Bestimmung des Säuretaupunktes und Erstellung einer Säuretaupunkt-Formel für Anlagen der voestalpine Stahl GmbH

Abstract

The process gases from voestalpine Linz are used to produce process steam and electrical current. The combustion of sulfur-containing coupling gases produces sulfur dioxide, which is partly converted into sulfur trioxide. The resulting sulfur trioxide forms sulfuric acid with water vapor. If parts of the furnace fall below the acid dew point, sulfuric acid condenses and leads to corrosion. To prevent this phenomena, the exhaust gas temperature is kept above the acid dew point. After the exhaust gas temperature is set too high rather than too low, there is a higher exhaust gas loss and thus a lower efficiency. In order to find the ideal operating conditions in terms of process technology, it is crucial to know the exact acid dew point.The acid dew point depends on many firing factors and is difficult to determine empirically. For this reason, a measuring device for recording the acid dew point temperature was ordered as part of the "Dew Point Detection" research project by voestalpine Stahl GmbH Linz. A connection to existing operating parameters was found on the basis of measurements.Measurement campaigns were carried out in different areas of voestalpine in order to precisely determine the acid dew point using the measuring device. Based on these measurements, acid dew point correlations were created for the different companies.A combustion calculation was written in Matlab, which only needs the current data from the process control system to determine the influence of different operating parameters on the acid dew point more easily and quickly.At the end of this work, an economic analysis was carried out. The actual state is compared with the optimized state and the annual savings are extrapolated. Based on the findings of this work, more than 60 000 euro can be saved each year without investment costs.

Die anfallenden Prozessgase der voestalpine Linz werden verwendet, um Prozessdampf und elektrischen Strom zu produzieren. Durch die Verbrennung schwefelhaltiger Kuppelgase entsteht Schwefeldioxid welches sich zum Teil in Schwefeltrioxid umwandelt. Das entstandene Schwefeltrioxid bildet mit Wasserdampf Schwefelsäure. Kommt es in Teilen der Feuerung zu einer Unterschreitung des Säuretaupunktes, kondensiert Schwefelsäure aus und führt zu Korrosion. Um dies zu verhindern wird die Abgastemperatur wenige Grade oberhalb des Säuretaupunktes gehalten. Nachdem die Abgastemperatur eher zu hoch als zu niedrig angesetzt wird, kommt es zu einem höheren Abgasverlust und damit zu einem sinkenden Wirkungsgrad. Um verfahrenstechnisch die idealen Betriebsbedingungen zu finden, ist es von entscheidender Bedeutung den genauen Säuretaupunkt zu kennen. Der Säuretaupunkt hängt von vielen feuerungstechnischen Faktoren ab und ist empirisch schwer bestimmbar. Deshalb wurde im Zuge des Forschungsprojektes „Dew Point Detection“ der voestalpine Stahl GmbH Linz ein Messgerät zur Erfassung der Säure-Taupunkttemperatur bestellt. Anhand von Messungen wurde ein Zusammenhang zu bereits bestehenden Betriebsparametern gefunden. Es wurden Messkampagnen in unterschiedlichen Bereichen der voestalpine durchgeführt, um mithilfe des Messgerätes den Säuretaupunkt exakt zu bestimmen. Anhand dieser Messungen wurden Säuretaupunkt Korrelationen für die unterschiedlichen Betriebe erstellt. In Matlab wurde eine Verbrennungsrechnung geschrieben, welche nur die aktuellen Daten aus dem Prozessleitsystem benötigt, um den Einfluss unterschiedlicher Betriebsparameter auf den Säuretaupunkt einfacher und schneller zu ermitteln. Zum Schluss dieser Arbeit wurde noch eine wirtschaftliche Betrachtung durchgeführt. Es wird der Ist Zustand mit dem Soll Zustand verglichen und die jährliche Ersparnis hochgerechnet. Anhand der Erkenntnisse dieser Arbeit können pro Jahr ohne Investitionskosten mehr als 60 000 Euro gespart werden.