PROCESS AND DEVICE FOR REHEATING FLUE GASES

Abstract: 1. A method of reheating flue gases coming from a flue-gas purification plant operating by the wet process, using a heat exchanger disposed in the stream of flue gas and comprising a number of tubes through which a heat transfer medium flows and round which the purified gases flow before being discharged through a chimney to atmosphere, the flue gas coming from wet purification and conveyed over a mist collector first being heated until all the water droplets remaining in the flue gas evaporate, after which the dry flue gas is heated by downstream heat exchangers to the temperature required for entering the chimney, characterized in that in order to heat the flue gas until all the remaining water droplets evaporate, the flue gas flows through a tubed indirect additional heat exchanger (9) disposed downstream of the mist collector (4) and consisting mainly of graphite and containing a heat transfer medium which is heated by a tubed indirect flue gas cooler (16) which consists mainly of graphite and withdraws some of the heat from the stream of unpurified flue gas before wet purification (3).

Description: Verfahren und Vorrichtung zur iederaufheizung von Rauchgasen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederaufheizung von aus einer nach dem Nassverfahren arbeitenden Rauchgasreinigungsanlage kommenden Rauchgasen mittels eines im Rauchgasstrom angeordneten ärmeaustauschers mit einer Mehrzahl von Rohren, die von einem Wärmeträger durchflossen und von den gereinigten Gasen unströmt werden, die anschliessend über einen Schornstein in die Atmosphäre abgeleitet werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Um gesetzlich vorgeschriebene Immissionsauflagen zu erfüllen, müssen Rauchgase gereinigt, u.a. entschwefelt werden. Besonders günstige inerte lassen sich mit nach dem Nassverfahren arbeitenden Rauchgasreinigungsanlagen erzielen. Die aus derartigen Rauchgasreinigungsanlagen austretenden, gereinigten Rauchgase werden jedoch durch den nassen Reinigungsprozess nicht nur auf eine Temperatur von ca. 50Celsius abgekühlt, sondern sind darüber hinaus mit Wasserdampf gesättigt. Um derartige gereinigte Rauchgase in die Atmosphäre ableiten zu können, stehen derzeit zwei Verfahren zur Verfügung, nämlich einmal eine Ableitung der Rauchgase über einen Kühlturm, dessen Abluftstrom die Rauchgase beigemischt werden, und zum anderen eine rekuperative oder regenerative Wiederaufheizung der gereinigten Rauchgase vor deren Ableitung in die Atmosphäre mittels eines Schornsteins. Sowohl für mit Reuchgasreihigungs8nlegen nachzurbstende Altanlagen als auch für Neubauten 1ät sich das wirtschaftlichste Verfahren nur unter Berücksichtigung der Jeweiligen Standortbedingungen ermitteln, wie Energiekosten, Last fahrplan, Anord nung der Rauchgasreinigungsanlage in Zuordnung zu den Ubrigen Xraftwerkskomponenten und verbleibender Betriebszeit. Die vorliegende Erfindung betrifft ausschliesslich die Wiederauf- heizung der gereinigten Rauchgase vor ihrer Ableitung in die Atmosphäre Ober einen Schornstein und lässt sich sowohl auf das rekuperative als auch auf das regenerative Verfahren der Wiederaufheizung anwenden. Bei der Wiederaufheizung der aus einer nach dem Nassverfahren arbeitenden Rauchgasreinigungsanlage kommenden Rauchgase mittels eines im Rauchgasstrom angeordneten Wärmeaustau- schers werden dessen vam w3rmeabgebenden Wärmeträger durchflossene und vom aufzuheizenden Rauchgas umströmte Rohre einer hohen korrosiven Beanspruchung ausgesetzt, das die gereinigten Rauchgase mit von der Nassreinigung herrührendem Wasserdampf gesEttigt sind, der in Verbindung mit Restgehalten an chemischen Verunreinigungen starke Korrosionen hervorruft. Auch aus hochlegierten Stählen hergestellte Wärmeaustauscher erreichen somit nur eine unbefriedigende Standzeit. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zur Wiederaufheizung von aus einer nach dem Nassverfahren arbeitenden Rauchgasreinigungsanlage kommenden Rauchgasen zu schaffen, deren im Rauchgasstrom angeordnete Wärmeaustauscher Standzeiten erreichen, die denen der anderen Kraftwerkkomponenten entsprechen, wobei die Investitionskosten in wirtschaftlich vertretbarem Rahmen liegen. Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Nassrei nigung kommende und über einen Tropfenabscheider geleitete Rauchgas in einem ersten, im wesentlichen aus Graphit bestehenden Vorschaltwärmeaustauscher derart aufgeheizt wird, dass sämtliche im Rauchgas noch vorhandenen Wassertropfen verdampfen, und dass das trockene Rauchgas durch nachgeschaltete Wärmeaustauscher aus Metall, vorzugsweise hochlegiertem Stahl, auf die für die Einleituna in den Schornstein erforderliche Temperatur erhitzt wird. Durch die Trocknung der feuchten Rauchgase in einem Vorschaltwärmeaustauscher, dessen Rohre und wesentliche Bestandteile aus Graphit bestehen, wird den Rauchgasen ihre korrosive Wirkung genommen, so dass sie anschliessend durch nachgeschaltete Wärme austauscher aus Metall, vorzugsweise aus hochlegiertem Stahl, auf die für die Einleituna in den Schornstein erforderliche Temperatur erhitzt werden können. Der Einsatz verhältnismässig teurer Wärmeaustauschflächen aus Graphit wird somit eTfindungs- gemass auf einen Teil der im Rauchgasstrom angeordneten Wärme tauscherfläche beschränkt. Die Investitionskosten liegen somit in einem wirtschaftlichen Bereich, insbesondere wenn die erheblich gesteigerte Standzeit der für die Wiederaufheizung verwendeten Wärmetauscherflächen berücksichtigt wird. Als Vorschaltwärmeaustauscher werden erfindungsgemäss Bauteile verwendet, wie sie sich bereits in der chemischen Industrie bewährt haben. Derartige Wärmeaustauscher können in Modulbauweise ausgeführt werden, so dass für jeden Einzelfall entsprechende Vorschaltwärmeaustauscher zusammengestellt werden können. Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Vorschaltwärmeaustauscher und der nachgeschaltete Wärmeaustauscher mittels Fremdenergie aufgeheizt werden als auch alternativ dadurch, dass ein Wärieträger durch einen im wesentlichen aus Graphit bestehenden ReuchgaskOhler aufgeheizt wird, der dem ungereinigten Rauchgasstrom vor der Nassrelnigung einen Teil seiner Warme entzieht. Bei diesem regenerativen Verfahren läuft der Wärmeträger, vorzugsweise Wasser, in einem geschlossenen Kreislauf um. Die zur Wiederaufheizung der gereinigten Rauchgase dienende Wärme wird dem ungereinigten Rauchgas entzogen, das vor Eintritt in die Nassreinigung beispielsweise eine Temperatur von etwa 1400 Celsius hat. Obwohl der im ungereinigten Rauchgasstrom sngeordnete Rauchgaskühler die Rauchgase bis unter den Taupunkt abkühlt, so dass eine hohe Korrosionsbeanspruchung z.B. durch schweflige Säure auftritt, widersteht der Rauchgaskühler diesen extremen Beanspruchungen, weil er in seinen wesentlichen Teilen aus Graphit besteht. Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemässen Verfahrens lässt sich schliesslich erfindungsgemäss dadurch erzielen, dass ein Teil des erhitzten und getrockneten Rauchgasstromes vor der Ableitung in den Schornstein abgezweigt und über einen statischen Mischer strähnenfrei in den gereinigten Rauchgasstrom hinter dem Tropfenabscheider eingeleitet wird. Durch diesen rezirkulierenden Teilstrom des aufgeheizten gereinigten Rauchgases erfolgt eine Vortrocknung des den Wärmeaustauschern zugeführten Rauchgases, so dass sich durch diese Beimischung von trockenem, erhitztem Rauchgas eine Reduzierung der im wesentlichen aus Graphit bestehenden Härmeaustauschflächen erzielen lässt. Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre des zur Trocknung des gereinigten Rauchgases verwendeten Vorschaltwärmeaustauschers bzw. des im ungereinigten Rauchgasstrom angeordneten Rauchgaskühlers aus kunstharzimprägniertem Elektrographit hergestellt sind. Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung können diese Rohre mit unter Vorspannung stehenden Carbonfasern netzartig umwickelt sein. Durch die Verwendung kunstharzimprägnierten Elektrographits ergibt sich nicht nur eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit und eine thermische Dauerbelastbarkeit bis 2000 Celsius, sondern auch die Möglichkeit, die Rohre des Vorschaltwärmeaustauschers und des Rauchgaskühlers in einem kontinuierlichen Pressvorgang herzustellen. Das netzartige Umwickeln derartiaer Rohre mit unter hoher Vorspannung stehenden Carbonfasern ergibt eine beträchtliche Erhöhung des Berstdruckes dieser Rohre, so dass die ärmeaustauscher wesentlich unempfindlicher geoen Dampfschläge und unzulässige Drucküberschreitungen werden. Da Carbonfasern eine negative thermische Längenausdehnung haben, hat eine Temperaturerhöhung der aus Elektrographit bestehenden Rohre eine zunehmende Vorspannung zur Folge. Auch wenn infolge Uberbeanspruchung ein Riss in derartigen Rohren auftritt, bleibt das Rohr bis zu einem Differenzdruck von mehreren bar Uberdruck flüssigkeitsdicht, weil die das Rohr netzartig umgebenden Carbonfasern aufgrund ihrer hohen Vorspannung die oeffnung des Risses verhindern. Durch das vollelastische Verhalten der Carbonfasern wird schliesslich erreicht, dass auch bei stark wechselnder bzw. schwellender Belastung die Vorspannung erhalten bleibt. Die chemische Beständigkeit von Carbonfasern ist im übrigen identisch mit der von Graphit und von Phenolharz, das zur Imprägnierung des Elektrooraphits verwendet wird. Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele für nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitende Anlagen zur Wiederaufheizung von Rauchgasen und ein Ausführungsbeispiel für ein aus kunstharz imprägniertem Elektrographit hergestelltes und netzartig mit Carbonfasern umwickeltes Rohr dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausfüh rungsbeispiels anhand eines dampfbeheizten Rauchgas erhitzers, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Aus führungsbeispiels, bei dem die Aufheizung der gerei nigten Rauchgase durch Warmeverschiebung erfolgt, und Fig. 3 edn AustOhrungsbe1spiel für ein aus Graphit be stehendes Rohr zur Verwendung in den Vorschaltwärme tauschern bzw. im Rauchgaserhitzer gemäss den Fig. 1 und 2. Bei den in den Fig.1 und 2 dargestellten Anlagen ist eine Kesselanlage 1 dargestellt, deren mit Schadstoffen beladene Rauchgase durch eine Rauchgasleitung 2 einer nach dem Nassverfahren arbeitenden Rauchaasreinigungsanlsoe 3 zugeführt werden. Dieser Rauchgasreinigungsanlage 3 ist ein Wasserabscheider 4 nachgeschaltet, so dass die gereinigten Rauchgase, welche die Rauchgasreinigungsanlage 3 auf ca. 500 Celsius abgekühlt und mit Wasserdampf gesättigt verlassen, nur geringe Restmengen Wassertropfen enthalten. Die gereinigten Rauchgase gelangen durch eine Reingasleitung 5 über einen Schalldämpfer 6 in einen Schornstein 7, durch den sie in die Atmosphäre abge- leitet werden. Vor dem Schalldämpfer 6 ist in der Reingasleitung 5 ein Rauchgasgebläse 8 angeordnet. Bein Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist in der Reingasleituno 5 ein im wesentlichen aus Graphit bestehender Vorschaltwärmeaustauscher 9 angeordnet, in dem das aus der Rauchgasreinigungsanlage 3 kommende Rauchgas derart aufgeheizt wird, dass sämtliche im Rauchgas noch vorhandene Feuchtigkeit verdampft Das gereinigte Rauchgas tritt somit aufgeheizt und getrocknet aus dem Vorschaltwärmeaustauscher aus und gelangt anschliessend in einen Wärmeaustauscher 10, der aus Metall, vorzugsweise hochlegiertem Stahl besteht. Durch die Aufheizung und Trocknung des Rauchaases vor dem Eintritt in den Wärmeaustauscher 10 wird dessen korrosive Beanspruchung derart stark herabgesetzt, dass er in üblicher Technik aus Rippenrohren hergestellt erden kann. Dem im wesentlichen aus Graphit bestehenden Vorschaltwärmeaustauscher 9 ist eine Reinisungsein- richtung 11 vorgeschaltet, die beispielsweise aus mehreren Lanzenschraubbläsern besteht, wobei die Reinigung durch das Abblasen der Heizflächen mit einem Dampfstrahl erfolgt. Als Reinigungsdampf wird beispielsweise trockener,überhitzter Heissdampf mit einem Druck von 12 bis 16 bar und einer Uberhitzunos- temperatur von ca. 3500 Celsius verwendet. Entsprechender Heissdampf kann auch für die parallele Beheizung des Vorschaltwärmeaustauschers 9 und ldärmeaustauschers 10 verwendet werden. Ein Teil des im Vorschaltwärmeaustauscher 9 vorgewärmten und getrockneten und im Wärmeaustauscher 10 aufgeheizten Rauch aases wird zwischen dem Wärmeaustauscher 10 und dem Rauchaasgebläse 8 abgezweigt und durch eine Rezirkulationsleitung 12 zwischen Wasserabscheider 4 und Reinigungseinrichtung 11 in die Reingasleitung 5 einoespeist. Je nach Aufheizungsgrad der gereinigten Rauchgase beträgt der zurückgeführte Teil des Rauchgasstromes 5 bis 10S des gesamten Gasdurchsatzes. Für den Transport des rezirkulierenden Rauchgases und zur Uberwin duno des Druckunterschiedes ist in der Rezirkulationsleitung 12 ein Rezirkulationsaebläse 13 eingesetzt. Der rezirkulierende Teilstrom des aufgeheizten Rauchgases, der dem feuchten und kalten Rauchgasstrom beigemischt wird und auf diese Weise eine Vortrocknung bewirkt, wird dem feuchten Rauchgasstrom mit Hilfe eines statischen Mischers 14 zugeführt. Dieser Mischer 14 sorgt dafür, dass nach kurzer Mischstrecke eine gleichmässige Temperaturverteilung über den oesamten Strömungsquerschnitt erreicht wird. Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig.2 wird der Wärmeträger für den Vorschaltwärmeaustauscher 9 und den nariloe- schalteten WErmeaustauscher 10 in einer Kreislaufleitung 15 umgewälzt und in einem Rauchgaskühler 16 aufgeheizt, der vor der Rauchgasreinigungsanlage 3 in der Rauchgasleitung 2 angeordnet ist. Dieser Rauchgaskühler 16 besteht im wesentlichen aus Graphit und entspricht somit dem Vorschaltwärmeaustauscher 9. Ebenso wie diesem ist dem Rauchgaskühler 16 eine Reinigungseinrichtung 11 vorgeschaltet. Die Wärmeverschiebung zwischen dem Rauchgaskühler 16 und dem Vorschalt Härmeaustaucher 9 bzw. Wärmeaustauscher 10 erfolgt mit Hilfe einer Umwälzpumpanlage 17, die ebenfalls schematisch in Fio.2 dargestellt ist. Bei dieser zweiten Ausführungsform werden die gereinigten Rauchgase mittels eines in geschlossenen Kreislauf umgewälzten, vorzugweise durch Wasser gebildeten Wärmeträgers wiederaufgeheizt,welches den ungereinigten Rauchgas, das vor dem Eintritt in die Rauchgasreinigungsanlage 3 eine Temperatur von etwa 1400 Celsius hat, Wärme entzieht. Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 findet eine Rezirkulation eines Teils des gereinigten Rauchgases statt, um durch Beimischung von trockenem Rauchgas den feuchten Rauchgasstrom zumindest teilweise zu trocknen, bevor sie im Vorschaltwärmeaustauscher 9 definitiv oetrocknet werden. Um die Zirkulation des Wärneträ- gers zwischen Rauchgaskühler 16 und Vorschaltwärmeaustauscher 9 sowie Wärmeaustauscher 10 sicherzustellen, sind zwei parallel geschaltete Pumpen in der Umwälzpumpanlage 17 voroesehen, so dass auch beim Ausfall einer Pumpe die Pumpanlage funktionsfähig bleibt. Obwohl im Rauchgaskühler 16 die ungereinigten Rauchgase bis unter den Taupunkt abgekühlt werden und hierbei eine hohe korrosive Beanspruchung, zum Beispiel durch schweflige Säure, auftritt, besitzt der Rauchgaskühler 16 eine hohe Stand zeit, da er im wesentlichen aus Graphit besteht. Diese Rohre des Rauchgaskühlers 16 werden regelmässig durch eine zugeordnete Reinigungseinrichtung 11 gesäubert. In Sonderfällen, in denen eine besonders hohe Rauchgastemperatur vor Eintritt -in den Schornstein 7 gefordert wird, kann gemäss Fig. 2 eine dem Wärmeaustauscher 10 nachgeschaltete Erhitzerstufe 18 vorgesehen werden. Diese z.B. mit Dampf beheizte Erhitzerstufe 18 hat nicht nur die Aufgabe, eine weitere Erhöhung der Rauchgastemperatur zu erzielen, sondern auch beim Anfahren die durch die Rezirkulationsleitung 12 rückströmenden Rauchgase vorzuwärmen. Ausserdem werden durch eine derartige Erhitzerstufe 18 beim Abschalten der Anlage die durch Schwaden aus der Rauchgasreinigungsanlage 3 gefährdeten Wärmetauscherflächen trocken gehalten. Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines in den Vorschaltwärmeaustauschern 9 bzw. im Rauchgaskühler 16 verwendeten Rohres 19 zeigt ein glattwandiges Rohr, das aus kunst harzimprägniertem Elektrographit im kontinuierlichen Pressverfahren hergestellt worden ist. Dieses Rohr 19 ist netzartig mit Carbonfasern 20 umwickelt, die unter hoher Vorspannung stehen und somit als Armierung des Graphitrohres dienen. Bezugsziffernliste: 1 Kessclanlage 2 Rauchgasleitung 3 Rauchgasreinigungsanlage 4 Wasserabscheider 5 Reingasleitung 6 Schalldämpfer 7 Schornstein 8 Rauchgasgebläse 9 Vorschaltssärneeustauscher 10 Wärneaustauscner 11 Reinigungseinrichtung 12 Rezirkulationsleitung 13 Rezirkulationsgebläse 14 Mischer 15 Kreislaufleitung 16 Rauchgaskühler 17 Umwälzpumpanlage 18 Erhitzerstufe 19 Rohr 20 Carbonfaser

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zur Wiederaufheizung von aus einer nach dem Nassverfahren arbeitenden Rauchgasreinigungsanlage kommen den Rauchgasen mittels eines im Rauchgasstrom angeordneten Wärmeaustauschers mit einer Mehrzahl von Rohren, die von einem Wärmeträger durchflossen und von den gereinigten Gasen umströmt werden, die anschliessend über einen Schorn stein in die Atmosphäre abgeleitet werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das aus der Naareiniouna (3) kommende und über einen Tropfenabscheider (4) geleitete Rauchgas in einem ersten, im wesentlichen aus Graphit bestehenden Vorschaltwärme austauscher (9) derart aufgeheizt wird, dass sämtliche im Rauchgas noch vorhandenen Wassertropfen verdampfen, und dass das trockene Rauchgas durch nachgeschaltete Wärmeaustauscher (10) aus Metall, vorzugsweise hochlegiertem Stahl, auf die für die Einleitung in den Schornstein (7) erforderliche Temperatur erhitzt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger des Vorschaltwärmeaustauschers (9) und der nachgeschalteten Wärmeaustauscher (10) mittels Fremdenergie aufgeheizt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträger des Vorschaltwärmeaustauschers (9) und der nachgeschalteten Wärmeaustauscher (10) durch einen im wesentlichen aus Graphit bestehenden Rauchgaskühler (16) aufgeheizt wird, der dem ungereinigten Rauchgasstrom vor der Nassreinigung (3) einen Teil seiner Wärme entzieht. 4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des erhitzten und getrock neten Rauchgassstromes vor der Ableitung in den Schornstein (7) abgezweigt und über einen statischen Mischer (14) strEhnenfrei in den gereinigten Rauchgasstrom hinter dem Troptenabschelder (4) eingeleitet wird. 5. Vorrichtung zur Durchft3hrung des Verfahrens nach minde stens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (19) des zur Trocknung des gereinigten Rauch gases verwendeten Vorschaltwärmeaustauschers (9) bzw. des im ungereinigten Rauchgasstrom angeordneten Rauchgasküh lers (16) aus kunstharzimpräpniertem Elektrographit herge stellt sind. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (19) mit unter Vorspannung stehenden Carbonfa sern (20) netzartig umwickelt sind.

Inventors: DASCHMANN, HORST, KUNZEL, JURGEN, DR. DIPL.-ING., ROCHNA, SIEGFRIED, DIPL.-ING., SCHMITT, KLAUS, DIPL.-ING., Künzel, Jürgen, Dr. Dipl.-Ing.
Applicants: BALCKE-DURR AG
Application year: 1985
Main classification: F23J15
IPC codes: F28F21, F23J15