PROCESS FOR PRODUCING A GAS CONTAINING SULPHUR TRIOXIDE FOR WASTE GAS PURIFICATION IN AN ELECTROSTATIC PRECIPITATOR

Abstract: 1. A process of producing an SO3 -containing gas wherein sulfur is burnt in a furnace with blower-fed combustion air to produce a high-SO2 combustion gas, which is passed through a converter for the catalytic conversion of SO2 in the presence of oxygen to SO3 and is admixed to a water vapor-containing exhaust gas before the latter is purified in an electrostatic precipitator, and the furnace is fed with the sulfur in liquid form by a proportioning feeder and with combustion air through an air heater, characterized in that the air heater is controlled in dependence of the sulfur supply rate by control signals transmitted by a direct line from the proportioning feeder to the air heater so that combustion air at higher temperatures is fed to the furnace in case of a lower sulfur supply rate.

Description: Verfahren zum Erzeugen eines S03-haltigen Gases für die Abgasreinigung im Elektrofilter Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines 503 haltigen Gases durch Verbrennen von Schwefel mit von einem Gebläse geförderter Verbrennungsluft in einem Ofen zur Erzeugung eines SO2-reichen Verbrennungsgases, das durch einen Konverter zum katalytischen Umwandeln von SO, in Gegenwart von Sauerstoff ZU,SO3 geleitet und einem wasserdampfhaltigen Abgas vor der Reinigung in einem Elektrofilter zugemischt wird, wobei der Schwefel in flüssiger Form über eine Dosiereinrichtung und die Verbrennungsluft durch einen Lufterhitzer dem Ofen zugeführt werden. Ein solches Verfahren ist aus dem US-Patent 3 993 429 bekannt. Für das bekannte und das erfindungsgemässe Verfahren ist es von entscheidender Bedeutung, auf welche Weise das Verfahren gesteuert wird. Beim bekannten Verfahren misst man die Temperatur im Verbrennungsgas hinter dem Ofen und regelt damit den Erhitzer für die Verbrennungsluft. Die Regelung des eingangs genannten Verfahrens wird aus verschiedenen Gründen nötig. Insbesondere treten wechselnde Bedin gingen in der im Elektrofilter stattfindenden Abgasentstaubung z.B. dann auf, wenn sich die Brennstoffqualitäten in der das Abgas produzierenden Verbrennung ändern. Bei dieser Verbrennung kann es sich z.B. um einen oder mehrere Kessel eines Kraftwerks handeln. Auch wechselnde Lastbedingungen im Kessel führen zu Veränderungen im Abgas, was zu Änderungen der Betr:-8m bedingungen des Elektrofilters führt. Einem verstärkten Staubgehalt im Abgas kann durch eine erhöhte Zudosierung von SO, begegnet werden. Das S03 reagiert mit dem Wasserdampf des Abgases zu H2S04 und verbessert die Abscheideleistung des Elektrofilters beträchtlich. Nachfolgend werden mit Hilfe der Zeichnung mehrere Varianten erläutert, wie man-die Erzeugung von S03 regeln kann. Ziel dieser Varianten ist es, die Betriebsbedingungen im Ofen und/oder Konverter auf einfache und sichere Weise und mit möglichst geringer Trägheit zu regeln. In den Figuren der Zeichnung werden gleiche Bezugsziffern für gleiche Vorrichtungsteile verwendet. In der Anordnung der Fig. 1 wird Schwefel im Ofen 1 verbrannt. Der Schwefel kommt aus einem Tank 2, in dem er flüssig gehalten wird. über eine Dosierpumpe 3 wird der Schwefel dem Ofen 1 zugeführt. Verbrennungsluft wird dem Ofen durch die Leitung 4 zugegeben. Die Verbrennungsluft wird durch ein Gebläse 5 angesaugt und durch einen abschaltbaren Lufterhitzer 6 geführt, der zweckmässigerweise elektrisch beheizt wird. Das im Ofen 1 erzeugte Verbrennungsgas ist reich an S02 und hat am Ausgang des Ofens Temperaturen im Bereich von etwa 400 bis Zum 800 Zum Umwandeln von S02 in S03 wird das Verbrennungsgas durch einen Konverter 8 geleitet, der einen geeigneten Katalysator enthält. Für bekannte Katalysatoren (z.B. Vanadiumpentoxid) wird vorausgesetzt, dass die Temperatur am Eingang des 0 Konverters 8 im Bereich von etwa 380 bis 500 C und vorzugs- weise 420 bis 480 0C liegt. Die Umsetzung im Konverter 8 verläuft exotherm, wobei die Temperatur am Ausgang des Konverters umso höher liegt, je höher die Temperatur des Gases am Eingang des Konverters ist. Um die Temperaturgrenzen am Eingang des Konverters 8 einzuhalten, kann man einerseits die Verbrennung im Ofen 1 so regeln, dass das Verbrennungsgas in der Leitung la die gewünschte Temperatur aufweist. Andererseits ist es möglich, im Ofen 1 ein heisseres Verbrennungsgas zu erzeugen und ihm vor Eintritt in den Konverter Luft, die nachfolgend Kühlluft genannt wird und z.B. Umgebungstemperatur aufweist, zuzumischen. Diese Möglichkeiten können natürlich auch miteinander kombiniert werden. Die Regelung der Verbrennung im Ofen 1 erfolgt zweckmässigerweise durch geeignetes Einstellen der Temperatur und/oder Menge der Verbrennungsluft. Das S03-haltige Gas aus dem Konverter 8 wird durch die Leitung 9 in den Rauchgaskanal 10 gegeben. Das so konditionierte Rauchgas strömt durch den Elektrofilter 11 und wird dort entstaubt. Durch den Reingaskanal 12 gelangt das entstaubte Abgas in den Kamin 13. Eine Regelungsvariante besteht nun darin, mit Hilfe des Rauchdichtemessgeräts 14 den Staubgehalt im. Reingas zu messen, die Messwerte einem Regler 15 einzuspeisen und damit die Schwefeldosierpumpe 3 zu steuern. Die Regelungssignale werden in der Zeichnung stets durch strichpunktiert gezeichnete Leitungen geführt. Je nach Einstellung der Dosierpumpe 3 durch den Regler 15 ist es möglich und im allgemeinen auch nötig, weitere Verfahrensbedingungen zu ändern, damit die Erzeugung von SO3# haltigem Gas in der gewünschten Weise weiterläuft. In Fig. 1 ist die Variante dargestellt, dass über die Dosierpumpe 3 der Lufterhitzer 6 gesteuert wird. Dabei erfordert eine abnehmende Schwefelmenge eine Erhöhung der Temperatur der Verbrennungsluft in der Leitung 4, damit die Temperatur des Verbrennungi- gases am Ausgang des Ofens 1 ungefähr konstant gehalten wird. Es ist möglich, die Dosierpumpe 3 von Hand zu steuern, wenn der Bedienungsperson Erfahrungswerte über die nötigen Steue rungsmassnahmen vorliegen. Auf das Messgerät 14 und den Regler 15 kann dann verzichtet werden. Eine weitere Variante besteht darin, anstelle des Rauchdichtemessgerätes 14 die Abgasmenge in der Leitung 10 oder 12 zu messen und damit über den Regler 15 die Dosierpumpe 3 zu steuern. Im Verfahrensbeispiel der Fig. 2 wird Kühlluft durch das Gebläse 21 angesaugt und durch die Leitung 21a dem Verbrennungsgas in der Leitung 1a zugemischt. Abweichend von der Darstellung in Fig. 2 kann man auf das separate Gebläse 21 auch verzichten und die Kühlluft nach Gebläse 5 abzweigen und durch die gestrichelt gezeichnete Leitung 5a dem Verbrennungsgas zuführen. Üblicherweise werden nur geringe Mengen an Kühlluft gebraucht, so dass man ein separates Kühlluftgebläse zumeist entbehren kann. Eine Feinregelung der im Konverter 8 aufrechtzuerhaltenden Bedingungen erfolgt mit Hilfe der Temperaturmessstelle 22, die sich in der Leitung 9 befindet. Die in der Messstelle 22 gemessene Temperatur steuert das Gebläse 21 für die Kühlluftzufuhr so, dass am Eingang des Konverters 8 die gewünschte Temperatur 0 z.B. im Bereich von 420 - 480 C herrscht. Abweichend von der Darstellung der Fig. 1 kann die Temperaturmessstelle 22 auch am Eingang des Konverters 8 liegen. Falls das Gebläse 21 nicht vorhanden und an seine Stelle die Abzweigleitung 5a getreten ist, muss in der Leitung 5a z.B. eine Drosselklappe 7 vorgesehen werden, die über die Temperaturmessstelle 22 angesteuert wird. In der Verfahrensvariante der Fig. 3 erfolgt eine Feinregelung mit Hilfe der Temperaturmessstelle 25, die sich in der Zeichnung etwa am Eingang zum Konverter 8 befindet. Eine andere Möglichkeit ist, die Temperaturmessstelle 25 in die Leitung 9 hinter den Konverter zu legen. Die in der Messstelle 25 gemessene Temperatur geht in einen Verhältnisregler¯16 als zusätzlicher Regelwert neben dem Regelungssignal von der Dosierpumpe 3 ein. Das vom Verhältnisregler 16 ausgehende, zum Erhitzer 6 laufende Steuersignal ergibt sich demnach aus einer Zusammenfassung des Signals von der Dosierpumpe 3 und des Temperatursignals von der Messstelle 15. Ziel der Regelung ist es, die Temperatur an der Messstelle 15 ungefähr konstant zu halten, vor allem deshalb, um den Konverter 8 vor Uberhitvung zu schützen oder Schwankungen der Aussenlufttemperatur aus zugleichen. In Fig. 3 sowie auch in den folgenden Figuren ist zur Vereinfachung der in Fig. 1 und 2 dargestellte Rauchgas und Reingasteil weggelassen. Abweichend von den obigen Erläuterungen kann die Temperaturmessstelle 15 beispielsweise auch vor oder hinter dem Frischluftgebläse 5 oder auch nach dem Lufterhitzer 6 in der Leitung 4 liegen. Die Anordnung der Fig. 4 weist die Temperaturmessstelle 22 am Ausgang des Konverters 8, den Regler 30 und die Drosselklappe 31 in der Verbrennungsluftleitung 4 auf. Die Zumischung von Kühlluft entfällt hier. Über die Dosierpumpe 3 wird ein festes Verhältnis der Heizleistung im Erhitzer 6 und der Verbrennungsluftmenge (Drosselklappe 31), in Abhängigkeit von der dosierten Schwefelmenge, eingestellt. Der Lufterhitzer 6 kann dabei ausser Betrieb bleiben, so lange die Schwefeldosierung nicht weiter als auf etwa 60 % des Maximums absinkt. Bei weiterer Abnahme der Schwefeldosierung wird die Heizleistung des Erhitzers 6 wachsend ansteigen. Ändert sich z.B. die Temperatur der Aussenluft, so werden die dadurch hervorgerufenen Temperaturschwankungen durch die Temperaturmessstelle 22 registriert. Diese Messstelle 22 steuert den Regler 30 an. Der Regler 30 wiederum beeinflusst. die Einstellung der Drosselklappe 31 und damit die Menge der dem Ofen 1 zugeführten Verbrennungsluft. Anstelle der Drosselklappe 31 kann auch ein regelbares Gebläse 5 verwendet werden. Es ist auch möglich, die Temperaturmessstelle 22 vor den Eingang des Konverters 8 zu legen. Im Verfahrensbeispiel der Fig. 5 wird die Temperatur über die Messstelle 20 am Eingang des Konverters 8 gemessen. Diese Messstelle ist mit einem nicht dargestellten Regler verbunden, der das Gebläse 21 der Kühlluft steuert. Abweichend von der Darstellung der Fig. 5 können die Gebläse 5 und 21 auch als gemeinsames Gebläse ausgebildet sein, wobei man von der Messstelle 20 aus eine Drosselklappe in der in Fig. 2 dargestell ten Bypassleitung 5a steuert. Eine Alternative besteht darin, die zur Regelung benutzte Temperaturmessung nicht am Eingang, sondern am Ausgang des Konverters 8 in der Leitung 9 vorzusehen. Üblicherweise wird die Anlage gemäss Fig. 5 so ausgelegt, dass am Ausgang des Ofens 1 eine Temperatur des Verbrennungsgases von etwa 700 bis 76000 vorhanden ist. Die günstigste Temperatur am Eingang des Konverters 8 liegt aber im Bereich von 430 bis 4500C, die durch Zumischen der nötigen Menge Kühlluft in das Verbrennungsgas erreicht wird. Die Regelungsvariante der Fig. 6 basiert darauf, dass der Luft erhitzer 6 je nach Einstellung der Schwefeldosierpumpe 3 geregelt wird. Für den Normalbetrieb (Nennlast) kann eine zusätzliche Regelung entfallen und die Schwefeldosierung wird so eingestellt, dass die vom Gebläse 5 dem Ofen 1 zugeführte Verbrennungsluft nicht erhitzt zu werden braucht. Das Verbrennungsgas am Ausgang des Ofens 1 hat dabei eine Temperatur von etwa 440 C; diese Temperatur liegt in dem Temperaturbereich, der am Eingang des Konverters 8 gewünscht wird. Bei Verminderung der dem Ofen 1 zugeführten Schwefelmenge muss die Verbrennungsluft mit Hilfe des Erhitzers 6 vorgewärmt werden. Auch wenn der Erhitzer 6 bei normaler Schwefeldosierung abgeschaltet sein kann, ist er als Aggregat nicht überflüssig. Er wird z.B. dann gebraucht, wenn der Ofen 1 und der Konverter 8 beim Anfahren der Anlage mit heisser Luft anzuwärmen sind, ohne dass dabei allerdings schon Schwefel verbrannt wird. Bei abgeschalteter Schwefeldosierung kann heisse Luft auch dann erforderlich werden, wenn die erwähnten Aggregate mit Warmluft gespült werden müssen. Die Regelung gemäss Fig. 7 besteht darin, dass von der Temperaturmessstelle 22 am Ausgang des Konverters 8 einerseits das Gebläse 21 für Kühlluft und andererseits das Gebläse 5 für Verbrennungsluft angesteuert werden. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, über eine grosse Bandbreite von Betriebszuständen mit abgeschaltetem Erhitzer 6 zu arbeiten. Zusätzlich kann eine Grobregulierung der Schwefeldosierung durch Verstellen der Pumpe 3 von Hand durch eine Bedienungsperson erfolgen. Diese Regulierung der Pumpe 3 kann z.B. die Lastverhältnisse oder Brennstoffqualitäten in der Verbrennungsanlage. berücksichtigen sowie Erfahrungswerte in Betracht ziehen. Abweichend von Fig. 7 kann die zur Steuerung benutzte Temperaturmessstelle auch vor dem Konvertereingang (vgl. Messstelle 20 in Fig. 5) angeordnet werden. Für beide Varianten wird die Menge der dem Ofen 1 zugeführten Verbrennungsluft so geregelt, dass am Ofenaustritt eine etwa konstante Temperatur des Verbrennungsgases gehalten wird. Durch Zumischen von Kühlluft über das Gebläse 21 wird die Temperatur auf die optimale Konvertertemperatur eingestellt. Die Regelung gemäss Fig. 8 unterscheidet sich von der Regelung gemäss Fig. 7 dadurch, dass zusätzlich eine von der Dosierpumoe 3 ausgehende Steuerung des Erhitzers 6 vorhanden ist. Der Erhitzer wird dann einzuschalten sein, wenn die Schwefeldosierung durch die Pumpe 3 einen Grenzwert unterschritten hat und unzureichende Verbrennungsverhältnisse im Ofen 1 oder eine zu niedrige Temperatur des Verbrennungsgases zu befürchten sind. Gemäss Fig. 9 werden ausgehend von der Schwefeldosierpumpe 3 das Kühlluftgebläse 21 und auch das Verbrennungsluftgebläse 5 geregelt. Auch hier gibt es Betriebszustände, in denen der Erhitzer 6 abgeschaltet sein kann. Zusätzlich ist es möglich, die Dosierpumpe 3 über eine Rauchdichtemessung, wie sie zusammen mit Fig. 1 erläutert wurde, oder über die Abgasmenge zu steuern. In den nachfolgend beschriebenen Beispielen ist das Rauchgas eines kohleggeuerten Kraftwerks von 300 MW mittels Elektrofilter zu entstauben. Stets gilt, dass im Normalbetrieb pro Stunde 50 kg Schwefel im Ofen 1 verbrennt werden müssen, um die S03-Zumischung zum Rauchgaskanal 10 auf 30 ppm zu halten. Die Temperatur am Eingang des Konverters soll ungefähr 44000 betragen; die Temperatur am Konverterausgang liegt etwa 5000 höher. Beispiel 1: In der Variante der Fig. 1 ist der Lufterhitzer 6 im Normalbetrieb ausgeschaltet; dem Ofen werden pro Stunde ca. 800 m3 Verbrennungsluft zugeführt. Wird der S03-Bedarf im Rauchgas¯ kanal 10 auf 20 ppm reduziert, sind pro Stunde-nur noch ca. 34- kg Schwefel im Ofen 1 zu verbrennen. Die nun erforderliche zusätzliche Heizleistung durch den Erhitzer 6 beträgt 51 kW, damit die Temperatur der Verbrennungsgase in der Leitung 1a ungeändert bleibt. Beispiel 2: in der Anordnung der Fig. 2 sind der Lufterhitzer 6 und die Zufuhr von Kühlluft durch die Leitung 21a im Normalbetrieb abgeschaltet. Bei einer Aussentemperatur von OOC sind für diesen Normalbetrieb pro Stunde 800 m3 Verbrennungsluft durch die Leitung 4 erforderlich; in der Messstelle 22 wird eine 0 Temperatur von etwa 520 C gemessen. Kann der S03-Bedarf im Rauchgaskanal 10 auf 20 ppm reduziert werden, sind wie im Beispiel 1 pro Stunde ca. 34 kg Schwefel zu verbrennen und der Erhitzer 6 auf eine Heizleistung von 51 kW einzustellen. 0 Steigt die Aussentemperatur auf 300C an, werden durch das Ge- bläse 21 dem Verbrennungsgas des Ofens 1 pro Stunde etwa 3 60 m Kühlluft beigemischt. Beispiel 3: Der Normalbetrieb der Variante gemäss Fig. 3 sieht eine Aussen- temperatur von 3000 vor, wobei der Lufterhitzer 6 ausgeschaltet ist. Bei Abnahme der Schwefeldosierung um 1 kg/h muss die Heizleistung des Erhitzers 6 um etwa 3 kW erhöht werden. Die Menge der Verbrennungsluft liegt konstant bei etwa 800 m3/h. Beim Absinken der Aussenlufttemperatur auf 1000 wird die Heizleistung des Erhitzers auf etwa 5 kW eingestellt. Beispiel 4: Bei der Variante der Fig. 4 sind bei einem Kraftwerksblock von 300 MW und einer Zudosierung von 30 ppm SO, in den Rauchgaskanal 10 pro Stunde 50 kg Schwefel durch die Dosierpumpe 3 3 und 860 m3 Verbrennungsluft durch das Gebläse 5 erforderlich. Der Lufterhitzer 6 ist in diesem Fall ausgeschaltet und die Drosselklappe 31 voll geöffnet. Bei einer Aussentemperatur von 30 0C stellt sich eine Gastemperatur am Ausgang des Konverters8 von etwa 5000C ein. Geht die Aussentemperatur auf OOC zurück, wird die dem Ofen 1 über die Drosselklappe 31 zugeführte Verbrennungsluftmenge durch den Regler 30 in Abhängigkeit von der Temperaturmessung der Messstelle. 22 auf etwa 800 m3/h reduziert. Dadurch wird die Temperatur am Ausgang des Konverters 8 auf ca. 5000C konstant gehalten. Falls eine verringerte Zudosierung von SO, von 20 ppm im Rauchgaskanal 10 genügt, werden pro Stunde 34 kg Schwefel dem Ofen 1 zugeführt. Zusätzlich wird der Lufterhitzer 6 auf eine Heizleistung von 10 kW geschaltet, die Drosselklappe 31 ist voll geöffnet. Um auch in diesem Fall die Temperatur im Gas am Austritt des Konverters auf ungefähr 5000C zu halten, 0 werden bei 30 C Aussentemperatur pro Stunde 650 m3 an Verbren- nungsluft dem Ofen 1 zugeführt. Bei einer Aussentemperatur von OOC wird, ausgehend von der Temperaturmessstelle 22 und dem Regler 30, die Drosselklappe 31 so eingestellt, dass die dem Ofen 1 zugeführte Verbrennungsluftmenge 610 m3/h beträgt. Beispiel 5: Wird das Verfahren der Fig. 5 für das bereits genannte 300 MW Kraftwerk angewandt, stellt man im Normalbetrieb die Temperatur am Ausgang des Ofens 1 auf 7600C ein und hat dort ein Volumen des Verbrennungsgases von ca. 470 m3/h. Unter diesen Bedingungen werden dem Rauchgas im Kanal 10 (vgl. Fig. 1) 30 ppm S03 zugemischt. Um die Temperatur am Eingang des Konverters 8 auf 440 0C herabzusetzen, mischt man dem Verbren nungsgas über das Gebläse 21 pro Stunde etwa 345 m3 Kühlluft zu. Falls der SO3-Bedarf für das Rauchgas auf 20 ppm und damit die Schwefeldosierung auf 34 kg/h herabgesetzt werden kann, erzeugt man im Ofen 1 pro Stunde nur noch 290 m3 Verbrennungsgas und hat dabei einen K1#O1uftbedarf von ca. 230 m3/h. Beispiel 6: Im Normalbetrieb der Variante der Fig. 9 werden dem Ofen 1 pro Stunde 440 m3 nicht erhitzte Verbrennungsluft durch das Gebläse 5 und 50 kg Schwefel zugeführt, dem Verbrennungsgas mischt man durch das Gebläse 21 350 m3 Kühlluft zu. Die Eingangstemperatur am Konverter 8 liegt bei etwa 44O0C. Wird der S03-Bedarf im Rauchgaskanal 10 auf 20 ppmreduziert, braucht man pro Stunde dem Ofen 1 nur noch 34 kg Schwefel und etwa 290 m3 Verbrennungsluft zuzuführen; der Kühlluftbedarf sinkt dann auf ca. 230 m3.

Claims: A process of producing an S0₃-containing gas wherein sulfur is burnt in a furnace with blower-fed combustion air to produce a high-SO₂ combustion gas, which is passed through a converter for the catalytic conversion of SO₂ in the presence of oxygen to SO₃ and is admixed to a water vapor-containing exhaust gas before the latter is purified in an electrostatic precipitator, and the furnace is fed with the sulfur in liquid form by a proportioning feeder and with combustion air trough an air heater, characterized in that the air heater is controlled in dependence of the sulfur supply rate by control signals transmitted by a direct line from the proportioning feeder to the air heater so that combustion air at higher temperatures is fed to the furnace in case of a lower sulfur supply rate. A process according to claim 1, characterized in that the temperature at the inlet or outlet of the converter is measured and the rate of cooling air admixed to the combustion gas is controlled in dependence on said temperature. A process according to claim 1 or 2 characterized in that the temperature at the inlet or outlet of the converter is measured and the heat rate of the air heater is additionally controlled in dependence on said temperature. A process according to claim 1 or any of the following claims, characterized in that the sulfur supply rate is controlled in dependence on the measured dust content of the pure gas leaving the electrostatic precipitator. A process according to claim 1 or any of the following claims, characterized in that the sulfur supply reate is controlled in dependence on the measured rate of exhaust gas before or after its purification in the electrostatic precipitator.

Inventors: BODE, HANS-JUERGEN, GRAUBNER, HANS JOACHIM, LEUSSLER, WILHELM, MAYER-SCHWINNING, GERNOT, REISSMANN, HELMUT, DR., SCHUMMER, HELMUT, Bode, Hans-Jürgen
Applicants: METALLGESELLSCHAFT AG
Application year: 1982
Main classification: C01B17
IPC codes: B03C3, B01D53, B01D51, C01B17