DE69021542T2

DE69021542T2 - Wäsche von Rauchgasen, die von fossilen Brennstoffen stammen.

Info

Publication number: DE69021542T2
Application number: DE1990621542
Authority: DE
Inventors: William Downs
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1990-12-11
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2010-12-12
Also published as: CA2030480A1; DE69021542D1; ES2075170T3; JPH03249914A; EP0437941B1; EP0437941A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Waschen von Rauchgasen einer mit fossilem Brennstoff befeuerten Anlage.
Historisch gesehen arbeitete der Wasserzyklus von Naßwaschverfahren, die bei mit fossilem Brennstoff befeuerten Kesseln verwendet wurden, in offener Weise. Dies bedeutet, daß Wasserspülströme verwendet wurden, die zum Zwecke einer Entfernung löslicher Verunreinigungen aus dem Verfahren dienten. Die betroffene Hauptverunreinigung war Calciumchlorid. Ein einfaches Schema eines offenen Kreislaufverfahrens ist in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung abgebildet.
In Fig. 1 werden Abgase aus einem mit fossilem Brennstoff befeuerten Kessel (nicht gezeigt) über eine Abgasleitung 10 zu einem elektrostatischen Abscheider (ESP) 12 geschickt, wo Staub aus den Rauchgasen entfernt und gesammelt wird. Das staubfreie Gas wird dann durch eine Leitung 14 zu einem Adsorber 16 geschickt, wo Kalk oder Kalksteinschlamm in das Gas mit einer Rückführpumpe 18 gesprüht wird. Frisches Ergänzungswasser wird durch Leitung 20 zu der Pumpe 18 sowie direkt zu dem Absorber 16 überführt. Etwas von dem Schlamm wird durch eine Leitung 22 zu einem Eindicker 24 geschickt, welcher dazu dient, Feststoffe aus dem Schlamm zu konzentrieren. Ein dekantierter Strom mit vermindertem Feststoffgehalt wird über eine Leitung 26 zu dem Absorber 16 zurückgeführt. Ein Schlamm mit hohem Feststoffgehalt aus dem Eindicker 24 wird zu einem Filter 28 überführt, welcher einen Filterkuchen von dem Schlamm entfernt. Einiges der Flüssigkeit wird von dem Eindicker 24 zu dem Absorber zurückgeführt, und einiges wird durch einen Auslaß 30 ausgespült.
Ein Arbeitsbeispiel für die Vorrichtung der Fig. 1 unterhält einen Kessel mit 500 MW mit den Rauchgasen mit einem Schwefelgehalt von 3 Gew.-%. Der Filterkuchen aus dem Filter 28 hat einen Feststoffgehalt von 85 Gew.-%. Der Chlorgehalt in der Kohle zur Befeuerung des Kessels ist 800 ppm und der Chlorgehalt in dem Ausflußwasser 100 ppm. Die erzwungene Oxidation ist hundertprozentig.
Das Ergebnis des Betriebs ergibt einen Chloridgehalt in dem rückgeführten Schlamm von 10 000 ppm mit einem Chloridgehalt in dem resultierenden getrockneten Gips von 1740 ppm. Die Flüssigkeit wurde mit einer Geschwindigkeit von 3,79 x 10,3 m³/sec (60 GPM) mit einem Verringerungsfaktor (alpha) von etwa 1,0 ausgespült.
Seit etwa 1980 wurde ein Arbeiten mit offenem Kreislauf weniger und weniger annehmbar sowohl für die Betreiber dieser Verfahren als auch für die Umweltschützer.
Die Alternative zu einem Arbeiten mit offenem Kreislauf ist ein Arbeiten mit geschlossenem Kreislauf. Die Absicht eines Arbeitens mit geschlossenem Kreislauf ist die, flüssige Ausläufe aus den Verfahren zu begrenzen oder auszuschalten. Die übliche Form eines Arbeitens mit geschlossenem Kreislauf ist die, keinen flüssigen Auslauf austreten zu lassen, ausgenommen freies Wasser, das in dem Filterkuchen (oder Zentrifugenrückstand) verbleibt. Eine Konsequenz eines Arbeitens auf diese Weise ist die, daß die Verunreinigungen in der Waschflüssigkeit zu sehr hohen Konzentrationen konzentriert werden. Fig. 2 der beigefügten Zeichnung ist ein Beispiel der Konzentration von Chloriden in konstantem Zustand, die sich beim Arbeiten mit geschlossenem Kreislauf in der in Fig. 3 der beigefügten Zeichnung gezeigten Weise ansammeln konnten.
In Fig. 3, wo die gleichen Bezugszeichen benutzt werden, um gleiche oder ähnliche Teile zu bezeichnen, kann ein Verfahren mit den gleichen Anfangsbedingungen wie für die Vorrichtung von Fig. 1 arbeiten. Dies führt zu einem Rückführschlamm mit einem Chloridgehalt von 50 000 ppm und einem Chloridgehalt von getrocknetem Gips von 9500 ppm. Der Verringerungsfaktor ist etwa 0,9.
Zwei Probleme ergeben sich aus dieser Methode eines Arbeitens mit geschlossenem Kreislauf. Erstens hat die Anwesenheit hoher Chloridkonzentrationen in dem Waschmedium eine nachteilige Wirkung auf die SO&sub2;-Absorption in dem Wäscher. Diese Tatsache wird in Fig. 4 der beiliegenden Zeichnung erläutert.
Das zweite durch ein Arbeiten mit geschlossenem Kreislauf, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, verursachte Problem besteht darin, daß der Chloridgehalt des Filterkuchens unannehmbar hoch sein kann. Wenn beispielsweise Nebenprodukt Gips für eine Leichtbauplattenherstellung erzeugt wird, liegt der maximal zulässige Chloridgehalt gewöhnlich bei weniger als etwa 400 ppm. Beim Arbeiten in geschlossener Weise konnte diese Vorschrift ohne Waschen des Filterkuchens mit frischem Wasser nicht eingehalten werden. So wird der einzig mögliche Ausgang für Chloride, d. h. mit dem Filterkuchen, ausgeschaltet. Das einzige Mittel zur Steuerung von Chloriden (Rückkehr zu Betrieb mit offenem Kreislauf) ist jenes, einen "gesteuerten" Entnahmestrom einzuschließen, in welchem mit den löslichen Verunreinigungen in solcher Weise verfahren wird, daß diese Verunreinigungen irgendwie verfestigt und nicht direkt als flüssige Abwässer abgegeben werden. Herkömmliche Mittel, dies zu tun, wären eine Entsalzungstechnologie, wie herkömmliche Salzkristallisatoren, oder semipermeable Membranen. Keines von diesen wurde jemals für ein Naßwäscheverfahren konstruiert oder arbeitete hierfür, welches "eine Steuerung" dieses Abnahmestromes erfordert.
Eine Waschvorrichtung zur Entfernung von SO&sub2; aus industriellen Abgasen ist in der US- Patentschrift US-A-3 9895 860 von Mandelik et al beschrieben. Ein Verfahren zur Behandlung von Verbrennungsgasen einschließlich eines Wäschers und Eindickers ist auch in der US- Patentschrift US-A-4 150 096 von Nelms et al beschrieben.
Das Einsprühen von etwas Rückführschlamm in einen Flugaschesammler ist in der US- Patentschrift US-A-4 228 139 von Johnson beschrieben, während die US-Patentschrift US-A- 3 880 629 von Dublin et al beschreibt, daß Schlamm zum Eingang eines Sackgehäuses in einem Glasherstellungsverfahren zurückgeführt werden kann. Ein Waschverfahren mit offenem Kreislauf ist in der US-Patentschrift US-A-4 231 995 von Campbell et al beschrieben.
Die 0ffenlegungsschrift EP-0 244 346 beschreibt ein Verfahren zum Waschen von Rauchgasen, bei dem die Rauchgase zu einem Staubsammler geführt werden, staubfreie Gase zu einem Absorber überführt werden, wo Verbindungen des Gases in einem Schlamm absorbiert werden, indem man das Gas mit einem Waschschlamm besprüht, um einen Produktschlamm zu erzeugen, ein Teil des Produktschlammes in eine Entwässerungsmaschine eingeführt wird, um ein Filtrat zu erzeugen, welchem ein Modifiziermittel zugesetzt wird, bevor es in die ursprüngliche Rauchgasleitung mit hoher Temperatur aufstromwärts von Staubsammler eingesprüht wird, um Feststoffe zu bilden, die in dem Staubsammler gesammelt werden.
Die Offenlegungsschrift EP-A-0 263 317 beschreibt die Möglichkeit eines Einschlusses eines Vorwäschers und erwähnt, daß es erwünscht ist, Chloride daran zu hindern, in eine Absorptionsstufe überführt zu werden. In einem Vorwäschersumpf, in welchem die Sulfite zu Sulfaten oxidiert werden, wird ein pH-Wert zwischen 4 und 5 aufrechterhalten.
Gemäß der Erfindung bekommt man ein Verfahren zum Waschen von Rauchgasen, die insbesondere SO2 umfassen und von einer mit einem fossilen Brennstoff befeuerten Anlage erzeugt wurden, mit den Stufen, in denen man
a) die Rauchgase durch eine Rauchgasleitung 10 zu einem Staubsammler 12 führt, um Staub aus den Rauchgasen zu entfernen, wobei so staubfreie Gase erzeugt werden,
b) die staubfreien Gase zu einem Vorwäscher 34 führt, um HCI mit einem Schlamm auszuwaschen, wobei der Vorwäscher bei einem pH-Wert zwischen 4,0 und 4,5 arbeitet, dabei wesentliche SO&sub2;-Absorption verhindert, etwas von dem Vorwäscherschlamm zu einem Eingang des Vorwäschers zurückführt und etwas von dem Vorwäscherschlamm, welcher reich an Chloriden ist, durch eine Entnahmeleitung 36 zu der Rauchgasleitung überführt und in die Rauchgase in der Rauchgasleitung aufstromwärts von dem Staubsammler einsprüht, den versprühten Schlamm trocknet und als Teilchen in dem Staubsammler niederschlägt, den durch das Versprühen erzeugten Rauchgastemperaturabfall auf weniger als etwa 11,1 ºC begrenzt,
c) die staubfreien Gase am Ausgang des Vorwäschers zu einem Absorber 16 überführt, um die Gase mit einem Schlamm zu waschen, etwas von dem Absorberschlamm zu einem Eingang des Absorbers zurückführt und etwas von dem Absorberschlamm zu einem Eindicker 24 überführt, um den Schlamm einzudicken und dabei einen Strom mit hohem Feststoffgehalt und einen Strom mit niedrigem Feststoffgehalt zu bekommen, den Strom mit niedrigem Feststoffgehalt zu dem Absorber zurückführt, den Strom mit hohem Feststoffgehalt zu einem Filter 28 überführt, aus welchem ein Filterkuchen und ein Auslaufstrom erhalten werden, und den Auslaufstrom zu dem Eindicker zurückführt.
So wird ein Entnahmestrom aus dem Naßwäscher zu einer Position aufstromwärts von dem Staubsammler umgelenkt, und dieser wäßrige Strom wird vorzugsweise in das Rauchgas als ein fein atomisierter Sprühstrahl eingespritzt und zur Trockene eingedampft. Die eingedampften Tröpfchen werden getrocknete Teilchen, die leicht von dem Staubsammler eingefangen werden. Die Feinstoffe umfassen gewöhnlich Calcium- und Natriumchloride, und der Staubsammler ist gewöhnlich ein elektrostatischer Abscheider (ESP) oder Sackgehäuse. Um einen negativen Einfluß auf den Betrieb des Staubsammlers zu vermeiden, muß die Menge an wäßriger Lösung, die aufstromwärts von dem Staubsammler in das Rauchgas gesprüht wird, minimiert werden, um zu verhindern, daß das Rauchgas zu kühl und feucht wird. Der durch das Besprühen verursachte Temperaturabfall wird auf weniger als 11,1 ºC (20 ºF) begrenzt, indem man sich den Chloridgehalt bis zu hohen Konzentrationen ansammeln läßt, während man in einer Weise mit geschlossener Schleife ohne Abnahmestrom arbeitet. Das meiste der Chloride wird gesammelt, bevor sie den Absorber erreichen können.
Die vorliegende Erfindung kann die folgenden Vorteile gegenüber herkömmlichen Rauchgasentschwefelungssystemen mit Kalk/Kalkstein-Naßwäsche ergeben:
Ein Arbeiten mit geschlossener Schleife kann ohne Abgabe wäßriger Entnahmeströme aus dem Kraftwerk erreicht werden.
Gips von Leichtbauplattenqualität in bezug auf lösliche Verunreinigungen kann mit minimalem oder gar keinem Waschen von Filterkuchen erhalten werden.
Die Erfindung kann Vorteile gegenüber herkömmlichen Entsalzungstechnologien haben, wie folgt:
Die Energieerfordernisse für eine Entsorgung des Abnahmestromes können fast vollständig durch Abwärme aus dem Kessel befriedigt werden. Ein Salzkristallisator würde andererseits Wasserdampf erfordern.
Die Anlagenkapitalerfordernisse können im Vergleich mit einer Entsalzungsanlage sehr klein sein. Alles, was erforderlich ist, ist eine Reihe von Sprühdüsen und eine Quelle für Druckluft für pneumatische Atomisierung. Nur zwei bis drei Atomisiereinrichtungen je 100 MW erzeugender Kapazität wären typischerweise erforderlich. Die Technologie einer Befeuchtung in der Leitung der Babcock & Wilcox Company ist für diesen Zweck gut geeignet.
Es ist keine getrennte Handhabung eines festen Abfallstromes erforderlich, da die Feststoffe mit der Flugasche vermischt werden. Da der vorherrschende Bestandteil Calciumchlorid ist, beeinflußt das Vermischen dieser Feststoffe keineswegs die Abfalleinstufung der Flugasche.
Die Erfindung wird beispielhalber in der beiliegenden Zeichnung schematisch erläutert, in welcher
Fig. 1 eine schematische Wiedergabe eines Rauchgaswäschers mit offenem Kreislauf bisher vorgeschlagener Art ist,
Fig. 2 eine graphische Darstellung ist, die den Einfluß einer Schlammentwässerung auf die konstanten Chloridgehalte in einem Betrieb mit geschlossenem Kreislauf zum Waschen von Rauchgasen nach bisher vorgeschlagener Art zeigt,
Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 ist, die eine Vorrichtung zur Bewirkung eines Betriebes mit geschlossenem Kreislauf nach bisher vorgeschlagener Art zeigt,
Fig. 4 eine Zusammenstellung von graphischen Darstellungen ist, die die natürliche Oxidation und grobe Vermahlung erläutert, welche man bei einem Arbeiten mit geschlossenem Kreislauf nach bisher vorgeschlagener Art bekommt, und
Fig. 5 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 ist, die eine Vorrichtung nach der Erfindung zur Durchführung einer Naßwaschmethode zeigt.
Bezieht man sich nun auf Fig. 5, so werden in der Naßwäsche von Rauchgasen von einer mit einem fossilen Brennstoff befeuerten Anlage die Rauchgase durch eine Rauchgasleitung 10 mit einer Einlaßtemperatur Tu und einer Auslaßtemperatur TD zu einer Staubsammlereinrichtung, wie einem elektrostatischen Abscheider (ESP) 1 2, einem Sackgehäuse oder einer anderen Staubsammeleinrichtung überführt. Das staubfreie Gas wird durch eine Leitung 14 zu einem Vorwäscher 34 geführt, welcher mit einer Rückführpumpe 48 mit wäßriger Waschflüssigkeit aus einem Sumpf 44 des Vorwäschers 34 gespeist wird. Die wäßrige Waschflüssigkeit ist tatsächlich ein Schlamm von Wasser, Calciumcarbonat oder -hydroxid, Calciumsulfit, Calciumsulfat und einer kleinen Menge Flugasche. Das vorgewaschene Gas wird danach einem Hauptabsorber oder Wäscher 16 zugeführt, wo das Gas mit weiterer Waschflüssigkeit, die mit einer Pumpe 18 durch eine Leitung 38 zugeführt wird, versprüht wird.
Wie mit der Vorrichtung der Fig. 1 und 3, wo die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden, um die gleichen oder ähnliche Teile wie jene in Fig. 5 zu kennzeichnen, wird ergänzendes Frischwasser durch die Leitungen 20 zu dem Absorber 16 geführt.
Etwas von dem Schlamm aus dem Sumpf 40 des Absorbers 16 wird einem Eindicker 24 zugeführt, welcher einen Strom mit hohem Feststoffgehalt von einem Strom mit niedrigem Feststoffgehalt abtrennt. Der Strom mit niedrigem Feststoffgehalt wird durch eine Leitung 45 zu einem Sumpf 40 des Wäschers 16 zurückgeführt, während der Strom mit hohem Feststoffgehalt mit einer Pumpe 47 zu einem Filter 28 gepumpt wird, wo ein Filterkuchen aus dem Strom entfernt wird. Der Auslauf des Stromes wird über eine Leitung 32 zu dem Eindicker 24 zurückgeführt.
Der Temperaturabfall Tu - TD in der Rauchgasleitung ist auf etwa 11,1 ºC (20 ºF) begrenzt, um die nachteiligen Wirkungen eines Systems mit geschlossenem Kreislauf zu vermeiden. Der Vorwäscher 34 arbeitet bei einem pH-Wert von 4,0 bis 4,5, um wesentliche SO&sub2;- Absorption zu verhindern, während HCI noch wirksam ausgewaschen wird.
In einem Beispiel des Betriebs der Vorrichtung von Fig. 5 erzeugt eine Anlage von 500 MW Rauchgase mit einem Schwefelgehalt von 3 Gew.-%. Filterkuchen enthält 85 Gew.-% Feststoffe mit einem Kohlechloridgehalt von 800 ppm und einem Wasserchloridgehalt von 100 ppm. Der resultierende rückgeführte Schlamm hat einen Chloridgehalt von nur 700 ppm, wobei der Chloridgehalt des trockenen Gipses nur 125 ppm beträgt. Der Spülstrom floß mit 1,77 x 10,3 m³/sec (28 GPM), und der Druckabfall Tu - TD war 6,1 ºC (11 ºF).

Claims

1. Verfahren zum Waschen von Rauchgasen, die insbesondere SO&sub2; umfassen und von einer mit einem fossilen Brennstoff befeuerten Anlage erzeugt wurden, mit den Stufen, in denen man

a) die Rauchgase durch eine Rauchgasleitung (10) zu einem Staubsammler (12) führt, um Staub aus den Rauchgasen zu entfernen, wobei so staubfreie Gase erzeugt werden,

b) die staubfreien Gase zu einem Vorwäscher (34) führt, um HCl mit einem Schlamm auszuwaschen, wobei der Vorwäscher bei einem pH-Wert zwischen 4,0 und 4,5 arbeitet, dabei wesentliche SO&sub2;-Absorption verhindert, etwas von dem Vorwäscherschlamm zu einem Eingang des Vorwäschers zurückführt und etwas von dem Vorwäscherschlamm, welcher reich an Chloriden ist, durch eine Entnahmeleitung (36) zu der Rauchgasleitung überführt und in die Rauchgase in der Rauchgasleitung aufstromwärts von dem Staubsammler einsprüht, den versprühten Schlamm trocknet und als Teilchen in dem Staubsammler niederschlägt, den durch das Versprühen erzeugten Rauchgastemperaturabfall auf weniger als etwa 11,1 ºC begrenzt,

c) die staubfreien Gase am Ausgang des Vorwäschers zu einem Absorber (16) überführt, um die Gase mit einem Schlamm zu waschen, etwas von dem Absorberschlamm zu einem Eingang des Absorbers zurückführt und etwas von dem Absorberschlamm zu einem Eindicker (24) überführt, um den Schlamm einzudicken und dabei einen Strom mit hohem Feststoffgehalt und einen Strom mit niedrigem Feststoffgehalt zu bekommen, den Strom mit niedrigem Feststoffgehalt zu dem Absorber zurückführt, den Strom mit hohem Feststoffgehalt zu einem Filter (28) überführt, aus welchem ein Filterkuchen und ein Auslaufstrom erhalten werden, und den Auslaufstrom zu dem Eindicker zurückführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Staubsammler (12) ein elektrostatischer Abscheider ist.