DE2716426B2

DE2716426B2 - Verfahren und Anordnung zum Bestimmen des prozentualen Anteils von festen Teilchen in einer flüssigen Mischung

Info

Publication number: DE2716426B2
Application number: DE2716426A
Authority: DE
Inventors: Adolph August East Hampton Conn. Schuetz (V.St.A.)
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1976-04-21
Filing date: 1977-04-14
Publication date: 1979-05-03
Also published as: DE2716426A1; US4047891A; JPS52129589A; IN145632B; DE2716426C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Bestimmen des prozentualen Anteils von festen Teilchen in einer flüssigen Mischung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4.

Von den Behörden werden strenge Grenzen der Emission für Verbrennungseinrichtungen aller Art, z. B. Kraftwerke, verlangt. Zur Zeit verlangen US-Behörden eine Beschränkung auf 0,54 kg SO₂/10⁶ χ 0,252 kcal (1,2 lbs SCyiO⁶ BTU) Wärmeeingangsleistung. Kalk/Kalkstein wird für Waschsysteme im allgemeinen gewählt, obwohl dadurch kein brauchbarer chemischer Abfallstoff entsteht.

Allgemein gesehen gibt es zwei Lösungswege, um einen Zuschlagstoff mit einem hohen Anteil von Kalzium in effektiven Kontakt mit den Verbrennungsverbindungen zu bringen. Der erste Weg besteht darin, den Zusatz in die Brennkammer eines Dampferzeugers einzuführen oder einzublasen, wo er ausgeglüht wird und mit SO} und SOj reagiert und dadurch Verbindungen des Kalziums bildet. Der zweite Weg besteht darin, den Zuschlagsstoff am Ende des Verbrennungssystems einzubringen; von der Injektion in die Brennkammer unterscheidet sich hierbei auch die Art des Zugebens der Zuschlagsstoffe.

Bei dem zweiten Weg wird der Zuschlag, z. B. ein Schlamm, aus gelöstem Kalkstein oder gelöschtem Kalk in einen Wäscher eingeführt, den auch das Verbrennungsgas durchströmt Im Wäscher wird ein Kontaktbett vorgesehen und unterhalb davon Sprühdüsen für

ίο den Schlamm angeordnet Das Gas, das SO₂ und kleine Teilchen enthält, strömt 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 fließen in einen Reaktionsbehälter, der im

Wäscher unterhalb des Bettes angeordnet ist und

genügend Zeit für die Beendigung der chemischen

Reaktionen sicherstellt, sowie ein Niederschlagen der

festen Teilchen erlaubt

Eine genaue Steuerung des Anteils der festen

Teilchen im Reaktionsbehälter ist zur Vermeidung der Bildung von Kesselstein und anderer Verkrustungen 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 bekannt, wie sich diese Ionen durch bestimmte Vorgänge bis zur Übersättigung ansammeln. Zur Vermeidung von Kesselsteinbildung müssen mehrere

jo Faktoren überwacht und gesteuert werden. Hierzu gehört der Prozentsatz von festen Teilchen in der flüssigen Mischung. Der einzige praktische Weg besteht darin, den Prozentsatz der festen Teilchen aus einer Messung der Dichte abzuleiten. Hierzu kann eine Sprudlereinrichtung, die besonders zuverlässig ist, verwendet werden. Bei der einfachsten Ausführungsform der Sprudlereinrichtung wird ein Fluid durch das offene Ende eines Rohres in einer bestimmten Höhe unterhalb der Oberfläche einer Viüssigkeit zugeführt.

Der Druck des Fluids im Rohr steht in meßbarer Beziehung zu der Höhe des FlUssigkeitsstandes oberhalb des Rohrendes.

Wenn man aber ein zweites Rohr in anderer Höhe so anordnet, das auch in den gleichen Behälter mündet, steht der Differenzdruck zwischen den beiden Fluids in beiden Rohren in einem bestimmten Verhältnis zu der Dichte der Flüssigkeit, in die die Rohre münden.

Hierbei wird aber die Messung auch noch dadurch beeinflußt, daß der Schlamm aus Wasser, aus nicht aufgelösten festen Teilchen und gelösten Bestandteilen besteht. Wenn man die Meßzelle, die den Differenzdruck mißt, auf den Prozentsatz der festen Teilchen im Schlamm eicht, kann sich ein bedeutender Meßfehler, und zwar bis zu 30% des Meßbereichs, durch die

Anwesenheit von gelösten Bestandteilen im Schlamm

ergeben. Bis jetzt hat man diesen Fehler nur deshalb tolerieren können, weil man die Meßanordnung häufig von Hand nachgeeicht hat.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine

Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen Meßfehler durch gelöste Teilchen durch automatische Kompensation vermieden und entsprechend den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 4 gelöst werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher er-

läutert

Pig. 1 zeigt ein schematisches Flußdiagramm eines Waschsystems für Verbrennungsgase,

Fig.2 zeigt einen Teil des Reaktionsbehälters des Systems nach F i g. 1, mit einer Sprudlereinrichtung.

Gemäß F i g. 1 ist ein Wäscher 1 vorgesehen, in dem das Gas, das behandelt bzw. gewaschen werden soll, über einen Bodeneinlaß 2 ein- und über den Auslaß 3 am oberen Ende aes Wäschers wieder ausströmt

Die grundlegende Reinigung des Gases erfolgt in einem Bett 4. Der Kalk/Kalksteinschlamm wird aus Sprühdüsen 5 in das Bett 4 gesprüht und dadurch in sehr engem Kontakt mit dem durch das Bett 4 aufsteigenden Gas gebracht

Der Schlamm, der SO2 und weitere Materialien aus dem Gas entfernt hat, fällt in einen Reaktionsbehälter 6. In diesem wird eine bestimmte Schlammhöhe aufrechterhalten. Eine Pumpe 7 führt den Schlamm zu den Düsen 5 zurück. Ober eine Abzweigleitung 8 wird eine gewünschte Menge des Schlamme: einem Absetztbehälter 9 zugeführt

Im Absetzbehälter 9 setzen sich die festen Teilchen ab, und das geklärte Wasser kann aus dem Abschlämmvorgang über ein Wehr 10 wieder abgenommen werden. Ein Teil davon fließt in einen Rückführbehälter Ii. Es wird teils in nicht dargestellter Weise dem Wäscher 1 wiederzugeführt und ein anderer Teil ist für die Sprudlereinrichtung 12 verfügbar. Frischer Schlamm wird von einem Schlammvorratsbehälter 13 bereitgehalten und dem Reaktionsbehälter 6 über eine Leitung 14 wiederzugeführt

Die Sprudlereinrichtung 12 hat zwei offene Speiserohre 15 und 16, die in den Reaktionsbehälter 6 münden. Ein Signal, das der Druckdifferenz zwischen den von den Speiserohren 15 und 16 gelieferten Flüssigkeiten entspricht wird zur Steuerung des Prozentsatzes fester Teilchen in dem Schlamm des Reaktionsbehälters 6 benutzt Diese Steuerung besteht gemäß F i g. 1 aus einer Leitung 20, die das erzeugte Signal einem Regelventil 21 in der Abzweigleitung 8 zuführt. Das Wesentliche daran ist, daß eine Sprudlereinrichtung 12 auf die Dichte des Schlammes im System anspricht und daß das Fluid für die Sprudlereinrichtung 12 vom Absetzbehälter 9 zugeführt wird, und daß die Sprudlereinrichtung 12 ein Steuersignal erzeugt, das das Verhältnis von Dichte zum Prozentsatz der festen Teilchen in dem Schlamm steuert. Das Wasser vom Absetzbehälter 9 enthält gelöste Anteile, da der Schlamm hauptsächlich aus Wasser und irgendwelchen darin gelösten chemischen Substanzen, z. B. Kalzium-, Sulfat-, Sulfit- und Magnesium-ionen sowie aus ungelösten Bestandteilen besteht, die hier als Prozentsatz fester Teilchen bezeichnet werden. Da diese Meßvorrichtung grundsätzlich ein Dichtemeßgerät ist, sind Abweichungen zwischen den chemisch gelösten Anteilen in der Sprudlerflüssigkeit und der Schlammflüssigkeit normalerweise der Grund für bedeutende Meßfehler.

Das Wasser vom Wehr 10 fließt der Sprudlereinrichtung 12 über eine Zuleitung 25 zu (F i g. 2), die mit den beiden Speiserohren 15 und 16 über Strömungsregler 26 und 27 verbunden ist, wobei die Zuleitung 25 mit dem oberen Ende der Speiserohre 15 und 16 verbunden ist, deren untere Enden sich nach unten unterhalb der Oberfläche des Schlammes im Reaktionsbehälter 6 erstrecken, und zwar das Speiserohr 15 bis zur Höhe 28 und das Speiserohr 16 bis zur Höhe 29. Der senkrechte Abstand zwischen den unteren Enden der Speiserohre 15,16 ist mit //bezeichnet. Die zahlreichen Ventile, die sich innerhalb des Rohrsystems finden, werden für cien Betrieb und die Abschaltung des Systems gebraucht, sind jedoch im vorliegenden Zusammenhang nicht von Bedeutung. Eine Meßzelle 30 ist mit den Speiseröhren 15 und 16 verbunden und spricht auf die Druckdifferenz der Flüssigkeiten in den beiden Speiserohren 15,16 an. Die Meßzelle 30 erzeugt ein für diese Druckdifferenz repräsentatives Signal.

ίο Es gibt zahlreiche Meß- und Steuergeräte, die auf das Differenzsignal der Meßzelle 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. Diese Steuerung ist einfach und schematisch hier durch den Kasten 31 dargestellt der mechanisch mit der Meßzelle 30 verbunden ist Über die Zuleitung 20 wird das Ausgangssteuersignal des Gerätes Jl dem Regelventil 21 (Fig. 1) zugeführt Dementsprechend und darauf folgend führt jede Änderung des Differenzdruckes, der von den beiden Speiserohren 15 und 16 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

jo der Schlammflüssigkeit kompatibel zu machen. Aus der bisherigen Beschreibung geht hervor, daß die Druckdifferenz zwischen den Höhen 28 und 29 unabhängig von Änderungen des Standes der Flüssigkeit (Schlamm) im Reaktionsbehälter 6 ist. Auch ist der Differenzdruck Null, wenn die Dichte der Sprudelflüssigkeit und des Mediums im Behälter bei gefüllten Speiserohren 15,16 gleich ist Da die Sprudiereinrichtung 12 das vom Wehr 10 zurückkehrende Wasser als Sprudelflüssigkeit 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 Differenzdrukkes nicht. Der gemessene Differenzdruck wird deshalb nur den Änderungen der Dichte proportional sein, die auf dem Anteil an ungelösten Teilchen oder den Gewichtsprozenten der festen Teilchen beruhen.

Mathematisch können nun einige Feststellungen gemacht werden.

Fall 1 — Keine ungelösten Festteilchen

Gi = spezifisches Gewicht bei 0% festen Teilchen
G₂ = spezifisches Gewicht bei 15% festen Teilchen
G_b = spezifisches Gewicht der Sprudelflüssigkeit,

Gb=G, in diesem Fall

H = Höhendifferenz (mm)

DP = Differenzdruck (mm).

Es ergibt sich:
Meßbereich
DP-H (Gi- Gi) mm

Höhenbereich

= H(G, - Gb)" H(G, - Gi) = O.

Es ergibt sich also folgende Einteilung für die Skala:
0-15% feste Teilchen
= 0— DP mm.

Fall 2 — Gelöste Teilchen vorhanden = Änderung des spezifischen Gewichtes aufgrund

gelöster Teilchen — spezifisches Gewicht bei 0% feste Teilchen

G₄ = spezifisches Gewicht bei 15% feste Teilchen

Gb = spezifisches Gewicht der Sprudelflüssigkeit,

Gb= Ci + Ci. Daraus folgt wiederum:

Meßbereich

DP=H(Ga - C,)= //(G₂+ DG, - G, - OG,)

= /-/ (G₇-Gy)
Höhenbereich

= H(G,- G_h)= H(G₁ + DGy -Gy- DG_x) = O.

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

Um den bei Benutzung einer an sich bekannten Sprudlereinrichtung 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 bei der Sprudlereinrichtung mit Gb= Gy.

Meßgeräteausschlag
DP=H(G₂-G₁)

Höhenabstand

= H(G,- C)= H(G, + DGy -Gy)=H(DGy) mm.

F.in typisches Beispiel des Fehlers, der sich ergibt, für

Gj-Gi =0,1 Einheiten des spezifischen Gewichts

(S.G.U.)
DGy = 0,02 Einheiten des spezifischen Gewichts

(S.G.U.)

Daraus fnlp!

fehler =

IHIHi

^lm-= ».02

χ KH)¹¹Ci = 20% .

Auch hieraus ergibt sich, daß es die Erfindung ermöglicht, die Kompensation bei der Messung und Steuerung des Prozentsatzes der festen Teilchen aufrechtzuerhalten, auch wenn sich der Anteil der gelösten chemischen Verbindungen im flüssigen Anteil eines Schlammes ändert.

Hierzu 2 Hlatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Bestimmen des prozentualen Anteil von festen Teilchen in einer flüssigen Mischung, die aufgelöste Teilchen enthält, durch Bestimmung der Druckdifferenz, die an zwei in verschiedener Höhe in einem Behälter für die Mischung einmündenden Speiserohren für eine Meßflüssigkeit auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß fortlaufend während des Betriebes als Meßflüssigkeit der von den festen Teilchen gereinigte, aber die gelösten Teilchen enthaltende Anteil der ursprünglichen Mischung in seiner jeweiligen Zusammensetzung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Meßergebnis ein Steuersignal zur Steuerung der Zufuhr von festen, nicht gelösten Teilchen abgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als ungelöste Teilchen gemahlener Kaik bzw. Kalkstein zugeführt wird, wenn die gelösten Teilchen chemische Stoffe, wie Calcium-, Sulfat-, Sulfit- oder Magnesiumionen sind.

4. Anordnung zum Bestimmen des prozentualen Anteils von festen Teilchen in einer flüssigen Mischung, die auch aufgelöst? Teilchen enthält, mit einem Behälter zur Aufnahme der Mischung mit vorbestimmter Füllhöhe, wobei zwei Speiserohre für Meßflüssigkeit in unterschiedlicher Flöhe in der Mischung in dem Behälter münden, und mit einer Meßzelle f'.'r die Druckdifferenz zwischen den beiden Speiserohren, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speir^rohre (15, 16) mit einer Zuleitung (25) für Meßfiüssigkeit verbunden sind und daß die Zuleitung (25) an dem keine festen Teilchen führenden Teil einer austrittsseitig von dem Behälter (6) angeordneten Abtrenneinrichtung (9, 10) für feste Teilchen angeschlossen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Regelventil (21), daß gemäß einem von der Meßzelle (30) entsprechend d^r Druckdifferenz erzeugten Steuersignal betätigbar ist, die Dichte der Mischung im Behälter (6) steuerbar ist.