DE3932540A1 - Verfahren und anlage zur rauchgasreinigung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung von Rauchgas, bei dem das Rauchgas zunächst entschwefelt wird, bei dem das entschwefelte Rauchgas dann unter dem Druck eines Rauch­ gasgebläses einem Rauchgas-Wiederaufheizsystem zugeführt und dort aufgeheizt wird, und bei dem das entschwefelte aufgeheizte Rauchgas sodann katalytisch weitgehend von Stickoxid befreit und anschließend als gereinigtes Rauchgas abgegeben wird.

Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Rauchgasreinigungs­ anlage, bei der das von einer Feuerungsanlage erzeugte Rauchgas über eine Rauchgas-Entschwefelungs-Anlage und über eine dieser nachgeschaltete DeNOx-Anlage mit Katalysator sowie über einen letzterer zugeordneten DeNOx-Gasvorwärmer einer Abgabeeinrich­ tung zuführbar ist, wobei zwischen der Rauchgas-Entschwefelungs- Anlage und dem DeNOx-Gasvorwärmer ein Rauchgasgebläse angeordnet ist.

Ein Rauchgasreinigungs-Verfahren und eine Anlage der eingangs genannten Art sind aus dem Aufsatz "NO_x-Entfernung aus Rauchga­ sen nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR)" aus der Zeitschrift "Chemie-Technik", 15. Jahrgang (1986), Nr. 2, Seite 17-24, insbesondere Abb. 2, bekannt. Dort ist eine sogenannte "Low-Dust"-DeNOx-Anlage oder -Stufe (DeNOx- Reaktor) hinter einer Rauchgas-Entschwefelungs-Anlage oder -Stu­ fe (REA) angeordnet. Dem Rauchgas aus der REA wird über ein Zu­ satz- oder Wiederaufheizsystem Wärmeenergie zugeführt. Dieses Zusatzaufheizsystem umfaßt insbesondere einen Brenner, der mit Erdgas oder Öl betrieben wird. Das Rauchgas wird dabei praktisch auf die Arbeitstemperatur des DeNOx-Katalysators erwärmt. Sodann wird dem erwärmten Rauchgas von einem Ammoniak-Luft-Mischer Ammoniak (NH₃) beigemischt oder in dieses eingedüst. Der Kata­ lysator im DeNOx-Reaktor kann z. B. als Platten- oder Wabenka­ talysator ausgeführt sein. Das den DeNOx-Reaktor verlassende Reingas wird, gegebenenfalls nach Durchgang durch einen Rege­ nerativ-Gasvorwärmer (GAVO), über eine Abgabeeinrichtung, spe­ ziell über einen Kamin, an die Umgebung abgegeben. Der GAVO wärmt das aus der REA austretende Rauchgas vor der Aufheizung im Zusatzaufheizsystem vor. Das zum Fördern des Rauchgases erforderliche Rauchgasgebläse ist zwischen der REA und der DeNOx-Stufe angeordnet.

Aus der DE-A-36 27 834 ist eine Feuerungsanlage bekannt, an die eine Rauchgas-Abzugsleitung angeschlossen ist, in welche wie­ derum eine Rauchgas-Entschwefelungs-Anlage (REA) und danach ei­ ne DeNOx-Anlage eingeschaltet sind. Die Rauchgas-Abzugsleitung führt sodann an einen Kamin. Bei dem bekannten Rauchgas-Reini­ gungssystem ist ein erster Wärmetauscher zwischen dem Abhitze­ dampferzeuger und der Rauchgas-Entschwefelungs-Anlage (REA) eingeschaltet. Ein zweiter Wärmetauscher liegt zwischen der DeNOx-Anlage und dem Kamin. Die Ausgänge beider Wärmetauscher sind ihrerseits mit den Eingängen von dritten bzw. vierten Wär­ metauschern verbunden, die ihrerseits wiederum zwischen der Entschwefelungs-Anlage (REA) einerseits und der DeNOx-Anlage andererseits liegen. Im Bereich zwischen dem ersten und dem dritten Wärmetauscher sowie im Bereich zwischen dem zweiten und dem vierten Wärmetauscher wird jeweils Wärme von einem hö­ heren auf ein niederes Temperaturniveau transportiert. Damit kann ein Brenner eingespart werden, der zu beträchtlichen Be­ triebskosten führen kann.

Bei einer Rauchgasreinigungs-Anlage mit Entschwefelung und Ent­ stickung am kalten Ende des Rauchgaszuges vor dem Schornstein (Kamin) - wie sie hier vorausgesetzt ist - bietet das Rauchge­ bläse, das hinter der REA-Anlage angeordnet ist, folgende Vor­ teile: Wegen der relativ niedrigen Rauchgastemperatur ist der Gebläseleistungsbedarf relativ klein. Er ist jedenfalls kleiner gegenüber dem Fall, bei dem ein solches Rauchgasgebläse vor der vor der REA-Anlage angeordnet ist. Bei Verwendung eines Regenerativ-Gasvorwärmers zur Wärmerückgewinnung nach der REA-Anlage tritt wegen des Druckgefälles von der Reingasseite (entschwefeltes Rauchgas) zur Rohgasseite (schwefelbelastetes Rauchgas) keine Spaltleckage zum Reingas auf. Nachteilig ist aber folgendes: Da das Rauchgas beim Verlassen der REA-Anlage eine gewisse Menge Resttröpfchen an Kalksuspension aus der REA-Anlage enthält und mit Wasserdampf gesättigt ist, muß beim Verdampfen der Tröpfchen durch die im Rauchgas-Gebläse auftre­ tende Temperaturerhöhung mit Anbackungen oder Ablagerungen, insbesondere von Gips (CaSO₄), auf den Gebläseschaufeln ge­ rechnet werden. Die Ablagerungen haben zur Folge, daß unzu­ lässige Schwingungen auftreten und das Gebläse abgestellt werden muß, damit die Schaufeln gereinigt werden können. Die Abstellung eines Kraftwerkblocks zur Reinigung des Gebläses hat schwerwiegende finanzielle Nachteile zur Folge.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs genannte Verfahren und die eingangs genannte Anlage dergestalt auszubil­ den, daß Ablagerungen auf den Gebläseschaufeln auf relativ einfache Weise weitgehend vermieden werden.

Das Verfahren zur Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein geringer Teil des entschwefelten aufge­ heizten Rauchgases dem entschwefelten Rauchgas vor dessen Durch­ gang durch das Rauchgasgebläse zur Temperaturerhöhung beigemischt wird. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, daß die Beimischung des entschwefelten aufgeheizten Rauchgases in Abhängigkeit von der Temperatur des dem Rauchgasgebläse zugeführten Rauchgases gere­ gelt wird.

Die Anlage zur Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine Rezirkulationsleitung vorgesehen ist, die von einer Entnahmestelle am Eingang der DeNOx-Anlage zu ei­ ner Beimischstelle am Eingang des Rauchgasgebläses führt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Figur näher erläutert.

Nach der Figur ist eine Feuerungsanlage 10 mit einer Rauchgas- Reinigungs-Anlage zur Reinigung des abgegebenen Rauchgases r ausgerüstet. Die Feuerungsanlage 10 kann beispielsweise ein Kraftwerk, aber auch eine Müllverbrennungsanlage sein. Im vor­ liegenden Fall umfaßt sie einen Kessel 12, in dem eine Ver­ brennung unter Bildung des Rauchgases r stattfindet, einen Luftvorwärmer (Luvo) 14, der um eine Achse 15 rotiert, ein Ge­ bläse 16 und ein Elektro-Filter 18, die in Serie im Rauchgas- Strang oder Rauchgas-Weg liegen. Der ersten Kammer des Luftvor­ wärmers 14 wird Frischluft 1, z. B. mit 40°C, zugeführt. Sie tritt in den Brenner des Kessels 12, z. B. mit 290°C, ein. Das vom Kessel 12 abgegebene Rauchgas r hat beispielsweise eine Temperatur von 350°C, bevor es die zweite Kammer des Luftvor­ wärmers 14 durchströmt. Danach hat es beispielsweise eine Tempe­ ratur von 140°C; und nach Durchströmen des Elektro-Filters 18 besitzt das Rauchgas r an der Ausgangsklappe 19 eine Ausgangs­ temperatur T₀ von z. B. T₀ = 140°C. Für eine Kesselanlage mit Öl- oder Kohlefeuerung ist eine Temperatur T₀ im Bereich von T₀ = 100°C bis 220°C typisch.

Das die Feuerungsanlage 10 verlassende Rauchgas r wird, gege­ benenfalls über die erste Stufe eines Regenerativ-Gasvorwärmers oder REA-GAVO 20, der um eine Drehachse 21 rotiert, mit einer Eintrittstemperatur von z. B. T₁ = 100°C einer Rauchgas-Ent­ schwefelungs-Anlage (REA) 22 mit Tropfenabscheider 22a zuge­ führt. Das zugeführte Rauchgas r enthält Schadstoffe, z. B. SO₂ und Schwermetalle, die den nachgeschalteten Katalysator schädigen könnten. In der Rauchgas-Entschwefelungs-Anlage 22 wird daher eine SO₂-Entfernung sowie ein Auswaschen der Schad­ stoffe mittels Kalkmilch vorgenommen. Speziell wird hier eine "Naß-REA" oder ein sogenannter "Rauchgaswäscher" verwendet. Das Waschen mit der Kalkmilch kann allerdings nicht verhindern, daß Tröpfchen mit CaSO₄ und Verunreinigungen ausgetragen werden, die im Stande der Technik zu entsprechenden Ablagerungen im benötigten Rauchgasgebläse führen. Das Rauchgas r verläßt die REA 22 z. B. mit einer Temperatur T₂ = 60°C, also mit einer Temperatur T₂ < T₁. Die Austrittstemperatur T₂ beträgt in der Regel 40°C bis 60°C bei einer Naß-REA.

Das auf diese Weise vorgereinigte oder entschwefelte Rauchgas r wird über eine Zumischstelle 23 und ein Rauchgasgebläse 50, und zwar nunmehr mit leicht erhöhter Temperatur T₃ von T₃ = 68°C bis 70°C, der zweiten Stufe des gegebenenfalls vorhandenen REA-GAVO 20 und von dort mit einer Temperatur T₄ von z. B. T₄ = 90°C einem Rauchgas-Wiederaufheizsystem 24 zugeführt. Dieses System 24 umfaßt einen Gasvorwärmer 26, z. B. einen Re­ generativ-Gasvorwärmer (GAVO) 26 mit Rotationsachse 27, und ein Zusatzaufheizsystem 28, die über eine Entnahmestelle 29 mit einer DeNOx-Stufe 30 verbunden und dieser zugeordnet sind. Der GAVO 26 wird im folgenden als DeNOx-GAVO 26 bezeichnet. Jeder der beiden GAVOs 20, 26 sorgt in diesem Beispiel für ei­ nen mechanischen Transport von Wärmeenergie über einen Rotor, der mit wärmeaufnahmefähigen Blechpaketen ausgerüstet ist (regenerative Gasvorwärmer). Es könnten auch andere Gasvorwär­ mer, z. B. rekuperative Systeme, verwendet werden.

Das Rauchgas-Wiederaufheizsystem 24 dient zur Erwärmung des Rauchgases r zunächst auf eine Temperatur T₅ und dann auf eine Temperatur T₆, bei der der DeNOx-Katalysator der Stufe 30 opti­ mal arbeitet. Das Rauchgas r verläßt die erste Stufe des DeNOx- GAVO 26 beispielsweise mit einer Temperatur von T₅ = 300°C; es wird danach im Zusatzaufheizsystem 28 z. B. um Δ T = 20°C bis 30°C erwärmt. Bei diesem Zusatzaufheizsystem 28 handelt es sich konventionell um einen Wiederaufheizbrenner, der mit einem Brennstoff b, wie Erdgas oder Erdöl, betrieben wird. Das aufgeheizte entschwefelte Rauchgas ist mit r′ bezeichnet.

Der DeNOx-Katalysator in der DeNOx-Stufe 30 arbeitet bevorzugt nach der SCR-Technologie und enthält somit eine (nicht gezeigte) Einrichtung zur Ammoniak-Eindüsung. Für einen solchen Katalysa­ tor ist die optimale Eintrittstemperatur T₆ z. B. T₆ = 320°C; sie liegt typischerweise im Bereich von 320°C bis 350°C. Es gilt also T₆ < T₂. Häufig gilt sogar T₆ < T₁. Am Ausgang der DeNOx-Stufe 30 wird das aufgeheizte Rauchgas r′ mit einer Tempe­ ratur T₇ = 320°C bis 360°C, z. B. mit T₇ = 330°C, abgegeben. Das Rauchgas r′ durchströmt nun die zweite Stufe des DeNOx-GAVO 26; es dient dabei zur Erwärmung des der ersten Stufe zugeführ­ ten entschwefelten Rauchgases r. Es verläßt die zweite Stufe mit einer Temperatur T₈ im Bereich von T₈ = 70°C bis 130°C, beispielsweise mit T₈ = 110°C, über eine Ausgangsklappe 31. Das so abgekühlte und gereinigte Rauchgas r′′ wird an eine Abgabe­ einrichtung 32 weitergeleitet, beispielsweise über einen Kühl­ turm abgeleitet oder in einen Kamin eingeleitet, von wo es an die Umgebung abgegeben wird.

Von Bedeutung ist vorliegend, daß ein wärmeisolierter Rauchgas­ kanal vorgesehen ist, der als Rezirkulationsleitung 34 bezeich­ net wird. Diese Leitung 34 führt von der Entnahmestelle 29 am Eingang der DeNOx-Stufe 30 zur Beimischstelle 23 am Eingang des Rauchgasgebläses 50. Ersichtlich ist innerhalb dieser Leitung 34 kein weiteres Gebläse angeordnet. Diese Leitung 34 dient dazu, einen geringen Teil des entschwefelten, von dem Rauchgas- Wiederaufheizsystem 24 aufgeheizten Rauchgases r′ dem ent­ schwefelten Rauchgas r vor dessen Durchgang durch das Rauchgas­ gebläse 50 zum Zwecke der Temperaturerhöhung von der Temperatur T₂ (z. B. 60°C) auf die Temperatur T₃ (z. B. 68°C) beizumischen.

Bevorzugt wird die Beimischung des entschwefelten aufgeheizten Rauchgases r′ in Abhängigkeit von der Temperatur T₃ des dem Rauchgasgebläse 50 zugeführten Rauchgases r geregelt. Hierzu ist in der Rezirkulationsleitung 34 ein Strömungsstellglied 36 angeordnet, das temperaturabhängig gesteuert wird. Das Strö­ mungsstellglied 36 ist bevorzugt eine Regelklappe, die elektro­ motorisch verstellt werden kann. Das Strömungsstellglied 36 wird vom Ausgang eines Reglers 38 beaufschlagt, dem seinerseits das Ausgangssignal eines Temperatursensors 40 zugeführt wird, mit dem die Rauchgastemperatur T₃ am Eingang des Rauchgasgeblä­ ses 50 gemessen wird. Der Regler 38 ist weiterhin mit einem Sollwert-Stellglied 42 verbunden, an dem ein Temperatur-Soll­ wert T* vorgegeben werden kann. Der Regelkreis ist somit so konzipiert, daß die Temperatur T₃ durch mehr oder weniger star­ kes Öffnen des Strömungsstellgliedes 36 auf dem vorgegebenen Temperatur-Sollwert T*, z. B. T* = 68°C, konstant gehalten wird.

Das die REA-Stufe 22 verlassende Rauchgas r der Temperatur T₂ ist gesättigt, d. h. die relative Feuchte beträgt 100%. Der Temperatur-Sollwert T* ist so gewählt, daß die sich ergebende Temperatur T₃ (z. B. von 68°C bis 70°C) für eine Verdampfung der Tröpfchen im Rauchgas r vor dem Rauchgasgebläse 50 aus­ reicht. Die Differenz (T₃-T₂) ist, wie angegeben, nur relativ gering und kann nur 8°C bis 10°C betragen. Bei der erhöhten Temperatur T₃ stellt sich ein anderes Gleichgewicht ein: Die Feuchte geht von 100% zurück, und die in den Tröpfchen ent­ haltenen Festteilchen fallen aus. Mit anderen Worten: Es ent­ stehen ein trockener Staub und ein nicht-gesättigtes Rauchgas r, die dem Rauchgasgebläse 50 zugeführt werden. Der Staub schlägt sich nicht auf dem Laufrad (und dessen Schaufeln) des Rauchgas­ gebläses 50 wieder. Anbackungen oder Ablagerungen werden also weitgehend vermieden.

Der Differenzdruck (p₆-p₂) reicht aus, um den benötigten ge­ ringen Anteil (Fluß, Menge pro Zeit) des aufgeheizten entschwe­ felten Rauchgases r′ an der Zumischstelle 23 in den Strom des entschwefelten, noch nicht aufgeheizten Rauchgases r einzulei­ ten. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß ein zusätzliches Gebläse in der Rezirkulationsleitung 34 nicht erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Leistungsbedarf des Rauchgasgebläses 50 relativ gering ist. Wegen der hohen Temperatur T₆ von z. B. T₆ = 320°C ist der Rezirkulationsfluß bei einer Erhöhung der Temperatur des Rauchgases r von T₂ auf T₃ um 8°C bis 10°C vor dem Rauchgasgebläse 50 nämlich nur gering; der Rezirkulationsfluß beträgt nur ca. 3,5% des Flusses des entschwefelten, noch nicht aufgeheizten Abgases. Nur um diesen geringen Anteil von ca. 3,5% ist die Gebläse­ leistung zu erhöhen gegenüber dem Fall, daß die Rezirkulations­ leitung 34 nicht vorhanden ist.

Zusammenfassend läßt sich feststellen: Ein geringer Anteil des Rauchgases r′ wird nach der ersten Stufe des Gasvorwärmers 26 und vor der DeNOx-Stufe 30 mit der relativ hohen Temperatur T₆ z. B. von T₆ = 320°C bis 350°C abgezogen. Dieser Anteil wird über die wärme-isolierte Rezirkulationsleitung 34 - über ein Stellglied 36 geregelt - auf der Saugseite des Rauchgasgebläses 50 dem entschwefelten Rauchgas r nach dem REA-Wäscher 22 beige­ mischt. Durch das ausreichende Druckgefälle von der Entnahme­ stelle 29 zur Beimischstelle 23 an der Gebläsesaugseite kann auf ein zusätzliches Gebläse in der Rezirkulationsleitung 34 verzichtet werden. Die gewünschte Temperaturerhöhung (T*-T₂) von 8°C bis 10°C kann durch die Verstellung des Stellgliedes 36 den verschiedenen Betriebsfällen angepaßt werden. Durch die Erhöhung (T₃-T₂) der Temperatur des Rauchgases r werden die Resttröpfchen verdampft. Somit werden Anbackungen und Ab­ lagerungen auf dem Laufrad des Rauchgasgebläses 50 vermieden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Reinigung von Rauchgas (r), bei dem das Rauch­ gas (r) zunächst entschwefelt wird, bei dem das entschwefelte Rauchgas (r) dann unter dem Druck eines Rauchgasgebläses (50) einem Rauchgas-Wiederaufheizsystem (24) zugeführt und dort auf­ geheizt wird, und bei dem das entschwefelte aufgeheizte Rauch­ gas (r′) sodann katalytisch weitgehend von Stickoxid befreit und anschließend als gereinigtes Rauchgas (r′′) abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein gerin­ ger Teil des entschwefelten aufgeheizten Rauchgases (r′) dem ent­ schwefelten Rauchgas (r) vor dessen Durchgang durch das Rauch­ gasgebläse (50) zur Temperaturerhöhung (Δ T = T₃-T₂) beige­ mischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beimischung des entschwefelten auf­ geheizten Rauchgases (r′) in Abhängigkeit von der Temperatur (T₃) des dem Rauchgasgebläse (50) zugeführten Rauchgases (r) geregelt wird.

3. Rauchgasreinigungsanlage, bei der das von einer Feuerungs­ anlage (10) erzeugte Rauchgas (r) über eine Rauchgas-Entschwe­ felungs-Anlage (22) und über eine dieser nachgeschaltete DeNOx- Anlage (30) mit Katalysator sowie über einen letzterer zugeord­ neten DeNOx-Gasvorwärmer (26) einer Abgabeeinrichtung (32) zu­ führbar ist, wobei zwischen der Rauchgas-Entschwefelungs-Anlage (22) und dem DeNOx-Gasvorwärmer (26) ein Rauchgasgebläse (50) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rezirkulationsleitung (34) vorgesehen ist, die von ei­ ner Entnahmestelle (29) am Eingang der DeNOx-Anlage (30) zu ei­ ner Beimischstelle (23) am Eingang des Rauchgasgebläses (50) führt.

4. Rauchgasreinigungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgas-Entschwefelungs­ Anlage (22) ein REA-Gasvorwärmer (20) zugeordnet ist, und daß das Rauchgasgebläse (50) zwischen der Rauchgas-Entschwefelungs- Anlage (22) und der zweiten Stufe des REA-Gasvorwärmers (20) angeordnet ist.

5. Rauchgasreinigungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die DeNOx-Anla­ ge (30) nach dem SCR-Prinzip mit Ammoniak-Eindüsung arbeitet.

6. Rauchgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rezirkulationsleitung (34) ein Strömungsstellglied (36) ange­ ordnet ist, das temperaturabhängig steuerbar ist.

7. Rauchgasreinigungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsstellglied (36) eine Regelklappe ist.

8. Rauchgasreinigungsanlage nach Anspruch 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Temperatur­ sensor (40) vorgesehen ist, mit dem die Rauchgas-Temperatur (T₃) am Eingang des Rauchgasgebläses (50) meßbar ist, und daß der Temperatursensor (40) mit einem Regler (38) verbunden ist, des­ sen Ausgangssignal dem Strömungsstellglied (36) zuführbar ist.

9. Rauchgasreinigungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (38) mit einem einstellbaren Sollwert-Stellglied (42) für einen Temperatur- Sollwert (T*) verbunden ist.

10. Rauchgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem DeNOx-Gasvorwärmer (26) und der DeNOx-Anlage (30) eine Zu­ satzaufheiz-Einrichtung (28) zur Erhöhung der Rauchgas-Tempera­ tur (T₅) auf eine optimale Arbeitstemperatur (T₆) für die DeNOx- Anlage (30) vorgesehen ist.