DD301548A7 - A method of controlling an additive mass flow for dry flue gas desulphurisation in a fossil fuel fired steam boiler - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Additivmassestromes für die trockene Rauchgasentschwefelung in einem mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Dampfkessel einer Wärmeerzeugungsanlage. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nach einer trockenen Vorentschwefelung und vor einer Sprühabsorption den Zusammenhang zwischen SO ind 2-Einbindung und dem Schwefelgehalt des Brennstoffes sowie den beiden Masseströmen Brennstoff und Additiv exakt und schnell zu erfassen, wobei keine Meßwertverfälschungen auftreten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zeitgleich der SO ind 2 -Gehalt des Rauchgases, der Brennstoffmassestrom und der Additivmassestrom gemessen, danach der Schwefelgehalt des Brennstoffes nach der Beziehung S ind B = (K ind 2 * V ind (SO ind 2 N) + K ind 3) m ind Add(t) + K ind 4 * V ind (SO ind 2 N) + K ind 5 bestimmt, anschließend der Additivmassestrom nach der Beziehung (Formel)ermittelt und als Regelsignal verwendet wird. Fig. 1{Rauchgasentschwefelung; Trockenentschwefelung; Sprühabsorption; Brennstoff; Schwefelgehalt; Additiv; Massestrom; Messung; Zusammenhang; Regelsignal}The invention relates to a method for controlling an additive mass flow for dry flue gas desulfurization in a fossil fuel fired steam boiler of a heat generation plant. The invention has for its object, after a dry Vordesschwefelung and before a spray absorption to capture the relationship between SO ind 2 integration and the sulfur content of the fuel and the two mass flows fuel and additive accurately and quickly, with no Meßwertverfälschungen occur. This is inventively achieved in that at the same time the SO ind 2 content of the flue gas, the fuel mass flow and the additive mass flow measured, then the sulfur content of the fuel according to the relationship S ind B = (K ind 2 * V ind (SO ind 2 N) + K ind 3) m Add (t) + K ind 4 * V ind (SO ind 2 N) + K ind 5 then determined the additive mass flow according to the relationship (formula) and used as a control signal. Fig. 1 {flue gas desulfurization; Trockenentschwefelung; Spray absorption; Fuel; sulfur; additive; Mass flow; Measurement; Context; Control signal}

Description

K die KonstanteK the constant

F der stöchiometrische Faktor Ca/SF is the stoichiometric factor Ca / S

rh_Br der Brennstoff massestromrh _Br the fuel mass flow

rn_Add derAdditivmassestromrn _A dd of the additive mass flow

S_B der Gesamtschwefelgehalt des BrennstoffesS _{B is} the total sulfur content of the fuel

Ca derCa-Anteil des AdditivsCa is the Ca content of the additive

die normierte Volumenkonzentration des SO₂ the normalized volume concentration of SO ₂

bedeuten, ermittelt und als Regelsignal verwendet wirdmean, determined and used as a control signal

Hierzu 1 Seite Zeichnung For this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Additivmassestromes für die trockene Rauchgasentschwefelung in einem mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Dampfkessel einer Wärmeerzeugungsanlage.The invention relates to a method for controlling an additive mass flow for dry flue gas desulfurization in a fossil fuel fired steam boiler of a heat generation plant.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Ein bekanntes trockenes Entschwefelungsverfahren beruht darauf, daß z.B. Kalkstein in feinteiliger Form dem Feuerraum von mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Kesseln zugeführt wird, dort bei Temperaturen > 800°C kalziniert wird und eine chemische Bindung des SchwefeldioxidsAtrioxids an das entstandene CaO stattfindet |DD 154307).A known dry desulphurization process is based on e.g. Limestone in finely divided form is fed into the combustion chamber of fossil-fired boilers, where it is calcined at temperatures> 800 ° C and chemical bonding of the sulfur dioxide trioxide takes place to the resulting CaO | DD 154307).

Die dafür benötigte Additivmenge richtet sich nach dem Schwefelgehalt des Brennstoffs bzw. nach dem gebildeten SO₂ aus diesem Schwefel (stöchiometrischer Faktor Ca/S; Ca aus dem Kalkstein, S aus der Kohle). Dieser stöchiometrische Faktor soll im Bereich 1 ...2 liegen. Unter 1 ist im Rauchgas noch ein Schwefelsäuretaupunk· nachweisbar, bei Werten über 2 wird die Beherrschung der Betriebsproblome und des Abprodukts sehr schwierig.The amount of additive required depends on the sulfur content of the fuel or on the SO _{2 formed} from this sulfur (stoichiometric factor Ca / S, Ca from the limestone, S from the coal). This stoichiometric factor should be in the range 1 ... 2. Under 1, a sulfuric acid dew can be detected in the flue gas; at values> 2, it is very difficult to control the operating problems and the product.

Dient dieses Verfahren als Vorstufe für ein weiteres Entschwefelungsverfahren, z.B. Sprühabsorption, erlangt die eingesetzte Additivmenge tür das Erreichen optimaler Bedingungen der Verfahrenskombination und besonders der Hauptentschwefelungsstufe eine noch größere Bedeutung. Der Schwefelgehalt der zur Verbrennung gelangenden Kohle unterliegt natürlichen Schwankungen, dio in ihrem zeitlichen Ablauf durch die Bedingungen des Kosselbetriebes und der Bekohlung extrem sein können. Dieser Umstand erschwert die Einstellung und Fixierung eines aus verfahrenstechnischer Sicht günstigen stöchiomotrischen Verhältnisses und damit des Additivmassestroms erheblich.This process serves as a precursor to another desulfurization process, e.g. Spray absorption, the amount of additive used to achieve optimum conditions of the process combination and especially the main desulfurization reached an even greater importance. The sulfur content of coal undergoing combustion is subject to natural fluctuations, which may be extreme in their timing by the conditions of the Kosselbetriebes and the coaling. This circumstance makes the setting and fixing of a stoichiometric ratio, which is favorable from a process engineering point of view, and thus of the additive mass flow considerably more difficult.

Wird von langfristig ermittelten Mittelwerten des Schwefelgehaltes ausgegangen und daraus ein festes Mengenverhältnis Additiv zu Brennstoff eingestellt, können die o. g. Werte über- bzw. unterschritten werden. Mindestens werden dabei aber auch über längere Zeiträume ungünstige Verfahrensparameter erreicht bzw. für die Hauptentschwofelungsstufe ein zu großes oder zu geringes Kalkangebot orreicht. Eine andere Möglichkeit besteht darin, aus einer Brennstoffprobe mittels einer aufwendigen chemischen Analyse den Schwefelgehalt zu bestimmen. Allerdings liegt der Wert frühestens nach einigen Stunden vor. Aus diesem Wert resultierende Additivmasseströme stimmen deshalb mit dom Momentanwert nicht überein und sind somit ebenfalls wie oben beschrieben stark fehlerbehaftet.If long-term averages of the sulfur content are used and a fixed additive-to-fuel ratio is set, the o. G. Values are exceeded or fallen below. At least but are also achieved over longer periods unfavorable process parameters or for the Hauptentschwofelungsstufe oranges too large or too low orreicht. Another possibility is to determine the sulfur content from a fuel sample by means of a complex chemical analysis. However, the value is at the earliest after a few hours. For this reason, additive mass flows resulting from this value do not agree with the instantaneous value and are thus also heavily faulty, as described above.

Bekannt ist ein Vorfahren zum Bestimmen dos Schwefelgehaltes von Kohle, wobei oine Probe oiner Strahlung im Röntgenbereich ausgosotzt wird und die in der Probe enthaltenen Eisen- und Schwefelatome zur Emission ihrer entsprechenden Fluoreszenzstrahlung angeregt werden und daß die Fluoreszonzstrahlungen erfaßt und ihre Intensitäten geinessen werden sowie aus den Meßwerten der Schwefeigehalt bestimmt wird (DE-OS 2 607 968).Known is an ancestor for determining the sulfur content of coal, oine sample oiner radiation in the X-ray region is ausgeosotzt and the iron and sulfur atoms contained in the sample are excited to emit their corresponding fluorescence radiation and that the fluorescence radiations detected and their intensities are geinessen and from the Measured values of the sulfur content is determined (DE-OS 2,607,968).

Nachteile:Disadvantage:

- Kohleprobenahme und Mahlung erforderlich- Coal sampling and grinding required

- zusätzliche aufwendige Meßtechnik mit Strahlungsquelle notwendig- Additional complex measuring technology with radiation source necessary

- keine kontinuierliche, sondern nur quasikontinuierliche Überwachung möglich- no continuous, but only quasi-continuous monitoring possible

- bei automatischer Probenahme und Aufbereitung erheblicher zusätzlicher apparativer Aufwand oder ständiger manueller Aufwand- For automatic sampling and processing considerable additional expenditure on equipment or constant manual effort

- mit diesem Verfahren ist es wegen des enorm hohen apparativen Aufwands ökonomisch sinnvoll nur möglich, einen Kohlostrom (z. B. Eingang in das KW), nicht aber die Vielzahl der unmittelbar zur Verbrennung gelangenden Kohleströme, zu überprüfen- With this method, it is economically feasible only due to the enormous amount of equipment required to check a Kohlostrom (eg, input to the KW), but not the large number of directly reaching combustion coal flows

- durch die Berechnung des verbrennbaren Schwefels ist das Ergebnis ungenau- by calculating the combustible sulfur, the result is inaccurate

Des weiteren isi ein Verfahren zur Bestimmung des Karbonatgehaltef c.ner in einer nassen Rauchgasentschwofelungsanlage zirkulierenden, teilweise gebrauchten Kalksteinsusponsion zur Regelung der Zugabe von frischem Kalksteinmehl zur Gewährleistung der SO₂-Absorptionsfähigkeit bei Lastschwankungen bekannt, wobei der zirkulierenden Kalksteinsuspension jeweils eine konstante Teilmenge entnommen wird, dieser Säure zur Spaltung des suspendierten Kalksteins zugemischt wird und das Volumen des entstehenden Gases, insbesondere bei konstanter Ter ;eratur und konstantem Druck, gemessen wird (DD-OS 3809379)Furthermore, a method for the determination of the carbonate content in a wet flue gas desulfurization circulating partially used limestone suspension for controlling the addition of fresh limestone powder to ensure the SO ₂ absorption capacity under load fluctuations is known, wherein the circulating limestone suspension in each case a constant subset is removed, this acid is added for splitting the suspended limestone and the volume of the resulting gas, in particular at constant temperature and constant pressure, is measured (DD-OS 3809379)

Nachteile: Disadvantage:

Die dargestellte Erfindung gilt für ein Naßverfahren und ist für die Regelung des Kalksteinmassenstromes eines Trockenverfahrens nicht einsetzbar. Es fehlt die wäßrige Phase, und es gibt innerhalb der Trockenvorstufe keine RezirkulationThe illustrated invention applies to a wet process and is not applicable to the regulation of the limestone mass flow of a dry process. The aqueous phase is absent and there is no recirculation within the dry precursor

- Probenahme notwendig- Sampling necessary

- Analyse durch Zumischen einer chemischen Substanz'- Analysis by admixing a chemical substance '

- hoher apparativer Aufwand- high equipment costs

- diskontinuierlicher Betrieb.- discontinuous operation.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, durch die effektive Regelung des Additivmasrestromes verfahrenstechnisch und ökonomisch günstige Bedingungen für die Rauchgasentschwefelung zu erreichen.The aim of the invention is to achieve procedurally and economically favorable conditions for the flue gas desulfurization by the effective control of the Additivmasrestromes.

Darlegung dos Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nach einer trockenen Vorentschwefelung und vor einer Sprühabsorption den Zusammenhang zwischen SOj-Einbindung und dem Schwefelgehalt des Brennstoffes sowie den beiden Masseströmen Brennstoff und Additiv exakt und schnell zu erfassen, wobei keine Meßwertverfälschungen auftreten.The invention has for its object, after a dry Vordesschwefelung and before a spray absorption to capture the relationship between SOj integration and the sulfur content of the fuel and the two mass flows fuel and additive accurately and quickly, with no Meßwertverfälschungen occur.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zeitgleich der SCVGehalt des Rauchgases, der Brennstoffmassestrom und der Additivmassestrom gemessen, danach der Schwefelgehalt des Brennstoffes nach der BeziehungThis is inventively achieved by simultaneously measuring the SCV content of the flue gas, the mass flow of fuel and the additive mass flow, then the sulfur content of the fuel according to the relationship

Se = (K2 · \'so,N — Ka) riiAddii) + K4 · Vso,n + K5 bestimmt, anschließend der Additivmassestrom nach der Beziehung K, · F · ma, · S₈ Se = (K2 · \ 'so, N - Ka) riiAddii) + K4 · Vso, n + K5 then determines the additive mass flow according to the relationship K, · F · ma, · S ₈

^mAddll - ΔΙ) — ^m Addll - ΔΙ) -

CaCa

K die KonstanteK the constant

F der stöchiometrische Faktor Ca/SF is the stoichiometric factor Ca / S

rtiBr der BrennstoffmassestromrtiBr the fuel mass flow

m_Add der Additivmassestromm _Add the additive mass flow

S₀ der Gesamtschwefelgehalt des BrennstoffesS _{0 is} the total sulfur content of the fuel

Ca der Ca-Anteil des AdditivsCa the Ca content of the additive

Vso,N die normierte Volumenkonzentration des SOjVso, N is the normalized volume concentration of SOj

KS der KalksteinKS the limestone

bedeuten, ermittelt und als Regelsignal verwendet wird.mean, determined and used as a control signal.

Der linearo Zusammenhang zwischen dem SO₂-Gehalt des Rauchgases (normiert) und dem Schwefelgehalt der Kohle gilt in einem Kesselbereich von 70-105% der Kesselnennlast.The linearo relationship between the SO ₂ content of the flue gas (normalized) and the sulfur content of the coal is in a boiler range of 70-105% of the rated boiler load.

Mit dem Gesamtschwefelgehalt läßt sich bei vorgegebenem stöchiometrischen Verhältnis Ca/S der notwendige Additivmassestrom ermitteln (z.B. für Kalkstein):With the total sulfur content, the necessary additive mass flow can be determined for a given stoichiometric ratio Ca / S (for example for limestone):

F · m_Dr · S 1,25For _Dr · S 1.25

CaCa

Dia SO₂-Einbindung durch die Trockenvorstufe läßt sich wie folgt beschreiben: HSO₁= 1-e-«^s'^F _f Dia SO ₂ incorporation by the dry precursor can be described as follows: HSO ₁ = 1-e- « ^s ' ^F _f

wobei für F die Momentanwerte rr>Add und rh_Br sowie der Schwefelgehalt zum Zeitpunkt (t - At) verwendet werden. Aus pso, wird die SOj-Konzentration, die ohne Kalksteinzugabe auftreten würde, ermittelt:where for F the instantaneous values rr> Add and rh _Br and the sulfur content at the time (t - At) are used. From pso, the SOj concentration that would occur without limestone addition is determined:

\/ _ Vso.n Meßwert \ / _ Vso.n measured value

^vSO,Nohn»KS — 1 · ^v SO, Nohn »KS - 1 ·

1 - Iso,1 - iso,

Dieser Wert V₅₀₁N ohne ks ist identisch mit dem Wert V_So,n·This value V ₅₀₁ N without ks is identical to the value V _S o, n ·

Der Momentanwert des Schwefelgehaltes des Brennstoffs läßt sich damit ermitteln und daraus der notwendige Kalkmassestrom (Soll-Wea). Gibt es zum Meßwert des Kalkmassestromes (Ist-Wert) eine Differenz, so wird über den Rechner eine Regelgröße so gestaltet, daß der Kalkmassestrom je nach Lage der Abweichung erhöht oder verringert wird. Dies kf>nn z. B. über die Drehzahl der Zellenradschleuse das Kalksteinsilosais nosierorgan erfolgen.The instantaneous value of the sulfur content of the fuel can thus be determined and from this the necessary Kalkmassestrom (target Wea). If there is a difference to the measured value of the lime mass flow (actual value), a controlled variable is designed by the computer in such a way that the liming mass flow is increased or reduced depending on the position of the deviation. This kf> nn z. B. on the speed of the rotary feeder Kalksteinsilosais nosierorgan done.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

- Der für das komplexe sowie separate trockene Entschwefelungsverfahren wichtige stöchiometrische Faktor Ca/S wird während des gesamten Prozesses eingehalten.- The stoichiometric factor Ca / S, which is important for the complex and separate dry desulphurisation process, is complied with throughout the process.

- Der für die Absenkung des Schwefelsäuretaupunktes wichtige stöchiomotrischo Faktor- 1 wird eingehalten.- The important for the lowering of the sulfuric acid dew point stoichiometric factor-1 is maintained.

- Im Abprodukt (Asche! treten keine so hohen Kalkgehalte auf, daß die Verladung, Transport und Deponie gefährdet werden.- In the waste product (ash!), Lime contents that are so high that loading, transport and landfill are endangered do not occur.

- Vermeidung von ökonomischen Verlusten, da nicht mehr Kalkstein verbraucht werden kann, als für die optimale Verfahrensgestaltung notwendig ist.- Avoidance of economic losses, because no more limestone can be consumed than is necessary for the optimal process design.

- Einhaltung eines optimalen Entschwefelungsgrades der Trockenentschwefelung.- Maintaining an optimal degree of desulfurization of dry desulphurisation.

- Einhaltung optimaler Bedingungen (z. B. Kalkgehalt der Flugasche) für die Sprühabsorption.- Maintaining optimum conditions (eg calcareous content of fly ash) for spray absorption.

- Kontinuierliche Ermittlung des Schwefelgehaltes des Brennstoffs ohne aufwendige Analysen.- Continuous determination of the sulfur content of the fuel without extensive analysis.

Ausführungsbeispielembodiment

Die nähere Erläuterung erfolgt anhand der Zeichnung, die eine Prinzipskizze darstellt.The detailed explanation is based on the drawing, which represents a schematic diagram.

In einer Rauchgasentschwefelungsanlage, bestehend aus der Trockenvorstufe mit Kalksteinmehl zum Feuerraum und der Hauptstufe mit Sprühabsorption unter Verwendung der kalkangereicherten Flugasche, wird ein stöchiometrisches Verhältnis Ca/S = 1,5 angestrebt. Als Meßwerte liegender SO₂-und O₂-Gehalt des Rauchgases nach Luftvorwärmer, der Brennstoff-und der Kalksteinmehrmassestrom zum Feuerraum vor. Diese Werte werden kontinuierlich ermittelt und angezeigt. Dor Kohlemassestrom 1 wird über die Summe der Zuteilerdrehzahlen bestimmt. Dieser Meßwert 8 geht auf den Rechner 13. Der Massestrom an Kalksteinmehl 2 wird über die Drehzahl der Zellenradschleuse 7 unter dem Kalksteinmehlsilo 6 ermittelt, und dieser Wert 9 wird ebenfalls auf den Rechner 13 gegeben. Diese Masseströme gelangen zum Dampferzeuger 3, wobei das Kalksteinmehl dem Feuerraum zudosiert wird. Das toilentschwefelte und in der Flugasche mit Kalk angereicherte Rauchgas verläßt im Rauchgaskanal 4 den Dampferzeuger und gelangt in den Absorber der Sprühabsorption 5. Dieses Rauchgas wird auf die Volumenanteile SO₂ und O₂ analysiert, und die beiden Meßwerte 10,11 werden auf den Rechner 13 gegeben, ebenso der entsprechend Verfahrensgestaltung günstige stöchiometrische Faktor 12 Ca (aus dem Kalkstein)/S (aus der Kohle). Im Rechner 13 werden die SOj-Werte auf einen O₂-Gehalt von 7 % normiert. Mit diesen normierten Werten und den anderen Eingabewerten werden die dargelegten Rechnungen ausgeführt. Wird im Ergebnis dieser Berechnungen festgestellt, dnß der durch F = 1,5 bedingte Kalksteinmassestrom im Ist-Zusland vom Soll-Wert abweicht, gibt der Rechner 13 eine entsprechende Stellgröße 14 ab, die den Antrieb 15 der Zellenradschleuse 7 erreicht und dort die Drehzahl (Regelgröße) erhöht (m_Ks wird größer) oder verringert (m_KS wird kleiner).In a flue gas desulphurisation plant consisting of the dry precursor with limestone powder to the combustion chamber and the main stage with spray absorption using the lime enriched fly ash, a stoichiometric ratio Ca / S = 1.5 is sought. As readings lying SO ₂ and O ₂ content of the flue gas after air preheater, the fuel and the limestone mass flow to the firebox before. These values are continuously determined and displayed. Dor Kohlemassestrom 1 is determined by the sum of the allocator speeds. This measured value 8 goes to the computer 13. The mass flow of limestone powder 2 is determined by the speed of the rotary valve 7 under the limestone flour silo 6, and this value 9 is also given to the computer 13. These mass flows reach the steam generator 3, wherein the limestone powder is added to the firebox. The scrubbing and flue gas enriched with lime in the fly ash leaves the steam generator in the flue gas duct 4 and enters the absorber of spray absorption 5. This flue gas is analyzed for the volume fractions SO ₂ and O ₂ , and the two measured values 10, 11 are transferred to the computer 13 given, as well as the corresponding process design favorable stoichiometric factor 12 Ca (from the limestone) / S (from the coal). In the computer 13, the SOj values are normalized to an O ₂ content of 7%. These normalized values and the other input values are used to perform the calculations presented. If it is determined as a result of these calculations that the limestone mass flow caused by F = 1.5 deviates from the nominal value in the actual state, the computer 13 delivers a corresponding manipulated variable 14 which reaches the drive 15 of the rotary valve 7 and there the rotational speed (FIG. Controlled variable) increases (m _K s increases) or decreases (m _KS becomes smaller).

Dieser ganze Prozeß der Moßwerterfassung, Berechnung und Regelung kann ununterbrochen laufen; es ist aber auch ein quasikontinuierlicher Betrieb möglich. Zum Beispiel kann die Stellgröße 14 auch nur in bestimmten Zeitintervallen (1 min oder 5min) abgegeben werden.This whole process of measuring value, calculation and regulation can run continuously; but it is also a quasi-continuous operation possible. For example, the manipulated variable 14 can also be delivered only at certain time intervals (1 min or 5 min).

Claims (1)

Verfahren zur Regelung eines Additivmassestromes für die trockene Rauchgasentschwefelung in einem mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Dampfkessel zur Einhaltung eines stöchiometrischen Faktors Ca/S von 1 ...2, gekennzeichnet dadurch, daß zeitgleich der SCyGehaltdes Rauchgases, der Brennstoffmassestrom und der Additivmassestrom gemessen, danach der Schwefelgehalt des Brennstoffes nach der BeziehungMethod of controlling an additive mass flow for dry flue gas desulphurisation in a fossil fuel fired steam boiler to maintain a stoichiometric factor Ca / S of 1 to 2, characterized by simultaneously measuring the SCy content of the flue gas, the mass flow of fuel and the additive mass flow, then the sulfur content fuel on a relationship Sa = (K2 · VsojN - K₃) rh_Add(,) + K₄ · VcQjN + K₅
bestimmt, anschließend der Additivmassestrom nach der Beziehung ™ - K, · F rh_Br · S₈ Sa = (K2 · VsojN - K ₃₎ rh _Add (,) + K ₄ x VcQjN + K ₅
then the additive mass flow is determined according to the relationship: ??? K, Fbr _Br × S ₈ ^mAdd(t + At) - ^T / ^m Add (t + At) - ^ T /