AT395682B - Vorrichtung zur feststoffseitigen kopplung von wanderbettadsorptionsvorrichtungen - Google Patents

Description

AT 395 682 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kopplung von Wanderbettadsorptionsapparaten für die Reinigung von Gasen, insbesondere zur Entschwefelung und Entstickung von Rauchgasen aus Feuerungsanlagen durch mehrmaliges Durchleiten des zu reinigenden Gasstromes durch körnige, kohlenstoffhaltige Materialien, wobei mindestens zwei Wanderbetten bezüglich des Gasweges und bezüglich des Feststoffweges so hintereinander geschaltet werden, daß, durch Schwerkraft bewegt, das aus dem in Gasstromrichtung gesehen zweiten Wanderbett unten austretende, körnige, kohlenstoffhaltige Material oben in das erste Wanderbett einfließt, wo hingegen das zu reinigende Gas, quasi im Gegenstrom, zuerst durch das erste, dann durch das zweite Wanderbett durchströmt.

Nach den Verfahren entsprechend dem Stand der Technik wird das aus dem ersten Wanderbett unten austretende, beladene, kohlenstoffhaltige, körnige Material in einer separaten Einrichtung regeneriert und gegebenenfalls zusammen mit frischem kohlenstoffhaltigen, körnigen Material am oberen Einlaß des zweiten Wanderbettes wieder eingefüllt.

Nach einem, in der Anmeldung P 36 04 204.8 beschriebenen Verfahren und ein»' entsprechenden Vorrichtung, aber auch nach der Veröffentlichung DE 2721588 und DE2540141, weiterhin nach DE-OS 3101053, bei denen ein Wanderbett in mindestens zwei Zonen unterteilt ist, die mit wechselnden Richtungen vom Gasstrom durchströmt werden, treten Kurzschlußströmungen des Gases innerhalb des Wanderbettes auf. In diesen Anordnungen lassen sich Linien gleichen Druckwiderstandes so einzeichnen, daß an bestimmten Stell»! eine Querdurchströmung des Wanderbettesnichtmehr stattfindet, soidemKurzschlußströmungauftritt.Entsprechendbekannten Gesetzmäßigkeiten der Strömungslehre sind den verschiedenen Druckwiderständen entsprechend unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten zugeordnet.

Das kohlenstoffhaltige, körnige Material der Wanderbetten ist für die Reinigung von Gasen nur dann zu gebrauch»!, wenn es eine hohe Aktivität besitzt. Diese Aktivität beruht auf einer großen inneren Oberfläche, an der Adsorption, Reaktion und Katalyse mit entsprichenden Umsätzen verlaufen. Enthalten die zu reinigenden Gase Sauerstoff, wie beispielsweise Rauchgase, findet immer auch eine exotherme Oxidation des kohlenstoffhaltigen Materials statt. Da die Umsatzgeschwindigkeit dies» Reaktion auch bei sehr kleinen Gasgeschwindigkeiten nicht dazu führt, daß im Betriebsfall d» in diesen Gasen vorhandene Sauerstoff verbraucht wird, wird beobachtet, daß die dadurch bedingte WärmeentwicklungjeZeiteinheitnurnoch von derTemperatur abhängig ist Ingleicherweise wie dieReaktion zwischen Kohlenstoffund Sauerstoff,sind die Adsoiptionsvorgängeauf dem körnigen,kohlenstoffhaltigen Material exotherm. Wird Schwefeldioxid adsorbiert, entsteht durch ebenfalls exotherme Oxidation auf dem körnigen, kohlenstoffhaltigen Material Schwefeltrioxid. Dieses wird durch adsorbiertes Wasser ebenfalls exotherm hydratisiert und zusätzlich in einer exothermen Verdünnungsreaktion auf60-80 % verdünnt Auf diese Weise läßt sich in einem Wanderbett, bei konstantem Schadstoffmengenstrom, eine temperaturabhängige Wärmeentwicklung, wieinFig. 1 als Linie (Q) dargestellt, feststellen. Würde die entstehendeWärme nichtabgeführtwerd»i, würde sich die Temperatur des körnigen, kohlenstoffhaltigen Materials laufend erhöhen und nach Erreichen d» Zündgrenze zum Abbrand des Wand»bettes führen.

Da jedoch das Rauchgas, welches qu» durch die Wanderbetten strömt, als Wärmeträgermedium wirkt, kann sich ein dynamisches Gleichgewicht zwischen dem entstehenden Wärmestrom und dem durch das abströmende Rauchgas weggeführten Wärmekapazitätsstrom einstellen. In d» Fig. 1 sind die drei Wärmekapazitätsstiüme des Rauchgases, (Wl), (W2) und (W3) eingezeichnet, die definierten Volumenströmen, d. h. Strömungsgeschwindigkeiten, entsprechen.

IstderkapazitiveWärmestrom (W) ((1), (2), oder (3)) klein» als der Wärmequellstrom (Q), steigt die Temperatur des Wandeibettes langsam an. Wird nun bei steigender Temperatur d» Wärmekapazitätsstrom des abströmenden Gases größer ((Wl), (W2)) als d» Wärmequellstrom (Q), kühlt sich das Wanderbett selbsttätig wieder ab. Diese Dynamik führt zu den stabilen Gleichgewichtspunkten (Gl). Bei den Gasgeschwindigkeiten (Wl) und (W2) wirkt das System links von Schnittpunkt (G2) selbst stabilisierend. In den Strecken, wo die Wärmekapazitätsströme des äbströmenden Gases (Linie (W2) rechts vom Gleichgewichtspunkt (G2) und links vom Gleichgewichtspunkt (Gl) sowie die Wärmekapazitätslinie (W3), mit Ausnahme eines tangentialen Punktes, im gesamten V»lauf) unterhalb d» Q-Linie liegen, heizt sich das Wanderbett stetig bis zur Zündgrenze auf. In diesem Bereich ist das Wanderbett thermisch instabil; ohne Eingriff von außen kommt es zwangsläufig zum Abbrenn»!. Die Wärmekapazitätslinie (W3) stellt ein»! Gienzfall dar. Sie repräsentiert die minimal mögliche Strömungsgeschwindigkeit für das betreffende Gas, die gerade noch bei einer definierten Temperatur ohne irreversible Auf heizung gefahren werden kann. Diese Geschwindigkeit darf aus Gründen der Betriebssicherheit an keiner Stelle im wandernden Bett aus körnigem, kohlenstoffhaltigen Material unterschritten werden.

Aus dies»! Ausführungen wird sofort deutlich, daß die in DE 2721588, DE 2540141 und DE-OS 3101053 vorgeschlagenen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik mit sauerstoffhaltigen Gasen nicht betriebssich» gefahren werden können, da durch nichts verhindert werden kann, daß in einzeln»! Bereichen der Wand»schicht die Strömungsgeschwindigkeit unter eine für die irreversible Aufheizung kennzeichnende Größe absinkt

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch für sauerstoffhaltige Gase, insbesondere für -2-

AT 395 682 B

Rauchgase eine betriebssichere Fahrweise zu ermöglichen, wenn zwischen zwei Wanderbetten das feste, kohlenstoffhaltige, körnige Material in offener Verbindung steht, oder ein einziges Wanderbett in verschiedenen Höhenzonen mehrfach mit wechselnder Richtung durchströmt wird.

Diese Aufgabe ist durch die der Erfindung zugrunde liegende Idee mit den der Erfindung zugrunde liegenden S Vorrichtungen besonders gut gelöst worden: • Das Auftret»! von Bettüberhitzungen wird durch entsprechende Auslegung von Druckwiderstandsstrecken, wie sie in den Abbildungen 2 bis 6 dargestellt sind, vermieden. - Besonders vorteilhaft wirkt die erfindungsgemäße Vorrichtung auch dadurch, daß die Verweilzeiten des 10 kohlenstoffhaltigen, körnigen Materials zwischen den querdurchströmten Zonen minimiert wird. Dadurch werden sich trotz allem gegebenenfalls auf heizende Bereiche zwischen den querdurchsströmten Zonen schnell in Bereiche übergeführt, die durch das durchströmende Gas gekühlt werden. - Die Betriebssicherheit ist bei der Reinigung von sauerstoffhaltigen Gasen, insbesondere bei Rauchgasen, erhöht 15

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf verschiedene Weise ausgestaltet sein. Wesentlich ist jedoch, daß sie eine Querschnittsverengung des Wanderweges des kohlenstoffhaltigen, körnigen Materials darstellt und daß die Länge dieser Einschnürung durch die Druckverhältnisse in den jeweils verbundenen Wandeibetten im Hinblick auf eine definierte Gasdurchströmung bestimmt wird. Ebenso ist kennzeichnend, daß der Querschnitt mindestens so groß 20 ist, daß ein einwandfreies Passieren des körnigen, kohlenstoffhaltigen Materials möglich ist, höchstens jedoch so groß gewählt wird, daß im Falle unerwarteter Temperaturerhöhung die Verweilzeit hinreichend klein ist, um vor Erreichen der Temperatur entsprechend Punkt (G2) in Fig. 1 im unteren Wanderbett die Temperatur zu stabilisieren. In den Abbildungen Fig. 2 bis Fig. 6 sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt:

Im einzelnen setzt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung, gern. Fig. 2, aus einem Sammeltrichter (1), einer 25 definierten Druckwiderstandsstrecke (2) und einem Verteilertrichter (3) zusammen. Im Betriebsfall ist die Vorrich tung mit kohlenstoffhaltigem, körnigem Material (4) gefüllt Die Abmaße (d) und (h) werden rechnerisch festgelegt und zwar entsprechend dem Verhältnis der Drucke (PI) und (P2) sowie einer gewünschten mittler»! Verweilzeit Der Winkel des Verteilertrichters (3) wird im Vergleich zum Schüttwinkel des kohlenstoffhaltigen, körnigen Materials so gewählt daß im Betriebsfall keine Hohbäume entstehen. 30 In der Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft dargestellt in der ein weiteres Merkmal der »findungsgemäßen Vorrichtung aufgezeichnet ist Die wesentlichen Bestandteile der Vorrichtung, nämlich Sammeltrichter (5), definierte Druckwiderstandsstrecke (6) und Verteilertrichter (7), sind wieder vorhanden. Im Sammeltrichter (5) sind Absaugleitungen (8) angebracht die über eine Ringleitung (9) und eine Absaugleitung (10) das Entfernen von staubförmigem Abrieb oder Bruch des körnigen, kohlenstoffhaltigen Materials (11) ermöglichen. 35 Dies zeigt sich als vorteilhaft da Feinanteile des kohlenstoffhaltigen, körnigen Materials, die durch Bruch oder

Abrieb entstehen und durch die Gasströmung von unten nach oben mitgerissen werden, sich in der Querschnittserweiterung ansammeln und den Druckwiderstand unerwünscht heraufsetzen können. Die vorausberechnete Strömungsgeschwindigkeit könnte in Folge dessen ohne Absaugung nicht eingehalten werden.

Diese Absaugung ist selbstverständlich auch für die nachfolgenden Beispiele der erfindungsgemäßen Vorrich-40 tung, die in Fig. 4 bis 6 beschrieben sind, ersetzbar. Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, entsprechend den Fig. 2,3 und 6, ist insbesondere gedacht für Ausführungen von Gasreinigungsanlagen, wie sie in der Anmeldung P 36 04 204.8 angegeben wurde.

Entsprechend der Fig. 4 läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch so ausführen, daß ein Schenkel des Verteilertrichters (15) durch die sich natürlich ergebende Oberfläche des Schüttkegels des körnigen,kohlenstoffhaltigen 45 Materials (12) gebildet wird. In diesem Fall besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem Sammeltrichter (13), ein» definierten Druckwiderstandsstrecke (14), die im Betriebsfall mit körnigem, kohlenstoffhaltigem Material (12) gefülltist,undeinem teilweiseoffenenVerteilertrichter(16), (15). Für denFall, daß eineGasreinigungs-vorrichtung in der Art vorliegt, wie sie durch DE 27 21 588 oder 25 40 141 veröffentlicht ist, kann die Höhe der definierten Druckwiderstandsstrecke (14) deutlich kürzer sein, als in den Fällen Fig. 2 und Fig. 3, da der gasseitige 50 Druckwiderstand zwischen erstem und zweitem Bettdurchtritt gering ist Für die gleiche Art der Gasreinigungsvorrichtungen wie in Fig. 4 läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch entsprechend Fig. 5 ausführen. Die Einschnürung des Wanderbettes wird asymmetrisch durch eine schräge Verengung (19) zu einer definierten, verengten Widerstandsstrecke (20) eingezogen und mit einem Verteilerblech (21) wieder auf die Bettbreite ausgedehnt Die der Einschnürung gegenüberliegende Seite besteht aus einer 55 gasdurchlässigen Wandung (18), die entweder in Form von Jalousieblechen, Nezwerken oder Lochblechen etc. ausgeführt sein kann, die das körnige kohlenstoffhaltige Material (22) stützt

Geringere Bauhöhe ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise gemäß Fig. 6. In den Sammel- -3-

Claims (9)

1. AT395682B bichter (23) und den Verteilertrichter (27) sind Sperrkörper (26) eingebaut, die bereits in den Trichtern den gewünschten verengten Querschnitt hersteilen, so daß die definierte Druckwiderstandsstrecke (24) in die Trichter (23), (24), fortgesetzt gedacht werden muß. Die Vorrichtung ist im Betriebsfall mit kohlenstoffhaltigem, körnigem Material (25) gefüllt Die Spenkörper (26) können selbstverständlich auch in den Vorrichtungsbeispielen gemäß 5 Kg. 2 bis 5 eingebaut sein. Mit dem folgenden Beispiel sei die erfindungsgemäße Vorrichtung kurz beschrieben. Der gasseitige Druckwiderstand zwischen einem ersten und einem zweiten Wanderbett aus körnigem, kohlenstoffhaltigem Material, welche zur Reinigung von Rauchgasen eingesetzt sind, beträgt bei einer Last von 100 % id. 2,5 mbar. Wird die Ranchgaskapazität auf 30 % des Normallastfalles heruntergefahren, ist der gasseitige Druckwiderstand zwischen 10 beiden Wanderbetten nL 0,03 mbar. Der Auslauf des zweiten Wanderbettes, das senkrecht über dem ersten Wanderbett angeordnet ist, mündet in eine erfindungsgemäße Vorrichtung, z. B. gemäß Fig. 2. Sie enthält als Druckwiderstandsstrecke eine Rohrleitung mit einem Querschnitt von rd. 0,12 nr. Die Länge dieses Druckwiderstandsrohres, das im Betriebsfall mit kohlenstoffhaltigem, körnigem Material aufgefüllt ist, wird auf2.000mm bemessen. Dies gewährleistet eine Anfenthaltszeit des kohlenstoffhaltigen, körnigen Materials von ca. 20 Minuten, 15 d. h. eine ca. 17 mal höhere Wandergeschwindigkeit als im Wanderbett. Bei Normallast (100 %) stellt sich eine Gasgeschwindigkeit von ca. 0,4 m/s in diesem Druckwiderstandsrohr ein. Im 30 %-Lastfall beträgt die Geschwin-. digkeit noch ca. 0,1 m/s. Diese Geschwindigkeiten liegen einerseits hinreichend weit unterhalb der kritischen Gasgeschwindigkeit, die zu einem Feststoffstau führen würde, andererseits hinreichend oberhalb der kritischen Geschwindigkeit, die zur stetigen Aufheizung des kohlenstoffhaltig»!, körnigen Materials führen kann. Die 20 Staubabsaugung fördert staubbeladenes Rauchgas in diskontinuierlicher Arbeitsweise. 25 PATENTANSPRÜCHE 1- Vorrichtung zur feststoffseitigen Verbindung von im Kreuzstrom mit Gas durchströmten Wanderbetten aus körnigen, kohlenstoffhaltigen Materialien, wobei zwei Wanderbetten übereinander angeordnet sind und das Gas zunächst ein Wanderbett quer durchströmt, nach dem Austritt zum zweiten Wanderbett geleitet wird und dieses ebenfalls quer durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen beide Wanderbetten eine Strecke verengten Querschnitts eingebaut ist, wobei der Querschnitt rechnerisch aus den Gasdrucken im ersten und zweiten Wanderbett 35 und nach der Verweilzeit des kohlenstoffhaltigen, körnigen Materials in der Einschnürung festgelegt wird.
2. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptbestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Sammeltrichter (1,5,13,19,23), eine definierte Druckwiderstandsstrecke (2,6,14,24) und ein Verteiltrichter (3,7,16,21,27) sind. 40
3. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiltrichter (16) nicht allseitig gasdicht abgeschlossen ist und mindestens eine Seite (15) durch die Oberfläche des Schüttkegels des körnigen, kohlenstoffhaltigen Materials (12) gebildet wird, durch die das Gas durchströmt
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einschnürung (19), Druckwiderstands strecke (20) und Verteiltrichter (21) asymmetrisch Verengung und Wiedererweiterung herbeiführen, wobei mindestens eine Seitenwand über die gesamte Höhe gasdurchlässig ausgeführt ist
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gasdurchlässige Seite der Vorrichtung (17,18) 50 aus Siebgewebe, Lochblechen, jalousieartig angeordneten Blechen oder Streckmetall besteht
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Sammeltrichter (1,5,13,19, 23) allein/und/oder im Verteiltrichter (3,7,16,27) Sperrkörper (26) eingebaut sind.
7. 7. Vorrichtung nach einem da Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Sammeltrichter (1,5,13,19, 23) durch nach außen führende Leitungen (8) ggf. über eine entsprechende Ringleitung (9) mittels einer Saugleitung (10) staubbeladenes Gas abgezogen wird. -4- AT 395 682 B
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeitdes Gases durch die Druckwiderstandsstrecke 0,07 bis 0,5 m/s beträgt
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Druck-widerstandsstrecke 1/10 bis 1/20 des Wanderbettquerschnittes beträgt Hiezu 4 Blatt Zeichnung«! -5-