DD283946A5 - Vorrichtung zur vornahme von gas-feststoff-reaktionen, insbesondere zur verringerung des so tief 2-gehaltes von rohgasen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vornahme von Gas-Feststoff-Reaktionen, insbesondere zur Verringerung des SO ind 2-Gehaltes von Rohgasen, wobei die Vorrichtung einen das Rohgas nach oben führenden aufsteigenden Abschnitt, eine Umkehrkammer und einen das Gas abwärts führenden absteigenden Abschnitt aufweist. Für die Vorrichtung ist kennzeichnend, dass am Ende des absteigenden Abschnittes ein in Richtung des aufsteigenden Abschnitts lenkendes und sich an diesen anschließendes Abschlusselement sowie zwischen dem aufsteigenden Abschnitt und dem absteigenden Abschnitt ein Abscheidungsraum und in Seitenrichtung ein oder mehrere Ableitungsrohre vorgesehen sind.{verbesserte Vorrichtung; Abgasreinigung; Verringerung von SO ind 2-Gehalt; aufsteigender Abschnitt; Absteigender Abschnitt; Abscheidungen; Abscheidungsraum; Ableitungsrohre}

Description

Vorrichtung zur Vornahme von Gao-Feststoff-Reaktionen, insbesondere zur Verringerung des SOp-Gehaltes von Rohgasen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vornahme von Gas-Feststoff-Reaktionen, insbesondere zur Verringerung des S0₂-Gehaltes von Rohgasen, bei der Verweilzeit und reagierende Oberfläche des reagi-... enden Staubes durch Zirkulieren des Staubes und des Gases im Inneren der Vorrichtung vergrößert werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In der Industrie kommt es häufig vor, daß zwischen Staub-Gas-Gemischen Wärme- und Materialtranspcrte oder chemische Umsetzungen vorgenommen werden müssen. Ein Beispiel dafür ist die Entfernung schädlicher Gaskomponenten, zum Beispiel des Schwefeldioxyds. Die Verringerung der SOp-Emission ist eine aktuelle und perspektivisch noch an Wichtigkeit gewinnende industrielle Tätigkeit.

In zahlreichen industriellen Technologien, unter anderem zur Verminderung der SOp-Emission in den Rauchgasen von herkömmlichen Feuerungseinrichtungen, in erster Linie Dampfkesseln, werden trockene, halbtrockene und nasse Verfahren angewendet. In der Reihenfolge, wie sie hier aufgezählt wurden, steigen auch die Kosten, der Wirkungsgrad und die Kompliziertheit dieser Verfahren.

Bei der zuerst erwähnten trockenen Entschwefelung wird im

Rauchgas box 800-900 ⁰C Kalkstein kalziniert und Schwefeldioxyd gebunden. Im weiteren liegen die Temperaturen in der Nähe des Wassertaupunktes oder sind mit diesem identisch (45-80 ⁰C).

Die Zugabe trockener Zusätze in den Feuerraum ist heute als veraltet zu betrachten. Der Entschwefelungsgrad ist gering, und beträchtliche Mengen an Kalk werden nicht genutzt (s. M. Y. Chughtai, S. Michelfelder; Schadstoffeinbindung durch Additiveinblasung um die Flamme; BWK Nr. 3 /1983/, S. 75-83).

In den halbtrockenen Verfahren werden kostenaufwendigere Zusätze (z. B. Alkalien) in Form wäßriger Suspensionen oder Lösungen verwendet. Die Verfahren sind einfach und praktisch, die Investitionskosten sind jedoch bereits bedeutend (vgl. zum Beispiel Hammer: A/S NIRO Atomizer Desuphurisation of Flue Gases from Coalburning Spray Absorption; Coal Technology Europe /Copenhagen/ Vol. 3, S. 297-311).

Noch aufwendiger sind die nassen Verfahren, bei denen im allgemeinen das Schwefeldioxyd mit einer wäßrigen Suspension von Kalksteinpulver gebunden und das Material nach der Entwässerung deponiert wird. Bei manchen Varianten entsteht Gips von handelsüblicher Qualität, der zum Teil oder ganz verwertet werden kann. Bei diesen Verfahren ist problematisch, daß auch Abwasser anfallen und die wichtige Aufgabe der Luftreinhaltung fallweise nur auf Kosten des Umwelt- und Wasserschutzes gelöst wird. Dieser letzte Aspekt erfordert den Einsatz weiterer kostspieliger Vorrichtungen (vgl. zum Beispiel E. Deuster, H. Schaffauer: Betriebserfahrungen mit REA aus drei Kraftwerksblöcken /Brennstoff, Wärme, Kraft

"³" 283

Bd. 38 /1986/ Nr. 5, 217-223).

In letzter Zeit wurde ein Vorfahren entwickelt, das als trocken-halbtrockenes Fluid-Absorptionsverfahren bezeichnet wird. Sein Grundprinzip ist dem des halbtrockenen Verfahrens ähnlich, jedoch werden die Effektivität und die Ausnutzung des Zusatzstoffes durch eine Staubzirkulation verbessert, zu deren Verwirklichung außerhalb des Absorbers ein Staubabscheider vorgesehen ist (vgl. C. Schmole, R. Dietl: Betriebserfahrungen mit einer trockenen/halbtrockenen Rauchgasentschwefelung nach dem Lurgi-Wirbelschichtabsorptionsverfahren im Kraftwerk Schwandorf der Bayerwerk AG; Brennstoff, Wärme, Kraft Nr. 6 /1986/, Anwenderreport Rauchgasentschwefelung, S. 76-79).

Es gibt auch Verfahren, die einfacher und billiger sind als das halbtrockene. Bei diesen Verfahren wird Kalksteinpulver in die etwa 800 ⁰C warme Zone des Feuerraumes eingebracht, wo es kalziniert wird und dabei einigen Schwefel bindet. Hinter dem Kessel wird durch Einsprühen von Wasser auf etwa 70 ⁰C gekühlt. Als Absorber dient ein U-förmiger Kanal, d. h. es wird nicht mit Rezirkulation gearbeitet. Der erzielbare Entschwefelungsgrad ist auch geringer als bei Zirkulationssystemen (vgl. T. Kenakkola, M. Snokas, I. Hantanen The Tampella LIFAD SO₂ Removal Process; Publikation 8F der RGW-finnischen Fachkonferenz für Umweltschutz).

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Vorrichtung für die Ausführung von Gas-Feststoff-Reaktionen, insbesondere zur Verringerung des SOp-Gehaltes von Rohgasen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der die Effektivität von Reaktionen zwischen Gasen und festen Phasen erhöht, insbesondere eine der halbtrockenen Entschwefelung ähnliche, keine nassen Nebenprodukte erzeugende SOp-Abscheidung vorgenommen werden kann, und bei der im Gegensatz zum Stand der Technik Reaktor und Staubabscheider nicht getrennt sind, sondern alle Funktionen in einer einzigen Vorrichtung vereinigt sind, deren aerodynamische Gestaltung eine innere Staubund Gaszirkulation und damit einen relativen Anstieg der Staubkonzentration und -oberfläche im Reaktor ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Ausführung von Gas-Feststoff-Reaktionen, insbesondere zur Verringerung des S0₂-Gehaltes von Rohgasen, sowie zur Vornahme von Wärme- und Stoff transport zwischen Gasen und feindispersen Feststoffen unter Zirkulation der festen Phase, welche Vorrichtung einen das Rohgas nach oben führenden aufsteigenden Abschnitt, eine Umkehrkammer und einen das Gas abwärts führenden absteigenden Abschnitt sowie an der Eintrittsseite gegebenenfalls eine Pulver'- oder Suspensiondosiereinrichtung und/oder eine Kühlvorrichtung aufweist, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß am Ende des absteigenden Abschnittes ein in Richtung des aufsteigenden Abschnittes lenkendes und sich an diesen anschließendes Abschlußelement sowie zwischen dem aufsteigenden Abschnitt und dem absteigenden Abschnitt ein Abscheidungsraum und in Seitenrichtung ein oder mehrere Ableitungsrohre vorgesehen sind.

Erfindungsgemäß schließt die Wand des unteren Abschlußelementes mit der Senkrechten einen Winkel kleiner als 45° ein.

Das seitliche Ableitungsrohr ragt in den Abscheidungsraum hinein.

Im Abscheidungsraum sind um das Ableitungsrohr herum ein die äußere, exzentrische Führung der Strömung gewährleistender Abschlußmantel und ferner eine Leitwand vorgesehen und zwischen dem unteren Teil der Leitwand und dem Abschlußelement ist eine öffnung vorhanden. Das seitliche Ableitungsrohr ist in beiden Richtungen symmetrisch angeordnet.

In der Umkehrkammer ist ein den Staub aufwirbelndes Leitelement vorgesehen

Das Abschlußelement verfügt über eine Staubableitungsöffnung,

Erfindungsgemäß wird somit eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, in der der Rohgasstrom zuerst senkrecht nach oben strömt, nach Passieren eines Umkehrabschnittes nach unten und schließlich zyklonartig strömt und durch die zyklonartige Strömung ein großer Anteil des im Gas befindlichen Staubes in die nach oben gerichtete Gasströmung zurückkehrt.

Das aus der Zyklonströmung in Querrichtung herausgeführte Gas transportiert einen weiteren Teil des Staubes, der vor allem bereits umgesetzten Feststoff entha.lt. In der senkrecht nach oben geführten Gasströmung kann vorzugsweise auch eine sog. Zirkulationsfluidisation erzeugt werden, die, wie bekannt ist, die Effektivität der Gas-Feststoff-Reaktionen erhöht. Dazu wird ein Gasverteiler oder - als staubzurückhaltender Abschnitt - der Trichter der ebenfalls bekannten

"Triehterfluidisat ion" verwendet.

Die wichtigsten Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind folgende:

Gas-Feststoff-Reaktionen, insbesondere die Verringerung des SOp-Gehaltes von Rohgasen, können wesentlich wirtschaftlicher und effektiver vorgenommen werden, als dies bei bekannten Vorrichtungen der Fall ist, weil eine einzige Vorrichtung verwendet wird, deren aerodynamische Eigenschaften eine bedeutende Verbesserung der inneren Staub- und Gaszirkulation ermöglichen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel näher erläutert

In der beiliegenden Zeichnung zeigen:

Fig. 1: schematisch den Längsschnitt durch die criindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 2: den Querschnitt durch die in Fig. 1 abgebildete Vorrichtung;

Fig. 3: den Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 4: den Querschnitt der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung ;

Fig. 5: schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ;

Fig. 6: den Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 5.

Bei der in Fig. 1 im Längsschnitt, in Fig. 2 im Querschnitt dargestellten Ausführungsform schließt sich an das Rohrknie 1 der Trichter 2, an diesen der senkrecht aufsteigende Abschnitt 3 an, der sich in der Umkehrkammer 4 fortsetzt, von der aus der absteigende Abschnitt 5 weiterführt. Zwischen dem Abschlußelement 6, der Leitwand 11 und dem Abschlußmantel 8a ist der Abscheidungsraum 8 vorgesehen, an den sich auf einer Seite, bezogen auf den absteigenden Abschnitt 5 exzentrisch, das Ableitungsrohr 7 anschließt.

Bei der in Fig. 3 im Längsschnitt, in Fig. 4 im Querschnitt dargestellten Ausführungsform sind die in Zusammenhang mit Fig. 1 bereits erläuterten Elemente ebenfalls zu finden, jedoch ist die Leitwand 12 vereinfacht, die Abschnitte 3 und 5 sind in einem Gehäuse vereinigt, und ergänzend ist ein Leitelement IO vorgesehen, das den nach außen driftenden Staub zurückhält und dadurch in dem absteigenden Abschnitt 5 den Stoff transport verbessert; die Ableitungsrohre 7 sind an beiden Seiten symmetrisch angeordnet.

Die in Fig. 5 im Längsschnitt, in Fig. 6 im Querschnitt gezeigte Ausführungsform hat zwischen den Abschnitten 3 und 5 nicht einen, sondern drei Abscheidungs-räume 8 und Ableitungsrohre 7; dadurch können Strömungswiderstand und Raumbedarf verringert werden. Das in Fig. 5 gezeigte Staubableitungsrohr 12 hat die Aufgabe, 20-40 Masse-% der festen Phase abzuführen und dadurch eine Regulierung der Korngrößeverteilung zu ermöglichen.

Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsform kann zum Beispiel zur Verringerung des SOp-Gehaltes der Rauchgase einer Kesselvorrichtung verwendet werden, üabei wird in das vor

dem Rohrknie 1 durch Einspritzen von Wasser auf 70-80 ⁰C abgekühlte Rauchgas Kalkhydratpulver eingeblasen. Das Rauchgas strömt dann durch das Rohrknie 1 und den Trichter 2 nach oben, während das Kalkhydratpulver einen bedeutenden Teil des S0₂~Gehaltes des Rauchgases absorbier.. Die Bedingungen dabei sind den Bedingungen der Zirkulationsfluidisation ähnlich. Die Absorption wird in den Abschnitten 4 und 5 unter den Bedingungen eines Transportreaktors fortgesetzt, dann bildet sich in dem bezogen auf den absteigenden Abschnitt 5 exzentrisch angeordneten Abscheidungsraum 8 eine Zyklonströmung innerhalb des Abschlußmantels 8a heraus. Der größte Teil des Staubes wird ausgedriftet, fällt auf das Abschlußelement 6 und gelangt durch die öffnung 9 wieder in den aufsteigenden Abschnitt 3, wodurch dort die Konzentration an reaktionsfähigem Staub, die zur Verfügung stehende Oberfläche vergrößert werden und das 5-lOfache des ursprünglichen Wertes (nach dem Zusatz) erreichen können. Das größtenteils umgesetzte Staubteilchen enthaltende gereinigte Gas nähert sich auf einer spiralförmigen Bahn dem Ableitungsrohr 7 und verläßt durch dieses Rohr die Vorrichtung. Durch einen in der Abbildung nicht dargestellten Staubabscheider tritt das Gas in den Kamin ein. Im Staubabscheider scheidet sich Calciumsulfat und Calciumsulfit ab; der Staub des Staubabscheiders wird entweder einer Deponie oder einer Verwertung zugeführt.

Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsforrn kann zum Beispiel zum Trocknen von Kohlestaub verwendet werden. In heißes (etwa 700 C) Rauchgas wird unmittelbar vor der Vorrichtung der rohe Konlestaub dosiert. Gas und Kohlestaub strömen durch das Rohrknie 1 und den Trichter 2 sowie die Abschnitte 3, 4 und 5, wobei der Kohlestaub trocknet und

das Gas sich auf z, F. 100 ⁰C abkühlt. Das Gas tritt durch

Ableitungsrohr 7 hindurch aus. Die gröberen Teilchen, deren Trocknung längere Zeit in Anspruch nimmt, gelangen durch den Spalt 9 zurück in den ansteigenden Abschnitt 3 und werden, bevor sie die Vorrichtung verlassen, mehrmals rezirkuliert und dabei auch etwas zerkleinert.

Die in den Fig. 5 und 6 gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung dient ebenfalls der Entschwefelung von Kesselrauch· gase und zwar in Fällen, in denen die Asche der verbrannten Kohle CaO und MgO in bedeutenden Mengen enthält. Da die Flugasche mit dem Rauchgas zusammen in die Vorrichtung strömt, braucht kein Kalkhydrat zugesetzt zu werden. Das Gas wird vor der Vorrichtung durch Einsprühen von Wasser auf 70-90 ⁰C gekühlt, das Abbinden des SO« erfolgt auf die gleiche Weise wie in Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben .

Claims (7)

1. Patentansprüche

   1. Vorrichtung zur Vornahme von Gas-Feststoff-Reaktionen, insbesondere zur Verringerung des SOp-Gehaltes von Rohgasen, sowie zur Vornahme von Wärme- und Stoff transport zwischen Gasen und feindispersen Feststoffen unter Zirkulation der feoten Phase, welche Vorrichtung einen das Rohgas nach oben führenden aufsteigenden Abschnitt, eine Umkehrkammer und einen das Gas abwärts führenden absteigenden Abschnitt sowie an der Eintrittsseite gegebenenfalls eine Pulver- oder Suspensionsdosiereinrichtung und/odor eins Kühlvorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des absteigenden Abschnittes (^K) ein in Richtung des aufsteigenden Abschnittes (3) lenkendes und sich an diesen anschließendes Abschlußelemerit (6) sowie zwischen dem aufsteigenden Abschnitt (3) und dem absteigenden Abschnitt (5) ein Abscheidungsraum (8) und in Seitenrichtung ein oder mehrere Ableitungsrohre (7) vorgesehen sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des unteren AbschluSelementes (6) mit der Senkrechten einen Winkel kleiner als 45° einschließt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das seitliche Ableitungsrohr (7) in den Abscheidungsraum (8) hineinragt.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Abscheidungsraum (0) um das Ableitungsrohr (7) herum ein die äußere, exzentrische Führung der Strömung gewährleistender Abschlußmantel (8a)

   -Λλ-

   und ferner eine Leitwand (11) vorgesehen sind und zwischen dem unteren Teil der Leitwand (11) und dem Abschlußeloment (6) eine öffnung (9) vorhanden ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das seitliche Ableitungsrohr (7) symmetrisch in beiden Richtungen angeordnet ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umkehrkammer (4) ein den Staub auflockerndes Leitelement (10) vorgesehen ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschlußelement (6).über eine Staubableiturgsöffnung (12) verfügt.

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