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Verfahren zur trockenen Ausscheidung ausgewaschener Verunreinigungen
aus Verbrennungsabgasen Bei der Verbrennung von festen Stoffen, oder von festen
Stoffen und Flüssigkeiten oder Gasen, wie z.B. in Abfallverbrennungsanlagen, entstehen
oft gleichzeitig feste und gasförmige Rauchgasverunreinigungen in Form von Flugasche
und beispielsweise HCl-Gasen.
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Die Abscheidung von Schadgasen, wie z.B. HC1, gelingt allgemein am
einfachsten und wirkungsvollsten mittels Gaswäschern bekannter Bauarten, in welchen
das zu reinigende Gas mit Waschflüssigkeit intensiv durchsetzt wird; letztere absorbiert
dabei die Schadgaskomponenten und fliesst zusammen mit diesen aus den Wäschern.
Die gewaschenen Gase verlassen die Wäscher nach Abscheidung der Flüssigkeitstropfen
gereinigt und mit Dampf gesättigt bei Taupunktstemperatur.
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Geeignet ausgerüstete Wäscher können gleichzeitig auch die Feststoffabscheidung
aus den Gasen mit hohem Abscheidegrad ermöglichen. Die Abwässer aus den Wäschern
enthalten dann aber ausser den gelösten Stoffen, Säuren oder Salzen auch dispergierte
Feststoffe. Mit einem Teil des zirkulierenden Waschwassers müssen die ausgeschiedenen
Gasverunreinigungen in dieser Form laufend abgeführt werden. Mit Rücksicht auf den
Gewässerschutz muss in der Folge dieses Abwasser oft chemisch, z.B. durch Neutralisieren,
behandelt und auf jeden Fall gereinigt werden.
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Von besonderem Vorteil sind dabei Verfahren, welche die Rückführung
des gereinigten Abwassers in den Waschkreis gestatten, und damit sparsameren Frischwasserverbrauch
ermöglichen.
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Die mechanische Reinigung des Abwassers von Feststoffen gelingt immer
nur bis auf einen mehr oder weniger grossen Feinstoffrest, der bei Rückführung des
Filtrats in den Waschkreis sich dort aufkonzentrieren und Verstopfungen verursachen
würde. Verzichtet man aus diesem Grunde auf die Rückgewinnung des Abwassers, werden
bei grösseren Anlagen - nebst hohem Wasserverbrauch - auch umfangreiche Einrichtungen
zur Entfernung von nicht ausfällbaren, meist in geringer Konzentration gelösten
Neutralsalzen (z.B.
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Chloriden) aus grossen Abwassermengen benötigt, um diese in allgemeine
Gewässer ableiten zu können.
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Als wirkungsvollste Lösung dieser Probleme wurde schon die Eindampfung
der Abwässer vorgeschlagen. Die mehr oder weniger trockenen Eindampfrückstände können
dann mit den übrigen Verbrennungsrückständen deponiert und das verdampfte ~Abwasser
als reines Kondensat zurückgewonnen werden.
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Da aus dem Wäscherkreis nur schwach konzentrierte Abwässer entnommen
werden können, sind hierfür jedoch umfangreiche Eindampfapparate und vor allem sehr
viel Heizenergie erforderlich. Für die Einsparung von Wärmeenergie sind einerseits
Brüdenkompressionsanlagen
bekannt, die aber den apparativen Aufwand und den Bedarf an Antriebsenerige stark
erhöhen und andererseits Mehrstufen-Verdampfer, die ebenfalls aufwendig sind, zumal
sie zur weitgehenden Rückgewinnung des destillierten Abwassers umfangreiche Kondensationsanlagen
und Kühlmittel niedriger Temperatur benötigen.
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Ein weiteres Problem besteht bei dem Ausstoss von gewaschenen Gasen
in die Atmosphäre. Geschieht dies ohne Nachheizung direkt ab Wäscher, gelangen dampfgesättigte
Gase in die kältere Umgebungsluft, und bei der Vermischung mit dieser entsteht ein
Nebel von Flüssigkeitstropfen, aus welchem schwerere Tropfen in der Umgebung niederrieseln
und im Winter zu Glatteis ausfrieren können.
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Bei grösseren Abgasmengen kann daher auf eine Rückheizung der Reingase
nach dem Wäscher nicht verzichtet werden.
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Erfindungsgemäss können alle diese Anforderungen gemeinsam mit besonders
geringem Aufwand an Apparaturen und Betriebsmitteln dadurch erfüllt werden, das
ein Teil des Abwassers aus der Gaswäsche in die Gase vor deren Eintritt in den Wäscher
verdampft und der ausgetrocknete Feststoffgehalt dieses Abwassers vor Eintritt in
den Wäscher aus den Gasen abgeschieden wird, dass ferner ein zweiter Teil des Abwassers
in beheizten Wärmeaustauschern bis auf feste Rückstande verdampft wird und dass
mindestens ein Teil der Abwasserdämpfe zur Rückheizung der in dem Wäscher gesättigten
Reingase verwendet werden. Auf diese Weise kann die notwendige Abwasser-Verdampfungswärme
einesteils aus sonst nicht verwertbarer Rohgaswärme bei niedriger Temperatur gewonnen,
zum anderen Teil als Heizwärme für die Ueberhitzung der gesättigten Reingase ausgenützt
werden.
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Die Aufteilunq-des Abwassers kann auch in zwei Teilströme mit qForeehied
hor Feststoffkonzentration erfolgen, z.B.
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mit Hilfe eines geeigneten mechanischen Separators bekannter
Bauart,
wie einem Klärbecken, Hydrozyklon oder Filter Einen Teilstrom bildet dann der eingedickte
Schlamm, der die Grobfraktion der aus den Gasen gewaschenen Feststoffe in konzentrierter
Form enthält. Er kann nach Bedarf durch Beimischung von Zirkulations- oder geklärtem
Wasser verdünnt werden. Der zweite Teilstrom wird durch das geklärte Wasser gebildet,
welches noch die feinen Schwebestoffe sowie die gelösten Schadgaskomponenten der
Rohgase abzuführen hat. Von dieser zweiten Teilwassermenge kann laufend so viel
entnommen werden, als es die zulässige Schwebestoff- oder Lösungskonzentration im
Waschwasser erfordert. Der Rest kann rezirkuliert werden.
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Vorteilhafterweise kann dann der Grobschlamm vor dem Wäscher in die
Rauchgase gesprüht und dabei getrocknet werden. Die getrockneten Feststoffe erhöhen
den Grobflugaschengehalt der Rohgase. Durch Ausbildung des vorgeschalteten Rauchgastrockners
als einfachen Trägheits- oder Fliehkraft-Abscheider mit bescheidenem Abscheidegrad
und geringem Strömungswiderstand kann ein Anteil der nun aufkonzentrierten Grobaschen
aus den Gasen leicht abgeschieden und trocken ausgetragen werden, wodurch sich auch
ein geringer Abwasseranfall ergeben kann. Im Trockner kann die Rohgaswärme nahezu
bis zum Säuretaupunkt herunter ausgenützt werden, da die Abkühlung direkt, ohne
Zwischenschaltung korrosionsgefährdeter Wärmeaustauscher erfolgt.
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Der zur Trocnung eingesprühte Abwasseranteil kann zwar nicht rückgewonnen
werden, ersetzt aber trotzdem einen entsprechenden Teil Frischwasser, der nämlich
sonst, bei der Aufsättigung der Gase im Wäscher, ohnehin unvermeidlich als Dampf
abziehen würde.
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Die zweite Teilwassermenge mit den abzuführenden Feinstoffen und gelösten
Schadgaskomponenten oder ihren Salzen kann nach allfälliger Vorwärmung einem beispielsweise
dampfbeheizten Verdampfer zugeführt und zur Hauptsache bei einem Druck verdampft
werden, der die Verwendung der
abgedampften Brüden als Heizdampf
für die Reingasüberhitzung gestattet. Die letzte Restverdampfung zur Gewinnung trockener
und auskristallisierter Rückstände kann in einem separaten, dafür geeignesten Verdampfer,
wie z.B. einem Dünnschicht-Apparat, geschehen, der seinerseits mit Frischdampf oder
mit Abwasserbrüden aus dem Hauptverdampfer beheizt werden kann.
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Auf diese Weise fällt zumindest der Hauptanteil des verdampften Abwassers
als reines Kondensat aus Wärmeaustauschern an und kann in den Waschwasser-Kreislauf
zurückgefährt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, vorher seine Restwärme noch
zur Abwasservorwarmung zu verwenden.
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Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung
des Verfahrens. Aus der nicht dargestellten Verbrennungsanlage treten die allgemein
für Nutzwärmegewinnung bereits bis etwa 250 - 300 0c gekühlten Rohgase in den als
Trägheitsabscheider ausgeführten Trockner-Abscheider 6, werden dort durch Abwasserverdampfunq
bis beispielsweise 0 130 - 150 c vorgekühlt sowie befeuchtet und gelangen anschliessend
in den Wäscher 1, den sie gereinigt und gesättigt bei einer Temperatur von beispielsweise
60 - 70 0c verlassen.
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Vom zirkulierenden Waschwasser, welches vom Behälter 2 in den Wäscher
1 gepumpt wird, und aus diesem wieder dem Behälter 2 zufliesst, wird eine Teilmenge
zu einem Separator 3, z.B. einem Hydrozyklon, abgezweigt. Der hier eingedickte Schlamm
wird im Grobfraktions-Behälter 4 aufgefangen und von da mittels Schlammpumpe und
geeigneter Einsprühvorrichtung 5 in den Trockner-Abscheider gesprüht, aus welchem
die trockenen Feststoffe bei 7 ausgetragen werden. Der abzuführende Dünnschlamm
wird im Behälter 9 aufgefangen und, soweit nötig und nicht schon gesamthaft in Behälter
2 durchgeführt, neutralisiert. Hierfür kann eine Chemikalien-Aufbereitung
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vorgesehen sein.
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Vom Behälter 9 gelangt der Dünnschlamm nach Durchströmen der Vorwärmer
11 und 12 in den Verdampfer 13, wo er unter ständiger Umwälzung und Frischdampfbeheizung
zum Hauptteil verdampft wird. Der entstehende Brüdendampf wird dem Reingaserhitzer
14 zugeführt, in welchem er unter Abgabe seiner Kondensationswärme an das kühlere
Reingas verflüssigt wird.
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Das Kondensat gibt seine Restwärme im Vorwärmer 12 an den Dünnschlamm
vor dessen Eindampfung ab und wird so gekühlt zum Zirkulationsbehälter 2 zurückgeführt.
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Der voreingedampfte Schlamm wird beispielsweise im Ausdampfgefäss
15 auf Atmosphärendruck entspannt. Dabei entsteht Entspannungsdampf, der zur Beheizung
eines ersten Dünnschlamm-Vorwärmers 11 dienen kann. Der Restschlamm wird im Spezialeindampfer
16 bis zum trockenen oder kristallisationsfähigen Austrag eingedampft. Die Restbrüden
können ebenfalls zur Vorwärmung genützt und dabei verflüssigt werden. Wie in Fig.
1 angedeutet, können alle kondensierten Brüden gesammelt und zum Behälter 2 rückgepumpt
werden.
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Erfordert die Auswaschung verschiedener Schadgas-Komponenten eine
Mehrfachwäsche mit getrennten Waschwasserkreisen, kann das Verfahren sinngemäss
gleich angewendet werden. Unter Umständen kann dann die Grobschlamm-Fraktion einem
der Waschkreisläufe, die Dünnfraktion einem anderen entnommen werden.
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Des weiteren können die Behälter 2, 4 oder 9, aber auch weitere Behälter,
als Reaktions- und Absetzbecken dienen und für den Austrag von in Festform ausfallenden
Verunreinigungen, Neutralisations- oder Umsetzprodukten ausgerüstet sein.
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Ferner kann z.B. bei grossem Abwasseranfall die Eindampfung 13 in
mehrere Druckstufen unterteilt werden, wobei die Brüden zum Teil zur Beheizung niedrigerer
Druckstufen und unter Umständerx FOEt4qyq+en Reingasheizung dienen
können.
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Im übrigen wird man bei geringer Rohgasstaubbeladung unter Umständen
auf eine Trennung der Abwasserfraktionen verzichten und die Behälter 2, 4, 9 vereinigen
können.
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Eine weitere Möglichkeit zur Vereinfachung der Installationen kann
im Zusammenbau des Separators 3 für die Abtrennung der eingedrickten Abwasserfraktion
mit dem Trockner-Abscheider 6 dieser Fraktion zu einer kombinierten Trennungs- und
Trocknungseinheit bestehen. Mindestens eine dafür geeignete Separator-Einheit wird
demnach gleichzeitig als Aufgabe-Vorrichtung des Dickschlammes mit einem Trockner
so zusammengebaut, dass der Dickschlamm direkt in die den Trockner durchströmenden
Rohgase gelangt, darin im Fluge getrocknet und anschliessend trocken abgeschieden
wird.
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Wie Fig. 2 zeigt, können bei dieser Anordnung Dickschlammbehälter
4 sowie zusätzliche Dickschlamm-Förder- und Aufgabe-Vorrichtungen entfallen. Das
vom Waschkreis abgezweigte Abwasser wird direkt zum Trenn-Trockner 3, 6 gefördert.
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Aus diesem fliesst das geklärte Abwasser in den Behälter 9, während
der Dickschlamm direkt getrocknet ausgetragen wird. Die weitere Behandlung des geklärten
Abwassers erfolgt in der bereits beschriebenen Weise.