DE202009004019U1 - Horizontal angeströmter Tropfenabscheider mit rohrförmigen Prallkörpern für Rauchgasströme mit sehr hoher Flüssigkeitsbeladung - Google Patents

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Abstract

Abscheidersystem zur Abscheidung von Tropfen aus einer horizontal gerichteten Rauchgasströmung zum Einbau in einen Kanal nach einer REA oder einem Gaswäscher bestehend aus zwei unterschiedlichen Prallkörpern – einem Rohrabscheider [7] und einem Halbschalenabscheider [1].

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen horizontal angeströmten Tropfenabscheider aus rohrförmigen Prallkörpern, der zur Abscheidung von Tropfen aus Rauchgasströmen in einer Rauchgasentschwefelung eingesetzt wird.
  • Rauchgase aus fossil befeuerten thermischen Kraftwerken werden vorwiegend nach dem Nasswaschverfahren entschwefelt. Das schwefelhaltige Rauchgas (Suspensionslösung) wird mit Kalksteinmilch 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.
  • 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 Ablagerungen und in Folge zu Korrosion und Druckverlusterhöhung. Die elektrische Leistung des Kraftwerks wird gemindert (Druckverlusterhöhung verursacht erhöhten Stromeigenverbrauch und ggf. auch eine Reduzierung der Erzeugung) und die Wartungskosten (Sanierung von Korrosionsstellen und Reinigungskosten zur Entfernung der Anbackungen) steigen.
  • 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.
  • Die Feststoffe in den Suspensionstropfen – Flugasche, Kalkstein und Gips – lagern sich dabei 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 der Tropfenabscheider sowohl anströmseitig als auch abströmseitig gewaschen werden – es kann also ein Tropfenabscheider zwei Waschsysteme haben.
  • 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).
  • Die Tropfenabscheider sind dabei traditionell als plattenartige und gebogene Umlenkkörper konfiguriert. Diese plattenartigen, gebogenen und starr aufgehängten Umlenkkörper werden so konfiguriert, dass Kanäle gebildet werden, durch die das Rauchgas fließt. Das Ziel dieser Konfiguration ist, einerseits eine starke Umlenkung des Rauchgases zu verursachen und andererseits die „Versperrung" des Rauchgaswegs durch Strömungswiderstände zu minimieren. Die Prallkörper oder Umlenkbleche werden allgemein Lamellen genannt – und die Abscheider entsprechend Lamellenabscheider. Die gängigen Lamellenabscheider der verschiedenen Hersteller unterscheiden sich nur aufgrund ihrer Geometrie, der Lamellenabstände und der Umlenkung.
  • Die Betriebserfahrung zeigt weiter, dass in vielen Anlagen die Waschsysteme nicht in der Lage sind, diese Lamellanabscheider im Betrieb völlig von Anbackungen frei zu halten. Es setzt sich mit zunehmender Betriebsdauer immer mehr Feststoff in den Kanälen zwischen den Lamellen ab und die Durchtrittsbreite wird verengt. Es kommt partiell zu Verstopfungen der Kanäle. Die Folge sind eine Erhöhung des Druckverlusts (Minderung der Kraftwerksleistung) und zu einer Erhöhung der Rauchgasgeschwindigkeit in den noch nicht verstopften Lamellenkanälen. Letzteres führt auch dort zu einer verstärkten Ablagerungsneigung und einem beschleunigten Fortschreiten der Ablagerungen bzw. Verstopfungen sowie irgendwann zu einem Versagen des Tropfenabscheiders. Ab einer bestimmten Rauchgasgeschwindigkeit werden die zunächst abgeschiedenen Tropfen nicht zurück in den Wäscher geführt, sondern wieder in den Rauchgasstrom zurückgeführt (Mitriss).
  • Diese Anbackungen treten insbesondere im sogenannten Grobabscheider zuerst auf. Die Ursache ist, dass dieser Grobabscheider die Masse der mit Feststoffen belasteten Tropfen abscheidet (> 90%) und entsprechenden Belastungen ausgesetzt ist.
  • Infolge der Anbackungen versagt der Grobabscheider im Verlauf der Reisezeit und der Feinabscheider übernimmt zunehmend die Funktion des Grobabscheiders, bis auch er durch zu viele Anbackungen versagt, bzw. der Druckverlust zu hoch wird.
  • Die abscheidungsreduzierende Wirkung der Anbackungen hat dazu geführt, dass inzwischen weniger die Abscheideleistung eines Abscheiders im Schwerpunkt des Interesses steht, sondern vielmehr die Neigung zu Verschmutzungen und Anbackungen im Tropfenabscheidersystem. Eine hohe Abscheideleistung ist nicht relevant, wenn sie durch schnelle Verschmutzung wieder zunichte gemacht wird.
  • In vielen Anlagen hat sich der konventionelle Lamellenabscheider trotz der online betriebenen Waschsysteme als problematisch erwiesen. Die Abscheider können nicht verschmutzungsfrei gehalten werden, sondern es baut sich die Verschmutzung während der Reisezeit schleichend auf, bis der Abscheider seine Funktion verliert und die Komponenten nach dem Tropfenabscheider verschmutzen.
  • Der Rohrabscheider wurde im letzten Jahrzehnt als Alternative zum konventionellen Lamellenabscheider entwickelt und insbesondere in Situationen eingesetzt, in denen die vorher eingesetzten Lamellenabscheider schon nach kurzer Zeit verschmutzten. Durch Laborversuche wurde gezeigt, dass die Abscheideleistung des Rohrabscheiders (in Abhängigkeit von der Konfiguration) als Grobabscheider durchaus gleichwertig zum konventionellen Lamellenabscheider ist. Und die Betriebserfahrungen haben gezeigt, dass dieser Tropfenabscheider auch in diesen Anlagen über lange Reisezeiten sauber bleibt.
  • Es ist bekannt, dass die Abscheideleistung eines Abscheiders durch zwei Parameter kontrolliert wird: Rauchgasgeschwindigkeit und Flüssigkeitsvolumen. Die Rauchgasgeschwindigkeit ist inzwischen bekannt als Verursacher von Überrissproblemen und wird deshalb bei Neubau von REA wie auch bei der Optimierung bestehender REA genau verfolgt und geplant. Es wird bei der verfahrenstechnischen Konzeption sehr darauf geachtet, dass die Überrissgeschwindigkeit nicht überschritten wird.
  • Weniger bekannt ist der Einfluss der Flüssigkeitsmenge im Rauchgas auf die Leistung des Abscheiders. Wird dem Abscheider bei einer gegebenen Rauchgasgeschwindigkeit eine erhöhte Flüssigkeitsmenge zugeführt, dann kann es passieren, dass der Tropfenabscheider plötzlich durchreißt, obwohl die Überrissgeschwindigkeit noch gar nicht erreicht ist.
  • Das beste Beispiel ist der Waschvorgang. Wenn bei einem gut funktionierenden Abscheider die Waschbedüsung angeschaltet wird, die den Tropfenabscheider anströmseitig besprüht, so kommt es nach einigen Sekunden zu massivem Durchriß. Die Ursache dieses Durchriß ist offensichtlich nicht die Geschwindigkeit sondern die Flüssigkeitsmenge. Das Fassungsvermögen des Tropfenabscheiders ist offensichtlich überschritten.
  • In einigen REA kann es aber auch im normalen Betrieb dazu kommen, dass die Flüssigkeitsmenge dieses Fassungsvermögen des Tropfenabscheiders übersteigt. Dieses Problem kann lokal (nur in einigen Bereichen des Tropfenabscheiders) oder auch auf der gesamten Abscheiderfläche auftreten.
  • Wenn diese Flüssigkeitsüberlast nur lokal auftritt, dann ist dies im Zweifel durch eine Ungleichverteilung des Gasstroms verursacht. Die Ungleichverteilung des Gasstroms führt dazu, dass in einem Teilbereich hohe Geschwindigkeiten auftreten, die entsprechend viel Flüssigkeit mitführen.
  • In anderen Fällen ist der Flüssigkeitseintrag aber durch die verfahrenstechnisch Konfiguration verursacht und verteilt sich über die gesamte Fläche des Tropfenabscheiders. Dies ist der klassische Überlastfall.
  • Während im ersten Fall die Lösung zunächst darin liegt, diese Ungleichverteilung und die dadurch verursachte Überladung des Tropfenabscheiders mit Flüssigkeit zu eliminieren, so kann im zweiten Fall nur der Tropfenabscheider auf die hohe Flüssigkeitsbeladung des Rauchgases eingestellt werden.
  • Eine hohe Flüssigkeitsbeladung führt nicht nur zu dem Problem, dass der Tropfenabscheider durchreißt sondern auch dazu, dass der Tropfenabscheider stark verstopft. Dafür gibt es insbesondere zwei Ursachen. Die hohe Flüssigkeitsmenge bringt eine entsprechend hohe Feststofffracht in den Tropfenabscheider. Daher kann es entsprechend schnell zum Aufbau von Verstopfungen kommen. Die Feststoffe werden in entsprechend großer Menge zugeführt. Andererseits ist die Wirkung der Waschbedüsung stark eingeschränkt oder gar völlig verhindert. Wenn die Flüssigkeitsmenge im Rauchgas sehr hoch und daher die Flüssigkeitsbeladung im Tropfenabscheider ebenfalls sehr hoch ist, kann die Waschflüssigkeit nicht die reinigende Wirkung entfalten. Der Waschflüssigkeit steht dann ein sehr hoher Eintrag an Suspensionsflüssigkeit gegenüber, die die Wirkung der Waschflüssigkeit neutralisiert. Zweitens fällt die Waschbedüsung häufig auch noch aus, weil die Waschdüsen während der „off" Zeit verstopfen.
  • Das Ziel der Erfindung ist es, ein Tropfenabscheiderkonzept vorzustellen, dass einerseits auch bei einer sehr hohen Flüssigkeitsbeladung sicher abscheidet und andererseits bei dieser feststoffbeladenen Flüssigkeitsmenge auch nicht verstopft.
  • Der Rohrabscheider ist bekannt als ein Abscheider, der auch ohne Waschen und bei hohem Feststoffeintrag nicht verstopft. In einer ganzen Reihe von Anlagen wird der Rohrabscheider ohne online Waschbedüsung betrieben und verschmutzt nicht.
  • Allerdings ist die Abscheideleistung des Rohrabscheiders begrenzt, wenn eine bestimmte Flüssigkeitsbeladung überschritten wird. Daher ist der konventionelle Rohrabscheider für diese Situation nicht geeignet. Wenn die Flüssigkeitsmenge, die bereits abgeschieden wurde und entlang des Rohrs nach unten abläuft eine bestimmte Menge ueberschreitet, dann kommt es wieder zum verstärkten Durchriß. Der Flüssigkeitsfilm an der Abrisskante ist dann so dick, dass Tropfen wieder aus diesem Flüssigkeitsfilm herausgerissen werden. Die Abrisskante sind die beiden Punkte am Rohrumfang, an denen das Rauchgas sich aus dem direkten Kontakt mit dem Rohr löst um weiter zum nächsten Rohr oder zum zweiten Abscheider zu strömen.
  • Eine bekannte Bauform für das Auffangen von großen Wassermengen ist der Einsatz von Rinnen oder Halbrohren zum Abfangen der großen Wassermengen. In dieser Konzeption wird ein halbiertes Rohr in den Rauchgasstrom gestellt – mit der Öffnung auf der Anströmseite. Die Flüssigkeit im Gasstrom wird damit aufgefangen und zu einem großen Teil abgeleitet.
  • Allerdings haben diese Rinnenkonfigurationen den Nachteil, dass die Abscheideleistung schlecht ist. Es wird zwar eine große Flüssigkeitsmenge aus dem Gasstrom herausgeholt, aber der Restgehalt an Flüssigkeit im Rauchgas ist noch immer sehr hoch. Ausserdem sind diese Rinnen meist so konzipiert, dass der Druckverlust sehr hoch ist.
  • Die Erfindung schlägt vor, die beiden bekannten Bauformen des Rohrabscheiders und der Regenfängerrinnen in einem Konzept zu vereinen, um die Vorteile beider Bauformen zukombinieren. Die Erfindung wird dann so konzipiert, dass die Lösung in Paketen oder Panelen gebaut, geliefert und eingebaut werden kann. Dadurch können die erfindungsgemäßen Abscheider ohne Probleme in die Stahlstruktur der vorhandenen Abscheider eingebaut und die Aenderung der Gesamtkonfiguration gering gehalten werden. Das minimiert die Kosten und die Einbazeit.
  • Der erfindungsgemäße Abscheider besteht aus mindestens vier Rohrreihen. Zumindest die ersten beiden Rohrreihen sind als „halbierte" Rohre konstruiert. Die Rohre werden zu zwei Halbschalen geschnitten. Diese Halbschalen werden dann als erste und zweite Rohrlage eingebaut. Die Öffnung der Halbschale wird dabei in Rauchgasanströmrichtung gestellt – also die Öffnung zum heranströmenden Rauchgas. Mindestens die beiden letzten Rohrreihen sind als vollständige Rohre konstruiert. Diese beiden Rohrreihen funktionieren als normale Rohrabscheider wie aus den einschlägigen Patenten und Gebrauchsmuster bekannt.
  • In dieser Bauform werden die Vorteile der jeweiligen Konfiguration kombiniert. Die mindestens zwei vorne liegenden Halbschalen funktionieren als rinnenförmige Abscheider. Die Tropfen werden durch die Geschwindigkeit in die Halbschale hineingetragen während das Rauchgas um den Strömungswiderstand herumströmen muss. Die Tropfen werden dann im Inneren der Halbschale abgeschieden und können ohne Kontakt mit dem Rauchgas nach unten ablaufen.
  • Es sind mindestens zwei Halbschalenreihen notwendig, damit die Masse der Flüssigkeitsbeladung aus dem Rauchgas herauszuholen. Die erste Reihe kann nur 50% der Fläche abdecken, eine engere Bauform würde den Druckverlust des Abscheiders unnötig in die Höhe treiben. Die Flüssigkeitstropfen, die die erste Reihe passieren, weil sie in einer Position herangetragen wurden, die zwischen zwei Halbschalen der ersten Reihe liegen, werden dann in der zweiten Halbschalenreihe abgeschieden.
  • Nach den mindestens zwei Reihen von Halbschalen werden dann mindestens zwei Reihen Vollrohre gebaut. Diese Rohre haben – in der richtigen Konfiguration – die gewünschte Abscheideleistung, die für einen Grobabscheider erforderlich ist Die Halbschalen können diese Abscheideleistung nicht erreichen, weil die Tropfen, die an den Rändern der Halbschale abgeschieden werden, wieder in dne Rauchgasstrom zurück gerissen werden. Die Abscheidefunktion des Rohrabscheiders wurde inzwischen in Labor und Praxis ausreichend bewiesen und theoretisch beschrieben.
  • Beide Bauformen – der Rohrabscheider und der Halbschalenabscheider – haben den Vorteil, dass sie in dieser Bauform verschmutzungsresistent sind. Eine Lamelle würde in dieser Belastungssituation schnell verstopfen, die vorgeschlagene Bauform nicht.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Bauform ist, dass sie in der Paketform für schnellen Einbau und schnellen Austausch eines konventionellen Lamellenabscheiders konfiguriert werden kann. Sie passt in die Stahlstruktur, die normalerweise für die Lamellenabscheider vorgesehen ist.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen 1 bis 4 erläutert.
  • 1
    Halbschalenabscheider
    2
    Tragbalken horizontal und Wanne
    3
    Halbschalen
    4
    Rohr
    5
    Rauchgaskanal
    6
    Tragbalken vertikal
    7
    Rohrabscheider
    8
    Strömungsrichtung des Rauchgases
  • Bild 1 zeigt das horizontal angeströmte Abscheidersystem mit vorgebautem Halbschalenabscheider und nachgelagertem Rohrabscheider – Draufsicht
  • Bild 2 zeigt den horizontal angeströmten Lamellenabscheider mit vorgebautem Halbschalenabscheider und nachgelagertem Rohrabscheider – Detailsicht
  • Bild 4 zeigt den Gasstrom
  • Bild 3 zeigt das Abscheidersystem als Seitenansicht

Claims (6)

  1. Abscheidersystem zur Abscheidung von Tropfen aus einer horizontal gerichteten Rauchgasströmung zum Einbau in einen Kanal nach einer REA oder einem Gaswäscher bestehend aus zwei unterschiedlichen Prallkörpern – einem Rohrabscheider [7] und einem Halbschalenabscheider [1].
  2. Abscheidersystem gemäß Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass dieser Vorabscheider [1] aus mindestens zwei Lagen von Halbschalen [3] gebaut ist, wobei die Halbschalen [3] zueinander parallel angeordnet sind.
  3. Abscheidersystem gemäß Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen [3] der mindestens zwei Lagen zueinander versetzt sind und die Abstände so zueinander (überlappend) konfiguriert sind, dass die gesamte Fläche komplett abgedeckt ist.
  4. Abscheidersystem gemäß Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, dass dieser zweite Abscheiderteil [7] aus mindestens zwei Lagen von Rohrsegmenten [4] gebaut ist, wobei die Rohrsegmente [4] zueinander parallel angeordnet sind.
  5. Abscheidersystem gemäß Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrsegmente [4] der mindestens zwei Lagen zueinander versetzt sind und die Rohrabstände so zueinander (überlappend) konfiguriert sind, dass die gesamte Fläche komplett abgedeckt ist.
  6. Abscheidersystem gemäß Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, dass abströmseitig ein Waschsystem eingebaut ist, mit der die Rohrsegmente [4] im Betrieb sauber gehalten werden können.
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