DE1557116B2

DE1557116B2 - Verfahren zum Entfernen von Staub aus Abgasen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1557116B2
Application number: DE19661557116
Authority: DE
Inventors: Kenneth Warley Oldbury Darby; Dieter Otto Four Oaks Sutton Coldfield Heinrich; Kenneth Ray Sutton Coldfield Parker
Original assignee: LODGE-COTTRELL Ltd BIRMINGHAM WARWICKSHIRE (GROSSBRITANNIEN)
Current assignee: LODGE-COTTRELL Ltd BIRMINGHAM WARWICKSHIRE (GROSSBRITANNIEN)
Priority date: 1965-05-08
Filing date: 1966-05-06
Publication date: 1975-04-17
Also published as: SE301630B; DE1557116A1; BE680566A; GB1128813A

Description

Zwar ist es bei der Herstellung von Schwefelsäure bereits bekannt (US-PS 19 71855), dem Hauptgasstrom einen kleinen Gasanteil zu entnehmen und zum Hauptgasstrom zurückzuspeisen, jedoch führt hierbei der Nebenstrom Schwefeltrioxid, das von einer Stelle hinter dem den Katalysator enthaltenden Kontaktapparat vom Hauptgasstrom abgezweigt und an einer Stelle vor dem Kontaktapparat bzw. Konditionierturm zur Bildung eines Schwefelsäurenebels von gewünschter Stärke erneut in den Hauptstrom eingespeist wird, der im übrigen insgesamt durch die verschiedenen Elektroabscheider und den Katalysator strömt. Der Nebenstrom führt hierbei also Schwefeltrioxid, das bereits umgewandelt worden ist. Eine Verwendung des Nebenstroms zum Reinigen von Gas mittels eines elektrostatischen Hilfsabscheiders mit anschließender katalytischer Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid findet nicht statt.

Eine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignete Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen elektrostatischen Hilfsabscheider zum im wesentlichen vollständigen Abscheiden des Staubes aus einem kleinen, dem Hauptgasstrom vor einem elektrostatischen Hauptabscheider entnommenen Gasanteil und einen Katalysator zum Umwandeln von Schwefeldioxid in diesem Gasanteil in Schwefeltrioxid, wobei der Katalysator mit dem Hauptgasstrom vor dem elektrostatischen Hauptabscheider in Verbindung steht.

Stammt das zu reinigende Abgas aus der Verbrennung von Kohlenstaub mit einem Gehalt an brennbarem Schwefel von 0,3 bis 3%, so enthält es vor der Umwandlung etwa 300 bis 3000 Teile pro Million Schwefeldioxid zusammen mit Staub, Wasser, Dampf, Stickstoff, Kohlendioxid, Sauerstoff und Schwefeltrioxid. Brenngase aus Kohlen mit mehr als 2% brennbarem Schwefel, haben oft einen ausreichenden natürlichen Anteil an Schwefeltrioxid für eine wirkungsvolle Staubabscheidung. Es wurde aber festgestellt, daß dies nicht immer der Fall ist. Demgemäß ist es schwierig vorauszusagen, eine wie große Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid bei den einzelnen Brennstoffarten erforderlich ist. Im allgemeinen liegt jedoch der Betrag des zusätzlichen Schwefeltrioxids, das über dem normalen Anteil im Gas benötigt wird, zwischen 0 und 50 Teilen pro Million, bei britischen Kohlen zwischen 0 und 20 Teilen pro Million.

Erforderliches SO₃	SOä-Gehalt des Ausgangsgases	Prozentualer Anteil des ges. Gases durch den Katalysator,	2
Teile pro Million	Teile pro Million	Vo	0,5
4	250	0,25
	1000	4
	2000	1
8	250	0,5
	1000	8
	2000	2
16	250	1
	1000
	2000

Die vorstehende Tabelle zeigt den Anteil des gesamten Gases, das durch den Katalysator unter verschiedenen Bedingungen einschließlich einer angenommenen Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid im Katalysator in Höhe von 80 %> geleitet wird.

In der nachstehenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Flußplan einer Kesselanlage,

F i g. 2 ein Schaltbild der elektrischen Anlage,

F i g. 3 eine schematische Darstellung eines Katalysators,

F i g. 4 einen Schnitt durch eine Gasleitung an der Stelle der Gasentnahme,

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4,

F i g. 6 einen Schnitt durch eine Gasleitung an der Stelle der Rückführung des Teilgasstromes und

F i g. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6.

Die Kesselanlage in Fig. 1 umfaßt einen Heizkessel 12 mit einem Kohlenstaubbrenner, einen Vorwärmer 14 und einen Lufterhitzer 16 sowie eine Vorrichtung für das Entfernen von Staub aus staubbeladenem, Schwefeldioxid enthaltendem Abgas, das aus der Verbrennung der Kohle im Brenner des Heizkessels 12 stammt. Diese Vorrichtung umfaßt einen elektrostatischen Hauptabscheider 18, um den Staub aus dem Gas auszufällen.

Während des Betriebes der Anlage läuft ein aus der Verbrennung der Kohle entstandener Hauptgasstrom vom Heizkessel 12 über eine Leitung 20 zum Vorwärmer 14, vom Vorwärmer 14 über eine Leitung 22 zum Lufterhitzer 16 und vom Lufterhitzer über eine Leitung 24 zum Abscheider 18. Vom Abscheider 18 strömt das Gas zu einem Abzug (nicht gezeigt), der in die Atmosphäre mündet.

Die Vorrichtung zur Staubentfernung umfaßt ferner einen Katalysator 34 bekannter Bauart, um in einem kleinen Teil des aus dem Heizkessel 12 kommenden Gases Schwefeldioxid durch Oxydation mit Sauerstoff (O.,) in Schwefeltrioxid umzuwandeln. Im Betrieb der Anlage strömt der genannte kleine Gasanteil des den Heizkessel 12 verlassenden Gases aus der Leitung 20 durch eine Leitung 26 zum Katalysator 34 und wird nach der Umwandlung des Schwefeldioxids in Schwefeltrioxid zum übrigen Gas durch eine Leitung 28 zurückgeleitet, die in die Leitung 24 mündet.

Mittels eines Dosierventils 30 (Fig. 1 und 2) kann die Durchlaufmenge des Gases durch den Katalysator 34 verändert werden. Ferner ist im Strömungsweg des Teilgasstromes ein kleiner elektrostatischer Hilfsabscheider 32 für ein Arbeiten bei hohen Temperaturen und ein Gebläse 36 vorgesehen. Die Leitung 26 führt zum Dosierventil 30 und die Leitung 28 geht vom Gebläse 36 ab. Während des Betriebes der Anlage strömt das Gas durch das Dosierventil 30 zum elektrostatischen Abscheider 32 durch eine Leitung 38, vom elektrostatischen Abscheider 32 durch eine Leitung 40 zum Katalysator 34 und vom Katalysator 34 durch eine Leitung 42 zum Gebläse 36.

Ein Gasentnahmerohr 27 (F i g. 4, 5) stellt eine Verbindung zwischen den Leitungen 20 und 26 her. Das Gasentnahmerohr 27 erstreckt sich horizontal und quer durch die Mitte der Leitung 20 (F i g. 5) und umfaßt vier in gleichmäßigen Abständen angebrachte Einlaßöffnungen 29, die sich in Richtung des

Gasstromes erstrecken (angezeigt durch den Pfeil in F i g. 4). Das Gas ist beim Eintritt in jede Öffnung 29 gezwungen, eine Haarnadelkurve zu beschreiben. Es zeigt sich, daß dies die Staubkonzentration des dem elektrostatischen Abscheider 32 zugeführten Gases vermindert.

Ein Gasverteiler 31 (F i g. 6, 7) stellt eine Verbindung zwischen den Leitungen 24 und 28 her. Der Verteiler 31 liegt ein gutes Stück vor dem elektrostatischen Abscheider 18 in der Leitung 24, wobei er dem Lufterhitzer 16 so nahe wie möglich sein soll, um eine gute Durchmischung zu erreichen. Der Verteiler 31 umfaßt vier in gleichmäßigen Abständen angebrachte Rohre 33, die sich horizontal quer durch die Leitung 24 (Fig. 7) erstrecken. Jedes Rohr 33 weist sechs in gleichmäßigem Abstand voneinander angebrachte Auslaßöffnungen 39 auf, die sich in Richtung des Gasflusses (angezeigt durch den Pfeil in F i g. 6) erstrecken.

Das Gas hat beim Eintritt in den Hilfsabscheider 32 eine Temperatur von etwa 500 bis 600° C. Bei dieser Temperatur ist der Anteil von Schwefeltrioxid für den Wirkungsgrad der Staubabscheidung nicht wesentlich, und der Staub wird vollkommen aus dem Gas entfernt. Eine von einem Thermostat (nicht gezeigt) gesteuerte Lufteinblasvorrichtung 44 in der Leitung 40 führt von der Atmosphäre in die Leitung 40 und bläst Luft in das Gas ein, um es auf eine Temperatur von etwa 420 bis 440° C zu kühlen, was für die Umwandlung des Schwefeldioxids in Schwefeltrioxid im Katalysator 34 zweckmäßig ist. Die durch die Einblasvorrichtung 44 eingeblasene Luft liefert noch zusätzlichen Sauerstoff für die Umwandlungsreaktion.

Der Katalysator 34 (F i g. 3) umfaßt zwei parallelgeschaltete Katalysatoreinheiten 35, von denen jede einen Vanadiumpentoxidkatalysator enthält. Es ist jeweils immer nur eine der Katalysatoreinheiten 35 in Betrieb; die andere Einheit 35 wird dann in Betrieb genommen, wenn es erforderlich ist, die eine genannte Einheit 35 zu regenerieren.

Eine Nebenleitung 46 mit einem Ventil 48 läuft um den Katalysator 34 von der Leitung 40 zur Leitung 42 und wird während der Aufheizzeiten benutzt, um zu vermeiden, daß kaltes Gas durch den Katalysator 34 strömt. Der Katalysator 34 wird während Betriebsstillständen durch einen Thermostat auf seiner Arbeitstemperatur gehalten. Beim Stillsetzen des Katalysators 34 wird saubere Luft durch diesen hindurchgeführt, um irgendwelche Gasrückstände zu entfernen und so die Gefahren der Korrosion möglichst gering zu halten.

Das Gas tritt in den Hauptabscheider 18 mit einer Temperatur von etwa 120 bis 18O⁰C, z.B. 125⁰C, ein, und beim Austritt aus dem Hauptabscheider 18 beträgt die Temperatur des Gases etwa 110 bis 170⁰C.

Es zeigt sich, daß während des Betriebes der Anlage die gesamte Schwefelmenge, die in die Atmosphäre tritt, durch die Absorption des Schwefeltrioxids im Staub vermindert wird. Schwefeltrioxid wird auf diese Weise offenbar nicht absorbiert.

Die Anlage umfaßt ferner eine Steuervorrichtung (F i g. 2), um den Betrieb des Hauptabscheiders 18 einschließlich der Regulierung der Gasmenge, die durch den Katalysator 34 hindurchtritt, zu steuern.

Die Steuervorrichtung umfaßt ein Steuerorgan C, das eine möglichst große Potentialdifferenz zwischen den Entladungselektroden E_n des Abscheiders 18 und den geerdeten Sammelelektroden Ec für eine möglichst geringe Eingangsleistung zum Abscheider bei dieser Potentialdifferenz aufrechterhält. Der Anteil des Gases, der durch das Ventil 30 hindurchgeht, und somit der Betrag des in dem in den elektrostatischen Hauptabscheider 18 eintretenden Gas enthaltenden Schwefeltrioxids, wird so zur Veränderung

ίο der Eigenschaften des Gases gesteuert, daß die Eingangsleistung auf einem konstanten, vorher festgesetzten Wert gehalten wird. Die Steuervorrichtung umfaßt auch ein Wattmeter W und ein Relais R.
Ferner ist ein Aufwärtstransformator Ti? vorgesehen, dessen Primärwicklung mit einem Wechselstromnetz M über einen Stelltransformator VR verbunden ist und dessen Sekundärwicklung über einen Drehgleichrichter RR, einen Überspannungssperrwiderstand R_c und Erde mit den Elektroden E₀, E_c verbunden ist.

Der Autotransformator VR ist durch das Steuerorgan C einstellbar, um die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden E₀, E₀ zu steuern.

Ein Spannungsteiler mit den Widerständen R_B, R_s ist über die Elektroden E₀, E_c geschaltet, und die Potentialdifferenz über den Widerstand R_s gibt an das Steuerorgan C einen Impuls proportional der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden. Ein Stromwandler CT ist in Serie mit der Primärwicklung des Transformators TR geschaltet und gibt an das Steuerorgan C ein Stromsignal ab.

Während des Betriebes der Anlage stellt das Steuerorgan C den Transformator VR so ein, daß die Potentialdifferenz an der Primärwicklung des Transformators TR so lange ansteigt, wie dies zu einer Erhöhung der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden E₀, E_c führt. Das Steuerorgan C verhindert jedoch ein Anwachsen der primären Potentialdifferenz über einen Wert hinaus, bei dem die Elektroden-Potentialdifferenz zu sinken beginnt oder abflacht.

Das Wattmeter W ist in Serie mit der Primärwicklung des Transformators TR geschaltet, um einen Impuls an das Relais R zu geben, das das Dosierventil 30 betätigt. Wenn der konstante, vorher festgesetzte Wert der Eingangsleistung, der beispielsweise etwa 6000 W betragen kann, ohne eine Umwandlung von Schwefeldioxid erreicht werden kann, wird das Ventil 30 geschlossen, so daß kein Gas durch das Ventil 30 hindurchströmt. Wenn jedoch die Eingangsleistung unter den vorher festgesetzten Wert sinkt, öffnet sich das Ventil 30 und bleibt so lange offen, bis die Eingangsleistung ihren genannten Wert erreicht, woraufhin sich das Ventil wieder schließt. Dieser Vorgang wiederholt sich, und der Gasdurchsatz durch den Katalysator 34 wird dementsprechend gesteuert. Das Ventil 30 öffnet und schließt langsam, entweder mit einer konstanten Geschwindigkeit oder in aufeinanderfolgenden gleich schnellen Stufen. Beispielsweise kann das Ventil 30 Minuten benötigen, um aus seiner vollkommen geschlossenen Stellung in eine volle Offenstellung überführt zu werden.

Es können verschiedene Abwandlungen der Staubabscheidungsvorrichtung vorgenommen werden. Beispielsweise können nachstehende Abwandlungen einzein oder gemeinsam durchgeführt werden:

a) Das Gebläse 36 entfällt,

b) die Leitung 28 führt in die Leitung 22 oder in

die Leitung 20, wie es durch die gestrichelte Leitung in F i g. 1 dargestellt ist,
c) anstatt die Temperatur des Katalysators 34 in Betriebsstillständen über einen Thermostaten auf einem bestimmten Wert zu halten, kann das Ventil 30 so eingerichtet sein, daß zumindest eine bestimmte Kleinstmenge von Gas stets durch den Katalysator hindurchströmt.

Es können auch verschiedene Abwandlungen der Steuervorrichtung durchgeführt werden. Beispiels-

weise können folgende Abwandlungen einzeln oder gemeinsam vorgenommen werden:

a) Der Autotransformator VR wird durch eine sättigungsfähige Drossel ersetzt,

b) der Drehgleichrichter RR wird durch einen Selen- oder Siliziumgleichrichter ersetzt,

c) das mit der Primärwicklung des Transformators TR in Serie geschaltete Wattmeter W wird durch ein mit der Sekundärwicklung des Transformators in Serie geschaltetes Wattmeter ersetzt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

O 4. 75 509 516/32"

Claims

1 2 dioxid enthaltenden Abgasen zu schaffen, bei dem Patentansprüche: der Katalysator zur Umwandlung des Schwefeldioxids in Schwefeltrioxid mit maximaler Wirksamkeit be-

1. Verfahren zum Entfernen von Staub aus trieben werden kann und insbesondere dessen rasche einem Hauptstrom eines Schwefeldioxid enthal- 5 Verschmutzung vermieden wird, um auf diese Weise tenden, im Anfangsstadium staubgeladenen Ab- stets die für einen hohen Grad der Staubabscheidung gases, bei dem Schwefeldioxid im Gas in Schwe- im Elektroabscheider erwünschten Schwefeltrioxidfeltrioxid durch katalytische Oxydation mit Sauer- mengen bereitzustellen.

stoff (O₂) umgewandelt und das als Ergebnis die- Ausgehend von einem Verfahren der eingangs an-

ser Umwandlung Schwefeltrioxid enthaltende Gas ίο gegebenen Art, wird dies nach der Erfindung dadurch

durch einen elektrostatischen Abscheider zum erreicht, daß dem Hauptgasstrom ein kleiner Gas-

Abscheiden von Staub geleitet wird, dadurch anteil entnommen, der Gasanteil zum im wesent-

geken η zeichnet, daß dem Hauptgasstrom liehen vollständigen Entfernen des Staubes aus die-

ein kleiner Gasanteil entnommen, der Gasanteil sem durch einen elektrostatischen Hilfsabscheider

zum im wesentlichen vollständiger Entfernen des 15 bei hoher Temperatur (z. B. 500 bis 600° C) geleitet,

Staubes aus diesem durch einen elektrostatischen sodann durch einen Katalysator zur Umwandlung

Hilfsabscheider bei hoher Temperatur (z. B. 500 von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid (z. B. bei 420

bis 600° C) geleitet, sodann durch einen Kataly- bis 440° C) hindurchgeführt und danach zum Haupt-

sator zur Umwandlung von Schwefeldioxid in gasstrom zurückgespeist wird, woraufhin das Gas

Schwefeltrioxid (z. B. bei 420 bis 440° C) hin- 20 durch einen elektrostatischen Hauptabscheider bei

durchgeführt und danach zum Hauptgasstrom zu- normaler Abscheidetemperatur (z. B. 120 bis 180° C)

rückgespeist wird, woraufhin das Gas durch einen geleitet wird.

elektrostatischen Hauptabscheider bei normaler Ein Betrieb des Katalysators mit maximaler Wirk-

Abscheidetemperatur (z. B. 120 bis 180° C) gelei- samkeit wird hierbei durch die Durchführung der

tet wird. 25 katalytischen Reaktion in einem Nebenstrom ermög-

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- licht, da auf Grund des vorgeschalteten, bei hoher rens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Temperatur arbeitenden elektrostatischen Hilfsabeinen elektrostatischen Hilfsabscheider (32) zum scheiders nicht nur völlig sauberes Gas für die kataim wesentlichen vollständigen Abscheiden des lytische Umwandlung verwendet wird, sondern auch Staubes aus einem kleinen, dem Hauptgasstrom 30 die Temperatur des Katalysators unabhängig von der vor einem elektrostatischen Hauptabscheider (18) Abscheidung mittels des elektrostatischen Hauptabentnommenen Gasanteil und einen Katalysator scheiders reguliert werden kann. Eine rasche Ver-(34) zum Umwandeln von Schwefeldioxid in die- schmutzung des Katalysators ist hierbei vermieden, sem Gasanteil in Schwefeltrioxid, wobei der Ka- Auch ist die Möglichkeit gegeben, einen einzigen talysator mit dem Hauptgasstrom vor dem elek- 35 Katalysator für mehrere Elektroabscheider vorzutrostatischen Hauptabscheider in Verbindung sehen. Die Umwandlung von Schwefeldioxid in steht. Schwefeltrioxid in einem Nebenstrom ermöglicht

ferner eine genaue Regulierung der Zusatzmenge des

Schwefeltrioxids zu dem zu reinigenden Gas. Eine

40 derartige Regulierung kann auf einfache Weise durch

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen eine Veränderung des durch die Nebenleitung strövon Staub aus einem Hauptstrom eines Schwefel- menden Gasanteils erreicht werden. Korrosionsdioxid enthaltenden, im Anfangsstadium staubgelade- probleme treten bei dem Verfahren nach der Erfinnen Abgases, bei dem Schwefeldioxid im Gas in dung nicht auf, da die genaue Regulierung der ZuSchwefeltrioxid durch katalytische Oxydation mit 45 satzmenge des Konditionierungsmittels die Möglich-Sauerstoff (O₂) umgewandelt und das als Ergebnis keit bietet, eine kleinstmögliche Menge von Schwefeldieser Umwandlung Schwefeltrioxid enthaltende Gas trioxid zu verwenden, die sämtlich auf dem Staub abdurch einen elektrostatischen Abscheider zum Ab- sorbiert wird. Auch eine Kondensation, die zur Korscheiden von Staub geleitet wird. rosion führen würde, wird dadurch vermieden, daß

Derartige Verfahren dienen beispielsweise zum 5° die Gase über dem Taupunkt gehalten werden. Abscheiden von Flugasche aus den Abgasen von Schließlich besteht nicht die Notwendigkeit, den Kohlenstaubbrennern, die in der Regel Schwefel- Katalysator zu erwärmen, da dieser durch das umdioxid aus der Kohlenverbrennung zusammen mit zuwandelnde heiße Gas auf die erforderliche Tempekleinen Mengen von Schwefeltrioxid enthalten. Das ratur gebracht wird, die auf einfache Weise, beiSchwefeltrioxid hat einen günstigen Einfluß auf den 55 spielsweise durch Einstellen einer Lufteinblasvor-Staubabscheidegrad. richtung, genau reguliert werden kann. Eine der-

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (US-PS artige genaue Kontrolle der Reaktionsbedingungen

46 563) wird die Umwandlung von Schwefeldioxid ist nicht möglich, wenn die Umwandlung wie im

in Schwefeltrioxid im Hauptgasstrom durchgeführt, Falle bekannter Verfahren im Hauptgasstrom durch-

indem der gesamte, staubgeladene Gasstrom durch 60 geführt wird, da hierbei die Gastemperatur auf das

den Katalysator hindurchgeleitet wird. Dies bedeutet, für den Abscheideschritt erforderliche Niveau fest-

daß der Katalysator schnell verschmutzt und völlig gelegt ist. Dieses Temperaturniveau ist jedoch eine

unwirksam wird. Es hat sich ferner gezeigt, daß ge- sehr kritische Größe, da bei Verwendung niedriger

sonderte Reinigungseinrichtungen wie Rußbläser Temperaturen die Ausscheidung unwirtschaftlich ist,

keine wirksame Hilfe zum Verhindern eines Ver- 65 während bei hohen Temperaturen die großen Gas-

schmutzens des Katalysators darstellen. volumen einen praktisch nicht zu verwirklichenden

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Größenumfang der Alisscheidungseinrichtung erfor-

Verfahren zum Entfernen von Staub aus Schwefel- dem würden.