DE3514711A1

DE3514711A1 - Verfahren und vorrichtung zum wiederaufheizen von gas am kalten ende eines dampferzeugers

Info

Publication number: DE3514711A1
Application number: DE19853514711
Authority: DE
Inventors: Leonhard Dipl.-Ing. 4005 Meerbusch Eickenberg
Original assignee: LENTJES DAMPFKESSEL FERD
Current assignee: LENTJES DAMPFKESSEL FERD
Priority date: 1985-04-24
Filing date: 1985-04-24
Publication date: 1986-10-30

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wiederaufheizen
von Gas, das einem am kalten Ende eines mit fossilen Brennstoffen beheizten Dampferzeugers angeordneten Katalysator zum Entfernen von Stickoxyden und/oder einer Rauchgasentschwefelungsanlage zugeführt wird, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Bei Kesselanlagen mit schadstoffhaltigem Rauchgasausstoß befindet sich - wenn sie gemäß dem heutigen Stand der Technik gebaut worden sind - am kalten Ende des Dampferzeugers, d.h. im Bereich der schadstoffhaltigen Rauchgase mit niedriger Temperatur, eine Rauchgasentschwefelungsanlage, deren Abgase vor Eintritt in den Kamin wieder aufgeheizt werden müssen; ebenso muß einem in den kalten Rauchgasstrom eingeschalteten Stickoxyd-Katalysator zur Entfaltung einer wirksamen Rauchgasreinigung bzw. Schadstoffbeseitigung das Gas mit höherer Temperatur zugeführt werden; denn ein NO -Katalysator ist bei Rauchgastemperaturen von 300 bis 400 C am wirksamsten.
Es ist bekannt, das einer Rauchgasentschwefelungsanlage und/oder einem nachgeschaltetem Katalysator zugeleitete kalte, feuchte Rauchgas mittels der Abgaswärme des zugehörigen Dampfkessels eines Dampferzeugers in Kombination mit einer zusätzlichen Wärmequelle wieder aufzuheizen. Hierzu werden beispielsweise Regenerativ-Wärmetauscher von beispielsweise mittels Erdgas oder Öl beheizter Zusatzluft unterstützt.
Abgesehen von den hohen Investitions- und Betriebskosten bei der Verwendung separater Brennkammern sind auch auf die Brennstoffe zurückzuführende Betriebsstörungen nicht auszuschließen.
Beim ebenfalls möglichen Einsatz von Dampf zum Wiederaufheizen ergeben sich vornehmlich bei NO -Katalysatoren schon wegen der erforderlichen hohen Kondensattemperaturen von mindestens 3150C sehr hohe Investitionskosten, da Betriebsdrücke von ca. 150 bis 200 bar benötigt werden, um im Wärmetauscher eine ausreichende Temperaturdifferenz über die gesamte Aufwärmspanne zu ermöglichen. Außerdem stellt sich infolge der hohen Kondensattemperatur ein Verlust hochwertiger Wärme ein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden und ein Wiederaufheizen der kalten Rauchgase auf einfache Art und Weise, insbesondere ohne Verwendung einer zusätzlichen Wärmequelle zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unmittelbar aus dem Dampferzeuger ein Teilstrom heißen Rauchgases abgezweigt sowie als Heizgas verwendet wird und ein gleicher Massenanteil wärmegenutzten kühlen Heißgases dem Dampferzeuger wieder zugeführt wird. Ausgehend von der Erkenntnis, daß insbesondere die Reservekapazität von fossil befeuerten Dampferzeugerfeuerungen ausreichend groß ist, um Heizwärme daraus, d.h. unmittelbar aus einem Kessel des Dampferzeugers abzuziehen und zum Aufheizen der kalten Rauchgase auf Betriebstemperatur zu verwenden, hat sich herausgestellt, daß es dann zu keiner Beeinträchtigung der Wärmeübertragungsverteilung auf die Heizflächen des Dampferzeugers, d.h. auf den Wärmeübertragungshaushalt des Kessels kommt, wenn diesem ein dem Massenanteil des entnommenen Rauchgases entsprechender Massenanteil wärmegenutzten Rauchgases wieder zugeführt wird.
Das heiße Rauchgas wird vorzugsweise an einer Stelle des Dampferzeugers abgezweigt, an der eine so hohe Temperatur herrscht, daß ein Sintern und/oder Anbacken von Flugaschen oder -stäuben an den Kanalwänden verhindert wird.
Vorteilhaft werden bis 15% der bei der Verbrennung erzeugten Gasmenge mit einer Temperatur von vorzugsweise weniger als 110000 abgezweigt. Je nach Brennstoffcharakteristik ist mit Rauchgastemperaturen von 900 bis 110000 bei Kesselvollast und bei Kessel-Teillast mit Rauchgastemperaturen von 700 bis 90000 zu rechnen. Die in dem noch unbehandelten Rauchgas enthaltenen Schmutzanteile unterliegen bei einer solchen Temperatur erfahrungsgemäß keiner fortschreitenden Verschlackung. Zum ausreichenden Aufheizen der Rauchgase am kalten Ende des Dampferzeugers sind für Entstickungs-Katalysatoren etwa 3 bis 4% und bei Entschwefelungsanlagen etwa 1,5 bis 2% der Nutzwärme der Feuerung des zugehörigen Dampferzeugers erforderlich. Dieser Bedarf läßt sich mit einer Abzweigmenge von bis 15% der bei der Verbrennung erzeugten Gasmenge befriedigen, die jedoch in gleichem Massenanteil in den Dampferzeuger zurückgeführt wird, so daß eine stets gedeckte Entnahme vorliegt.
Ausgehend davon, daß ein Transport von Rauchgasen bei über 50000 liegenden Temperaturen zwar möglich, aber mit einem hohen Aufwand und entsprechend hohen Kosten verbunden ist, kann der Heizgas-Teilstrom unmittelbar nach dem Abzweigen mit rezirkulierendem Kaltgas vermischt und vorzugsweise auf eine Temperatur unter 50000 abgesenkt werden. Gas mit einer solchen Temperatur läßt sich mittels üblicher Kanäle bzw. Leitungen ohne schädigenden Einfluß auf den Werkstoff transportieren, so daß keine teueren Sonderwerkstoffe erforderlich sind.
Es empfiehlt sich, den Heizgas-Teilstrom vorzureinigen, da sich häufig nicht vermeiden läßt, daß aus der Verbrennung im Dampferzeuger anfallende Feststoffe mit dem Rauchgas-Teilstrom abgezogen werden.
Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens kann einen an den Rauchgaszug des Kessels eines Dampferzeugers angeschlossenen Absaugstutzen aufweisen, der mit einem Kanal in einem Regenerativ-Gasvorwärmer mündet, der einen in einem Kaminkanal angeordneten Entstickungs-Katalysator und ein Saugzuggebläse aufweist, das über einen Kanal an den Dampferzeuger angeschlossen ist. Auf diese Weise entsteht losgelöst vom Hauptzug des Rauchgases ein zweiter, in sich geschlossener Kreislauf, bei dem das abgezweigte bzw. abgesaugte Rauchgas nach seiner Verwendung zum Erwärmen des im Hauptzug strömenden kalten Rauchgases zur Deckung des entnommenen Massenanteils an Gas in den Dampferzeuger zurückgeführt wird.
Der Gebläsekanal weist vorzugsweise mehrere Abzweigkanäle auf, von denen einer in einen Feuerraumtrichter des Dampferzeugers, einer in einen dem Abzweigstutzen nahegelegenen Bereich in den Rauchgaszug und einer in einen Systemkanal hinter einen darin angeordneten Regenerativ-Luftvorwärmer mündet. Damit läßt sich abhängig vom jeweiligen Dampfkesselverhalten das wärmegenutzte abgekühlte Heizgas, beispielsweise durch regelbare, in den Leitungen angeordnete Klappen, ganz oder teilweise entweder in den Feuerraumtrichter oder in den Bereich der Heizgas-Abzweigung, oder spätestens nach dem Passieren des im Hauptzug des Systemkanals im Anschluß an den Rauchgaskanal des Kessels angeordneten Luftvorwärmers zuführen, um den dem Kessel entnommenen Rauchgas-Massenanteil spätestens an dieser Stelle wieder ausgleichen zu können.
Vorteilhaft läßt sich ein Trisektor-Regenerativ-Gasvorwärmer einsetzen, dessen einer Sektor an den Kanal des Abzweigstutzens angeschlossen ist und dessen übrige Sektoren über einen Kaminkanal unter Zwischenschaltung eines Katalysators oder einer Rauchgasentschwefelungsanlage miteinander verbunden sind.
Um das Kaltgas dem abgesaugten heißen Rauchgas- Teilstrom zumischen zu können, kann ein hinter einem Hauptgebläse an den Systemkanal angeschlossener Kaltgaskanal in den Ansaugstutzen münden.
Mit einem im Ansaugstutzen in Strömungsrichtung des Rauchgas-Teilstromes hinter dem Kaltgaskanal angeordneten Gasreiniger, beispielsweise einem Zyklon- oder Elektroabscheider, lassen sich mit dem Rauchgas-Teilstrom möglicherweise ent nommene Schmutz- bzw. Staubanteile abscheiden.
Ein vorteilhaft in einem Kreuzungsbereich des Kanals des Abzweigstutzens und des Systemkanals angeordneter Wärmeaustauscher ermöglicht eine doppelte Wärmenutzung des Rauchgas-Teilstromes, nämlich neben dem eigentlichen Zweck des Aufheizens der dem Katalysator bzw. der Rauchgasentschwefelungsanlage zugeführten Rauchgase weiterhin auch noch das Trocknen der Rauchgase im Anschluß an eine Naßentschwefelung. Ein solcher Wärmetauscher kann als leicht zu reinigender Plattenwärmetauscher ausgebildet sein, dessen Oberfläche sich auf der vom Heizgas beaufschlagten Seite durch Stifte bzw. Flossen so vergrößern läßt, daß die mit dem feuchten Abgas in Kontakt kommende Metalloberfläche während des Betriebes überall deutlich oberhalb einer Temperatur von 100 0C bleibt, so daß ein restloses Verdampfen der Feuchtigkeit und eine permanente Trockenreinigung - beispielsweise mittels Kugelregen oder Rußblasen - der sich ablagernden Kalkbestandteile in dem Wärmetauscher möglich ist. Im Wärmetauscher wird der abgezweigte Heizgasstrom nur unwesentlich abgekühlt, so daß er seine Hauptfunktion uneingeschränkt erfüllen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematisch als Fließschema dargestellten Anlage zum Wiederaufheizen der einem Entstickungs-Katalysator zugeführten schadstoffhaltigen Rauchgase des näheren erläutert.
Ein Dampferzeuger 1 weist im wesentlichen einen Feuerraumtrichter 2 mit einem darüber angeordneten Hauptkessel 3 und einen Rauchgaszug 4 auf, der in einen Systemkanal 5 mit einem Luftvorwärmer 6 übergeht, in dem die Rauchgastempera-0 tur bis auf ca. 130 C gesenkt wird. In Strömungsrichtung der Rauchgase befindet sich hinter dem Luftvorwärmer 6 im Systemkanal 5 eine Rauchgasentschwefelungsanlage 7, aus der die entschwefelten Rauchgase mit einer Temperatur von ca.
650C austreten. Das Fördern bzw. Saugen der Rauchgase durch den Systemkanal 5 übernimmt ein Hauptgebläse 8, das die Gase zu einem Trisektor-Regenerativ-Gasvorwärmer 9 und durch einen ersten Sektor 10 bis in eine sich daran fortsetzende Kaminleitung 11 weiterfördert. Die Kaminleitung 11 ist weiterhin mit dem zweiten Sektor 12 verbunden, wobei in der Kaminleitung 11 zwischen den beiden Sektoren 10, 12 ein Entstickungs-Katalysator 13 angeordnet ist.
Vom dritten Sektor 14 des Gasvorwärmers 9 erstreckt sich ein Kanal 15 bis vor den Kessel 3 des Dampferzeugers 1 und mündet mit einem Ansaugstutzen 16 im Rauchgaszug 4 des Kessels 3. Weiterhin erstreckt sich ein in der Systemleitung 5 in der durch Pfeile 17 gekennzeichneten Strömungsrichtung der Rauchgase hinter dem Hauptgebläse 8 angeordneter Kaltgaskanal 18 bis zum Ansaugstutzen 16.
An der der Anschlußseite des Heizgas-Kanals 15 gegenüberliegenden Seite des dritten Sektors 14 des Gasvorwärmers 9 ist ein Saugzuggebläse 19 angeordnet und an einen Kanal 20 angeschlossen, der mehrere Abzweigkanäle 21 bis 23 aufweist, von denen ein Abzweigkanal 22 hinter dem Luftvorwärmer 6 in den Systemkanal 5 mündet, ein Abzweigkanal 21 in den Feuerungstrichter 2 des Dampferzeugers 1 führt und ein Abzweigkanal 23 in den Rauchgaszug 4 des Kessels 3 im Bereich der dem Absaugstutzen 16 gegenüberliegenden Seite mündet. Die Kanäle 18, 20 bis 23 lassen sich mittels regelbaren Klappen 24 regulieren. Im Kreuzungsbereich des Systemkanals 5 und des Heizgas-Kanals 15 befindet sich weiterhin ein Wärmetauscher 25, mit dem sich in einem Naßverfahren entschwefelte Rauchgase trocknen lassen.
Zum Wiederaufheizen des über den ersten Sektor 10 des Gasvorwärmers 9 dem Katalysator 13 zur Entstickung zugeführten Rauchgase auf eine für den Katalysator-Betrieb notwendige Temperatur, zweigt das Saugzuggebläse 19 über den Kanal 15 und den Ansaugstutzen 16 einen Teilstrom der Rauchgase mit einer Temperatur von 700 bis 1100 0C aus dem Rauchgaszug 4 des Kessels 3 ab. Der Heizgas-Teilstrom wird sodann durch Zufuhr kalten Reingases über die Leitung 18 auf eine Tem-0 peratur von ca. 450 C gesenkt und zur Vorreinigung einem Zyklon- oder Elektroabscheider 26 zugeführt. Das danach dem Gasvorwärmer 9 zugeführte gereinigte Heizgas erwärmt das über den ersten Sektor 10 dem Entstickungs-Katalysator 13 zuströmende Reingas auf eine Betriebstemperatur von ca.
3500C, so daß sich Stickoxyde aus dem Gas entfernen lassen.
Bevor das entstickte Gas über die Kaminleitung abgeleitet wird, wird die Temperatur des Gases im zweiten Sektor 12 0 des Gasvorwärmers 9 auf ca. 130 gesenkt.
Zur Deckung des Wärmehaushalts des Kessels 3 wird eine der Masse der Absaugmenge entsprechende Masse Gas über den Kanal 20 und dessen Abzweigkanäle 21 bis 23 im geschlossenen Kreislauf zurückgeführt. Hierbei läßt sich das Zumischen durch die Klappen 24 in den Leitungen regulieren, wobei beispielsweise durch das Zumischen des Gases über die Abzweigleitung 22 in den Feuerraumtrichter 2 erreicht wird, daß die infolge der vermehrten Feuerleistung normalerweise erhöhte Wärmeabstrahlung an den Verdampfer kompensiert wird; durch das Zumischen des übrigen Absauggases über die Abzweigleitung 23 an der dem Absaugstutzen 16 gegenüberliegenden Stelle des Rauchgaszuges 4 läßt sich die durch die Nachschaltheizflächen strömende Rauchgasmenge konstant halten und somit der Einfluß der Heizgasentnahme für den Kessel vollständig kompensieren. Bei einer vorteilhaften Regelung der Gesamtanlage werden dem Feuerraumtrichter 2 ebenso wie dem Rauchgaszug 4 oberhalb des Kessels 3 jeweils 22% des jeweiligen Mengen- bzw. Massenanteils zugeführt; die restlichen 56% werden hinter dem Regenerativ-Luftvorwärmer 6 beigegeben und entsprechen der Rezirkulationsmenge, die in bezug auf den Wärmekreislauf des Hauptkessels neutral ist.
Durch das Aufheizen der dem Entstickungs-Katalysator zugeführten Rauchgasmenge, insbesondere mit der praktisch immer vorhandenen Reservefeuerungskapazität des Kessels eines Dampferzeugers ,lassen sich insbesondere auch Altanlagen bei Einsatz eines entsprechenden Regenerativ-Gasvorwärmers nachträglich noch mit einem Katalysator zum Entfernen der Stickoxyde aus den Rauchgasen ausrüsten.

Claims

"Verfahren und Vorrichtung zum Wiederaufheizen von Gas am kalten Ende eines Dampferzeugers" Patentansprüche: Verfahren zum Wiederaufheizen von Gas, das einem am kalten Ende eines mit fossilen Brennstoffen beheizten Dampferzeugers angeordneten Katalysator zum Entfernen von Stickoxyden und/oder einer Rauchgasentschwefelungsanlage zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar aus dem Dampferzeuger ein Teilstrom heißen Rauchgases abgezweigt sowie als Heizgas verwendet wird und ein gleicher Massenanteil wärmegenutzten kühlen Heizgases dem Dampferzeuger wieder zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Rauchgas an einer Stelle des Dampferzeugers abgezweigt wird, an der eine ein Sintern und/oder Anbacken von Flugaschen oder -stäuben verhindernde Temperatur herrscht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Rauchgas-Teilstrom unmittelbar nach dem Abzweigen mit rezirkulierendem Kaltgas vermischt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bis 15% der bei der Verbrennung erzeugten Gasmenge mit einer Temperatur 0 von weniger als 1100 C abgezweigt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizgas-Teilstrom durch Zumischung von Kaltgas auf eine Temperatur unter 0 500 C abgesenkt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizgas-Teilstrom vorgereinigt wird.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an den Rauchgaszug (4) des Kessels (3) eines Dampferzeugers (1) angeschlossenen Absaugstutzen (16), der mit einem Kanal (15) in einen Regenerativ-Gasvorwärmer (9) mündet, der einen in einem Kaminkanal (11) angeordneten Entstickungs-Katalysator (13) und ein Saugzuggebläse (19) aufweist, das über einen Kanal (20) an den Dampferzeuger (1) angeschlossen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugzug-Gebläsekanal (20) mehrere Abzweigkanäle aufweist, von denen ein Abzweigkanal (21) in einen Feuerraumtrichter (2) des Dampferzeugers (1), ein Abzweigkanal (23) in einem dem Absaugstutzen (16) nahegelegenen Bereich in den Rauchgaszug (4) und ein Abzweigkanal (22) in einen Systemkanal (5) hinter einem darin angeordneten Regenerativ-Luftvorwärmer (6) mündet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch einen Trisektor-Regenerativgasvorwärmer (9), dessen einer Sektor (14) an den Kanal (15) des Abzweigstutzens (16) angeschlossen ist und dessen übrige Sektoren (10; 12) über einen Kaminkanal unter Zwischenschaltung eines Katalysators (13) miteinander verbunden sind.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein hinter einem Hauptgebläse (8) an den Systemkanal (5) angeschlossener Kaltgaskanal (18) in den Ansaugstutzen (16) mündet.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch einen im Ansaugstutzen (16) in Strömungsrichtung des Rauchgas-Teilstromes hinter dem Kaltgaskanal (18) angeordneten Gasreiniger (26).
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch einen in einem Kreuzungsbereich des Kanals (15) des Abzweigstutzens (16) und des Systemkanals (5) angeordneten Wärmetauscher (25).