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Die
Erfindung bezieht sich auf einen zwei- oder mehrstufigen Tropfenabscheider
aus rohrförmigen oder lamellenförmigen Prallkörpern,
der auf einer Tragkonstruktion gelagert ist und zur Abscheidung
von Tropfen aus Rauchgasströmen in einer Rauchgasentschwefelung
eingesetzt wird.
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Rauchgase
aus fossil befeuerten thermischen Kraftwerken werden vorwiegend
nach dem Nasswaschverfahren entschwefelt. Das schwefelhaltige Rauchgas
wird mit Kalksteinmilch (Suspensionslösung) besprüht
und das im Rauchgas befindliche SO2 in den Sprühtropfen
dieser Suspensionslösung gebunden und dann in Calziumsulfitdihydrat
(Gips) umgewandelt. Die kleineren dieser Sprühtropfen werden
durch den Gasstrom mitgeführt.
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Es
ist die Aufgabe des Tropfenabscheidersystems, diese im Rauchgasstrom
mitgeführten Tropfen abzufangen und in den Wäscherkreislauf
zurückzuführen. Andernfalls kommt es in den nachgeschalteten
Komponenten (Wärmetauscher, Rauchgaskanäle, Nassgebläse,
Schornstein usw.) zu Anbackungen und infolge zu Korrosion und Druckverlusterhöhung.
Die Folge sind Leistungsminderung des Kraftwerks (Druckverlusterhöhung
verursacht erhöhten Stromeigenverbrauch und ggf. auch eine
Reduzierung der Erzeugung) und Wartungskosten (Sanierung von Korrosionsstellen
und Reinigungskosten zur Entfernung der Anbackungen). Weiter verursachen
die nicht abgefangenen Tropfen wegen der darin enthaltenen Feststoffe
(Feinstaube) unerwünschte Emissionen.
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Das
Tropfenabscheidersystem trennt die Tropfen vom Gasstrom, indem es
den Rauchgasstrom umlenkt. Dabei werden die Tropfen Zentrifugalkräften
ausgesetzt und können dem Rauchgas in seinem Weg nicht
folgen, sondern prallen auf die Strömungswiderstände,
die die Umlenkung des Rauchgasstroms verursachen. Die Tropfen werden
dadurch auf diesen „Prallkörpern" abgeschieden
und damit aus dem Rauchgasstrom entfernt. Sie werden dann durch
die Schwerkraft wieder nach unten in den Waschkreislauf zurückgeführt.
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Moderne
Tropfenabscheider werden dabei im Wäscherkopf oben – vor
dem Austritt in die Rauchgaskanäle – installiert.
Sie werden daher von einem vertikal nach oben strömenden
Rauchgas beaufschlagt.
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Die
Feststoffe in den Suspensionstropfen – Flugasche, Kalkstein
und Gips – lagern sich dabei auch auf diesen Prallkörpern
ab und bilden Anbackungen. Deshalb werden die Tropfenabscheider
mit Waschsystemen ausgerüstet, mit denen während des
Betriebs die Anbackungen wieder entfernt werden können.
Diese Waschsysteme werden regelmäßig eingeschaltet.
Es kann sowohl anströmseitig als auch abströmseitig
gewaschen werden – es kann also ein Tropfenabscheider zwei
Waschsysteme haben.
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Die
Tropfenabscheidersysteme sind üblicherweise zweistufig
bis dreistufig ausgelegt und jede Stufe ist mit ein bis zwei Waschsystemen
ausgerüstet. Die Betriebserfahrung zeigt, dass ein einstufiges
Abscheidersystem grundsätzlich nicht ausreichend ist, um
die Tropfen sicher aus dem Rauchgas zu entfernen. Auch zweistufige
Tropfenabscheider (Grobabscheider und Feinabscheider) entlassen noch
eine erhebliche Menge an Tropfen mit Feststoffen mit dem Rauchgas.
Viele moderne Tropfenabscheidersysteme sind deshalb dreistufig ausgelegt (Grobabscheider,
Feinabscheider und Feinstabscheider).
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Es
hat sich im Markt inzwischen eine Abscheiderkonzeption durchgesetzt,
bei dem zwei Abscheiderstufen mit ihren Waschbedüsungen
auf einer Tragkonstruktion angeordnet werden. Die Vorteile dieser
Konstruktion liegen darin, dass einerseits die Kosten für
eine zweite Tragkonstruktion vermieden werden und andererseits die
Konstruktion nur eine geringe Bauhöhe hat und daher ebenfalls
kostengünstig gebaut werden kann.
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Derartige
Konstruktionen wurden zum Beispiel vorgeschlagen in den Patenten
EP 0 747 107 B1 und
WO 2005/107921 A1 sowie
durch das Patent
DE 20 2005
002 674 . Diesen Entwürfen ist gemeinsam, dass
hier zwei bzw. beim letzteren
DE
20 2005 002 674 sogar drei Abscheider auf einer Tragkonstruktion
angeordnet sind.
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Der
Hauptgrund für diese Erfindungen bzw. den Erfolg insbesondere
der ersten Erfindung
EP
0 747 107 B1 liegt in den Kostenvorteilen beim Bau dieser
Abscheidersysteme. Dies ist im Markt natürlich ein entscheidender
Aspekt. Bei den in den Patenten
EP 0 747 107 B1 und
WO 2005/107921 A1 bleibt
es auch dabei – beide sind auf eine „rautenförmige"
Anordnung der beiden Tropfenabscheiderlagen orientiert, die direkt
an der Tragkonstruktion (dem Tragbalken) angeordnet ist.
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Das
Patent
DE 20 2005 002 674 geht
da einen Schritt weiter. Einerseits führt dieses Patent
die Anordnung von gleich drei Abscheider auf einer Tragkonstruktion
ein. Wichtiger ist jedoch die Anordnung der drei Abscheider und
deren Aufhängung. Die beiden unteren Abscheider sind jeweils
an einer sekundären Tragkonstruktion aufgehängt
die von der primären Tragkonstruktion (dem Tragbalken)
abgehängt ist.
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Diese
sekundäre Tragkonstruktion muss aus abgehängten
Platten bestehen, da andernfalls das Rauchgas an den beiden unteren
Abscheidern vorbei (durch die Lücke zwischen zwei Gassen)
nach oben zum dritten Abscheider strömen könnte.
Damit wären die ersten beiden Abscheiderlagen wirkungslos
und die dritte obere Abscheiderlage völlig überlastet.
Es müssen also abgehängte Platten bzw. vergleichbare Konstruktionen
verwendet werden, die vermeiden, dass ein Bypass zwischen den Abscheidern
und an diesen vorbei nach oben zum dritten Abscheider strömen.
Diese müssen relativ dicht sein – eine Lücke (Leckage)
würde einen Leckagestrom ermöglichen, der die
Leistung des Tropfenabscheiders herabsetzt.
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Die
bevorzugte Bauform einer solchen Abhängung muss die Form
eines umgedrehten „U" haben, dass über den Tragbalken
der primären Tragkonstruktion gestülpt wird. Das
Gewicht der Abscheider auf jeder Seite neutralisiert sich – es
ist ein selbsthaltendes System. Es kann jedoch auch ein „L"-förmig
gestaltete Abhängung sein, wenn diese auf dem Tragbalken
ausreichend befestigt oder gegen Abrutschen gesichert ist.
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Diese
Konstruktion der Abhängung mit Platten hat einen Vorteil,
der bisher nicht zur Kenntnis genommen wurde. Es ist bekannt, dass
es in der REA eine Vielzahl von Querströmungen und Ungleichverteilungen
gibt. Diese Querströmungen und Ungleichverteilungen sind
in der REA ein ganz erhebliches Problem, weil sie zum Versagen des
Tropfenabscheiders und der darauf folgenden Komponenten führen können
und damit im schlimmsten Falle das gesamte Kraftwerk in den Stillstand
zwingen können. Die Funktion des Tropfenabscheiders hängt
weitgehend davon ab, dass diese Strömungsverteilung weitgehend
gleichverteilt ist und es keine ausgeprägten Strömungsspitzen
gibt.
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Die
in Patent
DE 20 2005 002
674 vorgestellte Abhängung hat den Vorteil, dass
sie den Wäscher in parallele Rauchgaskanäle unterteilt,
zwischen denen keine Querströmungen auftreten können.
Damit können am Austritt auftretende Querströmungen
unterbunden werden. Das Rauchgas wird geführt.
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Unabhängig
vom Zweck dieser Abhängung – Rauchgasführung
oder mehrstufiger Abscheider – es kommt darauf an, dass
die als Abhängung verwendeten Platten möglichst
dicht sind und keine Leckagen auftreten. Lücken zwischen
den Platten führen zu Querströmungen und noch
viel wichtiger zu Bypassströmungen an den ersten beiden
Abscheidern vorbei. Beides – Querströmungen und
Leckagen – haben eine Effizienzreduzierung zur Folge. Bei
großen Leckagen kann die Abscheideleistung regelrecht zusammenbrechen.
Bei kleinen Leckagen steht weniger der Mitriss zum Schornstein eine
Rolle, sondern dass sich an den Leckagen Anbackungen bilden, die aufgrund
ihres Gewichts zu erheblichen Schäden führen können.
An der Leckage strömt nicht nur Rauchgas nach oben sondern
auch Suspensionslösung mit Gips und Flugasche nach unten.
Die Feststoffkomponenten der letzteren setzen sich ab und bilden
Anbackungen, die erhebliches Gewicht und Größe
erreichen können.
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Die
Funktion der abgehängten Konfiguration hängt deshalb
davon ab, ob es gelingt, eine relativ sichere Konfiguration zu finden,
die Lücken und Leckagen in der Abhängung nicht
zulässt.
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Die
offensichtliche Lösung ist es, die verschiedenen Platten
miteinander zu verbinden. Das kann durch Verschweißen oder
durch Verschrauben geschehen. Dies hat aber zwei Nachteile: Erstens
ist dann der Montageaufwand entsprechend hoch und zweitens sind
derartige Verbindungen problematisch, da die thermische Expansion
der Komponenten hier erhebliche Probleme verursachen können.
Eine REA arbeitet bekanntermaßen erheblich bei der Aufheizung
auf Betriebstemperatur bzw. beim Abschalten. Die üblicherweise
aus Polypropylen gebauten Abscheiderkomponenten habe eine fast zehnfache Ausdehnung
relativ zu den Stahlkomponenten der Tragkonstruktion. Entsprechend
müssen die Komponenten gleiten können, damit sich
nicht Kräfte aufbauen, die zu Verformungen oder Zerstörungen
führen.
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Die
in Patent
DE 20 2005 002
674 vorgestellte Konfiguration ist also unvollständig
und kann nicht ohne Ergänzung gebaut werden, weil ohne
weitere Ergänzungen entweder Leckagen entstehen oder das
Material durch Verformung oder Scherkräfte zerstört
werden kann.
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Diese
Erfindung löst dieses konstruktive Problem und zeigt eine
Konfiguration auf, wie die vorteilhafte abgehängte Abscheiderkonstruktion
sinnvoll gebaut werden kann.
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Die
konventionelle Lösung wäre es, die Platten der
Abhängungen fest mit einander zu verbinden, zum Beispiel
durch ein Verschweißen der Platten. Eine andere Alternative
wäre das Verschrauben der Platten miteinander. Dies hätte
zunächst den Nachteil eines erheblichen Aufwandes bei der
Montage. Weiter wird dadurch der Ausbau und Wiedereinbau erschwert
Die Tropfenabscheiderwerden hin und wieder aus dem Absorber ausgebaut,
um die Gummierung zu prüfen oder zu erneuern oder andere Wartungsarbeiten
vorzunehmen. Zuletzt führt eine feste Verbindung über
eine größere Strecke (10 m–20 m) dazu,
dass ein Teil der Platten bei thermischer Expansion erhebliche Strecken
gleiten – bis zu 300 mm was einerseits die Gummierung bzw.
das flake lining belastet und andererseits erhebliche Kräfte in
den Kunststoff einträgt. Beschädigungen der Gummierung
bzw. der Tropfenabscheider können nicht ausgeschlossen
werden. Insbesondere bei Verbindung durch Verschraubung kann das
dazu führen, dass die Schrauben ausgerissen werden.
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Das
Ziel der Erfindung ist es, eine Konfiguration der abgehängten
Platten zu finden, die die Effekte der thermischen Expansion bzw.
des Schrumpfen beim Abfahren berücksichtigt und sowohl
das kurzfristige Entstehen von Lücken (Leckagen)zwischen den
Plattensegmenten als auch das langfristige Entstehen von Schäden
als Verformungen oder Rissschäden vermeidet. Es muss aufgrund
des verschiedenen Expansionsverhalten der Stahltraglagen und Kunststoffabhängungen
und Abscheider offensichtlich ein flexibler Aufbau sein, der die
Kunststoffkomponenten auf den Stahlkomponenten gleiten lässt, ohne
dass es zu Lücken und Leckagen oder zu Schäden
und Verformungen kommt.
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Die
Aufgabenstellung wurde erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass Abscheider und Abhängungen miteinander
flexibel verschränkt werden. Das heißt, dass der
Abscheider als Verbindung zweier nebeneinanderliegender Abhängungsplatten
verwendet wird. Die Verbindung wird nicht durch verbindende Fügetechnik
(Schweißen oder Kleben) vorgenommen sondern eine mechanische
Verbindung hergestellt.
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Das
Ergebnis dieser Verbindung ist, dass die Plattensegmente und die
Abscheidersegmente auf den Tragbalken gleiten können, ohne
dass Lücken oder Leckagen entstehen. Die Verbindungen sind
so konfiguriert, dass nicht relativ schwache Verbindungen wie PP-Schrauben
(schwach gegen Scherkräfte und gegen Abscheren des Gewindes)
oder lokale Schweißungen (kleine Schweißnähte
halten nicht viele Lastwechsel) eingesetzt werden sondern mechanische
Verbindungen mit größerer Stabilität
als Schrauben.
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Es
werden dazu die ohnehin notwendigen und vorhandenen Komponenten
des Tropfenabscheidersystems verwendet und so konfiguriert, dass sich
eine flexible allerdings starke Verbindung ergibt.
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In
der bevorzugten Variante werden drei Komponenten miteinander verbunden:
das Abscheiderpaket, die abgehängte Platte und die Auflagerrohre
des Waschsystems. Die Platten werden so konfiguriert, dass sie die
selbe Breite haben wie das Abscheiderpaket. Das Abscheiderpaket
wird nur so auf die Auflagerstellen an der abgehängten
Platte gesetzt, dass es auf zwei nebeneinander gelagerten, abgehängte
Platten aufliegt. Nun werden die rechteckigen Auflagerstäbe
für die Bedüsungsrohre durch die Platten und die
Abscheidermodule geschoben. Dafür sind entsprechende Löcher
in die Platten bzw. Aussparungen in die Abscheidermodule geschnitten worden.
Die Viereckrohre der Rohrauflagerungen verbinden die Platten und
Abscheidermodule in einer festen Verbindung sodass ein Verschieben
oder Gleiten der Abscheidermodule relativ zu der abgehängten
Platte nicht mehr möglich ist.
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Jedes
Abscheidermodul hat zwei Auflagerrohre für die Waschbedüsung,
wobei jeweils ein Auflagerrohr mit jeweils einer abgehängten
Platte verbunden ist. Damit werden die beiden benachbarten abgehängten
Platten durch das Abscheidermodul fest verbunden. Umgekehrt ist
es auch nicht mehr möglich, dass die Abscheidermodule durch
thermisch induzierte Bewegungen auseinander wandern. Es ist nicht
möglich, dass thermische Expansion oder Schrumpfung Lücken
zwischen den Platten entstehen lässt oder die Abscheidermodule
auseinander wandern. Dieses wäre für die verfahrenstechnische Funktion
des mehrstufigen Abscheiders katastrophal.
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Der
entscheidende Aspekt dieser Konstruktion ist, dass das Verschieben
der Abscheidermodule in der Auflage an der abgehängten
Platte unterbunden wird. Vielmehr werden die abgehängte
Platte und das Abscheidermodul „unverschiebbar" miteinander
verbunden.
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Es
können auch andere Methoden der Verbindung verwendet werden.
Es sind Schraubverbindungen notwendig – allerdings ist
hier die Gefahr, dass PP Schrauben abgeschert werden (zu geringe Belastungsfähigkeit)
und Stahlschrauben entsprechend teuer sind. Außerdem fällt
erheblicher Montageaufwand an.
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Ein
verschweißen wäre möglich würde
aber den Montageaufwand ganz erheblich erhöhen und entsprechende
Kosten und Montagedauer erfordern.
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Andere
mechanische Verbindungen wie Nuten oder Verschränkungen
sind vorstellbar, die die abgehängte Platte und das Abscheidermodul
so verbinden, dass die Abscheidermodule nicht verschiebbar gelagert
sind.
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Die
Erfindung wird anhand der Zeichnungen 1 bis 5 weiter erläutert.
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- 1
- Lamellenabscheider
- 2
- Rollenabscheider
- 3
- Tragkonstruktion
- 4
- Waschrohre
- 5
- Sekundäre
Tragkonstruktion für Waschrohre
- 6
- Abhängung
- 7
- Auflage
- 8
- Seitenwand
Lamellen- oder Rohrabscheider
- 9
- Aussparung
für sekundären Tragbalken
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Bild
1 zeigt einen normalen zweistufigen Abscheider, der auf einer Tragebene
aufgebaut wurde. Es kann sich dabei um flache oder dachförmige
oder „V"-förmige Konfigurationen der Abscheider
ebenen handeln. Diese können als Rohr, oder Lamellen- oder als
andere Prallkörperkonfigurationen konfiguriert werden.
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Bild
2 zeigt einen normalen zweistufigen Abscheider, der auf einer Tragebene
aufgebaut wurde. Es handelt sich um einen dachförmigen
Feinabscheider und einen flachen Grobabscheider.
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Der
Abscheider kann auch drei- oder mehrstufig sein.
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Die
Modulebenen werden durch von der Tragkonstruktion abgehängte
Platten getragen.
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Bild
3 zeigt eine abgehängte Platte in der Seitenansicht. Die
Platte kann wie gezeigt wie ein umgekehrtes „U" über
die primäre Tragkonstruktion gestülpt werden,
es können aber auch zwei Platten in „L" Form sein.
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Bild
4 zeigt zwei nebeneinander liegende abgehängte Platten.
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Beide
haben Auflagen zum Tragen einer Abscheiderebene und haben jeweils
zwei rechteckige Aussparungen, durch die die sekundäre
Tragkonstruktion für die Rohre durchgeschoben werden kann.
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Bild
5 zeigt die Seitenplatte eines Abscheiderelements. Auch diese Seitenwand
hat zwei rechteckige Aussparungen fuer das durchschieben der sekundären
Tragkonstruktion für die Rohre.
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Bild
6 zeigt zwei abgehängte Platten die jeweils hälftig
ein Abscheidermodul tragen – wobei jeweils nur die Hälfte
jeder abgehängten Platte genutzt wird (die abgehängte
Platte kann also jeweils ein zweites Modul tragen. Die Seitenwand
kann auf der Auflage [7] nicht verschoben werden, da durch
die sekundären Tragbalken die beiden Platten und die Modulseitenwand
unverrückbar miteinander verbunden sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0747107
B1 [0009, 0010, 0010]
- - WO 2005/107921 A1 [0009, 0010]
- - DE 202005002674 [0009, 0009, 0011, 0015, 0019]