DE19844049A1

DE19844049A1 - Verfahren zur Nassreinigung von Rauchgas sowie Waschturm

Info

Publication number: DE19844049A1
Application number: DE1998144049
Authority: DE
Inventors: Walter Egli; Jakob Keller; Ekkehard Schade
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2000-03-30

Abstract

Im Bereich des oberen Endes eines Schachtes (1), an welchem Rauchgas eingeleitet wird, ist eine Waschebene (7) mit nach unten gerichteten Düsen (8) angeordnet zur Eindüsung von Waschsuspension, welche kegelförmige überlappende Waschstrukturen (9) bildet. Ihre Austrittsgeschwindigkeit beträgt mindestens 8 m/sec, vorzugsweise mindestens 10 m/sec, so dass das Rauchgas wirksam in die Waschstrukturen (9) hineingezogen wird und mit der Waschsuspension eine Zweiphasenströmung mit einem Suspensions-Anteil von mindestens 0,5% (Vol.), vorzugsweise 1-2% (Vol.), bildet, mit welcher es in einen Sumpf (12) in einem allseitig über den Schacht (1) überstehenden Becken (3) gerissen wird. Dort bildet sich dadurch eine eventuell durch ein Rührgerät verstärkte torusförmige Umwälzströmung aus, die das Rauchgas nach außen trägt, wo es, durch die intensive Vermischung mit der Waschsuspension gründlich gereinigt, durch einen Abzug (13) abströmt.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nassreinigung von Rauchgas gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Waschturm. Derartige Verfahren werden vor allem zur Reinigung, insbesondere Entschwefelung von Rauchgasen aus Kohlekraftwerken und Müllverbrennungsanlagen eingesetzt.

Stand der Technik

In M. Takeshita, H. Soud: "FGD performance and experience on coal-fired plants", IEACR/58 (1993), s. insbesondere S. 34, Abs. 2 und S. 32, Fig. 10: "Type 2 Packed tower", ist ein gattungsgemässer und gemäss einem gattungsgemässen Verfahren betriebener Waschturm beschrieben, bei welchem intensive Vermischung zwischen Waschflüssigkeit und Rauchgas durch einen gitterartigen Einsatz aus Kunststoff, der die Kontaktzeit zwischen diesen Komponenten verlängert, erzielt werden soll. Diese Lösung hat verschiedene Nachteile. Falls eine innige Vermischung erzielt werden soll, müssen die Durchgänge im Einsatz verhältnismässig eng gestaltet sein. Dies führt jedoch zu stärkerem Druckabfall und hat auch den Nachteil, dass sich die Durchgänge leicht verlegen können.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemässes Verfahren anzugeben, das bei höchstens geringem Druckverlust, vorzugsweise aber ganz ohne Druckverlust eine sehr gute Vermischung zwischen dem zu reinigenden Rauchgas und der Waschsuspension sicherstellt sowie einen Waschturm, welcher eine wirksame Ausführung des Verfahrens erlaubt. Diese Aufgabe werden durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5 gelöst.

Die Vorteile der Erfindung liegen vor allem darin, dass das zu reinigende Rauchgas mit der Waschsuspension in sehr engen Kontakt gebracht, insbesondere in den Sumpf von Waschsuspension hineingerissen wird, ohne dass dafür ein hoher Gasdruck erzeugt werden müsste. In der Regel sind Vorrichtungen zur Erhöhung des Gasdrucks, z. B. Ventilatoren, welche die Kosten einer Anlage wesentlich erhöhen, nicht erforderlich, da das Rauchgas von der eingesprühten Waschsuspension beschleunigt und mitgenommen wird.

Der erfindungsgemässe Waschturm ist so angelegt, dass er ein im Zusammenhang mit dem Verfahren besonders günstiges Strömungsmuster ermöglicht, bei dem das in den Sumpf mitgerissene Rauchgas unter inniger Vermischung mit der Waschsuspension nach aussen getragen wird, wo es sich entmischt und abzieht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Waschturm nach einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Düse des erfindungsgemässen Waschturms,

Fig. 3 einen vertikalen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Waschturm nach einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 einen vertikalen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Waschturm nach einer dritten Ausführungsform und

Fig. 5 einen vertikalen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Waschturm nach einer vierten Ausführungsform.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Ein erfindungsgemässer Waschturm gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist einen vertikalen Schacht 1 von ungefähr gleichbleibendem z. B. rundem oder quadratischem Querschnitt auf, an dessen oberes Ende eine Zuleitung (nicht dargestellt) für zu reinigendes Rauchgas anschliesst und der seitlich von einer umlaufenden Seitenwand 2 begrenzt wird. Unterhalb des Schachtes 1 ist ein Becken 3 angeordnet mit einem Boden 4 und einer umlaufenden Seitenwand 5. Der Querschnitt des Beckens 3 entspricht in der Form demjenigen des Schachtes 1, doch ist er grösser, d. h. seine Seitenwand 5 ist gegenüber der Seitenwand 2 des Schachtes 1 auf allen Seiten nach aussen versetzt, so dass das Becken 3 über den Schacht 1 allseitig übersteht. An der Oberseite wird das Becken 3 von einem Deckel 6 verschlossen, welcher eine mittige Öffnung freilässt, durch welche der Schacht 1 in das Becken 3 mündet.

Knapp unterhalb des oberen Endes des Schachtes 1 ist eine einzige Waschebene 7 angeordnet, welche mehrere auf gleicher Höhe gleichmässig über die Querschnittsfläche verteilte Düsen 8 zum Einsprühen von Waschsuspension aufweist. Die Düsen 8 sind nach unten gerichtet und so ausgebildet, dass sie jeweils eine vorhangartige Waschstruktur 9 aus Waschsuspension von der Form eines nach unten offenen Kegels bilden. Die Waschstrukturen 9 überlappen etwas unterhalb der Waschebene 7 und füllen den gesamten Querschnitt des Schachtes 1 aus. Jede Düse 8 ist (Fig. 2) mit einem knapp unterhalb ihrer Austrittsöffnung 10 angeordneten kegelförmigen Formkörper 11 versehen, welcher den austretenden Strahl von Waschflüssigkeit spreizt. Im Becken 3 bildet die Waschsuspension einen Sumpf 12, aus dem von einer Pumpanlage (nicht dargestellt) Waschsuspension wieder zur Waschebene 7 hochgepumpt wird. Im oberen Bereich der Seitenwand 5 des Beckens 3, oberhalb des Sumpfes 12, ist ein seitlicher Abzug 13 für das gereinigte Rauchgas vorgesehen.

Die Waschsuspension wird durch die Düsen 8 mit verhältnismässig geringer Spreizung und mit verhältnismässig hoher Geschwindigkeit im wesentlichen nach unten gesprüht. Sie beträgt mindestens 8 m/sec, vorzugsweise jedoch mindestens 10 m/sec. Unter Umständen können auch noch höhere Werte vorgesehen werden, wie z. B. 14 m/sec und mehr. Auch die Rate, mit der Waschsuspension eingesprüht wird, ist verhältnismässig hoch. Ihr Anteil an der Zweiphasenströmung, die sie zusammen mit dem Rauchgas bildet, soll mindestens 0,5% (Vol.), vorzugsweise 1 bis 2% (Vol.) betragen. Beides zusammen, die hohe Geschwindigkeit und der hohe Anteil, führen dazu, dass das Rauchgas in die Waschstrukturen 9 hinein von der Waschsuspension mitgerissen und beschleunigt wird, so dass die Zweiphasenströmung im unteren Teil des Schachtes 1 gewöhnlich eine weitgehend gleichmässige Geschwindigkeit von mindestens 5 m/sec aufweist (Pfeile).

Durch diese Strömung wird das Rauchgas in den Sumpf 12 gerissen. Das Aufprallen der Zweiphasenströmung auf dessen Oberfläche führt zur Bildung einer nebelartigen Schicht in diesem Bereich, in der eine besonders innige Vermischung zwischen Rauchgas und Waschsuspension stattfindet. Das Rauchgas wird jedoch tiefer in den Sumpf 12 gerissen und von einer Umwälzströmung, welche dort durch den Aufprall der Zweiphasenströmung im unterhalb des Schachtes 1 gelegenen zentralen Bereich seiner Oberfläche hervorgerufen wird, nach unten und aussen transportiert. Im Randbereich des Beckens 3, ausserhalb des besagten unterhalb des Schachtes 1 gelegenen Bereichs steigt die Umwälzströmung wieder auf, das gereinigte Rauchgas entmischt sich von der Waschsuspension und entweicht schliesslich durch den Abzug 13, während die letztere an der Oberfläche des Sumpfes 12 wieder gegen das Zentrum des Beckens 3 fliesst. Die Umwälzströmung bildet also eine den zentralen Bereich des Beckens 3 umgebende torusförmige Walze, welche einen grossen Teil des Volumens des Beckens 3 erfassen kann.

Die Rauchgasströmung wird ausschliesslich durch die Strömung der Waschsuspension, welche das Rauchgas mitreisst, angetrieben. Dadurch kann auf Vorrichtungen zur Erzeugung eines erhöhten Rauchgasdrucks am Eingang des Waschturms entweder ganz verzichtet werden oder dieselben können in kostensparender Weise sehr klein dimensioniert werden. Trotz der intensiven Durchmischung des Rauchgases mit Waschsuspension tritt am Waschturm praktisch kein Druckabfall ein.

Gemäss einer in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsform, welche im übrigen völlig der ersten entspricht, ist die Seitenwand 2 des Schachtes 1 durch die Öffnung im Deckel 6 weit nach unten gezogen und bildet eine nach unten ragende Schürze 14, deren unterer Rand von der Oberfläche des Sumpfes 12 höchstens 0,5 m entfernt ist. Dadurch wird die Zweiphasenströmung noch deutlicher auf einen zentralen Bereich konzentriert. Sie trifft stärker gebündelt auf den unterhalb des Schachtes 1 gelegenen Bereich der Oberfläche des Sumpfes 12 und erzeugt dadurch dort eine besonders ausgeprägte nebelartige Schicht und im Sumpf 12 eine starke, tiefer in denselben eindringende Umwälzströmung.

Auch gemäss einer dritten Ausführungsform (Fig. 4) ist der Waschturm im wesentlichen gleich aufgebaut wie gemäss der ersten, doch weist er zusätzlich eine Rührvorrichtung auf, einen zentral unterhalb des Schachtes 1 und knapp unterhalb der Oberfläche im Sumpf 12 angeordneten, um eine vertikale Achse drehbaren Propeller 15. Die Rührvorrichtung dient dazu, die Umwälzströmung zu verstärken und mehr in die Tiefe zu ziehen und dadurch die Vermischung des Rauchgases mit der Waschsuspension im Sumpf 12 zu intensivieren.

Bei einer weiteren, wiederum in allem übrigen der ersten entsprechenden vierten Ausführungsform ist (Fig. 5) knapp oberhalb der Oberfläche des Sumpfes 12 im Zentrum des Beckens 3, also unterhalb des Schachtes 1, ein Prallkörper 16 angeordnet, der die Form eines flachen Kegels mit nach oben gerichteter Spitze hat. Der Prallkörper 16 bewirkt eine verstärkte Zerstäubung der Zweiphasenströmung im Bereich der Oberfläche des Sumpfes 12 und damit eine weitere Verbesserung der Durchmischung des Rauchgases mit der Waschsuspension.

Es sind natürlich im Rahmen der Erfindung verschiedene weitere Abwandlungen möglich. So können auch mehrere Waschebenen vorhanden sein, die Waschsuspension kann auf andere Weise, z. B. in Tropfenform eingesprüht werden oder es können andere Mittel zur Verstärkung der Umwälzströmung eingesetzt werden. Für die Durchführung des Verfahrens ist im übrigen die Umwälzströmung nicht unbedingt erforderlich, doch hat sie sich durch deutliche Verbesserung der Reinigungswirkung und als Hilfsmittel bei der Steuerung der Rauchgasströmung bewährt.

Bezugszeichenliste

1

Schacht

2

Seitenwand

3

Becken

4

Boden

5

Seitenwand

6

Deckel

7

Waschebene

8

Düse

9

Waschstruktur

10

Austrittsöffnung

11

Formkörper

12

Sumpf

13

Abzug

14

Schürze

15

Propeller

16

Prallkörper

Claims

1. Verfahren zur Nassreinigung von Rauchgas in einem Waschturm, bei welchem am oberen Ende das zu reinigende Rauchgas eingeleitet wird und zur Bildung einer Zweiphasenströmung über den Querschnitt verteilt Waschsuspension nach unten gesprüht wird, die am Grund des Waschturms einen Sumpf (12) bildet, oberhalb dessen das gereinigte Rauchgas abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschsuspension mit einer Austrittsgeschwindigkeit von mindestens 8 m/sec eingesprüht wird und die sich oberhalb des Sumpfs (12) ausbildende Zweiphasenströmung aus Rauchgas und Waschsuspension mindestens 0,5% (Vol.) Waschsuspension enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsgeschwindigkeit mindestens 10 m/sec beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweiphasenströmung mindestens 1%(Vol.) Waschsuspension enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsprühen der Waschsuspension an mehreren auf gleicher Höhe über dem Sumpf (12) über den Querschnitt verteilten Stellen erfolgt, derart, dass die Waschsuspension sich nach unten öffnende überlappende kegelförmige Waschstrukturen (9) bildet.

5. Waschturm zur Rauchgasreinigung, mit einem von einer umlaufenden Seitenwand (2) begrenzten vertikalen Schacht (1) von ungefähr konstantem Querschnitt, welcher im Bereich seines oberen Endes eine Zuleitung für zu reinigendes Rauchgas aufweist sowie mindestens eine Waschebene (7) mit mehreren über seinen Querschnitt verteilten Düsen (8) zur Einleitung einer Waschsuspension, welche mit dem Rauchgas eine Zweiphasenströmung bildet und mit einem unterhalb des Schachtes (1) angeordneten, von einem Boden (4) und einer umlaufenden Seitenwand (5) gebildeten Becken (3) zur Aufnahme eines Sumpfes (12) von Waschsuspension sowie mit einem mit Abstand über dem Boden (4) angeordneten Abzug (13) für gereinigtes Rauchgas aus dem Becken (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (4) des Beckens (3) gegenüber der Seitenwand (2) des Schachtes (1) allseitig nach aussen versetzt ist.

6. Waschturm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Beckens (3) mindestens das 1,3fache der Querschnittsfläche des Schachtes (1) beträgt.

7. Waschturm nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand des Schachtes (1) mit der Seitenwand (4) des Beckens (3) überlappt, so dass ein unterer Teil der ersteren eine von der letzteren mit Abstand umgebene nach unten ragende Schürze (14) bildet.

8. Waschturm nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Becken (3) mindestens eine Rührvorrichtung eingebaut ist, welche geeignet ist, eine im unterhalb des Schachtes (1) gelegenen Bereich nach unten und nach aussen gegen die Seitenwand (4) des Beckens (3) gerichtete Umwälzströmung im Sumpf (12) hervorzurufen.

9. Waschturm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührvorrichtung als im unterhalb des Schachtes gelegenen Teil des Beckens (3) angebrachter, um eine vertikale Achse drehbarer Propeller (15) ausgebildet ist.

10. Waschturm nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im unterhalb des Schachtes (1) gelegenen Teil des Beckens (3) mindestens ein Prallkörper (16) zur Zerstäubung der Zweiphasenströmung angeordnet ist.

11. Waschturm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Prallkörper (16) kegelartig mit nach oben weisender Spitze ausgebildet ist.

12. Waschturm nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er lediglich eine einzige, im oberen Bereich des Schachtes (1) angeordnete Waschebene (7) aufweist.