AT393631B - Verfahren und einrichtung zur abscheidung von schadstoffen - Google Patents

Description

AT 393 631 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur nassen Feinabscheidung von Schadstoffen, wie vorzugsweise Stäuben, Aerosolen und kondensietbaren bzw. in kondensierbaren Flüssigkeiten löslichen, gasförmigen Stoffen, aus grob entstaubten Abgasen, die, insbesondere durch Einsprühen von Wasser, gesättigt und anschließend auf Temperaturen unter dem Wassertaupunkt gekühlt werden, wobei die entstehenden Kondensattropfen an gekühlten Flächen durch Einwirken eines Kraftfeldes niedergeschlagen werden und der an gekühlten Niederschlagsflächen entstehende Kondensatfilm, insbesondere durch Einwirken der Schwerkraft, zur Sammlung geführt wird, wobei die abzuscheidenden Schadstoffe von den gekühlten Niederschlagsflächen abgewaschen und abgeleitet werden, und einen Abscheider zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, Abgase trocken zu reinigen, wobei die Abscheideflächen verschmutzen und dann durch Abklopfeinrichtungen wieder gereinigt werden müssen. Es ist ferner bekannt, die Abgase naß zu reinigen, wobei jedoch die Waschung oberhalb der Sättigungsgrenze verläuft, so daß die Abgase durch ihren Wärmeinhalt die mitgerissenen Tröpfchen verdampfen. Nachteilig bei den bekannten Verfahren ist, daß sie trotz eines guten Wirkungsgrades die geforderten Reinheitsgrade nicht erbringen können, so daß insbesondere die gasförmigen Schadstoffe und auch Aerosole im wesentlichen durch die einstufigen Verfahren nur zum geringsten Teil abgeschieden werden konnten. Eine bessere Abscheidung erreicht man durch mehrstufige Reinigungsanlagen, deren Platzbedarf entsprechend groß ist und die daher auch von der wirtschaftlichen Seite einen bedeutenden Kostenfaktor darstellen. Aus der DE-OS 36 31 656 ist bekannt, gefilterte Rauchgase durch Waschungen noch weiter abzukühlen, wobei der Taupunkt unterschritten wird und Schadgase ausgewaschen werden. Die restlichen Rauchgase werden auf Kamintemperatur erhitzt und damit getrocknet. Da der apparative Aufwand groß ist, muß die Wirtschaftlichkeit und die Verfügbarkeit in Frage gestellt werden. Dazu kommt noch, daß die Niedertemperaturwärme praktisch nicht verwertet werden kann.

Die DE-OS 35 20 885 und 33 03 475 liegen wirtschaftlich etwas besser, da sie die Abkühlung mit etwa 100 °C Abgastemperatur am Kamineintritt begrenzen. Die genannten Vorhalte verwenden kein Staubfilter in dessen rohrförmigen Abscheideflächen das Abgas auskondensiert wird; es erfolgt keine Auskondensation unter Einwirken eines Feldes und damit auch keine Waschung der Abscheideflächen, so daß die Filter durch Entfall der Abklopfeinrichtung sich nicht vereinfachen.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, die Reinigungsanlagen zu vereinfachen und auf niedrigem Temperatumiveau zu verfahren, so daß einerseits der wiedergewinnbare Temperaturanteil verbessert und andererseits der Wasserverbrauch reduziert werden könnte.

Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kühlung der gesättigten Abgase die Kondensattropfen vor ihrem Auftreffen auf die Niederschlagsflächen zur Erleichterung der Abscheidung als Kondensatkeime vergrößert werden sowie die entstehenden großen Kondensattropfen durch ein Kraftfeld, insbeson-dere Schwerkraftfeld oder Fliehkraftfeld, an die Niederschlagsflächen herangeführt und in einem nachgeschalteten elektrostatischen Abscheider mit den eingebundenen Schadstoffen abgeschieden werden. Wesentliche Verfahrens-ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen (2) bis (5) angegeben. Der erfindungsgemäße Abscheider zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Sättiger gekühlte Niederschlagsflächen vorgesehen sind, die im Gasstrom anströmend oder zumindest denselben berührend angeordnet sind, wobei der entstehende Kondensatfilm durch Ableitungen aus dem Bereich des Gasstromes und von den Niederschlagsflächen abgeleitet ist. Weitere wesentliche ausgestaltende Einrichtungsmeikmale sind in den Unteransprüchen 7 bis 16 angeführt

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch die Verwendung des Kondensates zum Sättigen der Abgase die im Kondensat gelösten Schadstoffe konzentriert werden, so daß sie teilweise durch Überschreitung der Löslichkeitsgrenze ausfallen und als Schlamm abgeleitet werden können. Dadurch, daß die Abgase, bedingt durch die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, sehr viel kondensierbaren Wasserdampf enthalten, kommt die Anlage praktisch ohne Frischwasserbedarf aus, so daß sich ein weiterer ökologischer Vorteil ergibt

Die Erfindung ist in den angeschlossenen Fig. 1 bis 9 beispielsweise und schematisch dargestellt Fig. 1 zeigt die gesamte Anordnung der Reinigungsanlage, Fig. 2 hiezu eine Konstruktionsvariante, Fig. 3 in einem Aufriß eine Anordnung zur Vorabscheidung, Fig. 4 hiezu einen Kreuzriß, Fig. 5 zeigt die Anwendung der Erfindung in einem Zyklon, Fig. 6 zeigt die Anwendung der Erfindung in einem Vertikal-Elektrofilter, Fig. 7 zeigt die Ausbil-dung der Erfindung im Rahmen eines Multizyklons bzw. in einem Elektrofilter, Fig. 8 zeigt im Grundriß den Antriebsteil für das Rohgas in Fig. 7 bzw. 5 oder 6, und Fig. 9 zeigt die Anwendung der Erfindung in einem Horizontal-Elektrofilter.

In Fig. 1 ist der Abgasstrom durch Pfeile (14), (14'), (14") angedeutet, wobei der Abgasstrom (14) zu einem Sättiger (1) führt, in welchem die Abgase auf Sättigungstemperatur durch Wassereinspritzung abgekühlt werden. Diese gesättigten Abgase (14') treten nun in einen Kühler ein, welchen sie in gekühltem Zustand gemäß Pfeil (14") verlassen. Die Kühlflächen im Kühler sind als Niederschlagsflächen (2) ausgebildet, an welchen die Abgase leicht ansteigend vorbeistreichen. Da gleichzeitig der Durchströmungsquerschnitt vergrößert wird, verlangsamt sich die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase auf etwa 1 m/sec., so daß durch die Einwirkung der Schwerkraft (Symbol stark ausgezogener Pfeil mit ("S")) die Tröpfchen an die unteren Kanalwandungen herangebracht werden und sich an diesen absetzen. Die Tröpfchen legen sich an den Staubkörnern als Kristallisationskeime an, wachsen mit diesen, so daß die Schwerkraft gegenüber der Mitnahmekraft bei geringer Strömungsgeschwindigkeit zunimmt und sie zu Boden sinken. Hiedurch werden die -2-

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Niederschlagsflächen naß, und der abgeschiedene Staub wird durch das abrinnende Kondensat auf den Niederschlagsflächen (2) entfernt, so daß dieselben praktisch ständig gereinigt werden. Dieses Kondensat wird gesammelt und schließlich einer Reinigung zugefiihrt. Die Niederschlagsflächen (2) weisen Kühltaschen auf, durch die ein Kühlmedium hindurchtritt, welches durch Ein- und Austrittssammler (13) gekennzeichnet ist An den abströmseitigen Enden der Niederschlagsflächen (2) sind Tröpfchenfänger (15) angeordnet, so daß der abströmende Gasstrom die Tröpfchen nicht wieder von den Niedraschlagsflächen entfernt und weitraföhrt Dies ist sehr wichtig, da dadurch der Korrosionsangriff an den folgenden Kanalwandungen reduziert wird, da die Kondensattröpfchen doch sehr viele saure Bestandteile wie SOx und ΝΟχ bzw. Chloride enthalten. Aber auch an den Deckflächen schlagen sich Kondensattröpfchen nieder, die an bestimmten Stellen durch Nasen (16) gesammelt werden, und von diesen nach Erreichung eines gewissen Übergewichtes durch die Schwerkraft gelöst werden, so daß sie an die darunter liegenden Niederschlagsflächen (2) fallen und dort mit dem abströmenden Kondensat äbgeführt werden. Während in Fig. 1 schräg ansteigend gassenbildende gekühlte Niederschlagsflächen (2) vorgesehen sind, sind in Fig. 2 wellenförmig gekrümmte Niederschlagsflächen geoffenbart, die in den Tälern Öffnungen (17) aufweisen, durch welche der Kondensatstrom auf die darunter liegende Bodenfläche tropfen kann. Diese ständige Abfuhr der Kondensattröpfchen bewirkt einen besseren Wärmeübergang von den Kühltaschen (12) auf die strömenden Gase, während die Kühlflächen durch das entstehende Kondensat nicht allzu sehr abisoliert werden. In Fig. 3 bzw. 4 ist eine Konstruktionsvariante zur Fig. 1 und 2 dargestellt, bei der die Niederschlagsflächen (2) vertikal angeordnet sind, und der Abgasstrom (14') durch die versetzte Lochteilung durch Aufprall an den Prallflächen (10), die als Kondensatabflußflächen ausgebildet sind, von ihren festen Bestandteilen befreit werden, so daß sich ein idealer Vorreiniger ergibt, wie er etwa in Fig. 9 angedeutet ist. Damit hier die Flüssigkeit durch die erhöhte Gasgeschwindigkeit in den engen Öffnungen (17) nicht mitgerissen wird, sind um die Öffnungen (17) Tröpfchenfänger (15) vorgesehen, die das Kondensat zurückhalten. In Fig. 4 ist eine Ansicht gemäß (IV) dargestellt. Man erkennt die versetzt angeordneten Öffnungen (17) und (17'), wobei die Öffnungen (17') die verdeckten Öffnungen darstellen.

In Fig. 5 ist ein Zyklon dargestellt, bei dem die Niederschlagsflächen (2) als Mantelflächen (11) für den Zyklon ausgebildet sind und in diesem Sinn auch die Kühltaschen (12) tragen. Gegenüber dem bekannten Zyklon ist der Abgaseintritt an relativ tiefer Stelle und nicht in der Nähe des Abgasaustritts (14") angeordnet. Durch diese Maßnahme wird der Strömungsverlust verringert. Bei diesem Abscheidezyklon werden durch Einwirkung der Fliehkraft die Kondensattröpfchen an die Innenseite der Mantelfläche (11) gedrückt und rinnen gemäß Schwerkraft an diesen ab. Dieses Kondensat wird in einem Trichter gesammelt und über die Ableitung (3) entfernt bzw. zum Sättiger rezirkuliert.

Bei der Ausbildung eines Multizyklons (Fig. 7) wird das gesättigte Abgas durch einen Drallerzeugra (5), der nicht am Anfang des Strömungsweges angeordnet ist, in Rotation versetzt, so daß das gesättigte Abgas vorher noch unterkühlt werden kann, so daß die Tropfchenbildung des Kondensates verstärkt wird. Am Austritt sind wie in Fig. 1 Tröpfchenfänger (15), diesmal in Form einer Blende, vorgesehen. Die Drallwiikung kann durch eine SpühelektrOde verstärkt werden, wodurch sich eine Kombination des Zyklons bzw. Multizyklons mit einem Röh-ren-Elektrofilter gemäß Fig. 6 ergibt.

Das Röhren-Elektrofilter gemäß Fig. 6 besteht neber der Abscheidekammer (18) aus einer Sammelkammer (19) und einer Verteilkammer (20), damit die einzelnen röhrenförmigen Niederschlagsflächen (2), die als Niederschlagselektroden ausgebildet sind, gleichmäßig durchströmt werden. In der Achse der Niederschlagselektroden (4) sind die Sprühelektroden in Form eines Drahtes angeordnet, so daß die Reinigung der Abgase durch elektrostatische Kräfte erfolgt, die durch Kondensatbildung am Staubkömchen verstärkt wird. Damit die Tröpfchenbildung sich wirkungsvoll gestalten kann, sind eintrittsseitig die Sprühelektroden (7) durch eine Isolierschichte (8) abgedeckt, so daß die abzuscheidenden Tröpfchen Gelegenheit zum Wachsen haben. Dieses Wachstum kann durch die Anordnung eines Kühlers (9) in der Verteilkammer (20) unterstützt werden, so daß die Isolierschichte (8) weitgehend entfallen kann. Die Niederschlagsflächen (2) sind ähnlich wie in Fig. 1,2 und 5 durch Kühltaschen gekühlt, so daß die Kühlung auch während der Abscheidung weiter erfolgt.

Die elektrostatischen Kräfte, die die Abscheidung bewirken, können, wie bereits in Fig. 7 gezeigt, durch einen Drallerzeuger (5), also durch Fliehkraft, verstärkt werden.

Fig. 8 zeigt im Detail einen Drallerzeuger, wie er beispielsweise eintrittsseitig an den Niederschlagselektioden (4) eines vertikalen Röhren-Elektrofilters gemäß Fig. 6 Anwendung finden kann. Der Abgasstrom, der in die Niederschlagselektrode (4) eingeleitet wird, erfolgt über tangential angeordnete Kanäle (14*), so daß innerhalb der Niederschlagselektroden ein Drall erfolgt. Damit durch den Drall die Flüssigkeitströpfchen nicht wieder zerstäubt werden, sind in den Wandungen an der Innenseite Kondensatsammelrillen (6) angeordnet, längs welchen das Kondensat abtropfen kann. Ist nun, wie in Fig. 6 vor dem Eintritt in die Niederschlagselektrode (4) in der Verteilerkammer (20), ein Kühler (9) angeordnet, so kann die Isolierschichte (8), die eintrittsseitig, also im Bereich des Drallrazeugers (5) entfallen, und die ganze rohrartige Niederschlagsfläche dient als Niederschlagselektrode. Dieser Drallerzeuger kann aber auch im Zyklon gemäß Fig. 5 im Bereich des Abgasweges (14') vorgesehen werden, wobei dann natürlich auch die Sprühelektrode (7) entfällt.

In Fig. 9 ist ein Horizontal-Elektrofilter schematisch dargestellt, bei dem z. B. in der Verteilkammer (20) die -3-

Claims (16)

1. AT 393 631 B versetzten Lochbleche gemäß Fig. 3 Anwendung finden, so daß hier bereits eine Grobäbscheidung des Staubes erfolgt. Dann werden die gesättigten Abgase weiter unterkühlt, so daß die Tröpfchenbildung sich verstärkt und die Tröpfchen dann an den Niederschlagsflächen (2) abgeschieden werden können. Natürlich werden bereits im Kühler (9) Tröpfchen abgeschieden, so daß auch der Kühler (9) an der Innenseite feucht ist und somit aus korrosionsfestem Material bestehen muß. Die Niederschlagsflächen (2) im Elektrofilter sind normalerweise rechteckförmige vertikal hängende Platten, die aber infolge der Kondensatflußrichtung, wie durch die Strichliste Form dargestellt, z. B. auch eine rhomboide Form haben können. Anstelle des Staubeis sammelt sich im unteren Teil des Elektrofilters das verschmutzte Kondensat an und wird gemäß der Ableitung (3) abgeführt. Durch diese Maßnahmen können beispielsweise im Elektrofilter die Abklopfeinrichtungen entfallen, wodurch sich eine bedeutende Konstruktionsvereinfachung des Filters ergibt PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur nassen Feinabscheidung von Schadstoffen, wie vorzugsweise Stäuben, Aerosolen und kondensierbaren bzw. in kondensierbaren Flüssigkeiten löslichen, gasförmigen Stoffen, aus grob entstaubten Abgasen, die, insbesondere durch Einsprühen von Wasser, gesättigt und anschließend auf Temperaturen unter dem Wassertaupunkt gekühlt werden, wobei die entstehenden Kondensattropfen an gekühlten Flächen durch Einwirken eines Kraftfeldes niedergeschlagen werden und der an gekühlten Niederschlagsflächen entstehende Kondensatfilm, insbesondere durch Einwirken der Schwerkraft, zur Sammlung geführt wird, wobei die abzuscheidenden Schadstoffe von den gekühlten Niederschlagsflächen abgewaschen und abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kühlung der gesättigten Abgase die Kondensattropfen vor ihrem Auftreffen auf die Niederschlagsflächen zur Erleichterung der Abscheidung als Kondensatkeime vergrößert werden sowie die entstehenden großen Kondensattropfen durch ein Kraftfeld, insbesondere Schwerkraftfeld oder Fliehkraftfeld, an die Niederschlagsflächen heran-geführt und in einem nachgeschalteten elektrostatischen Abscheider mit den eingebundenen Schadstoffen abgeschieden werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagsflächen durch Gegenstromführung des Kondensates zum Abgasstrom ständig feucht gehalten werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Wiederverwendung des von den Nieder-scMagsflächen abrinnenden Kondensats, nach Abtrennung der Schweb- und Feststoffe, als Sprühflüssigkeit zur Sättigung des Abgases die Konzentration der gelösten Schadstoffe und gleichzeitig die Anzahl der Kondensationskeime im Abgas erhöht werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Sättigung des Abgases dessen Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere im Bereich des Abscheiders, auf ca. 1 m/s herabgesetzt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Abscheiders der Strömungskanal in Strömungsrichtung, in insbesondere um 30 bis 45° ansteigende, horizontale Gassen im Abstand von 25 bis 250 mm unterteilt ist und die Kondensattropfen durch die Schwerkraft an die Niederschlagsflächen hetangebracht werden.
6. 6. Abscheider zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Sättiger (1) gekühlte Niederschlagsflächen (2) eines elektrostatischen Abscheiders vargese-hen sind, die im Gasstrom anströmend oder zumindest denselben berührend angeordnet sind, wobei der entstehende Kondensatfilm durch Ableitungen (3) aus dem Bereich des Gasstromes und von den Niederschlagsflächen (2) abgeleitet ist.
7. 7. Abscheider nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagsflächen (2) teilweise als Prallflächen (10), die vor dem elektrostatischen Abscheider angeordnet sind, ausgebildet sind (Fig. 3,4).
8. 8. Abscheider nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagsflächen (2) teilweise als Mantelflächen (11) eines Zyklons, insbesondere eines Multizyklons, ausgebildet sind, wobei der verwirbelte Gasstrom entgegen der Schwerkraft geführt ist (Fig. 5 und 7).
9. 9. Abscheider nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagselektioden (4) als von unten nach oben durchströmte Röhren-Elektrofilter ausgebildet sind (Fig. 6 und 8). -4- AT 393 631 B
10. 10. Abscheider nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt des gesättigten Abgases in den Zyklon oder in die rohrförmige Niederschlagselektrode (4) als Drallerzeuger (5) ausgebildet ist (Fig. 8).
11. 11. Abscheider nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagselektroden (2) an da1 Man-5 telinnenseite achsparallel Kondensatsammelrillen (6) aufweisen (Fig. 8).
12. 12. Abscheider nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die längs der Achse der Niederschlags-elektroden angeordneten Sprühelektroden (7) im Eintrittsbereich des zu reinigenden Abgases mit einer Isolier-schichte (8) versehen sind (Fig. 6 bis 8). 10
13. 13. Abscheider nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Eintrittsbereich des zu reinigenden Abgases in das Elektrofilter ein Kühler (9) vorgesehen ist (Fig. 6,9).
14. 14. Abscheider nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlten Niederschlagsflächen (2) im 15 Gasstrom schräg ansteigend, gassenbildend, angeordnet sind und daß zur Unterstützung des Schwakraftfeldes im Abscheider ein elektrostatisches Feld vorgesehen ist (Fig. 1,2).
15. 15. Abscheider nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlten Niedaschlagsflächen (2) wellenförmig ausgebildet sind und ähnlich einem Lamellenabscheider ausgebildet sind (Fig. 2). 20
16. 16. Abscheider nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Abgasaustrittes an den Niederschlagsflächen (2) Tröpfchenfänger (15) vorgesehen sind. 25 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -5-