AT3371U1

AT3371U1 - Vorrichtung zum reinigen und/oder entstauben staubhältiger abgasströme

Info

Publication number: AT3371U1
Application number: AT0043099U
Authority: AT
Inventors: Walter Dipl Ing Dr Gebert; Wilhelm Ing Fingerhut; Christof Dipl In Lanzerstorfer; Ludwig Dipl Ing Noska
Original assignee: Voest Alpine Ind Anlagen
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2000-02-25
Also published as: DE20007622U1; BR8001321Y1; BR8001321U; SK2843U

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen und/oder Entstauben von in der Menge schwankenden, staubhältigen Abgasströmen aus metallurgischen Anlagen zur Stahlerzeugung, umfassend eine Sättigerstufe, eine an die Sättigerstufe anschließende erste Tropfenabscheidestufe, einen an die Tropfenabscheiderstufe anschließenden Venturiwäscher und eine an den Venturiwäscher anschließende zweite Tropfenabscheidestufe.In den Abgaskanal zwischen erster Tropfenabscheidestufe und Venturikehle ist eine zusätzliche Wassermenge in einem Abstand von 1.5*a bis 20*a von der Venturikehle, wobei "a" die maximale Breite der Venturikehle bedeutet.Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, in der Menge schwankende Abgasmengen besonders effizient zu entstauben und/oder zu reinigen.

Description

AT 003 371 Ul

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen und/oder Entstauben von in der Menge schwankenden, staubhäitigen Abgasströmen aus metallurgischen Anlagen zur Stahlerzeugung, umfassend: • eine Sättigerstufe, in der das Abgas auf eine relative Feuchte von etwa 100 % sättigbar ist, • eine an die Sättigerstufe anschließende erste Tropfenabscheidestufe, wobei in der Sättiger- und Tropfenabscheidestufe Grobstaub und große, grobstaubbeladene Tropfen aus der Sättigerstufe zu über 90 % abscheidbar sind, • einen an die Tropfenabscheiderstufe anschließenden Venturiwäscher, enthaltend: • einen konvergierenden Abgaseintrittsteil, ein Mittelteil mit rechteckiger verstellbarer Venturikehle und Mittel zur Wassereindüsung im Bereich der Venturikehle, wobei durch die Mittel zur Wassereindüsung Wasser im wesentlichen quer zur mittleren Abgasströmungsrichtung in das Abgas eindüsbar ist, und • einen divergierenden Abgasaustrittsteil, • und eine an den Venturiwäscher anschließende zweite Tropfenabscheidestufe, in der Tropfen aus dem Abgasstrom weitgehend entfembar sind.

Aufgrund der Prozessführung metallurgischer Anlagen enthalten deren Abgase oft brennbare Gasbestandteile (im wesentlichen Kohlenmonoxid) und/oder brennbare Staubbestandteile (metallische, beispielsweise Eisen, aber auch Kohlenstoff). Aus sicherheitstechnischen Gründen sind daher vor allem Nasswäscher zur Entstaubung und Reinigung solcher Abgase geeignet.

Gegenüber anderen Nasswäschen weisen Venturiwäscher geringe Investitions- und Wartungskosten, eine hohe Betriebssicherheit, sowie einen hohen Abscheidegrad im Feinstaubbereich auf.

Abgase metallurgischer Anlagen sind fast immer durch einen hohen Staubgehalt gekennzeichnet, wobei aufgrund von zum Teil sehr hohen Abgasgeschwindigkeiten (bedingt durch die Thermik aufgrund hoher Temperaturen) ein wesentlicher Anteil als Grobstaub vorliegt (10 μηι bis zu deutlich über 1 mm). 2 AT 003 371 Ul

Ein beträchtlicher Staubanteil liegt aber als Feinstaub (kleiner als 10μηη) vor, welcher durch die hohen Prozeßtemperaturen bedingt ist, und zwar dadurch, daß Material verdampft und rekondensiert, wobei bei der Abkühlung feinster Staub in Form von Aerosolen entsteht.

Dies erfordert zumeist eine zumindest zweistufige Staubabscheidung, wobei in der ersten Stufe Grobstaub zur Verringerung der Gefahr von Abrasionen und Ablagerungen in der nachfolgenden Feinstaubabscheidung abgeschieden wird, und in der zweiten Stufe der Feinstaub abgeschieden wird.

Die Anforderungen an die Feinstaubabscheidung werden dabei aufgrund strengerer Umweltbestimmungen immer höher.

Es besteht daher ein Bedarf an Nasswäschem mit verbesserter Effizienz zur Staubabscheidung. Für die Feinstaubabscheidung ist ein Venturiwäscher mit fester Kehle am effizientesten und auch strömungstechnisch am besten zu beherrschen. Dies gilt aber nur für den Betrieb am Auslegungspunkt bei konstanter Abgasmenge. Bei schwankender Abgasmenge - was bei metallurgischen Anlagen zur Stahlerzeugung immer der Fall ist -sinkt jedoch die Abscheideeffizienz mit sinkender Abgasmenge, da der Druckverlust über die Kehle ebenfalls sinkt. Eine Aufrechterhaltung des Druckverlustes über eine Erhöhung der eingedüsten Wassermenge ist wegen der dann erforderlichen höheren Kapazität in der Wasseraufbereitung (Sedimentation) nicht wirtschaftlich.

In Fällen, wo mit schwankender Abgasmenge gerechnet werden muss, werden üblicherweise Venturiwäscher mit verstellbarer Kehle eingesetzt. Dabei ist die rechteckige Kehle durch zwei - jeweils um eine Achse am oberen Ende drehbaren - Platten verstellbar. Derartige Venturiwäscher sind aufgrund der veränderlichen Kehlenstellung strömungstechnisch wesentlich komplexer, vor allem auch hinsichtlich der Einbringung des Waschwassers.

Es ist daher die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, einen Nasswäscher bereitzustellen, der bei schwankenden Abgasmengen eine effiziente Abscheidung von Feinstäuben gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Abgaskanal vor der Venturikehle, aber nach der ersten Tropfenabscheidestufe, eine zusätzliche 3 AT 003 371 Ul

Wassermenge mittels eines weiteren Mittels zur Wassereindüsung eindüsbar ist, und zwar in einer Menge von 0,2-2.0 dm3 Wasser pro 1000 Nm3 feuchtem Abgas in Form von Tropfen mit einem Sauterdurchmesser von < 1000 pm, wobei das weitere Mittel zur Wassereindüsung in einem Abstand von 1.5*a bis 20*a von der Venturikehle angeordnet ist, wobei “a" die Breite der Venturikehle bei maximaler Öffnung ist.

Durch die zusätzliche Wassereindüsung unter den oben angegebenen Bedingungen werden zusätzliche Tropfenoberflächen geschaffen, die zusammen mit ihrer gegenüber den Staubteilchen bestehenden Relativgeschwindigkeit eine erhöhte Anzahl von Kollisionen zwischen Staubteilchen und Tröpfchen bewirken und dadurch die Abscheideleistung verbessern.

Es ist dabei wesentlich, daß das weitere Mittel zur Wassereindüsung in dem erfindungsgemäß angegebenen Abstand von 1.5*a bis 20*a von der Venturikehle angeordnet ist. Eine zusätzliche Wassereindüsung außerhalb dieses Bereiches (> 20*a) führt nicht zu der mit der gegenständlichen Erfindung erzielten hohen Abscheideleistung. Aufgrund von Tropfenvergrößerung auf dem Weg zur Venturikehle stehen die Tropfen in der Kehle nicht mehr als „feine“ Tropfen zur Verfügung. Eine zusätzliche Wassereindüsung unterhalb von 1.5*a ist ebenfalls nicht erwünscht, weil dann die bei der Wassereindüsung zu erzielenden Tröpfchengeschwindigkeiten schon sehr hoch sein müssten und zusätzlich die mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Wassereindüsung die Strömung in der Venturikehle zerstören würde.

Der Begriff „Grobstaub“, wie er hier gebraucht wird, umfasst Staubteilchen mit einem Durchmesser von >10 μτη.

Unter „großen“ Tropfen, wie sie in der ersten Tropfenabscheidestufe abgeschieden werden, werden Tropfen mit einem Durchmesser von > 1 mm verstanden.

Der Sauterdurchmesser ist jener Durchmesser eines Tropfens, der das gleiche Volumen/Oberflächenverhältnis wie eine gesamte Sprühprobe hat. Er ist also ein Maß für das Verhältnis von Tropfenvolumen zu Tropfenoberfläche. Ein kleinerer Sauterdurchmesser bedeutet also eine größere Oberfläche.

Unter einer „weitgehenden“ Abscheidung von Tropfen im zweiten Tropfenabscheider wird hier eine mehr als 99 %ige Abscheidung verstanden. 4 AT 003 371 Ul

Im Bereich der Venturikehle ist es wesentlich, eine möglichst hohe Relativgeschwindigkeit zwischen dort eingedüsten Wassertröpfchen und Staubteilchen zu erzielen. Daher wird dort Wasser im wesentlichen quer zur mittleren Abgasströmungsrichtung eingedüst, wobei unter „quer“ ein Winkel von 30 bis etwa 90° zu verstehen ist.

Vorteilhafterweise ist das weitere Mittel zur Wassereindüsung in einem Abstand von2*a bis 12*a, vorzugsweise von 4*a bis 10*a, von der Venturikehle angeordnet.

Im Bereich von 2 bis 12*a, bzw. im bevorzugten Bereich von 4 bis 10*a wird eine besonders hohe Abscheideleistung erzielt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das weitere Mittel zur Wassereindüsung von mehreren, über den Querschnitt des Abgaskanals verteilten, Düsen gebildet.

Dadurch ist es möglich, den gesamten Abgasstrom mit einer zusätzlichen Wassermenge zu beaufschlagen.

Gemäß einem vorteilhaften Merkmal sind erfindungsgemäß durch das weitere Mittel zur Wassereindüsung Tropfen mit einem Sauterdurchmesser von < 400 μηη in den Abgaskanal eindüsbar.

Da die Tropfenoberflächen und damit die Tropfendurchmesser eine wesentliche Rolle bei der Abscheidung spielen, ist es von Vorteil, wenn die Durchmesser der eingedüsten Tropfen möglichst klein sind. Im Bereich eines Sauterdurchmessers von bis zu 400 μιπ wird eine besonders hohe Abscheideleistung erzielt.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal ist das weitere Mittel zur Wassereindüsung derart angeordnet, daß dadurch Tropfen im wesentlichen im Gleichstrom zum Abgasstrom in den Abgaskanal eindüsbar sind.

Unter „im wesentlichen im Gleichstrom* wird dabei ein Winkel von 0 bis 45° zur am Ort der Eindüsung herrschenden mittlere Abgasströmungsrichtung verstanden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß das weitere Mittel zur Wassereindüsung derart ausgebildet ist, daß damit Tropfen mit einer Geschwindigkeit, die zumindest gleich groß ist, wie die am Ort der Eindüsung herrschende mittlere Abgasströmungsgeschwindigkeit, eindüsbar sind. 5 AT 003 371 Ul

Zum einen gestattet dies aufgrund der spätestens in der Kehle vorherrschenden Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Tröpfchen und Staubteilchen eine zweimalige Ausnutzung der Abscheidewirkung der Tröpfchen, zum anderen wird durch die Gleichstromeindüsung bei höheren Geschwindigkeiten der durch die Mittel zur Wassereindüsung verursachte Strömungsverlust wieder ausgeglichen.

Dies gestattet es, eine möglichst hohe Relativgeschwindigkeit zwischen eingedüsten Tröpfchen und Staubteilchen einzustellen.

Nachfolgend wird die Erfindung an dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung, bestehend aus Sättigerstufe 1, erster Tropfenabscheidestufe 2, Venturiwäscher 3 und zweiter Tropfenabscheidestufe 4.

In die Sättigerstufe 1 wird staubbeladenes Abgas 5 eingebracht. Die Sättigerstufe 1 ist hier als einfacher Venturiwäscher mit fester Kehle ausgeführt. Eine weitere mögliche Ausführungsform der Sättigerstufe 1 ist beispielsweise ein Düsenwäscher. In die Sättigerstufe wird Wasser 6 eingedüst und das Abgas auf eine relative Feuchte von etwa 100 % gesättigt.

In der an die Sättigerstufe 1 anschließenden ersten Tropfenabscheidestufe 2, die hier als Umlenkabscheider ausgeführt ist, werden mehr als 90% des Grobstaubs bzw. der grobstaubbeladenen Tropfen abgeschieden. Abgeschiedener Staub und Wasser werden über eine Schlammableitung 7 abgezogen.

Der ersten Tropfenabscheidestufe 2 ist ein Venturiwäscher 3 mit konvergierendem Abgaseintrittsteil 8, verstellbarer Kehle 9 und divergierendem Abgasaustrittsteil 10 nachgeordnet, wobei die mit „a“ angegebene Entfernung die Breite der Venturikehle 9 bei maximaler Öffnung darstellt. In den Bereich der Venturikehle 9 ist durch Mittel zur Wassereindüsung 11 Wasser quer zur mittleren Abgasströmungsrichtung in das Abgas eindüsbar.

Im Abgaskanal nach der ersten Tropfenabscheidestufe 2 sind Düsen 12 angeordnet und zwar in einem Abstand vom etwa achtfachen der maximalen Breite der Venturikehle 9. Durch diese Düsen 12 wird zusätzlich Wasser in das Abgas eingedüst. 6 AT 003 371 Ul Über eine Reingasableitung 13 wird entstaubtes/gereinigtes Gas und über eine Recycle-Wasserableitung 14 abgeschiedenes Wasser aus der weiteren Tropfenabscheidestufe 4 abgezogen. Dieses Recycle-Wasser kann vorteilhaft für die Eindüsung in der Sättigerstufe 1 eingesetzt werden.

Beispiel 1: Staubabscheidung von Stahlwerksabgas

Abgasmenge: im Bereich von 40000 - 80000 Nm3/h schwankend Staubgehalt: ca. 100g/Nm3

Die Sättigerstufe ist als einfacher Venturiwäscher (mit fester Kehle) mit niedrigem Druckverlust von 15-35 mbar - je nach Abgasmenge - ausgeführt (Niederdruckventuriwäscher). Grobstaub mit Durchmessern > 10 μητι wird überwiegend abgeschieden. Dies ist erforderlich, um einen übermäßigen Abrieb im nachfolgenden Venturiwäscher zu vermeiden, wo hohe Abgasgeschwindigkeiten im Bereich von 50 bis zu über 150 m/s auftreten, und zwar je nach gefordertem Reingasstaubgehalt.

Der Tropfenabscheider ist als Umlenkabscheider ausgeführt. Eine Tropfenabscheidung ist deshalb notwendig, weil die Tropfen vor dem Eintritt in den Venturiwäscher bereits eine hohe Beladung an Feststoffen in Form von abrasiven Partikeln - bis zu 20 g/L -aufweisen.

Venturiwäscher mit verstellbarer rechteckiger Kehle:

Breite bei maximaler Öffnung: 300 mm

Das L/G-Verhältnis im Bereich der Venturikehle ist je nach Abgasmenge zwischen 2.7 -4.7 dm3/1000 Nm3 einstellbar.

Differenzdruck: ca. 140 mbar

In einer Querschnittsebene des Venturiwäschers oberhalb der Kehle sind 13 Düsen angeordnet, wobei diese Querschnittsebene von der Kehle um 3000 mm beabstandet ist. Das zusätzliche L/G-Verhältnis an den 13 Düsen beträgt - je nach Düsenbetrieb und Abgasmenge - 0.2 - 1.0 dm3/1000 Nm3, bei einem Sauterdurchmesser von 80 - 200 μηη. 7 AT 003 371 Ul

Tabelle 1:

Austrittsstaubgehalt ohne zusätzliche Düsen: 60-100 mg/Nm3 L/G-Verhältnis an Düsen zusätzliche Staubreduktion 0.4 - 28 % 1.0 - 52 %

Beispiel 2: Versuchsanlage

Abgasmenge: Staubgehalt: Sättiger: T ropfenabscheider Venturiwäscher: einstellbar zwischen 500 und 1600 Nm3/h einstellbar zwischen 5 und 20 g/Nm3 einfacher Düsenwäscher niedriger Druckverlust 1-5 mbar je nach Abgasmenge Abscheidung eines Großteils des Grobstaubes (> 10 μπι) Lamellenabscheider verstellbare rechteckige Kehle (max. Öffnungsbreite: 700 mm) L/G-Verhältnis (Kehle): 1 - 5 dm3/Nm3

Differenzdruck: 100 - 140 mbar 2-4 Düsen über Querschnitt, 1.5*70 cm stufenweise bis 40*70 cm von Kehle beabstandet. zusätzl. L/G-Verhältnis an Düsen: 0.2 - 4 dm3/Nm3 Sauterdurchmesser: 50 - 2000 μητι)

Austrittsstaubgehalt ohne Düsen einstellbar von 30 - 200 mg/Nm3 8 AT 003 371 Ul

Tabelle 2:

Variation UG-Verhältnis: L/G-Verhältnis Zusätzliche Staubreduktion 0.1 -5% 0.3 -15% 1.0 -62% 3.5 -35%

Variation Sauterdurchmesser:

Sauterdurchmesser Zusätzliche Staubreduktion 2000 ±0% 500 -12% 250 -23% 120 -40% 60 -55%

Variation Abstand:

Abstand Zusätzliche Staubreduktion 1.5*a -45% 10*a -55% 20*a -40% 40*a -25% 9

Claims

AT 003 371 Ul Ansprüche: 1. Vorrichtung zum Reinigen und/oder Entstauben von in der Menge schwankenden, staubhältigen Abgasströmen aus metallurgischen Anlagen zur Stahlerzeugung, umfassend: • eine Sättigerstufe, in der das Abgas auf eine relative Feuchte von etwa 100 % sättigbar ist, • eine an die Sättigerstufe anschließende erste Tropfenabscheidestufe, wobei in der Sättiger- und Tropfenabscheidestufe Grobstaub und große, grobstaubbeladene Tropfen aus der Sättigerstufe zu über 90 % abscheidbar sind, • einen an die Tropfenabscheiderstufe anschließenden Venturiwäscher, enthaltend: • einen konvergierenden Abgaseintrittsteil, ein Mittelteil mit rechteckiger verstellbarer Venturikehle und Mittel zur Wassereindüsung im Bereich der Venturikehle, wobei durch die Mittel zur Wassereindüsung Wasser im wesentlichen quer zur mittleren Abgasströmungsrichtung in das Abgas eindüsbar ist, und > einen divergierenden Abgasaustrittsteil, • und eine an den Venturiwäscher anschließende zweite Tropfenabscheidestufe, in der Tropfen aus dem Abgasstrom weitgehend entfembar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abgaskanal vor der Venturikehle, aber nach der ersten Tropfenabscheidestufe, eine zusätzliche Wassermenge mittels eines weiteren Mittels zur Wassereindüsung eindüsbar ist, und zwar in einer Menge von 0.2 -2.0 dm3 Wasser pro 1000 Nm3 feuchtem Abgas in Form von Tropfen mit einem Sauterdurchmesser von < 1000 μτη, wobei das weitere Mittel zur Wassereindüsung in einem Abstand von 1.5*a bis 20*a von der Venturikehle angeordnet ist, wobei “a” die Breite der Venturikehle bei maximaler Öffnung ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Mittel zur Wassereindüsung in einem Abstand von 2*a bis 12*a, vorzugsweise von 4*a bis 10*a, von der Venturikehle angeordnet ist. 10 AT 003 371 Ul
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Mittel zur Wassereindüsung von mehreren, über den Querschnitt des Abgaskanals verteilten, Düsen gebildet wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch das weitere Mittel zur Wassereindüsung Tropfen mit einem Sauterdurchmesser von < 400 pm in den Abgaskanal eindüsbar sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Mittel zur Wassereindüsung derart angeordnet ist, daß dadurch Tropfen im wesentlichen im Gleichstrom zum Abgasstrom in den Abgaskanal eindüsbar sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Mittel zur Wassereindüsung derart ausgebildet ist, daß damit Tropfen mit einer Geschwindigkeit, die größer oder zumindest gleich groß ist, wie die am Ort der Eindüsung herrschende mittlere Abgasströmungsgeschwindigkeit, eindüsbar sind. 11