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Verfahren zur Anhebung der Temperatur eines zu entschwefeln-
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den Rauchgases Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anhebung der
Temperatur eines zu entschwefelnden Rauchgases bei Austritt aus dem Kesselluftvorwärmer.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Anhebung der Temperatur eines
zu entstickenden und zu entschwefelnden Rauchgases bei Austritt aus dem Kesselluftvorwärmer
und nach der Entstickung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Anhebung
der Temperatur des entschwefelten und gegebenenfalls entstickten Rauchgases vor
Eintritt in den Ramin.
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Es sind zahlreiche Verfahren zur Entschwefelung von Rauchgasen durch
Absorption mit wässrigen Lösungen oder Suspensionen bekannt. Nach dem Wellman-Lord-Verfahren
wird das SO2-haltige Rauchgas mit einer wässrigen Natriumsulfit-Lösung in Berührung
gebracht, die dabei SO2 aus dem Gas unter teilweiser Bildung von Natriumhydrogensulfit
aufnimmt. Die Absorption erfolgt bei Temperaturen von beispielsweise etwa 45 bis
60 OC, so daß das heiße Rauchgas zunächst auf etwa diese Temperatur abgekühlt werden
muß. Das gereinigte Rauchgas hat nach Verlassen der Absorptionsstufe eine Temperatur
von etwa 45 bis 60 OC. Um ihm im Kamin und bei Abgabe an die Atmosphäre einen genügenden
Auftrieb zu verleihen, muß es vor Eintritt in den Kamin auf etwa 80 bis 100 DC erwärmt
werden. Dieses Erfordernis besteht bei allen Rauchgas-Entschwefelungsverfahren,
die mit wässrigen Medien zur Herausnahme des SO2 arbeiten.
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Das ungereinigte Rauchgas enthält neben Schwefeldioxid auch geringe
Mengen Schwefeltrioxid sowie häufig weitere korrosive Verunreinigungen, so daß bei
der Abkühlung des Gases auf das Temperaturniveau der Entschwefelungsstufe der Schwefelsäure-Taupunkt
durchschritten wird und deshalb erhebliche Korrosionen an dem zur Rauchgaskühlung
eingesetzten Wärmeaustauscher auftreten können.
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Der Entschwefelung vorgeschaltet ist häufig eine Entstickung.
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Diese erfolgt in bekannter Weise durch katalytische Reduktion unter
Zugabe von Ammoniak bei Temperaturen im Bereich von 300 bis 450 OC. Das Rauchgas
muß folglich nach Austritt aus dem Kesselluftvorwärmer durch Wärmetausch und/oder
äußere Wärmezufuhr auf diese hohe Temperatur gebracht werden, was einen erheblichen
Kostenfaktor darstellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Mängel
zu beseitigen. Insbesondere sollen die Investitions-und Energiekosten für die Erwärmung
des ungereinigten Rauchgases auf die Temperatur der Entstickung und die des gereinigten
Rauchgases auf eine einen genügenden Auftrieb gewährleistende Temperatur erheblich
gesenkt werden. Darüberhinaus sollen die Investitionskosten für die Abkühlung des
Rauchgases auf die Temperatur der Entschwefelung möglichst niedrig gehalten werden
und die dabei abzuführende Wärme vollständig genutzt werden. Weitere Vorteile ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Verfahren
zur Anhebung der Temperatur eines zu entschwefelnden und gegebenenfalls zu entstickenden
Rauchgases dadurch gelöst, daß die Temperatur des Rauchgases bei Austritt aus dem
Kesselluftvorwärmer und gegebenenfalls nach der Entstickung um einen der durch die
Verbrennungsluft eingebrachten Wärme entsprechenden Betrag angehoben wird. Gemäß
einer
bevorzugten Ausführungsform wird auch die Temperatur des entschwefelten Rauchgases
vor Eintritt in den Kamin zusätzlich um einen der durch die Verbrennungsluft eingebrachten
Wärme entsprechenden Betrag angehoben.
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Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ermöglicht sowohl eine optimale
Nutzung der Rauchgaswärme als auch Einsparungen bei den Investitionen.
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Da erfindungsgemäß die Temperatur des Rauchgases bei Austritt aus
dem Kesselluftvorwärmer höher liegt als bei Anlagen gemäß dem Stand der Technik,
kann die Entstickung des Rauchgases, genauer dessen Erwärmung auf die Reduktionstemperatur,
wesentlich kostengünstiger erfolgen. Darüber hinaus ermöglicht das hohe Temperaturniveau
die srozessinterne Aufheizung des entschwefelten Rauchgases auf eine relativ hohe
Temperatur, wodurch die Schwefelsäure-Taupunkts-und Korrosionsprobleme auf der Kaminseite
stark gemindert werden.
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Da bei der Übertragung der Wärme von dem nicht entschwefelten Rauchgas
auf das entschwefelte Rauchgas der Schwefelsäure-Taupunkt auf der Seite des nicht
entschwefelten Rauchgases erfindungsgemäß nicht unterschritten wird, kann dieser
Wärmetauscher aus gewöhnlichem Werkstoff, d.h. kostengünstig, ausgeführt werden.
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Korrosionsfester, hochwertiger Werkstoff ist lediglich für den Wärmetauscher
zwischen nicht entschwefeltem Rauchgas und Verbrennungsluft für die Rauchgasseite
erforderlich.
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Diese Wärmetauschfläche ist jedoch gegenüber der der beiden Seiten
eines einzigen Gesamt-Wärmeaustauschers bekannter Verfahren stark reduziert, was
wiederum eine Einsparung an hochwertigem korrosionsfestem und somit teurem Werkstoff
bedingt.
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Darüberhinaus ergibt sich die Möglichkeit, die von dem schwefelhaltigen
Rauchgas berührte Kühlfläche zu Lasten der luftberührten Heizfläche zu minimieren,
indem die Temperatur des Heizmittels niedrig gehalten wird. So wird ebenfalls korrosionsfestes
Material in der Rohgas-Kühlstufe gegen einen Mehrverbrauch an gewöhnlichem Kohlenstoffstahl
im Luftvorwärmer eingespart.
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Die Wärmeübertragung von dem zu entschwefelnden Rauchgas auf die Verbrennungsluft
und gegebenenfalls auf das entschwefelte Rauchgas kann mit Hilfe von Drehwärmetauschern,
insbesondere Ljungström-Regeneratoren erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Wärmeübertragung
jedoch mittels eines flüssigen Wärmeträgers. Als solchen setzt man vorzugsweise
ein unter Normaldruck im Temperaturbereich von 140 bis 380 0C flüssiges Mittel ein.
Der Wärmeträgerkreislauf kann in diesem Falle drucklos arbeiten. Geeignete Wärmeträgerflüssigkeiten
sind in der Technik bekannt. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine in dem
genannten Temperaturbereich verdampfbare Wärmeträgerflüssigkeit einzusetzen. Darüber
hinaus sind auch nichtflüssige Wärmeträger einsetzbar, z.B. fließfähige feste Wärmeträger.
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Da auf diese Weise kein korrosives Rauchgas auf die Kaltgasseite überströmen
kann, verringern sich auch die Anforderungen an den Werkstoff auf der Kaltgasseite.
Dies gilt in besonderem Maße für die Wärmeaustauschstufe, in der die Wärme auf nicht
aggressive Verbrennungsluft übertragen wird.
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Da diese Wärmeaustauschstufe mit Luft von etwa Umgebungstemperatur
oder einer wenig darüber liegenden Temperatur beauf schlagt wird, kann der Wärmeträger
mit relativ tiefer Temperatur zirkulieren, so daß auch die Temperatur des zu entschwefelnden
Rauchgases bei Eintritt in die Rauchgasentschwefelung gesenkt werden kann. Dadurch
sinkt auch die Betriebstemperatur der SO2-Absorption, die Absorption wird verbessert,
und die Regeneration erfordert demzufolge einen
geringeren Wärmeaufwand
(Heizdampf). Bei der SO2-Absorption mit wässriger Na2SO3-haltiger Lösung nach dem
Wellman-Lord-Verfahren führt die so erzielbare Absenkung der Gastemperatur zu einer
Dampfeinsparung in der Regeneration von etwa 10 %.
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Ferner ergibt sich eine energetische Verbesserung. Durch die Übertragung
der bei der Rauchgasabkühlung auf das tiefe Temperaturniveau abgegebenen Wärme an
die Verbrennungsluft wird die Kesselleistung gesteigert, d.h. die in einem tiefen
Temperaturbereich abgeführte Wärme wird zur Erzeugung von Hochdruckdampf ausgenutzt,
wohingegen die aus dem Rauchgas direkt verfügbare Wärme sonst nur zur Niederdruckdampferzeugung
geeignet wäre. Durch die erfindungsgemäß erzielte Wärmerückführung aus dem Tieftemperaturbereich
in die Kesselanlage ergibt sich eine Steigerung der Kesselleistung in der Größenordnung
von 1 % (bei einem 200 MW-Kraftwerk).
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Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich
wesentliche Einsparungen bei den erforderlichen Rauchga s leitungen.
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Darüber hinaus besteht aufgrund des hohen Temperaturniveaus die Möglichkeit,
das zu entschwefelnde Rauchgas und/oder den Wärmeträger für die Wärmeübertragung
an das entschwefelte Rauchgas zur Dampferzeugung heranzuziehen. Es kann beispielsweise
Sattdampf von 2,5 bar erzeugt werden, welcher bei der Entschwefelung zur Regeneration
des Absorptionsmittels dienen kann. Eine solche Dampferzeugung wäre bei einem niedrigeren
Temperaturniveau nicht möglich.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
tritt das zu reinigende Rauchgas mit einer Temperatur von mindestens 150 0C aus
dem Kesselluftvorwärmer aus, gelangt dann in eine Entstickungsanlage und anschlie-Bend
in einen Wärmetauscher. In diesem Aggregat wird das entschwefelte Rauchgas durch
indirekten Wärmetausch mittels
eines flüssigen Wärmeträgers auf
mindestens 90 0C erwärmt, während das zu entschwefelnde Rauchgas eine Abkühlung
auf eine Temperatur oberhalb seines Schwefelsäure-Taupunktes erfährt. Der Wärmeträger-Kreislauf
wird zusätzlich über einen Dampferzeuger zur Gewinnung von Niederdruckdampf geführt.
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In einer weiteren Wärmeaustauschstufe wird das zu entschwefelnde Rauchgas
dann, ebenfalls mittels eines flüssigen Wärmeträgers, auf die Temperatur der Entschwefelung
abgekühlt, während die aus der Umgebung angesaugte Verbrennungsluft im Gegenzug
entsprechend auf mindestens 70 OC erwärmt wird. Die vorgewärmte Verbrennungsluft
gelangt dann in den Kesselluftvorwärmer, üblicherweise ein Ljungström-Regenerator,
wo sie im Wärmetausch mit frischem Rauchgas in bekannter Weise weiter aufgeheizt
wird. Das Rauchgas erfährt durch die Vorwärmung der Verbrennungsluft eine Anhebung
seiner Temperatur um 20 bis 80 OC über das sonst übliche Niveau. Diese Temperaturanhebung
findet sich auch vor Eintritt in den Kamin wieder, wo die Temperatur des gereinigten
Rauchgases noch 15 bis 75 0C über dem üblichen Niveau liegt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben,
in der das Fließchema einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt ist.
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Das Rauchgas R aus der Kesselanlage mit einer Temperatur von z.B.
400 OC wird zunächst in einem Kesselluftvorwärmer 1 auf etwa 150 OC abgekühlt. Nach
Passieren der Entstickungsanlage 2, gegebenenfalls mit vorgeschaltetem Ekektrostaubfilter,
wird das Rauchgas in dem Gaskühler auf etwa 100 °C abgekühlt und danach in dem Gaskühler
4 auf etwa 60 OC.
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Es passiert dann den Absorptionsteil der Rauchgas-Entschwefelungsanlage
6, in dem das SO2 sowie weitere saure Gasbestandteile, wie SO3, mit einer wässrigen
Absorptionslösung,
insbesondere einer Natriumsulfit-Lösung, aus
dem Gas entfernt werden. Das so gereinigte Rauchgas mit einer Temperatur von z.B.
50 °C strömt dann weiter zum Wärmetauscher 7, wo es auf etwa 95 DC erwärmt wird.
Mittels des Gebläses 8, in dem es eine weitere adiabatische Erwärmung auf etwa 100
OC erfährt, wird es dann zum Fuß des Kamins 9 gefördert.
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Die Kühlung des SO2-haltigen Rauchgases in den Gaskühlern 3 und 4
erfolgt jeweils durch indirekten Wärmeaustausch mit flüssigem Wärmeträger, der durch
die Leitungen 10a bzw. 11a zugeführt wird. Der in dem Kühler 3 bzw. 4 erwärmte Wärmeträger
gelangt dann durch die Leitungen 1Ob bzw. 11b zu dem Dampferzeuger 12 und dem Wärmetauscher.
7 bzw. direkt zu dem Primär-Vorwärmer 5.
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Im Vorwärmer 5 tritt der Wärmeträger in Wärmeaustausch mit Luft, die
durch ein Luftgebläse aus der Atmosphäre angesaugt und in den Vorwärmer 5 gedrückt
wird. Dabei wird die Luft L auf etwa 80 0C erwärmt, während der Wärmeträger auf
50 bis 60 OC zurückgekühlt wird. Die vorgewärmte Luft passiert dann den üblichen
Kessel-Luftvorwärmer 1, der als Ljungström-Regenerator ausgebildet ist. Dabei wird
die Luft durch das aus der Kesselanlage abströmende heiße Rauchgas auf etwa 320
OC erhitzt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, den Einsatz des hochwertigen
korrosionsfesten Werkstoffes auf den Gaskühler 4 zu beschränken und diesen noch
zulasten des Primär-Vorwärmers 5, der als üblicher Luftvorwärmer aus Kohlenstoff-Stahl
ausgeführt sein kann, flächenmäßig zu minimieren. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens
ist darin zu sehen, daß die bei tiefer Temperatur in dem Gaskühler 4 abgeführte
Wärme über die Verbrennungsluft in die Kesselanlage zurückgeführt wird und daher
der Hochdruckdampferzeugung dient. Ferner ist die Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens bei bestehenden Kraftwerken ohne Änderung des bestehenden Kesselluftvorwärmers
möglich.
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- L e e r s e i t e -