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Die Erfindung bezieht sich auf die Konstruktion von sogenannten Rollenabscheidern aus thermoplastischem Kunststoff vorzugsweise Polypropylen für den Einsatz in der Rauchgasentschwefelung (REA) von Großkraftwerken.
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Die REA eines Kohle-, Öl- oder Braunkohlekraftwerks scheidet das SO2 ab, dass im Verbrennungsprozess entsteht und verhindert, dass sich aus diesem SO2 in der Atmosphäre SO3 – also Schwefelsäure bildet. Diese Schwefelsäure regnet nämlich ab und versauert die Böden und war für das Waldsterben in vielen Bereichen Europas mitverantwortlich (saurer Regen).
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Der chemische Prozess in der REA bindet das SO2 mit Kalkstein oder anderen Reagenzien zu Gips. Dabei kommt es zu vielfältigen chemischen Reaktionen an denen eine ganze Reihe der Stoffe teilnehmen können, die typischerweise Bestandteil des Rauchgases sind oder zusammen mit dem Reagenz der REA üblicherweise Kalkstein in den Prozess eingebracht worden sind. Dazu gehören Flugasche, Chloride, Fluoride, Mineralien usw.
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In der REA wird seit einigen Jahren der Rollenabscheider eingesetzt um verschiedene Abscheideprozesse umzusetzen. Zum Beispiel wird der Rollenabscheider in der REA für die folgenden Zwecke eingesetzt:
- • Tropfenabscheidung ( DE 200 18 970 )
Der Rollenabscheider wird als Vorabscheider oder Grobabscheider eingesetzt. Er kommt insbesondere zum Einsatz, wenn im Abscheidersystem eine hohe Verschmutzungsneigung festgestellt wurde und nach Abhilfe gesucht wird. Mit dem Rollenabscheider konnten viele Verschmutzungsprobleme gelöst werden.
- • Abscheidung von Überriss ( DE 20 2010 016 752.3 )
Es kommt insbesondere bei Nassschornsteinen vor, dass aus dem Schornstein Tropfen abgeregnet werden. Dieser Schornsteinregen besteht zu einem großen Teil aus Überriss aus dem Tropfenabscheider, insbesondere beim Waschen. Es wurde eine Konzeption entwickelt wie mit dem Rollenabscheider dieser Schornsteinregen minimiert oder sogar vermieden werden kann.
- • Abscheidung von SO2 als wall ring ( DE 20 2009 007 616.4 )
Ein Wall Ring ist ein bekanntes Konzept zur Reduzierung des Schlupfes in der REA und zur Verbesserung der SO2 Abscheidung in der REA. Die Ausformung des wall rings als Rollenabscheider ist eine Variante des seit langem bekannten Konzepts mit bestimmten Vorteilen.
- • Abscheiden von SO2 als Kontaktfläche ( DE 20 2009 015 181.6 )
Es gab und gibt verschiedene Konzepte zur Nutzung von Kontaktflächen zur Abscheidung von SO2. Der Rollenabscheider eignet sich wegen seiner geometrischen Form besonders für diesen Einsatz.
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Anbackungen
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Allen diesen vier Anwendungen ist gemeinsam, dass der Rollenabscheider in einem Bereich der REA eingesetzt wird, der durch eine hohe Neigung zur Verschmutzungen gekennzeichnet ist. Die REA ist bekanntlich ein Ort, in dem das SO2 durch chemische Prozesse mit Kalkstein aufgefangen und durch chemische Reaktionen neutralisiert wird. Die Reaktion wird durch die Zuführung von Feststoffen (gemahlenen Kalkstein) herbeigeführt und sie produziert Feststoffe (Gips). Weiter findet in der REA eine Abscheidung der Flugasche statt, die durch den Elektrofilter nicht abgeschieden wurde. All diese Feststoffe sammeln sich an allen möglichen Stellen, bevorzugt an Stellen, an denen eine reduzierte Strömung oder eine Auflagefläche liegt.
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Weiter ist zu berücksichtigen, dass der Prozess zur Abscheidung des SO2 nicht nur ein mechanischer Prozess (Zusammentreffen der Kalksteinlösung und des SO2 und Aufnahme des SO2 ist, sondern auch ein chemischer Prozess, durch den das SO2 neutralisiert und zu Gips überführt wird. Dieser chemische Prozess kann durchaus dazu führen, dass sich Kristalle bilden und diese eine feste Bindung mit der Oberfläche eingehen. Dies passiert insbesondere dann, wenn die Flüssigkeit steht oder nur mit einer sehr geringen Geschwindigkeit fließt.
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Während die Feststoffe, die in der Suspensionsflüssigkeit gelöst sind, sich auf den Oberflächen ablagern und dort eine sandige/schlammige aber eben lockere Ablagerung bilden, so gehen die Produkte der chemischen Reaktion bei der Reaktion eine feste Bindung mit der Oberfläche ein und führen zu einer harten Anbackung.
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In dieser Situation ist die Frage von entscheidender Bedeutung, wie man den Aufbau von lockeren Ablagerungen oder festen Anbackungen vermeiden oder minimieren kann. Es wurden dazu eine Reihe von Techniken entwickelt:
- • Waschsysteme
Durch Waschen werden bereits gebildete Ablagerungen weggewaschen bzw. chemische Reaktionen vermieden.
- • Materialauswahl
Es gibt Materialien, die schnell eine feste kristalline Bindung mit den Produkten der chemischen Reaktion eingehen (GFK) und andere, die eher anbackungsresistent sind (Polypropylen).
- • Oberflächen
Glatte Oberflächen sind natürlich weniger anbackungsanziehend als raue Oberflächen, die die Bindung erleichtern.
- • Orientierung der Flächen
Eine vertikale Fläche ist sicherlich weniger anbackungsgefährdet als eine horizontale Fläche.
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Rollenabscheider
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Es wurde nun festgestellt, dass die geometrische Form der Rolle – rundes Rohr – besonders geeignet ist, um Anbackungen zu vermeiden. Bei Tropfenabscheidern wurde festgestellt, dass ein Rollenabscheider sogar ohne regelmäßiges Waschen sauber bleibt, wo vorher ein Lamellenabscheider mit Waschsystem im Einsatz schnell verschmutzte und ausfiel. Auch in anderen Stellen in der REA konnte diese vorteilhafte Eigenschaft des runden Rohrs bestätigt werden.
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Der Nachteil dieses Konzepts ist allerdings, dass auch der Rollenabscheider nicht ohne andere Teile auskommt – die Rohre können ja nicht in der Luft hängen.
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So wurde festgestellt, dass der Schwachpunkt des Rollenabscheiders an zwei Stellen liegt, nämlich den Abstandshaltern und den Aufhängungen.
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Die Rollenabscheider bestehen aus vielen Rohren, die in definierten Abständen angeordnet sind. Es müssen also Abstandshalter eingebaut werden, die die Rohre einerseits tragen und andererseits die definierten Abstände der Rohre zueinander einstellen.
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Weiter müssen die Rollenabscheider irgendwie in der REA aufgestellt werden. Sie müssen entweder auf Balken stehen oder von diesen abgehängt werden.
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In den verschiedenen Anwendungen wurde festgestellt, dass diese beiden Aspekte und deren Ausformung die Verschmutzungsneigung definieren.
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Es wurde festgestellt, dass sich bei Rollenabscheidern insbesondere Anbackungen dort bilden, an denen die Rohre in die Trag- oder Abstandshalterplatten eintreten – also an denen ein 90° Winkel bzw. eine Ecke bildet. In diesen Ecken ist der Flüssigkeitsstrom unterbrochen und es kann zu Anlagerungen von Feststoffen oder zu chemischen Reaktionen kommen.
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Die Anbackungen aus festen und losen Feststoffen sind insbesondere dann problematisch, wenn die Flüssigkeitsmenge sehr gering ist (geringer Fluss und geringe Fließgeschwindigkeit) oder der Fluss zeitweise unterbrochen ist. Dies kann eine Folge des Aufbaus sein: haltende Platte und senkrecht abstehendes Rohr. Auch der Eintrag von Fremdkörpern (heruntergefallene Anbackungen), die auf den Rollenabscheider fallen, kann zu Problemen mit Anbackungen führen.
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Ein anderes Problem ist der Balken, auf denen die Rollenabscheider angeordnet werden. Die Oberkante der Balken bildet eine waagerechte Fläche, auf dem sich Flüssigkeit und Feststoffe absetzen kann und die Strömung zur Ruhe kommt. So baut sich auf den Balken häufig viel loser oder fester Feststoff auf.
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Besonders kritisch sind natürlich Einbauten, die irgendeine Funktion im Rollenabscheider haben. Dies können Befestigungsmaterialien sein (Schrauben & Muttern) mit denen die Rollenabscheider und andere Komponenten befestigt oder gehalten werden, dass können Auflagen, Verbinder und Halterungen sein oder das können Tragrinnen oder Schienen sein.
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Alle diese drei Aspekte – Abstandshalter, Tragkonstruktionen und Verbinder – sind die Schwachstellen des sonst so erfolgreichen Konzepts des Rollenabscheiders. An diesen Stellen entstehen die ersten Anbackungen, die sich dann immer weiter ausbreiten können.
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Konzept zur Minimierung
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Es wurde nach Wegen gesucht, die negativen Folgen dieser drei Aspekte zu minimieren. Es wird also nach Formen gesucht, diese drei notwendigen Aspekte so zu gestalten, dass ihre Auswirkungen auf die Verschmutzungsneigung minimiert werden.
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In der Lösung dieser Aufgabe wurden die folgenden Ausformungen entwickelt, die dann zu einem leistungsfähigen Abscheider kombiniert werden können.
- 1. Abhängung des Rollenabscheiders
Es war bereits angesprochen worden, dass die Balken eine waagerechte Fläche bilden, die sich besonders zum Aufbau von Verschmutzungen eignet. Es wurde beobachtet, dass sich über bzw. auf den Balken regelrechte Verschmutzungsmauern aufbauen. Der Verschmutzungsaufbau wird sogar noch beschleunigt, wenn auf den Balken Einbauten aufgestellt werden. Dadurch entstehen Strömungstotzonen und beruhige Bereiche – also wird nicht nur der Aufbau von Ablagerungen gefördert sondern sogar noch der Aufbau von kristallinen Ablagerungen – die chemische Reaktion kann stattfinden. Deshalb wird empfohlen, Rollenabscheider von den Balken abzuhängen, also die Oberkante des Rollenabscheiders muss unter der Balkenoberkante liegen. Dann wird der Aufbau von Anbackungen auf dem Balken minimiert oder vermieden.
- 2. Entfernen der Verbinder/Auflagen aus dem Strom
Verbinder, Aufhängungen und Schrauben sind Strömungswiderstände, an denen sich besonders gerne Ablagerungen aufbauen. Die Unebenheiten der Oberflächen bilden die Basis für Anbackungen. Das Konzept zur Vermeidung ist ganz einfach, diese Verbinder und Halter möglichst aus dem Rauchgas und dem Flüssigkeitsstrom zu entfernen.
- 3. Minimierung der Abstandshalter und Auflagen
Die Gefahr und Wirkung der Anbackungen kann natürlich auch dadurch minimiert werden, indem man die Anzahl dieser Verbinder, Auflagen und Halter minimiert. Dies setzt also voraus, dass man die Rollenabscheider möglichst stabil ausführt.
- 4. Gestaltung der Abstandshalter
Die verbleibenden notwendigen Abstandshalter sind so auszuführen, dass sie möglichst wenige Ansatzpunkte für den Aufbau von Verschmutzungen bieten.
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Erfinderische Konzeption
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Die vorgeschlagene erfinderische Lösung ist ein Konzept, mit der die Ansatzpunkte für Anbackungen eliminiert werden, indem die Konstruktion die notwendigen Ansatzpunkte für Anbackungen vermeidet oder aus dem Rauchgas- und Suspensionsstrom entfernt angeordnet werden.
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Die vorgeschlagene erfinderische Lösung verbindet die folgend, teilweise auch schon bekannten konstruktiven Einzellösungen zu einem Gesamtkonzept, dass die Anlage möglichst anbackungsresistent ausführt. Es werden die folgenden Teillösungen eingesetzt:
- 1. Abgehängte Installation
Die Rollenabscheider werden nicht wie sonst bei Abscheidern üblich auf die Balken gestellt, sondern sie werden in der vorgeschlagenen erfinderischen Lösung von diesen abgehängt. Das vermeidet den Aufbau von Anbackungen auf den Balken und zwischen den Balken und den darüber liegenden Rollenabscheiderteilen. Die sich sonst dort aufbauenden Anbackungen auf dem Balken werden vermieden.
Diese Lösung ist beim Tropfenabscheider durchaus bekannt, wird dort aber aus anderen Gründen eingesetzt. Dort war das Ziel unterhalb eines bestehenden Tropfenabscheiders eine zusätzliche Abscheiderlage einzubauen ohne eine zusätzliche Unterstützungskonstruktion bauen zu müssen. Allerdings wird dadurch auch der gewünschte Effekt der Anbackungsminimierung möglich, der allerdings mehr Wichtigkeit bei Rollenabscheidern hat, die im Suspensionsstrom stehen.
Im Falle der in der Suspensionslösung stehenden Abscheider sind die Balkenoberflächen also frei und werden konstant durch Suspension besprüht – es kommt durch den nachströmenden Suspensionssprüh zu einer Selbstreinigung.
- 2. Steckinstallation
Die Rollenabscheider werden in der vorgeschlagenen erfinderischen Lösung in der Abhängung durch gesteckte Halter aufgehängt. Diese Steckverbinder werden durch die abgehängten Tragplatten in die Rollenabscheider gesteckt (in die Rohre). Auf der Seite der Rauchgasströmung werden dadurch alle Einbauten vermieden, auf denen sich Anbackungen bilden könnten.
Die bisher übliche Lösung war es gewesen, die Rollenabscheider in Führungsnuten oder waagerechten Tragplatten zu stellen. Dies war nachteilig weil einerseits dadurch ein Strömungswiderstand in der Rauchgasströmung stand und andererseits die abfließende Suspension ebenfalls einen Widerstand hatte, auf dem sich Anbackungen bilden können.
- 3. Vermeidung scharfer Kanten und waagerechter Ebenen
Die End- und Abstandshalterplatten sind in der vorgeschlagenen erfinderischen Lösung natürlich oben angespitzt, um auch noch so kleine waagerechte Ebenen zu vermeiden, den das Abfließen der Suspension vermeidet und dadurch Ansatzpunkte für Anbackungen bildet.
Die mittleren Abstandshalterplatten erreichen so, dass die Suspension gleichmäßig auf beide Seiten verteilt wird und dadurch beide Seiten durch einen konstanten Suspensionsfilm benetzt sind. Auch dies minimiert die Gefahr von Anbackungen, da bekanntermaßen Anbackungen insbesondere dann entstehen können, wenn Teile einer Fläche zeitweise trocken fallen oder ohne kontinuierlichen Fluss von Suspension sind.
- 4. Stabilisierung des Moduls
Die Rohre des Durchmessers von 63 mm biegen sich bei höheren Temperaturen (bis 80°C) bekanntlich durch. Diese Durchbiegung wird durch das Gewicht von geringfügigen Anbackungen an den Rohren bzw. die abfließende Suspension sogar noch verstärkt werden. PP-Rohre von 63 mm Durchmesser können eigentlich nur über geringe Längen 500–600 mm ohne Zwischenunterstützung ausgeführt werden, ohne dass es zu erheblicher Durchbiegung kommt.
In der vorgeschlagenen erfinderischen Lösung werden deshalb einzelne Rohre innen durch Stahlrohre ausgesteift, um die Durchbiegung zu verhindern. Durch die Abstandshalter werden auch die Rohre ausgesteift, die nicht mit einem eingelegten Stahlrohr versehen sind.
- 5. Abstandshalterplatten
Die Abstandshalterplatten bilden mit den Rohren einen Winkel von 90° und damit eine Ecke, aus der heraus sich Anbackungen aufbauen können. Der Effekt kann durchaus reduziert werden indem dieser Effekt teilweise vermieden wird.
In der vorgeschlagenen erfinderischen Lösung wird dann die Abstandhalterplatte so hergestellt, dass sie zwar ihre Funktion in der Aussteifung und Abstandshaltung sowie auch weitgehend ihre Strömungsführungsfunktion erfüllt allerdings die 90° Ecke weitgehend vermeidet indem das Loch so ausgeführt wird, dass die Platte und das Rohr nur in drei Punkten in Berührung kommen.
- 6. Alternative Abstandshalter
An den Stellen, an denen eine Führung es Rauchgasstroms nicht verfahrenstechnisch notwendig ist, kann statt der Platten auch eine andere Haltekonstruktion eingebaut werden.
In der vorgeschlagenen erfinderischen Lösung können diese als Stangen oder als Tragbügel ausgeführt werden.
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Es folgen vier Zeichnungen:
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Bild 1 abgehängte Installation
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Bild 2 Steckverbindung
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Bild 3 Abstandshalterplatten
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Bild 4 Abstandshalterstangen
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rohre
- 2
- Tragbalken
- 3
- Rollenabscheider
- 4
- Abstandsplatte
- 5
- Versteifungsrohr
- 6
- Abhängung
- 7
- Steckverbindung
- 8
- Löcher in Abstandsplatte
- 9
- Abstandshalterstangen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 20018970 [0004]
- DE 202010016752 [0004]
- DE 202009007616 [0004]
- DE 202009015181 [0004]
