DE19858675A1 - Verfahren zum Abscheiden von gasförmigen Alkaliverbindungen und/oder flüssigen, aufgeschmolzenen oder klebrigen Feststoffteilchen aus heißen Gasströmen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von gasförmigen Alkaliverbindungen und/oder flüssigen, angeschmolzenen oder klebrigen Feststoffteilchen aus einem heißen Gasstrom, umfassend das Einleiten des heißen, die Alkaliverbindungen und/oder Feststoffteilchen enthaltenden Gasstroms in einen Mischreaktor und das In-Kontakt-Bringen des Gasstroms in diesem Mischreaktor mit einem partikelförmigen Feststoff. Der Feststoff kann sodann in einem Schwerkraft-, Fliehkraft- oder Trägheitsabscheider, z. B. einem Zyklon, in wesentlichen Teilen aus dem heißen Gas abgetrennt werden; hieran kann sich ein weiterer Entstaubungsschritt anschließen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Abtrennung von Alkaliverbindungen sowie die Feststoffabscheidung aus Gasströmen von solch hohen Temperaturen, bei denen zumindest ein Teil der Feststoffteilchen klebrig, partiell angeschmolzen oder vollständig schmelzflüssig vorliegt und/oder die Alkaliverbindungen zumindest teilweise gasförmig sind. Die Erfindung ist z. B. anwendbar auf die Reinigung von Rauch- oder Synthesegasen im Bereich von Raumdrücken bis zu etwa 25 bar, unter Umständen sogar bis zu etwa 100 bar.

Die Energiegewinnung aus Kohle kann über eine Reihe von Verfahren erfolgen. Beispielsweise wird beim GUD-Verfahren die Kohle nicht wie herkömmlich verbrannt, sondern in einer ersten Stufe unterstöchiometrisch vergast, und anschließend wird das erzeugte Gas in einer Turbine vollständig verbrannt. Ein anderes Prinzip ist die sogenannte Druckkohlenstaubfeuerung. Hier wird Kohle unter hohem Druck vollständig verbrannt, und die entstandenen Rauchgase werden in einer nachgeschalteten Turbine entspannt, bevor das Gas einem Dampferzeuger zugeleitet wird.

Diesem und ähnlichen Verfahren ist gemeinsam, daß sie besonders hohe Wirkungsgrade erreichen, daß jedoch als Primärprodukte mit Partikeln und Alkalien verunreinigte Gase entstehen. Das Einleiten dieser Gase in ungereinigter oder nur schlecht gereinigter Form in die erwähnten Turbinen würde diese äußerst schnell zerstören, da die Turbinen bei hohen Temperaturen betrieben werden und insbesondere die Turbinenbeschaufelung anfällig gegen Korrosion (unter anderem durch Alkalien), Erosion (durch Staubpartikel) und Verschmutzung ist. Besonders die Alkalien, deren Siedepunkte bei den meisten derartigen Verfahren unterhalb der Schaufeloberflächentemperaturen liegen, wirken intensiv auf das Schaufelmaterial ein. Während gasförmige Alkalien bei den meisten GUD-Prozessen das größte Problem für die Reinigung darstellen, da die Gastemperaturen etwa im Bereich von 700 bis 1100°C liegen, kommt bei Verfahren, bei denen heißere Gase erzeugt werden, z. B. bei der Druckkohlenstaubfeuerung (aber auch z. B. bei GUD-Prozessen auf Basis Flugstromvergasung (z. B. Krupp Koppers) von Kohle), ein zweites Problem hinzu: Da die durch die Kohleverbrennung oder dgl. gebildeten Gasströme Temperaturen im Bereich von etwa 1500 bis 1700°C aufweisen, liegen die mitgerissenen Asche- und sonstigen Partikel je nach Druck, Temperatur und Verfahrensführung in klebriger, teilweise angeschmolzener oder vollständig flüssiger Form vor. Da die erzeugten Gase bei den genannten und ähnlichen Verfahren in möglichst heißem Zustand der Turbine zugeführt werden sollen, sind die Anforderungen an ihren Reinheitsgrad sehr hoch und nehmen weiter zu. Denn eine Abkühlung bedeutet Exergieverlust, der nach Möglichkeit vermieden werden soll; bei den möglichen oder gewünschten Temperaturen von derzeit bis zu etwa 1350°C des in die Turbine eintretenden Gases sind die Turbinenschaufeln jedoch äußerst empfindlich gegenüber Verunreinigungen, insbesondere gegenüber Alkalien. Bisher ist es nämlich nicht gelungen, hiergegen bei solch hohen Temperaturen widerstandsfähige Materialien für die Turbinenschaufeln zu entwickeln.

Zur Reinigung von der Turbine zuzuführenden Gase im GUD-Prozeß ist bereits vorgeschlagen worden, Alkalisorbentien direkt in den Reaktionsraum einzugeben. Hier wurden vor allem Gettermaterialien wie Tonerde, Quarzsand, Eisen-Bauxit-Mi­ schungen, Bauxit mit Quarzsand und dergleichen vorgeschlagen (siehe F. Pintsch et al., VGB Kraftwerkstechnik 71, Seiten 469 bis 474 (1991)). Für die Reinigung der bei der Druckkohlenstaubfeuerung entstehenden Rauchgasströme hat man bisher keine zufriedenstellenden Konzepte entwickeln können.

K. Hannes, VDI-Berichte Nr. 1280, Seiten 451 bis 471 (1996) berichtet über bisherige Versuche, die Reinigung von Rauchgasen bis auf Turbinenverträglichkeit (3 bis 5 mg/m³ i. N. (Reingaspartikelgehalt) durchzuführen. Hier gibt es den Vorschlag, hinter der Brennkammer zuerst einen Flüssigascheabscheider anzuordnen, der beispielsweise als Schlackensammelring ausgebildet ist. Weiterhin sind zur Partikelabscheidung filternde Abscheider (z. B. keramische Filter) und Massekraftabscheider (Hochtemperatur-Schlacke-Ven­ turiwäscher, Zyklone) bekannt. In der Versuchsanlage in Dorsten, von der der genannte VDI-Bericht handelt, soll sich an den Flüssigascheabscheider ein Alkaliabscheider anschließen. In bezug auf die Abscheidung der Alkaliverbindungen lagen zum Veröffentlichungszeitpunkt noch keine konkreten Vorschläge für eine sinnvolle Realisation vor; die bisherigen Untersuchungen konzentrierten sich auf die chemische Einbindung der Alkalien in Gettermaterialien. Hierfür wird einmal vorgeschlagen, die Gettersubstanzen in reiner Form oder als Gemische bei der Verbrennung selbst dem Brennstoff zuzusetzen. Des weiteren wird vorgeschlagen, die Gettermaterialien in rauchgasberührte Anlagenteile einzubinden. Hierbei wurden Gettermaterialien entweder nachträglich auf geeignete Trägermaterialien aufgebracht oder Keramikkörper verwendet, die aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung einen beträchtlichen Gettereffekt zeigen. Allerdings können die eingesetzten Materialien im Betrieb nicht ausgetauscht werden. Ihre Kapazität ist daher relativ schnell erschöpft. Darüberhinaus verändern sie durch die chemische Anbindung der Alkaliverbindungen auch ihre physikalische Struktur und können weich oder schaumig oder dergleichen werden und ihre Aktivität verlieren. Schließlich sind sie selber Ursache für den Eintritt weiterer Verunreinigungen in das zu reinigende Rauchgas. Die im VDI-Be­ richt genannten Werte von 3-5 mg/m³ Rauchgaspartikelgehalt lassen sich laut persönlicher Mitteilung von Mitarbeitern bisher nicht annähernd erreichen; realisierbar sind derzeit etwa 0,1 g/m³ Staub sowie etwa 1 mg/m³ Alkalien. Erwünscht in Hinblick auf die steigenden Anforderungen an die Turbinenverträglichkeit sind dagegen nicht mehr als 0,03 mg Alkalien und ca. 5 mg Staub pro Kubikmeter Gas.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die genannten Verunreinigungen aus heißen Gasströmen einfach und effektiver entfernt werden können.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die den Reaktionsraum (z. B. Brenn- oder Vergasungsraum) verlassenden, heißen Gase in einen Mischreaktor überführt und dort mit partikelförmigen Feststoffmaterialien in Kontakt gebracht (verwirbelt) werden. Dabei werden in ein und demselben Schritt gasförmige Alkaliverbindungen kondensiert und auf den Feststoffpartikeln abgeschieden oder von deren Material ad-/absorbiert; die klebenden oder flüssigen Teilchen heften sich an die Feststoffpartikeln an, werden ggf. auch ganz von solchen Partikeln umhüllt und lassen sich in Form größerer Teilchen abscheiden.

Die Temperatur der "heißen Gase" liegt dabei in solchen Bereichen, in denen zumindest ein Teil der Staub- oder Aschepartikel oder dgl. bei den jeweils herrschenden Drücken klebrig, angeschmolzen oder flüssig und/oder zumindest ein Teil der Alkaliverbindungen gasförmig vorliegt. Natrium- und Kaliumhydroxid und -chlorid haben im Bereich von ca. 1000°C bis 1200°C einen Dampfdruck von etwa 10^-1 bar. Ascheteilchen beginnen oberhalb von etwa 800-850°C klebrig zu werden.

Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren eignet sich insbesondere für Kohleverbrennungsverfahren und Kohlevergasungsverfahren, beispielsweise für die atmosphärische Schmelzkammerfeuerung oder für die unter Druck erfolgende Kohlenstaubfeuerung. Bei letzterer verläßt das Rauchgas mit etwa 1500-1700°C den Brennraum. Als Kohlevergasungsverfahren, auf die das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist, seien beispielsweise Wirbelbett- oder Flugstromvergasung genannt. Bei letzterer verläßt das Gas den Reaktorraum mit etwa 1400°C und unter sehr hohen Drücken (bis zu 100 bar). Andere Verfahren liefern Gase mit etwas niedrigeren Temperaturen, so z. B. das GUD-Wirbelbettverfahren ein Synthesegas von ca. 800-1100°C oder das GUD-Festbettverfahren ein solches von ca. 800-1000°C.

Erfindungsgemäß wird der heiße, die Alkaliverbindungen und/oder Feststoffteilchen enthaltende Gasstrom nach dem Verlassen des Reaktorraumes in einen Mischreaktor eingeleitet. Dort wird er mit einem partikelförmigen Feststoff umgesetzt. Wünschenswert ist es, daß die Verweilzeit des Gases im Mischreaktor im Bereich von 0,02-60 Sekunden, bevorzugt 0,02 bis 10 Sekunden beträgt.

Das Gas durchströmt den Reaktor vorzugsweise von unten nach oben (andere Strömungsführungen sind jedoch ebenfalls möglich). In einer vorteilhaften Ausgestaltung, wie sie beispielhaft in Fig. 1 dargestellt ist, wird dem Reaktor hinter einer Einschnürung ein Strom der Feststoffteilchen zugeführt. Dabei ist festzuhalten, daß Fig. 1 sich auf das Prinzip der Druckkohlenstaubfeuerung bezieht, diese Ausgestaltung des Mischreaktors jedoch nicht darauf beschränkt sein soll.

Der in den Mischreaktor eingebrachte Feststoffstrom hat in einer Ausgestaltung der Erfindung dieselbe oder im wesentlichen dieselbe Temperatur wie das Gas. In einer anderen Ausgestaltung weist er eine geringere Temperatur als das zu reinigende Gas auf. Dadurch wird der zu reinigende Gasstrom gleichzeitig gekühlt. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn die Temperatur des erzeugten Gasstroms höher ist als die Temperaturverträglichkeit der sich anschließenden Turbine.

Bezüglich der Absolutwerte für die Temperatur des Feststoffstroms bestehen keine notwendigen Vorgaben; desgleichen nicht für die Temperaturdifferenz zum Gasstrom. Die Absolutwerte errechnen sich aus der Menge der zuzugebenden Materialien pro Rauchgasmengen-Einheit, der Wärmekapazität der beteiligten Komponenten, der Temperaturdifferenz, die erreicht werden soll, und der Ist-Temperatur des zu reinigenden Rauchgasstroms. Ist beispielsweise ein Rauchgas zu reinigen, das bei der Druckkohlenstaubfeuerung entsteht, so ist üblicherweise von einer Temperatur des Rauchgases von etwa 1500 bis 1700°C auszugehen. Da nach dem derzeitigen gängigen Stand der Technik einer Turbine ein Gas mit einer Maximaltemperatur von etwa 1200°C zugeführt werden kann, im Extremfall mit bis zu 1350°C, kann bzw. sollte in diesem Beispiel die Temperatur um mindestens etwa 150 K und maximal etwa 500 K abgesenkt werden, um eine optimale Gastemperatur für die Turbine zu erhalten.

Wie erwähnt, hängen die zu wählenden Temperaturen für den in den Mischreaktor einzuführenden Feststoffstrom von einer Vielzahl von Parametern ab. Zu den genannten physikalischen Parametern treten solche der Verfahrensführung wie gewünschte Rückführrate und Menge der eingesetzten Feststoffpartikel und die Temperatur, bei der einzelne Schritte der Reinigung der wieder in den Kreislauf einzuschleusenden Partikel ausgeführt werden können oder müssen. Es läßt sich jedoch sagen, daß die Temperatur der Feststoffpartikel bevorzugt mindestens um 100 K, stärker bevorzugt um 400-500 K, ganz besonders bevorzugt mindestens um 800 K niedriger liegt als die des Rauch- oder sonstigen Gasstroms. Sie kann auch um ca. 1400 K darunterliegen, wenn nämlich Feststoffpartikel von Umgebungs- bzw. Raumtemperatur oder nur wenig darüber eingebracht werden sollen.

Wenn der mit der Schmutzfracht beladene Feststoff in einem Kreislauf rezykliert wird und relativ große Teile davon wieder zum Einsatz gelangen, wird man bestrebt sein, den Feststoffpartikeln während der Reinigung möglichst wenig Wärmeenergie zu entziehen und sie mit relativ hoher Temperatur wieder in den Mischreaktor einzuschleusen. Wenn dagegen ein Großteil des zugesetzten Feststoffstroms aus erstmals eingesetztem Material besteht, geht in die Energiebilanz auch die zum Aufheizen dieses Stroms benötigte Wärme ein. Weiterhin hängt die Menge des Feststoffstroms von den tatsächlichen Verunreinigungen des Rauchgases, d. h. unter anderem von der Zusammensetzung der zu verfeuernden Kohle, den gewählten Verbrennungsverfahren sowie von anderen Parametern im Verbrennungskessel ab. Selbstverständlich müssen ausreichende Mengen an Feststoff zugesetzt werden, um die flüssigen oder klebrigen Ascheteilchen und/oder die gasförmigen Alkalien wirksam abzufangen. Wenn eine so große Menge an "neuem" Feststoff eingebracht werden muß, daß dieser, würde er bei Umgebungstemperatur eingesetzt, das Rauchgas auf eine den Gesamtwirkungsgrad beeinträchtigende Temperatur absenken würde, so ist es natürlich vorzuziehen, den Feststoff vor dem Einbringen in den Mischreaktor auf eine geeignete Temperatur vorzuwärmen.

Die gegebenenfalls erfolgende Gaskühlung erfolgt über einen Temperaturausgleich zwischen fluider und fester Phase. Auf den Oberflächen der "kühleren" Partikel des zugesetzten Feststoffstroms kondensieren bzw. adsorbieren dabei die "heißeren" alkalischen Verbindungen. Außerdem laufen an den Feststoffoberflächen (insbesondere bei Gettermaterialien) Sorptionsprozesse ab, die eine physikalische oder chemische Einbindung der heißen Alkalien in die Gettermatrix bewirken. Auch durch die bereits voranstehend beschriebene Abscheidung klebriger oder flüssiger "heißer" Partikel erfolgt ein Temperaturausgleich.

Als Materialien für den zuzusetzenden Feststoffstrom können Inert- oder Gettermaterialien verwendet werden, wie sie bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind. Es handelt sich beispielsweise um Silicium- und Aluminiumoxide wie Tonerde, Bauxit, Dolomit, Quarzsand und dergleichen bzw. entsprechende Mischungen hiervon. Insbesondere Aluminiumoxide reagieren mit den im Gas vorliegenden Alkalien zu Substanzen, die keinen bemerkenswerten Dampfdruck mehr besitzen. Außerdem können katalytisch aktive Substanzen wie beispielsweise Eisen(III)-Oxid eingebracht werden, die die Wirkung der Gettermaterialien fördern und verbessern können.

Der Feststoffstrom sollte bevorzugt aus relativ kleinen Partikeln bestehen, beispielsweise im Bereich von 0,005 bis 10 mm, bevorzugt etwa 0,010 bis 0,5 mm. Je kleiner die Partikel sind, desto größer ist die wirksame Oberfläche, die zur Adsorption von gasförmigen Alkalien bzw. zur Einbindung flüssiger oder klebriger Teilchen zur Verfügung steht. Aus dem gleichen Grunde sind poröse Partikel besonders bevorzugt. Insbesondere dann, wenn klebrige, partiell angeschmolzene oder schmelzflüssige Partikel im Gas vorhanden sind, lassen sich relativ kleine Feststoff-Partikel für deren physikalische Adsorption mit guten Ergebnissen einsetzen, da die entstehenden Teilchen durch die Klebrigkeit zu größeren Partikeln agglomerieren.

In einer spezifischen Ausgestaltung der Erfindung werden Gettermaterialien oder andere Substanzen, die auch für den erfindungsgemäß einzusetzenden Feststoffstrom mit geringerer Temperatur vorgesehen werden können, zusätzlich bereits vorab in die erste oder einzige Brennkammer eindosiert. Auf diese Weise kann die Anbindung von Alkalien in die Asche verbessert werden, so daß ein verringerter Anteil der Alkaliverbindungen im Rauchgas in gasförmiger Form vorliegt und im Mischreaktor gebunden und abgeschieden werden muß.

Nach dem Passieren des Mischreaktors wird das feststoffbeladene Gas in eine Abscheideeinrichtung geführt, um die Entfernung der mit Alkalien und den zuvor klebrigen, partiell angeschmolzenen oder flüssigen Feststoffteilchen beladenen Partikel des zugesetzten Feststoffstroms aus dem Rauchgas zu bewirken. Auch nichtklebende Partikel des Rauchgases werden, sofern vorhanden, in dieser Stufe mitabgeschieden. Es handelt sich dabei bevorzugt um einen Zyklon, wie in Fig. 1 dargestellt. Ein solcher eignet sich bevorzugt als Abscheideeinrichtung bei langen Betriebszeiten. Anstelle eines Zyklons können auch Schwerkraft-, Trägheits- oder andere Fliehkraftabscheider eingesetzt werden. Beispiele sind Sichter, Prallblech-, Lamellen- oder Umlenkabscheider. Die genannten Abscheider können auch so ausgelegt werden, daß sie mit hohem Abscheidegrad die mit definierter Korngröße (monodispers) eingebrachten Gettermaterialien aus dem Gasstrom abtrennen.

Je nach Wirkungsgrad des zuvor beschriebenen gewählten Abscheiders ist es unter Umständen empfehlenswert, das Gas anschließend in eine Entstaubungseinrichtung zu führen, um es von restlichen Feinteilchen zu befreien und die Entstaubung auf den geforderten Reinheitsgrad zu ermöglichen. Bei der Entstaubungseinrichtung kann es sich um filternde Abscheider handeln. So ist z. B. ein Kerzenfilter gut geeignet. Auch Schüttschichtfilter, Wabenfilter und Schaumkeramiken sind möglich. Je nach Kapazität dieser Entstaubungseinrichtung und der Belastung des bei der Verbrennung entstandenen Rauchgases kann dabei unter Umständen auf die oben beschriebene, vorhergehende Abscheidung mittels Zyklon oder dergleichen verzichtet oder in Bezug auf den Abscheidegrad eingeschränkt werden. Dies ist insbesondere dann angebracht, wenn im nachfolgenden Trennschritt mit Precoat-Effekten durch Gettermaterialien gearbeitet werden soll.

Bei einer druckaufgeladenen Feuerung wie der Druckkohlenstaubfeuerung wird das Gas, hier ein Rauchgas, als nächstes in einer Turbine entspannt, bevor es in einen Dampferzeuger geleitet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahrensprinzip ist in Fig. 1 anhand des Schemas für die Rauchgasreinigung einer Druckkohlenstaub­ feuerungsanlage dargestellt. Der Mischreaktor zum Vermischen von Gas und Feststoffstrom ist mit 1 bezeichnet, der bevorzugt eine Einschnürung 14 aufweist, hinter der die Einspeisung des Feststoffstroms erfolgt. Mit 2 ist ein Zyklon bezeichnet, mit 3 ein Kerzenfilter. Nach Durchströmen des Kerzenfilters wird das Rauchgas zum Entspannen der Turbine 4 zugeführt und anschließend in den Dampferzeuger 5 geleitet. Fig. 1 zeigt weiterhin schematisch einen vollständigen Kreislauf der Feststoffmaterialien, innerhalb dessen eine Reihe von Reinigungsschritten vorgesehen ist. Der im Zyklon 2 und im Kerzenfilter 3 abgeschiedene Feststoff kann mittels beliebiger Feststoffaustragskomponenten, die mit 6a und 6b bezeichnet sind, in einen Feststoffkühler 7 geführt und dort auf beispielsweise 100 bis 1000°C abgekühlt werden. Dazu können z. B. Rieselbett-, Wanderbett- oder Fließbettkühler eingesetzt werden. Wird ein Wirbelbettkühler eingesetzt, kann als Wirbelluft Rauchgas bzw. kalte oder vorgewärmte Frischluft verwendet werden, die anschließend als Rezirkulationsluft bzw. Sekundärluft in den Reaktor 1 eingeleitet wird. Der Kühlkreislauf kann dagegen mit dem Wasserkreislauf bzw. Dampferzeuger 5 gekoppelt werden, indem beispielsweise Dampf in den Tauchheizflächen überhitzt wird. Es ist aber auch eine Kühlung mit Wasser realisierbar, so daß im Vergleich zur Dampfüberhitzung tiefere Feststofftemperaturen erzielt werden können und damit eine niedrigere Feststoffbelastung des Reaktors 1 möglich ist.

Der gekühlte Feststoff wird dann über einen Klassiervorgang von Grobkorn (insbesondere agglomerierten Partikeln) und Feinkorn (insbesondere Abrieb, Feinstäuben) befreit. Dies ist in der Fig. 1 unter dem Bezugszeichen 8 dargestellt. Vor oder hinter der Klassierung wird ein Teil des Feststoffstroms vorzugsweise durch Frischmaterial ersetzt (in der Figur ist der Feststoffaustausch mit den Pfeilen von und zur Ziffer 9 angedeutet). Zum Ausgleich von Lastwechseln und zum An- und Abfahren der Anlage ist vorzugsweise zudem ein Rezirkulationssilo vorgesehen, welches an beliebiger Stelle vor, zwischen oder hinter der Reihe von Vorrichtungen zur Klassierung 8 und zum Feststoffaustausch 9 eingeordnet werden kann. Auf das Rezirkulationssilo kann verzichtet werden, wenn der Fließbettkühler so ausgestaltet wird, daß er die Aufgaben zur Steuerung des Massenstrom- und Temperaturhaushaltes übernehmen kann. Ebenso kann im Fließbettkühler, aber auch an jeder anderen Stelle des Feststoffkreislaufes, die Feststoff­ ein- und -ausschleusung stattfinden.

Bei unter Druck stehenden Feuerungsverfahren besteht außerdem die alternative Möglichkeit, den Feststoffstrom nach Verlassen der Feststoffaustragskomponenten (6a und 6b in der Fig. 1) zu entspannen, um eine Desorption von Alkaliverbindungen in die Gasatmosphäre zu bewirken. Entsprechend ist in Fig. 1 eine mit 11 bezeichnete Entspannungseinheit dargestellt. In diesem Fall besteht dann die Möglichkeit, einen oder mehrere der nachfolgenden Vorrichtungsteile atmosphärisch zu betreiben, bevor spätestens vor der Feststoffeintragseinrichtung (in Fig. 1 mit 13 bezeichnet) eine Druckaufbaueinheit anzuordnen ist (in Fig. 1 mit 12 bezeichnet), da der Feststoffeintrag in den Mischreaktor erfindungsgemäß nicht mit Hilfe eines Trägergases erfolgt. Der Eintrag in den Mischreaktor kann dann mit Hilfe eines unter Druck stehenden Feststoffzuteilers, beispielsweise einer Schnecke oder dergleichen, bewirkt werden.

Die Komponenten 9, 11 und 12 können gegebenenfalls auch als Doppelkammerschleuse ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Zugabe eines Feststoffs mit einer deutlich geringeren Temperatur als der des Rauchgases bewirkt in vorteilhafter Weise eine erwünschte Kühlung des Rauchgases, die physikalische und/oder chemische Ad- bzw. Absorption alkalischer, gasförmiger Verbindungen sowie die Abscheidung insbesondere klebriger, partiell angeschmolzener oder schmelzflüssiger Partikel.

Nachstehend soll die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Beispielhaft werden Rauchgasströme betrachtet, die in einer atmosphärischen oder druckaufgeladenen Feuerung (beispielsweise Schmelzkammerfeuerung oder Druckkohlenstaubfeuerung) entstehen, Partikel und alkalische Bestandteile (vor allem Natrium- und Kaliumverbindungen) enthalten sowie eine Temperatur von etwa 1600°C aufweisen.

Aus einer vereinfachten Energiebilanz kann für die Abkühlung eines derartigen Rauchgases um 300 K der benötigte Gettermaterialstrom abgeschätzt werden. Unter der Annahme, daß als Gettermaterial Quarzsand mit einer Eintrittstemperatur von 600°C verwendet wird, benötigt man 0,75 kg Quarzsand pro Kilogramm Rauchgas.

Soll ein anderes Material als Quarzsand verwendet werden, so berechnet sich die zuzusetzende Menge entsprechend, wobei eine möglicherweise andere Wärmekapazität dieses Materials zu berücksichtigen ist.

Claims (14)

1. Verfahren zum Abscheiden von gasförmigen Alkaliverbindungen und/oder flüssigen, angeschmolzenen oder klebrigen Feststoffteilchen aus einem heißen Gasstrom, umfassend das Einleiten des heißen, die Alkaliverbindungen und/oder Feststoffteilchen enthaltenden Gasstroms in einen Mischreaktor und das In-Kontakt-Bringen des Gasstroms in diesem Mischreaktor mit einem partikelförmigen Feststoff.

2. Abscheideverfahren nach Anspruch l, weiterhin umfassend das darauf folgende Abt rennen wesentlicher Teile der Feststofffracht durch Überführen des feststoffbeladenen Gasstroms in einen Schwerkraft-, Fliehkraft- oder Trägheitsabscheider, insbesondere in einen Zyklon, Prallblech-, Lamellen- oder Umlenkabscheider.

3. Abscheideverfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, weiterhin umfassend das anschließende Überführen des erhaltenen Gasstromes in eine filternde Entstaubungseinrichtung, insbesondere ausgewählt unter Kerzenfiltern, Wabenfiltern, Schüttschichtabscheidern und Schaumkeramiken.

4. Abscheideverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der partikelförmige Feststoff mindestens eine um etwa 50 K oder mindestens eine um etwa 400 K oder mindestens eine um etwa 800 K oder mindestens eine um etwa 1000 K niedrigere Temperatur aufweist als der Gasstrom.

5. Abscheideverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel des Feststoffs einen durchschnittlichen Durchmesser zwischen 0,01 und 0,5 mm aufweisen.

6. Abscheideverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der partikelförmige Feststoff im wesentlichen aus Oxiden des Siliciums und/oder Aluminiums besteht.

7. Abscheideverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der partikelförmige Feststoff im wesentlichen aus Quarzsand und/oder Bauxit besteht.

8. Abscheideverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der partikelförmige Feststoff weiterhin mindestens eine gegenüber Bestandteilen der Alkaliverbindungen und/oder flüssigen, angeschmolzenen oder klebrigen Teilchen katalytisch wirksame Substanz, vorzugsweise ein Eisenoxid, enthält.

9. Abscheideverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas eine Temperatur im Bereich von mindestens 1300°C, bevorzugt mindestens 1500°C aufweist und/oder der partikelförmige Feststoff eine Temperatur im Bereich von Umgebungstemperatur bis 1000°C, bevorzugt von bis zu 600°C aufweist und/oder daß die Temperaturerniedrigung des Gasstroms durch Zusatz dieses Feststoffs mindestens etwa 100 K, bevorzugt mindestens etwa 300 K und maximal etwa 500 K beträgt.

10. Abscheideverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich bereits vorab weiterer Feststoff in einen Reaktionsraum eindosiert wird, in dem das zu reinigende Gas entsteht, wobei es sich bei diesem Feststoff chemisch und physikalisch um einen solchen handelt, wie er in einem der Ansprüche 5 bis 8 definiert ist.

11. Abscheideverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Gases im Mischreaktor 0,02 bis 10 Sekunden beträgt.

12. Vorrichtung zum Abscheiden von gasförmigen Alkaliverbindungen und/oder flüssigen, angeschmolzenen oder klebrigen Feststoffteilchen aus heißen Gasströmen, umfassend:

• - einen Mischreaktor, in dem das Gas mit einem partikelförmigen Feststoffstrom in Kontakt gebracht werden kann, wobei der Mischreaktor eine Einschnürung sowie eine Feststoffzuführeinrichtung für Feststoffpartikel aufweist, die, in Richtung des Gasstroms gesehen, hinter der Einschnürung liegen, sowie
• - einen Schwerkraft-, Fliehkraft- oder Trägheitsabscheider, der so mit dem Mischreaktor in Verbindung steht, daß das mit dem Feststoff angereicherte Gas in den Abscheider eintreten kann, und/oder
• - eine Entstaubungseinrichtung, die dem Abscheider ggf. nachgeschaltet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Fliehkraftabscheider ein Zyklon vorgesehen ist und daß als Entstaubungseinrichtung ein Kerzenfilter vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerkraft-, Fliehkraft- oder Trägheitsabscheider in den Mischreaktor integriert ist oder sich unmittelbar an diesen anschließt.