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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines
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Wärmetauschers, insbesondere eines Regenerativ-Gasvorwärmers, der
einer Rauchgasentschwefelungsanlage und/oder einem Entstickungs-Katalysator am kalten
Ende einer Verbrennungsanlage eines Dampferzeugers zugeschaltet ist und mindestens
drei Sektoren für im Gegenstromprinzip mit vertikalen Strömen hindurchgeführtes
Heiß- und Kaltgas aufweist und aus rotierenden Wärmeaustauschelementen mit feststehenden
Hauben oder aus feststehenden Wärmeaustauscherelementen mit rotierenden Hauben besteht,
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, insbesondere deshalb, weil an der Mündung
des Kamins ein ausreichender Auftrieb benötigt wird und feuchte Rauchgase getrocknet
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 NOx -Katalysator ist bei Rauchgastemperaturen
von 300 bis 4000C am wirksamsten.
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Es ist bekannt, das einer Rauchgasentschwefelungsanlage und/oder einem
nachgeschalteten Katalysator zugeleitete kalte, feuchte Rauchgas insbesondere dann
in einem Regenerativ-Wärmetauscher mittels der Abgaswärme des zugehörigen Dampfkessels
eines Dampferzeugers in Kombination mit einer
zusätzlichen Wärmequelle
wieder aufzuheizen, wenn der Katalysator nicht im heißen Rauchgasstrom des Kessels,
sondern im Anschluß an die Rauchgasentschwefelungsanlage angeordnet wird. Ein Regenerativ-Wärmetauscher
wird beispielsweise mittels Erdgas oder Öl beheizter Zusatzluft unterstützt. Hierbei
wird mittels der zusätzlichen Wärmequelle auf der heißen Seite der Gasmasse des
Wärmetauschers ein Temperaturpotential von ca. 30 bis 500C geschaffen, d.h., die
Temperatur der am heißen Ende austretenden und nach der Behandlung in dem nachfolgenden
Prozeßteil - d.h. insbesondere einem einer Rauchgasentschwefelungsanlage nachgeschalteten
Stickoxyd-Katalysator - wieder in den Wärmetauscher zurückgeführten Gasmasse wird
aus diesem Potential entsprechend erhöht, um aus dieser Temperaturdifferenz das
Wiederaufheizen des zuströmenden Gases mittels des heißeren abströmenden Gases überhaupt
zu ermöglichen und damit die zum Entsticken erforderliche Betriebstemperatur zu
erreichen.
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Bedingt durch das natürliche Druckgefälle der mit unterschiedlichen
Temperaturen im Gegenstrom durch den Wärmetauscher hindurchgeführten Gasströme,
beispielsweise zwischen dem von der Rauchgasentschwefelungsanlage kommenden, in
den Regenerativ-Gasvorwärmer mit niedriger Temperatur eintretenden Strom ungereinigten
Gases und dem aus dem Entstickungs-Katalysator abströmenden gereinigten Gas mit
höherer Temperatur, läßt sich ein Schlupf ungereinigten Gases zur Reingasseite nicht
vermeiden, wodurch der Wirkungsgrad der Rauchgasentschwefelung und/oder des Katalysators
deutlich belastet wird. Darüber hinaus muß der Reingasteil des Regenerativ-Gasvorwärmers
mit Feststoffblas- oder -waschvorrichtungen ausgerüstet sein, die zudem permanent
betrieben werden müssen, um die Rauchgase nicht mehr als zulässig mit
den
unausbleiblichen Feststoffablagerungen zu belasten. Bei dem Dauerblas- bzw. Reinigungsbetrieb
wird eine große Energiemenge verbraucht; zudem ist die Gefahr eines flockenartigen
Feststoffauswurfs über den Kamin sehr groß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile
beim Betrieb bekannter Regenerativ-Gasvorwärmer zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch einen von drei Sektoren ein zusätzlicher
Heizgasstrom von der heißen Seite des Vorwärmers mit einer über der Temperatur des
auf der heißen Seite des Vorwärmers austretenden Heißgases liegende Temperatur geleitet
wird und die Wärmeaustauschelemente in ihrer Temperatur bis zu einem solchen Temperaturgefälle
zwischen dem wärmeaufnehmenden und dem wärmeabnehmenden Strom angehoben werden,
daß der Heißgasstrom bereits im Vorwärmer auf die für die nachgeschaltete Behandlung
notwendige Temperatur gebracht wird. Mittels des in den Gasvorwärmer eingeleiteten
Heizgases lassen sich die aus Metall, Kunststoff oder Keramik bestehenden Wärmetauschelemente
in ihrer Temperatur soweit anheben, daß ein permanenter, ausreichender Wärmeaustausch
mit dem aufzuheizenden Gasstrom schon unmittelbar im Gasvorwärmer selbst stattfindet,
und keine nachgeschaltete Zusatzheizung mehr erforderlich ist.
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Unter einer nachgeschalteten Behandlung wird in diesem Zusammenhang
entweder das Reinigen in einem Entstickungs-Katalysator oder das Ableiten des Rauchgases
über einen Kamin verstanden, wobei das Reingas aus dem Katalysator auf Kamintemperatur
gebracht bzw. das häufig feuchte Rauchgas aus der Rauchgasentschwefelungsanlage
weiterhin auch noch getrocknet
werden muß. Das Behandeln der Rauchgase
im Sinne des Aufheizens bis zu einer erforderlichen Kamintemperatur ist ohne Einfluß
auf die Reinigung des Gases, d.h. auf das Entfernen von Schadstoffen, und wird bei
einer im Rauchgas des Kessels angeordneten Entschwefelungsanlage notwendig.
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Der Heizgasstrom kann den unterschiedlichsten Wärmequellen entstammen,
wobei sich jedoch kostbare Edelenergie, wie sie bei den ansonsten üblichen Zusatzheizungen
mit Gas oder Öl als Brennstoff für beispielsweise Kanalbrenner verwendet wird, insbesondere
dann einsparen läßt, wenn der Heizgasstrom dem Dampferzeuger bzw. dessen Kessel,
auf jeden Fall jedoch an einer Stelle des Rauchgaszuges mit noch ungekühlten, d.h.
heißen Rauchgasen entnommen wird. Gegenüber üblichen Zusatzheizungen, bei denen
nur die über der Temperatur des aus dem Gasvorwärmer austretenden Gases liegende
Temperatur als effektive Nutztemperatur zum Erhöhen der Temperatur des Gasstromes
herangezogen werden kann, läßt sich die Abfallwärme hierbei äußerst gering halten.
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Durch den zwischen die ein- und ausströmenden Gase geschalteten Heizgasstrom
läßt sich ein Rohgasübertritt zur Reingasseite bis auf eine geringe Menge aus der
Rotordrehung resultierenden Schleusgases praktisch völlig vermeiden.
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Leckagen werden vielmehr weitestgehend mit dem Heizgasstrom an geeigneter
Stelle in den Rohgaskreislauf zurückgeführt und nehmen somit erneut an der Gasreinigung
teil.
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Der Heizgasstrom wird vorzugsweise vor dem Eintritt in den Regenerativ-Vorwärmer
auf eine um ca. 50 0C über der für die nachgeschaltete Reinigung im Entstickungs-Katalysator
erforderlichen Solltemperatur liegende Temperatur gebracht. Unter
dieser
Bedingung können das Regelkonzept der Gesamtanlage optimiert und gleichmäßig niedrige
Austrittstemperaturen der Gasströme erreicht werden. Das Abkühlen des eine höhere
Temperatur aufweisenden Rauchgasstromes auf die Temperatur für das Heizgas läßt
sich durch Beimischen von beispielsweise dem System entnommenen Kaltgases erreichen.
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Zu einem Optimieren des Regelkonzeptes der Gesamtanlage kann auch
beitragen, daß der Heizgas- und der Reingasstrom mit gleicher Geschwindigkeit am
heißen Ende in den Vorwärmer einströmen.
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Bei sehr großen, beispielsweise vier Sektoren aufweisenden Regenerativ-Gasvorwärmern,
werden vorzugsweise zwei von vier Sektoren von zusätzlichen Heizgasen durchströmt.
Da die Temperatur der Wärmeaustauschelemente mit der Wanderung des die Elemente
durchströmenden Rauchgases mit einem sich sägezahnartig verändernden Temperaturverlauf
schwankt, läßt sich durch zwei Heizgasströme die Symmetrie verbessern.
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Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens kann einen an den
Heizgassektor des mindestens drei Sektoren aufweisenden Luftvorwärmers angeschlossenen
und mit einer Wärmequelle verbundenen Kanal mit Saugzuggebläse und eine im Heizgassektor
angeordnete Reinigung aufweisen. Das am kalten Ende des Gasvorwärmers in dem Kanal
für den Heizgasstrom angeordnete Saugzuggebläse sorgt für einen steten Kreislauf
der von der Wärmequelle abgesaugten heißen Rauchgase und deren erneutes Einspeisen
in das System nach dem Verlassen des Gasvorwärmers, beispielsweise in einen dem
Dampferzeugerkessel vorgeschalteten Elektrofilter.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten
Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 die
Draufsicht eines in vier Sektoren unterteilten Wärmetauschers, schematisch dargestellt,
und Fig. 2 eine Abwicklung des Gegenstandes gemäß Fig. 1 und den als Fließschema
dargestellten Verlauf der Gasströme durch die Wärmetauscher-Sektoren.
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Bei einem in vier Sektoren 1, 2, 3, 4 unterteilten, mit einem Rotationsteil
in Pfeilrichtung 5 rotierenden Regenerativ-Wärmetauscher 6 wird ein beispielsweise
in einer nicht dargestellten Rauchgasentschwefelungsanlage entschwefelter kühler
Gasstrom 7 durch den Sektor 1 geleitet und dabei auf die für eine nachgeschaltete
Behandlung in einem Stickoxyd-Katalysator 8 für ein wirksames Entsticken erforderliche
Betriebstemperatur von 300 bis 4000C gebracht.
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Nach dem Behandeln im Katalysator 8 tritt der aufgeheizte Reingasstrom
9 am heißen Ende in den dritten Sektor des Wärmetauschers 6 ein, in dem er abgekühlt
wird und aus dem er mit einer Temperatur von ca. 1200C über einen Kamin abströmt.
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Durch die von den Sektoren 1 und 3 bzw. 3 und 1 eingeschlossenen Sektoren
2 bzw. 4 werden dem Wärmetauscher 6 Zusatzheizströme 10 bzw. 11 vom heißen Ende
her mit einer höheren Temperatur als die des am heißen Ende austretenden Gasstromes
7 zugeführt, um dem Wärmetauscher bzw. den von diesem aufgenommenen, nicht dargestellten
Wärmeaustauschelementen die für das Aufheizen des kühlen Gasstromes 7 erforderliche
Wärmemenge zuzuführen.
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Der Wärmetauscher 6 läßt sich vorzugsweise mit einem Heizgassektor
2 betreiben. Zwei Heizgasströme 10, 11 empfehlen sich hingegen bei sehr großen Regenerativ-Gasvorwärmern;
eine solche Anordnung ist durch gestrichelte Linien für den Sektor 4 und den Heizgasstrom
11 dargestellt.
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Die Heizgasströme 10, 11 werden mittels eines am kalten Ende des Wärmetauschers
6 angeordneten Saugzuggebläses 12, das sich in einem die Heizgasströme 10, 11 leitenden
Kanal befindet, aus einer Wärmequelle 13 abgesaugt, beispielsweise einer dem System
zugeordneten separaten Brennkammer oder insbesondere einem Bereich hinter dem Dampferzeuger,
in dem das Gas noch nicht abgekühlt ist. Zum Abkühlen des heißen Rauchgases auf
die für die Heizgasströme 10, 11 gewünschte Temperatur beim Eintritt in den Gasvorwärmer
6, wird den Heizgasströmen 10, 11 Kaltgas beigemischt, beispielsweise über einen
Abzweigkanal 14 am kalten Ende des Wärme tauschers 6. Die vom Saugzuggebläse 12
abgesaugten Gasmengen werden anschließend wieder in das System eingespeist, beispielsweise
in einen hinter einem oder in einem nicht dargestellten Dampferzeuger angeordneten
Elektrofilter 15.
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Zum Reinigen der sich im Laufe des Betriebes unausbleiblich an den
nicht dargestellten Wärmeaustauschelementen ablagernden Feststoffe ist im Heizgassektor
2 eine Reinigungsvorrichtung 16, insbesondere eine Rußblasevorrichtung angeordnet.
Ein permanenter Reinigungsbetrieb ist hierbei nicht mehr erforderlich, vielmehr
lassen sich die Feststoffansätze periodisch abblasen, ohne die in den Kamin eintretenden
Rauchgase hierdurch zu belasten. Unabhängig vom Feststoffanteil gelangen die mittels
der Reinigungsvorrichtung 16 abgeblasenen Feststoffe nämlich über den vom Saugzuggebläse
12
geförderten Gasstrom am kalten Ende des Wärmetauschers 6 erneut
in das System und nehmen somit wiederholt an der Entschwefelung und/oder Entstickung
sowie insbesondere an der Entstaubung teil.