DE1457058B1

DE1457058B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung der Rückionisation

Info

Publication number: DE1457058B1
Application number: DE1962L0041550
Authority: DE
Inventors: Kenneth Darby; Ray Kenneth
Original assignee: Lodge Cottrell Ltd
Current assignee: Lodge Cottrell Ltd
Priority date: 1961-03-23
Filing date: 1962-03-23
Publication date: 1970-10-15
Also published as: BE615495A; GB933286A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung der Rückionisation in einem elektrostatischen Staubabscheider durch Vorbehandlung des staubführenden Rohgasstromes mit gasförmigem Schwefeltrioxid.

.Es ist bereits bekannt, eine gastragende Schwefeltrioxiddispersion durch Verdampfen von stabilisiertem, flüssigem Schwefeltrioxid in einem Luftstrom zu verdampfen.

Wenn nicht stabilisiertes, flüssiges Schwefeltrioxid verwendet wird, können Verstopfungen der Rohrleitungen durch Polymerisation auftreten. Bei Verwendung von Schwefeltrioxid, welches aus stabilisiertem, flüssigem Stoff erhalten wird, wird dies in aktiver Form erhalten, wodurch der Widerstand der Staubteilchen vermindert wird. Das Schwefeltrioxid wird dabei bei entsprechender Zugabe von den Feststoffteilchen absorbiert und erscheint nicht im Niederschlag bei der Elektroabscheidung.

Eine Rückionisation führt beim elektrischen Abscheiden der festen Teilchen aus Gasen zu einem außerordentlich geringen Wirkungsgrad der Abscheidevorrichtung. Bei einem Verfahren zur elektrischen Abscheidung werden die in einem Gas vorliegenden Teilchen in eine Kammer geführt, in weleher Entladungs- oder lonisationselektroden und Sammelelektroden angeordnet sind. Normalerweise werden die Teilchen durch die Koronaentladung der Entladeelektrode aufgeladen und bewegen sich unter Einwirkung des elektrischen Feldes zu den Sammelelektroden, wo sie ihre Ladung verlieren und die Polarität der Sammelelektroden annehmen. Sobald die Ladung abgeführt ist, fallen die Teilchen von den Sammelelektroden ab und werden in den unteren Teil einer Kammer geführt.

Teilchen mit geringem spezifischem Widerstand verlieren die Ladung leicht, wogegen jedoch Teilchen mit höherem spezifischem Widerstand ihre Ladung schwerer verlieren und somit nicht leicht von den Sammelelektroden entfernt werden können. Dann haften weitere Teilchen an den bereits auf den Sammelelektroden vorliegenden Teilchen und verlieren progressiv ihre Ladung, bis die äußeren Teilchenschichten selbst Ionen auszubilden beginnen, die sich von den Sammelelektroden aus weg gegen den Strom zu den von den Entladeelektroden beladenen Teilchen bewegen. Dies führt zu der Rückionisation, wobei praktisch kein Abscheiden auftritt. Dieser Zustand hat außerordentlich hohe Entladeströme und einen geringen Elektrodenspannungsgradienten zur Folge.

Man kann zwar den spezifischen Widerstand der Staubteilchen auch dadurch verringern, daß man die Staubteilchen in einem Naßabscheider oder Berieselungsturm anfeuchtet, bevor sie die Abscheidekammer erreichen. Dieses Verfahren ist jedoch nur dort möglich, wo ausreichend Wasser und eine geeignete Wasserfiltrationsanlage zur Verfügung steht.

Es kann auch eine Konditionierung durch Anwendung von gasförmigem Schwefeltrioxid erreicht werden, das in den Gasstrom eingeführt wird. Offensichtlich verbindet sich das SO., mit dem Wasserdampf in dem Gasstrom unter Bildung von Schwefelsäure, der die Oberfläche der Teilchen so beeinflußt, daß der spezifische Widerstand verringert und die elektrische Ladung abgeführt wird.

Die Anwendung von gasförmigem SO₃ hat jedoch insofern bestimmte Probleme, da das SO., bisher immer am Ort seiner Verwendung hergestellt werden mußte, was sehr nachteilig ist.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß dessen Herstellung konstant überwacht werden muß und entsprechend kostspielig ist. Ein anderer Nachteil besteht in der Überwachung der SO_;!-Hersteilung auf genaue Grenzwerte, welche notwendig sind, um eine Korrosion auf Grund überschüssiger Schwefelsäure zu verhindern.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabt besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahrer zu schaffen, durch welche die zweckmäßige Dosie rung wesentlich erleichtert wird, wodurch einma eine sichere gleichförmige Abscheidewirkung erziel und andererseits Korrosionserscheinungen bei Überschuß von Schwefeltrioxid verhindert werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dal. dem Staubgas in an sich bekannter Weise eine Di spersion des gasförmigen, durch Verdampfen aus de: stabilisierten wasserfreien flüssigen Form gebildeter Schwefeltrioxids in einem trockenen Trägergas zugemischt wird, wobei das Volumen des wasserfreien Schwefeltrioxidgases in der Dispersion so eingestell· wird, daß der Gehalt an Schwefeltrioxid vom Staubgehalt des Rohgasstromes praktisch völlig absorbier wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch einer Verdampfer für stabilisiertes flüssiges, wasserfreie; Schwefeltrioxid, der durch eine Leitung, in der ir der Nähe des Verdampfers eine Injektordüse fir trockene Luft als Träger für das verdampft Schwefeltrioxid angeordnet ist, über ein Sammelroh: und von diesem ausgehenden Zweigleitungen mi einem Mischbehälter verbunden ist, durch den dk Staubgase dem Staubabscheider zugeführt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kam flüssiges SO₃ so stabilisiert werden, daß die Poly merisation ausgeschlossen ist, und das stabilisiert·, flüssige SO₃ kann sodann der Abscheidevorrichtunt in Behältern zugeführt und dort in vollständig trocke nem Zustand verdampft und in den Teilchenstrori eingeführt werden, so daß sich zufriedenstellend·. Ergebnisse ergeben.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand de Zeichnung beispielhaft erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 schematisch eine Vorrichtung, wöbe trockenes SO₃-GaS eingedrückt wird, welches ieinem trockenen Trägergas dispergiert ist.

F i g. 2 eine Vorrichtung für kontinuierlich-Arbeitsweise.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird stabilisierte flüssiges SO₃ von einem nicht gezeigten Vorrats behälter aus durch ein Rohr 11 in ein Druckgefä; 12 geführt, wo es unter Anwenden einer entsprechen den Wärmeisolation (nicht gezeigt) eingeschlosse: ist. Hier wird das flüssige SO₃ einem Erwärmen unte automatischer Steuerung unterworfen. Dieses Er wärmen kann durch elektrische Widerstandselement-, erfolgen, die z. B. mittels Thermostaten gesteuer werden. Dabei kann die Temperatur so angepali werden, daß die Menge des gebildeten Dampfes ver ändert wird.

An der Seite des Druckgefäßes 12 ist ein Schau glas 14 vorgesehen: der Flüssigkeitsspiegel 15 so' dabei nicht mehr als zwei Drittel der Höhe de Druckgefäßes ansteigen, so daß ein Raum 16 für de:

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BAD ORiGiNAL

durch das Erwärmen gebildeten SO₃-Dampf verbleibt. Das Schauglas und dessen Armaturen sind erwärmt oder wärmeisoliert.

Aus der oberen Wand des Druckgefäßes 12 führt eine Leitung 17 zu einem quer verlaufenden Sammelrohr 18, von dem aus eine Anzahl Zweigleitungen 19 in den Mischbehälter 20 führen, durch den die mit Teilchen beladenen Gase in bekannter Weise zu der elektrischen Abscheidungsvorrichtung (nicht gezeigt) geführt werden. Die Zweigleitung 19 ist mit einer Anzahl im gleichen Abstand zueinander angeordneter Verteilungsöffnungen gleicher Fläche versehen, welche in der gleichen Richtung wie der Strom des mit Teilchen beladenen Gases in dem Mischbehälter 20 verlaufen. Der Mischbehälter 20 ist in F i g. 1 und 2 im Querschnitt gezeigt.

An einer Stelle in der Leitung 17 ist eine Luftinjektordüse herkömmlicher Bauart angeordnet und mittels eines Rohres 21 mit einer Kammer 22 verbunden, in der ein Heizelement 23 vorgesehen ist. Das andere Ende der Kammer 22 ist mittels eines Rohres 24 mit einer Quelle trockener Luft (nicht gezeigt) verbunden.

An einer Stelle in dem Rohr 17 in Abstand über der Luftinjektordüse 21 ist eine Anordnung 25 für das Abziehen von Proben des SO₃-Luft-Gemisches vorgesehen, so daß die Zusammensetzung und Trockenheit dieses Gemisches in entsprechenden Intervallen geprüft werden kann.

In dem Rohr 11 ist ein Verschlußventil 26 und in den Rohren 21 bzw. 25 sind ähnliche Ventile 27, 28 vorgesehen. Ein Abzughahn 29 ist in dem unteren Teil des Druckgefäßes 12 angeordnet.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird flüssiges SO₃ von dem Vorratsbehälter in das Druckgefäß 12 durch das Rohr 11 und Ventil 26 so lange eingeführt, bis es bei Betrachten durch das Schauglas 14 die gewünschte Höhe 15 erreicht. Sodann wird die Erhitzungsvorrichtung 13 in Gang gesetzt und das flüssige SO₃ auf die gewünschte Verdampfungstemperatur gebracht. Anschließend füllt sich der Raum 16 mit dem verdampften SO₃, das längs der Leitung 17 und des Sammelrohres 18 in die Zweigleitung 19 eintritt und in den Gasstrom in den Mischbehälter 20 strömt.

Gleichzeitig wird die heiße trockene Luft in die Leitung 17 von der Kammer 22 und der Luftinjektordüse 21 aus eingedrückt, die als Träger für das SO₃-Gas wirkt und ebenfalls die erneute Kondensation des SO₃ verhindert. Da kein Wasser in dem verdampften SO₃ vorhanden und die eingedrückte Luft vollständig trocken ist, enthält das SO₃-Luft-Gemisch keinen Wasserdampf, während es die Zweigleitungen 19 verläßt. Damit liegt das wasserfreie SO₃ in seiner wirksamsten Form vor und kann auf eine derartige Menge verringert werden, die gerade ausreicht, um die gewünschte Zunahme des Wirkungsgrades zu erzielen. Da das SO₃ vollständig durch die Staubteilchen absorbiert wird, ist die Bildung von Schwefelsäure unwahrscheinlich, so daß die Gefahr einer Korrosion kleinstmöglich gehalten wird.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform zur kontinuierlichen Arbeitsweise nach F i g. 2 sind zwei abwechselnd betriebene Vorratsbehälter 30 α und 30 & vorgesehen und mit einem einzelnen Rohr 11 verbunden. Die Vorratsbehälter 30 a und 30 b weisen jeweils ein Auslaßventil 31 α und 31 b auf, deren jedes abwechselnd SO₃ in das Rohr 11 abgibt, während der andere Vorratsbehälter erneut gefüllt wird.

Das Rohr 11 mündet über ein Steuerventil 26 und einen Strömungsmesser 32 in einer Zuführvorrichtung 33, die mittels eines Rohres 34 mit dem Inneren eines Verdampfers 35 verbunden ist. Dabei tritt das Rohr 34 durch einen Deckel des Verdampfers 35. Das Rohr 34 befindet sich innerhalb eines röhrenförmigen Erhitzungselementes 36, wobei sein oberes Ende 37 sägezahnartig ausgebildet ist und sich über die Höhe des Behälterbodens der Zuführungsvorrichtung 33 erstreckt. Somit strömt flüssiges SO₃, das in das Rohr 34 eintritt, auf seinem Weg zu dem Verdampfer 35 über diese sägezahnartige Kante und neigt somit dazu, nach unten in Berührung mit den erhitzten Wänden zu strömen, wo es praktisch vollständig verdampft wird.

Der Verdampfer 35 ist von einem äußeren kegelförmigen Erhitzungselement 38 umgeben, so daß das gesamte flüssige SO₃ nach dem Verlassen des Rohres

34 in erwärmtem und teilweise verdampftem Zustand vollständig in dem Verdampfer 35 verdampft.

Die Leitung 17 geht vom Deckel des Verdampfers

35 aus und ist mit einem Sammelrohr 18 und Zweigleitungen 19 innerhalb des Mischbehälters 20 genau in der gleichen Weise verbunden, wie es bezüglich der Ausführungsform nach F i g. 1 gezeigt ist. Trockene Luft wird in die Leitung 17 durch die Injektordüse 21 über das Rohr 24 und eine Erhitzungskammer22 eingedrückt, die ebenfalls wie bei der Ausführungsform nach Fi g. 1 einen Erhitzer 23 aufweist. Gegegebenenfalls kann eine Probenentnahmevorrichtung 25 und ein Ventil 28 in der Leitung 17 vorgesehen sein.

Ein Abzugshahn 29 ist an dem unteren Ende des Verdampfers 35 vorgesehen, wobei auch ein Thermometer 39 angebracht sein kann.

Im Betrieb wird flüssiges SO₃ von einem der Vorratsbehälter 30 a oder 30 & in das Rohr 11 eingeführt und tritt durch das Steuerventil 26 und den Strömungsmesser 32 in die Kammer der Zuführvorrichtung 33 ein. Das flüssige SO₃ strömt über das sägezahnartige Ende 37 des Rohres 34 und längs dessen Wänden, die von der Erhitzungsvorrichtung 36 erwärmt werden; dabei wird das SO₃ verdampft. Jegliches in dem Verdampfer 35 zurückbleibendes flüssiges SO₃ wird vollständig verdampft, und das verdampfte SO₃ steigt in der Leitung 17 zu den Zweigleitungen 19 nach oben, wo es bei Vorbeitreten an der Luftinjektordüse 21 mit trockener Luft vermischt wird.

Es ist zu beachten, daß lediglich trockenes SO₃ und trockene Luft in den Gasstrom eingedrückt werden, so daß keine Schwefelsäure gebildet wird, bevor das SO₃-Luft-Gemisch den Strom erreicht. Damit fällt die Korrosion in dem SO_s-Zuführungssystem bis zu dem Gasstrom fort. Das SO., ist bei Eintritt in den Gasstrom ein vollständig verdampftes Gas.

Das Verhindern der Bildung von Schwefelsäure vor dem Inberührangbringen des trockenen SO₃-Luft-Gemisches mit dem Gasstrom in dem Verdampfer ermöglicht, daß das SO₃ in seiner reaktionsfähigsten Form eingedrückt werden kann. Durch Verwendung trockener Luft als Trägergas mit SO₃-Konzentrationen bis 12,5% wird weiterhin das erneute Kondensieren des SO₃ in Tröpfchen verhindert, wodurch wesentlich geringere Mengen und kürzere Berührungszeiten zwischen dem Gas und dem Staub benötigt werden. Somit kann das SO₃-Luft-Gemisch

unmittelbar im Anschluß an die Erhitzer eingedrückt werden, wobei eine ausreichende Berührungszeit verbleibt, um den Staub vollständig vor Erreichen der Abscheidungsvorrichtung zu konditionieren.

Von besonderer Bedeutung ist auch die Tatsache, daß bei Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung keine feststellbare Menge an freiem SO₃ oder Schwefelsäure in den Abgasen der Abscheidungsvorrichtung festgestellt werden kann, da die Menge des SO₃ so eingestellt wird, daß das gesamte eingedrückte Gas durch den Staub absorbiert wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vermeidung der Rückionisation in einem elektrostatischen Staubabscheider durch Vorbehandlung des staubführenden Rohgasstromes mit gasförmigem Schwefeltrioxid, dadurch gekennzeichnet, daß dem Staubgas in an sich bekannter Weise eine Di-

spersion des gasförmigen, durch Verdampfen aus der stabilisierten wasserfreien flüssigen Form gebildeten Schwefeltrioxids in einem trockenen Trägergas zugemischt wird, wobei das Volumen des wasserfreien Schwefeltrioxidgases in der Dispersion so eingestellt wird, daß der Gehalt an Schwefeltrioxid vom Staubgehalt des Rohgasstromes praktisch völlig absorbiert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Verdampfer (12, 34, 35) für stabilisiertes, flüssiges wasserfreies Schwefeltrioxid, der durch eine Leitung (17), in der in der Nähe des Verdampfers eine Injektordüse (21) für trockene Luft als Träger für das verdampfte Schwefeltrioxid angeordnet ist, über ein Sammelrohr (18) und von diesem ausgehenden Zweigleitungen (19) mit einem Mischbehälter (20) verbunden ist, durch den die Staubgase dem Staubabscheider zugeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen