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Trockenreinigungsverfahren für Hochofen- (Gicht- gas
Die Erfindung bezieht sich auf ein Trockenreinigungsverfahren für Hochofen- (Gicht-) gas, das mit schwankender Eintrittstemperatur hinter einem mechanischen Grobabscheider (Staubsack) und hinter der
Gasreinigungsanlage mit einer regulierten Austrittstemperatur gereinigt wird, wonach seine ursprüngliche
Temperatur und Feuchtigkeit in einem Befeuchter geändert und dann das Gas elektrisch gereinigt wird.
Die Erfindung löst das Problem der Hochofen- (Gicht-) gasreinigung bis auf einen Restgehalt der Beimengungen kleiner als 10 mg/Nms mittels einer Reinigungsanlage, die einen Druckverlust bis 400 mm W. S. hat, bei schwankender Eintrittstemperatur des Gases von etwa 200 bis 3000C und bei einer Austrittstemperatur von etwa 100 bis 150oC, wenn das Gas eine Eintrittskonzentration der Beimengungen von etwa 10 g/Nms und einen Druck bis zu etwa 2 atü hat. Dabei schwankt auch die Zusammensetzung sowie die Feuchtigkeit des Gases während des Betriebes.
Die bisherigen Reinigungsverfahren für Hochofengas sind teils nass, teils trocken. Bei den nassen Reinigungsarten werden nebst elektrischen eventuell auch andere Abscheider, vor allem Gaswäscher (Skrubber) verwendet, in denen das Gas durch Wasser gewöhnlich auf eine Temperatur von 25 bis 400C abgekühlt und mit Wasserdampf gesättigt wird. In der Praxis sind am meisten nachstehende nasse Reinigungsarten bekannt : a) Das Hochofengas wird nach Vorreinigen in einem Staubabscheider (Staubsack) dem Gaswäscher zugeführt, in welchem es durch Wasser auf eine Temperatur von 70 bis 1000C abgekühlt und in einem elektrischen Trockenabscheider auf einen Restgehalt von zirka 0, 1 bis 0,3 g/Nm3 gereinigt wird.
Nach Berieselung des Gases mit Wasser in einem weiteren Gaswäscher und Abkühlung auf eine Temperatur von 25 bis 350C wird das mit Wasserdampf gesättigte Gas in einem elektrischen Nassabscheider auf die gewünschte Reinheit, d. i. auf einen Gehalt an festen Beimengungen im Gas kleiner als 10 mg/Nms gereinigt. Das aus dem elektrischen Nassabscheider und aus den beiden genannten Gaswäschern abfliessende Wasser wird Klärbehältern zugeleitet, aus denen der sich absetzende Schlamm auf die Halde abgeführt wird. b) Das Hochofengas wird nach Vorreinigen im Starbabscheider unmittelbar dem Gaswäscher zugeleitet, in welchem es nicht nur bis auf eine Temperatuur von 25 bis 400C (je nach der Wassertemperatur) abgekühlt, sondern teilweise auch von den mitgeschleppten Beimengungen befreit wird.
Danach tritt das mit Wasserdampf gesättigte Gas in den elektrischen Nassabscheider, in welchem praktisch sämtliche durch das Gas mitgeschleppte feste Teilchen aufgefangen werden. Der Gehalt der Beimengungen im gereinigten Gas beträgt auch in diesem Falle 10 mg/Nm3. Der Gaswäscher sowie der elektrische Abscheider werden entweder nebeneinander oder in einem gemeinsamen Gefäss übereinander angeordnet. Manchmal wird zwischen Gaswäscher und elektrischem Abscheider eine Venturiröhre eingeschaltet. Das aus dem Gaswascher und dem elektrischen Abscheider abfliessende Wasser samt Beimengungen wird in die Klärbehälter geführt. Der sich niedersetzende Schlamm, d. i. der gesamte Staub, wird auf die Halde abgeführt.
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sches Zusatzwasser nötig.
Ausserdem besteht auch die Notwendigkeit, die Hochspannungselektroden des elektrischen Abscheiders zeitweise-einmal in 3 - 5 h - abzuwaschen. Das vom Staub verunreinigte Wasser aus den Gaswäschern sowie aus dem elektrischen Abscheider muss in gross bemessenen Einrichtungen gereinigt werden und nach Reinigung vor weiterer Verwendung überpumpt und entsprechend aufbereitet werden. Der sich absetzende Schlamm, der Eisenverbindungen in einer Menge enthält, die 2 - W/O des Roheisens im Hochofen entspricht, wird dann auf die Halde abgeführt, da vorläufig kein geeignetes und wirtschaftliches Verfahren zu seiner Ausbeutung bekannt ist. Allein der aus dem elektrischen Trokkenabscheider gewonnene Staub nach der Alternative a) lässt sich unmittelbar z. B. in Agglomerieranlagen verarbeiten.
Das derart gereinigte, mit Wasserdampf gesättigte Gas mit einer Temperatur von etwa 25 bis 400C ist für einige Betriebe, wie z. B. zum Antrieb einer Expansionsturbine, ungeeignet und muss deshalb wieder erwärmt werden. Das Verfahren entspricht somit nicht den in der Einleitung gestellten Anforderungen.
In einigen Betrieben wird ein Reinigungsverfahren für Hochofengase verwendet, bei dem das Gas im
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ist dieses Reinigungsverfahren vor allem wegen des höheren Gehaltes an Beimengungen im gereinigten
Gas als 10 mg/Nm3, ferner wegen der Notwendigkeit der Befreiung des Wassers von dem aus den Gaswäschern mitgeschleppten Staub in den Klärbehältern nachteilig. Wie aus diesen Angaben ersichtlich, entspricht auch dieses Reinigungsverfahren nicht den gestellten Anforderungen.
Die angeführten Nachteile des nassen sowie des trockenen Reinigungsverfahrens für Gichtgas sind durch das erfindungsgemässe Verfahren beseitigt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gas im Befeuchter mit Wasser und Wasserdampf so zugerichtet wird, dass seine Feuchtigkeit niedriger Let, als dies dem Erreichen des Taupunktes des Gases beim Einhalten der erforderlichen Endtemperatur des Gases entspricht, und dann in einem elektrischen Trockenabscheider und in einem weiteren elektrischen Abscheider mit einer Niederschlagszone und einer dieser Zone vorgeschalteten Ionisationszone fein gereinigt wird.
Durch die Erfindung ist das Verfahren des Hochofengasreinigens bei minimalem Wasserverbrauch mit den in der Beschreibungseinleitung angegebenen Parametern gelöst. Der elektrische Abscheider mit getrennter Ionisation (Präzipitron) wurde erfindungsgemäss als letzte Abscheidestufe gewählt, mit Rücksicht auf die Erfordernisse einer hohen Abscheidefähigkeit. Die Zweckmässigkeit des vorgeschlagenen Verfahrens wurde in einem Versuchsbetrieb vollauf bestätigt.
Das Hochofengas von schwankender Temperatur 200 - 3000C wird also nach vorherigem Reinigen im groben Staubabscheider (Staubsack) einem Befeuchter zugeführt, in welchem es durch Wasser auf eine Temperatur von 100 bis 1500C abgekühlt und die Gasfeuchtigkeit durch Einführung von Wasserdampf auf eine Stufe erhöht wird, die das elektrische Abscheiden des Gichtstaubes ermöglicht. Je höher die erwähnte Temperatur ist, desto höher ist auch sein Wasserdampfgehalt (jedoch nicht in gleichem Verhältnis). Der Befeuchter hat im wesentlichen eine ähnliche Konstruktion wie die in den Klimaanlagen verwendeten Luftbefeuchter. In ein zylindrisches Gefäss des Befeuchters wird mittels geeigneter Düsen Wasser mit einem Druck von etwa 20 atü zwecks Verdampfung des gesamten Wassers eingespritzt.
Die nachherige Erhöhung der Feuchtigkeit wird durch Zufuhr von Sattdampf erreicht. Es können für das Wasser auch Zerstäuberscheiben verwendet werden, die kein reines Wasser erfordern. Das Mengenverhältnis des Wassers zum Wasserdampf wird automatisch je nach der erforderlichen Austrittstemperatur des Gases nach dem Befeuchter bei schwankender Austrittstemperatur aus dem Ofen geregelt. Dieses Verhältnis wird derart geregelt, dass die Austrittstemperatur nach dem Befeuchter je nach dem Gasdruck etwa 100 - 1500C beträgt und dass der Taupunkt des Gases unter diesen Umständen um 50 - 700C niedriger ist als die Gastemperatur nach dem Befeuchter. Das derart bereitete Gas wird dann in den elektrischen Trockenabscheider geleitet, sei es ein Rohrabscheider oder ein Kammerabscheider (in vertikaler oder horizontaler Ausführung).
Diese Abscheider, in welchen vor allem der gröbere Anteil der Metalloxyde und die nicht alkalischen Verbindungen bis auf einen Restgehalt der Beimengungen von etwa 30 bis 100 mg/Nms aufgefangen werden, sind mit geeigneten Abklopfvorrichtungen ausgerüstet. Das Nachreinigen des Gases auf den Restgehalt der Beimengungen kleiner als 10 mg/Nms erfolgt im elektrischen Abscheider mit getrennter
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Ionisation (Präzipitron), in dessen Sammelteil die Elektroden einen kleinen gegenseitigen Abstand haben.
Diese Elektroden werden periodisch-etwa einmal im Tag - abgespült und vom abgesetzten Staub mit
Wasser oder Öl-je nach der Betriebstemperatur des gereinigten Gases - gereinigt. Das abfliessende Was- ser oder Öl wird in einen Klärbehälter oder eine Flüssigkeitsfiltrieranlage geführt. Es können die Abschei- derelektroden auch durch Abklopfen gereinigt werden.
Der Taupunkt des in den Präzipitron eintretenden Gases ist erheblich niedriger als dessen Betriebs- temperatur, damit das Gas zum Ioniseren im Präzipitron geeignet ist. Die Geschwindigkeit des Gases beim Eintritt in den Befeuchter ist etwa 1,5 m/s, im elektrischen Rohrabscheider etwa 2 m/s, im elek- trischen Kammerabscheider etwa 1, 25 m/s. Die im Befeuchter zerstäubte Wassermenge schwankt je nach der Eintrittstemperatur des Gases (etwa 200-300 C) zwischen 0, 05 - 0, 12 I/Nm3. Die Zeit bis zur voll- kommenen Verdampfung des Wassers beträgt etwa 10 - 15 s. Die restliche Feuchtigkeit wird durch Was- serdampf in einer Menge von etwa 0,03 kg/Nm3 ergänzt.
Das Mengenverhältnis des verdampften Wassers und des zugesetzten Wasserdampfes im Befeuchter hängt von den Betriebsbedingungen des Hochofens und damit in erster Linie von der Temperatur und der chemischen Zusammensetzung der nassen Gase ab. Bei normaler Gastemperatur um 220 C und bei einem
Wasserdampfgehalt von 40 g/Nm3 wird zum Verdampfen zirka 0,06 l Wasser und zirka 0,02 kg Wasser-
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auch der Taupunkt des Gases unverändert bleibt. Steigt die Gastemperatur auf etwa 2800C an, so ist es nötig, 0, 10 l Wasser pro 1 Nm3 Gas zu verdampfen und nachdem die resultierende Gasfeuchtigkeit und damit auch der Taupunkt hinsichtlich der Funktion der elektrischen Abscheider entspricht, wird kein Was- serdampf dem Befeuchter zugeführt.
In der Praxis wird diese Austrittstemperatur und resultierende Feuch- tigkeit mittels zweier Fühler geregelt, die die Regelorgane der verdampften Wassermenge und der zuge- setzten Wasserdampfmenge steuern.
Als Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens zum Reinigen des Gichtgases sind anzuführen :
1. Das Gichtgas mit dem vorgeschriebenen Restgehalt an Beimengungen kleiner als 10 mg/Nm3 Gas kann laut den durchgeführten versuchsbetrieblichenErgebnissen nach erfolgtem Reinigen eine Temperatur von 100 bis 1500C erreichen. Das Gasreinigen kann auch bei einer um etwa 100C höheren Temperatur er- folgen, als der Taupunkt des Gases bei einem gegebenen Druck beträgt.
2. Der Verbrauch an Reinwasser im Befeuchter ist im Vergleich mit den bisherigen Verfahren niedrig.
Der allfällige Wasser- oder Ölverbrauch im elektrischen Abscheider mit getrennter Ionisation beträgt im Durchschnitt bloss 0,04 1 per 1 Nm3 Gas. Diese Flüssigkeit zirkuliert.
3. Der gesamte, durch das Gas aus dem Staubsack mitgeschleppte Gichtstaub kann unmittelbar zu weiterer Bearbeitung in einer Agglomerieranlage verwendet werden. Beim Abspülen des Sammelteiles des elektrischen Abscheiders mit getrennter Ionisation wird bloss ein kleiner Staubanteil - kleiner als 10/0 - als Schlamm aufgefangen, der auf die Halde abzuführen ist. Dadurch wird die Ausbeutung des Eisenerzes im Hochofenbetrieb erhöht.
4. Dadurch, dass eventuell nur aus dem Sammelteil des elektrischen Abscheiders mit getrennter Ionisation periodisch eine kleine verunreinigte Wasser- oder Ölmenge abzuführen ist, die in einer Kläroder Filtrieranlage gereinigt werden kann, entfällt die Notwendigkeit, die im Grundriss gross bemessenen Behälter zu bauen ; die Schlammpumpen und Aufbereitungseinrichtungen für das umlaufende Wasser entfallen. Damit werden nicht nur die Baukosten der Gasreinigungsanlage, sondern auch die Betriebskosten der Gasreinigung herabgesetzt. Im Falle der Verwendung einer Abklopfeinrichtung im Sammelteil des elektrischen Abscheiders mit getrennter Ionisation entfällt auch der Verbrauch an Wasser oder Öl.
5. Die Verminderung des Wasserverbrauchs im Befeuchter im Vergleich mit den bisher verwendeten Gaswäschern bedeutet gleichzeitig die Herabsetzung der Pumpenabmessungen und der Antriebsenergie zu ihrem Betrieb.
Auch wenn das vorgeschlagene Verfahren im Vergleich mit der Alternative, bei welcher Gaswäscher und elektrische Abscheider in einem einzigen Gefäss untergebracht sind, eine grössere Baufläche für die Abscheider benötigt, ist dieser Nachteil mehr als ausgeglichen durch Wegfall von Klärbehältern und gro- ssen Pumpeneinheiten mit der dazugehörigen Wasseraufbereitung. Die gesamte bebaute Grundrissfläche wird auch bei diesem Vergleich kleiner.
Das Nachreinigen des Gases im elektrischen Abscheider mit getrennter Ionisation eignet sich insbesondere für kleine Konzentrationen sehr feiner Teilchen, wo die Ansprüche an Reinheit hoch sind (etwa unter 10 mg/Nm). Die Anwendung des elektrostatischen Feldes im Sammelteil des Präzipitrons verhin-
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dert auch das Entstehen einer Rücksprühentladung, die das Gasreinigen verschlechtern würde und in einem Abscheider entstehen würde, in welchem der Ionisierteil mit dem Sammlerteil eine Einheit bildet. Ausserdem können im elektrischen Abscheider mit getrennter Ionisation die alkalischen Anteile gut aufgefangen werden, die im ersten vorgeschalteten Trockenabscheider schwer aufgefangen werden können.
Das erfindungsgemässe Gasreinigungsverfahren kann besonders vorteilhaft bei Hochöfen Verwendung finden, die mit erhöhtem Druck an der Gicht arbeiten, wenn nach der Gasreinigungsanlage der Gasüberdruck in Expansionsturbinen ausgenutzt wird. Solche Turbinen erfordern, dass die Temperatur der gereinigten Gase je nach dem Gasüberdruck an der Gicht am höchsten sei und dass der Taupunkt des Gases nach Expansion niedriger sei als seine Temperatur beim Austritt aus der Expansionsturbine. Der Taupunkt des Gases erhöht sich nämlich mit dem Anwachsen des Gasdrucks und dadurch werden die Bedingungen für die gute Ionisation und Abscheidung uer Teilchen im elektrischen Abscheider bei höherer Gastemperatur verbessert.
Dieses Gasreinigungsverfahren wurde oben in Verbindung mit der Reinigung von Hochofengas beschrieben, das vom Hochofen bei Eisenreduktion abgeführt wird. Es kann jedoch grundsätzlich auch in andern Industriezweigen angewendet werden, wo ähnliche Forderungen bezüglich des Gasreinigens vorliegen, wie oben beschrieben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Trockenreinigungsverfahren für Hochofen- (Gicht-) gas, das mit schwankender Eintrittstemperatur hinter einem mechanischen Grobabscheider (Staubsack) und hinter der Gasreinigungsanlage mit einer regulierten Austrittstemperatur gereinigt wird, wonach seine ursprüngliche Temperatur und Feuchtigkeit in einem Befeuchter geändert und dann das Gas elektrisch gereinigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas im Befeuchter mit Wasser und Wasserdampf so zugerichtet wird, dass seine Feuchtigkeit niedriger ist, als dies dem Erreichen des Taupunktes des Gases beim Einhalten der erforderlichen Endtemperatur des Gases entspricht, und dann in einem elektrischen Trockenabscheider und in einem weiteren elektrischen Abscheider mit einer Niederschlagszone und einer dieser Zone vorgeschalteten Ionisationszone feingereinigt wird.
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