DD280259A1 - Verfahren zur leistungssteigerung von spruehabsorptionsverfahren zur rauchgasentschwefelung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungssteigerung von Spruehabsorptionsverfahren zur Rauchgasentschwefelung, bei denen eine kalkhaltige Suspension gegen den zu reinigenden Rauchgasstrom mit hohem Druck in einem Reaktor erfolgt. Aufgabe der Erfindung ist es, den dabei notwendigen Prozessschritt der Verdunstung des Wassers der Suspension im Rauchgasstrom zu verkuerzen und den dadurch freigesetzten Reaktionsraum fuer die die Entschwefelung bestimmende Reaktion des Kalziumhydrates mit den Schwefeloxiden des Rauchgases zu nutzen. Die Aufgabe wird geloest durch eine Erhoehung der Enthalpie der Suspension nach der Druckerhoehung in der Pumpe und vor der Verduesung durch indirekte Waermeuebertragung an die Suspension. Figur

Description

Reaktionsraumes im Reaktor. Die F einheit der Suspension und ihie Verdüsung im Reaktor, die direkte Wärmeübertragung vom Rauchgas an die Suspensionströpfchen und der Verdunstungsvorgang selbst begrenzen somit das Leistungsvermögen der Sprühabsorptionsverfahren. Eine weitere Leistungsreduzierung resultiert aus hohen Gastemperaturen. Hohe Gastemperaturen haben ein großes effektives Gasvolumen und damit erhöhte Gasgeschwindigkeiten im Reaktor und damit reduzierte Reaktionszeiten für die Schwefeleinbindung zur Folge.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in einer Steigerung der Leistungsfähigkeit der Sprühabsorptionsverfahren zur Rauchgasentschwefelung, bezogen auf den Rauchgasdurchsatz gleicher Qualität in der Zeiteinheit, der Kalkausnutzung und des Entschwefelungsgrades der Rauchgase sowie in einer Absenkung des spezifischen Elektroenergieverbrauches der Rauchgasreinigungsanldge, bezogen auf das gereinigte Rauchgasvolumen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, solche Maßnahmen vorzuschlagen, die die Prozeßschritie der Sprühabsorptionsverfahren so beeinflussen, daß das für dei ι Prozeßschritt „chemische Reaktion der Schwefeloxide des Rauchgases mit dem Kalziumhydroxid der Suspension" vorhandene Reaktorvoiumen und die dafür zur Verfügung rtehende Reaktionszeit vergrößert werden. Diese technische Aufgabe wird gelöst, indem Maßnahmen zur Beschleunigung des ProzeSschrittes „Verdunstung" realis-ert werden. Erfindungsgemäß wird deshalb die Enthalpie der Suspension zwischen der Druckerhöhung und der Verdüsung im Reaktor durch indirekte Wärmeübertragung, bezogen auf den Druck nach der Druckerhöhung, bis nahe des Siedezustandes erhöht, so daß sich die Suspension nach der Verdüsung, bezogen auf die Systemparameter dos Reaktors, in einem überhitzten Zustand befindet. Diese außerhalb des Reaktors indirekt zugefühlte Wärmeenergie reduziert die notwendige direkte Wärmeübertragung vom Rauchgas an die Suspension im Reaktor und damit den Zeitbedarf für die Realisierung des Prozeßsc irittes „Verdunstung" und sichert nach der Verdüsung der Suspension durch Wasserverdampfung in den Suspensionströpfchen eine feinpre Verteilung der Suspension im Gasstrom, was wiederum eine größere Fläche für die direkte Wärmeübertragung vom Rauchgas an die Suspension und damit eine teilweise Reduzierung des Zeitbedarfes für die Verdunstung zur Folge hat. Das auf diese Art frei gewordene Reaktorvolumen steht dem Prozeßschritt „chemische Reaktion des Kalziumhydrates aus. der Suspension mit den Schwefeloxiden des Rauchjases" zur Verfügung. Es kann bei gleichem Rauchgasdurchsatz zur Verbesserung des Entschwefelungsgrades des Rauchgases und zur besseren Kalkausnutzung, aber auch zur Steigerung des Rauchgasdurchsatzes durch den Reaktor in der Zeiteinheit sowie zur Erhöhung der Beaufschlagung mit der Suspension genutzt werden. Es ist weiterhin erfindungsgemäß, daß zur Steigerung der Enthalpie der Suspension vor ihrer Verdüsung im Reaktor ein Teil der Enthalpie des zu reinigenden Rauchgases und/oder im Kraftwerksprozeß regenerativ vorgewärmte!! Kesselspeisewasser verwendet wird, das nach Abschluß der Wärmeübertragung dem Kraftwerksprozeß wieder zugefahren wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispieien beschrieben. In der zugehörigen Zeichnung ist die erfindungsgemäße Lösung dargestellt. Das Ausführungsbeispiol bezieht sich auf die Entschwefelung eines Rauchgases aus einer Kesselfeuerung für Rohbraunkohle, das mit ainer Temperatur von 180 bis 200 Grad Celsius in den Reaktor 1 des Sprühabsorptionsverfahrens eintritt und das einen Gehalt an Schwefeloxiden von 7500mg/m hoch 3 bei Normzustand (i. N. = 0,1 MPa; 0 Grad Celsius) hat.

Im Reaktor 1 des Sprühabsorptionsverfahrens sol! der Schwefeloxidgehalt des Rauchgases auf 600mg/m hoch 3 i. N. gesenkt v« i^rden. Bei einer Ausnutzung des Kalkhydroxidgehaltes der Suspension von 80% werden für die Lösung der Aufgabe 10 Gramm Kalziumhydroxid/m hoch 3 i. N. benötigt. Bei einem Anteil des Kalkhydroxides im Feststoff der Suspension von 50 Ma.-%, wie er bei Vermischung von Kalkhydroxid mit Kraftwerksasche sein kann, reicht 1 kg Feststoff für die Entschwefelung von 50m hoch 3 i.N. Rauchgas, bei oben angegebener Wirksamkeit. Schwankt der Feststoffgehalt der Suspension zwischen 25 und 50 Ma.-%, dann erfordert die Herstellung der Suspension in einem Rührwerk 2 die Zumischung von 1 bis 3 kg Wasser/kg Feststoff, d. h., für die Reinigung von 50 rn hoch 3 i.N. Rauchgas werden 2 bis 4 kg Suspension verbraucht. Durch die Verdunstung des Wassers der Suspension im Reaktor 1 steigt der Wasserdampfpartialdruck des Rauchgases von 20 auf 22 bis 26kPa..

Während die spezifische Ent! ilpie des Wasserdampfes im Rauchgas sich unbedeutend verändert, sinkt durch die Verdunstung des Wassers der Suspension oie Rauchgastemperatur auf 150 bis 160 Grad Celsius, und der Wasserdampftaupunkt des Rauchgases steigt von 60 bis auf 66 Grad Celsius,

Wird die Suspension mit einer Temperatur von 30 Grad Celsius hergestellt und versprüht, dann müssen zur Sicherung der Verdunstung im Reaktor bei einem Festgehalt der Suspension von 50 Ma.-% rund 1400kJ/kg Suspension und bei einem Feststoffgehalt von 25 Ma.-% über 2000kJ/kg Suspension vom Rauchgas an dio Suspensionströpfchen im Reaktor 1 direkt übertragen werden. Die sich um die Suspsnsionströpfchen bei der Verdunstung bildende Wasserdampfhülle behindert die direkte Wärmeübertragung nn die Suspensionströpfchon sowie den Stoffaustausch zwischen Rauchgas und Suspension und verzögert diese Vorgänge, was zu einer Blockierung eines großen Teiles des Reaktionsraumes im Reaktor 1 führt. Bei einem Druck der Suspension nach der Pumpe 3 von 2,5MPa kann in einem Wärmeübertrager 4 und/oder 6 erfindungsgemäß die Enthalpio der Suspension bis nahe dem Siedepunkt gesteigert werden, d. h. in diesem Beispiel gekennzeichnet durch eine Suspensionstemperatur nach dem Wärmeübertrager 4 von 220 Grad Culsius. Da nach de. Verdüsung durch ein Dysonsystem 5 im Reaktor 1 die Verdunstung des Wassers von den Systemparametern des Wasserdampfes im Reaktor I₁ im Beispiel Wasserdampftaupunkt bis maximal 66 Grad Celsius und Wasserdampfpartialdruck maximal 26kPa, bestimmt wird, befindet sich die erfindungsgemäß vorgewärmte Suspension nach der Verdüsung in einem überhitzten Zustand. Die Enthalpiedifferenz der Suspension von diesem Zustand bis zum Gleichgewichtszustand mit dem Wasserdampf im Rauchgas wird durch sofort nach der Verdüsung einsetzende Verdampfung des Wasüors der Suspension abgebaut. Daraus resultiert 6ine feinere Verdüsung der

Suspension im Reaktor 1, die eine größere Fläche für die direkte Wärmeübertragung vom Rauchgas an die Suspension und damit eine Beschleunigung des Prozeßschrittes „Verdunstung" sichert. Gleichzeitig reduziert die erfindungsgemäße Lösung die notwendige direkte Wärmeübertragung vom Rauchgas an die Suspension im Reaktor 1 um 17 bis 19% in Abhängigkeit vom Feststoffgehalt der Suspension. Beide Faktoren, die Schaffung einer größeren Oberfläche für die direkte Wärmeübertragung vom Rauchgas an die Suspension und die Reduzierung der direkten Wärmeübertragung durch indirekte Wärmeübertragung an die Suspension außerhalb des Reaktors verkürzen den Zeitbedarf für den Prozeßschritt „Verdunstung" bis zu 50% und setzen R eaktionsraum für den Prozeßschritt „chemische Reaktion des Kalziumhydroxides der Suspension mit den Schwefeloxiden des Rauchgases" frei, wodurch eine Leistungserhöhung, bezogen auf den möglichen Rauchgasdurchsatz, um 40 bis 50% erreicht werden kann.

Claims (2)

1. Verfahren zur Leistungssteigerung von Sprühabsorptionsverfahren zur Rauchgasentschwefelung, bei denen eine Suspension, die Wasser und Schwefeloxide und andere gasförmige Schadstoffe des Rauchgases bindende Feststoffe enthält, durch eine Pumpe im Druck erhöht und danach in einem Reaktor gegen den Rauchgasstrom verdüst wird und bei dem das Wasser der Suspension durch direkte Wärmeübertragung vom Rauchgas an die Suspension im Reaktor verdunstet, dadurch gekennzeichnet, daß die Enthalpie der Suspension zwischen der Druckerhöhung in der Pumpe (3) und der Verdüsung durch ein Düsensystem (5) im Reaktor (1) durch einen indirekten Wärmeübertrager (4) bis in Nähe des Siedepunktes erhöht wird, so daß die Suspension, bezogen auf die Systemparameter des Reaktionsraumes im Reaktor (1), in den überhitzten Zustand überführt wird.

2. Verfahren zur Leistungssteigerung von Sprühabrjorptionsverfahren zur Rauchgasentschwefelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die indirekte Wärmeübertragung an die Suspension im Kraftwerksprozess regeneriertes Kesselspeisewasser, das nach Abschluß der Wärmeübertragung zum Kraftwerksprozeß zurückgeführt wird, und/oder ein Teil der Enthalpie des zu reinigenden Rauchgases verwendet wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungssteigerung von Sprühabsorptionsverfahren zur Entschwefelung von Rauchgasen und zur Reinigung von anderen gasförmigen Schadstoffen, bei denen eine Suspension, die Wasser und Schwefeloxide sowie andere gasförmige Schadstoffe der Rauchgase bindenden Feststoffe enthält, durch Pumpen im Druck erhöht und danach in einem Reaktor in den Rauchgasstrom verdüst wird und bei denen das Wasser der Suspension durch direkte Wärmeübertragung "om Rauchgas an die Suspension im Reaktor verdunstet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

7ur Entschwefelung von Rauchgasen und zur Reinigung von anderen gasförmigen Schadstoffen, die insbesondere Chlor und Fluor enthalten, werden verschiedene Verfahren eingesetzt. Diese Verfahren können in zwei Grundkategorien eingeordnet werden, nämlich in Verfahren, bei denen die Reinigungsmittel unter Abgabe der gebundenen Stoffe regeneriert und wiederverwendet werden, während die dabei mit hoher Konzentration anfallenden Schadstoffe als industriell nutzbare Produkte anfallen oder zu solchen aufbereitet werden, und solche, bei denen die schadstoffbeladenen Reinigungsmittel aus dem Reinigungsorozeß ausgetragen, industriell genutzt oder deponiert werden.

Unter den Verfahren, bei denen die schadstoffbeladenen Reinigungsmittel aus dem Reinigungsprozeß zur industriellen Nutzung oder Deponierung abgegeben werden, nehmen die Verfahren, die Kalziumverbindungen, wie Kalkstein, gebrannten und gelöschten Kalk zur Schadstoffbindung einsetzen, eine führende Rolle ein. Das Kalziumkarbonat des Kalksteines kann die Schwefeloxide der Rauchgase nur binden, wenn der Kalkstein in Wasser gelöst ist. Das hat zur Folge, daß Entschweielungsverfahren, die solche wäßrigen Kalksteiniösungen als Waschmittel einsetzen, bei Sättigungstemperatur arbeiten, was eine Wiederaufheizung des Rauchgases nach der Gaswäsche zur Entschwefelung und vor ihrer Abgabe an die Umwelt oder ihre Ableitung über Kühltürme und eine Nachoxidation der schwefelbeladenen Suspension, die nach dem Waschvorgang vorliegt, vor der mechanischen Abtrennung von Gips aus dir Suspension und aer erneuten Auflösung von Kalkstein in der Suspension erfordert. Diese Entschwefelungsverfahren werden in die Kategorie der „nassen Entschwefelungsverfahren" eingeordnet (z.B. DD-PS 223074).

Alle anderen auf Basis von Kalk arbeitenden Entschwefelungsverfahren erfordern die Prozeßstufe des Kolkbrennens, d. h. die thermische Abspaltung von Kohlendioxid aus dem Kalkstein. Das dabei entstehende Kalziumoxid kann als Feststoff Schwefeloxide und gasförmige Fluor- und Chlorverbindungen aufnehmen. Die Nachoxidation des dabei anfallenden Kalziumsulfits mit Sauerstoff aus dem Rauchgas führt zu trockenem Gips. Da diese Verfahren heterogene Systeme Gas/Feststoff realisieren, werden sie zur Kategorie der „trockenen Entschwefelungsverfahren" gezählt (u.a. DD-PS 218563). Die auf Basis von Kalk arbeitenden trockenen Verfahren erreichen eine relativ geringe Ausnutzung des Kalksteines und niedrige Entschwefelungsgrade der Rauchgase. Insbesondere mit dem Ziel, bei Erhalt des trockenen Endproduktes die Kalkausnutzung und die Entschwefelungsgrade des Rauchgases zu verbessern, aber auch kalkhaltige Asche als Reinigungsmittel zu verwenden, erfolgte die Entwicklung von Sprühabsorptionsvorfahren, als sogenannte „halbtrockene Verfahren". Bei diesen Verfahren werden aus Kalk, kalkhaltigen Aschen und Wasser hergestellte Suspensionen in einem Reaktor in die Rauchgase versprüht. Durch direkte Wärmeübertragung vom Rauchgas an die versprühten Suspensionströpfchen wird das Wasser der Suspension im Reaktor verdunstet und trockenes, feinkörniges Kalkhydrat freigesetzt, das mit Schwefeloxider: und Sauerstoff des Rauchgases zu trockenem Gips reagiert, der auf hekannte Art aus dem Rauchgas abgetrennt wird. Der Vorgang der Verdunstung, der maßgeblich den direkten Wärmeübergang vom Rauchgas an die Suspensionströpfchen und den Stoffaustausch über die sich um die Suspensionströpfchen bildenden Wasserdampfhüllen bestimmt, behindert die chemische Reaktion des Kalziumhydroxides mit den Schwefeloxiden des Rauchgases, blockiert einen Teil des zur Verfügung stehenden