DE2530788A1

DE2530788A1 - Nassreinigung von gasen

Info

Publication number: DE2530788A1
Application number: DE19752530788
Authority: DE
Inventors: Paul Brulhet
Original assignee: Sacilor SA
Current assignee: Sacilor SA
Priority date: 1974-07-18
Filing date: 1975-07-10
Publication date: 1976-02-12
Also published as: IT1039847B; CA1060778A; AU8287975A; FR2278379A1; LU72944A1; DE2530788C2; BE831226A; ATA548375A; AU496923B2; NL7508066A; AT359048B; BR7504501A; ZA754309B; JPS5134472A; ES439284A1; GB1476265A; FR2278379B1

Description

DR₁-ING. EUGEN MAlER ΠΡ.-ΙΝ5. ECKHARD VJOLF

PATENTANWÄLTE O Γ Ο Γ] Π O

DRESDNER BANK AG TELEFON: (0711)24 27 β 1/2 STUTTGART NR. 192Ο334 TELEBRAMME: MENTOR 7 STUTTGART 1, P I S C H E K S T R, 1 9 POSTSCHECK STQT. 2S20O-7O9

A 11 785 i - kt 18.6.1975

Societe Sacilor, Acieries et Laminoirs de Lorraine S.A. 6, rue de Wendel, Hayange / Frankreich

Naßreinigung von Gasen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Naßreinigung staubbeladener Gase, beispielsweise schwebefähige feste Körper enthaltender Gase von Kokereien, Hochöfen und Stahlwerken, deren Schwebstoffe eine Korngröße von etwa 1 ja. oder weniger aufweisen.

Gase und Rauchgase dieser Art, wie sie beispielsweise auch in Zementfabriken entstehen, müssen vor ihrer Weiterver-

509887/0731 _ 2 -

A 11 785 18.6.1975

wendung zu Heizzwecken, zum Betrieb von Motoren, aber auch ehe sie in die freie Atmosphäre geleitet werden, gereinigt bzw. entstaubt werden.

Es sind zahlreiche Verfahren zur Naßreinigung solcher Gase bekannt, die auf einer Stoßbeeinflussung der Schwebeteilchen, einer Kondensation, einer Beeinflussung im elektrostatischen Feld, einer Einwirkung von Ultraschall oder auch einer Diffusion in einer zerstäubten Flüssigkeit beruhen.

Die Stoßbeeinflussung beruht auf Zusammenstößen der Schwebeteilchen mit Flüssigkeitströpfchen. Der Wirkungsgrad 'einer solchen Entstaubung wächst mit dem Geschwindigkeitsunterschied der Tröpfchen und der Schwebeteilchen. Weisen die Schwebeteilchen jedoch nur eine sehr geringe Größe auf, beispielsweise eine Größe unterhalb 1 ja, so sinkt der Wirkungsgrad praktisch auf Null, da sich die Schwebeteilchen wie Aerosole verhalten.

Die Kondensationsverfahren beruhen auf einer Absenkung der Gastemperatur unterhalb den Taupunkt. Dieses Verfahren begünstigt den Abscheidungsgrad bei einer nachfolgenden Reinigung durch Stoßbeeinflussung, setzt jedoch in vereinzelten Fällen eine starke Temperaturerniedrigung voraus, die bei Gasen niedriger Temperatur nur durch eine starke

S09887/07ai

A 11 785 18.6.1975 - 3 - i - Xt

Druckentspannung des Gases erreicht werden kann.

Bei der Entstaubung des flugstaubbeladenen Abgases in einem Gleichstrom-Hochspannungsfeld setzen sich die ionisierten Schwebeteilchen an der Abscheideelektrode entgegengesetzter Polarität ab. Um eine wirksame Reinigung zu erzielen, ist es jedoch erforderlich, daß der Staubgehalt am Eingang der Elektrofilter verhältnismäßig konstant gehalten wird. Abgesehen von den Kosten für zusätzliche Abklopfeinrichtungeη sind auch die Kosten für die" Unterhaltung, die Wartung und den Ersatz der Elektrofilter dann besonders hoch, wenn es sich um die Reinigung von korrosiven Gasen, beispielsweise CO- oder SO₂ handelt.

Die Ultraschall—Verfahren beruhen auf einer kinematischen Resonanz der Schwebeteilchen und der Flüssigkeitströpfchen. Diese Verfahren benötigen einen verhältnismäßig großen Energieaufwand.

Die Diffusionsverfahren beruhen auf einer Vermischung des staubbeladenen Gases mit einer Flüssigkeit, die sich im Aerosol-Zustand befindet. Nachteilig wirkt sich bei diesen Verfahren die Schwierigkeit aus, die Flüssigkeit sehr fein zu zerstäuben. Wird diese Zerstäubung auf mechanischem Weg hervorgerufen, so benötigt man hierzu sehr feine Düsen, die bei der Verwendung industrieller Flüssigkeiten der

509887/0731

A 11 785

* 18.6.1975

- 4 - i - kt

Gefahr einer Verstopfung ausgesetzt sind. Die mechanische Zerstäubung macht darüberhinaus sehr hohe Flüssigkeitsdrucke notwendig.

Bei einer pneumatischen Zerstäubung benötigt man sehr hohe Geschwindigkeiten des zerstäubenden Gases und demzufolge einen sehr hohen Energieaufwand. Die Zerstäubung mit einer Zentrifuge unter Verwendung einer mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Kupelle bereitet schließlich bezüglich der Aufrechterhaltung einer einwandfreien Arbeitsweise und bezüglich der Wartung einer solchen Vorrichtung gewisse Schwierigkeiten.

In der industriellen Praxis wird üblicherweise eine vorgängige Grobreinigung der zu entstaubenden Gase durch Stoßbeeinflussung vorgenommen, bei der nahezu der gesamte Grobstaub mit einer Teilchengröße über 10 ja abgeschieden wird. Ein Verfahren, mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand eine Naßreinigung durchzuführen, bei der auch der Feinstaub mit einer Teilchengröße etwa unter 1 ji abgeschieden wird, ist jedoch nicht bekannt. Bei einem gebräuchlichen Verfahren zur Abscheidung von Feinstaub wird ein Venturi-Wäscher verwendet, der jedoch nur bei konstantem Gasdurchsatz zuverlässig arbeitet und bei dem ein beträchtlicher Druckverlust von der Größenordnung von 0,3 bar in Kauf genommen werden muß, um dem Gas die zur Abscheidung des Feinstaubs

6091887/073 1

— 5 —

A 11 785

Jii. im

- 5 - i - kt

notwendige Geschwindigkeit zu erteilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten' Reinigungsverfahren zu vermeiden und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Naßreinigung zu entwickeln, bei dem sehr unterschiedliche und wechselnde Mengen eines Feinstaub von einer Teilchengröße unter 1 jx enthaltenden Gases bei nur geringem Druckabfall wirksam gereinigt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in dem zu reinigenden strömenden Gas durch das Aufeinandertreffen von mindestens zwei Flüssigkeitsstrahlen ein Nebel erzeugt wird. Auf diese Weise kann auch Feinstaub mit einer Teilchengröße unter 1 ja abgeschieden werden.

Eine Zerstäubung läßt sich vorteilhafterweise dadurch erreichen, daß der von den beiden Strahldüsen eingeschlossene Winkel weniger als 180° beträgt. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsstrahle wird vorteilhafterweise so gewählt, daß sie mindestens etwa das 0,6-fache der Geschwindigkeit des zu reinigenden Gases beträgt.

Die zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Vorrichtung ist vorteilhafterweise so ausgebildet, daß in der Wandung

eines Abschnitts

I098S7/0731

A 11 785 18.6.1975

der das zu reinigende Gas fördernden Leitung Strahlrohre mit einen gerichteten Strahl erzeugenden Düsen angeordnet sind. Um die Geschwindigkeit der Strahlflüssigkeit im Auftreffpunkt und damit die Durchdringung des Gases regulieren zu können, sind die Strahlrohre vorteilhafterweise so ausgebildet, daß sie einen in die Gasförderleitung hineinreichenden teleskopartig ausfahrbaren Teil aufweisen. Erfindungsgemäß ist die Winkellage der Strahldüsen in Bezug auf die Strömungsrichtung verstellbar. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Düsenanordnung besteht darin, daß die Strahldüsen in ihrer Winkellage gegeneinander und gegenüber der Strömungsrichtung des Gases verstellbar angeordnet sind, beispielsweise dadurch, daß die Strahlrohre in einer Gelenkpfanne gelagert sind. Die Anbringung der Strahlrohre in der Wandung einer Förderleitung erfolgt vorteilhafterweise derart, daß sie in einem lösbar angeordneten Wandteil der Förderleitung gelagert sind. Um die Intensität und die Geschwindigkeit des einzelnen Flüssigkeitsstrahls regeln zu können, sind in den Zuleitungen der Strahlrohre Ventile und Manometer angeordnet.

In der Zeichnung sind in schematischer Weise einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Anordnung zweier denselben Strahlquerschnitt

aufweisender, mit Flüssigkeit unter demselben Druck 509887/0731 beaufschlagter Düsen, die einen sich im wesentlichen

in einer Ebene ausbreitenden Nebel erzeugen;

A 11 785 18.6.1975 - 7 - i - kt

Fig. 2 die Ausdehnung des Nebels in der senkrecht zur Ebene der Fig. 1 gelegenen Symmetrieebene der Anordnung der Fig. 1;

Fig. 3 die Ausbildung eines Nebels in einer im wesentlichen kalottenartigen Fläche bei Verwendung zweier mit gleichem Druck beaufschlagter Strahldüsen ungleichgroßen Düsenquerschnitts;

Fig. 4 die Anordnung zweier Strahlrohre in der Wandung eines Abgaskanals einer Hochofenanlage, teilweise im Schnitt;

Fig. 5 die Anordnung zweier gleich ausgebildeter, mit demselben Flüssigkeitsdruck beaufschlagter Strahlrohre in der Achse einer Fördergasleitung;

Fig. 6 eine im Prinzip der Fig. 5 entsprechende Anordnung zweier mit ungleichgroßem Flüssigkeitsdruck beaufschlagter Strahldüsen.

In der schematischen Darstellung der Fig. 1 sind die beiden an eine Druckflüssigkeitsleitung 3 angeschlossenen Strahlrohre 1 und 2 so angeordnet, daß die mit den Strahlrohren fluchtenden Düsen la und 2a einen stumpfen Winkel miteinander bilden. Aufgrund desselben, in den Strahlrohren

S09S87/Q731

A 11 785 18.6.1975 - 8 - i - kt

herrschenden Flüssigkeitsdruckes bildet sich ein Nebelschleier N in der zur Zeichnungsebene senkrecht stehenden Symmetrieebene aus. Die Ausdehnung des Nebelschleiers in dieser Ebene ist infolge der winkelig zueinander angeordneten Strahldüsen zum Auftreffpunkt G unsymmetrisch und weist, wie dies Fig. 2 zeigt, eine etwa elliptische Form auf.

Verwendet man, wie im Falle des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels, zwei Strahldüsen 4 und 5 mit ungleichgroßer Düsenöffnung, so breitet sich der Nebelschleier 6 längs einer etwa kegelmantelförmigen oder kalottenartigen Fläche mit dem Scheitelpunkt 7, dem Schnittpunkt der beiden Düsenachsen, aus, wobei die konvexe Seite des Nebelschleiers dem Strahlrohr 4 mit der größten Düsenöffnung zugewandt ist, was auf den Unterschied zwischen den Impulsen der beiden Strahlen zurückzuführen ist. Eine ähnliche Ausbildung eines Nebelschleiers erhält man, wenn zwei Strahlrohre mit derselben Düsenöffnung mit ungleichgroßem Flüssigkeitsdruck beaufschlagt werden. Die auf diese Weise in einem Gaskanal erzeugten Nebelschleier werden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Naßreinigungsverfahrens verwendet.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in der Wandung eines gasführenden Kanals oder Rohres 8 zwei Strahlrohre 9 und 10 mit Düsen 9a und 10a im Winkel zur Längsachse des Kanals 8 angeordnet. Die Strahlrohre sind an einer Montageplatte 11 befestigt, die in die Wandung des

509607/0731

— 9 —

A 11 785 18.6.1975 - 9 - i - kt

Kanals eingesetzt und von dieser nach Bedarf entfernt werden kann. Die Strahlrohre weisen einen nach Art eines Teleskops ausgebildeten Teil 12 und 13 auf, um die Düsen mehr oder weniger weit in den Kanal 8 einführen zu können. Über die Rohrstutzen 14 und 15 sind die Strahlrohre 9 und 10 an eine Druckflüssigkeitsleitung angeschlossen.

Wenn die beiden Strahlrohre und die Düsen denselben Durchmesser aufweisen und mit demselben Flüssigkeitsdruck beaufschlagt sind und die Düsen darüberhinaus mit der Längsachse der Gasleitung 8 fluchtend angeordnet sind, wie dies Fig. 5 zeigt, so bildet sich ein Nebelschleier 19 etwa in Gestalt eines Kegelmantels mit einem ballig ausgebildeten Scheitel oder auch eines Paraboloids aus. Die beiden Strahlrohre 9 und 10 sind rechtwinklig abgebogen und bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel an einer Platte befestigt, die in eine Aussparung der Wandung der Gasleitung 8 eingesetzt und mittels Schrauben 16 an dieser angeflanscht werden kann. Der Druck in der Flüssigkeitsleitung wird mittels des Manometers 17 gemessen und kann mittels eines Ventils geregelt werden.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten, im wesentlichen dieselbe Anordnung wie in Fig. 5 aufweisenden Ausführungsbeispiel, weist der aus der Düse 9a austretende Flüssigkeitsstrahl einen höheren Druck auf als der aus der Düse 10a austretende Flüssigkeitsstrahl, was die Ausbildung eines Nebelschleiers

B09887/Ö731 _io-

A 11 785 18.6.1975 - 10 - i - kt

zur Folge hat, dessen Scheitel eine Einbuchtung in Richtung auf die Düse 10a aufweist. Zur Regelung des Flüssigkeitsdrucks im Strahlrohr 9 ist ein zusätzliches Ventil 20 und ein zusätzliches Manometer 21 vorgesehen.

Die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 4, 5 und 6, bei denen die Strahldüsen einen stumpfen Winkel miteinander bilden oder auch miteinander fluchtend angeordnet sind, haben ihre speziellen, unter den jeweiligen Bedingungen sich auswirkenden Vorteile. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 5 und 6 besteht dieser Vorteil in der Symmetrie und der gleichmäßigen Ausbildung des erzeugten Nebelschleiers. Nachteilig wirkt sich jedoch bei diesen Anordnungen aus, daß eine Reinigung der Gasleitung auf Schwierigkeiten stößt, wenn sich in der Gasleitung ein Pfropfen bildet, den man mittels einer in die Gasleitung eingeführten Stange nicht entfernen kann, da man hieran durch die in der Achse der Gasleitung angeordneten Düsen gehindert ist. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Vorteil einer leichten Reinigung der Gasleitung, der jedoch durch einen Verzicht auf eine symmetrische Ausbildung des Nebelschleiers erkauft werden muß. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung der Strahlrohre besteht jedoch darin, daß man die Lage der Düsen einzeln, oder auch beider Düsen zugleich, verändern kann, um eine optimale Ausbildung des Nebelschleiers zu erreichen.

S09887/Ö731 ■ ' ^λ1 '

A 11 785 18.6.1975 i - kt

Bei der Reinigung der Abgase eines Hochofens wird zur Erzielung eines möglichst hohen Wirkungsgrades angestrebt, daß das Verhältnis

R =

Strahlgeschwindigkeit Gasgeschwindigkeit

einen möglichst großen Wert annimmt. Zufriedenstellende Ergebnisse werden bei einem Wert von R :>0,6 erzielt, wobei der Abscheidungsgrad bei R = 0,8 etwa 80% beträgt. Je größer jedoch der Verhältniswert R ist, desto größer ist auch der Druckverlust in der Gasleitung. Mit einer Anordnung gemäß Fig. 4 werden bei der Naßreinigung der Abgase eines Hochofens die in der folgenden Tabelle angegebenen Werte erreicht:

Hoch ofen gang	Gas durchsatz m³/h	Düsen 0 mm	Druck verlust mbar	Staubgehalt mg / m	Ausgang	Wasser	Druck bar	Verhält niszahl R
nahezu normal	ca. 80/90.000	20	160	Eingang	ca. 7	Menge m³/h	13	1,4
redu ziert	ca. 40.000 / 16.000	20	< 80	ca. 200	15/30	95	13	8/13
bis zu 200	95

609887/0731

- 12 -

A 11 785 18.6.1975 - 12 - i - kt

Bei Versuchen, die an einem bodenblasenden, mit Sauerstoffzufuhr betriebenen Konverter durchgeführt wurden, hat man unter Zugrundelegung vergleichbarer Maßstäbe die im folgenden aufgeführten Ergebnisse erhalten. Diese unterscheiden sich deshalb von den an einer Hochofenanlage erhaltenen Ergebnissen, weil der angestrebte Abscheidungsgrad ein unterschiedlicher war.

Die Konzentration an Schwebeteilchen war nach einer Reinigung mit einer erfindungsgemäßen Anordnung 100 mg/Normal m bei einem Druckverlust — 400 mm WS, während bei demselben Konverter mit dem bekannten Reinigungsverfahren derselbe Abscheidungsgrad bei einem Druckverlust von 1500 mm WS er— zielt wurde. Dies bedeutet, auf das industrielle Ausmaß bezogen, eine beträchtliche Energieeinsparung für den Betrieb des bei einer Entstaubungsanlage vorgesehenen Gasabsauggebläses.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zu seiner Durchführung vorgeschlagenen Vorrichtungen sind insbesondere deshalb besonders beachtlich, weil bei der erfindungsgemäßen Naßreinigung auf die aus Sicherheitsgründen übliche Nachschaltung elektrostatischer Filter verzichtet werden kann. Der auftretende Druckverlust ist sehr gering, so daß auch die Energiekosten für den Betrieb des Gebläses wesentlich geringer sind. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind auch nur wenig störanfällig, benötigen daher nur eine

S09887/0731

- 13 -

A 11 785 18.6.1975 - 13 - i - kt

geringe Wartung und haben den weiteren Vorteil, daß sie in einem weiten Bereich unterschiedlich großen Durchsatzes an zu reinigendem Gas zufriedenstellend arbeiten.

509887/0731

Claims

A 11 785 18.6.1975 i - kt Patentansprüche

1. Verfahren zur Naßreinigung staubbeladener Gase, z.B. Rauchgase, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zu reinigenden strömenden Gas durch das Aufeinandertreffen von mindestens zwei Flüssigkeitsstrahlen ein Nebel erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel zwischen zwei aufeinandertreffenden Flüssigkeitsstrahlen kleiner als 180° ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsstrahle mindestens das 0,6-fache der Geschwindigkeit des zu reinigenden Gases beträgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem

oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch in der Wandung eines Abschnitts einer das zu reinigende Gas fördernden Leitung (8) angeordnete Strahlrohre (9, 10) mit einen gerichteten Strahl erzeugenden Düsen (9a, 10a).

509887/0731

A 11 785 , 18^6.1975

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlrohre (9, 10) einen in die Förderleitung (8) hineinreichenden teleskopartig ausfahrbaren Teil (12, 13) aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlrohre (9, 10) in einer Gelenkpfanne gelagert sind, die den Winkel zwischen den Strahldüsen (9a, 10a) einerseits und der Strömungsrichtung des Gases andererseits zu verändern gestattet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlrohre (9, 10) in einem lösbar angeordneten Wandteil (11) der Förderleitung (8) gelagert sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß in den Zuleitungen zu den Strahlrohren (9, 10) Ventile (18, 20) und Manometer (17, 21) angeordnet sind.

S09887/0731

Ais

Leerseite