DE2716426A1

DE2716426A1 - Verfahren zur anzeige und steuerung des prozentualen anteils von festen teilchen in einer fluessigen mischung

Info

Publication number: DE2716426A1
Application number: DE19772716426
Authority: DE
Inventors: Adolph August Schuetz
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1976-04-21
Filing date: 1977-04-14
Publication date: 1977-11-10
Also published as: IN145632B; DE2716426B2; DE2716426C3; US4047891A; JPS52129589A

Description

Verfahren zur Anzeige und Steuerung des prozentualen Anteils von festen Teilchen in einer flüssigen Mischung.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anzeige und zur Steuerung des prozentualen Anteils von festen Teilchen in einer flüssigen Mischung.

Insbesondere hat die Erfindung den Zweck, eine konstante Zusammensetzung und Dichte des Schlammes sicherzustellen, der in Naßwäschern zur Reinigung der Verbrennungsgase dient, die aus Verbrennungseinrichtungen, z.B. Dampferzeugern, zuströmen.

Von den Behörden werden strenge Grenzen der Emission für Verbrennungeinrichtungen aller Art, z.B. Kraftwerke, verlangt. Zur Zeit verlangen

U.S.-Behörden eine Beschränkung auf 0

(1,2 lbs SOVlO BTU) Wärmeeingangsleistung. Kalk/Kalkstein wird für

kg SO-A^{0 x} 0,252 kcal 2

Waschsysteme im allgemeinen gewählt, obwohl dadurch kein brauchbarer chemischer Abfallstoff entsteht.

Allgemein gesehen gibt es zwei Lösungswese, um einen Zuschlagssto:f mit einem hohen Anteil von Kalzium in effeKtiven Kontakt mit ien "Λ>:-- brennungsverbindungen zu bringen. Der erste ist die Einführung in ii* Srennkammer. Der Zusatz wird in die Brennkammer eines Dampferzeugers

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eingeführt oder eingeblasen, wo er ausgeglüht wird und mit S0_p und SO reagiert und dadurch Verbindungen des Kalziums bildet. Die zweite Möglichkeit besteht darin, den Zuschlagsstoff an Ende des Verbrennungssystems einzubringen; von der Injektion in die Brennkammer unterscheidet sich auch die Technik der Zuführung der Zuschlagsstoffe.

Bei dem zweiten (tail-end) System wird der Zuschlag,z.B. ein Schlamm, aus gelöstem Kalkstein oder gelöschtem Kalk in den Wäscher eingeführt, den auch das Verbrennungsgas durchströmt. Im Wäscher wird ein KontaKtbett vorgesehen und unterhalb davon Sprühdüsen für den Schlamm angeordnet. Das Gas, das SO₃ und kleine Teilchen enthält, 3trömt über das Bett, wo es in Kontakt mit dem Schlamm kommt, der von den Sprühdüsen in das Bett gesprüht wird. Die an der Reaktion beteiligten Stoffe flieesen in den Reaktionsbehälter, der im Wäscher unterhalb des Bettes angeordnet ist und genügend Zeit für die Beendigung der chemischen Reaktionen sicherstellt, sowie einen Niederschlag der festen Teilchen erlaubt.

Eine genaue Steuerung des Anteils der festen Teilchen im Reaktionsbehälter ist zur Vermeidung der Bildung von Kesselstein und anderer 7erkrustun_&en nötig. Eine Verkrustung durch Kalziumsulfat erfolgt, wenn der Schlamm mit Kalzium und Sulfationen übersättigt ist. Die Ionen verbinden sich und setzen sich auf den Wänden, Behältern und Rohren des Wäschers als Kristalle ab.

Es ist wohl bekannt, wie diese Ionen durch bestimmte Vorgänge bis zur Höhe der Übersättigung sich in Lösung bilden. Zur Vermeidung der Kesseisteinbildung müssen mehrere Faktoren überwacht und gesteuert werden. Cie vorliegende Erfindung befasst sich mit dem Prozentsatz von Pestteilchen im System. Der einzige praktische Weg besteht darin, den Prozentsatz <ier Festteilchen aus einer Messung der Dichte abzuleiten. Das Sprudelsystem (bubbler system) wurde für die Ausführung dieser Messung ausgewählt, weil es besonders zu/erlässig ist.

Die Anpassung des Spruielsystems und seiner Anwendung auf !en in ° ■.■ -.1 .13-behälter angesammelten Schlamm war offensichtlich ganz einfacn. Das Ίμ: *e".-

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system für Messzwecke ist bekannt. Bei der einfachsten Ausführungsform wird «in Pluidum durch das offene Ende eines Rohres in einer bestimmten - Höhe unterhalb der Oberfläche einer Flüssigkeit zugeführt. Der Druck des Fluidums im Rohr steht in messbarer Beziehung zu der Höhe des Flüssigkeitsstandes oberhalb des Rohrendes.

Wenn man aber ein zweites Rohr in anderer Höhe so anordnet, dass es auch in den gleichen Behälter mündet, steht der Differenzdruck zwischen den beiden ?luiden in beiden Rohren in einem bestimmten Verhältnis zu der Dichte der Flüssigkeit, in die die Rohre münden. Das Problee der Erfindung liegt Jedoch noch tiefer.

Es ergibt sich dadurch, dass bei dem so aufgebauten Meßsystem die Messung auch noch von der Tatsache beeinflusst wird, dass der Schlamm aus Wasser, aus nicht aufgelösten Festteilchen und gelösten Bestandteilen besteht. Wenn man das Meßgerät, das den Differenzdruck misst, auf den Prozentsatz der Festteilchen im Schlamm eicht, kann ein bedeutender Meßfehler, und zwar bis zu JO % des Meßbereiches, durch die Anwesenheit von gelösten Bestandteilen im Schlamm sich ergeben. Bis Jetzt hat man diesen Fehler nur deshalb tolerieren können, weil man die Meßanordnung häufig von Hand nachgeeicht hat.

Die Erfindung geht also aus von einem Verfahren zur Anzeige und Steuerung des prozentualen Anteils von festen Teilchen in einer flüssigen Mischung, die auch aufgelöste Teilchen enthält, durch Bestimmung der Druckdifferenz an zwei in verschiedener Höhe in einen Vorratsbehälter für die Mischung einmündend«Speiseröhren für eine Meßflüsslgkelt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Meßfehler zu vermelden, die Notwendigkeit der Nacheichung von Hand auszuschliessen und ein Verfahren anzugeben, durch das die auftretenden Meßfehler automatisch kompensiert werden.

_D_les_e_Aufgabe wir-i gemäss der Erfindung iaiur-ih gelöst, lass fortlaufen! während de3 I-*:.ri3be3 als Me3fläsöie,keit ier „-on :en festen Tellcr.in. _ö=.-

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reinigte, aber die gelösten Teilchen enthaltende Anteil der ursprünglichen Mischung in seiner jeweiligen Zusammensetzung zugeführt wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird von der Messung ein Steuersignal abgeleitet zu dem Zweck, die Zufuhr von Pestteilchen zu steuern und dadurch die Dichte der Mischung auf einem vorbestimmten Wert zu halten.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der nachstehenden Beschreibung der In den Zeichnungen dargestellten Erfindung; diese stellen dar:

Figur 1 ein schematisches Flussdiagramm des Waschsystems für die Verbrennungsgase, bei dem die Erfindung benutzt wird; und

Figur 2 einen Teil des Reaktionsbehälters des Systems nach Figur I, bei dem das Sprudelsystem auf die Dichte des Schlamms im Reaktionsbehälter anspricht.

Die Entwicklung des Kalk/Kalksteln-Waschsy3tems begann schon im Jahre 1964. Natürlich haben die grossen Mengen der behandelten und der wirksamen Flüssigkeiten viele Probleme ergeben. Die Erfindung löst nur eines dieser zahlreichen Probleme. Sie ist Jedoch sehr bedeutend für den Erfolg des Systems.

Die Figur 1 zeigt nur eine sehr allgemeine Übersicht über das System, in dem die Erfindung angewendet wird. Es ist nur das gezeigt, was für das Verständnis der Erfindung nötig ist. Der Wäscher (scrubber) 1 in Figur ist ein senkrechter Turm. Das Gas, das behandelt bzw. gewaschen werden soll, strömt über den Bodeneinlass 2 ein und über den Auslass 3 am oberen Ende des Turmes wieder aus.

I?ie grunilegende Reinigung ies Jases erioi^t im Bett 4. Der K^ik 'K-: '..-.So- \n-UiCT wira i_o aen Jprühaüoen ~- in iiö L-ect. t gesprüht in^. iu.lurch In

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sehr entern Kentakt mit dem durch das Bett Ά aufsteigenden Jas gebracht.

Der Schiann, der das SOp und weitere Materialien aus dem 3a3 entfernt hat, fällt in den Reaktionsbehälter 6. In diesem Behälter 6 wird ein bestimmter Vorratsspiegel des Schlammes aufrechterhalten. Die Pumpe 7 führt den Schlamm zu den Düsen 5 zurück. Über eine Abzapfleitung 8 wird eine gewünschte Menge des Schlammes dem Absetzbehälter 9 zugeführt.

Im Absetzbehälter 9 3etzen sich die festen Teilchen ab und das geKlärte Wasser kann aus dem Abschlämmvorgang über das Wehr 10 wieder abgenommen werden. Ein Teil davon fliesst in den Rückführbehälter 11. Es wird teils in nicht dargestellter Weise dem Wäscher 1 wieder zugeführt und ein anderer Teil ist für das Sprudelsystem 12 verfügbar. Frischer Schlamm wird vom 8chlammvorrat3behälter 1} bereitgehalten und dem System, nämlich uev. Reaktionsbehälter 6 über die Leitung 14 wieder zugeführt.

Das Sprudelsystem 12 hat zwei offene Fühlrohre 15 und 16, die in den Reaktionsbehälter 6 münden. Ein Signal, das der Druckdifferenz zwischen den von den Leitungen 15 und l6 gelieferten Flüssigkeiten entspricht, wird zur Steuerung des Prozentsatzes fester Teilchen in dem Schlamm ies Reaktionsbehälters 6 benutzt. Diese Steuerung wird in Figur 1 durch die Leitung 20 dargestellt, die das erzeugte Signal dem Ventil 21 in der Abzweigleitung 8 zuführt. Das Wesentliche daran ist, dass ein Sprudelsystex auf die Dichte des Schlammes im System anspricht und dass das Fluidum, das für das Sprudelsystem zugänglich ist, zugeführt wird vom Absetzbehälter 9 und dass das Sprudelsystem ein Steuersignal erzeugt, das das Verhältnis von Dichte zum Prozentsatz der festen Teilchen in dem Schlamm steuert.

Die vorliegende Erfindung ist in einem Meßgerät verkörpert, das den Prozentsatz fester Teilchen in einem Schlamm des Kalk/Kalksteinsysterrs darstellt. Dieses System ist dazu bestimmt, gewisse Stoffe aus ien V^rbrennungsgasen, die bei ier Verbrennung -/on fossilem Verbrennun^smateri-.. °n·.-stehen. Ein erfolgreicher Betrieb des Systerrs 'cedarf ier genauen "v^- erung des prozentualen Anteils ier festen Teilchen ies .3ChIa-Ti-IeJ, .-■ .ie Eildung von Kesselstein oder anderer Verkrustungen zu vermeiden. Ir. xe■·. beschriebenen System besteht der Schlamm aus zwei hauptsächlichem

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und trennbaren Bestandteilen. Die eine besteht aus Wasser und irgendwelchen darin gelösten chemischen Substanzen, z.B. Kalzium, Sulfat, Sulfit und Magnesium-Ionen. Der andere Anteil besteht aus ungelösten Bestandteilen, die hier als Prozentsatz fester Teilchen bezeichnet werden. Da diese Messvorrichtung grundsätzlich ein Dichtemessgerät ist, sind Abweichungen zwischen den chemisch gelösten Anteilen in der SprudelflUssigkeit und der SchlammflUssigkeit Grund für einen bedeutenden Fehler, der das Problem der vorliegenden Erfindung darstellt, das durch sie gelöst wird.

Die vorliegende Beschreibung soll nicht das ganze Schlanmsystem und seine Beziehung zu einem Verbrennungssysten darstellen. Es gibt beim Betrieb dieser Systeme,die grosse Mengen nicht gelöster Festteilchen bewegen, eine ganze Anzahl von Problemen, z.B. die Art der Bildung eines Schlammes, der Kontakt der Verbrennungsgase mit dem Schlamm und die Verarbeitung des verunreinigten Schlammes. Es wird daher hler nur so viel von dem Schlammsystem beschrieben, wie es nötig ist, um die in dem MeS- und Steuersystem fUr die nicht gelösten Festteilchen des Schlammes verkörperte Erfindung zu erläutern.

Nachdem der Schlamm über die Leitung 8 abgeführt wurde, ergibt sich das Problem der Verfügung über das verbrauchte Material. Man kann z.B. den FlUssigkeitsgehalt im Absetzbehälter 9 verringern. Das Wasser, das von den Festteilchen an dieser Stelle getrennt wird, enthält offensichtlich die gelösten Anteile, d.h. die chemischen Verbindungen. Es 1st dieses Wasser, das gemäss der Erfindung in dem Meßsystem des Sprudlers 12 benutzt wird.

Als Absetzbehälter 9 kann irgend eine bekannte Konstruktion benutzt werden, die geeignet ist, das Wasser von den festen Teilchen des Schlammes zu trennen und das Wasser über das Wehr 10 abzuleiten. Von dort wird das Wasser mit den gelösten Teilchen dem Meßsystem zugeführt. Wesentlich für die Erfindung ist einmal die Analyse der Gründe für den Meßfehler and die Erkenntnis der Lösung des Problems mit Hilfe des Wassers, das am Absetzbehältern 9 verfügbar· 1st.

Das Wasser vom Wehr 10 strömt dem Sprudelsystem 12 über die Leitung 25 zu

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(Figur 2). Das Rohr 25 ist mit den beiden Sprudelleitungen 15 und l6 Über die Strömungsregler 26 und 27 verbunden. Wesentlich ist wiederum, dass die Leitung 25 mit dem oberen Ende der Leitungen 15 und l6 verbunden ist, deren untere Enden sich nach unten unterhalb der Oberfläche des Schlammes im Reaktionsbehälter 6 erstrecken, und zwar Leitung 15 bis zur Höhe 28 und Leitung l6 bi3 zur Höhe 29. Der senkrechte Abstand zwischen den unteren Enden der Rohre wird hier mit H bezeichnet.

Die zahlreichen Ventile, die sich innerhalb des Rohrsystems finden, werden für den Betrieb und die Abschaltung des Systems gebraucht, sind Jedoch im Zusammenhang mit der Erfindung nicht von Bedeutung. Grundlegend ist Jedoch, dass eine Meßzelle 30 mit den Leitungen 15 und 16 verbunden ist, und auf die Druckdifferenz der Flüssigkeiten in den beiden Leitungen anspricht. Die Zelle 30 erzeugt ein für diese Druckdifferenz representatives Signal.

Es gibt zahlreiche bekannte Mess- und Steuergeräte, die auf das Differenz» signal der MeSzelle 30 ansprechen können. Allgemein gesagt sollen sie so ausgebildet sein, dass ein Druckregelventil einen Bereich von Ausgangsdrücken erzeugt, die dazu benutzt werden können, um in geeigneter Weise die Faktoren zu regeln, die den Differenzdruck beeinflussen. Dieser Steuermechanismus wird einfach und schematisch hier durch den Kasten 31 dargestellt, der mechanisch mit der Meßzelle 30 verbunden ist. Über die Leitung 20 wird das Ausgangssteuersignal des Gerätes 31 dem Ventil 21 (Figur l) zugeführt. Dementsprechend und darauf folgend führt Jede Änderung des Differenzdruckes, der von den beiden Sprudelleitungen 15 und l6 gemessen wird, zu einer Änderung der Dichte des Schlammes, um dadurch den Differenzdruck auf einen gewünschten Wert, den Festpunkt, zu steuern.

Es sind einige elementare mathematische Überlegungen nötig, um eine Analyse des gelösten Problems zu geben, nämlich die eingespeiste Sprudelflüssigkeit mit der Schlammflüssigkelt kompatibel zu machen. Aus der bis-Tierigen Beschreibung geht hervor, dass die Druckdifferenz zwischen ien Höhen 2ö und 29 unabhängig von Änderungen des Standes ier ,-'lunsi^elt

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(Schlamm) im Reaktionsbehälter 6 1st. Auch ist der Differenzdruck Null, wenn die Dichte des Sprudelmediums und des Mediums im Behälter bei gefüllten Sprudelrohren gleich ist. Da das Sprudelsystem das vom Wehr 10 zurückkehrende Wasser als Sprudelmedium benutzt, ist die Dichte der Sprudelflüssigkeit immer gleich der Dichte des Flüssigkeitsanteils des Schlammes. Änderungen der Dichte des flüssigen Anteils des Schlammes zeigen sich bei Messung des Differenzdruckes nicht. Der gemessene Differenzdruck wird deshalb nur den Änderungen der Dichte proportional sein, die auf dem Anteil an ungelösten festen Teilchen oder den Gewichtsprozenten der festen Teilchen beruhen.

Mathematisch können nun einige Peststellungen gemacht werden: Fall 1 - Keine ungelösten Festteilchen

G - Spezifisches Gewicht bei 0 % Festteilchen. G ■ Spezifisches Gewicht bei 15# Festteilchen.

G, ■ Spezifisches Gewicht des Sprudelmediums, G, - G in diesem

¹ Falle.

H » Höhendifferenz (mm). DP ■ Differenzdruck (mm).

Es ergibt sich:

Messbereich DP = H(G₂ - G.) mm. Höhenbereich -

Es ergibt sich also folgende Einteilung für die Skala: 0 - 15 % Festteilchen ■ 0 - DP mm.

Fall 2 - gelöste Festteilchen vorhanden

DG₁ = Änderung des spezifischen Gewichtes aufgrund gelöster Festteilohen.

J, » Spezifisches Gewicht, bei 0 t Festteilchen = J + ?C

G - Spezifisches Jewicht bei l'-ji FestteiL-ren = J + ¹X <+ 2 1

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G ■ Spezifisches Gewicht des Sprudelmediums, G, - C. + G..

Daraus folgt wiederum:

Messbereich DP - H(G₄ - G) = H(G₃ +DG-G- DG.)

- H(G₂ - G₁).
Höhenbereich - H(G₃ - G_b) - H(G -f DG. - G. - DG₁) - 0

Daher ist die Einteilung für die volle Skala geblieben und 0 - 15 % Festteilchen = 0 - DP mm.

Um den bei Benutzung eines an sich bekannten Sprudelgerätes aufgrund einer Änderung von nur 0.02 Einheiten des spezifischen Gewichtes sich ergebenden prozentualen Fehler mathematisch zu zeigen, ergibt sich folgende Ableitung:

Aus dem oben behandelten Fall 2 ergibt sich die Dichte beim SprudeL-gerÄt mit G_fe - G₁.

Messgerätausschlag DP - H(G₂ - G₁)

Höhenabstand = H(G₃ - G_b) - H(G₁ + DG₁- G₁)

■ H(DG.) mm.

Ein typisches Beispiel des Fehlers, der sich ergibt für,

G₂-G₁- 0.1 Einheiten des spezifischen Gewichtes (S.C-U.) DG. - 0,02 Einheiten des spezifischen Gewichtes (S G.U.)

Daraus folgt

Fehler - ^V__ _χ ^ _% ₌ 0.₀2

_{χ 100}

H(G₂- G₁) 0.1

Auch hieraus ergibt sich also, dass die vorliegende Erfindung ein wichtiges Verfahren und eine entsprechende Anordnung angibt, um lie Kompensation bei der Messung und Steuerung des Prozentsatzes der· Festteliehen aufrechtzuerhalten, auch wenn der Anteil der gelösten chemischen Verbln-v-n^en im flüssigen Anteil eines Schlammes sich ändert.

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Im Prinzip kann die Erfindung auf Gebieten angewendet werden, die nicht dem AusfUhrun^sbeispiel entsprechen, so dass Abweichungen von diesem Ausführingsteispiel im Rahrr.en der Erfindung liegen.

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Lee r s e i t

Claims

HW 7OVC7505OO Paten tanspriiche

1.!Verfahren zur Anzeige und Steuerung des prozentualen Anteils ^—s von festen Teilchen in einer flüssigen Mischung, die auch aufgelöste Teilchen enthält, durch Bestimmung der Druckdifferenz, die an zwei in verschiedener Höhe in einen Behälter für die Mischung einmündenden Speiserohren für eine MeSflUssigkeit auftritt. dadurch gekennzeichnet, dass fortlaufend während des Betriebes als MeBflüssigkeit der von den festen Teilchen gereinigte, aber die gelösten Teilchen enthaltende Anteil der ursprünglichen Mischung in seiner Jeweiligen Zusammensetzung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass vom MeQ-ergebnis ein Steuersignal (20) abgeleitet wird, um die Zufuhr von festen, nicht lösbaren Teilchen zu steuern, und dadurch die Dichte des Gemisches auf einen Sollwert zu halten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als ungelöste Teilchen gemahlener Kalk bzw. Kalkstein zu dem Zweck verwendet wird, unerwünschte Bestandteile aus Verbrennungsgasen zu entfernen, dass die gelösten Teilchen chemische Stoffe wie Kalzium, Sulfate, Sulfite oder Magnesium-Ionen sind, und dass schliesslich die Meöflüssigkeit über zwei Speiserohre (12) der Mischung zugeführt wird.

4. Anordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einem Reaktionsbehälter (6) die Mischung zugeführt und auf einer vorbestimmten Füllhöhe sowie durch gesteuerte Znfuhr (14) von unlöslichen Teilchen (IJ) In eir.°:· besMmnten TusammenSetzung .rehalten wiri.

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5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1

und 4, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Speiserohren (12) die Meflflüssigkeit aus einem Absetzcehälter (9), der die festen
Teilchen ausscheidet, zugeführt wird und dass eine Meßzelle (30) der Druckdifferenz entsprechende Signale an ein Regelventil (21) abgibt, das die Dichte der Mischung im Reaktionsbehälter (6)
steuert.

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