DE4428168A1 - Trockenwäscher mit Kondensatwärmeübertrager zur Verbesserung des Kreisprozeßwirkungsgrades - Google Patents

Trockenwäscher mit Kondensatwärmeübertrager zur Verbesserung des Kreisprozeßwirkungsgrades

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Kraftwerke und ihre Emissionen und insbesondere auf ein neues und nützliches System und Verfahren zum Erhöhen des Wirkungsgrades von Kraftwerken unter Verwendung von Kondensatwärmeübertragern.
Auf dem Kraftwerksgebiet ist es allgemein bekannt, Trockenwäscher bzw. Absorptionsreiniger zum Steuern von Emissionen von Schwefeldioxid (SO₂) zu verwenden, das im Rauchgas enthalten ist, das durch diese Anlagen erzeugt wird. Es ist ein generelles Problem oder eine Prozeß­ randbedingung für Kraftwerke, Trockenwäscher anzuwenden, um eine minimale Gastemperatur für den Trockenwäscher aufrechtzuerhalten, die für einen Rauchgaswaschprozeß bzw. -reinigungsprozeß benötigt wird. Diese minimale Gastemperatur wird entsprechend den Anforderungen für verdampfendes Wasser in einem Wäscherschlamm bzw. -slurry in dem Trockenwäscher aufgestellt, während dennoch die gewünschte Temperatur in dem Wäscherprozeß erzielt wird.
Als eine allgemeine Regel gilt, daß je größer der Schwefelgehalt des Rauchgases und je größer die benötigte SO₂-Abscheidegüte ist, umso höher ist die minimale Gastemperatur; die für den Trockenwäscher benötigt wird. Diese Anforderung an die minimale Gastemperatur setzt eine Grenze bezüglich des erzielbaren Wirkungsgrades für den Kessel, d. h. die Fähigkeit, den Wärmeverlust im Abgas zu minimieren, und begrenzt somit den Wirkungsgrad des Kreisprozesses.
Das US-Patent 4,956,162 von Smith et al beschreibt ein bekanntes System zum Entfernen von SO₂ aus einem Rauchgas. Dieses System weist jedoch einen begrenzten Kreisprozeßwirkungsgrad infolge der Anfor­ derungen an die minimale Gastemperatur auf, wie oben beschrieben.
Gegenwärtig ist kein System oder Verfahren bekannt, das den Kreis­ prozeßwirkungsgrad bzw. den Kreislaufwirkungsgrad für ein Trockenwä­ schersystem verbessern kann.
Die vorliegende Erfindung überwindet die Kreisprozeßbeschränkungen, die gewöhnlich in bekannten Systemen gefunden werden, indem eine zusätzli­ che Wärmerückgewinnung in einem einzigartigen System vorgesehen wird, welches auch einen Kondensatwärmeübertrager aufweist.
Die vorliegende Erfindung schafft ein System zum Steuern von Schwefel­ dioxid (SO₂) in einem Rauchgas, das von einem Kessel erzeugt wird, und weist einen Luftvorwärmer auf, der mit dem Kessel zum Kühlen des durch den Kessel erzeugten Rauchgases verbunden ist. Eine Schlamm­ quelle bzw. eine Slurryquelle ist auch vorgesehen. Der Trockenwäscher ist mit dem Luftvorwärmer und der Schlammquelle zum Aufnehmen des gekühlten Rauchgases und eines Slurrys verbunden, um SO₂ aus dem Rauchgas zu entfernen. Eine Sammeleinrichtung für partikelförmiges Material, wie z. B. ein Sammelraum (baghouse) bzw. ein Staubabscheider ist mit dem Trockenwäscher zum Sammeln von Partikeln aus dem Rauchgas verbunden. Ein Kondensatwärmeübertrager ist mit der Sammel­ einrichtung für partikelförmiges Material für die Rückgewinnung von Wärme aus dem Rauchgas verbunden, der seinerseits den Kreisprozeßwir­ kungsgrad des Systems verbessert. Eine Kondensatrückführeinrichtung ist auch zum Reduzieren der Wasseranforderungen des Systems vorgesehen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System zum Steuern von SO₂ in einem Rauchgas zur Verbesserung des Kreisprozeßwirkungsgrades des Systems zu schaffen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System zum Steuern von SO₂ in einem Rauchgas zu schaffen, welches die Wasser­ anforderungen für das System reduziert.
Die verschiedenen neuen Merkmale, welche die Erfindung kennzeichnen, sind insbesondere in den angefügten Ansprüchen ausgeführt und bilden Teil dieser Offenbarung. Zum besseren Verständnis der Erfindung, seiner Betriebsvorteile und spezifischer Ziele, die durch ihre Verwendung erhalten werden, wird auf die beigefügten Bezeichnungen und den be­ schriebenen Teil Bezug genommen, in welchem ein bevorzugtes Aus­ führungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines bekannten SO₂-Entfernungs­ systems;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines SO₂-Entfernungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3 eine schematische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels eines SO₂-Entfernungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 veranschaulicht ein bekanntes System zum Entfernen von SO₂ aus dem durch einen Kessel 1 erzeugten Rauchgas. Ein Luftvorwärmer 2 ist mit dem Kessel 1 zum Kühlen des Rauchgases verbunden, wobei die Verbrennungsluft erwärmt wird, welche erzeugt und durch den Kessel 1 geleitet wird. Das gekühlte Rauchgas wird zu einem Trockenwäscher 4 zum Entfernen von SO₂ aus dem Rauchgas geleitet.
Eine Schlammquelle 7, wie z. B. ein Schlammtank stellt Schlamm über eine Schlammpumpe 8 dem Trockenwäscher 4 zum Entfernen des SO₂ aus dem Rauchgas zur Verfügung. Ein Staubabscheider bzw. Sammelraum (baghouse) bzw. Rückhalteraum für Staub 5 ist mit dem Trockenwäscher 4 verbunden, um Partikel aus dem Rauchgas zu sammeln, nachdem der Waschprozeß in dem Trockenwäscher 4 ausgeführt worden ist. Eine Turmkolonne 6 ist mit dem Sammelraum 5 zum Abblasen von SO₂- freiem Abgas von dem System verbunden. Ein Zwangsgebläse (FD) 3 ist mit dem Luftvorwärmer 2 und dem Kessel 1 verbunden.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Einrichtung zum Überwinden der Kreisprozeßgrenzen von bekannten Systemen durch Schaffen einer zusätz­ lichen Wärmerückgewinnung für das System und durch Reduzieren der Wasserforderungen für das System.
Dieselben Bezugsziffern werden verwendet, um dieselben oder funktionell ähnliche Teile zu bezeichnen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ver­ anschaulicht Fig. 2 ein neues System zum Entfernen von SO₂ aus dem Rauchgas eines Kessels 1. In ähnlicher Weise wie bei den bekannten Systemen ist ein Luftvorwärmer 2 mit dem Kessel 1 zum Kühlen des Rauchgases verbunden, das durch den Kessel 1 erzeugt wird, welcher seinerseits mit dem Trockenwäscher 4 verbunden ist, der den Schlamm von der Schlammquelle 7 über die Schlammpumpe 8 empfängt. Sobald SO₂ aus dem Rauchgas in dem Trockenwäscher 4 entfernt ist, wird ein Sammler für partikelförmiges Material, wie z. B. ein Sammelraum 5 verwendet, um Partikel aus dem Rauchgas zu sammeln.
Im Gegensatz zu den bekannten Systemen ist ein Kondensatwärmeüber­ trager 9 mit dem Sammler 5 für partikelförmiges Material verbunden, um Wärme für das System durch hauptsächlich kondensierenden Wasser­ dampf in dem Rauchgasstrom zurückzugewinnen, der den Trockenwäscher 4 verlassen hat. Dieser durch den Kondensatwärmeübertrager 9 kon­ densierte Wasserdampf stammt sowohl von den Verbrennungsprodukten (Wasserstoff und Feuchtigkeit im Kraftstoff) und von dem im Trockenwä­ scher 4 verdampften Wasser.
Der Kondensatwärmeübertrager 9, der in Fig. 2 veranschaulicht ist, ist luftgekühlt durch die Verwendung eines FD-Gebläses 3, das mit dem Kondensatwärmeübertrager 9 verbunden ist. Fig. 3 veranschaulicht einen Kondensatwärmeübertrager 9a, der durch eine Wasserquelle wassergekühlt ist, wie z. B. ein Turbinenkondensat.
Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, wird das durch den Kondensatwärme­ übertrager 9 (Fig. 2) und 9a (Fig. 3) erzeugte Kondensat durch einen Kondensatrückführkanal 12 zurückgeführt, welcher mit dem Schlammtank 7 verbunden ist, und wird durch eine Kondensatrückführpumpe 10 ge­ pumpt, um die für den Trockenwäscher 4 und das System im allgemei­ nen benötigten Wasseranforderungen zu reduzieren. Außerdem ist eine Turmkolonne 6 mit dem Kondensatwärmeübertrager 9 und 9a, wie in den Fig. 2 bzw. 3 gezeigt, verbunden, damit gereinigtes Rauchgas aus dem System austreten kann.
Fig. 2 veranschaulicht einen Luftkanal 13, der mit dem Kondensatwärme­ übertrager 9 und dem Luftvorwärmer 2 und dem Kessel 1 verbunden ist. Verbrennungsluft wird zuerst als das Arbeitsfluid in dem Kondensatwär­ meübertrager 9 verwendet, wobei die vorgewärmte Luft den Wärmeüber­ trager 9 verläßt und durch den Luftkanal 13 zu dem Luftvorwärmer 2 gerichtet wird, was ähnlich einem Luftvorwärmer eines konventionellen Systems ist, welches seinerseits die erwärmte Luft in den Kessel 1 zurückführt. Gemäß dem durch die vorliegende Erfindung offenbarten System wird die rückgewonnene Wärme an einen Hochdruckdampfkreis­ prozeß des Systems schließlich übertragen.
Fig. 3 veranschaulicht auch ein FD-Gebläse 3, das mit dem Wärmeüber­ trager 2 und dem Kessel 1 ähnlich zu den bekannten Systemen ver­ bunden ist.
Obwohl Kondensatwärmeübertrager als Wärmerückgewinnungsvorrichtungen nicht neu sind, sind sie jedoch in ihrer Anwendung infolge der Bezie­ hung zwischen der Taupunkttemperatur und dem Gasgemisch und der Temperatur des Arbeitsfluids der unteren Wärmequelle, die man im allgemeinen bei Kraftwerken findet, begrenzt. Bei vielen Verbrennungs­ prozessen ist die Taupunkttemperatur zu niedrig, um eine praktische Wärmerückgewinnung durch ein Kondensatsystem zuzulassen. Unter Einschluß eines Trockenwäschers wird der Taupunkt angehoben, was den Kondensatwärmeübertrager praktischer macht.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Erhöhung des Energieerzeu­ gungswirkungsgrades gegenüber bekannten Systemen. Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Einrichtung zum Reduzieren der Wasseraufbe­ reitungsanforderungen für den Trockenwäscher in einem SO₂-Entfernungs­ system bereit.
Während ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt und im Detail beschrieben worden ist, um die Anwendung der Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen, ist klar, daß die Erfindung anderweitig verkörpert sein kann, ohne von derartigen Prinzipien abzuweichen.

Claims (13)

1. System zum Steuern von Schwefeldioxid (SO₂) in einem Rauchgas, das von einem Kessel erzeugt wird, wobei das System aufweist:
einen Luftvorwärmer; der mit dem Kessel zum Kühlen des Rauchga­ ses verbunden ist, welches durch den Kessel erzeugt wird;
eine Schlammquelle;
einen Trockenwäscher, der mit dem Luftvorwärmer und der Schlammquelle zum Aufnehmen des erwärmten Rauchgases und eines Schlammes von der Schlammquelle zum Entfernen von SO₂ aus dem Rauchgas verbunden ist;
eine Sammeleinrichtung für partikelförmiges Material, das mit dem Trockenwäscher zum Sammeln von Partikeln aus dem Rauchgas verbunden ist;
einen Kondensatwärmeübertrager, der mit der Sammeleinrichtung für partikelförmiges Material zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Rauchgas verbunden ist; und
eine Kondensatrückführeinrichtung, die mit dem Kondensatwärme­ übertrager und der Schlammquelle verbunden ist.
2. System nach Anspruch 1, das eine Turmkolonne aufweist, die mit dem Kondensatwärmeübertrager zum Leiten des Rauchgases von dem System verbunden ist.
3. System nach Anspruch 1, bei dem der Kondensatwärmeübertrager durch Luft gekühlt wird.
4. System nach Anspruch 1, bei dem der Kondensatwärmeübertrager durch Wasser gekühlt wird.
5. System nach Anspruch 3, welches eine Einrichtung zum Kanalisieren von Luft von dem Kondensatwärmeübertrager einschließt, der mit dem Luftvorwärmer zum Einleiten von erwärmter Luft in den Kessel verbunden ist.
6. System nach Anspruch 5, bei dem die Sammeleinrichtung für parti­ kelförmiges Material einen Staubabscheider aufweist.
7. System nach Anspruch 3, bei dem ein Gebläse mit dem Kondensat­ wärmeübertrager zum Kühlen der Luft verbunden ist.
8. System nach Anspruch 4, bei dem ein Gebläse mit dem Luftvor­ wärmer verbunden ist.
9. System nach Anspruch 4, bei dem die Sammeleinrichtung für parti­ kelförmiges Material einen Staubabscheider aufweist.
10. Verfahren zum Entfernen von Schwefeldioxid (SO₂) aus einem Rauchgas, das von einem Kessel erzeugt wird, wobei das Verfahren aufweist:
Kühlen des durch den Kessel erzeugten Rauchgases;
Schaffen einer Schlammquelle für einen Trockenwäscher;
Entfernen von SO₂ aus dem Rauchgas in dem Trockenwäscher;
Sammeln von partikelförmigem Material aus dem Rauchgas;
Rückgewinnen von Wärme aus dem Rauchgas in einem Kondensat­ wärmeübertrager; und
Rückführen von Kondensat, das von dem Kondensatwärmeübertrager erzeugt wird, zurück in das System.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Kondensatwärmeübertrager durch Luft gekühlt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Kondensatwärmeübertrager durch Wasser gekühlt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, das ein Kanalisieren von Luft von dem Kondensatwärmeübertrager zurück in den Kessel aufweist.
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