts gelegenen Abschnitten umzuwandeln. Ein drittes Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, um die schädlichen Effekte von Na₃SO₄ in einem Verbrennungsgas zu vermindern, ohne das vorhandene Gerät wesentlieh zu modifizieren. Weiterhin bezweckt die Erfindung die Zugabe von Wärme zu dem Abgas zu vermeiden, und zwar vor dem Eintreten in die Esse. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Wärmeaustauscherbeschädigung oder -verschmutzung zu vermindern, die bei einigen Syste men auftritt, und zwar durch Verminderung des SchwefelQxidgehalts. Ferner bezweckt die Erfindung ein oder mehrere Kombinationen der obigen Ziele vorzusehen. Diese sowie weitere Zeile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Zusammenfassung der Erfindung. Die Erfindung bezieht sich kurz gesagt auf ein Verbrennungsverfahren, bei dem Schwefeloxid enthaltendes Verbrennungsgas an einer Reihe von Wärmeaustauschern vorbei zu einer Esse geleitet wird, und wobei eine Natriumverbindung dem Verbrennungsgas in einer Temperaturzone oberhalb ungefähr 1400 ⁰K zur Bildung von Na₃SO₄ zugegeben wird. Vorzugsweise liegt die Temperatur oberhalb ungefähr 1800 ⁰K und die Natriumverbindung ist als ein Dampf vorhanden, um eine Gas-Gasreaktion zur Bildung von Na₃SO₄ als eine Flüssigkeit vorzusehen. Da flüssiges Na₃SO₄ die Wärmeaustauscheroberflächen stromabwärts gegenüber der Verbrennungszone verschmutzen kann, sieht das Verfahren vorteilhafterweise den Schritt

der Eingabe eines Kühlgases vor, und zwar stromabwärts gegenüber der Eingabe der Natriumverbindung, aber doch stromaufwärts gegenüber einem oder mehreren der Wärmeaustauscher, um das Verbrennungsgas auf eine Temperatur unterhalb ungefähr 1150 ⁰K abzukühlen und zur Bildung festen Na-SO.. Das Kühlgas ist vorzugsweise ein Teil des Verbrennungsgases stromabwärts, welches zur Kühlung rückgeführt werden kann. Es ist ferner vorteilhaft, eine elektrostatische Ausscheidvorrichtung stromabwärts gegenüber den Wärmeaustauschern zu verwenden, um das Na₃SO₄ wieder zu gewinnen. Es ist ebenfalls vorteilhaft, in dem Verfahren einen Teil des Verbrennungsgases gereinigt in der elektrostatischen Ausscheidvorrichtung zu entfernen und diesen Teil stromaufwärts zur Verwendung als Kühlgas rückzuführen.

Mehrere Vorteile ergeben sich durch das erfindungsgemäße Verfahren. In der Gas-Gasreaktion ist mehr von der Natriumverbindung für die Reaktion verfügbar. Die Kühlung des Verbrennungsgases zur Bildung von festem Na₃SO₄ stromaufwärts von einem oder mehreren der Wäreaustauscher vermindert die Wahrscheinlichkeit der Verschmutzung oder des Ausfalls der Wärmeaustauscherrohre. Die Bildung von Na₃SO₄ vermeidet die Notwendigkeit Kalk/Kalkstein-Skrubber einzusetzen und deren nachteiliger Einfluß auf die thermische Effizienz tritt nicht auf. Ferner kann Na₃SO₄ stromabwärts durch elektrostatische Ausscheid- oder Ausfällmittel wiedergewonnen werden, wobei es sich hier um eine Zusammensetzung handelt, die einen gewissen Handelswert besitzt und für industrielle Zwecke eingesetzt werden kann.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Flußdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 ein Flußdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

c Fig. 3 ein Flußdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele seien nunmehr im einzelnen beschrieben

Konventionelle Verbrennungsverfahren verwenden einen schwefelhaltigen Brennstoff, wie beispielsweise Kohle zur Erzeugung eines heißen Verbrennungsgases mit Temperaturen in der Größenordnung von 1900 bis 2200 ⁰K. Bei diesen Temperatur wird das Verbrennungsgas an einem oder mehreren Wärmeaustauschern in einem Austrittsleitungssystem vorbeigeleitet, um Wärme zu entnehmen, und sodann erfolgt die Hinleitung zur Esse. Schwefeloxide in den Verbrennung sgasen werden entweder entfernt oder treten mit den Essengasen aus. In vielen Fällen wird bei Verwendung eines Lignitbrennstoffs oder Braunkohle eine gewisse Menge an Na₃SO₄ in der Verbrennungszone aus den Natriumverbindungen im Brennstoff gebildet. In flüssiger Form hat das Na-SO. die Tendenz, die Wärmeaustauscheroberflächen zu überziehen, wodurch die Wärmeübertragungsrate vermindert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Schwefeloxidgehalt des Gases in effektiver Weise dadurch reduziert, daß man eine Natriumverbindung in das Verbrennungsgas eingibt, und zwar bei einer Temperatur oberhalb ungefähr 1400 ⁰K, um mit dem Schwefeloxid zur Bildung von Na₃SO₄ zu reagieren. Vorzugsweise liegt die Temperatur oberhalb ungefähr 1800 ⁰K, wo die Natriumverbindung als ein Dampf oder Gas vorliegt, und mit dem Schwefeloxid in einer Gas-Gasreaktion zur Bildung von Na₃SO₄ reagiert. Unter

diesen Bedingungen ist das gebildete Na₃SO₄ eine Flüssigkeit und wenn nicht eine adäquate Kühlung des Verbrennungsgases vorgesehen wird, so kann das flüssige Na₃SO₄ die freiliegende Wärmeaustauscheroberflächen stromabwärts gegenüber der Reaktionzone überziehen. Demgemäß sieht das Verfahren einen Gaskühlschritt vor, indem Na₃SO₄ in dem Verbrennungsgas umgewandelt wird, um festes Na₃SO₄ stromaufwärts gegenüber einem oder mehreren der Wärmeaustauscher zu bilden, um so das Ausfall- oder Verschmutzungsproblem mit flüssigem Na₃SO₄ zu vermindern.

Die Erfindung sieht demgemäß eine Vorrichtung und ein Verfahren vor, um die schädlichen Effekte von Na₃SO₄ in Verbrennungsgas erzeugt durch die Verbrennung von schwefelhaltigem Brennstoff zu vermindern. Die Vorrichtung umfaßt einen Ofen oder andere Mittel zur Lieferung von Verbrennungsgas mit einer Temperatur oberhalb ungefähr 1400 ⁰K,und zwar Na₃SO₄ enthaltend, gebildet in einer Reaktion zwischen einer Natriumverbindung und Schwefeloxid, wobei ferner eine Vielzahl von Wärmeaustauschern vorgesehen ist, um Wärme zum Verbrennungsgas zu transferieren oder zu extrahieren und wobei schließlich ein Kanalsystem oder andere Mittel vorgesehen sind, um das Verbrennungsgas an mindestens einem der Wärmeaustauscher vorbei zu der gewünschten Wärmeübertragung zu leiten, wobei ferner Kanalmittel oder andere Mittel vorgesehen sind, um ein Kühlgas in das Verbrennungsgas einzuleiten, und zwar stromaufwärts gegenüber einem der Wärmeaustauscher, um die Temperatur des Verbrennungsgases auf unterhalb ungefähr 1150 ⁰K zu reduzieren, um Teilchen aus Na₃SO₄ zu bilden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird dadurch ausgeführt, daß man Verbrennungsgas mit einer Temperatur oberhalb etwa 1400 ⁰K vorsieht, und zwar Na₃SO₄ enthaltend, wo bsi ein Kühlgas in das Verbrennungsgas eingeführt wird, um

die Temperatur des Verbrennungsgases auf unterhalb ungefähr 1150 ⁰K zu reduzieren und um Teilchen aus Na₃SO. zu bilden, wobei schließlich das gekühlte Verbrennungsgas an mindestens einem der obigen Wärmeaustauscher vorbeigeleitet wird.

Vorzugsweise ist der Kühlschritt effektiv um die Gastemperatur auf unterhalb ungefähr 1150 ⁰K zu vermindern. Zudem wird eine elektrostatische Ausscheidung stromabwärts gegenüber dem Wärmeaustauschern verwendet, um das feste Natriumsulfat zu entfernen. Vorteilhafterweise erfolgt die Ausscheidung mehrstufig, um sequentiell Flugasche und sodann Na₃SO₄ zu entfernen, wodurch jedwede Verunreinigung des Na₃SO₄ durch Asche vermindert wird.

Die Natriumverbindung kann bei ungefähr 1663 ⁰K und oberhalb verdampft werden und ist zweckmäßigerweise Na₃CO₃, NaHCO₃, NaCl, NaOH oder dgl. und vorteilhafterweise Na₃CO₃, NaHCO₃ oder NaOH, um das Säureproblem mit NaCl zu vermeiden. Vorzugsweise ist die Verbindung eine NaOH-liefernde Verbindung. Die Eingabe kann in der Form trockenen Pulvers oder gemischt mit Wasser erfolgen, oder aber in einer trockenen Mischung mit gepulverter Kohle und dgl.

Im Verfahren ist eine Reihe von Wärmeaustauscher rohren den Verbrennungsgasen ausgesetzt. Diese Wärmeaustauscher umfassen sekundäre und primäre Überhitzer, einen Rückerhitzer und einen Economizer.im Ausführungs baispiel gemäß Fig. 1 wird Kohle oder ein anderer Schwefel enthaltender Brennstoff in einem Ofen 10 verbrannt, um ein Verbrennungsgas zu erzeugen, üblicherweise wird die Kohle über mit Abstand um den Ofen herum angeordnete Brennereinlässe 12, 13, 1 und 15 mit Verbre.nnungsluft eingegeben, die in einem Luftvorerhitzer 24 in der in

Auslaßrohrleitung 25 vorerhitzt wurde, worauf die Eingabe (nicht gezeigt) in den Ofen 10 erfolgt. In der Verbrennungszone 11 des Ofens 10 werden die Verbrennungsgase bei Temperaturen in der Größenordnung von 2000 bis 2200 ⁰K erzeugt und an einer Vielzahl von Wärmeaustauschern 16, 18, 20 und 22 vorbeigeleitet, um Wärme zur Erzeugung von Dampf oder zu anderen Zwecken zu entnehmen. Ein Luftvorerhitzer 24 ist stromabwärts gegenüber den Wärmeaustauschern 16, 18, 20 und 22 vorgesehen, um die Verbrennungsluft vorzuerhitzen. Darauffolgend auf den Vorerhitzer 24 werden die Gase zu einer elektrostatischen Ausscheidvorrichtung 26-28 geschickt. In dem Verfahren werden die Verbrennungs- und Ofenaustrittstemperaturen normalerweise kontrolliert oder gesteuert, und zwar basierend auf der Auswahl einer bestimmten Kohle oder eines anderen Brennstoffes.

Wenn sich die Verbrennungsgase stromabwärts bewegen, so wird ihre Wärme teilweise durch eine Vielzahl von Wärmeaustauschern 16, 18, 20 und 22 in dem in den Rohrleitungen oder dem Leitungssystem 25 entzogen. Die Wärmeaustauscher 16, 18, 20 und 22 sind, wie gezeigt, sequentiell angeordnet und mit einem sekundären überhitzer 16, einem Rückerhitzer 18, einem primären überhitzer 20 und einem Economizer 22 identifiziert. Wenn das Verbrennungsgas an den Wärmeaustauschern 16, 18, 20 und 22 vorbeifließt, so wird Wärme zu den Strömungsmitteln innerhalb der Wärmeaustauscher übertragen. Als nächstes wird das Verbrennungsgas durch einen Vorerhitzer 24 geleitet, in dem das Verbrennungsgas vorerhitzt wird, bevor es zum Ofen 10 geschickt wird. Das Verbrennungsgas wird sodann zu einem oder mehreren elektrostatischen Ausfällstufen 26 und 28 geschickt, in denen die Ascheteilchen und das feste Na₃SO₄ entfernt werden. Das Austrittsgas

läuft sodann zur (nicht gezeigt) Esse.

Gemäß der Erfindung wird der Schwefeloxid- und haupt-

sächlich der Schwefeldioxid-Gehalt der Verbrennungsgase in effektiver Weise dadurch entfernt, daß man eine Kontaktierung mit einer verdampften Natriumverbindung in einer Gas-Gas-reaktion vorsieht, um Natriumsulfat zu erzeugen. Die Natriumverbindung wird an einem Punkt 29 eingegeben oder injiziert, und zwar in einer Menge ausreichend, um mit dem Schwefeloxid zu reagieren und eine Umwandlung in Natriumsulfat zu bewirken. Normalerweise ist die Menge eine stöchiometrische Menge oder sie liegt zumindestens nahe der stochiometrischen Menge. Die Eingabe der Natriumverbindung in den Ofen 10 erfolgt in trockener Form, oder in einer Aufschlämmungsform oder in einer Lösung, und sodann erfolgt die Verdampfung zur Erzeugung eines gasförmigen Reaktionsmittels. In der Reaktion wird Natriumsulfat bei Temperaturen von 1700 bis 2000 ⁰K gebildet, welches beim Abkühlen flüssige Tröpfchen der Größenordnung von Mikron bildet. Darauffolgend und stromaufwärts gegenüber den Wärmeaustauschern 16, 18, 20 und 22 werden die Verbrennungsgase durch die Eingabe eines Kühlgases in den Ofen 10 am Einlaß 23 temperiert, um das Verbrennungsgas auf unterhalb ungefähr 1150 ⁰K (der Schmelztemperatur des Na-SO.) abzukühlen und die Natriumsulfatteilchen zu verfestigen. Die Bildung des festen Natriumsulfats verhindert oder vermindert das Verschmutzen oder Unbrauchbarwerden der Wärmeaustauscher, was anderenfalls auftreten würde, durch die Abscheidung von flüssigen Natriumsulfat und vom teilchenförmigen Material auf den Rohren 16, 18, 20 und 22. Vorteilhafterweise wird das Kühlgas dadurch geliefert, daß man einen Teil des Verbrennungsgases rückführt, und zwar von einem Punkt 30 stromabwärts gegenüber der elektrostatischen Abscheidvorrichtung 28 aus. Da das aus der Abscheidvorrichtung 28 austretende Gas relativ sauber ist, liefert dessen Verwendung als ein Kühlgas ein relativ sauberes Gas zur Eingabe stromaufwärts. In den Ausscheidungsvorrichtungen 26 und 28 kann die Flugasche in der ersten

Stufe entfernt werden und die Na₃SO₄-Teilchen (normalerweise kleiner als die Flugascheteilchen) können in der zweiten Stufe entfernt werden. Im allgemeinen werden diese Materialien an mit Ton ausgekleideten Plätzen abgegeben, obwohl versucht wird, Na-SO₄ in Na^CO, zur Wiederverwendung im Verfahren umzuwandeln.

Die Menge des Temperiergases reicht aus, um die gewünschte Temperaturvermxnderung zu erhalten und hängt von der Temperatur des Verbrennungsgases ab. Normalerweise liegt die Menge in der Größenordnung von 45 bis 60 % des Verbrennungsgases. Obwohl die Zugabe des Kühlgases die Strahlung swärmeübertragung infolge der niedrigeren Gastemperatur vermindern kann, so wird doch eine erhöhte Geschwindigkeit erwartet, um den Konvektionswäremübertragungskoeffizienten zu erhöhen. Demgemäß kann es notwendig sein, eine größere Oberflächenzone 16 vorzusehen für den sekundären überhitzer, und zwar von ungefähr 15 bis 30 %, wohingegen das Oberflächengebiet 18, 20 und 22 für die anderen Wärmeaustauscher um annähernd 15 % vermindert werden kann, und zwar wegen des Anstiegs des Konvektionswärmeübertragungskoeffizienten. In den elektrostatischen Ausfällvorrichtungen 26 und 28 wird erwartet, daß die Anwesenheit von Na₃SO₄ das Verfahren verbessert, da die elektrische Leitfähigkeit der Teilchen verbessert wird, und zwar zusammen mit dem sich ergebenden Wirkungsgrad des Ausfällprozesses.

Fig. 2 ist eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Wie gezeigt, wird die Natriumverbindung an einem Punkt 36 in den Ofen 34 eingegeben und das Kühlgas wird bei einem Punkt 38 direkt stromabwärts gegenüber dem sekundären Vorerhitzer 40 eingegeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich das Austrittsgas des Ofens 34 auf einer hohen Temperatur j(so hoch wie möglich und oberhalb ungefähr 1500 ⁰K). Wenn die

Temperatur oberhalb des Taupunkts für Natriumsulfat (ungefähr 1700 ⁰K) liegt, so bildet das Natriumsulfat eine freifließende Flüssigkeit auf den Sekundärüberhitzerrohren

40 und führt Teilchen von Flugasche mit, die ansonsten

sich auf den Rohren abscheiden würden. Wenn die Temperatur unterhalb des Taupunkts liegt und oberhalb 1500 ⁰K, so scheiden sich flüssige Tröpfchen aus Natriumsulfat auf den Rohren ab. Es ist unter diesen Bedingungen wichtig, daß die Gasgeschwindigkeit ausreicht, um die Bildung einer flüssigen Natriumsulfatschicht auf den Rohren 40 zu fördern. Bei Temperaturen unterhalb 1500 ⁰K und oberhalb 1150 ⁰K hat das Natriumsulfat die Tendenz viskos oder klebrig zu werden und kann die Verschlechterung der Rohre

41 bis 43 hervorrrufen. Daher wird Kühlgas in das Verbrennungsgas eingegeben, um es auf unterhalb ungefähr 1150 ⁰K zu kühlen, und zwar vor den verbleibenden Wärmeaustauscherrohren 41 bis 43, um so das Verschmutzungs- oder Ausfallproblem der Wärmeaustauscherrohre zu vermindern. Nach dem Luftvorerhitzer 44 werden die Verbrennungsgase in eine zweistufige Ausscheidvorrichtung 46 und 48 eingegeben, um selektiv Flugasche und Natriumsulfat zu entfernen.

In Fig. 3 wird eine Natriumverbindung in einer kleinen gesonderten Kammer 54 verdampft, die ein gesonderter Ofen 56 oder ein Bypaß vom Ofen 58 sein kann. Die verdampfte Natriumverbindung wird bei einem Punkt 60 stromabwärts gegenüber dem sekundären überhitzer 62 eingegeben, und zwar bei einer Temperatur von ungefähr 1650 bis 1750 ⁰K und es erfolgt die Reaktion mit Schwefeloxid. Die Temperatur des Verbrennungsgases beträgt ungefähr 1200 ⁰K. In der gleichen Zone 64 wird das Kühlgas am Punkt 66 eingegeben, um die Temperatur auf unterhalb ungefähr 1150 ⁰K zu reduzieren. Da das Verbrennungsgas nahe bei 1150 ?K liegt, wird erwartet, daß die Menge des Kühlgases kleiner ist als die in den AusführungsbeiSpielen gemäß Fig. 1 bis 2 verwendete.

Die Erfindung sieht ,wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ein System vor, um den Schwefeloxidgehalt des Verbrennungsgases zu vermindern. Zudem sieht das System eine Steuerung der Temperatur vor, um das Verschmutzen der Wärmeaustauscherrohre, die dem Gas ausgesetzt sind, zu vermindern. In den drei Ausführungs baispielen der Fig. bis 3 erfolgt die Eingabe oder Injektion der Natriumverbindung und die Eingabe oder Injektion des Kühlgases in ausgewählter Weise entsprechend der Ofenaustrittstemperatur oder der Erwünschtheit der Aufrechterhaltung der freifließenden Schicht aus flüssigem Natriumsulfat auf dem sekundären überhitzer.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben zur Entfernung von Schwefeloxid aus einem Verbrennungsgas, um Na_?S0₄ zu bilden und um die schädlichen Effekte von NapSO. bei Hilfswärmeaustauschern zu vermindern, wobei eine Natriumverbindung in das heiße Verbrennungsgas injiziert wird, und zwar zur Bildung von flüssigem Na_?S0₄ in einer Gas-Gasreaktion, und wobei ferner das sich ergebende NapSO. enthaltende Gas auf eine Temperatur unterhalb von ungefähr 1150 ⁰K abgekühlt wird, um Teilchen aus Na_?S0₄ zu bilden, und zwar vor der Kontaktierung mit mindestens einem Wärmeaustauscher, wobei die Kühlung vorgesehen wird durch die Rückführung des Verbrennungsgases von einer gekühlten Zone stromabwärts gegenüber der Einführung des Kühlgases.

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Claims

R-79^6 Abgasentschwefelung Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Verbrennung schwefelhaltigen Brennstoffs und für die darauffolgende Wärmeübertragung, wobei folgendes vorgesehen ist: Mittel (10) zur Erzeugung eines Verbrennungsgases mit einer Temperatur oberhalb ungefähr 1400 ⁰K, welches Schwefeloxid enthält, Mittel zur Zugabe einer Natriumverbindung zum Verbrennungsgas für die darauffolgende Reaktion mit dem Schwefeloxid, und Wärmeaustauschermittel (16-22) mit mindestens einem Austauscher (22) stromabwärts gegenüber der Erzeugung des Verbrennungsgases für die Wärmeübertragung und die Bildung eines gekühlten Verbrennungsgases stromabwärts gegenüber dem einen Wärmeaustauscher,

dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (29) vorgesehen sind, um die Natriumverbindung in das Verbrennungsgas stromaufwärts gegenüber dem einen Wärmeaustauscher einzugeben, und zwar mit einer hohen Temperatur, ausreichend um eine Gas-Gas-Reaktion mit dem Schwefeloxid zu bewirken und ein Na-SO.-ent-

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haltendes Verbrennungsgas zu bilden, wobei Mittel (30, 23) vorgesehen sind, um einen Teil des gekühlten

Verbrennungsgases in das Na-SCK-enthaltende Verbrennungsgas stromaufwärts gegenüber dem einen Wärmeaustauscher rückzuführen, um die Verbrennungsgastemperatur zu vermindern und den Ausfall des einen Wärmeaustauschers zu reduzieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit Mitteln zur Leitung des gekühlten Verbrennungsgases stromabwärts gegenüber dem einen Wärmeaustauscher und Mittel zum Entziehen eines Teils des Verbrennungsgases stromabwärts aus dem Wärmeaustauscher als das Kühlgas.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabwärts gelegenen Lenk- oder Richtmittel Ausscheid- oder Niederschlagmittel aufweisen, um Teilchen aus dem Verbrennungsgas zu entfernen und wobei das Kühlgas stromabwärts von den Ausscheidmitteln entnommen wird.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausscheidmittel erste und zweite Stufen aufweisen, um sequentiell Ascheteilchen bzw. Na₂SO₄-Teilchen zu entfernen.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, und zwar Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Vorsehen des Verbrennungsgases Mittel aufweisen, um die Natriumverbindung in ein Verbrennungsgas einzuführen, welches das Schwefeloxid enthält, um Na₃SO₄ zu bilden.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhegehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsgas sich auf einer Temperatur oberhalb ungefähr 1800 ⁰K

befindet und daß die Einführung der Natriumverbindung eine Gas-Gasreaktion mit dem Schwefeloxid zur Folge hat.

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7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Wärmeaustauschern vorgesehen ist, wobei die Mittel zum Einführen des Kühlgases stromabwärts gegenüber dem ersten Wärmeaustauscher in der genannten Reihe angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Einführung der Natriumverbindung die Verbindung stromabwärts gegenüber dem ersten Wärmeaustauscher, aber stromaufwärts gegenüber der Einführung des Kühlgases einführen.

9. Verfahren zur Verminderung der schädlichen Effekte von Na₃SO₄ in einem Verbrennungsgas bei der übertragung von Wärme zu mindestens einem Wärmeaustauscher, wobei folgende Schritte vorgesehen sind:

Vorsehen von Verbrennungsgas bei einer Temperatur oberhalb ungefähr 1400 ⁰K und Na₃SO₄ enthaltend, Einführung eines Kühlgases in das Verbrennungsgas zur Verminderung der Temperatur des Verbrennungsgases auf unterhalb ungefähr 1150 ⁰K und Bildung von Teilchen aus Na₃SG₄ und Leiten des gekühlten Verbrennungsgases an mindestens einem Wärmeaustauscher vorbei.

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Schritte des Leitens des gekühlten Verbrennungsgases stromabwärts gegenüber dem erwähnten einen Wärmeaustauscher und Herausziehen eines Teils des gekühlten

Verbrennungsgases stromabwärts gegenüber dem erwähnten einen Wärmeaustauscher als das Kühlgas.

11. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüche, insbec sondere nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den Schritt der Ausscheidung von Teilchen aus dem gekühlten Verbrennungsgas stromabwärts gegenüber dem erwähnten einen Wärmeaustauscher, wobei das Herausziehen des gekühlten Verbrennungsgases stromabwärts gegenüber den Ausscheidschritten erfolgt, um ein relativ sauberes Kühlgas vorzusehen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsehen des Verbrennungsgases die folgenden Schritte aufweist: Vorsehen eines Schwefeloxid enthaltenden Gases und Einführen einer Natriumverbindung in das erwähnte Gas zur Bildung von Na₃SO₄.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwefeloxid enthaltende Verbrennungsgas sich auf eine Temperatur von oberhalb ungefähr 1800 ⁰K befindet, und daß die Einführung der Natriumverbindung eine Gas-Gasreaktion mit dem Schwefeloxid zur Folge hat.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung der Natriumverbindung ein Mitglied der folgendes enthaltenden Klasse vorsieht:

Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat, Natriumhydroxid und Natriumchlorid.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Leitens des Verbrennungsgases an dem erwähnten einen Wärmeaustauscher vorbei die Durchgänge des Verbrennungsgases an einer Reihe von

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Wärmeaustauschern zur Folge hat, wobei die Einführung des Kühlgases stromabwärts gegenüber dem ersten der Wärmeaustauscher erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Einführung der Natriumverbindung stromaufwärts gegenüber der Einführung des Kühlgases, aber stromabwärts gegenüber dem ersten der Wärmeaustauscher erfolgt.

17. Verfahren nach Anspruch 15 mit dem Schritt des Vorsehens einer hinreichenden Geschwindigkeit des Verbrennungsgases an dem ersten Wärmeautauscher vorbei zur Bildung einer sich bewegenden Schicht aus flüssigem Na₃SO₄ auf dem ersten Wärmeaustauscher.