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Verfahren zum Abscheiden von Schwefeloxyden und restlichem Feinstaubgehalt
aus Feuerungsabgasen Die Erlmdung betrifft ein Verfahren zum Ab-
scheiden
von Schwefeloxyden und von restlichem Feinstaubgehalt aus Feuerungsabgasen, die
bereits in Entstaubungsanlagen vorgereinigt wurden, wobei die vorgereinigten Feuerungsabgase
in Wärmetauschern abgekühlt und in ein- oder mehrstufigen Berieselungskammern mit
zerstäubtem Wasser behandelt und die kalten Abgase durch die vor dem Auswaschen
entzogene Wärine wieder aufgeheizt werden.
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Der Zweck der Erfindung ist, Schädigungen der Bevölkerung, der Vegetation
und von Gebäuden, die durch schwefeloxydhaltige Feuerungsgase in der Umgebung der
Kesselanlage entstehen, wirksam zu verhindern.
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Es sind Absorptionsanlagen bekannt, in denen die Feuerungabgase zum
Absorbieren von sauren Gasbestandteilen (z. B. SO.) in einem Wärmeaustauscher
gekühlt und dann einem Waschkühler zugeführt werden, in dem die Reinigung der Abgase
durch Berieselung mit Wasser erfolgt, dem geeignete Absorptions- oder Waschmittel
zugesetzt werden.
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Es ist auch bekannt, in solchen Absorptionsanlagen die Rauchgase bis
auf 401 C abzukühlen und durch Berührung der Schwefeldioxyd führenden Rauchgase
mit kalten Rohren eine Kondensation der in ihnen enthaltenden Wasserdämpfe und somit
die Bildung von wässeriger schwefeliger Säure zu erreichen.
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In diesen bekannten Absorptionsanlagen werden die Feuerungsabgase
weitgehend herabgekühlt, so daß sie beim Austritt aus dem Kamin keine genügende
Auftriebsenergie mehr besitzen und infolgedessen durch Ausbildung sauerstoffarmer,
am Boden stagnierender Gasschichten, besonders bei ungünstigen atmosphärischen Bedingungen,
die Bewohner benachbarter Gebiete gefährden.
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Ein wesentlicher Nachteil ist hierbei, daß die Ab-
sorption
des Schwefeldioxyds außerordentlich langsam vor sich geht und daß normalerweise
die bekannten Berieselungsanlagen nicht ausreichen, um das Schwefeldioxyd restlos
abzuscheiden.
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Es kann wohl im Arbeitsbereich der Absorptionseinrichtungen zwischen
den Temperaturen des Wasserdampftaupunktes (-401 Q und des Säuretaupunktes
(- 1500 Q ein wesentlicher Anteil von SO2 und SO, bei verhältnismäßig
tiefen Temperaturen ausgewaschen werden, wenn große Waschwasserinengen zur Anwendunor
kommen.
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Erfahrungsgemäß sind aber die bisher verwendeten Wassermengen nicht
ausreichend und die Waschtemperaturen nicht tief genug, um eine genügende Ausscheidung
der Schwefeldioxyde zu erreichen. Es ist demgegenüber nach dem Stand der Technik
(Chemiehütte, 2. Auflage, S. 243) seit Jahrzehnten bekannt, daß die Wasserlöslichkeit
von SO , durch Erniedrigung der Waschwassertemperaturen um ein Vielfaches
gesteigert werden kann. Trotzdem wurde diese Kenntnis bisher zur Verbesserung der
Ausscheidung von S02 in solchen Absorptionsanlagen nicht angewandt. Die vorliegende
Erfindung stellt sich hiernach zur Aufgabe, die Kühltemperaturen für die Feuerungsabgabe
derart einstellbar vorzusehen, daß eine ausreichende Absorption von Schwefeldioxyd
mit möglichst geringen Wassermengen erzielt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der Kenntnis gelöst, daß sich
die Wasserlöslichkeit von SO2 gemäß folgender Tabelle (Chemiehütte, siehe oben)
erhöht:
| t 0 C a 0/9 |
| 0 79,789 |
| 10 56,647 a = AunsenscherLöslichkeitsfak- |
| tor« (= das von 1 Volumen |
| 20 39,374 H20 bei der betreffenden |
| 30 27,161 Temperatur aufgenommene |
| Volumen Gas reduziert auf |
| 40 18,766 01 C und 760 imws) |
Zur weiteren Ausgestaltung des Verfahrens und zur Erhöhung der Säureabscheidung
finden noch folgende weitere Erkenntnisse Anwendung: Homogene Gemische zweier Flüssigkeiten,
wie H",0 und H"S041 sieden nicht wie reine Flüssigkeiten be*I konstanter, sondern
bei steigender Temperatur, weil der Dampf mehr des leichter flüchtigen Bestandteiles
enthält
und in der Flüssigkeit die schwerer flüchtigen Komponente sich anreichert. Beispielsweise
beginnt das Sieden bei einem Wasserdampftaupunkt von 401
C und endet bei
einem Säurepunkt von etwa
150' C. -
Während der Abkühlung der Rauchgase beginnt die Kondensation erst
ein wenig unterhalb des Säuretaupunktes. Anfänglich sind die Mederschlagsmengen
sehr gering und steigem sich in der Zeiteinheit zu einem Maximum hoher Säurekonzentration
A, das etwa 15 bis 401 C unterhalb des Säuretaupunktes liegt
und zu einem Maximum B niedriger Konzentration im Wasserdampftaupunkt.
Ab b. 1 zeigt die Niederschlagsmenge der wäßrigen Schwefelsäure in Abhängigkeit
von der Wandtemperatur.
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Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß die Kondensation der wäßrigen
Schwefelsäure bei fallender Temperatur erst beendet ist, wenn der Wasserdampftaupunkt
unterschritten wird.
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Hierbei kann die Säureausseheidung beschleunigt werden durch unterkühlte
Oberflächen, die im Gasstrom kurz vor der Erreichung des Säurepunktes angeordnet
sind, und durch erhöhten Wassergehalt der Gase.
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Ab b. 2 zeigt diese erhöhte H.S04-Kondensation durch unterkühlte
Oberflächen bei verschiedenem Wasserdampfgehalt der Rauchgase.
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Bei einem Verfahren zum Abscheiden von Schwefeloxyden und von restlichem
Feinstaubgehalt aus Feuerungsabgasen, die bereits in Entstaubungsanlagen vorgereinigt
wurden, wobei die vorgereinigten Feuerungsabgase in Wärmetauschern abgekühlt und
in ein -oder mehrstufigen Berieselungskammern mit zerstäubtem Wasser behandelt und
die kalten Abgase durch die vor dem Auswaschen entzogene Wärme wieder aufgeheizt
werden, sollen nun erfindungsgemäß die Abgase vor oder in den Wärmetauschern oder
vor dem Eintritt in die Berieselungskammern unter den Waserdampftaupunkt und innerhalb
der Berieselungskammerp und nachgeschalteten Kühleinrichtungen noch weiter unterkühlt
werden.
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Es kann die Abkühlung unter den Wasserdampftaupunkt bei regelbarer
Befeuchtung erfolgen. Die weitere Unterkühlung der Abgase kann in Beriese-lungskammern
und nachgeschalteten Kühleinrichtungen unter einstellbarer Kühltemperatur erfolgen.
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Auf solche Weise kann die Wasserlöslichkeit von SO., wenn notwendig,
gesteigert und zugleich die Tröpfchengröße des Kondensatnebels so weit erhöht werden,
daß diese Kondensattröpfehen in nachgeschalteten Filtem mit engen Gasdurchtrittsöffnungen,
Prallscheidern, Flichkraftabscheidern oder E-Filtern oder in Entfeuchtungseinrichaungen
mittels Ab-
sorptionsstoffen, wie Aktivkohle, Koks, Silikagel od.
ä., restlos ausgeschieden werden können.
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Nach erfolgter Kondensatausscheidung können die gereinigten Gase durch
den wärmeabgebenden Teil des Wärmeaustauschers geführt werden, in dem die den Rohgasen
entzogene Wärme aufgenommen worden ist, um ihre Temperatur und somit ihren Auftrieb
soweit wie möglich zu erhöhen. Gegebenenfalls kann die Erwärmung der gereinigten
Gase auch in einem zweiten Wärmeaustauscher erfolgen, dem die Wärme durch ein getrenntes
Medium im Kreislauf von der Kühlzone des ersten Wärmeaustauschers zugeführt wird,
um die, Aufnahme saurer Kondensattröpfchen aus dem ersten Wärmeaustauscher bei der
Erwärmung der gereinigten Gase zu vermeiden. Die- Vorteile der exfinderischen Lösung
liegen darin, daß durch die Einstellung der tiefsten Entfeuchtungstemperatur der
Wirkungsgrad der Ausscheidung der im Wasser löslichen SO2- und H.S04-Anteile einem
wirtschaftlichen Betriebsmittelaufwand angepaßt werden kann, um damit den Forderungen
der Reinhaltung der Luft in den notwendigen Grenzen Rechnung zu tragen.
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Die Temperaturerhöhung zur Steigerung der Auftriebsenergie der gereinigten
Rauchgase ist dann nicht mehr in so hohem Maß erforderlich, wenn der Wirkungsgrad
der Kondensatausseheidung bereits den gewünschten Anforderungen entspricht.
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In diesem Fall kann die den Rohgasen in Wärmeaustauschem entzogene
Wärme teilweise anderweitig, z. B. für Heizungszwecke, ausgenutzt werden.
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Eine mögliche Verwirklichungsform des erfmdungsgemäßen Verfahrens
ist in Ab b. 3 dargestellt. Die Rohgase werden in Pfeilrichtung
1 dem Eintrittskanal 2 eines regenerativen Wärmeaustauschers 3 zugeführt.
Dieser ist beispielsweise in einem zylindrischen Gehäuse 15 mit senkrechter
Achse 5 angeordnet, und die wasserabweisenden und korrosionsbeständigen Heizflächenelemente
sind in einem Rotor eingebaut, der sich um die senkrechte Achse 5
drehend
bewegt.
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Die schockartige Unterkühlung der Rohgase erfolgt in diesem Wärmeaustauscher3
durch entsprechende Vorkühlung der Heizflächenelemente, in einer besonderen Wasch-
und Kühlzone 13. Diese Waschzone 13 ist zur schematischen Darstellung
teilweise in die Schnitt-ebene der Reingas-Austrittsseite des Wärmeaustauschers
hineingedreht.
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Die Ausführungsform nach Ab b. 3 hat den Vorzug, daß ein wesentlicher
Teil des Reststaubgehaltes der Rauchgase in den Kühl- und Berieselungseinrichtungen
mit ausgewaschen werden kann. Die Einrichtuno, ist so gehalten, daß die Auwaschung
des. Staubes g
so vor sich geht, daß keine Betriebsunterbrechungen zur Beseitigung
von Staubansätzen notwendig sind. Weiter hat die Einrichtung den Vorteil, daß ihr
noch relativ große Staubmengen von 1 bis 5 g/m3 zugeführt werden können,
die mit der Trübe abgehen. Insofern kann man Entstaubungsanlagen, die der Wascheinrichtung
vorzuschalten wären, verhältnismäßig einfach machen; denn sie benötigen keinen hohen
Entstaubungsgrad. Man könnte also mechanische Entstauber verwenden, die im wesentlichen
Grobstaub fangen, der in zweierlei Hinsicht interessiert. Der Grobstaub enthält
den größten Teil der unverbrannten Bestandteile des Rauchgases und kann damit dem
Feuerraum wieder zugeführt werden; den Grobstaub schmilzt man auch ganz gern im
Feuerraum ein, da man sein Granulat besser verwenden oder ablagern kann als abgesetzten
Schlamm aus einer Waschträbe.
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Ab b. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Verfahrens,
bei der die Kühlung der Gase durch eine Kältemaschine 9 mittels Kühlschlangen
7 oder 8 erfolgt. Die Rohgase werden in Pfeilrichtung 1 dem
Eintrittskanal 2 des Wärmeaustauschers 3 zugeführt. Gegebenenfalls kann dann
schon im Eintrittskanal 2 mittels der Kühlschlangen 7 eine schockartige Unterkühlung
der Gase vor dem Eintritt in den Wärmeaustauscher 3 erfolgen.
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Die Gase durchströmen den wärmeaufnehmenden Teil des Wärmeaustauschers
3 von oben nach unten und gelangen dann in die darunterliegende Kühlzone
6,
in der die Kühlschlangen 8 eingebaut sind, die von der Kältemaschine
9 innerhalb einstellbarer Temperaturgrenzen gekühlt werden.
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Es ist auch mit dieser Kühleinrichtung möglich, die Rohgase bei hohem
Feuchtigkeitsgehalt schockartig zu unterkühlen, um damit verfahrungsgemäß eine bescheunigte
Säurekonzentration zu erzielen.
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Die Sprühwasserdüsen 10 dienen dazu, den Feuchtigkeitsgehalt
der Gase soweit wie notwendig zu erhöhen und die nebelförmigen Kondensttröpfchen
durch regelbare zusätzliche Wasservernebelung in ausreichendem Maß zu vergrößern,
so daß sie in den nachgeschalteten Fliehkraftabscheidem 11 praktisch weitgehend
ausgeschieden werden können.
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Nach erfolgter Kondensatabscheidung durchströmen die gereinigten Gase
den wärmeabgebenden Teil des Wärmeaustauschers 3, in dem die Gastemperatur
wieder erhöht wird, um die Auftriebsenergie der Gase zu steigern. Vom Austrittskanal
12 werden die Reingase in den Kamin geleitet.
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Der Wirkungsgrad der Säurenebelabscheidung kann noch erhöht werden,
wenn an Stelle des Fliehkraftabscheiders 11 ein E-Filter oder eine Entfeuchtungseinrichtung
mittels regenerativen Absorptionsstoffen, wie Aktivkohle, Koks, Silikagel od.
ä. vorgesehen wird.
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Ab b. 5 zeigt eine weitere Verwirklichungsform des Verfahrens,
bei der rekuperative Wärmeaustauscher 3 und 3' Verwendung finden.
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Die Rohgase treten in Pfeilrichtung 1 ein und werden von oben
nach unten durch die wärmeaufnehmenden Kanäle der Wärmeaustauscher 3 und
3'
und die Sprühzonen 4 und 5 in die untere Waschkammer 6 gefühft
Sie werden dann in der unteren Wassersammelkammer 9 nach oben umgelenkt und
aufwärts durch den Nebeltröpfehenabscheider 11 in den Pfeilrichtungen
10 und 12 nacheinander durch die wärmeabgebenden Kanäle der Wärmetauscher
3
und 3' in den Reingaskanal 13 geführt. Diese Ausführungsform
bietet den Vorteil, daß die gereinigten Gase in den wärmeabgebenden Zonen der Wärmeaustauscher
keine Säurereste mehr aufnehmen können, wie dies bei der Anwendung regenerativer
Wärmeaustauscher möglich ist.