DE69816509T2

DE69816509T2 - Verfahren zur Abgasbehandlung

Info

Publication number: DE69816509T2
Application number: DE69816509T
Authority: DE
Inventors: Shinichiro Chiyoda-ku Kotake; Kazuaki Chiyoda-ku Kimura; Kazumitsu Chiyoda-ku Suzuki; Naohiko Nishi-ku Ukawa; Toru Nishi-ku Takashina
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-04-21
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2018-04-16
Also published as: CZ117898A3; CN1205913A; DE69816509D1; PL190656B1; KR100287634B1; PL325896A1; CN1101721C; EP0873777A3; EP0873777B1; ES2200233T3; JPH10290919A; CN1192816C; TW410169B; ID20175A; CZ291726B6; TR199800736A3; JP3676032B2; CN1387940A; TR199800736A2; DK0873777T3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rauchgas-Behandlungstechnik zur Durchführung zumindest der Denitrierung und Entschwefelung von Rauchgas. Sie betrifft insbesondere eine Rauchgas-Behandlungstechnik, die es möglich macht, die Größe der Gerätschaften zu reduzieren und die Leistungsfähigkeit der Gerätschaften zu erhöhen.
Zur Entfernung von Stickstoffoxiden, Schwefeloxiden (typischerweise Schwefeldioxid) und Staub (z. B. Flugasche), die in Rauchgas enthalten sind, das aus einem Kessel eines Wärmekraftwerks oder dgl. ausströmt, wurde herkömmlicherweise ein Rauchgas-Behandlungssystem oder -verfahren, wie es beispielhaft in den 9 und 10 dargestellt ist, in großem Umfang eingesetzt. Diese Rauchgas-Behandlungstechnik ist nachfolgend beschrieben.
Wie in 9 dargestellt ist, wird unbehandeltes Rauchgas A, das aus einem Kessel (in 9 nicht gezeigt) ausströmt, zuerst in einem Denitrator 2, der in einem Kesselgehäuse 1 montiert ist, eingeleitet, so daß Stickstoffoxide, die im Rauchgas vorliegen, zersetzt werden. Der Denitrator 2 arbeitet so, daß Stickstoffoxide nach dem katalytischen Ammoniak-Reduktionsverfahren unter Verwendung eines Katalysators zersetzt werden. In dieser Stufe war es herkömmliche Praxis, Ammoniak B in einer Menge, die fast der äquivalenten Menge, die zur Denitrierung erforderlich ist, entspricht, in das Rauchgas einzuspritzen. Die Ammoniakmenge, die zur stromabseitigen Seite des Denitrators 2 gleitet, ist mit etwa 5 ppm gering.
Dann wird das Rauchgas in einen Lufterhitzer (oder Wärmetauscher) 3, der auch im Kesselgehäuse 1 eingebaut ist, eingeführt. Auf diese Weise wird die Wärme aus dem Rauchgas wiedergewonnen und verwendet, um Luft C, die dem Kessel zugeführt wird, zu erwärmen. Herkömmlicherweise wurde ein Wärmetauscher des sogenannten Ljungström-Typs als Lufterhitzer 3 eingesetzt.
Das Rauchgas, das diesen Lufterhitzer 3 verläßt, wird anschließend aus dem Kesselgehäuse 1 durch einen Kanal 4 geleitet und dann in einen trockenelektrostatischen Ausfäller 5, der außerhalb des Kesselgehäuses 1 montiert ist, eingeführt. In diesem elektrostatischen Ausfäller 5 wird im Rauchgas vorhandener Staub eingefangen und entfernt.
Im Fall eines Öl-gefeuerten Kessels kann Ammoniak auch im Kanal 4 in das Rauchgas eingespritzt werden, so daß Schwefeltrioxid (SO₃), das im Rauchgas vorhanden ist, als Ammoniumsulfat [(_NH4)₂SO₄] im elektrostatischen Ausfäller 5 aufgefangen werden kann. Andererseits ist im Fall eine kohlegefeuerten Kessels eine große Menge an Staub, z. B. Flugasche, im Rauchgas vorhanden, so daß im Rauchgas vorhandenes SO₃ keinen gefährlichen Nebel (Submikronpartikel) bildet, sondern in einem kondensierten Zustand an den Staubpartikeln bleibt und im elektrostatischen Ausfäller 5 und einem Absorptionsturm 8, der später beschrieben werden wird, eingefangen wird. Dementsprechend wird im Fall eines kohlegefeuerten Kessels im allgemeinen die Injektion von Ammoniak in den Kanal 4 weggelassen.
Dann wird das Rauchgas, das den elektrostatischen Ausfäller 5 verläßt, durch einen Kanal 6 geleitet und in den Wärmerückgewinnungsabschnitt (oder Wärmetauscher) 7 eines Gas-Gas-Heizers eingeführt, wo die Wärme daraus wiedergewonnen wird. Danach wird das Rauchgas in einen Absorptionsturm 8 eingeleitet, der als Entschwefelungsvorrichtung dient. In diesem Absorptionsturm 8 wird das Rauchgas in Gas-Flüssigkeits-Kontakt mit einem absorbierenden Fluidum, das ein Absorbens (z. B. Kalkstein) darin suspendiert hat, (im folgenden als die Absorbens-Aufschlämmung bezeichnet) in Kontakt gebracht, so daß im Rauchgas vorhandenes SO₂ im wesentlichen in die Absorbens-Aufschlämmung absorbiert wird und darüber hinaus auch der Reststaub durch die Absorbens-Aufschlämmung eingefangen wird. In einem Tank, der am Boden des Absorptionsturms 8 angeordnet wird, wird die Aufschlämmung, die SO₂ darin absorbiert hat, unter Bildung von Gips als Nebenprodukt entsprechend den folgenden Reaktionen, die eine Neutralisationsreaktion einschließen, oxidiert.
(Absorptionstank)
SO2 + H2O → H+ + HSO3 – (1)
(Tank)
H+ + HSO3 – + 1/202 → 2H+ + SO4 2 – (2) 2H+ + SO42– + CaCO3 + H2O → CaSO4·2H2O + CO2 (3)
Dann wird das Rauchgas, aus dem SO₂ und dgl. im Absorptionsturm 8, der als Entschwefelungsvorrichtung dient, entfernt wurde, durch den Wiedererwärmungsabschnitt 9 des Gas-Gas-Erhitzers geführt, wo es auf eine Temperatur erwärmt wird, die für eine Emission in die Atmosphäre günstig ist, wobei die im Wärmerückgewinnungsabschnitt 7 wiedergewonnene Wärme ausgenutzt wird. Danach wird das Rauchgas in den unteren Teil des Hauptkörpers eines Kamins 13 über einen Kanal 10, ein Gebläse 11 und einen Kanal 12 eingeführt und schließlich als behandeltes Rauchgas D aus der oberen Öffnung des Hauptkörpers 13 des Kamins in die Atmosphäre entladen. Gebläse 11 dient zur Zuführung des Rauchgases unter Druck, um so dem Druckverlust, der durch die Anlage verursacht wird, entgegenzuwirken, und ermöglicht gegebenenfalls daß das Gas durch den Hauptkörper des Kamins 13 in die Atmosphäre emittiert wird. Herkömmlicherweise war getrennt vom Hauptkörper des Gebläses 11 ein Motor 11a montiert. Zum selben Zweck kann ein weiteres ähnliches Gebläse an der stromaufwärts gelegenen Seite des Absorptionsturms 8 installiert sein.
Darüber hinaus wird in diesem System die erforderliche Höhe (L) des Hauptkörpers des Kamins 13 über der Erde einzig entsprechend den Konzentrationen an Stickstoffoxiden und Schwefeloxiden, die im behandelten Rauchgas D zurückbleiben, und der Konzentration an Staub, die darin zurückbleibt, bestimmt, damit die Standards zur Emission in die Atmosphäre erfüllt werden. Auf der Basis der herkömmlichen Leistungsfähigkeit (d. h. ein Denitrierungsgrad von etwas größer als 80% und ein Entschwefelungsgrad von etwas größer als 80%) war beispielsweise im allgemeinen eine Höhe (L) von 150 m für Kraftwerksanlagen der 150 MW-Klasse notwendig. In diesem Fall muß der Grund, der für die Installation des Kamins einschließlich eines Tragwerks 14 zum Tragen und Verstärken des Hauptkörpers des Kamins 13, üblicherweise in der Form eines Quadrates mit Seitenlängen (W) von etwa 38 m sein.
10 ist eine Blockdarstellung, die die Systemkonstruktion darstellt, welche sich vom Kessel zum Lufterhitzer 3 erstreckt. In dieser 10 ist der Kessel mit dem Bezugszeichen 1a bezeichnet, ist der im Denitrator 2 enthaltene Denitrierungskatalysator mit dem Bezugszeichen 2a bezeichnet und ist der Ammoniak-Zersetzungskatalysator, der im Denitrator 2 enthalten ist, mit dem Bezugszeichen 2b bezeichnet. Ein Ammoniak-Zersetzungskatalysator 2b wird verwendet, um Ammoniak zu eliminieren, der zu der stromabwärts gelegenen Seite gleitet. Wenn allerdings Ammoniak in üblichen Mengen eingespritzt wird, wird dieser Katalysator weggelassen, da die Menge an gleitendem Ammoniak sehr gering ist. Darüber hinaus wurde, wie es vorstehend beschrieben wurde, ein Wärmetauscher des Ljungström-Typs als Lufterhitzer 3 verwendet. In diesem System strömt daher ein Teil (z. B. etwa 5%, bezogen auf das Volumen des Rauchgases) der zugeführten Luft C zu der Seite des Rauchgases aus und gleichzeitig strömt ein Teil (z. B. etwa 1%) des Rauchgases an der Seite der Luft C, wie dies durch gestrichelte Linien in 10 dargestellt ist, aus.
Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Rauchgasbehandlung war die großdimensionierte und kostspielige Anlage ungünstig. Speziell auf den Märkten der Entwicklungsländer haben kleinere Stromerzeugungsunternehmen und dgl. eine deutliche Reduzierung der Kosten zusätzlich zu einer Reduzierung des Raumbedarfs und der Kaminhöhe gefordert.
Die Anordnung und die Konstruktion des herkömmlichen Systems waren spezifischerweise derart, daß zwischen Kesselgehäuse 1 und Kamin 13 der elektrostatische Ausfäller 5, der Absorptionsturm 8 und das Gebläse 11 in horizontaler Richtung angeordnet sind und durch Kanäle 4, 6, 10 und 12 verbunden angeordnet sind. Dies erfordert viel Raum zwischen Kesselgehäuse 1 und Kamin 13 sowie eine Vielzahl von Kanälen und eine ganze Reihe von tragenden Elementen dafür, was zu erhöhten Kosten führt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, werden die Höhe und der Installationsraum für den Kamin einzig und allein beispielsweise entsprechend den Konzentrationen an Stickstoffoxiden und Schwefeloxiden, die im behandelten Rauchgas D zurückbleiben bestimmt. Um die Größe des Kamins zu reduzieren ist es folglich letztlich erforderlich, die Leistungsfähigkeit der Anlage zu erhöhen. Dies war bei der Konstruktion des herkömmlichen Systems ebenfalls schwierig. Um z. B. den Grad der Entschwefelung zu erhöhen, ist es vorstellbar, die Gas-Flüssigkeits-Kontaktkapazität einfach zu erhöhen, indem der Absorptionsturm 8 vergrößert wird. Dies steht aber im Gegensatz zu dem Wunsch nach einer Reduzierung der Größe und hat somit eine bestimmte Grenze.
Um den Grad der Denitrierung im Denitrator 2 zu erhöhen ist es außerdem vorstellbar, dies einfach durch Steigerung der Ammoniakmenge, die eingespritzt wird, zu erreichen. In diesem Fall hat das herkömmliche System einen Ammoniak-Zersetzungskatalysator 2b eingesetzt, um Ammoniak zu entfernen, der zu der stromabwärts gelegenen Seite strömt, was in einer entsprechenden Zunahme bei den Kosten resultiert. Wenn in einem solchen Fall kein Ammoniak-Zersetzungskatalysator 2b verwendet wird, wird Ammoniak zu der stromabwärtigen Seite strömen (bzw. gleiten und den folgenden nachteiligen Effekt ausüben).
D. h., wenn Ammoniak im Rauchgas zurückbleibt, wird in hohem Maße anhaftendes saures Ammoniumsulfat (NH₄HSO₄) nach der unten angegebenen Reaktionsgleichung (4) produziert. Der Taupunkt von saurem Ammoniumsulfat ist unter üblichen Bedingungen bei diesem Anlagentyp etwa 230°C, während das Rauchgas in einem normalen Lufterhitzer von etwa 350°C auf 130°C abgekühlt wird. Wenn Ammoniak im Rauchgas, das den Denitrator 2 verläßt, zurückbleibt, wird folglich eine große Menge an sauren Ammoniumsulfat (NH₄HSO₄) speziell in diesem Lufterhitzer produziert werden. Eine Untersuchung, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde, hat gezeigt, daß dieses saure Ammoniumsulfat in einem herkömmlichen Lufterhitzer des Ljungström-Typs dazu neigt, sich in den Spalten des Hitzereservoirs innerhalb des Lufterhitzers abzuscheiden und daß daher häufige Wartungsarbeiten wie z. B. Reinigung, notwendig sind. SO3 + NH3 + H2O → NH4HSO4 (4)
Dementsprechend besteht eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Rauchgas-Behandlungsverfahrens, in dem die Anordnung und Konstruktion der Anlage so verbessert sind, daß eine Verringerung bei der Größe und den Kosten der Anlage erreicht wird.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Rauchgas-Behandlungsverfahrens, daß es möglich macht, die Rauchgas-Behandlungsleistungsfähigkeit zu erhöhen und dadurch eine Verringerung bei der Größe der Anlage und dgl. zu erreichen.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Rauchgas-Behandlungsverfahrens, das die vorstehend genannte Verringerung bei der Anlagengröße und eine Erhöhung bei der Leistungsfähigkeit erreichen kann, ohne daß Abstriche bei ihrer Wartungsfreundlichkeit gemacht werden.
Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Rauchgas-Behandlungsverfahrens, bei dem die Anordnung und Konstruktion der Anlage verbessert sind und die Rauchgas-Behandlungsleistungsfähigkeit erhöht ist, wodurch eine deutliche Verringerung bei der Größe und den Kosten der Anlage einschließlich einer Reduzierung der Größe des Kamins erreicht werden kann.
Um die oben genannten Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Rauchgas-Behandlungsverfahren bereit, umfassend einen Denitrierungsschritt unter Injektion von Ammoniak in Rauchgas, das zumindest Stickoxide und Schwefeloxide enthält, zur Zersetzung der in dem Rauchgas vorhandenen Stickoxide, und einen Entschwefelungsschritt unter Einführung des Rauchgases, das den Denitrierungsschritt verläßt, in einen Absorptionsturm, worin es in einen Gas-Flüssigkeits-Kontakt mit einem absorbierenden Fluidum zur Entfernung von zumindest der Schwefeloxide aus dem Rauchgas durch Absorption in das absorbierende Fluidum gebracht wird, worin Ammoniak nach Bedarf an einem Punkt stromabwärts des Denitrierungsschrittes in das Rauchgas injiziert wird und die Menge an in dem Denitrierungsschritt injizierten Ammoniak und/oder die Menge an Ammoniak, die an dem Punkt stromabwärts des Denitrierungsschrittes injiziert wird, auf einen solchen Überschuß festgelegt wird/werden, daß Ammoniak oder ein Ammoniumsalz in dem Rauchgas, das in den Entschwefelungsschritt eingeführt wird, zurückbleibt, worin ein Bereich, in dem eine Flüssigkeit mit einer höheren Azidität als das absorbierende Fluidum so eingesprüht wird, daß das Ammoniak nicht leicht in die Gasphase abgegeben wird, auf der stromabwärtigen Seite des Bereichs der Absorptionsturms erzeugt wird, indem das Rauchgas in einen Gas-Flüssig-Kontakt mit dem absorbierenden Fluidum gebracht wird, wodurch das in dem Rauchgas zurückbleibende Ammoniak, das in den Entschwefelungsschritt eingeführt wird, in dem Absorptionsturm absorbiert wird, ohne daß es in dem Rauchgas, das den Absorptionsturm verläßt, zurückbleibt.
In dem erfindungsgemäßen Rauchgas-Behandlungsverfahren kann die Menge an Ammoniak, die in den Denitrierungsschritt eingeführt wird, so bestimmt werden, daß die Konzentration an Ammoniak, die in dem Rauchgas, das den Denitrierungsschritt verläßt, zurückbleibt, nicht weniger als 30 ppm beträgt.
Das Rauchgas-Behandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann außerdem einen Wärmerückgewinnungsschritt unter Einführung des Rauchgases, das den Denitrierungsschritt verläßt, in einen Wärmeaustauscher auf der stromaufwärtigen Seite des Absorptionsturms umfassen, wodurch Wärme aus dem Rauchgas zurückgewonnen wird und worin ein nicht-durchlässiger Wärmeaustauscher mit Umhüllung-und-Rohr-Struktur als Wärmeaustauscher verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Rauchgas-Behandlungsverfahren kann außerdem den Wärmerückgewinnungsschritt unter Einführung des Rauchgases, das den Denitrierungsschritt verläßt, in einen Wärmeaustauscher auf der stromaufwärtigen Seite des Absorptionsturms umfassen und dadurch Wärme aus dem Rauchgas zurückgewinnen; dabei kann die Menge an Ammoniak, die im Denitrierungsschritt injiziert wird, und/oder die Menge an Ammoniak, die an dem Punkt stromabwärts des Denitrierungsschrittes injiziert wird, so bestimmt werden, daß die Konzentration des Ammoniaks, das im Rauchgas zurückbleibt, das in den Wärmeaustauscher zurückgeführt wird, gegenüber der SO₃-Konzentration in diesem Rauchgas um 13 ppm oder mehr im Überschuß vorhanden ist.
Das Rauchgas-Behandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann außerdem einen ersten Staubentfernungsschritt unter Einführung des Rauchgases in einen trockenelektrostatischen Ausfäller auf der stromaufwärtigen Seite des Absorptionsturms umfassen, wodurch Staub, der in dem Rauchgas vorhanden ist, entfernt wird, und einen zweiten Staubentfernungsschritt unter Einführung des Rauchgases in einen naßelektrostatischen Ausfäller auf der stromabwärtigen Seite des Absorptionsturms umfassen, wodurch der in dem Rauchgas zurückgebliebene Staub entfernt wird.
Im erfindungsgemäßen Rauchgas-Behandlungsverfahren wird Ammoniak nach Bedarf in das Rauchgas an einem Punkt stromabwärts des Denitrierungsschritts injiziert und die Menge an Ammoniak, die im Denitrierungsschritt injiziert wird, und/oder die Menge an Ammoniak, die an dem Punkt stromabwärts des Denitrierungsschrittes injiziert wird, werden so bestimmt, daß sie in einem solchen Überschuß vorliegen, daß Ammoniak oder ein Ammoniaksalz in dem Rauchgas, das in den Entschwefelungsschritt eingeführt wird, zurückbleibt und wenn ein Bereich, in dem eine Flüssigkeit mit einer höhere Azidität als die des absorbierenden Fluidums so eingesprüht wird, daß das Ammoniak nicht leicht in die Gasphase abgegeben wird, auf der stromabwärtigen Seite des Bereichs des Absorptionsturms erzeugt wird, wodurch das in dem Rauchgas zurückbleibende Ammoniak, das in den Entschwefelungsschritt eingeführt wird, in dem Absorptionsturm absorbiert wird, ohne daß es in dem Rauchgas, das den Absorptionsturm verläßt, zurückbleibt, kann ein nachteiliger Effekt infolge der übermäßigen Injektion von Ammoniak (d. h. die Emission von Ammoniak in die Atmosphäre) vermieden werden. Dies dient dazu, sich auf zukünftige Ammoniak-Emissionsstandard einzustellen, und dient auch zu einer weiteren Reinigung des Rauchgases.
Demnach wird zumindest der Entschwefelungsgrad im Entschwefelungsschritt erhöht und dies führt eventuell zu einer Verringerung der Größe des Absorptionsturms und des Kamins.
Insbesondere wenn die Menge an Ammoniak, die in den Denitrierungsschritt eingeführt wird, so bestimmt wird, daß die Konzentration an Ammoniak, die in dem Rauchgas, das den Denitrierungsschritt verläßt, zurückbleibt, nicht weniger als 30 ppm ist, wird speziell der Denitrierungsgrad in der Denitrierungsstufe deutlich erhöht und dies trägt gegebenenfalls zu einer Verringerung der Größe des Kamins bei.
Wenn darüber hinaus das Rauchgas-Behandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung außerdem den Wärmerückgewinnungsschritt unter Einführung des Rauchgases, das den Denitrierungsschritt verläßt, in einen Wärmeaustauscher auf der stromaufwärtigen Seite des Absorptionsturms umfaßt und dadurch Wärme aus dem Rauchgas zurückgewonnen wird und ein nicht-durchlässiger Wärmeaustauscher mit Umhüllung-und-Rohr-Struktur als Wärmeaustauscher verwendet wird, kann die Wärme des Rauchgases in herkömmlicher Weise wirksam ausgenutzt werden, um Luft zur Verwendung im Kessel vorzuerwärmen oder um das behandelte Rauchgas vorzuerwärmen; Störungen infolge einer Kesselsteinbildung können verringert werden.
D. h., selbst wenn saures Ammoniumsulfat, das durch die Reaktion des injizierten Ammoniums mit SO₃, das im Rauchgas vorliegt, gebildet wird, und Schwefelsäurenebel, der aus SO₃, das im Rauchgas vorliegt, in dem vorstehend genannten Wärmeaustauscher kondensiert, so ist ein nicht-durchlässiger Wärmeaustauscher mit Umhüllung-und-Rohr-Struktur weniger Gegenstand für die Abscheidung solcher Materialien auf den Wärmetransferoberflächen und dgl. oder für eine Verstopfung mit diesen, wenn man einen Vergleich mit einem herkömmlicherweise verwendeten Wärmeaustauscher des Ljungström-Typs anstellt.
Darüber hinaus ermöglicht in diesem Fall der Wärmeaustauscher kein Ausströmen von Luft in das Rauchgas. Dadurch kann die Menge an Rauchgas, die behandelt werden muß, reduziert werden und es kann eine Verringerung der Kosten erreicht werden.
Wenn darüber hinaus das Rauchgas-Behandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung außerdem den Wärmerückgewinnungsschritt unter Einführung des Rauchgases, das den Denitrierungsschritt verläßt, in einen Wärmeaustauscher auf der stromaufwärtigen Seite des Absorptionsturms umfaßt, wodurch Wärme aus dem Rauchgas zurückgewonnen wird, und die Menge an Ammoniak, die im Denitrierungsschritt injiziert wird, und/oder die Menge an Ammoniak, die an dem Punkt stromabwärts des Denitrierungsschrittes injiziert wird, so bestimmt wird, daß die Konzentration des Ammoniaks, das im Rauchgas zurückbleibt, das in den Wärmeaustauscher eingeführt wird, in einem Überschuß gegenüber der SO₃-Konzentration in diesem Rauchgas von 13 ppm oder mehr vorhanden ist, wird die Kondensation des sauren Ammoniumsulfats im genannten Wärmeaustauscher auf ein Minimum reduziert und es wird hauptsächlich ein feines Pulver aus neutralem Ammoniumsulfat produziert. Folglich wird die Bildung von Kesselstein durch saures Ammoniumsulfat deutlich unterdrückt und dies macht die Wartung des Wärmeaustauschers sehr einfach.
Wenn das Rauchgas-Behandlungsverfahren der vorliegenden Erfindung weiterhin den ersten Staubentfernungsschritt unter Einführung des Rauchgases in einen trockenelektrostatischen Ausfäller auf der stromaufwärtigen Seite des Absorptionsturms, wodurch Staub, der im Rauchgas vorhanden ist, entfernt wird, und den zweiten Staubentfernungsschritt unter Einführung des Rauchgases in einen naßelektrostatischen Ausfäller auf der stromabwärtigen Seite des Absorptionsturms, wodurch der im Rauchgas zurückgebliebene Staub entfernt wird, umfaßt, wird die Fähigkeit des gesamten Systems, Staub zu entfernen, deutlich verbessert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung, die ein Rauchgas-Behandlungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;
2 ist eine schematische Darstellung, die ein Rauchgas-Behandlungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;
3 ist eine schematische Darstellung, die die Details der Entschwefelungsvorrichtung, die im Rauchgas-Behandlungssystem von 2 enthalten ist, erläutert;
4 ist eine schematische Darstellung, die ein Entsorgungssystem ohne Abwasser das zur Verwendung mit dem Rauchgas-Behandlungssystem von 2 geeignet ist, erläutert;
5 ist ein Diagramm, das Daten zeigt, die den erfindungsgemäßen Effekt beweisen (d. h. eine Verbesserung beim Entschwefelungsgrad);
6 ist eine schematische Darstellung, die eine experimentelle Apparatur zur Demonstrierung eines erfindungsgemäßen Effekts (d. h. der Minimierung einer Abscheidung (Ablagerung) infolge von SO₃ in Rauchgas) erläutert;
7 ist ein Diagramm, das experimentelle Resultate (Veränderungen beim Gasdruckverlust im Wärmeaustauscher) zur Demonstrierung eines erfindungsgemäßen Effekts (der Minimierung einer Abscheidung (bzw. Ablagerung) durch SO₃ im Rauchgas) zeigt;
8 ist ein Diagramm, das experimentelle Resultate (Veränderungen beim Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten des Wärmeaustauschers) zur Demonstrierung eines erfindungsgemäßen Effekts (der Minimierung einer Ablagerung durch SO₃ im Rauchgas) zeigt;
9 ist eine schematische Darstellung, die ein herkömmliches Rauchgasbehandlungssystem darstellt; und
10 ist eine schematische Darstellung, die den Denitrator und eine andere Apparatur, die im herkömmlichen Rauchgasbehandlungssystem enthalten ist, darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand von 1 beschrieben. Dieselben Elemente, wie sie im herkömmlichen System von 9 enthalten sind, werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und die doppelte Erläuterung dieser ist weggelassen.
Das Rauchgasbehandlungssystem dieser Ausführungsform ist dadurch charakterisiert, daß unter dem Hauptkörper 13a eines Kamins ein Absorptionsturm 21, ein Wiedererwärmungsabschnitt 22 eines Gas-Gas-Erhitzers und ein Gebläse 23 fluchtend an der vertikalen Achse des Kamins angeordnet sind, so daß sie einen Teil des Kamins bilden.
Im Wärmerückgewinnungsabschnitt 24 des Gas-Gas-Erhitzers ist in einer Position, die sich an einem Kanal 25 befindet, welcher einen trockenelektrostatischen Ausfäller 5 mit dem Absorptionsturm 21 verbindet, und im Inneren des Tragwerks 14 für den Kamin montiert. Gegebenenfalls sind der Absorptionsturm 21, der Wärmerückgewinnungsabschnitt 24 und der Wiedererwärmungsabschnitt 22 des Gas-Gas-Erhitzers und das Gebläse 23 alle in einem unbesetzten Raum im Inneren des Tragwerks 14 für den Kamin montiert.
In dieser Ausführungsform ist der Absorptionsturm 21 so, daß das Rauchgas durch einen Einlaß, der im unteren lateralen Teil davon ausgebildet ist, eingeleitet wird, in Gegenstromart mit einem absorbierenden Fluidum in Gas-Flüssig-Kontakt gebracht wird, um zumindest Schwefeloxide durch Absorption in das absorbierende Fluidum aus dem Rauchgas zu entfernen; dann wird das Rauchgas aus dem Auslaß, der am oberen Ende des Turms ausgebildet ist, ausströmen gelassen. In der gleichen Art, wie es vorstehend im Zusammenhang mit dem herkömmlichen System beschrieben wurde, wird Gips als Nebenprodukt gebildet, indem z. B. Kalk als Absorbens verwendet wird.
Der Wiedererwärmungsabschnitt 22 des Gas-Gas-Erhitzers ist direkt mit dem oberen Ende der Absorptionsturms 21 verbunden. Somit wird das Rauchgas, das aus dem oberen Auslaß des Absorptionsturms 21 ausströmt, von der Bodenseite in den Wiedererwärmungsabschnitt 22 eingeleitet, auf eine Temperatur erwärmt, die zur Emission in die Atmosphäre günstig ist, wobei die im Wärmewiedergewinnungsabschnitt 24 wiedergewonnene Wärme ausgenützt wird, und danach wird es aus dem oberen Teil ausströmen gelassen.
In diesem Fall wird ein Gas-Gas-Erhitzer vom Typ mit zirkulierendem Heizmedium verwendet; sein Wärmerückgewinnungsabschnitt 24 und sein Wiedererwärmungsabschnitt 22 umfassen nicht-durchlässige Wärmeaustauscher mit Umhüllung-und-Rohr-Struktur. Diese nicht-durchlässigen Wärmeaustauscher sind dahingehend vorteilhaft, daß, selbst wenn SO₃, das im Rauchgas vorhanden ist, mit Ammoniak, das darin vorhanden ist, nach der vorstehend angegebenen Reaktionsgleichung (4) unter Produktion von saurem Ammoniumsulfat (NH₄HSO₄) reagiert, sie weniger Gegenstand für die Abscheidung bzw. Ablagerung von saurem Ammoniumsulfat sind, das für die Kesselsteinbildung verantwortlich sein soll.
Das Gebläse ist ein Gebläse mit axialer Strömung, das oberhalb des vorstehend genannten Wiedererwärmungsabschnitts 22 montiert ist und das so arbeitet, daß es das Rauchgas von der Bodenseite ansaugt und es an der oberen Seite austreibt. Der Motor ist an seiner inneren Achse angeordnet.
In der Anordnung und Konstruktion des Rauchgas-Behandlungssystems gemäß dieser Ausführungsform ist der Installationsraum für die gesamte Anlage im Vergleich zu dem herkömmlichen System, das in 9 dargestellt ist, deutlich verringert, so daß eine deutliche Verringerung bei der Größe der Anlage in horizontalen Richtungen erreicht werden kann. Spezifischerweise wird der gesamte Raum, der für die Montage des Absorptionsturms 8, des Gebläses 11 und der Kanäle 6 und 10 im System von 9 erforderlich ist, unnötig. Darüber hinaus ist der Installationsraum für den Kamin derselbe wie vorher, da der Raum, in dem der Absorptionsturm 21 und der gleiche installiert werden sollen, im Tragwerk 12 für den Kamin gelassen wurde wie er herkömmlicherweise war.
Darüber hinaus werden die Kanäle 6 und 10 selbst sowie ihre tragenden Elemente unnötig und damit wird der Hauptkörper des Kamins 13a viel kürzer als vorher. Gegebenenfalls wird eine deutliche Reduzierung bei den Anlagekosten erreicht.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 2 beschrieben. Dieselben Elemente, wie sie in der ersten Ausführungsform enthalten sind, werden mit denselben Bezugszeichen versehen und eine doppelte Erläuterung derselben ist weggelassen.
Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Lufterhitzer (oder Wärmeaustauscher) 31, der einen nicht-durchlässigen Wärmeaustauscher mit Umhüllung-und-Rohr-Struktur umfaßt, ausgestattet ist und daß ein naßelektrostatischer Ausfäller 32 zwischen dem Absorptionsturm 21a und dem Wiedererwärmungsabschnitt 22 montiert ist. In dieser Ausführungsform bilden der vorstehend genannte Lufterhitzer 31 und der vorher beschriebene Wärmerückgewinnungsabschnitt 24 des Gas-Gas-Erhitzers einen Wärmeaustauscher zur Durchführung des Wärmewiedergewinnungsschritts der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus dient der trockenelektrostatische Ausfäller 5, der in Verbindung mit dem herkömmlichen System beschrieben wurde, dazu, den ersten Staubentfernungsschritt der vorliegenden Erfindung durchzuführen, und der vorstehend genannte naßelektrostatische Ausfäller 32 dient dazu, den zweiten Staubentfernungsschritt der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
Die oben beschriebene Konstruktion hat die folgenden Vorteile. Zu allererst ist, da der Lufterhitzer 31 einen nicht-durchlässigen Wärmeaustauscher umfaßt, die Menge an Kesselstein, die abgeschieden wird, relativ klein, selbst wenn saures Ammoniumsulfat im Rauchgas, das in den Lufterhitzer 31, wie vorstehend beschrieben eingeführt wird, produziert wird. Unter dem Gesichtspunkt der Wartung ist dies sehr vorteilhaft.
Genauer ausgedrückt, wie vorstehend beschrieben wurde, wird, wenn Ammoniak in dem Rauchgas, das den Denitrator 2 verläßt, zurückbleibt, saures Ammoniumsulfat speziell im Lufterhitzer 31 produziert. Entsprechend einer Untersuchung, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde, wurde festgestellt, daß im Fall eines herkömmlichen Lufterhitzers des Ljungström-Typs ein derartiges saures Ammoniumsulfat leicht in den Zwischenräumen des Wärmereservoirs innerhalb des Lufterhitzers abgeschieden wird und häufige Wartungsarbeiten wie Reinigung erfordert.
Allerdings hat eine Untersuchung, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde, gezeigt, daß nicht-durchlässige Wärmeaustauscher mit Umhüllung-und-Rohr-Struktur weniger Gegenstand einer solchen Ablagerung von saurem Ammoniumsulfat oder eines Verstopfens damit sind. Es war auch bekannt, daß das Problem bezüglich der Herstellung des sauren Ammoniumsulfats und seiner Ablagerung an den inneren Oberflächen des Wärmeaustauschers, verringert werden kann, indem eine überschüssige Menge an Ammoniak in das Rauchgas injiziert wird; dies wird später spezifischer beschrieben.
Wenn der Lufterhitzer 31 einen nicht-durchlässigen Wärmeaustauscher umfaßt, wird darüber hinaus Luft C, die zu dem Kessel geführt wird, nicht in das Rauchgas auslecken. Dies verursacht eine Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases, das behandelt wird, und damit eine entsprechende Verringerung der Kapazitäten des Gebläses 23 und der Kanäle und des Energieverbrauchs.
Da ein naßelektrostatischer Ausfäller 32 eingebaut ist, können darüber hinaus feiner Staub und andere Fremdmaterialien, die im Absorptionsturm 21a eingefangen wurden, entfernt werden. So wird die Reststaubkonzentration im behandelten Rauchgas D verringert. Dies erhöht die Leistungsfähigkeit der Anlage in dieser Hinsicht und trägt auch zu einer Verringerung der Kaminhöhe bei.
Als nächstes werden die Konstruktion und die Effekte der charakteristischen Teile des Rauchgas-Behandlungsverfahrens der vorliegenden Erfindung, das unter Verwendung des Rauchgas-Behandlungssystems der oben beschrieben Ausführungsform durchgeführt wird, näher beschrieben.
Nach diesem Verfahren wird, anstatt einen Ammoniak-Zersetzungskatalysator zu verwenden, die Menge an Ammoniak B, die in den Denitrator 2 injiziert wird, so bestimmt, daß sie einen solchen Überschußgrad hat, daß eine große Menge an Ammoniak oder Ammoniumsalz im Rauchgas, das in den Absorptionsturm 21a eingeführt wird, zurückbleiben wird.
Wenn Ammoniak oder ein Ammoniumsalz im Rauchgas, das in den Absorptionsturm 21a eingeleitet wird, zurückbleibt, wird dieser Ammoniak oder dieses Ammoniumsalz in der Aufschlämmung im Absorptionsturm 21a als Resultat des Gas-Flüssigkeit-Kontaktes zwischen dem Rauchgas und der Absorbens-Aufschlämmung gelöst. Dies erhöht die Ammoniumsalz-Konzentration (mit anderen Worten die Ammoniumionen-Konzentration) in der flüssigen Phase der Aufschlämmung, die durch den Absorptionsturm 21a zirkuliert.
Eine von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführte Untersuchung zeigte, daß, wenn die Ammoniumsalz-Konzentration (oder die Ammoniumionen-Konzentration) in dem zirkulierenden Fluidum des Absorptionsturms auf 150 mmol/l oder mehr gestiegen ist, der Grad der Entfernung von Schwefeldioxid aus dem Rauchgas (d. h. der Entschwefelungsgrad) im Absorptionsturm bis in die Nähe von 95% zu nimmt, wie es in 5 dargestellt ist, selbst wenn die anderen Bedingungen konstant bleiben. Folglich kann gemäß dieser Ausführungsform, in der die Menge an Ammoniak B, die in den Denitrator 2 injiziert wird, so bestimmt wird, daß sie einen überschüssigen Level, wie er oben beschrieben wurde, hat, die Größe des Absorptionsturms 21a im Vergleich zum Stand der Technik reduziert sein. Darüber hinaus kann die Konzentration an Schwefeloxiden (typischerweise Schwefeldioxid), die im behandelten Rauchgas D zurückbleiben, weiter reduziert werden und daher kann auch die Höhe des Kamins reduziert werden.
Da die Menge an Ammoniak B, die injiziert wird, außerdem natürlicherweise im Überschuß zu der äquivalenten Menge, die zur Denitrierung erforderlich ist, vorliegt, wird die Denitrierungsfähigkeit des Denitrators 2 (oder der Denitrierungsschritt) verstärkt. Nach einer von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchung wurde festgestellt, daß, wenn die Menge an Ammoniak B, die injiziert wird, so festgelegt wird, daß sie im Überschuß zu der äquivalenten Menge, die zur Denitrierung benötigt wird, ist und darüber hinaus die Konzentration an Ammoniak, die im Rauchgas zurückbleibt, das den Denitrierungsschritt verläßt (d. h. Gleitammoniak), nicht mehr als 30 ppm sein wird, der Denitrierungsgrad gegenüber dem herkömmlichen Level von etwa 80% auf etwa 90% erhöht wird und daß die Konzentration an Stickoxiden, die im behandelten Rauchgas D zurückbleiben, auf die Hälfte reduziert werden kann.
In diesem Zusammenhang wurden Versuchsberechnungen von den Erfindern der vorliegenden Erfindung für eine Kraftwerksanlage der 150 MW-Klasse durchgeführt; diese geben an, daß, wenn der Entschwefelungsgrad und der Denitrierungsgrad erhöht werden, wie es oben beschrieben ist, und auch der Grad der Staubentfernung durch die Installation eines naßelektrostatischen Ausfällers 32 erhöht wird, die Kaminhöhe (L1) von dem herkömmlichen Wert von etwa 150 m auf etwa 90 m deutlich reduziert werden kann. Eine Folge davon kann die Weite (W1) des Installationsraums für das Tragwerk 14b für den Kamin vom herkömmlichen Wert von etwa 38 m auf etwa 25 m deutlich verringert werden.
In diesem Fall muß die besondere Menge an Ammoniak B, die injiziert wird, nicht nur so bestimmt werden, daß sie bezüglich der äquivalenten Menge, die zur Denitrierung erforderlich ist, im Überschuß ist, sondern sie muß auch unter Berücksichtigung der SO₃-Konzentration im Rauchgas bestimmt werden.
Genauer ausgedrückt, mindestens ein Teil des Ammoniaks, das im Rauchgas zurückbleibt, welches den Denitrator 2 (oder die Denitrierungsstufe) verläßt, reagiert mit SO₃, das in diesem Rauchgas vorliegt, unter Bildung von Ammoniumsalzen, z. B. dem oben beschriebenen Ammoniumsulfat und saurem Ammoniumsulfat. In diesem Fall werden die meisten dieser Ammoniumsalze durch den elektrostatischen Ausfäller 5 eingefangen. Folglich bleibt von dem Ammoniakgas, das im Rauchgas, das den Denitrator 2 verläßt, nur der Teil an Ammoniakgas, der bezüglich der äquivalenten Menge für SO₃ im Überschuß vorliegt, im Rauchgas zurück, das in dem Absorptionsturm 21a eingeleitet wird.
Spezifischer ausgedrückt, es ist wünschenswert, die Menge in injiziertem Ammoniak so zu bestimmen, daß die Konzentration an Ammoniak, die im Rauchgas, welches in den Lufterhitzer 31 und dem Wärmerückgewinnungsabschnitt (oder Wärmeaustauscher) 24 des Gas-Gas-Erhitzers eingeleitet wird, zurückbleibt, bezüglich der SO₃-Konzentration in diesem Rauchgas in einem Überschuß von 13 ppm oder mehr sein wird.
Wie durch Experimente, die später beschrieben werden, bewiesen wurde, ermöglicht dies, die Abscheidung des sauren Ammoniumsulfats, das im genannten Wärmeaustauscher kondensiert, zu unterdrücken. Somit wird die Bildung einer Ablagerung (oder Kesselstein) an den Wärmeaustauscheroberflächen und den inneren Oberflächen des Wärmeaustauschers weniger, und die Wartung des Wärmeaustauschers wird erleichtert.
Das heißt, in dem herkömmlichen System, das in 9 dargestellt ist, ist die Konzentration an Ammoniak, die im Rauchgas, welches in den Lufterhitzer 3 eingeführt wird, mit etwa 5 ppm gering, so daß saures Ammoniumsulfat in größeren Mengen als normales Ammoniumsulfat produziert wird. Dieses saure Ammoniumsulfat neigt dazu, speziell in einem Lufterhitzer 3 zu kondensieren und darin Kesselstein zu bilden. Wenn allerdings diese Ammoniak-Konzentration gegenüber der SO₃-Konzentration im Rauchgas in einem Überschuß von 13 ppm oder mehr vorhanden ist, wird das meiste des im Rauchgas vorliegenden SO₃ in ein feines Pulver aus neutralem Ammoniumsulfat, das (NH₄)₂SO₄ enthält, umgewandelt und die Produktion von in hohem Maße sich festsetzendem saurem Ammoniumsulfat, das zur Bildung von Kesselstein neigt, wird relativ gering. Darüber hinaus sind gemäß dieser Ausführungsform, die einen Lufterhitzer 31 mit Umhüllung-und-Rohr-Struktur verwendet, Störungen durch Kesselsteinbildung im Vergleich zu dem herkömmlichen System, das einen Lufterhitzer des Ljungström-Typs verwendet, weniger. Gegebenenfalls kann das Problem der Kesselsteinbildung infolge von saurem Ammoniumphosphat praktisch gelöst werden und der Denitrator muß nicht mit einem Ammoniak-Zersetzungskatalysator ausgestattet sein.
In dieser Ausführungsform wird eine überschüssige Menge an Ammoniak positiv injiziert, so daß eine große Menge an Ammoniak oder an einem Ammoniumsalz in dem Rauchgas zurückbleiben wird, das in den Absorptionsturm 21a eingeleitet wird. Dementsprechend bereitet die Entsorgung von Ammoniak, das in der Aufschlämmung im Absorptionsturm 21a absorbiert ist, und das Ammoniak, das in behandeltes Rauchgas D ausleckt, Probleme. Allerdings können diese Probleme durch Verwendung der existierenden Entsorgungstechnik ohne Abwasser (der sogenannten AWMT) gelöst werden, bei der Ammoniak wiedergewonnen und wiederverwendet wird, indem Staub aus dem elektrostatischen Ausfäller mit Abwasser aus der Entschwefelungsvorrichtung oder einer Ammoniak-Absorptionstechnik, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung neu entwickelt wurde, verwendet wird.
Nachfolgend werden einige Ausführungsformen dieser Techniken anhand der 3 und 4 beschrieben. 3 ist eine schematische Darstellung, die insbesondere die detaillierte Konstruktion einer Entschwefelungsvorrichtung zeigt, die zur Verwendung im Rauchgasbehandlungssystem dieser Ausführungsform, wie sie in 2 dargestellt ist, geeignet ist; 4 ist eine schematische Darstellung, die die Konstruktion eines beispielhaften Nicht-Abwasser-Entsorgungssystems (bzw. Entsorgungssystem ohne Abwasser) zeigt, das zur Verwendung mit dem Rauchgas-Behandlungssystem dieser Ausführungsform (im Fall eines ölgefeuerten Kessels) geeignet ist.
In dem in 3 dargestellten Fall ist der Absorptionsturm 21a, der als Entschwefelungsvorrichtung dient, ein Absorptionsturm des Flüssigkeitssäulen-Typs, der am Boden mit einem Tank 41 zur Aufnahme eines absorbierenden Fluidums E, das ein Absorbens (z. B. Kalk) darin suspendiert hat, (im folgenden als Absorbens-Aufschlämmung E bezeichnet) ausgestattet ist und der einen Gas-Flüssig-Kontaktbereich hat, der sich über den Tank 41 erstreckt und dazu dient, Rauchgas in Gas-Flüssig-Kontakt mit der Aufschlämmung im Tank 41 zu bringen.
Dieser Absorptionsturm 21a ist ein sogenannter Gegenstromabsorptionsturm, in dem ein Rauchgaseinlaßabschnitt 42 zur Einleitung von Rauchgas in seinem unteren Teil und ein Rauchgasauslaßabschnitt 43 zum Ausströmen des entschwefelten Rauchgases A1 in seinem oberen Teil ausgebildet ist, so daß das Rauchgas im unteren Teil des Absorptionsturms eintritt und nach oben strömt.
Im Rauchgasauslaßabschnitt 43 ist ein Nebeleliminator 43a montiert. Dieser Nebeleliminator 43a dient dazu Nebel zu sammeln, der als Resultat eines Gas-Flüssig-Kontakt produziert wird und vom Rauchgas mitgezogen wird, so daß keine große Menge an Nebel, der Schwefeldioxid, Ammoniak und dgl. enthält, zusammen mit dem entschwefelten Rauchgas A1 ausgebracht werden kann. In dieser Ausführungsform wird der durch diesen Nebeleliminator 43a gesammelten Nebel aus seinem unteren Ende strömen gelassen und direkt in den Tank 41 strömen gelassen.
Darüber hinaus sind im Absorptionsturm 21a eine Vielzahl von Sprühleitungen 44 parallel angeordnet. In diesen Sprühleitungen 44 sind eine Vielzahl von Düsen (nicht gezeigt) zum Injizieren der Aufschlämmung im Tank 41 in Form von Flüssigkeitssäulen nach oben ausgebildet.
Darüber hinaus ist eine Umwälzpumpe 45 zum Abziehen und Heben der Absorbens-Aufschlämmung im Tank 41 an der Außenseite des Tanks 41 montiert. Auf diese Weise wird die Aufschlämmung durch eine Zirkulationsleitung 46 zu Sprührohren 44 befördert.
In der in 3 dargestellten Ausführung ist der Tank 41 mit Mitteln zum Einblasen von Luft F zur oxidierenden Verwendung in Form von feinen Bläschen, während die Aufschlämmung im Tank 41 gerührt wird, ausgestattet. Dieses Mittel umfaßt einen Rührer 47 und ein Luftzufuhrleitung 48 zum Einblasen von Luft F in die Aufschlämmung in der Nähe der Rührblätter des Rührers 47. Auf diese Weise wird die Absorbens-Aufschlämmung, die Schwefeldioxid darin absorbiert hat, in wirksamen Kontakt mit der Luft im Tank 41 gebracht und dadurch vollständig in die Form von Gips oxidiert.
Spezifischer ausgedrückt, die Absorbens-Aufschlämmung, die aus Sprühleitungen 44 im Absorptionsturm 21a injiziert wird, strömt nach unten, während Schwefeldioxid und Staub (enthält Ammoniumsalze, z. B. Ammoniumsulfat) und darüber hinaus Ammoniakgas als Resultat eines Gas-Flüssig-Kontaktes mit Rauchgas absorbiert werden, und tritt in den Tank 41 ein, wo sie oxidiert wird, indem sie mit einer großen Anzahl von Luftblasen, die eingeblasen werden, während gerührt wird, wobei ein Rührer 47 und eine Luftzuführungsleitung 48 verwendet werden, in Kontakt gebracht wird; dann erleidet sie eine Neutralisationsreaktion und wird eine Aufschlämmung, die Gips in hoher Konzentration enthält. Die vorherrschenden Reaktionen, die im Verlauf dieser Behandlungen auftreten, werden durch die vorstehend angegebenen Reaktionsgleichungen (1) bis (3) dargestellt.
Auf diese Weise sind ständig eine große Menge Gips, eine kleine Menge Kalkstein (als Absorbens verwendet) und eine geringe Menge Nebel und Ammoniak, die aus dem Rauchgas gesammelt wurden, in der Aufschlämmung im Tank 41 suspendiert oder gelöst. In dieser Ausführungsform wird die Aufschlämmung im Tank 41 abgezogen und zu einem Feststoff-Flüssigkeits-Separator 49 durch eine Rohrleitung 46a, die von der Zirkulationsleitung 46 abzweigt, geführt. Die Aufschlämmung wird im Feststoff-Flüssigkeits-Separator 49 filtriert, so daß Gips G mit einem geringen Wassergehalt gewonnen wird. Andererseits wird ein Teil H1 des Filtrats aus dem Feststoff-Flüssigkeits-Separator 49 zu einem Aufschlämmungsherstellungstank 52 als Wasser zur Bildung der Absorbens-Aufschlämmung E geleitet; der Rest wird als Entschwefelungsabwasser H2 ausgeleitet, um die Akkumulierung von Verunreinigungen zu verhindern.
Da das Ammoniak und die Ammoniumsalze (z. B. Ammoniumsulfat), die aus dem Rauchgas absorbiert werden, hohe Löslichkeiten haben, sind die meisten von ihnen in der flüssigen Phase der Aufschlämmung E enthalten und werden gegebenenfalls zusammen mit dem Entschwefelungsabwasser H2 ausgeleitet.
In dieser Ausführungsform wird eine Aufschlämmung, die Kalk als Absorbens enthält, vom Aufschlämmungsherstellungstank 52 während des Betriebs in den Tank 41 geführt. Dieser Aufschlämmungsherstellungstank 52 ist mit einem Rührer 53 ausgestattet und dient dazu, eine Absorbens-Aufschlämmung E herzustellen, indem gepulverter Kalkstein I, der aus einem Silo (nicht gezeigt) eingeführt wird, mit dem Filtrat H1, das wie oben beschrieben zugeführt wird, vermischt wird und dieses Gemisch gerührt wird. Die Absorbens-Aufschlämmung E im Aufschlämmungsherstellungstank 52 wird geeigneterweise mit Hilfe einer Aufschlämmungspumpe 54 in den Tank 41 geleitet. Um den allmählichen Wasserverlust infolge einer Verdampfung im Absorptionsturm 21a oder dgl. zu ergänzen, wird Zusatzwasser (z. B. Industriewasser) geeigneterweise z. B. dem Tank 41 oder dem Aufschlämmungsherstellungstank 52 zugeführt.
Während des Betriebs werden die Fließgeschwindigkeit des vorstehend genannten Zusatzwassers, das Tank 41 zugeführt wird, die Fließgeschwindigkeit der Aufschlämmung, die durch die Rohrleitung 46a abgezogen wird, und dgl. geeigneterweise kontrolliert. So wird Tank 41 in einem solchen Zustand gehalten, daß die Aufschlämmung, die Gips und das Absorbens in vorbestimmten Konzentrationen enthält, immer darin mit einem Level innerhalb bestimmter Grenzen gelagert wird.
Um den Grad einer Entschwefelung und die Reinheit von Gips auch während des Betriebs auf hohem Level zu halten, werden die Kessellast (d. h. die Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases A), die Schwefeldioxid-Konzentration im Rauchgas, das in den Absorptionsturm 21a eingeführt wird, der pH und die Kalkkonzentration der Absorbens-Aufschlämmung im Tank 41 und dgl. mit Sensoren überwacht. Auf der Basis der Überwachungsresultate werden die Beschickungsrate des Tanks 41 mit Kalk und andere Parameter geeigneterweise mit Hilfe eines Reglers (nicht gezeigt) kontrolliert. Herkömmlicherweise wird der pH der Absorbens-Aufschlämmung im Tank 41 üblicherweise auf etwa 6,0 eingestellt, so daß hochreiner Gips durch Beschleunigung der oben beschriebenen Oxidationsreaktion bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der hohen Kapazität zur Absorption von Schwefeldioxid gebildet werden kann.
Als Mittel, um zu verhindern, daß Ammoniak aus Resten im entschwefelten Rauchgas A1 im Überschuß injiziert wird, sind außerdem Sprühleitungen 55 oberhalb der Sprühleitungen 44 angeordnet. Diese Sprühleitungen 55 dienen dazu, eine Flüssigkeit J (die in Form einer Aufschlämmung vorliegen kann) mit einem niedrigeren pH-Wert als der der Aufschlämmung im Tank 41 in den Absorptionsturm 21a zu injizieren und dadurch im oberen Teil des Absorptionsturms 21a einen Bereich zu schaffen, der es nicht gestattet, daß Ammoniak leicht in die Gasphase freigesetzt wird.
Beispielsweise umfaßt die Flüssigkeit J, die aus Sprühleitungen 55 injiziert wird, eine verdünnte Schwefelsäure-Lösung; ihr pH ist auf einen Wert (z. B. 4,0 bis 5,0) eingestellt, bei dem Ammoniak nicht leicht in das Rauchgas freigesetzt werden kann.
In der oben beschriebenen Konstruktion wird das Rauchgas, das durch den Rauchgaseinlaßabschnitt 41 in den Absorptionsturm 21a eingeführt wird, zuerst in Gas-Flüssig-Kontakt mit der Aufschlämmung, die aus Sprühleitungen 44 in Form von flüssigen Säulen injiziert wird, in Kontakt gebracht und dann in einen Gas-Flüssig-Kontakt mit der aus dem Sprührohren 55 injizierten Flüssigkeit gebracht. Auf diese Weise werden Nebel und Ammoniak zusammen mit Schwefeldioxid absorbiert oder eingefangen.
Während dieses Verfahrens ist die Flüssigkeit, die aus Sprühleitungen 55 im Auslaßabschnitt (oder oberen Ende) des Absorptionsturms 21a injiziert wird, auf einen pH-Wert eingestellt, bei dem Ammoniak nicht leicht in das Rauchgas freigesetzt wird. Folglich wird der Partialdruck von Ammoniak im oberen Teil des Absorptionsturms 21a herabgesetzt, so daß das Phänomen, bei dem der einmal in der flüssigen Phase der Aufschlämmung gelöste Ammoniak wieder in das Rauchgas im oberen Teil des Absorptionsturms freigesetzt wird, vermieden.
Auf diese Weise wird entschwefeltes Rauchgas A1, das sehr niedrige Konzentrationen an Schwefeldioxid, Nebel und Ammoniak hat, letztlich aus dem Rauchgas-Auslaßabschnitt 43, der am oberen Ende des Absorptionsturms 21a ausgebildet ist, ausströmen gelassen. In diesem Fall haben Berechnungen, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, gezeigt, daß der Grad für die Entfernung von Ammoniak etwa 90% ist. Trotz der Konstruktion, bei der eine überschüssige Menge an Ammoniak positiv injiziert wird, ist folglich wenig Ammoniak im behandelten Rauchgas D enthalten (2) und es gibt kein Problem mit einer Ammoniak-Emission in die Atmosphäre.
Unter dem Gesichtspunkt einer Vermeidung der Luftverschmutzung ist es allerdings wünschenswert, die Ammoniak-Konzentration im behandelten Rauchgas D, das in die Atmosphäre emittiert wird, auf ein Minimum zu beschränken. Demnach besteht ein Bedarf an einer Rauchgasbehandlungstechnik, die eine Verringerung der Anlagengröße und einen hohen Grad der Entschwefelung erzielen kann und darüber hinaus die Menge an emittierten Ammoniak auf ein Minimum reduzieren kann.
Als nächstes wird die Konstruktion des beispielhaft in 4 dargestellten "no-waste water disposal system" (Entsorgungssystem ohne Abwasser) beschrieben. Dies ist ein Beispiel, das mit der Behandlung von Rauchgas aus einem ölgefeuerten Kessel in Verbindung steht. In diesem Fall enthält Staub K, der aus dem Rauchgas durch einen trockenelektrostatischen Ausfäller 5, dargestellt in 2 und 3, zusätzlich zu nicht-verbranntem Kohlenstoff, der seine Hauptkomponente bildet, Verunreinigungen wie z. B. Vanadium (das ein toxisches Schwermetall ist) und Magnesium, Ammoniumsulfat, das aus dem injizierten Ammoniak und SO₃, das im Rauchgas vorhanden ist, gebildet wird, und dgl.
In diesem System, wie es in 4 dargestellt ist, wird Entschwefelungsabwasser H2, was in 3 dargestellt ist, zuerst in einen Mischtank 61 eingeleitet, wo es gerührt wird und mit Staub K, der aus dem trockenelektrostatischen Ausfäller 5 zugeführt wird, unter Bildung einer gemischten Aufschlämmung S1 vermischt. In diesem Schritt werden Ammoniak und Ammoniumsulfat, die im Staub K enthalten sind, in der flüssigen Phase der Aufschlämmung S1 gelöst und das meiste von ihnen liegt als Sulfationen oder Ammoniumionen ähnlich denen, die im Abwasser H2 enthalten sind, vor. Dann wird die gemischte Aufschlämmung S1 in einen pH-Einstellungs/Reduktionstank 62 transferiert, wo eine Säure L [z. B. Schwefelsäure (H₂SO₄)] zugesetzt wird. Auf diese Weise wird die gemischte Aufschlämmung S1 auf einen pH-Wert (von etwa 2 oder darunter) eingestellt, der die Reduktion von Vanadium erlaubt. Darüber hinaus wird ein Reduktionsmittel M [z. B. Natriumsulfit (Na₂SO₃)] zugesetzt und mit der Aufschlämmung vermischt. Auf diese Weise wird fünfwertiges Vanadium, das in der Aufschlämmung vorliegt, gemäß der folgenden Reaktionsgleichung (5) in seinen vierwertigen Zustand reduziert, so daß das Vanadium in der flüssigen Phase gelöst ist. 2VO2 + + SO3 2– + 2H+ → 2VO2+ + SO4 2– + H2O (5)
Dann wird die gemischte Aufschlämmung S2, die die Reduktion von Vanadium durchgemacht hat, in einen Präzipitationstank 63 transferiert, worin Ammoniak B3 (das später beschrieben werden wird) zugesetzt wird und mit der Aufschlämmung vermischt wird. In diesem Schritt reagiert vierwertiges Vanadium, das in der Aufschlämmung vorliegt, mit Ammoniak gemäß der folgenden Reaktionsgleichung (6); das resultierende Produkt fällt aus. VO2+ + 2NH4OH → VO(OH)2 + 2NH4 + (6)
Nach Behandlung zur Ausfällung von Vanadium wird die gemischte Aufschlämmung S3 aus dem Präzipitationstank 63 abgezogen und mit Hilfe einer Aufschlämmungspumpe 64 in einen Feststoff-Flüssigkeits-Separator 65, der einen Ausflockungsabscheider und/oder ein Bandfilter vom Vakuumtyp umfaßt, transferiert. Auf diese Weise wird das Feststoffmaterial N in Form von Schlamm oder in Form eines Kuchens abgetrennt. Das abgetrennte Feststoffmaterial N besteht im wesentlichen aus nicht-verbranntem Kohlenstoff, der im Staub K vorliegt und enthält zusätzlich das ausgefällte Vanadium.
Dann wird die Ablauge S4, aus der Feststoffmaterial, das Vanadium enthält, entfernt wurde, in einen Neutralisierungstank 66 transferiert, in dem ein chemisches Agens O [z. B. Löschkalk (Ca(OH)₂)] und zurückgeführte Ablauge P (die später beschrieben wird) unter Rühren zugesetzt wurden. Auf diese Weise werden Schwefelion und Ammoniumion, die in der Ablauge vorhanden sind, in Gips und Ammoniumhydroxid umgewandelt.
Die resultierende Aufschlämmung S5, die jetzt Gips als Feststoffkomponente und Ammoniumhydroxid enthält, wird dann in einen primären Konzentrator 67 übergeführt, in dem Ammoniak B1 durch Verdampfung abgetrennt wird. Die resultierende Aufschlämmung S6, die Gips und anderes Feststoffmaterial mit hohen Konzentrationen enthält, wird dann mit Hilfe einer Aufschlämmungspumpe 68 daraus abgezogen.
Der primäre Konzentrator 67 besteht aus einem Verdampfer 67a, einer Heizvorrichtung 67b und einer Umwälzpumpe 67c und fungiert, um die Aufschlämmung mit heißem Dampf W1, der z. B. in einem Kessel einer Kraftwerksanlage erzeugt wird, zu erhitzen und dadurch Wasser B1, das Ammoniak enthält, zu verdampfen.
Außer Gips umfaßt das Feststoffmaterial; das in der Aufschlämmung S6 enthalten ist, hauptsächlich Magnesiumhydroxid [Mg(OH)₂]. Dieses Magnesiumhydroxid wird durch die Kombination von Magnesium, das im Staub K als Verunreinigung vorliegt, mit Hydroxidionen, die in der Aufschlämmung vorliegen, gebildet.
Anschließend wird diese Aufschlämmung S6 in einen Feststoffseparator 69, der einen Zyklon oder eine Sedimentationszentrifuge umfaßt, eingeführt, worin die Aufschlämmung S6 in eine Aufschlämmung S7, die hauptsächlich Gips (grobpartikelförmiges Feststoffmaterial) enthält und eine Aufschlämmung S8, die anderes feines partikelförmiges Feststoffmaterial enthält (umfaßt hauptsächlich das oben beschriebene Magnesiumhydroxid), getrennt. Aufschlämmung S7 wird in den Absorptionsturmtank 41, der die in 3 dargestellte Entschwefelungsvorrichtung bildet, zurückgeführt. Andererseits wird ein Teil der Aufschlämmung S8 in einem Dehydrator (oder einem sekundären Konzentrator) 70 dehydratisiert und das resultierende Feststoffmaterial, das hauptsächlich Magnesiumhydroxid enthält, wird als Schlamm Q ausgetragen.
Von der Aufschlämmung S8 wird der restliche Teil, der nicht zum Dehydrator 70 befördert wird, in den Neutralisierungstank 66 als Rückführablauge P zurückgeführt.
Ammoniakwasser B1, das durch Verdampfung im primären Konzentrator 67 produziert wird, wird gekühlt und in einem Kühler 71 unter Verwendung von Kühlwasser W2 als Kühlmittel kondensiert und in einem Lagertank 72 gelagert.
Da Ammoniakwasser B1 im Lagertank 72 üblicherweise eine niedrige Konzentration von etwa 3 bis 6% hat, wird es mit Hilfe einer Pumpe 73 zu einem Ammoniak-Konzentrator 74 geführt, und dort konzentriert, wobei Ammoniakwasser mit einer Konzentration von 10 bis 20% erhalten wird. Ein Teil dieses Ammoniakwassers wird in einem Verdampfer 75 in die Gasphase übergeführt und das resultierende Ammoniak B2 wird in das Rauchgas in dem vorher beschriebenen Denitrator 2 als Ammoniak B enthaltender Dampf W3 injiziert. Der restliche Teil des Ammoniakwassers wird als Ammoniak B3 in den vorstehend genannten Präzipitationstank 63 eingeleitet.
Im oben beschriebenen "no-waste water disposeal system" wird Entschwefelungsabwasser H2, das aus dem Entschwefelungsvorgang stammt, behandelt, indem es mit dem entfernten Staub K vermischt wird, so daß eine Verbesserung bei der Handhabbarkeit erreicht wird. Die resultierende vermischte Aufschlämmung wird einer Reihe von Behandlungen zur Reduktion, Präzipitation und Feststoff-Flüssigkeits-Trennung von darin vorliegendem Vanadium unterzogen; Das abgetrennte Vanadium wird als Schlamm entnommen. Darüber hinaus werden die gemischte Aufschlämmung, die auf diese Weise konzentriert und behandelt worden war, das Gips, Wasser und Ammoniak schließlich in das Rauchgas oder die stromaufwärts gelegene Seite des Systems zurückgeführt (z. B. in den Absorptionsturm, der die Entschwefelungsvorrichtung bildet). So wird es möglich, Ammoniak in zirkulierender Weise zu verwenden und das sogenannte "no-waste water closed system" zu realisieren, bei dem kein Abwasser, das zu verwerfen ist, produziert wird. Dies eliminiert die Notwendigkeit einer Abwasserbehandlung vor der Ausleitung und ermöglicht die wirksame Ausnutzung von Ammoniak.
EXPERIMENTE
Im folgenden werden einige Experimente beschrieben, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden. Der Zweck dieser Experimente besteht darin, zu beweisen, daß die Bildung von Kesselstein an den inneren Oberflächen (z. B. Wärmeübertragungsoberflächen) des Wärmeaustauschers für den Wärmerückgewinnungsschritt infolge von saurem Ammoniumsulfat unterdrückt wird, wenn eine überschüssige Menge Ammoniak gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung injiziert wird und ein nicht-durchlässiger Wärmeaustauscher mit Umhüllung-und-Rohr-Struktur als Wärmeaustauscher verwendet wird.
Zu allererst wurde eine Versuchsapparatur, die in 6 dargestellt ist, verwendet. Genauer ausgedrückt, ein Lufterhitzer 82 und ein Kühler 83 wurden stromabwärts eines Verbrennungsofens 81 installiert. Darüber hinaus wurde stromabwärts von diesen ein Zyklon 84 zum Abtrennen und Entfernen von Staub, z. B. unverbrannter Kohlenstoff, montiert. Das Rauchgas, das diesen Zyklon 84 verließ, wurde in einen nicht-durchlässigen Wärmeaustauscher 85 mit Umhüllung-und-Rohrstruktur eingeleitet. In diesem Fall wurde das Rauchgas an der Umhüllungsseite (d. h. an der Außenseite der Heizröhren) durch den Wärmeaustauscher 85 geleitet, während das Heizmedium durch die Heizröhren des Wärmeaustauschers 85 geführt wurde. Das Heizmedium, das durch die Wärme des Rauchgases im Wärmeaustauscher 85 erwärmt wurde, wurde gekühlt und in einem Kühler 86 unter Verwendung von Kühlwasser regeneriert.
Die SO₃-Konzentration im Rauchgas wurde durch Injizieren von SO₃ in das Rauchgas an einem Punkt stromabwärts des Lufterhitzers 82 und stromaufwärts des Kühlers 83 injiziert. Darüber hinaus wurde die Ammoniak-Konzentration im Rauchgas reguliert, indem Ammoniak in das Rauchgas in einer Position stromabwärts des Zyklons 84 und stromaufwärts des Wärmeaustauschers 85 injiziert wurde. Der Wärmeaustauscher 85 war für eine sogenannte Stahlkugelreinigung durch Verstreuen von Stahlkugeln in kontinuierlicher Weise an seine Umhüllungsseite geeignet und er wurde bei Bedarf Stahlkugelreinigungstest unterzogen.
Weitere experimentelle Bedingungen waren wie folgt.
(Brennstoff)

Typ: Heizöl A.
Verbrennungsgeschwindigkeit: 15 1/h.

(Rauchgas)

Strömungsgeschwindigkeit: 200 m³N/h.
SO₃-Konzentration: 25 ppm.
NH₃-Konzentration: 63 ppm.
Temperatur am Ausgang des Zyklons: 1170°C.
Temperatur am Einlaß/Auslaß des Wärmeaustauschers: 130/190°C.

(Heizmedium)
Einlaßtemperatur: 75°C.
(Stahlkugeln)
Verstreuungsrate: 2 280 kg/m³N·h.
In diesem Fall wurde die Ammoniak-Konzentration im Rauchgas mit 63 (= 50 + 13) ppm bestimmt, so daß in einem Überschuß zur äquivalenten Menge, die zur Bildung von Ammoniumsulfat (NH₄)₂SO₄] als Resultat einer Reaktion mit SO₃ erforderlich ist, in einem Überschuß von 13 ppm wäre. Die vorgenannte äquivalente Menge entspricht dem Zweifachen der Anzahl der Mol von SO₃ und entspricht in diesem Fall einer Konzentration von 50 (= 25 × 2) ppm.
Unter den oben beschriebenen Bedingungen wurde die experimentelle Apparatur für 83 Stunden ohne Stahlkugelreinigung kontinuierlich betrieben. Danach wurde eine Stahlkugelreinigung für 2 Stunden durchgeführt.
7 zeigt die Resultate einer aktuellen Messung von Veränderungen beim Gasdruckverlust im Wärmeaustauscher 85 und Figur 8 zeigt die Resultate einer tatsächlichen Messung von Veränderungen beim Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten des Wärmeaustauschers 85, was als Hinweis für seine Wärmeübertragungsfähigkeit dient.
Wie aus diesen Resultaten zu erkennen ist, waren die Veränderungen beim Gasdruckverlust und beim Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten selbst nach 83-stündigem kontinuierlichem Betrieb relativ gering. Darüber hinaus können sie durch Stahlkugelreinigung wieder völlig auf ihre Anfangslevel gebracht werden.
Wenn die Oberflächen der Heizrohre des Wärmeaustauschers 85 nach 83-stündigem kontinuierlichem Betrieb photographiert und visuell mit dem bloßen Auge betrachtet wurden, war die Ansammlung von Ablagerungen nur leicht. Bei Analyse umfaßte die Ablagerung hauptsächlich eine Verbindung des Ammoniumsulfat-Typs mit einem NH₄/SO₄-Molverhältnis von 1,5 bis 1,9.
Auf diese Weise ist zu erkennen, daß, wenn Ammoniak in einer solchen Menge injiziert wird, daß es bezüglich der SO₃-Konzentration in einem Überschuß von 13 ppm oder mehr vorliegt, die Produktion von saurem Ammoniumsulfat unterdrückt wird und dies den Vorgang zur Entfernung einer Ablagerung stark erleichtert.
Es ist einzusehen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern auch auf verschiedenen anderen Wegen durchgeführt werden kann.
Beispielsweise muß die Injektion von Ammoniak nicht nur im Denitrator (oder im Denitrierungsschritt) durchgeführt werden, sondern kann auch an einem beliebigen Punkt stromabwärts des Denitrators und stromaufwärts vom Absorptionsturm erfolgen. Z. B. kann in dem System von 2 Ammoniak in das Rauchgas im Kanal 4 injiziert werden, um SO₃ einzufangen und das Entschwefelungsvermögen zu verstärken, oder Ammoniak kann in das Rauchgas im Kanal 25 (an der stromabwärtigen Seite des trockenelektrostatischen Ausfällers 5) injiziert werden, um das Entschwefelungsvermögen und dgl. zu erhöhen.
Zur Erhöhung des Entschwefelungsvermögens des Absorptionsturms kann in diesem Fall die Ammoniakmenge, die im Denitrierungsschritt injiziert wird und/oder die Ammoniakmenge, die an dem Punkt stromabwärts des Denitrierungsschritts injiziert wird, so bestimmt werden, daß sie bezüglich der äquivalenten Menge, die zur Denitrierung erforderlich ist, oder der äquivalenten Menge bezüglich SO₃ im Überschuß ist; daher werden Ammoniak oder ein Ammoniumsalz (z. B. Ammoniumsulfat) in dem in den Entschwefelungsschritt eingeführten Rauchgas bleiben.
Um darüber hinaus die Bildung von Kesselstein durch SO₃ im Lufterhitzer 31 und im Wärmewiedergewinnungsabschnitt 24 des Gas-Gas-Erhitzers vollständig zu unterdrücken, kann die Menge an Ammoniak, die in den Denitrierungsschritt injiziert wird und/oder die Menge an Ammoniak, die an dem Punkt stromabwärts des Denitrierungsschritts injiziert wird, so bestimmt werden, daß sie einen solchen überschüssigen Level hat, daß die Konzentration an Ammoniak, die in dem Rauchgas zurückbleibt, das in diesen Wärmeaustauscher eingeführt wird, bezüglich der SO₃-Konzentration in diese Rauchgas in einem Überschuß von 13 ppm oder mehr sein wird.
Darüber hinaus werden der Lufterhitzer 31 und der Wärmerückgewinnungsabschnitt 24 des Gas-Gas-Erhitzers getrennt montiert, wie es z. B. in der vorher beschriebenen Ausführungsform von 2 der Fall ist. Allerdings können sie auch in einer einzelnen Einheit kombiniert werden. D. h., das System kann so konstruiert sein, daß Luft C, die dem Kessel zugeführt wird, durch die in einem Wärmeaustauscher, der z. B. in der Position des Lufterhitzers 31 (2) installiert ist, wiedergewonnen wird, erhitzt wird; ein Teil des Heizmediums wird dem Wiedererwärmungsabschnitt 22 der Gas-Gas-Erhitzervorrichtung zugeführt und verwendet, um behandeltes Rauchgas D zu erwärmen.
Selbst wenn der Lufterhitzer und der Wärmerückgewinnungsabschnitt des Gas-Gas-Erhitzers getrennt installiert sind, kann der Wärmerückgewinnungsabschnitt des Gas-Gas-Erhitzers in einer zum elektrostatischen Ausfäller 5 stromaufwärts gelegenen Position montiert sein.
Wenn in diesem Zusammenhang die Wärmerückgewinnung aus dem Rauchgas vollständig an der stromaufwärts gelegenen Seite des elektrostatischen Ausfällers 5 durchgeführt wird und die Temperatur des Rauchgases, das in den elektrostatischen Ausfäller 5 eingeführt wird, weiter verringert wird, ist dies speziell im Fall von Rauchgas aus einem Kohle-befeuerten Kessel vorteilhaft, da der Grad der Entfernung von Staub (z. B. Flugasche) im elektrostatischen Ausfäller 5 basierend auf seinem erhöhten spezifischen Widerstand deutlich verbessert ist.

Claims

Rauchgas-Behandlungssystem, das einen Denitrierungsschritt unter Injektion von Ammoniak in Rauchgas (A), das zumindest Stickoxide und Schwefeloxide enthält, zur Zersetzung der in dem Rauchgas vorhandenen Stickoxide, und einen Entschwefelungsschritt unter Einführung des Rauchgases, das den Denitrierungsschritt verlässt, in einen Absorptionsturm (21), worin es in einen Gas-Flüssigkeits-Kontakt mit einem absorbierenden Fluidum (E) zur Entfernung von zumindest der Schwefeloxide aus dem Rauchgas durch Absorption in das absorbierende Fluidum umfasst, worin Ammoniak (B) nach Bedarf an einem Punkt stromabwärts des Denitrierungsschrittes in das Rauchgas injiziert wird, und die Menge an in dem Denitrierungsschritt injizierten Ammoniak und/oder die Menge an Ammoniak, die an dem Punkt stromabwärts des Denitrierungsschrittes injiziert wird, werden auf einen solchen Überschuss festgelegt, dass Ammoniak oder ein Ammoniumsalz in dem Rauchgas, das in den Entschwefelungsschritt eingeführt wird, zurückbleibt, worin ein Bereich, in dem eine Flüssigkeit (J) mit einer höheren Acidität als das absorbierende Fluidum (E) so eingesprüht wird, dass das Ammoniak nicht leicht in die Gasphase abgegeben wird, auf der stromabwärtigen Seite des Bereichs des Absorptionsturms erzeugt wird, indem das Rauchgas in einen Gas-Flüssig-Kontakt mit dem absorbierenden Fluidum gebracht wird, wodurch das in dem Rauchgas zurückbleibende Ammoniak, das in den Entschwefelungsschritt eingeführt wird, in dem Absorptionsturm absorbiert wird, ohne dass es in dem Rauchgas (D), das den Absorptionsturm verlässt, zurückbleibt.
Rauchgas-Behandlungsverfahren gemäss Anspruch 1, worin die Menge an Ammoniak, das in den Denitrierungsschritt eingeführt wird, so bestimmt wird, dass die Konzentration an Ammoniak, die in dem Rauchgas, das den Denitrierungsschritt verlässt, zurückbleibt, nicht weniger als 30 ppm beträgt.
Rauchgas-Behandlungsverfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, das ferner einen Wärmerückgewinnungsschritt unter Einführung des Rauchgases, das den Denitrierungsschritt verlässt, in einen Wärmeaustauscher (24) auf der stromaufwärtigen Seite des Absorptionsturms umfasst, wodurch Wärme aus dem Rauchgas zurückgewonnen wird, und worin ein nicht-durchlässiger Wärmeaustauscher (85) mit Umhüllung-und-Rohr-Struktur als Wärmeaustauscher verwendet wird.
Rauchgas-Behandlungsverfahren gemäss Anspruch 1 oder 3, das ferner den Wärmerückgewinnungsschritt unter Einführung des Rauchgases, das den Denitrierungsschritt verlässt, in einen Wärmeaustauscher (24) auf der stromaufwärtigen Seite des Absorptionsturms umfasst, wodurch Wärme aus dem Rauchgas zurückgewonnen wird, und worin die Menge an Ammoniak, die im Denitrierungsschritt injiziert wird, und/oder die Menge an Ammoniak, die an dem Punkt stromabwärts des Denitrierungsschrittes injiziert wird, so bestimmt wird, dass die Konzentration des Ammoniaks, das im Rauchgas zurückbleibt, das in den Wärmeaustauscher eingeführt wird, in einem Überschuss gegenüber der SO₃-Konzentration in diesem Rauchgas von 13 ppm oder mehr vorhanden ist.
Rauchgas-Behandlungsverfahren gemäss mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner einen ersten Staubentfernungsschritt unter Einführung des Rauchgases in einen trockenelektrostatischen Ausfäller (5) auf der stromaufwärtigen Seite des Absorptionsturms (21) umfasst, wodurch Staub, der in dem Rauchgas vorhanden ist, entfernt wird, und einen zweiten Staubentfernungsschritt unter Einführung des Rauchgases in einen nasselektrostatischen Ausfäller (32) auf der stromabwärtigen Seite des Absorptionsturms, wodurch der in dem Rauchgas zurückgebliebene Staub entfernt wird.