DE2255403C3

DE2255403C3 - Vorrichtung zum Konditionieren von mit Flugasche beladenem Abgas durch Einbringen von Schwefelsäure

Info

Publication number: DE2255403C3
Application number: DE19722255403
Authority: DE
Inventors: Salvatore Albert Rawayton Conn. Guerrieri; Leslie Claire Barrington Ill. Hardison
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1972-11-11
Filing date: 1972-11-11
Publication date: 1979-09-20
Also published as: DE2255403A1; DE2255403B2

Description

angegebenen Vorrichtung, von der die Erfindung ausgeht

Weiterhin ist es bekannt (GB-PS 11 35 387), bei einer Vorrichtung zum Konditionieren von mit Flugasche beladenem Abgas Einrichtungen vorzusehen, in denen stabilisiertes flüssiges Schwefeltrioxyd verdampft, mit einem Teilstrom der zur Verbrennung des Brennstoffs, aus dem das zu reinigende Abgas entsteht, erforderlichen Luft gemischt und die dabei entstehende SCVLuft-Dispersion in den zu reinigenden Abgasstrom eingebracht wird wozu ein in dem Abgaskanal angeordneter Verteiler dient. Schwefeltrioxyd ist schwer zu handhaben und recht gefährlich und daher bereits aus diesen Gründen unbefriedigend. Eine der eingangs angegebenen Vorrichtung, von der die Erfindung ausgeht, ähnliche Vorrichtung kommt nicht in Betracht

Es ist ferner bekannt (US-PS 19 09 825), in Verbindung mit der Gasreinigung durch Elektroabscheidung eine temperaturabhängige Regelanordnung mit einem Erhitzer für eine Vorbehandlungseinrichtung; mittels Befeuchtung vorzusehen. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung, die wiederum eine Befeuchtung des zu reinigenden Abgases herbeiführt bestehen grundlegende Unterschiede zu der eingangs angegebenen Vorrichtung, von der die Erfindung ausgeht

Eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Ausbildung zum Konditionieren von mit Flugasche beladenem Abgas durch Einbringen von Schwefelsäure in einen Abgaskanal vor einem Elektroabscheider ist in der Zeitschrift Power Engineering, 1972, Seiten 38—39, beschrieben. Hier sind ein Erhitzer zum Erhitzen eines Gasstroms auf eine Temperatur oberhalb 204° C, eine dem Erhitzer nachgeschaltete Mischeinrichtung und eine der Mischeinrichtung nachgeschaltete Verdampfungseinrichtung von in Fließrichtung des Gasstromes langgestreckter Ausbildung, eine in die Misch- und Verdampfungseinrichtung mündende Schwefelsäurezuführung mit einem Steuerglied zur. Regelung des Zuflusses von Schwefelsäure in die Misch- und Verdampfungseinrichtung, und eine von der Misch- und Verdampfungseinrichtung ausgehende Leitung für das Gemisch aus erhitztem Gas und verdampfter Schwefelsäure, die mittels eines Verteilers im Abgaskanal zum Elektroabscheider mündet, vorgesehen. Die dortigen Erläuterungen beinhalten im übrigen globale Anlagen zu dem Verfahren und der Vorrichtung der angegebenen Art. Es hat sich jedoch gezeigt daß mit dieser Vorrichtung allein, ohne weitere Vorkehrungen für ihren Betrieb, keine ständig voll befriedigenden Ergebnisse gewährleistet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der angegebenen Art zu schaffen, die diese noch bestehenden Mangel der erläuterten Vorrichtung ausräumt, eine genaue Regelung, des Betriebsablaufs herbeiführt, ständig die Einhaltung optimaler Betriebsbedingungen ermöglicht, Korrosionserscheinungen weitgehend unterdrückt und dabei einfach, betriebssicher und störungsunanfällig ausgebildet ist

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß der dem Erhitzer zugeführte Gasstrom aus Luft Wasserdampf oder einem Luft/Wasserdampf-Gemisch besteht daß das Steuerglied der Schwefelsäurezuführung in Form eines Steuerventils ausgebildet ist, und weiterhin eine mit der Misch- und Verdampfungseinrichtung und mit dem Steuerventil der SJjwefelsäurezuführung verbundene Temperaturmeß- und Regeleinrichtung zur Regelune des Schwefelsäurezuflusses nach Maßgabe der Temperatur in der Misch- und Verdampfungseinrichtung, eine an den Innenraum des Abgaskanals angeschlossene Taupunktsmeßeinrichtung und eine mit der Taupunktsmeßeinrichtung und dem Steuerventil in der Schwefelsäurezuführung zu der Misch- und Verdampfungseinrichtung verbundene Regeleinrichtung zur Regelung des Schwefelsäurezuflusses nach Maßgabe der Meßwerte der Taupunktsmeßeinrichtung. Durch die erfindungsgemäß vorgeschriebene besondere Auswahl und Kombination von Merkmalen wird bei einer Vorrichtung der angegebenen Art ständig eine exakte Dosierung des Schwefelsäureanteils und dessen Anpassung an die jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen ermöglicht und gewährleistet Hierdurch wird eine genaue Steuerung des Betriebsablaufs unter ständiger Einhaltung optimaler Bedingungen sichergestellt Die verdampfte oder zerlegte Schwefelsäure wird ständig während aller Betriebszeiten als Kondensat oder rückgebildete Schwefelsäure H Form einer adsorbierten: wahrscheinlich etwa ruonomolekularen Schicht auf den Flugascheteilchen vor dem Elektroabscheider abgeschieden, wodurch der Widerstand der Teilchen verringert und die elektrische Abscheidung der Teilchen verbessert und gleichzeitig nur die für den angestrebten Erfolg geringstmögliche Menge an Schwefelsäure verbraucht wird. Es kann in zuverlässiger Weise jede gewünschte Säurekonzentration in dem beladenen Abgasstrom eingestellt werden, wobei die Einstellung in Abhängigkeit von der Temperatur im

jo Abgasstrom erfolgen kann und bei Annäherung der Temperatur an den Taupunkt der Säurezufluß selbsttätig verringert wird. Die Schwefelsäureeinbringung erfolgt in automatisch geregelter Weise so, daß in der Vorrichtung niemals flüssige freie Schwefelsäure auf-

J5 tritt was Korrosionsprobleme für die gesamte Vorrichtung weitmöglichst beseitigt. Trotzdem ist die Vorrichtung, wie aus den nachstehenden Erläuterungen ohne weiteres hervorgeht, einfach, betriebssicher und störungsunanfällig ausgebildet.

Nachstehend werden Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung weiter erläutert

Das dem Erhitzer zugeführte Trägergas für die Schwefelsäure kann aus Luft bestehen, die vor der Einführung der Schwefelsäure auf 243°C oder höher

α-, erhitzt worden ist. Bei der Schwefelsäureeinführung erfolgt eine Verdampfung oder eine Zerlegung der Säure in Wasser und Schwefeltrioxyd, d. h. der Vergasungsvorgang kann die Umsetzung

H₂SO₄ - H₂O + SO₃

einschließen. Alternativ kann überhitzter Wasserdampf hohen Drucks von entsprechend hoher Temperatur ooer ein Luft/Wasserdampf-Gemisch mit der eingespritzten Säure vermischt werden. Das gebildete μ Gemisch fließt durch die Verdampfungseinrichtung, in der die Verdampfung der Schwefelsäure vervollständigt wird. Die Mischeinrichtung und die Verdampfungseinrichtung sind gewöhnlich mit Glas ausgekleidet. Sie sind von langgestreckter Bauart, da dies eine gute Dichroitic schung des heißen Gasstroms mit der Säure und eine vollständige Verdampfung der Säure bapünätigt Das heiße Gemisch wird dann durch mit Glas ausgekleidete oder andere korrosionsbeständige Rohre zu einem Verteiler geleitet, du das Gemisch gleichmäßig in den α Abgaskanal einführt, durch den das Abgas mit darin befindlicher Flugasche zu dem Elektroabscheider fließt. Der Abgasstrom wird normalerweise beträchtlich kalter sein, als dar heiße Gas-Schwefelsäure-Gemisch, so daß

die Schwefelsäure zurückgebildet oder kondensiert wird und eine Adsorption auf den Flugascheteilchen in dem Abgaskanal b/w. einer Kondensationszone vor dem Elektroabscheider eintritt. Der Abgasstrom sollte im allgemeinen bei einer Temperatur von 132 bis 163°C gehalten werden, so daß die Schwefelsäure in Form einer monomolekularen Schicht auf den Flugascheteilchen adsorbiert oder kondensiert wird. Die dem Abgasstrom zugemischte Säuremenge sollte genügen, um einen Säuregehalt von 10 bis 30 und vorzugsweise etwa 20 Volumenteile Schwefeltrioxyd je eine Million Volumenteile Abgas herbeizuführen. Der SO₂-Gehalt des Abgases aus einer Kohlcverbrennung beträgt gewöhnlich etwa 500 Teile-je-Miliion; die Schwefelsäuremenge, ausgedrückt als SOj, beträgt dann etwa i/20 des SO₂-Gehalts.

Schwefelsäure beginnt bei etwa 132°C zu verdampfen, bei etwa 232°C tritt eine vollständige Verdampfung und/oder Zerlegung ein. Der Gasstrom zur Misch- und Verdampfungseinrichtung wird daher auf über 2O4°C und vorzugsweise über 243°C erhitzt, so daß eine rasche Verdampfung und/oder Zerlegung gewährleistet ist.

Das automatische Regelsystem der Vorrichtung bewirkt eine Regelung des Säurezuflusses nach Maßgabe der Gemischtemperatur in der Misch und Verdampfungseinrichtung. Hierdurch wird verhindert, daß unverdampfte Säure durch die Verdampfungseinrichtung in den Abgaskanal gelangt. Ferner ist eine ■Ί weitere Regeleinrichtung vorgesehen, die eine Taupunktmeßeinrichtung an der Einführungsstelle des säurebeladenen Gasstroms in den Abgaskanal aufweist und den Säurezufluß nach Maßgabe der Meßwerte der Taupunktsmeßeinrichtung regelt. Zweckmäßig ist fer-

Ki ner eine Temperatursteuereinrichtung zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur in dem F.rhitzer stromaufwärts von der Misch- und Verdampfungseinrichtung vorgesehen.

Vorzugsweise wird das Gewichtsverhältnis von Luft

ι '< zu Schwefelsäure im Bereich von etwa 15 bis 35 gehalten. Wenn beispielsweise 12,5 kg Säure je Stunde zu einem Luftstrom von 230 kg/h in der Misch- und Verdampfungseinrichtung zugemischt werden, ergibt sich ein Luft/Säure-Gcwichtsverhältnis von

λι 230/12,5 = 18,4. Die Temperatur an der Einführungsstelle des heißen Luft/Säure-Gemischs in das Abgas sollte nicht unter dem Taupunkt des Gemischs liegen. Die nachstehende Tabelle gibt den Taupunkt für verschiedene Luft/Säure-Gewichtsverhältnisse an:

Luft/Säurc-Gewichtsvcrhaltnis	42	35	29,5	24,6	20,4	17
Taupunkt, ι	199	204	210	216	221	227

Der Taupunkt des vorgenannten Gemischs von 18,4 : 1 beträgt 224" C.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung.

Ein Luftstrom wird durch eine Leitung 1, ein Filter 2, eine Leitung 3 und ein Ventil 4 in den Erhitzer 5 eingeführt. Die Erhitzung wird mittels eines magnetischen Verstärkers 6 gesteuert, der über eine Leitung 7 angeschlossen ist. Er wird von einem Transformator 8 durch Leiter 9 mit elektrischer Energie versorgt. An den Transformator 8 ist durch Leitungen 10 z. B. eine 550 Volt — 12 KVA Stromquelle angeschlossen.

LJer Luftstrom wird im Eriiiizei j auf ü'uci 204"C erhitzt, vorzugsweise auf etwa 243°C, so daß der durch die Leitung 11 zu der Mischeinrichtung 12 fließende Luftstrom heiß genug ist, um eine rasche Verdampfung oder Zerlegung der Schwefelsäure herbeizuführen. Die Schwefelsäure fließt durch eine Leitung 13, eine Pumpe 14, das Steuerventil 15 und die Leitung 16 in das Zuflußende der Mischeinrichtung 12. Die Mischeinrichtung 12 mündet in das Eintrittsende der Verdampfungseinrichtung 17, letztere entläßt den gebildeten Strom aus Luft und verdampfter oder zerlegter Säure in die Leitung 18. Die Verdampfungseinrichtung 17 ist von langgestreckter Ausbildung und so bemessen, daß sich die für eine vollständige Verdampfung der Säure erforderliche Verweilzeit ergibt. Die Verdarnpfungseir,-richtung 17 und die Leitung 18 sollten mit Glas o. dgl. ausgekleidet oder aus einem säurefesten Materia! gefertigt sein, um Korrosion zu vermeiden, und sie sollten zwecks Vermeidung von Wärmeverlusten gut isoliert sein.

Die Leitung 18 geht zu einem Verteiler 19 mit einer Mehrzahl von Zweigleitungen 20. die im Innenraum des Abgaskanals 21 münden. Die verdampfte Säure wird hierdurch gleichmäßig in den Abgasstrom eingeführt, so daB eine gleichmäßige Kondensation und Adsorption der Schwefelsäure auf den Flugascheteilchen in dem Gasstrom gewährleistet ist. Zweckmäßig sollte mindern stens ein kurzer Abschnitt des Abgaskanals al· Kondensations-Adsorptions-Zone zwischen der Einfüh rungsstelle des Luft-Säure-Gemischs und dem Elektro abscheider vorgesehen sein, um eine einwandfreit Rückbildung und Kondensation der Säure auf der

ν, Flugascheteilchen zu gewährleisten.

Der Betrieb der Vorrichtung erfordert nicht irgendei ne genau festgelegte Temperatur des Abgasstroms ir dem Abgaskanal 21. Die Abgastemperatur sollte etwa: oberhalb des Taupunktes der Mischung aus den Gas-Säure-Gemisch und dem Abgas, die sich in den Abgaskanal ergibt, liegen, im allgemeinen 132 bis 163° C

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Ulli CIlI^ l\UiniVllJaxiun iy«.Ti. ixu^iwiauung, «*~. ^ — .-. ~ " Form einer monomolekularen Schicht iuf den mitge schleppten Teilchen herbeizuführen.

4> Zweckmäßig sind ein Temperaturfühler 22 in Erhitzer 5 und ein Temperaturregler 23, der durch eini Leitung 24 mit dem magnetischen Verstärker ( verbunden ist an ein Relais 23 über eine Leitung 2< angeschlossen, so daß ständig die richtige Wärmezufuh

V) zur Erhitzung der Luft beim Durchgang durrh dei Erhitzer 5 aufrechterhalten wird. Eine Sicherheitsrege lung besteht durch eine Leitung 27 von dem Relais 25 zi dem Steuerventil 15, das den Säurezufluß durch dii Leitung 16 drosselt, wenn die Luft oder der Wasser dampf, die aus dem Erhitzer 5 abfließen, eim vorbestimmte Temperatur unterschreitet. Die Regelein richtung kann zweckmäßig weiterhin einen Durchfluß messer 28 in der Leitung 3 für die gefilterte Luft ii Verbindung mit dem Steuerventil 4 und dem Relais 2f angeschlossen über eine Leitung 29, aufweisen, so dal ständig die richtige und geregelte Menge an Luft in dei Erhitzer 5 und die Mischeinrichtung 12 zur Aufrechter haltung des gewünschten Luft/Säure-Verhältnisse eingeführt wird.

ti Ein Temperaturfühler 30 am Auslaß der Verdamp fungseinrichtung 17 ist mit einem Temperaturregler 3 verbunden, der über eine Leitung 32 an das Relais 2 angeschlossen ist; hierdurch kann die Säurezuführun;

verringert werden, wenn die Temperatur des Luft-Säure-Gemischs abfällt. In einem weiteren Steuerkreis ist ein Taupunktsmesser 33 mit einem in dem Abgaskanal 21 liegenden Fühler 34 vorgesehen, der über Leitungen 35 und 36 an das Relais 25 angeschlossen ist. Wenn sich die Temperatur dem Taupunkt nähert, wird der Säurezufluß in der Leitung 16 mit'eis des Steuerventils 15 verringert oder unterbrochen, im korrosive Bedingungen im Abgaskana! 21 zu verhindern.

In Abwandlung der erläuterten bevorzugten Ausfiihrungsform kann beispielsweise die Erhitzung im Erhitzer 5 durch eine Heizschlange erfolgen. Die Verdampfung der Schwefelsäure kann durch Mischdüsen oder mit Leitwänden versehene Mischeinrichtungen verschiedener Ausführungsformen gefördert werden. Wenn anstelle von erhitzter Luft überhitzter Wasserdampf verwendet wird, kann der Lufterhitzungsteil der Vorrichtung entfallen.

liier/u I Blatt

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Konditionieren von mit Flugasche beladenem Abgas durch Einbringen von Schwefelsäure in einen Abgaskanal vor einem Elektroabscheider, mit einem Erhitzer zum Erhitzen eines Gasstroms auf eine Temperatur oberhalb 2O4°C, mit einer dem Erhitzer nachgeschalteten Mischeinrichtung und einer der Mischeinrichtung nachgeschalteten Verdampfungseinrichtung von in Fließrichtung des Gasstromes langgestreckter Ausbildung, mit einer in die Misch- und Verdampfungseinrichtung mündenden Schwefelsäurezuführung mit einem Steuerglied zur Regelung des Zuflusses von Schwefelsäure in die Misch- und Verdampfungseinrichtung, und mit einer von der Misch- und Verdampfungseinrichtung ausgehenden Leitung für das Gemisch aus erhitztem Gas und verdampfter Schwefelsäure, die mittels eines Verteilers im Abgaskanal zum Elektroabscheider mündet, d a durch gekennzeichnet, daß der dem Erhitzer (5) zugeführte Gasstrom aus Luft, Wasserdampf oder einem Luft/Wasserdampf-Gemisch besteht, daß das Steuerglied der Schwef jlsäurezuführung in Form eines Steuerventils (15) ausgebildet ist, und weiterhin gekennzeichnet durch eine mit der Misch- und Verdampfungseinrichtung (12,17) und mit dem Steuerventil (15) der Schwefelsäurezuführung verbundene Tem^eraturmeB- und Regeleinrichtung zur Regelung des Schwefelräurezu^asses nach Maßgabe der Temperatur in d".r Misch- und Verdampfungseinrichtung, eine an der Innenraum des Abgaskanals (21) angeschlossene Taupunktsmeßeiprichtung (33,34) und eine mit der Taupunktsmeßeinrichtung und dem Steuerventil (15) in der Schwefelsäurezuführung zu der Misch- und Verdampfungseinrichtung (12, 17) verbundene Regeleinrichtung zur Regelung des Schwefelsäurezuflusses nach Maßgabe der Meßwerte der Taupunktsmeßeinrichtung.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konditionieren von mit Flugasche beiadenem Abgas durch Einbringen von Schwefelsäure in einen Abgaskanal vor einem Elektroabscheider, mit einem Erhitzer zum Erhitzen eines Gasstroms auf eine Temperatur oberhalb 204°C, mit einer dem Erhitzer nachgeschalteten Mischeinrichtung und einer der Mischeinrichtung nachgeschalteten Verdampfungseinrichtung von in Fließrichtung des Gasstromes langgestreckter Ausbildung, mit einer in die Misch- und Verdampfungseinrichtung mündenden Schwefelsäurezuführung mit einem Steuerglied zur Regelung des Zuflusses von Schwefelsäure in die Misch- und Verdampfungseinrichtung, und mit einer von der Misch- und Verdampfungseinrichtung ausgehenden Leitung für das Gemisch aus erhitztem Gas und verdampfter Schwefelsäure, die mittels eines Verteilers im Abgaskanal zum Elektroabscheider mündet.

Mit Flugasche beladene Abgasströme, wie sie bei der Verbrennung von Kohle oder anderen fossilen Brennstoffen anfallen, zeigen häufig einen hohen elektrischen Widerstand der Flugascheteilchen, so daß dann eine unzureichende Elektroabscheidung der Teilchen eintritt. Die Abgasströme enthalten SO₂, jedoch führt das SO₂ nicht zu einer genügenden Unterstützung des Abscheidungsvorgangs. Andererseits wird durch Anwesenheit einer hinreichenden Menge an SO₃ oder H₂SO₄ der elektrische Widerstand der Teilchen verringert, so daß gute Ergebnisse bei der Abscheidung erzielt werden.

Vorrichtungen und Arbeitsweisen zum Konditionieren von mit Flugasche beladenem Abgas sind in etlichen Ausführungsformen beschrieben worden. So ist es

ίο bekannt (GB-PS) 3 33 048), zur Befeuchtung von Gasen vor der Reinigung durch elektrostatische Staubabscheidung an die Abgasleitung einen Behälter anzuschließen, in dem ein Brenner zur Verbrennung eines Gases sowie Einrichtungen, insbesondere Düsen, zur Zuführung einer zu verdampfenden Flüssigkeit vorgesehen sind. Es wird in allgemeiner Weise erwähnt, daß die Menge, Temperatur und Feuchtigkeit der in dieser Weist· in das Rohgas eingeführten Gase breit geregelt werden kann und hierdurch die Temperatur und der Feuchtigkeitsgrad der zu reinigenden Gase auf den gewünschten Wert eingestellt werden können. Im einzelnen wird nur eine Einführung von Wasser unter Erzeugung von Wasserdampf angegeben, eine Einführung von Schwefelsäure ist nicht erwähnt, so daß die günstigen

2-, Wirkungen von Schwefelsäure nicht gegeben sind.

Ferner ist es bekannt (GB-PS 9 32 895), bei einem Verfahren zur Behandlung der mit Flugasche beladenen Abgase vor einer Elektroabscheidung zwecks Verringerung des elektrischen Widerstandes der Staubteilchen

to für die Erzeugung eines heißen, SO₃ enthaltenden Trägergasstromes in einer Verbrennungshilfskammer einen Brennstoff mit hohem Schwefelgehalt in Anwesenheit eines Oberschusses an für die vollständige Verbrennung erforderlichem Sauerstoff zu verbrennen,

j-, dadurch 0,025—0,05 Volumenprozent SO₃ in den Rauchgasen zu erzeugen und die Rauchgase in den zu konditionierenden Abgasstrom einzuleiten, wobei dann SO3 von den Flugascheteilchen adsorbiert wird, die Teilchen befeuchten werden und auch etwa H₂SO₄

w gebildet wird. Hier müssen zur Erzeugung der erforderlichen SO₃-Menge verhältnismäßig große Brennstoffmengen verbrannt werden, was das Problem der Abführung der durch diese Verbrennung entstehenden zusätzlichen Abwärme mit sich bringt. Angaben

4-, über ein gezieltes Arbeiten mit Schwefelsäure unter gleichzeitiger Unterdrückung von Korrosion finden sich nicht. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im einzelnen nicht dargestellt, und auf jeden Fall müßte eine für das bekannte Verfahren brauchbare

,ο Vorrichtung wesentlich anders als die eingangs angegebene Vorrichtung, von der die Erfindung ausgeht, ausgebildet sein.

Es ist auch bekannt (US-PS 18 20 734), bei einer Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen mittels eines ,-, Elektroabscheiders Regeleinrichtungen vorzusehen, die das zu reinigende Abgas immer bei konstanter Temperatur und konstantem Taupunkt halten. Hierzu sind in dem Abgaskanal für das zu reinigende Gas ein Erhitzer, ein Kühler, eine Wasserdampfeinspeiseein-

bo richtung, ein Thermostat und ein Hygrostat angeordnet. Der zu reinigende Gasstrom wird zeitweise erhitzt und zeitweise gekühlt und zeitweise wird nach Maßgabe des Hygrostaten Wasserdampf in den Gasstrom eingeblasen. Auch hier handelt es sich um eine Vorrichtung nur zum Befeuchten mit Wasserdampf, unter gleichzeitiger Temperaturregelung, ein Konditionieren mit Schwefelsäure ist nicht vorgesehen und die Vorrichtung unterscheidet sich maßgeblich von der eingangs