DE4233685A1 - Verfahren und Anordnung zur Energienutzung von Rauchgasen in kohlegefeuerten Kraftwerken - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Energienutzung von Rauchgasen in kohlegefeuerten Kraftwerken

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Energienutzung von Rauchgasen in kohlegefeuerten Kraftwerken, wobei die Rauchgase in einem Rauchgaswäscher gereinigt und in einen Kühlturm abgeleitet werden.
Bekannt ist eine Vorrichtung zur Energieverschiebung für eine Entschwefelungsanlage, bei der in den Rauchgasstrom vor dem Wäscher ein Wärmetauscher eingegliedert ist, welcher durch einen zwangsgeführten fluidisierten Wärmeträger mit einem hinter dem Wäscher in den Reingasstrom eingegliederten weiteren Wärmetauscher im Sinne eines Fluidaustauschers verbunden ist, wobei in den Rauchgasstrom zwischen einem Wärmetauscher und dem Wäscher sowie in den Reingasstrom zwischen dem Wäscher und einem weiteren Wärmetauscher jeweils ein auf einem niedrigeren Temperaturniveau arbeitender Wärmetauscher mit Schläuchen oder Rohren aus einem korrosionsfesten und antiadhäsiven Kunststoff eingegliedert ist und alle gasberührten Teile der Niedertemperatur-Wärmetauscher mit einem korrosionsfesten antiadhäsiven Kunststoff überzogen oder beschichtet sind (DE-PS 34 19 735).
Die säurefesten Wärmetauscher aus "Teflon"-Rohrbündeln sind im Rauchgaskanal vor dem Wäscher angeordnet.
Eine Rauchgaskühlung wird nur bis auf 130°C vorgenommen, weshalb das Rauchgas vor der SO2-Einbindung im Wäscher nach wie vor gequencht werden muß. Eine bewußte Änderung des Wasserhaushaltes des Wäschers wird nicht erreicht.
Eine Gefährdung des Rauchgaskanals zwischen Wärmetauscher und Wäscher durch Säurekorrosion kann hierbei nicht ausgeschlossen werden.
Für die abtropfenden Säuren (H2SO4, HCL, HF) muß im Bodenbereich der Wärmetauscher eine säurefeste Sammelwanne installiert werden, aus der die Säuren, verdünnt durch Abreinigungswasser, dem Wäschersumpf zwecks Neutralisation zugeführt werden.
Weiterhin bekannt ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entstickung und Entschwefelung von heilen Abgasen, insbesondere aus Feuerungen, wobei ein Teil der im Rohgasstrom enthaltenen Wärme vor dem Kontakt mit einer Wärmenutzungsanlage dem Rohgasstrom unter Ausfällen von dampfförmiger Schwefelsäure entzogen und diese Wärme dem Reingasstrom vor dessen Kontakt mit der Wärmenutzungsanlage zugegeben wird (DE-OS 40 02 434).
Nach diesem Verfahren ist es auch möglich, die abgezogene Wärme dem Reingasstrom nach dem Kontakt mit der Wärmenutzungsanlage zuzuführen und einen weiteren Teil der im Rohgasstrom enthaltenen Wärme dem Rohgasstrom nach dem Kontakt mit der Wärmenutzungsanlage unter Ausfällen von dampfförmiger Schwefelsäure zu entziehen und dem Reingasstrom vor dem Kontakt mit der Wärmenutzungsanlage zuzugeben.
Damit erfolgt durch die Wärmeverschiebung eine Erwärmung des Reingases nach dem Wäscher.
Da die Entnahme der Wärme vor und nach der Rauchgasentschwefelung separat durchgeführt wird, entstehen analog zu DE-PS 34 19 735 die entsprechenden Nachteile.
Bekannt ist eine Lösung, bei der Wärme aus dem Rauchgas mit ebenfalls säurefesten Wärmetauschern entzogen und zur Luftvorwärmung verschoben wird, wobei der konventionelle Luftvorwärmer in seiner Kapazität entlastet und die an dieser Stelle frei werdende Rauchgasenergie als Nutzenergie in den Block zurückgeführt wird.
Bei allen vorgenannten Lösungen wird die Funktion der Rauchgaskühlung im Säuretaupunktbereich realisiert, jedoch werden die Möglichkeiten einer anlagentechnischen Vereinfachung nicht genutzt.
Ebenfalls bekannt ist ein Verfahren zur Nutzung des für den Betrieb einer Rauchgasentschwefelungsanlage nicht benötigten Wärmeüberschusses im Rauchgas, das vor der Entschwefelungsanlage einem Luftvorwärmer und einem Elektrofilter zugeführt wird, wobei die Luftvorwärmung auf zwei Luftvorwärmer aufgeteilt wird, die vor bzw. hinter dem Elektrofilter im Rauchgashauptstrom angeordnet werden und daß vor jedem Luftvorwärmer ein etwa dem Wärmeüberschuß entsprechender Teilstrom des Rauchgases zur Dampferzeugung abgezweigt wird.
Hierbei erfolgt eine Niederdruckdampferzeugung mit Speisung des Niederdruckdampfes in eine separate Sattdampfturbine. Das Verfahren weist einen sehr hohen zusätzlichen Anlagenumfang auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Energieinhalt von Rauchgasen kohlegefeuerter Kraftwerke im und unter dem Säuretaupunktbereich zu nutzen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Rauchgase im Eintrittsbereich des Rauchgaswäschers durch den säurefesten Wärmetauscher bis unterhalb des Säuretaupunktes abgekühlt, abtropfende Säuren vom Sumpf des Rauchgaswäschers aufgenommen sowie neutralisiert und die abgekühlten Rauchgase unmittelbar in die Waschzone eingeführt und ohne Wiedererwärmung in den Kühlturm abgeleitet werden.
Die Rauchgaskühlung erfolgt kontinuierlich bis in den zur SO2-Einbindung günstigsten Bereich von 180°C bis 50°C, vorzugsweise 60°C. Der Wärmetauscher wird mit der ebenfalls zur Rauchgaswäsche verwendeten Suspension diskontinuierlich von Säure-Asche-Verunreinigungen gereinigt.
Die dem Rauchgas entzogene Wärmeenergie wird zur Vorwärmung von Verbrennungsluft und/oder Maschinenkondensat und/oder Speisewasser mittels Wärmeverschiebung im Kraftwerksprozeß genutzt.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der an sich bekannte und mit einem Abreinigungssystem versehene säurefeste Wärmetauscher im Rauchgaseintrittsbereich des Wäschers über einen kombinierten Wäschersumpf, der gleichfalls als Säureauffangwanne dient, angeordnet ist.
Diese Anordnung führt dazu, daß der Rauchgaskühler als säurefester Wärmetauscher und der Rauchgaswäscher anlagentechnisch eine Einheit bilden. Diese anlagentechnische Einheit verhilft zu einer Verkürzung des gesamten Rauchgastraktes und somit zu einer Reduzierung des umbauten Raumes. Durch die Einbindung der Rauchgasenergie dieses kritischen Temperaturbereichs in den Energieumwandlungsprozeß selbst, wird der Wirkungsgrad der Stromerzeugung weiter erhöht. Des weiteren wird durch die erfindungsgemäße Anwendung eine deutliche Reduzierung des Wasserbedarfes im Rauchgaswäscher erreicht, da ein zusätzliches Quenchen ganz oder teilweise entfällt. Eine Wiederaufheizung der gekühlten Rauchgase nach dem Rauchgaswäscher ist durch deren Einleitung in den Kühlturm nicht mehr notwendig.
Die Ausbildung einer separaten säurefesten Sammelwanne im Bodenbereich des Wärmetauschers entfällt durch dessen direkte Einbindung in den Wäschersumpf des Rauchgaswäschers. Damit wird eine unmittelbare Neutralisierung der abtropfenden Säuren im Bereich ihrer Entstehung erreicht. Zusätzliche säurebeständige Leitungen, Pumpen und Behälter sind nicht notwendig.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigt
Fig. 1 den Rauchgaswäscher mit integriertem Wärmeaustauscher im Schnitt.
Der Rauchgaswäscher 1 weist in seinem unteren Bereich den Rauchgaseintritt 2 mit der Erweiterung 4 auf. Die Erweiterung 4 mündet in die Kammer 5 des Rauchgaswäschers 1. Im Kopfbereich 6 der Kammer 5 ist die Halterung 7 zur Aufnahme des säurefesten Wärmetauschers 8 angeordnet. Der säurefeste Wärmetauscher 8 wird vom Abreinigungssystem 9 umgeben. Im unteren Bereich des Rauchgaswäschers 1 ist die kombinierte Wäschersumpf/Säureauffangwanne 3 angeordnet. Die Wäschersumpf/Säureauffangwanne 3 ist über die Leitung 10 mit den Sprühebenen 11 des Rauchgaswäschers 1 und über die Leitung 12 mit dem Abreinigungssystem 9 verbunden. Unmittelbar nach dem Rauchgaseintritt 2 in den Rauchgaswäscher 1 sind säurefeste Wärmetauscher 8 angeordnet, so daß eine Rauchgaskühlung durch indirekte Wärmeübertragung erfolgt.
Um die Wärmetauschersegmente ist das Abreinigungssystem 9 für eine diskontinuierliche Abreinigung mit Suspension, die über Leitung 12 aus dem Wäschersumpf 3 herangeführt wird, gruppiert. Nach Verlassen des Wärmetauschers 8 strömen die Rauchgase durch die Sprühebenen 11, in denen die abschließende SO2-Wäsche erfolgt. Die an den Rohren des Wärmetauschers 8 abfliegenden Säuren tropfen in den gemeinsamen Wäschersumpf 3, der hierfür zusätzlich als Säureauffangwanne und als Säure-Neutralisationsbecken dient. Diese Anordnung verhilft infolge des gezielten kontinuierlichen Säurekondensations- und Säureabzugsprozesses zu einer wesentlich reduzierten Aerosolbildung im Abschnitt der wäscherintegrierten Rauchgaskühlung.
Die dem Rauchgaswäscher 1 verlassenden gereinigten Rauchgase werden in einem in der Zeichnung nicht dargestellten zusätzlichen Wärmetauscher weiter um vorzugsweise 10 K durch Vorwärmung von Verbrennungsluft gekühlt, wodurch weitere Rauchgasenergie bei höheren Temperaturen und damit höherer Exergie in Nutzenergien umgewandelt werden können.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
 1 Rauchgaswäscher
 2 Rauchgaseintritt
 3 Wäschersumpf/Säureauffangwanne
 4 Erweiterung
 5 Kammer
 6 Kopfbereich
 7 Halterung
 8 Wärmetauscher
 9 Abreinigungssystem
10 Leitung
11 Sprühebenen
12 Leitung.

Claims (11)

1. Verfahren zur Energienutzung von Rauchgasen in kohlegefeuerten Kraftwerken, wobei die Rauchgase mittels eines säurefesten Wärmetauschers bis unterhalb des Säuretaupunktes abgekühlt die gewonnene Wärme verlagert, die Rauchgase in einem Rauchgaswäscher entschwefelt sowie anschließend in einem Kühlturm abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase im Eintrittsbereich des Rauchgaswäschers (1) durch den säurefesten Wärmetauscher (8) bis unterhalb des Säuretaupunktes abgekühlt, abtropfende Säuren vom Sumpf (3) des Rauchgaswäschers (1) aufgenommen sowie neutralisiert und die abgekühlten Rauchgase unmittelbar in die Waschzone eingeführt und ohne Wiedererwärmung in den Kühlturm abgeleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgaskühlung kontinuierlich bis in den zur SO2-Einbindung günstigsten Bereich von 180°C bis 50°C, vorzugsweise 60°C, durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (8) durch die gleichfalls zur nachfolgenden Rauchgaswäsche verwendete Suspension diskontinuierlich von Säure-Asche-Verunreinigungen gereinigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Rauchgas abgeführte Wärmeenergie zur Vorwärmung von Verbrennungsluft und/oder Maschinenkondensat und/oder Speisewasser mittels Wärmeverschiebung im Kraftwerksprozeß genutzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rauchgas nach Austritt aus dem Rauchgaswäscher (1) zusätzlich Wärme für die Verbrennungsluftvorwärmung entzogen wird.
6. Anordnung zur Energienutzung von Rauchgasen in kohlegefeuerten Kraftwerken unter Verwendung eines säurefesten Wärmetauschers, wobei in einem von unten durch Rauchgase beströmten Rauchgaswäscher im oberen Bereich Sprühebenen und im unteren Bereich ein Wäschersumpf angeordnet ist und der Wäschersumpf über eine Leitung mit den Sprühebenen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der an sich bekannte und mit einem Abreinigungssystem versehene säurefeste Wärmetauscher im Rauchgaseintrittsbereich (2) des Wäschers (1) über einen kombinierten Wäschersumpf (3), der gleichfalls als Säureauffangwanne dient, angeordnet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (8) mit einem Luftvorwärmer und/oder einem Kondensatorwärmer und/oder einem Speisewasservorwär­ mer zwecks Wärmeverschiebung verbunden ist.
8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgaswäscher (1) im Rauchgaseintrittsbereich (2) eine Kammer (6) zur Aufnahme des säurefesten Wärmetauschers (8) aufweist.
9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der säurefeste Wärmetauscher (8) aus Segmenten zusammengesetzt ist.
10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente einzeln senkrecht montierbar sind.
11. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Rauchgaswäscher (1) und vor dem Kühlturm ein zusätzlicher Wärmetauscher angeordnet ist.
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