DE19502904A1 - Verfahren zum Abscheiden von Schmelzetröpfchen aus einem heißen Gas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Schmelzetröpfchen aus einem die Schmelzetröpfchen mitführenden Gas, das Temperaturen im Bereich von 400 bis 1800°C und einen Druck von 1 bis 150 bar aufweist.

In der DE-A-43 18 385 ist ein Verfahren zum Abscheiden von Schlacketröpfchen aus einem Rohgas aus der Vergasung oder Verbrennung fester oder flüssiger Brennstoffe beschrieben. Beim bekannten Verfahren wird das Rohgas zunächst abwärts durch eine erste Schüttung aus Füllkörpern geführt, dann in einen Strömungsumkehrraum geleitet und schließlich aufwärts durch eine zweite Schüttung aus Füllkörpern zu einem Gasauslaß geführt. Hierbei sorgt man dafür, daß die effektive Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Bereich der ersten Schüttung höher als im Bereich der zweiten Schüttung ist, damit sich die flüssige Schlacke im Strömungsumkehrraum sammelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schmelzetröpfchen aus dem heißen Gas wirksam und auf apparativ einfache Weise abzuscheiden. Dabei soll ein möglichst geringes Volumen an Einbauten im Strömungsbereich des heißen Gases vorgesehen sein, um die Gefahr von Verstopfungen zu verringern. Ferner soll das Verfahren auch bei höheren Drücken ohne Schwierigkeiten eingesetzt werden können. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß man das die Schmelzetröpfchen enthaltende Gas von oben nach unten durch einen schrägen Kanal mit einem Innendurchmesser D von 0,1 bis 5 m und durch ein im Kanal angeordnetes Festbett aus Füllkörpern leitet, wobei die Achslinie des Kanals gegen die Horizontale einen Winkel von 30 bis 80° bildet, die entlang der Achslinie gemessene Strömungslänge im Festbett mindestens 1,5D beträgt und das Festbett ein Lückenvolumen von mindestens 30% des Leervolumens aufweist, daß man abgeschiedene Schmelze in einer Schmelzesammelwanne am unteren Ende des Kanals sammelt, daß man das Gas aus dem unteren Bereich des Kanals oberhalb der Schmelzesammelwanne ableitet und daß man in der Schmelzesammelwanne ein gas- und schmelzedurchlässiges Stützgerüst anordnet, auf welchem sich das Festbett abstützt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Abscheidung der Schmelzetröpfchen nur beim Abwärtsströmen des heißen Gases. Dadurch wird ein Gegenstrom zwischen dem Gas und der sich zur Sammelwanne hin bewegenden Schmelze vermieden, was sonst leicht zu Verstopfungen führen kann.

Das zu behandelnde, Schmelzetröpfchen mit sich führende Gas kann z. B. aus metallurgischen Prozessen stammen, wo Schlacken als Schmelzetröpfchen mitgerissen werden. Ferner kann es sich bei der Schmelze auch um eine Salzschmelze handeln, wobei hier z. B. an Alkalischmelzen zu denken ist, die durch ein heißes Gas mitgeführt werden. Ferner kommen Schlacketröpfchen in Frage, die beim Verbrennen oder Vergasen fossiler Brennstoffe entstehen. Die Schmelze, deren Tröpfchen durch das Verfahren abgeschieden werden, hat eine relativ niedrige Viskosität, so daß sie durch das Festbett aus Füllkörpern abwärts in die Schmelzesammelwanne fließen kann.

Die Füllkörper des Festbettes bestehen aus chemisch und mechanisch gegenüber der Schmelze und dem Gas beständigem Material, z. B. aus Keramik. Diese Keramik, insbesondere schmelzgegossene Keramik, eignet sich gut auch für die innere Auskleidung des schrägen Kanals, der das Festbett aus Füllkörpern und die Schmelzesammelwanne aufnimmt. Der Kanal kann einen Innenquerschnitt haben, der rund oder z. B. eliptisch, eiförmig oder eckig ist.

Das Festbett aus den Füllkörpern hat ein Lückenvolumen, das mindestens 30% des Leervolumens beträgt, in welchem sich das Festbett befindet. Die Füllkörper können z. B. die Form von Kugeln haben und im allgemeinen wird ihre Form kugelähnlich oder eiförmig sein. Weniger geeignet sind z. B. Raschigringe, da sie eine sehr große Oberfläche besitzen, die leicht angegriffen wird. Die Füllkörper des Festbettes haben im allgemeinen Durchmesser im Bereich von 20 bis 100 mm und vorzugsweise 30 bis 80 mm.

Das Festbett aus Füllkörpern wird von einem Stützgerüst getragen, bei dem es sich z. B. um eine Steinkonstruktion handeln kann. Das Stützgerüst weist ein Lückenvolumen von mindestens 40% des Leervolumens auf. Das vom Festbett kommende heiße Gas strömt durch das Stützgerüst zum Gasabzug. Da der Hohlraumanteil im Stützgerüst größer als im darüber befindlichen Festbett aus Füllkörpern ist, ist die Gasgeschwindigkeit im Bereich des Stützgerüsts niedrig, so daß die Gefahr des Mitreißens von Schlacketröpfchen gering ist. Zusätzlich kann der Querschnitt des Kanals in der Nähe des Gasabzugs vergrößert sein, wodurch die Gasgeschwindigkeit in diesem Bereich des Kanals ebenfalls verringert wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, direkt über dem Stützgerüst eine Zwischenschicht mit höherem Lückenvolumen als das übrige Festbett anzuordnen.

Zwischen dem Festbett und dem Stützgerüst kann sich eine gas- und schmelzedurchlässige Zwischenschicht befinden. Sie ermöglicht ein stabiles Abstützen des Festbettes und hilft den Druckverlust am Übergang zum Stützgerüst zu vermindern. Die Zwischenschicht kann z. B. aus gröberen Füllkörpern als im Festbett bestehen.

Ausgestaltungsmöglichkeiten des Verfahrens werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Abscheidevorrichtung im Längsschnitt in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Variante der Abscheidevorrichtung im Längsschnitt,

Fig. 3 drei parallel geschaltete Abscheidevorrichtungen und

Fig. 4 den Querschnitt durch eine Variante des Kanals.

Die Abscheidevorrichtung der Fig. 1 besteht im wesentlichen aus dem schrägen Kanal (1), dem Festbett (2) aus Füllkörpern, der Schmelzesammelwanne (3) mit der Schlackeabzugsleitung (4), dem in der Wanne (3) angeordneten Stützgerüst (5), sowie dem Einlaßkanal (6) für das heiße Gas und dem Gasauslaß (7). Vom Festbett (2) sind nur die obersten und untersten Lagen der Füllkörper in der Zeichnung angedeutet, ferner ist zur Vereinfachung die an der Innenseite des Kanals (1) notwendige feuerfeste Auskleidung, z. B. durch eine Ausmauerung, in der Zeichnung weggelassen.

Das die Schmelzetröpfchen enthaltende heiße Gas, das vom Einlaß (6) kommt, strömt abwärts durch das Festbett (2), wobei die Trennung zwischen Gas und Schmelzetröpfchen durch die Trägheit herbeigeführt wird. Der Schmelzestrom bewegt sich durch die Schwerkraft nach unten, wogegen das Gas praktisch den ganzen Querschnitt des Kanals (1) durchsetzt. Die Schmelze sammelt sich in der Sammelwanne (3) und wird kontinuierlich oder diskontinuierlich durch die Leitung (4) abgezogen. Der Schlackeabzug kann z. B. so ausgestaltet sein, wie es im US-Patent 4 487 612 beschrieben ist.

Das Stützgerüst (5) füllt den Bereich der Schmelzesammelwanne (3) aus und reicht im allgemeinen mindestens bis zum oberen Rand (7a) der Einmündung des Gasauslasses (7). Da das Stützgerüst (5) ein größeres Lückenvolumen als das Festbett (2) besitzt, strömt das Gas im Bereich des Stützgerüstes (7) langsamer als im Festbett (2). Dadurch wird ganz oder weitgehend vermieden, daß Schmelzetröpfchen durch das Gas zum Auslaß (7) hin mitgerissen werden.

Weitere Einzelheiten des Verfahrens und zusätzliche Ausgestaltungsmöglichkeiten werden mit Hilfe der Fig. 2 erläutert. Der besseren Übersichtlichkeit wegen wurde hier das Festbett (2) und das Stützgerüst (5) weggelassen. Das Festbett (2) befindet sich zwischen der oberen Grenzlinie (2a) und der unteren Grenzlinie (2b) und weist die Achslinie (8) auf, die auch als Mittellinie im Bereich des Festbettes (2) bezeichnet werden kann. Die Strecke zwischen den Punkten A und B der Achslinie, die auch als Strömungslänge im Festbett bezeichnet wird, hat eine Länge von mindestens 1,5D und vorzugsweise von mindestens 2D bis höchstens 10D. D ist der Innendurchmesser des Kanals (1) im Bereich des Festbettes (2). Dieser Innendurchmesser D beträgt 0,1 bis 5 m und zumeist mindestens 0,2 m. Der Winkel X, den die Achslinie (8) mit der Horizontalen bildet, liegt im Bereich von 30 bis 80°.

Es kann geschehen, daß sich das Festbett während des Betriebs setzt, so daß das heiße Gas beim Durchströmen des Festbettes (2) bevorzugt entlang des oberen Bereichs des Kanals strömt. Um dies zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, in diesem oberen Bereich ein oder mehrere Strömungshindernisse anzubringen. In Fig. 2 sind zwei wehrartige Leisten (9) im Querschnitt dargestellt, welche solche Strömungshindernisse darstellen. Das heiße Gas wird dadurch gezwungen, um diese Leisten (9) herum zu strömen und dabei mehr den Weg nach innen in das Festbett (2) hinein zu nehmen.

Wenn zu befürchten ist, daß sich die Füllkörper des Festbettes (2) beim Betrieb des Abscheiders allmählich verbrauchen oder daß sich das Festbett setzt, muß für Nachschub an diesen Füllkörpern gesorgt werden. Das kann durch einen oder mehrere Einfüllstutzen (10), (11) und (12) geschehen. Zusammen mit strömungsleitenden Leisten (9) sind die Stutzen (11) und (12) jeweils unterhalb der Leisten (9) angeordnet und können permanent mit Füllkörpern gefüllt sein. So kann man beim Absinken des Festbettes (2) dafür sorgen, daß in den Stutzen (11) und (12) vorrätig gehaltene Füllkörper automatisch in das Festbett (2) hinein nachrücken.

In Fig. 2 ist ferner durch die gestrichelte Linie (1d) angedeutet, daß der Kanal (1) in der Nähe des Gasauslasses (7) aufgeweitet sein kann, um dort die Gasgeschwindigkeit zu verringern. Zusätzlich kann der Kanal dort, wo die Schlacke bevorzugt nach unten abfließt, mit einer Schlackenrinne (15) versehen sein. Der Innenquerschnitt eines solchen Kanals mit Schlackenrinne (15) ist in Fig. 4 dargestellt. Die Möglichkeit, daß Schlacke in der Rinne (15) durch das Gas mitgerissen wird, ist denkbar gering. Die Rinne (15) wird vorzugsweise als Vertiefung in der Ausmauerung des Kanals (1) ausgebildet. Die Rinne kann zusätzlich mit einem Zwischenabzug (16) für Schlacke versehen sein.

Fig. 3 zeigt schematisch, wie man durch mehrere, parallel geschaltete Abscheider (1a), (1b) und (1c) auch große Gasmengen, die in der Hauptleitung (25) herangeführt werden, behandeln kann. Die Auslässe dieser Abscheider (1a), (1b) und (1c) münden in die Sammelleitung (26), durch welche das heiße Gas, das nun weitgehend von Schlacketröpfchen befreit ist, abgeführt wird.

Beispiel

Aus der Kohlestaubfeuerung eines Kraftwerkes, in welcher Steinkohle verbrannt wird, kommen pro Stunde 969 000 Nm³ Verbrennungsgas mit einer Temperatur von 1450°C und einem Druck von 16 bar. Das Schlacketröpfchen enthaltende Gas wird auf vier parallel geschaltete Abscheider verteilt, die gemäß Fig. 1 ausgestaltet sind. Jeder Abscheider weist folgende Maße und Daten auf:

Leervolumen des Festbettes (2): 60 m²
Neigungswinkel X: 60°
Innendurchmesser D: 3,53 m
Lückenvolumen des Festbettes (2): 40%
Strömungslänge (8): 7,0 m
Höhe des Stützgerüsts (5): 3,6 m
Lückenvolumen des Stützgerüsts (5): 55%

Das Festbett (2) eines jeden Abscheiders wird durch Kugeln mit einheitlichem Durchmesser von 60 mm gebildet. Als Material für die Kugeln, das Stützgerüst und die Innenauskleidung des Kanals (1) wird Keramik des Typs RB92 der deutschen Firma Feldmühle AG, Plochingen, verwendet.

Das Gas tritt mit einer Schlackebeladung von 4 g/Nm² in die Abscheider ein und verläßt sie mit 5 mg Schlacke pro Nm³.

Claims (7)

1. Verfahren zum Abscheiden von Schmelzetröpfchen aus einem die Schmelzetröpfchen mitführenden Gas, das Temperaturen im Bereich von 400 bis 1800°C und einen Druck von 1 bis 150 bar aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man das die Schmelzetröpfchen enthaltende Gas von oben nach unten durch einen schrägen Kanal mit einem Innendurchmesser D von 0,1 bis 5 m und durch ein im Kanal angeordnetes Festbett aus Füllkörpern leitet, wobei die Achslinie des Kanals gegen die Horizontale einen Winkel von 30 bis 80° bildet, die entlang der Achslinie gemessene Strömungslänge im Festbett mindestens 1,5D beträgt und das Festbett ein Lückenvolumen von mindestens 30% des Leervolumens aufweist, daß man abgeschiedene Schmelze in einer Schmelzesammelwanne am unteren Ende des Kanals sammelt, daß man das Gas aus dem unteren Bereich des Kanals oberhalb der Schmelzesammelwanne ableitet und daß man in der Schmelzesammelwanne ein gas- und schmelzedurchlässiges Stützgerüst anordnet, auf welchem sich das Festbett abstützt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Festbett aus Füllkörpern mit Durchmessern im Bereich von 20 bis 100 mm gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützgerüst ein Lückenvolumen von mindestens 40% des Leervolumens aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Festbett und dem Stützgerüst eine gas- und schmelzedurchlässige Zwischenschicht angeordnet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas im Festbett um mindestens ein im oberen Bereich des Kanals angeordnetes Strömungshindernis geführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Füllkörper des Festbettes aus mindestens einem Vorratsbereich dem Festbett zugeführt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Kanal eine Schlackenrinne angeformt ist.