DE3432783A1

DE3432783A1 - Waermerueckgewinnung aus den rauchgasen von fossilen brennstoffen mit gleichzeitiger reinigung der rauchgase von den schwefel- und stickoxiden und der erzeugung von elektrischem strom mit hilfe der zurueckgewonnenen waermeenergie, sowie der produktion von mischduenger aus den schwefeloxiden und stickoxiden

Info

Publication number: DE3432783A1
Application number: DE19843432783
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Kaspari
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-09-05
Filing date: 1984-09-05
Publication date: 1986-03-13

Description

Wärmerückgewinnung aus den Rauchgasen von fossilen Brennstoffen
mit gleichzeitiger Reinigung der Rauchgase von den Schwefel- und Stickoxiden und der Erzeugung von elektrischem Strom mit Hilfe der zurückgewonnenen Wärmeenergie, sowie der Produktion vo Mischdünger aus den-Schwefeloxiden und Stickoxiden.
Verfahrensbeschreibung: A. Wärmerückgewinnung und Stromerzeugung Der Rauchgasstrom aus der Feuerung kommend, das heißt, nach dem Elektrofilter, hat hier noch eine remperatur von 1400 C wird idealerweise in wärmeisolierten ohren zum Verdampfer geleitet.
Im Verdampfer findet der Wärmeaustausch statt. Als Kühlmittel (primärer Kreislauf) werden vorzugsweise halogenierte 1<ohlenwasserstoffe eingesetzt. Sie sind dazu in der Lage die notwendigen Drücke zu erzeugen und somit eine Turbine und damit auch einen Generator rentabel zu betreiben. Das eigentlich niedrigenthalpige Rauchgas wird von diesen schon erwähnten 14U0 C, je nach Schwefelgehalt der verbrannten Kohle oder Feuerungsmittel liegen diese Temperaturen auch höher, auf eine Temperatur t e abgekühlt.
Als thermischer Prozeß wird ideal der Clausius-Rankine-Prozeß angewandt. Dieser Prozeß ist auch allgemein als üRC-Prozeß (ürganic-Rankine-Cycle) bekannt. Es besteht grundsätzlich die [löglichkeit , diesen thermischen Prozeß im Naßdamp-, Sattdampf-oder im überhitztem Gebiet zu betreiben. Am vorteilhaftesten ist es, diesen thermischen Prozeß im überhitzten Gebiet zu betreiben, weil hier der thermische Wirkungsgrad am größten ist.
Das Kühlmittel selbst im Kreislauf, das heißt, das flüssige Kühlmittel mit der Anfangstemperatur t nimmt die mitgeführte a Wärmeenergie der Rauchgase auf und erwärmt sich dabei auf eine Verdampfungstemperatur te. Es verdampft und wird isobar weiter auf eine Überhitzungstemperatur tü überhitzt. Dabei steigt der Druck vom Anfangsdruck Pa (Druck nach Turbinenaustritt) auf den Enddruck Pe (Druck vor Turbineneintritt). Das nun dampfförmige -Kühlmittel wird nun isentrop in der Turbine expandiert. Dabei kühlt sich das Kühlmittel wieder auf die Anfangstemperatur t a ab und der Druck geht auf den Anfangsdruck Pa zurück. Dem nach der Expansion noch dampfförmigen Kühlmittel wird nun isentropisobar die Verdanlpfungswärme entzogen und es somit wieder verflüssigt. Das kondensierte Kühlmittel wird mittels einer Speisepumpe wieder von Neuem zum Kühlen des Rauchgasstromes eingesetzt.
Damit ist der Kühlmitteklreislauf geschlossen. Mit einem Teil dieser zurückgewonnenen Wärmeenergie wird an der Turbine die Kreisprozeßarbei t w geleistet.
Die Frequenz des erzeugten Stromes hängt allein davon ab, welcher Generator eingesetzt wird.
8. Reinigung der Rauchgase von den Schwefel- und Stickoxiden Kühlt man ein Rauchgas eines fossilen Brennstoffes (Steinkohle, Braunkohle, Erdöl oder Erdgas) ab, dann gibt es einen Punkt, bei die Schwefel- und Stickoxide auskondensieren. Diesen Punl<t nennt man auch den Säuretaupunkt und die dazugehörige lemperatur die Säuretaupunktstemperatur. Die Säuretaupul7ktstemperatur ist von vielen Faktoren abhängig. Sie liegt aber im allgemeinen bei 130°-180 L. Wird nun das Rauchgas auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt, dann werden die Schwefeloxide zu YtJ - 95«0 auskondensiert.
Dabei kondensiert das Schwefeltri oxj d in Form von Schwefelsäure aus und das Schwefeldioxid in Form von schweFliger Säure, Die Abkühlung der Rauchgase erfolgt in drei Stufen. Die Kondensate aus jeder Stufe werden in einen gemeinsamen Kondensatsammier aufgefangen. Da die Reaktion von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid eine exotherme Reaktion ist, das Rauchgas auf relativ tiefe Temperaturen abgekühlt wird und ferner ein großer Sauerstoffüberschuß im Rauchgas ist, kommt es hier zu einer weiteren Umsetzung von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid. -Auch das Stickstoffdioxid wird in Form von Salpetersäure auskondensiert und in den Kondensatsammier eingespeist. Aus dem Kondensatsammier werden die Kondensate in eine Füllkörperkolonne gepumpt.
Im Gegenstrom wird Ammoniak in die Füllkörperkolonne geleitet, so daß es hier zu einer chemischen Reaktion kommt:. Das Endprodukt dieser chemischen Reaktion ist ein hochwertiger SLicI<stoffmischdünger von der Form (NH4)2SO4 @ 2 NH4NO3 C. Vorteile des VerFahrens gegenüber anderen Verfahren 1. Es wird eine wesentlich höhere Rauchgasentschwefelung als bei anderen Verfahren erreicht, wo die Rauchgase noch bis zu 200 mg SO2/Nm3 Rauchgas enthalten. Bei diesem Verfahren erreicht man eine Rauchgasentschwefelung bis zu 100 - 150 mg m Rauchgas.
2. Bei anderen @ Rauchgasentschwefelungsverfahren wird noch zusätzlich Energie verbraucht, um eine einigermaßen akzeptable Rauchgasentschwefelung zu erreichen. Mit diesem Verfahren wirc noch energie zurückgewonnen.
3. Der Wirkungsgrad der Feuerungsanlage wird um einiges erhöht.
4. Dieses Verfahren ist nicht nur für Kraftanlagen in EVUS geeignet, sondern auch in Feuerungsanlagen der chemischen Inustrie, der Zementindustrie usw.
5. [)urch den Verkauf der entstehenden Endprodukte erzielt man zusätzlichen Gewinn.
6. Ilit diesem Verfahren erreicht man auch eine Reinigung der Rauchgase von den eigentlich noch gefährlicheren Stickoxiden.
7. Dadurch, daß bei anderen Verfahren (Naßverfahren),kein Gips anfällt erspart man sich die e @eponie.
8. Besteht bei anderen Verfahren die Gefahr der Verkrustung von Anlagenteilen, die den Entschwefelungsgrad vermindern od diesen Anlagenteil außer Betrieb setzen, ist die Gefahr einer Verkrustung bei diesem Verfahren nicht gegeben.
9. Diese Rauchgasreinigungsanlage kann auch noch nachträglich oder zusätzlich zu einer schon bestehenden @ Rauchgasreinigungsanlage eingebaut werde 10. Der Verbrauch an Hetriebsmitteln ist gering, billig und leichl zu erhalten.
11. Fremdenergien wie Wasserdampf, Strom etc. entfalle.
12. Bei diesem Verfahren entfallen all Anlagenteile, die für entsprechendes regeneratives Naß - oder Trockenverfahren erforderlich sind. Dies senkt die Betriebskosten und Anlagenkosten erheblich.
Berechnungen Die Berechnungen erfolgen für eine Pilotanlage mit einer Rauchgasmenge von 120000 Nm3 Rauchgas/h # 39 MW thermischer Leistung. Bei der Verbrennung der Kohle werden 5(<j des Schwefels z@ Schwefeltrioxid und 95 zu Schwefeldioxid oxidiert. Da der Schwefelgehalt in der Kohle 11 g S/kg Kohle beträgt = 1,1% , werden 0,55 g S zu Schwefeltrioxid (SO2) und 10,45 g S zu Schwefeldioxid (SO2) oxidiert.
Bei der Verbrennung von 1 kg Kohle entstehen 10 Nm3 Rauchgas.
SO = 80,07 g/Mol SO2 = 64,07 g/Mol S = 32,07 g/Mol Somit bildet sich: Ferner sind im Rauchgas 600 mg NOx/Nm3. Davon sind 10% NO2 = 60 mg N02 und 90% NO = 540 mg.
NO = 30,0 g/Mol NO2 = 46,0 g/Mol Damit ergibt sich folgende Rauchgas@us@mmensetzung-vor Eintritt in die ORC-Anlage: 1. Kohlendioxid (CO2) = 1,15288 Nm3 2. Schwefeldioxid (SO2) = 0,00077 Nm3 = 2088 mg 3. Schwefeltrioxid (SO3) = 0,00003 Nm3 = 0,1373 g 4. Stickstoff ( N2 = 0,73195 Nm3 5. Stickstoffmonoxid (NU) = 0,00040 Nm3 = 540 mg 6. Stickstoffdioxid ( NU, ) 3 0,00003 Nm3 = 60 mg 7. Sauerstoff ( O2 = 0,03892 Nm3 8. Wasserdampf ( H2O ) = 0,06500 Nm3 13 = 52,233 g 0,98998 Nm3 Tafel 12 Spezifische Wärme für Luft und Rauchgase fester Brennstoffe 1. Stufe: ORC-Prozeß Die umlaufende kühlmittelmenge ( Frigen 114 ) mr beträgt mF = 130000 kg/h. Die Füllmenge mF = 20000 kg. Der Preis für den Generator beträgt noch zusätzlich DM 33000,- ( nach Aussage von lir. Kallwitz ). Das Rauchgas wird in dieser Stufe von 140°C auf 50°C abgekühlt.
Das Betriebsvolumen für das Rauchgas in dieser Stufe ergibt sich zu: Damit sind im Rauchgas: m@@ = 0,1373 g SO3/1,497 m3 -3 -V t140 1 120000 Nm3/h ( 1 + 140 @ = 181504,67 m3/h -273,15 K Der Wasserdampfgehalt beträgt: w1 = 52,233 gH2O/1,497 m3 Man kann bei diesem Prozeß von einer stöchiometrischen Berechnung ausgehen: H2SO4 = 98,07 g/Dlol Damit entsteht an Schwefelsäure: mH2SO4 = 0,168 g H2SO4/1,497 m3 1.Stufe: ORC-Prozeß Der Verbrauch an Wasser dafür ergibt sich zu: An Wasserdampf verbleibt im Rauchgas und geht somit: in die zweite Stufe: w2 = w1 - wH2O w2 = 52,233 g H2O/1,497 m3 - 0,038 g H2O/1,497 w2 = 52,194 g H20 1. Stufe: ORC-Prozeß Eine weitere Kondensation von Wasserdampf oder Schwefeloxiden fällt in dieser Stufe nicht an, da die eigentliche Aufnahmekapazität im Rauchgas bei einer Temperatur von 50°C w= 83,0 g/m3 beträgt. Dieser Wert ist aber erheblich größer, als Wasser dampf im Rauchgas ist Alle anderen Daten für diese Stufe gehen aus dem Angebotsschreiben hervor.
2. Stufe: Zwischenkühler Im Zwischenkühler wird das Rauchgas von 50°C auf 25°C abgekühlt. Kühlmittel ist Wasser.
Die Kühlwassereintrittstemperatur te = 15°C Die Kühlwasseraustrittstemperatur ta = 35°C #t = 20 K Die Aufnahmekapazität von Wasserdampf im Rauchgas bei einer Temperatur von 25°C beträgt w3 = 23,11 g I121)/m3 Vt50 = 1,183 m3 V = 141966 m3/h Der Partialdrucl< des Schwefeldioxid beträgt PSO@ = 0,000789 bar.
@@2 Die sich einstellende Mischungstemperatur des Kondensates wird mit 50°C + 25°C tm = --------------- = 38°C angenommen.
2 Bei tm = 38°C beträgt der technische Löslichkei tsltoeffizient für S02 in Wasser und mit = 2,92 g/Ncm3, sowie dem Partialdruck des SO2 wird der reale Löslichkeitskoeffizient für SO2 in Wasser: #t1 =\ 48,38 mg SO2/g (H2O) 2. Stufe: Zwischenkühler An Wasserdampf kondensiert in dieser Stufe aus: w4 = w2 - w3 w4 = 52,194 g H2O/1,183 m3 - 23,0 g H2O/1,183 m3 w4 = 29,194 g H2O/1,183 m3 Somit kondensiert in dieser Stufe folgende Schwefeldioxidmenge aus: 1KSO2 = #t1 Demnach kondensiert hier stündlich folgende SO2-Menge aus: Im Rauchgas verbleibt noch folgender SO2 - gehalt und geht damit in die dritte Stufe: m2SO2 = m1SO2 - m1KSO2 m2SO2 = 2088 mg SO2/1,183 m3 - 1412 mg SO2/1,183 m3 m2SO2 = 676 mg SO2 2. Stufe: Zwischenkühler An Wasserdampf kondensiert aus: Die abzuführende Wärmemenge errechnet sich zu: cpm = 1,4 KJ/m3 # K #t = 50°C - 25°C = 25 K #hvmm = 2441,9 KJ/kg # K (gemittelt zwischen 50°C und 25°C).
QK = 13523835,72 KJ/h Kühlwasserbedarf cw = 4,18 KJ/kg #K 3. Stufe: Kältemaschine In der Kältemaschine, der letzten Reinigungsstufe des Rauchgases, wird das Rauchgas von 25°C auf 5°C abgekühlt. Die Aufnahmekapazitcjt von Wasserdampf im Rauchgas bei einer Temperatur von 5°C beträgt w5 = 6,3 g H20/m3 3 Vt25 - 1.092 m 3 Vt25 = 130983,0 m Damit kondensiert in dieser StuFe an Wasser aus: w6 = w3 - w5 w6 = 23,0 g/1,002 m3 - 6,3 g/1,092 m3 = 16,7 g/12,092 m3 Die sich einstellende Mischungstemperatur wird mit 25°C + 5°C tm = ---------------- = 15°C angenommmen.
2 Da schon eine große Menge Schwefeldioxid und Wasserdampf auskondensiert sind, muß der Partialdruck des SO2 neu berechnet werden. Im Rauchgas sind noch m2SO2 = 676 mg 502 = 0,0106 Mol/m3; 3 Wasserdampf ist noch w3 = 23,0 9 = 1,28 Mol/m3.
Hiermit ergibt sich ein neues nges. von nges. = 423,2078 Mol/m3.
3 0,0106 Mol # m3 XSO2 = --------------------- = 0,000251 42,2078 Mol m3 PSO2 = 1,0133 bar # 0,0002541 = 0,000254 bar 3. Stufe: Kältemaschine Bei tm = 15°C beträgt der technische Löslichkeitskoeffizient für SO2 in Wasser: und mit i' = 2,92 g/Ncm3, sowie dem neuen Partialdruck wird 45 Ncm3 SO2 # 2,92 g # 0,00025 bar # 1000 mg #t2 = --------------------------------------------------g(H2O) # bar # Ncm3 # g #t2 = 33,4 mg SO2/g H2O Damit kondensiert hier an StJ2 aus: Mit dem Rauchgas geht noch Folgende SO2 - Menge in den Kamin: m3SO2 = M2SO2 - m2KSO2 m3SO2 = 676 mg SO2/1,092 m3 - 557,8 mg SO2/1,092 m3 m2SO2 = 118,2 mg SO2 Die stündlich anfallende Schwefeldioxidmenge beträgt somit: m2KSO2 = m2KSO2 # vt25 3. Stufe: Kältemaschine Die abzuführende Wärmemenge beträgt hier: # hvwm = 2465,5 KJ/kg (gemittelt zwischen 25°C und 5°C) c@@ = 1,4 KJ/m³ # K pm #t = 25°C - 50C = 20 K 3 3 130983 m . 1,4 kJ . 20 1< 16,7 9 . 130983 m³. 2465,' = /3 + /1,092 m³ h . m . K QK = 8606241 KJ/h 3. Stufe: Kältemaschine 3432783 Als KühlmitLel für die Kältemaschine wird Frigen 22 eingesetzt:.
Die Verdampfungstemperatur des Kühlmittels beträgt 0°C.
Das Kühlmittel wird auf einen Enddruck e = 10,411 bar verdichtet; te = 25°C.
Der Anfangsdruck pa = 4,98 bar; ta # = 1,178 (aus Tabelle) pa = 4,98 bar ( aus Tabelle ) pe = 10,411 bar (aus Tabelle Va= 0,04718 m³/kg ( aus Tabelle ) h1 = 404,93 KJ/kg (aus Tabelle) C1 = 0,78 4,98 0,04718 # 1),78 ad = - 102 = 0,001797 KW pad # 3600 KJ h2 = h1 + -------------------1 KW # h # mf 3. Stufe: Kältemaschine 0,001797 KW # 3600 KJ # h h2 = 404,93 kj/kg + h # KW kg h2 = 413.55 kJ/kg Damit ergeben sich folgende Enthalpien für diesen Kühlkreislauf.
Enthalpien: h1 = 404,93 KJ/kg ( aus Tabelle ) h2 = h.. = 413,55 kJ/kg ( errechnet ) 2 u h2 = 412,30 kJ/kg ( aus Tabelle ) h3 = h4 = 230,50 KJ/kg (aus Tabelle) #hvf = 181,89 KJ/kg (aus Tabelle) 4,98 0,04718 0,78 49340 ad = - 88,65 kW = 90 KW] 102 #pol = Palytropenwirkungsgrad = 0,8 #m = mechanischer Wirkungsgrad = 0,97 - 0,99 = 0,98 3. Stufe: Kältemaschine #mot = Motorwirkungsgrad = 0,9 90 KW PMot = --------------------- = 127,6 KW = 130 KW 0,8 # 0,98 # 0,9 Die abzuführende Wärmemenge im Kühlmittelkondensator beträgt: QKond. = QW = mF # (#hvF + (h2 - h2)) QKond. = 49340 kg/h ( 181,89 KJ/kg + ( 413,55 - 404,93 ) k3/kg QKond. = 9399763,4 KJ/h 3. Stufe: Kältemaschine Geht man davon aus, daß das Kühlmittel in der Kältemaschine genauso oft umgewälzt werden kann wie in der OR£-Anlage, dann ergibt sich hier folgende Kühlmittelfüllmenge: N = Umwälzungen/h ; N = 6 49349 kg # g mF = ----------------- = 8224 kg = 8300 kg 6 # h 3. Stufe: Kältemaschine Das Rauchgas kann mit dem kalten Rauchgasstrom unterkühlt werden.
Dadurch wird der Leistungsbedarf des Verdichters kleiner, weil die umzuwälzende Kühlmittelmenge mF geringer wird. Die Füllmenge ändert sich aber dadurch nicht, da man damit rechnen muß, daß eine Unterkühlung des Kühlmittels nicht möglich ist.
cF = 1,306 kJ/kg . K ( Wärmeatlas ) 3 cpm = 1,4 KJ/m # K mF = 49340 kg/h vt5 = 122197 m3/h Q3 = Q1 + Q2 - Q4 vt5 # cpm # #t = Q1 + Q2 -Q1 + Q23 - Q4 #t = --------------------vt5 # cpm 3. Stufe: Kältemaschine 122197 m3 # 1,4 KJ # 5 K 1 = ----------------------------- = 855379 KJ/h h # m3 # K 49340 kg 1,306 kJ 25 K = ------------------------------------- = 1610951 KJ/h h kg K 49340 kg # 1,306 KJ # 18 K Q4 = ------------------------------------ = 1159884,72 KJ/h h # kg # K #t = (855379 KJ/h + 1610951 KJ/h - 1159884,72 KJ/h) #h 3 122197 m . 1,4 kJ = 7,6 K = 8 K Es erfolgt eine Aufwärmung des Rauchgases auf 12°C Das Betriebsvolumen des Rauchgases wird damit: Die Enthalpie des Kühlmittels h3 = h4 beträgt somit: h3 = h4 = 221,88 kJ/kg ( aus Tabelle ) 4,98 # 0,04718 # 0,78 # 47016 pad = ---------------------------------- = 84,5 KW = 85 KW 102 85 KW pMot= ------------------- = 121 KW = 125 KW 0,8 # 0,98 # 0,9 3. Stuf'e: Alternativ zur Ka'ltemaschine, die ja einen großen Teil der erzeugten Energie der URE-Anlage wieder verbraucht, kann in der dritten Stufe das Rauchgas auch mit flüssigem Stickstoff abgekühlt werden. Dies hätte folgende Vorteile: 1. Es steht eine wesentlich größere Stromenergie zur Freien Verfügung, die durch die RC-nnlage erzeugt wird.
2. Die Anlagenkosten werden gesenkt. Denn damit wäre auch hier nur wesentlich billigerer WAT einzubauen.
3. Der erwärmte Stickstoff kann einFach in die Luft abgelassen werden.
4. Ein zusätzlicher EnergieauFwand Für die dritte Stufe ist nicht notwendig, da der flüssige Stickstoff unter überdruck steht und daher von selbst in das System fließt.
5. Es ist eine leichte Regulierung, nur über ein Ventil, möglich. 3. Stufe: Daten für Flüssigen Stickstoff (Wärmeatlas) cpN2 = 1,038 KJ/kg # K #t = 0°C - (- 195,7°C) = 195,7 K #hvN2 = = 201 kJ/kg vN2 s = 1,25 kg/l = 1250 kg/Nm3 3. Stufe: Berechnung des Lntschwefelungsgrades Das Verfahren läßt mit einer großen tahrscheinlichkeitaucn eine Reinigung der Rauchgase von den Stickoxiden erwarten.
Zumal die ;Reaktion: @ eine exotherme Reaktion ist und das Rauchgas sehr tief abgekühlt ist. weiteren beträgt der Sauerstof'füberschuß für diese Reaktion das ic-fachè, als für diese Reaktion erforderlich ist. Das heißt,.
nach dem Massenwirkungsgesetz wird diese Reaktion von zwei Seiten positiv beeinflußt. Andererseits kann man auch noch etwas Ozon ins Rauchgas einolasen und damit diese Reaktion beschleunigen.
Das sich oildende N02 reagiert mit dem 'wasser unter folgenden Reaktionsgleichunqen: zu Salpetersäure, so daß im Kondensatbehälter ein Gemisch von verdünnter Salpetersäure, Schwefelsäure und schwefliger Säure vorliegt. Da dieses Gemisch im Kondensatbehälter nicht sofort abgeführt wird und somit eine kleine Verweilzeit hat und man zusätzlich über dieses Gemisch Luft streichen lassen kann, wird es zu weiteren Reaktionen zu Salpetersäure kommen. Auch die schweflige Säure wird weiter zu Schwefelsäure reagieren.
Damit wird es nach der Reaktion in der Fülikörperkolonne mit dem Ammoniak zu einem Mischdünger kommen. Bestehend aus Ammoniumsulfat und Ammoniumnitrat: ( NH4.)2So4 2 NH4NO3 Verbrauch an Ammoniak Geht man jeweils von einer völligen Umsetzung der vorhandenen Kondensate aus, dann ergeben sich folgende Reaktionen: 1. Stufe: 2. Stufe: In der ersten Stufe muß von der Schwefelsäure ausgegangen werden.
Die Kondensate aus der zweiten und dritten Stufe können zusammengefaßt werden.
1. Stufe: 3 0,09807 kg H2504 = 0,0448 Nm N113 20,37 kg/h H2504 = X Nm3/h NH3 2. und 3. Stufe: 0,12814 kg SO2 = 0,0896 Nm3 NH3 236,35 kg/h SO2 = x Nm3/h NH3 24 Salpetersäure Abb 11. Oxydationszeiten von No-Luft-Gemischen bei 30°C in Abhängigkeit vom NO-Anfangsgehalt und vom Umsetzungsgrad (nach H. W. Webb: Absorption of Nitrous Gases, Arnold k Co., London 1923, S. 23) Verbrauch an Ammoniak Das Verhältnis Sauerstoff zu Stickstoffmonoxid im Rauchgas beträgt 99,0% = O2 1,0% = NO Wie die Abbildung zeigt beträgt die Oxydationszeit bei diesen Verhältnissen und einer 80% -iqen Umsetzung von NO zu N112 ca. 90 sel<., bei einer Temperatur von 30°C. Dies bedeutet, eine 80% = ige Umsetzung von NO zu NO wird schon zu Ende der zweiten Stufe erreicht.
3 Nach dieser Umsetzung sind dann im Rauchgas 500 my N112 /Nm3.
46 g NO, = 63 g HN03 0,50 g NO2/1,183 m3 = X g HNO3/1,183 m3 mHNO3 = 0,64 g HNO3 / 1,183 m3 0,063 kg HN03 = 0,0224 Nm3 NH3 76,8 kg HNO3 /h = X Nm3 Nil3 /h Verbrauch an Ammoniak Luftbedarf Ausgehend von Real<tionsgleichung ( 2 ): 0,12814 kg S02 = 0,0224 Nm3 O2 236,35 kg 502/h = X Nm3 O2 /h Endprodukte Ausgehend von Reaktionsgleichung ( 2 ) und 100% -iger Umsetzung ergibt sich: 1. Stufe: 2.und 3. Stufe: 1 - 2 : isentrope Expansion des Kühlmittels in der Turbine 2 - 2 - 3 : isotherme - isobare - Verflüssigung des <ühimitteldampfes 3 - 4 : isentrope Kompression des Kondensates in der Speisepumpe 4 - 5 : Vorwärmung des Kühlmittels auf Verdampfungstemperatur 5 - 1 : isotherme - isobare Verdampfung des Kühlmittels im Verdampfer Daten: h1 = 372,69 I<J/kg ( aus Tabelle; bei 54°C ) h2 = 359,00 KJ/kg ( aus Diagramm; bei 540C ) #hvF1 = 115,51 KJ/kg (aus Tabelle; bei 54°C) h5 = 257,18 kJ/kg ( aus Tabelle; bei S4°C ) h2 = 354,29 KJ/kg (aus Tabelle; bei 25°C) h3 = h4 = 225,70 KJ/kg (aus Tabelle; bei 25°C) #hvF2 = 128,59 KJ/kg ( aus Tabelle; bei 250c ) Pa = 2,151 bar ( aus Tabelle; bei 25°C ) Pe = 4,997 bar (aus Tabelle; bei 54°C) Berechnung der Kreisprozeßarbeit w w = ( h1 - h4 ) - ( h2 - h3 ) w = (372,69 KJ/kg - 225,70 KJ/kg) - (359,00 KJ/kg - 225,70 KJ/kg w = 13,69 KJ/kg errechnung der erforderlichen Friqenmenge F ges = QVorw. + QVerd.
QR = QR140 - QR50 QR = Qges Berechnung der inneren Leistung Berechnung der abzuführenden Wärmemenge im Kühlmittelkondensator QK = 124583 kg/h # (128,59 KJ/kg + (359,00 KJ/kg - 354,29 KJ/kg QK = 16606914 KJ/kg Berechnung der Klemmspannung PKL = Pi ##m ##Gen ##i PKL = 473,76 KW # 0,98 # 0,98 # 0,84 = 382,2 KW Legende zur Beiehnung @@@@@@@

1. Verdampfer und Überhitzer

2. Turbine und Generator

3. Kühlmittelkondensator Einheit der ORC-Anlage

4. Speispumpe

5 - 8. Alkaliwäscher mit Rührwerk 9. Staubabscheider 10. Kamin Legende zur Zeichnung 1. B.

1. Vorwärmer und Verdampfer

2. Turbine und Generator

3. Kühlmittelkondensator Einheit der ORC-Anlage

4. Speisepumpe

6. Gas - Flüssig - Wärmetauscher

8. Verdampfer

9. Kühlmittelverdichter Einheit der Kältemaschine

10. Kühimittelkondensator

11. Expansionsventil

5, 7, u. 12. Kühlwasserpumpen 13. Kondensatsammler 15. Filter, Sieb 16. Säuregemischpumpe 17. Füllkörperkolonne 18. Gebläse 19. Kamin

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus den Rauchcasen von fossilen I3rennstoffen mit gleichzeitiger Reiniqung der Rauchgase von den Schwefeloxiden (SO2 u. SO3) und den Stickoxiden ( I\U u. NH2 ) und der Erzeugung von elektrischem Strom mit Hilfe der zurückgewonnenen Wärmeenergie, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Rauchgas mit einer Temperatur von ca. ta = 140°C auf eine Temperatur le = 50°C abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch qekennzeichnet, daß zur Erzeugung von elektrischem Strom vorzugsweise der ORC-Prozeß ( lJrganic-lRankine-Cycle-Prozeß ) anclewand wird. Der thermische Prozeß kann sowohl im Naßdampf - SaLt:dampf - oder im überhitztem gebiet erfolgen. Als Itühlmittel können halogenierte Kohlenwasserstoffe oder auch sonst übliche Kühlmittel, wie etwa Toluol, Henzol etc., einclesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch qekennzeichnet, daß das Rauchgas in der ersten Stufe durch unterschreiten des Säuretaupunktes zunächst nur das Schwefeltrioxid in Form von Schwefelsäure auskondensiert und in einem gemeinsamen Kondensatsammler, für alle anfallenden Kondensate, aufgefangen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch g e k e n nz e i c h n e t, daß das Hauchgas in einer zweiten und dritten Stufe weiter abgekühlt wird und somit auch der Wasserdampftaupunkt unterschritten wird und dort eine endgültige Reinigung des Rauchgases von den Schwefel-und Stickoxiden erfolgt und in den gemeinsamen Kondensatsammler geleitet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das kondensatgemisch in eine Füllkörperkolonne umgopumpt wird und im Gegenstrom ein Ammonial< - Luft - gemisch eingeblasen wird, so daß es hier zur Bildung eines Mischdüngers kommt:.

5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß für die weitere Abkühlung des Rauchgases in der zweiten Stufe ein das - Flüssigkeits - Wirmetauscher eingesetzt wird und für die dritte Stufe zur weiteren Abkühlung des Rauchgases eine Kältemaschine. Alternativ für die Kältemaschine kann des Rauchgas auch mit flüssigem Stickstoff, in einem Gas - Gas -Wåirmetauscher, abgekühlt werden.