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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Vorabscheidung von Schadstoffen aus Rauchgasen.
Die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe in Kraftwerks- oder Industriekesseln entstehenden Schadstoffe im Rauchgas werden nach dem heutigen Stand der Technik in mechanischen Filtern (Staub- bzw. Aerosolfilter) und Elektrofiltern sowie in chemischen Anlagen zur Rauchgasentschwefelung zurückgehalten.
So bedient man sich z. B. zur Abtrennung des S02 aus dem Rauchgasstrom verschiedener Verfahren der Sorption (A. Hackl : Die Technologie der Rauchgasentschwefelung, ÖIAZ 1983, Heft 5, S. 158-170), u. zw. der Absorption, Adsorption und Chemisorption. Alle drei Verfahrensgruppen binden das SO : aus dem Rauchgasstrom zwischen Kessel und Schornstein.
Aus den gesetzlichen Bestimmungen ergeben sich höchstzulässige Emissionswerte für die einzelnen Schadstoffe, d. h. maximal zulässige Konzentrationen der Schadstoffe im freigesetzten Rauchgas, oder es lassen sich mit den gesetzlich festgelegten Imissionswerten mittels der meteorologischen Ausbreitungsparameter und der vorgegebenen oder geplanten Kaminhöhe des Kessels die maximal zulässigen Emissionswerte für diese Schadstoffe berechnen.
Es ist zu erwarten, dass in absehbarer Zeit neben S02 auch andere Schadstoffe aus dem Rauchgas gefiltert werden müssen.
Typisch für die Schadstoffe ist, dass sie ein höheres Molekulargewicht haben als die haupt-
EMI1.1
-MolekülH20 3, 6
Auf diesem Prinzip funktionieren alle bekannten Gaszentrifugen ebenso wie Staub- und Wasserdampfabscheider in Form von Zyklonen.
Die Erfindung basiert darin, dass der in einem kreisrunden Rohr geführte Rauchgasstrom (-ströme) in Rotationsbewegung gebracht wird, wobei die Drehachse die Fortbewegungsrichtung des Rauchgasstroms ist. In einer oder mehreren hintereinander angeordneten Abscheidestufen vermindert sich in der Kernzone des Zentrifugalfeldes der Gehalt an schweren Molekülen (Schadstoffen) dermassen, dass das Rauchgas dieser Kernzone direkt dem Kamin zugeleitet werden kann, d. h. ohne dass es einer chemischen oder physikalischen Vorrichtung zur Schadstoffrückhaltung zugeführt werden muss.
Der in der Randzone mit Schadstoffen entsprechend angereicherte Teilstrom des Rauchgases wird einer konventionellen Anlage (nach dem Stand der Technik) zur chemischen oder physikalischen Schadstoffrückhaltung zugeführt, mit dem Vorteil, dass diese kleiner und billiger gebaut werden kann, u. zw. aus den folgenden Gründen : - es muss nur ein Teilstrom des Rauchgases der konventionellen Anlage zur chemischen oder physikalischen Schadstoffrückhaltung zugeführt werden, - auf Grund der höheren Schadstoffkonzentration erfolgt eine effizientere Reaktion in der konventionellen Anlage zur Schadstoffrückhaltung.
Die Rauchgassäule wird z. B. durch mechanisch angetriebene Schaufelräder in Rotation versetzt. Die dazu aufgewendete Energie kann aus der Rotationsenergie des mit Schadstoffen angereicherten Rauchgases zum Teil rückgewonnen werden, bevor der abgereicherte Rauchgasanteil dem Kamin und der angereicherte Rauchgasanteil der Anlage zur chemischen Schadstoffrückhaltung zugeleitet wird, so dass bloss Reibungs- und Strömungsverluste der erfindungsgemässen Vorrichtung durch die zusätzlich zugeführte mechanische Energie abgedeckt werden müssen, nicht jedoch die gesamte Energie zur Erzeugung der Rotation des Rauchgases. Als Antriebsaggregate kommen ein Elektromotor, eine Verbrennungskraftmaschine oder eine Dampfturbine in Betracht.
Eine Antriebsturbine würde vorteilhaft mit Dampf der Kesselanlage versorgt werden oder im Falle eines Kraftwerkes mit Dampf einer Turbinenanzapfung.
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Eine derartige Energie- oder Drehimpulsrückgewinnung ist bei bekannten Abscheideverfahren von Gasen im Zentrifugalfeld, wie beispielsweise in der DE-OS 2815050 (Messerschmidt Bölkow Blom,
1978), DE-OS 3000063 (Hürtler Dipl. Ing. Wilfried, Essen, 1980) geoffenbart, technisch nicht reali- sierbar.
Der Abscheidegrad von Gasen unterschiedlichen Molekulargewichtes (Dichte) steht mit der
Zentrifugalbeschleunigung in funktionalem Zusammenhang. Die Möglichkeit der teilweisen Rückge- winnung der Rotationsenergie führt dazu, dass das erfindungsgemässe Verfahren, insbesondere im
Vergleich zu bekannten Verfahren wie DE-OS 2815050 (Messerschmidt Bölkow Blom, 1978) und
DE-OS 3000063 (Härter Dipl. Ing. Wilfried, Essen, 1980), für hohe Winkelgeschwindigkeiten ausge- legt werden kann, so dass schon die Gasabscheidung einer Abscheidungsstufe besonders effizient sein wird. Durch hintereinander angeordnete Abscheidestufen wird eine Vervielfachung des Abschei- degrades erreicht.
Vorzugsweise ergibt sich aus dem Verfahren zur Vorabscheidung von Rauchgasen, dass ein
Teilstrom des Rauchgases vorhanden ist, welcher auf Grund seines nur noch geringen Schadstoff- gehaltes nicht weiter gereinigt werden muss, sondern direkt dem Rauchgaskamin zugeleitet wird.
Beim Einsatz des Verfahrens konzentrieren sich die Schadstoffmoleküle, welche schwerer sind als die restlichen Rauchgasbestandteile, in der äusseren Ringzone des Zentrifugalfeldes. Daraus resultiert eine dementsprechende Reduktion der Schadstoffkonzentration in der Kernzone des Zentri- fugalfeldes.
Ein verfahrenstechnisches Erfindungsmerkmal ist eine gleichförmig rotierende und translato- risch fortbewegte Rauchgassäule.
Ferner ist nach der Erfindung vorgesehen, dass eine Unterteilung des Rauchgasstroms an ring- förmig angeordneten Trennflächen erfolgt, u. zw. in eine ringförmige Randzone und eine ring- oder kreisförmige Kernzone.
Weiter wird nach der Erfindung in verfahrenstechnischer Hinsicht noch vorgeschlagen, dass die Rotationsenergie der Rauchgas-Teilströme energetisch genutzt wird. Diese Rotationsenergie kann direkt oder indirekt zur Erzeugung der Rotationsbewegung des in die Vorrichtung zur Vorabscheidung von Schadstoffen eintretenden Rauchgasstroms angewendet werden.
Das Verfahren ist besonders vorteilhaft einsetzbar : - wenn bei gleichem Abscheidegrad der Schadstoffe die Baugrösse der Anlage zur chemischen oder physikalischen Schadstoffrückhaltung verkleinert werden soll, - wenn bei gleichem Abscheidegrad der Schadstoffe die Effizienz der Anlage zur chemischen oder physikalischen Schadstoffrückhaltung verbessert werden soll, - wenn eine Verbesserung des Abscheidegrades der Schadstoffe erreicht werden muss, wie es z. B. bei einer Herabsetzung der zulässigen Schadstoff-Emissionswerte gegeben ist (Nach- rüsten bestehender Anlagen), - bei der Planung von Neuanlagen zur Rauchgasreinigung, um die Investitionskosten und
Betriebskosten (Energie-Eigenverbrauch der Anlage zur Schadstoffrückhaltung) zu optimie- ren, - bei einem höheren als auslegungsmässig vorgesehenen Schadstoffgehalt des Brennstoffes (z.
B. schwefelreiche Kohle).
An Hand der schematischen Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nunmehr im einzelnen beschrieben werden.
Vom Rauchgas eines mit Kohle befeuerten Kraftwerkkessels soll eine Vorabscheidung der S02- - Komponente durchgeführt werden. Der translatorischen Bewegung des Rauchgases in einem Rohr - wird eine Rotationsbewegung überlagert, welche z. B. durch zweckentsprechend geformte, radial angeordnete Schaufelräder --2-- erzeugt wird. Um einen guten Wirkungsgrad und eine hohe Rotationsbeschleunigung zu erzielen, wird eine mehrstufige Beschleunigung des Rauchgases durchgeführt. Im vorliegenden Anwendungsbeispiel sind die Drehflügel auf einer Welle befestigt, ähnlich Turbinenlaufschaufeln, und sie laufen zwischen starren, mit dem Gehäuse verbundenen Leitschaufeln --3--. Nach der dritten Reihe der Schaufelräder hat das Rauchgas die geplante Winkelgeschwindigkeit erreicht.
Strömungsverluste des Rauchgases an den Schaufelrädern und Leitschaufeln führen dazu, dass sich im Beschleunigungsabschnitt der Vorrichtung (--2 und 3--) keine der
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Umfangsgeschwindigkeit des Rauchgases entsprechend hohe Abscheiderate des SO2 einstellt. In einem kurzen Rohrstück --4-- erfolgt dann die Drift der S02-Moleküle in die Randzone des Rohres. Dieser
Teil der Vorrichtung dient auch der Homogenisierung der Strömung und führt somit zu einer hohen
Effizienz der Abscheidung des Schadstoffanteils in den drei hintereinander angeordneten ringförmigen Trennflächen --5--. Sie sind aerodynamisch geformt und an Radialstreben in der rohrförmigen Vorrichtung befestigt.
In diesem Anwendungsbeispiel ist bereits nach der dritten Abscheidestufe der S02 -Gehalt des Rauchgases in der ringförmigen Kernzone --6-- derart reduziert, dass dieser Teilstrom des Rauchgases direkt, d. h. ohne weitere Entschwefelung dem Rauchgaskamin zugeleitet wird. Die in diesem Teilstrom enthaltene Rotationsenergie wird fast zur Gänze wieder in mechanische Energie umgesetzt, u. zw. mittels Laufschaufeln --7--, welche durch die Rotationsbewegung des Rauchgasteilstroms beschleunigt werden und wie in diesem Fall mit den Schaufelrädern --2-- zur Beschleunigung des Rauchgases kraftschlüssig verbunden sind.
Desgleichen wird die Energie der Rotation des in der ringförmigen Randzone befindlichen Rauchgas-Teilstroms an die Laufschaufeln --7-- abgegeben.
Damit im Bereich der Vorrichtung, welche der Rückgewinnung der Rotationsenergie dient, keine Vermischung des mit 802 angereicherten Gases mit dem gereinigten Rauchgas erfolgt, sind Kreissegmente --9-- zwischen den Laufschaufeln --7-- sowie zwischen den Leitschaufeln --8-- in entsprechendem radialen Abstand angeordnet.
Der mit S02 konzentrierte Rauchgas-Teilstrom --10-- wird einer konventionellen Anlage zur chemischen SOz-Rückhaltung zugeleitet.
Zur Abdeckung der Strömungs- und Reibungsverluste des Verfahrens ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Elektromotor --11-- vorgesehen.