DE69120927T2 - Process and plant for the treatment of exhaust gas in a boiler - Google Patents
Process and plant for the treatment of exhaust gas in a boilerInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein(e) Behandlungsverfahren und -anlage zum Entfernen von Staub und Sox aus einem Abgas bei einem kohlebefeuerten Heizkessel.The present invention relates to a treatment method and system for removing dust and sox from an exhaust gas of a coal-fired boiler.
Die Fig. 4 und 5 sind Blockdiagramme von herkömmlichen Anlagen zum Entfernen von Staub und Sox aus einem Abgas bei einem kohlebefeuerten Heizkessel.Figures 4 and 5 are block diagrams of conventional systems for removing dust and sox from an exhaust gas from a coal-fired boiler.
Gemäß Fig. 4 enthält eine Anlage einen kohlebefeuerten Heizkessel 1. Die Temperatur des Abgases vom Heizkessel 1 wird in einem Luftvorwärmer 2 auf 120 - 160ºC gesenkt. Dem Abgas wird in einem elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat 4 Staub entzogen, bis dessen Konzentration auf etwa 100 mg/m³N oder geringfügig höher verringert ist. Eine Wärmerückgewinnung erfolgt in einem regenerativen Gas-Gasheizer 7. Danach wird die Temperatur des Abgases in einer Kühl/Staubentfernungssektion 6a einer Naßentschwefelungseinheit 6 auf seine Sättigungstemperatur gesenkt, und dem Abgas wird weiterer Staub entzogen. Außerdem wird in einer Sox-Absorbiersektion 6b die Sox-Konzentration reduziert. Schließlich wird das Abgas im Gas-Gasheizer 7 wiedererwärmt und dann zu einem Schornstein, d.h. einer Esse, geleitet.According to Fig. 4, a plant comprises a coal-fired boiler 1. The temperature of the exhaust gas from the boiler 1 is reduced to 120 - 160ºC in an air preheater 2. Dust is removed from the exhaust gas in an electrostatic dry precipitator 4 until its concentration is reduced to about 100 mg/m³N or slightly higher. Heat recovery takes place in a regenerative gas-gas heater 7. The temperature of the exhaust gas is then reduced to its saturation temperature in a cooling/dust removal section 6a of a wet desulfurization unit 6 and further dust is removed from the exhaust gas. In addition, dust is removed from the exhaust gas in a Sox absorbing section 6b reduces the Sox concentration. Finally, the exhaust gas is reheated in the gas heater 7 and then led to a chimney, ie a flue.
Diese bisherige Anlage ist mit den folgenden Problemen behaftet:This current system has the following problems:
(1) Gemäß Fig. 6 ist die Temperatur des Abgases im elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat hoch; der spezifische Widerstand von Staub, der bei der Verbrennung einiger Kohlesorten anfällt, beträgt mehr als 10¹¹ Ω-cm. Wenn der spezifische Widerstand des Staubs 10¹¹ Ω-cm übersteigt, tritt im elektrostatischen Ausfällapparat eine Umkehrionisierung (reverse ionization) auf, wodurch die Leistung des elektrostatischen Ausfällapparats erheblich beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund benötigt man einen großen elektrostatischen Ausfällapparat zum Sammeln von Staub in einer erforderlichen Menge.(1) According to Fig. 6, the temperature of exhaust gas in the dry electrostatic precipitator is high; the specific resistance of dust generated by the combustion of some coals is more than 10¹¹ Ω-cm. When the specific resistance of dust exceeds 10¹¹ Ω-cm, reverse ionization occurs in the electrostatic precipitator, which seriously affects the performance of the electrostatic precipitator. For this reason, a large electrostatic precipitator is required to collect dust in a required amount.
(2) Wenn die Konzentration an Staub am Auslaß des elektrostatischen Ausfällapparats auf 100 mg/m³N oder darunter verringert wird bzw. ist, wird SO&sub3; atomisiert bzw. zerstäubt, während das Abgas durch den Gas-Gasheizer gekühlt wird. Derart zerstäubtes SO&sub3; lagert sich dann im Gas-Gasheizer ab, was zu Korrosion desselben führt. Aus diesem Grund ist es nötig, die Staubkonzentration auf über 100 mg/m³N zu erhöhen, um SO&sub3; zu neutralisieren. Infolgedessen beträgt die Staubkonzentration am Auslaß der Entschwefelungseinheit 6 etwa 20 mg/m³N. Im Gas-Gasheizer 7 tritt eine Gasleckage (etwa 10 %) auf. Daher ist die Staubkonzentration am Einlaß des Schornsteins nur auf bis zu 30 mg/m³N (herab) reduziert.(2) When the concentration of dust at the outlet of the electrostatic precipitator is reduced to 100 mg/m³N or less, SO₃ is atomized while the exhaust gas is cooled by the gas-gas heater. SO₃ thus atomized is deposited in the gas-gas heater, causing corrosion of the same. For this reason, it is necessary to increase the dust concentration to over 100 mg/m³N in order to neutralize SO₃. As a result, the dust concentration at the outlet of the desulfurization unit 6 is about 20 mg/m³N. Gas leakage (about 10%) occurs in the gas-gas heater 7. Therefore, the dust concentration at the inlet of the chimney is only reduced to 30 mg/m³N.
(3) Die Entschwefelungseinheit wendet die Kalk(Kalkstein)-Gipsmethode an. Bei Verwendung von Gips, wie gesammelt oder gewonnen, ist seine Güte durch damit vermischten Staub beeinträchtigt. Um die Reinheit des Gipses auf einer vorbestimmten Größe zu halten, muß die Entschwefelungseinheit von einem sog. Doppelturmtyp mit einer Kühl/Staubentfernungssektion 6a und einer Absorbiersektion 6b sein. Dies bedingt einen vergrößerten Raumbedarf und eine Erhöhung der Erstellungskosten.(3) The desulfurization unit uses the lime (limestone) gypsum method. When gypsum as collected or mined is used, its quality is affected by dust mixed with it. In order to maintain the purity of the gypsum at a predetermined level, the desulfurization unit must be of a so-called double tower type with a cooling/dust removal section 6a and an absorbing section 6b. This requires an increased space requirement and an increase in construction costs.
In Fig. 5 ist eine Anlage dargestellt, welche die Staubkonzentration auf z.B. 10 mg/m³N zu verringern vermag. Diese Anlage umfaßt einen leckfreien Gas-Gasheizer, in welchem ein Wärmeaustausch über ein Heizmedium erfolgt. Diese Anlage unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 4 dadurch, daß eine Wärmerückgewinnungssektion 3a von einer Nachwärmsektion 3b getrennt und ein elektrostatischer Naß-Ausfällapparat 8 dem Reinigungsapparat (purifier) 6 nachgeschaltet ist. Diese Anlage krankt jedoch (ebenfalls) an den obigen Problemen (1) und (3). Ein kritischeres Problem dieser Anlage ist jedoch, daß der elektrostatische Naß-Ausfällapparat 8 einen großen Raumbedarf aufweist, was zu einer Erhöhung der Erstellungskosten der Anlage führt.Fig. 5 shows a system that can reduce the dust concentration to e.g. 10 mg/m³N. This system comprises a leak-free gas-gas heater in which heat is exchanged via a heating medium. This system differs from that shown in Fig. 4 in that a heat recovery section 3a is separated from a reheating section 3b and an electrostatic wet precipitator 8 is connected downstream of the purifier 6. However, this system (also) suffers from the above problems (1) and (3). A more critical problem with this system is that the electrostatic wet precipitator 8 requires a lot of space, which leads to an increase in the construction costs of the system.
Ein bisheriges Verfahren und eine bisherige Vorrichtung für Wärmerückgewinnung aus heißen Abgasen von einem mit schwefelhaltigem Brennstoff befeuerten Heizkessel ist in der FR-2 550 610 A1 offenbart. In dieser bekannten Anlage wird das Abgas vom Heizkessel durch einen Luftvorwärmer, einen Wärmetauscher, einen Teilchenausfällapparat, eine Wärmerückgewinnungseinheit und eine Entschwefelungseinheit geleitet. Bei dieser Anlage sind der Wärmetauscher für den Austausch der Wärme des Abgases mit einem dem Heizkessel zugeführten Frischluftstrom und ein Wärmetauscher für Wärmeaustausch mit Heizkesselwasser als Wärmerückgewinnungseinheiten dem elektrostatischen Ausfällapparat vorgeschaltet. Vor dem Eintritt in den elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat für Staubbeseitigung wird das Abgas auf 140 - 175ºC abgekühlt, sofern ein regulärer Ausfällapparat und nicht ein solcher, der gegen Schwefelsäure beständig ist, eingesetzt wird. Durch Einstellen der Gastemperatur auf eine Größe von über 140ºC als die Kondensationstemperatur von Schwefelsäure wird der Angriff des Ausfällapparats und des vorgeschalteten Vorwärmers sowie der Wärmerückgewinnungsvorrichtungen vermieden.A previous method and device for heat recovery from hot exhaust gases from a boiler fired with sulphurous fuel is disclosed in FR-2 550 610 A1. In this known system, the exhaust gas from the boiler is passed through an air preheater, a heat exchanger, a particle precipitation device, a heat recovery unit and a desulfurization unit. In this system, the heat exchanger for exchanging the heat of the exhaust gas with a fresh air flow supplied to the boiler is and a heat exchanger for heat exchange with boiler water as heat recovery units upstream of the electrostatic precipitator. Before entering the electrostatic dry precipitator for dust removal, the exhaust gas is cooled to 140 - 175ºC if a regular precipitator and not one resistant to sulphuric acid is used. By setting the gas temperature to a level higher than 140ºC as the condensation temperature of sulphuric acid, the attack of the precipitator and the upstream preheater and heat recovery devices is avoided.
Ein Verfahren zum Reinigen von Abgasen von einer Sintermaschine einer Eisenherstellungsanlage ist in der AU-B 500 466 beschrieben. Dieses Dokument gibt an, daß die Reinigung von Abgas einer Temperatur von 120 - 180ºC mit einem elektrostatischen Ausfällapparat sehr schwierig ist, und es schlägt ein Verfahren vor, bei dem das Gas vor dem Eintritt in den Ausfällapparat auf einer Temperatur von etwa 110ºC und bei einem Taupunkt von 50ºC sein sollte, um damit den elektrischen Widerstand des Staubs zu verringern und die Verwendung eines kleineren Ausfällapparats für einen gegebenen Durchsatz zu erlauben. Es ist zu beachten, daß die Abgase von einer Sinteranlage sich bezüglich Temperatur und Teilchenzusammensetzung erheblich von den bei der vorliegenden Erfindung in Frage stehenden Abgasen unterscheiden.A method for cleaning exhaust gases from a sintering machine of an iron production plant is described in AU-B 500 466. This document states that cleaning exhaust gases at a temperature of 120 - 180°C with an electrostatic precipitator is very difficult and it suggests a method in which the gas should be at a temperature of about 110°C and at a dew point of 50°C before entering the precipitator, so as to reduce the electrical resistance of the dust and to allow the use of a smaller precipitator for a given throughput. It should be noted that the exhaust gases from a sintering plant differ considerably in temperature and particle composition from the exhaust gases in question in the present invention.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Anlage und eines Verfahrens zum Behandeln von Abgas, mit denen die beim Stand der Technik auftretenden, oben geschilderten Probleme gelöst werden können und welche die folgenden Anforderungen zu erfüllen vermögen:The object of the present invention is to provide a system and a method for treating of exhaust gases, which can solve the problems described above arising from the state of the art and which can meet the following requirements:
(1) Ein elektrostatischer Trocken-Ausfällapparat (soll) kann unabhängig von den Sorten der verwendeten Kohlen seine hohe Leistung aufrechterhalten und kompakt ausgebildet sein.(1) An electrostatic dry precipitator (should) be able to maintain its high performance regardless of the types of coal used and be compact.
(2) Die dem elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat nachgeschalteten Einheiten sollen nicht nachteilig beeinflußt werden, wenn die Staubkonzentration am Auslaß vom elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat ungefähr unter 100 mg/m³N liegt.(2) The units downstream of the electrostatic dry precipitator should not be adversely affected if the dust concentration at the outlet from the electrostatic dry precipitator is approximately below 100 mg/m³N.
(3) Die Staubkonzentration am Einlaß der Entschwefelungseinheit kann in dem Maße gesenkt werden, daß die Güte des Gipses auf einer vorbestimmten Größe gehalten wird, wenn mit dem in einer Einzelturm-Entschwefelungseinheit, bei welcher die Kühl/Gasentfernungssektion und die Absorbiersektion zusammengefaßt sind, gesammelten Gips Staub vermischt ist.(3) The dust concentration at the inlet of the desulfurization unit can be reduced to the extent that the quality of gypsum is maintained at a predetermined level if dust is mixed with the gypsum collected in a single-tower desulfurization unit in which the cooling/gas removal section and the absorbing section are combined.
(4) Die Staubkonzentration am Einlaß eines Schornsteins kann (soll) ohne die Notwendigkeit für einen elektrostatischen Naß-Ausfällapparat auf unter 10 mg/m³N gesenkt werden.(4) The dust concentration at the inlet of a stack can (should) be reduced to below 10 mg/m³N without the need for an electrostatic wet precipitator.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Behandeln von Abgas in einem kohlebefeuerten Heizkessel, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt: Kühlen des Abgases vom kohlebefeuerten Heizkessel auf eine Temperatur zwischen 80º und 110ºC durch Leiten des Abgases durch einen Luftvorwärmer des Heizkessels und eine Wärmerückgewinnungssektion eines leckfreien Gas- Gasheizers, anschließendes Verringern der Konzentration an Staub im Abgas auf 100 mg/m³N durch Leiten des Gases durch einen elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat, danach erfolgendes Reduzieren von Sox im Abgas durch Führen des Abgases durch eine Entschwefelungseinheit und anschließendes Erwärmen des Abgases und Verringern seiner Staubkonzentration auf 10 mg/m³N oder weniger durch Führen des Abgases durch eine Nachwärmsektion des Gas-Gasheizers, der von dem ein in einer Heizmediumleitung strömendes Heizmedium verwendenden Typ ist.The invention relates to a method for treating exhaust gas in a coal-fired boiler, which method comprises the following steps: cooling the exhaust gas from the coal-fired boiler to a temperature between 80º and 110ºC by passing the exhaust gas through a boiler air preheater and a heat recovery section of a leak-free gas-gas heater, then reducing the concentration of dust in the exhaust gas to 100 mg/m³N by passing the gas through an electrostatic dry precipitator, then reducing Sox in the exhaust gas by passing the exhaust gas through a desulfurization unit, and then heating the exhaust gas and reducing its dust concentration to 10 mg/m³N or less by passing the exhaust gas through a reheat section of the gas-gas heater which is of the type using a heating medium flowing in a heating medium line.
Gegenstand dieser Erfindung ist auch eine Anlage zum Behandeln von Abgas in einem kohlebefeuerten Heizkessel, umfassend: einen Luftvorwärmer des Heizkessels, einen leckfreien Gas-Gasheizer mit einer Wärmerückgewinnungssektion und einer Nachwärmsektion, durch welche Heizmedium umgewälzt wird, einen elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat und eine Entschwefelungseinheit, die sämtlich in einem Gaszug des Heizkessels angeordnet sind, wobei der Luftvorwärmer an einer stromaufseitigen bzw. vorgeschalteten Stelle im Gaszug angeordnet ist, um die Temperatur des Abgases auf eine vorbestimmte Temperatur zu senken, die Wärmerückgewinnungssektion des Gas-Gasheizers dem Luftvorwärmer im Gaszug nachgeschaltet ist, um die Temperatur des Abgases weiter zu senken, der elektrostatische Trocken-Ausfällapparat der Wärmerückgewinnungssektion im Gaszug nachgeschaltet ist, um die Staubkonzentration im Abgas auf eine vorbestimmte Größe zu verringern, die Entschwefelungseinheit dem elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat im Gaszug nachgeschaltet ist, um die Sox-Konzentration im Abgas zu reduzieren und seine Temperatur sowie die Staubkonzentration darin weiter zu verringern, und die Nachwärmsektion des Gas-Gasheizers der Entschwefelungseinheit im Gaszug nachgeschaltet ist, um das in der Entschwefelungseinheit entschwefelte Abgas wieder zu erwärmen.The subject of this invention is also a system for treating exhaust gas in a coal-fired boiler, comprising: an air preheater of the boiler, a leak-free gas-gas heater with a heat recovery section and a reheating section through which heating medium is circulated, an electrostatic dry precipitator and a desulfurization unit, all of which are arranged in a gas flue of the boiler, wherein the air preheater is arranged at an upstream or upstream point in the gas flue in order to reduce the temperature of the exhaust gas to a predetermined temperature, the heat recovery section of the gas-gas heater is arranged downstream of the air preheater in the gas flue in order to further reduce the temperature of the exhaust gas, the electrostatic dry precipitator is arranged downstream of the heat recovery section in the gas flue in order to reduce the dust concentration in the exhaust gas to a predetermined level, the desulfurization unit is arranged downstream of the electrostatic dry precipitator in the gas flue to reduce the Sox concentration in the exhaust gas and further reduce its temperature and dust concentration therein, and the Reheating section of the gas heater is connected downstream of the desulfurization unit in the gas flue to reheat the exhaust gas desulfurized in the desulfurization unit.
Erfindungsgemäß ist die Wärmerückgewinnungseinheit dem elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat vorgeschaltet (stromauf desselben angeordnet), um die Temperatur des Abgases am Einlaß des elektrostatischen Ausfällapparats auf 80 - 110ºC zu senken. Dies führt zu einer entsprechenden Minderung des spezifischen Widerstands des Staubs, wodurch eine Umkehrionisierung im elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat vermieden und dessen Leistung verbessert werden. Bei dieser Anordnung krankt die Wärmerückgewinnungseinheit nicht an Korrosion aufgrund von SO&sub3;, wenn die Staubkonzentration im elektrostatischen Ausfällapparat auf 100 mg/m³N reduziert wird oder ist, weil die Wärmerückgewinnungseinheit dem elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat nicht nachgeschaltet ist. Da der elektrostatische Trocken- Ausfällapparat die Staubkonzentration beträchtlich zu vermindern vermag, benötigt die Entschwefelungseinheit keine getrennte Kühl/Staubentfernungssektion, und sie kann vom Einzelturmtyp sein. Außerdem wird auch kein elektrostatischer Naß-Ausfällapparat benötigt.According to the invention, the heat recovery unit is arranged upstream of the electrostatic dry precipitator to reduce the temperature of the exhaust gas at the inlet of the electrostatic dry precipitator to 80 - 110ºC. This leads to a corresponding reduction in the specific resistance of the dust, thereby avoiding reverse ionization in the electrostatic dry precipitator and improving its performance. With this arrangement, the heat recovery unit does not suffer from corrosion due to SO₃ when the dust concentration in the electrostatic dry precipitator is or is reduced to 100 mg/m³N because the heat recovery unit is not arranged downstream of the electrostatic dry precipitator. Since the dry electrostatic precipitator can reduce the dust concentration considerably, the desulfurization unit does not require a separate cooling/dust removal section and can be of the single tower type. In addition, a wet electrostatic precipitator is also not required.
Weiterhin kann erfindungsgemäß durch aufeinanderfolgendes Schließen der mehreren parallelen Durchgänge im elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat und Rütteln bzw. Schlagen ohne Ladung die Dispersion oder Verteilung von Staub beträchtlich verringert werden, wodurch die Leistung des elektrostatischen Ausfällapparats verbessert wird.Furthermore, according to the invention, by sequentially closing the plurality of parallel passages in the electrostatic dry precipitator and shaking or striking without charge, the dispersion or distribution of dust can be considerably reduced, thereby improving the performance of the electrostatic precipitator.
Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:A better understanding of this invention will be obtained from the following description of a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Anlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,Fig. 1 is a block diagram of a system according to an embodiment of the present invention,
Fig. 2 eine schematische lotrechte (Schnitt-)Darstellung eines in der Anlage nach Fig. 1 enthaltenen elektrostatischen Trocken- Ausfällapparats,Fig. 2 is a schematic vertical (sectional) representation of an electrostatic dry precipitation device contained in the system according to Fig. 1,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Strömungsmenge von Abgas in Abhängigkeit vom Gasverhältnis,Fig. 3 a graphical representation of the flow rate of exhaust gas depending on the gas ratio,
Fig. 4 und 5 Blockdiagramme herkömmlicher Anlagen zur Behandlung von Abgas bei einem kohlebefeuerten Heizkessel,Fig. 4 and 5 Block diagrams of conventional systems for treating exhaust gas from a coal-fired boiler,
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Temperatur von Abgas in Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand des Staubs,Fig. 6 a graphical representation of the temperature of exhaust gas as a function of the specific resistance of the dust,
Fig. 7 eine graphische Darstellung der Ergebnisse eines Tests, d.h. der Beziehung zwischen der Temperatur des Abgases und der Staubsammelmenge im elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat,Fig. 7 is a graphical representation of the results of a test, i.e. the relationship between the temperature of the exhaust gas and the amount of dust collected in the electrostatic dry precipitator,
Fig. 8 eine graphische Darstellung der Zeit nach dem Durchführen eines Rüttelns oder Schlagens ohne Ladung in Abhängigkeit von der Staubkonzentration am Auslaß des elektrostatischen Trocken-Ausfällapparats,Fig. 8 is a graphical representation of the time after performing a shaking or beating without charge as a function of the dust concentration at the outlet of the electrostatic dry precipitator,
Fig. 9 eine graphische Darstellung der Strömungsgeschwindigkeit von Abgas im elektrostatischen Ausfällapparat in Abhängigkeit von der Staubkonzentration am Auslaß des elektrostatischen Trocken-Ausfällapparats undFig. 9 is a graphical representation of the flow rate of exhaust gas in the electrostatic precipitator as a function of the dust concentration at the outlet of the electrostatic dry precipitator and
Fig. 10 eine graphische Darstellung der Staubsammelkennlinien der Entschwefelung bei der erfindungsgemäßen Anlage bzw. der bisherigen Anlage.Fig. 10 is a graphical representation of the dust collection characteristics of the desulfurization in the inventive system and the previous system.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Anlage gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Fig. 2 ist eine schematische lotrechte Schnittdarstellung eines elektrostatischen Trocken-Ausfällapparats. Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Strömungsmenge an Abgas unter der Steuerung des elektrostatischen Trocken-Ausfällapparats nach Fig. 2.Fig. 1 is a block diagram of a plant according to an embodiment of this invention. Fig. 2 is a schematic vertical sectional view of an electrostatic dry precipitator. Fig. 3 is a graphical representation of the flow rate of exhaust gas under the control of the electrostatic dry precipitator of Fig. 2.
Fig. 1 zeigt eine Anlage mit einem kohlebefeuerten Heizkessel 1. Abgas vom Heizkessel 1 enthält Sox und Staub. Die Temperatur des Abgases wird in einem Luftvorwärmer 2 auf 120 - 160ºC gesenkt. Ein Gas-Gasheizer 3a ist vom leckfreien Typ und benutzt ein Heizmedium; er enthält eine Wärmerückgewinnungssektion 3a, in welcher die Temperatur des Abgases weiter auf 80 - 110ºC gesenkt wird. Die Staubkonzentration wird in einem elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat 4 auf 100 mg/m³N verringert. Ein weiteres Entfernen von Staub aus dem Abgas erfolgt in einer Entschwefelungseinheit 5; diese ist vom Einzelturmtyp und wendet die Kalk-Gipsmethode an; die Einheit 5 verringert die Sox-Konzentration auf eine vorbestimmte Größe. Das auf eine Sättigungstemperatur gekühlte Abgas wird dann in einer Nachwärmsektion 3b des leckfreien Gas-Gasheizers erneut erwärmt und zu einer Esse geleitet.Fig. 1 shows a plant with a coal-fired boiler 1. Exhaust gas from the boiler 1 contains sox and dust. The temperature of the exhaust gas is reduced to 120 - 160ºC in an air preheater 2. A gas-gas heater 3a is of the leak-free type and uses a heating medium; it contains a heat recovery section 3a in which the temperature of the exhaust gas is further reduced to 80 - 110ºC. The dust concentration is reduced to 100 mg/m³N in an electrostatic dry precipitator 4. Further removal of dust from the flue gas is carried out in a desulfurization unit 5; this is of the single tower type and uses the lime-gypsum method; the unit 5 reduces the Sox concentration to a predetermined level. The flue gas cooled to a saturation temperature is then reheated in a reheat section 3b of the leak-free gas-gas heater and passed to a furnace.
Eine Entstickungseinheit oder ein Gasgebläse (Saug- oder Druckgebläse), die bzw. das zwischen dem Heizkessel 1 und dem Luft(vor)wärmer 2 angeordnet sein kann, und eine Heizmediumleitung des Gas-Gasheizers sind in Fig. 1 nicht dargestellt.A denitrification unit or a gas blower (suction or pressure blower), which can be arranged between the boiler 1 and the air (pre)heater 2, and a heating medium line of the gas-gas heater are not shown in Fig. 1.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wärmerückgewinnungssektion 3a des Gas-Gasheizers dem elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat 4 vorgeschaltet (stromauf desselben angeordnet), um die Temperatur des Abgases auf 80 - 110ºC, verglichen mit 120 - 160ºC bei herkömmlichen Anlagen, zu senken. Auf diese Weise wird der spezifische Widerstand von Staub, unabhängig von den Kohlesorten, auf 10¹¹ Ω-cm verringert, bei welchem Wert keine Umkehrionisierung auftritt. Hierdurch werden ein verbesserter Ladezustand des elektrostatischen Trocken-Ausfällapparats gewährleistet und eine hohe Leistung desselben sichergestellt. Der elektrostatische Trocken-Ausfällapparat kann somit kompakt ausgestaltet sein.In the illustrated embodiment, the heat recovery section 3a of the gas-gas heater is arranged upstream of the electrostatic dry precipitator 4 to reduce the temperature of the exhaust gas to 80 - 110ºC, compared to 120 - 160ºC in conventional systems. In this way, the specific resistance of dust, regardless of the types of coal, is reduced to 10¹¹ Ω-cm, at which value no reverse ionization occurs. This ensures an improved charge state of the electrostatic dry precipitator and ensures a high performance thereof. The electrostatic dry precipitator can thus be made compact.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch die Staubkonzentration am Einlaß der Wärmerückgewinnungssektion 3a des Gas-Gasheizers die gleiche wie am Auslaß des Luftvorwärmers 2 (üblicherweise 10 - 20 g/m³N) und ausreichend, um eine Korrosion der ersteren aufgrund des Vorhandenseins von SO&sub3; vollständig zu verhindern. Der Gas-Gasheizer ist vom leckfreien Typ, so daß kein(e) Leckage bzw. Austritt von Staub am Einlaß des Schornsteins stattfindet.In the illustrated embodiment, the dust concentration at the inlet of the heat recovery section 3a of the gas-gas heater is the same as at the outlet of the air preheater 2 (typically 10 - 20 g/m³N) and sufficient to completely prevent corrosion of the former due to the presence of SO₃. The gas-gas heater is of the leak-free type so that there is no leakage or discharge of dust at the inlet of the chimney.
Zudem ist oder wird die Staubkonzentration am Auslaß des elektrostatischen Trocken-Ausfällapparats 4 ausreichend auf unter 100 mg/m³N verringert. Demzufolge kann bei Verwendung einer Einzelturm-Entschwefelungseinheit die Reinheit des gesammelten oder gewonnenen Gipses auf einer vorbestimmten Größe gehalten werden. Die Staubkonzentration am Auslaß der Entschwefelungseinheit wird durch den in bezug auf die Entschwefelungseinheit an der Stromaufseite angeordneten (vorgeschalteten) elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat unter eine vorbestimmte Größe reduziert. Damit entfällt die Notwendigkeit für einen elektrostatischen Naß-Ausfällapparat.In addition, the dust concentration at the outlet of the electrostatic dry precipitator 4 is sufficiently reduced to below 100 mg/m³N. Accordingly, when a single-tower desulfurization unit is used, the purity of the collected or recovered gypsum can be maintained at a predetermined level. The dust concentration at the outlet of the desulfurization unit is reduced to below a predetermined level by the electrostatic dry precipitator arranged upstream of the desulfurization unit. This eliminates the need for an electrostatic wet precipitator.
Im folgenden sind Ergebnisse eines durch die Erfinder mit einer sog. Pilotanlage, auf welche die vorliegende Anlage angewandt ist, durchgeführten Tests sowie Verbesserungen in der Anlage beschrieben.The following describes the results of a test carried out by the inventors with a so-called pilot plant to which the present plant is applied, as well as improvements in the plant.
Der spezifische Widerstand von Staub, der bei der Verbrennung verschiedener Kohlesorten anfällt, wird gemessen. Fig. 6 zeigt die Ergebnisse von Messungen bei drei typischen Kohlesorten. Bei den bisherigen Anlagen beträgt der spezifische Widerstand des Staubs 10¹¹ Ω-cm oder mehr. Erfindungsgemäß ist oder wird die Temperatur des Abgases auf 90 - 100ºC gesenkt, um damit sicherzustellen, daß der spezifische Widerstand des Staubs unter 10¹¹ Ω-cm liegt. Infolgedessen ist der elektrostatische Trocken-Ausfällapparat nicht mehr der Umkehrionisierung unterworfen. Hierdurch wird ein konstantes Aufladen oder Laden (charging) sichergestellt.The specific resistance of dust generated during combustion of various types of coal is measured. Fig. 6 shows the results of measurements on three typical types of coal. In the existing plants, the specific resistance of the dust is 10¹¹ Ω-cm or more. According to the invention, the temperature of the exhaust gas is lowered to 90 - 100ºC to ensure that the specific resistance of the dust is below 10¹¹ Ω-cm. As a result, the electrostatic Dry precipitator is no longer subjected to reverse ionization. This ensures constant charging.
Fig. 7 zeigt in graphischer Darstellung die Temperatur des Abgases in Abhängigkeit von der durch den elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat sammelbaren Staubmenge. Wie durch die Linie A in Fig. 7 gezeigt, wird Staub effektiv an Sammlerelemente im elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat angezogen, weil die Ladebedingungen - wie vorher angegeben - verbessert worden sind. Das Abgas ist bei einer Temperatur von 110ºC oder darunter gesättigt. Der Staub wird jedoch infolge von Rütteln bzw. Schlagen usw. wieder dispergiert oder verteilt (dispersed). Dies führt zu einer schnellen Zunahme des aus dem elektrostatischen Trocken-Ausfällapparat ausgetragenen Staubs. Tatsächlich ist, wie durch die Linie B in Fig. 7 angegeben, die Staubsammelmenge verringert. Von den Sammlerelementen dispergierter oder verteilter Staub ist durch einen schraffierten Bereich C in Fig. 7 angegeben.Fig. 7 is a graph showing the temperature of the exhaust gas versus the amount of dust that can be collected by the dry electrostatic precipitator. As shown by line A in Fig. 7, dust is effectively attracted to collector elements in the dry electrostatic precipitator because the charging conditions have been improved as previously stated. The exhaust gas is saturated at a temperature of 110°C or below. However, the dust is dispersed again due to shaking, etc. This results in a rapid increase in the amount of dust discharged from the dry electrostatic precipitator. In fact, as shown by line B in Fig. 7, the amount of dust collected is reduced. Dust dispersed by the collector elements is indicated by a hatched area C in Fig. 7.
Es ist bereits verschiedentlich versucht worden, das Dispergieren oder Verteilen von Staub von den Sammlerelementen zu verhindern. Dabei hat sich gezeigt, daß das Dispergieren oder Verteilen von Staub beträchtlich verringert und der Staub höchst wirksam gesammelt werden kann, indem im elektrostatischen Ausfällapparat Klappen (dampers) vorgesehen werden und ein Rütteln oder Schlagen ohne Ladung durchgeführt wird. Gemäß Fig. 2 umfaßt der elektrostatische Trocken-Ausfällapparat einen Körper 11, eine Einlaßleitung 12, eine Auslaßleitung 13, Trennwände 14, durch welche ein Gasdurchgang im Körper 11 des elektrostatischen Ausfällapparats in mehrere parallele Durchgänge (acht Durchgänge gemäß Fig. 2) unterteilt ist, sowie Einlaß- und Auslaßklappen (oder auch -schieber) 15 und 16 für die jeweiligen Durchgänge.Attempts have been made to prevent dust from dispersing or spreading from the collector elements. It has been found that dust dispersing or spreading can be reduced considerably and dust can be collected most effectively by providing dampers in the electrostatic precipitator and by performing shaking or striking without charge. According to Fig. 2, the electrostatic dry precipitator comprises a body 11, an inlet pipe 12, an outlet pipe 13, partitions 14 by which a gas passage in the body 11 of the electrostatic precipitator is divided into several parallel passages (eight passages according to Fig. 2), as well as inlet and outlet flaps (or slide valves) 15 and 16 for the respective passages.
Fig. 8 zeigt die Staubkonzentration am Auslaß des elektrostatischen Ausfällapparats in Abhängigkeit von der Zeit nach Durchführung des Rüttelns oder Schlagens ohne Ladung. Es hat sich gezeigt, daß die dispergierte oder verteilte Staubmenge für eine Zeitspanne von 2 - 3 h nach Durchführung des Rüttelns oder Schlagens niedrig bleibt. Bei der Anordnung nach Fig. 2 erfolgt das Rütteln oder Schlagen etwa 15 min ohne Ladung, während die acht Gasdurchgänge anschließend mittels der betreffenden Klappen geschlossen werden. Auf diese Weise kann das Rütteln oder Schlagen alle 2 h wiederholt werden, um eine Zunahme der Dispersion oder Verteilung von Staub zu verhindern.Fig. 8 shows the dust concentration at the outlet of the electrostatic precipitator as a function of time after the shaking or beating has been carried out without charging. It has been found that the amount of dust dispersed or distributed remains low for a period of 2 - 3 hours after the shaking or beating has been carried out. In the arrangement according to Fig. 2, the shaking or beating is carried out for about 15 minutes without charging, while the eight gas passages are then closed by means of the relevant flaps. In this way, the shaking or beating can be repeated every 2 hours to prevent an increase in the dispersion or distribution of dust.
Fig. 9 zeigt die Strömungsgeschwindigkeit von Abgas in Abhängigkeit von der Staubkonzentration oder der Menge des als Folge des Rüttelns oder Schlagens dispergierten oder verteilten Staubs. Aus Fig. 9 geht hervor, daß der Staub schnell und gründlich dispergiert oder verteilt wird, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases unter 0,5 m/s liegt. Dies bedeutet, daß der elektrostatische Ausfällapparat weniger wirksam ist, wenn der Heizkessel unter geringer Last betrieben wird. Zu diesem Zweck wird die Zahl der mittels der Klappen (dampers) im elektrostatischen Ausfällapparat geschlossenen Durchgänge in Abhängigkeit von der Strömung des Abgases geändert, um damit die Strömungsgeschwindigkeit des durchströmenden Abgases zu regeln.Fig. 9 shows the flow rate of exhaust gas depending on the dust concentration or the amount of dust dispersed or distributed as a result of shaking or impact. From Fig. 9, it can be seen that the dust is dispersed or distributed quickly and thoroughly when the flow rate of exhaust gas is below 0.5 m/s. This means that the electrostatic precipitator is less effective when the boiler is operated under a light load. For this purpose, the number of passages closed by the dampers in the electrostatic precipitator is changed depending on the flow of exhaust gas to thereby control the flow rate of the exhaust gas passing through.
Fig. 10 zeigt die Staubsammelkennlinien der Entschwefelungseinheit. Es hat sich gezeigt, daß die Entschwefelungseinheit bei diesem Ausführungsbeispiel im Vergleich zur bisherigen Entschwefelungseinheit eine beträchtliche Verbesserung bezüglich des Staubsammelns gewährleistet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis des als Folge des Rüttelns oder Schlagens dispergierten oder verteilten Staubs in der Auslaßleitung des elektrostatischen Trocken-Ausfällapparats verhältnismäßig hoch, wobei dieser Staub stark agglomeriert ist. Hieraus ergibt sich ein weiterer Vorteil der Anlage, welche den Staub ohne die Notwendigkeit für einen elektrostatischen Naß-Ausfällapparat wirkungsvoll und effizient entfernt bzw. beseitigt.Fig. 10 shows the dust collection characteristics of the desulfurization unit. It has been shown that the desulfurization unit In this embodiment, a considerable improvement in dust collection is ensured compared to the previous desulfurization unit. In the embodiment shown, the proportion of dust dispersed or distributed in the outlet line of the electrostatic dry precipitator as a result of shaking or beating is relatively high, and this dust is highly agglomerated. This results in a further advantage of the system, which effectively and efficiently removes or eliminates the dust without the need for an electrostatic wet precipitator.
Erfindungsgemäß kann die Naßentschwefelungseinheit eine von der Kalk-Gipsmethode verschiedene Methode anwenden. Zur weiteren Verringerung der Staubkonzentration kann der Entschwefelungseinheit ein elektrostatischer Naß-Ausfällapparat einer kleinen Kapazität nachgeschaltet sein.According to the invention, the wet desulfurization unit can use a method other than the lime-gypsum method. To further reduce the dust concentration, an electrostatic wet precipitator of small capacity can be connected downstream of the desulfurization unit.
Mit dieser Erfindung werden ein Verfahren und eine Anlage zum Behandeln von Abgas bei einem kohlebefeuerten Heizkessel geschaffen, welche weniger Raum benötigen und wirtschaftlich zu verwirklichen sind. Die Erfindung bietet folgende Vorteile:This invention provides a method and a system for treating exhaust gases from a coal-fired boiler, which require less space and are economical to implement. The invention offers the following advantages:
1. Unabhängig von Kohlen mit einer großen Vielfalt von Eigenschaften kann ein kompakter elektrostatischer Trocken-Ausfällapparat verwendet werden.1. Regardless of coals with a wide variety of properties, a compact electrostatic dry precipitator can be used.
2. Die Güte von gesammeltem Gips kann mit einer kompakten Einzelturm-Entschwefelungseinheit aufrechterhalten werden.2. The quality of collected gypsum can be maintained with a compact single tower desulfurization unit.
3. Staub kann ohne Notwendigkeit für einen elektrostatischen Naß-Ausfällapparat in großem Maße entfernt oder beseitigt werden.3. Dust can be removed or eliminated to a large extent without the need for a wet electrostatic precipitator.
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