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Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung des S02-Gehalts
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eines heißen Brennstoffgases
Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung des S02-Gehalts eines
heißen Brennstoffgases.
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Ein röhrenförmiger Drehskrubber zur Entfernung von Schwefeldioxid
aus Schornstein- bzw. Essengasen durch Umwälz- bzw. Rollkontakt mit einer Kalkaufschlämmung
ist in den folgenden US-Veröffentlichungen und verschiedenen mündlichen Vorträgen
ähnlichen Inhalts beschrieben worden: (1) Lewis, C.J., New Concept for Scrubbing
Gases", Brick and Clay Record, Juni 1973; (2) Lewis, C.J., leime, Limestone Empoyed
in New Gas Scrubbing Concept", Pit and Quarry, Juli 1973; (3) Lewis, C.J., Aequeous
Lime Scrubber Simplifies Sulfur Dioxide Removal", Rock Products, Juli 1974.
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Das Lewis-System entfernt in wirksamer Weise Schwefeldioxid aus Brennstoffgasen,
doch enthält das Abfallschlammprodukt normaler weise etwa 50 bis 80 Gew.-°% freie
Feuchtigkeit. Dieser Schlamm wirft das Problem der Abfallbeseitigung von festen
Stoffen wegen der halbfesten Beschaffenheit und der erheblichen Schlammenge auf.
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Ein Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren und einen Skrubber zur Entfernung
von Schwefeldioxid aus Brennstoffgasen zur Verfügung zu stellen, wodurch der Anteil
an freier Feuchtigkeit in dem Abfallprodukt auf ein Kleinstmaß zurückgeführt werden
kann.
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Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Verringerung des Schwefeldioxidgehalts
eines heißen Brennstoffgases vor, nach dem das Brennstoffgas mit einem Gegenstrom
aus Kalkaufschlämmung in benachbarten Skrubber- und Trockenzonen kontinuierlich
kontaktiert wird, wobei das Schwefeldioxid aus dem Brennstoffgas durch die Kalkaufschlämmung
in der Skrubberzone entfernt und das gebildete Abfallschlammprodukt gleichzeitig
durch Verdampfen in der Trockenzone stromabwärts von der besagten Skrubberzone durch
Kontaktieren mit einströmendem Brennstoffgas entwässert wird.
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Die Erfindung schlägt außerdem einen Brennstoffskrubber zur Verringerung
des Gehalts an Schwefeldioxid eines heißen Brennstoffgases vor, der eine längliche
Drehtrommel enthält, die zum Drehen um ihre Längsachse angetrieben werden kann,
und eine Skrubberzone aufweist, die sich nach innen von dem äußeren Ende der Rohrtrommel
erstreckt, und mit einer Trockenzone benachbart ist, die sich im Innern von dem
anderen Ende aus erstreckt, wobei die Trommel Mittel zum Zurückhalten des Schlamms
an der Grenzfläche der besagten Zonen, einen an dem Trockenzonenende befindlichen
Gas einlaß zum Einführen von heißem Brennstoffgas in die Trommel und zum Strömen
durch die Trommel von dem Trockenzonenende zu dem Skrubberzonenende, einen Gasauslaß
am Skrubberzonenende, Aufschlämmungsfördermittel an der Trommel zum Eintragen von
Kalkaufschlämmung in die Trommel zum Fließen durch die Trommel von dem Skrubberzonenende
zu dem Trockenzonenende, Umwälz- bzw. Rollmittel in der
Skrubberzone
zum innigen Vermischen der Aufschlämmung mit dem Gas, um eine Vereinigung der Aufschlämmung
mit den Schwefeldioxidbestandteilen des Gases und eine Umwandlung in ein Abfallschlammprodukt
zu erreichen, und Mittel zum Auffangen an dem Trockenzonenende der Trommel zum Herausführen
des Abfallschlammprodukts aus der Trommel, nachdem dieses durch Verdampfen beim
Kontaktieren in der Trockenzone mit dem an dem Trockenzonenende eingeführten und
durch die Trockenzone strömenden heißen Brennstoffgas entwässert worden ist.
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Vorzugsweise wird der Feuchtigkeitsgehalt des Abfallschlammprodukts
auf etwa 5 bis 25 Gew. #O/6 und insbesondere auf etwa 5 bis 15 Gew.-# verringert.
Bewegende und im wesentlichen stoßfreie Klümpchen bildende Teile der Trockenzone
können vorteilhaft durch eine niedrige ringförmige Trennwand oder einen solchen
Damm getrennt sein. Eine vorteilhafte beispielhafte Ausführungsform des Skrubbers
der Erfindung hat eine Trommel, die etwa 22,9 bis 30,5 m lang ist und einen Durchmesser
von etwa 3 bis etwa 4,6 m hat, wobei die Skrubberzone etwa 9 bis 15 m lang ist und
der Rest der Trommel die Trockenzone enthält.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung soll diese nun in Verbindung
mit den dazugehörenden Zeichnungen erläutert werden.
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Die Figur 1 ist eine schematische Seitenansicht im Aufriß und teilweise
im
Querschnitt einer Skrubberanlage, die eine Ausführungsform eines Skrubbers der erfindung
verkörpert, in dem das Verfahren der Erfindung durchgeführt werden kann, Die Figur
2 ist ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 in der Figur 1.
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Die Figur v ist ein anderer Querschnitt entlang der Linie 3-3 in der
Figur 1.
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In der Figur 1 ist ein Brennstoffgasskrubbersystem 30 dargestellt,
das eine längliche Rohrtrommel 32 enthält, die so angebracht ist, daß sie sich um
die leicht geneigte Längsachse 34 dreht. Die Neigung beträgt z.B. 1 cm je m. Die
Rohrtrommel 32 ist etwa 26,8 m lang und hat einen Innendurchmesser von etwa 3,4
m. Der Skrubberabschnitt 36 ist etwa 12,2 m lang, und der Trockenabschnitt 38 macht
den Rest der Trommel 32 aus. Der Trockenabschnitt 38 enthält einen bewegenden Teil
40 und einen im wesentlichen stoßfreien Klümpohen bildenden Teil 42 in der Nähe
des Auslasses 44. Die Trommel 32 wird durch ein Zahnradgetriebe 46 gedreht, das
in Eingriff steht mit einem an der Außenseite der Trommel 32 angebrachten Triebrad
48. Die Trommel 32 wird drehbar getragen in Reifen 47 oder ruht in diesen Reifen
47, die so montiert sind, daß sie mit dem Radkranz 49 in Eingriff stehen. Obwohl
zwei solche Reifen- und Radkranz-Trägersysteme in der Figur 1 dargestellt sind,
können je nach der Länge der zu tragenden und zu drehenden Trommel mehrere solcher
Trägersysteme verwendet werden.
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Die Kalk- oder Kalksteinaufschlämmung 19 wird in Richtung des Pfeils
52 durch das Beschickungsrohr 54 in die Zulauföffnung 56 des Skrubberabschnitts
36 eingetragen. Die Aufschlämmung 19 wird in einem BIischtank 57 hergestellt, in
den Kalk oder Kalkstein von einem Lagerturin 58 aus eingetragen wird und Wasser
durch die Leitung 60 in durch das automatische Steuerventil 62 eingestellten Mengen
zugeführt wird. Durch den Pfeil 16 bezeichnete Brennstoffgase werden durch die Einlaßleitung
64 und die Klappe 66 in das Ende 68 des Trockenabschnitts 38 eingetragen und strömen
durch die Trommel 32. Die behandelten Gase 70 strömen aus dem Ende 72 des Skrubberabschnitts
36 und durch die Klappe 74, das Auslaßrohr 76 und den Ventilator 78 und werden in
die Atmosphäre abgelassen.
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Eine S02-Gasprobennehmer- und Kontrollanlage 77 ist mitdem Abgasauslaßrohr
76 verbunden. Diese Anlage steuert die Schwefeldioxidkonzentration in dem behandelten
Gas, das in die Atmosphäre entweicht, indem der Anteil von Aufschlämmungsvolumen
durch Einstellung des Steuerventils 53 zur Regulierung des Aufschlämmungsstroms,
das in der Aufschlämmungszufuhrleitung 54 angebraht ist, vergrößert oder verkleinert
wird.
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Der Skrubberabschnitt 36 enthält Umwälz- bzw. Rollmittel 80, einschließlich
eines Gehäuses 82, mit dem ein Kettensatz 84 angebracht ist. Das Gehäuse 82 ist
in dem Skrubberabschnitt 36 entfernbar eingebaut, um das Reinigen zu erleichtern.
Der Kettensatz 84 ist mit dem Gehäuse 82 zum Umwälzen und Bewegen der Aufschlämmung
19
in einen innigen Kontakt mit dem Brennstoffgas 16 verbunden, um das Schwefeldioxid
aus letzterem zu entfernen und das Abfallprodukt 86 zu bilden, das den Trockenabschnitt
38 passiert, wie weiter unten erläutert wird. Das Gehäuse 82 enthält Längsrippen,
die als Schaufeln 88 ausgebildet sind, wie in der Figur 2 gezeigt ist, welche die
Aufschlämmung 19 innerhalb des gesamten Inneren des Skrubberabschnitts 36 während
des Drehens der Trommel verbreiten und verteilen. Die Schaufeln 88 und der Kettensatz
84 rollen bzw. wälzen die Kalkaufschlämmung 19 innerhalb des Stroms aus Brennstoffgas
16 um, so daß diese beiden Komponenten innig miteinander vermischt werden und miteinander
reagieren unter Auswaschung und praktischer Entfernung der Schwefel di oxidbestandteile
aus dem Gas 16, bevor dieses aus dem Ende 72 des Skrubberabschnitts 36 in der Form
eines behandelten oder gewaschenen Gases 70 ausströmt und in die Atmosphäre abgelassen
wird. Das Skrubbersystem 30 verringert den Schwefeldioxidgehalt z.B. von etwa 2000
bis 4000 ppm in dem Brennstoffgas 16 auf etwa 500 ppm oder weniger in dem behandelten
Gas 70.
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Der Skrubberabschnitt 36 ist von dem Trockenabschnitt 38 durch einen
ringförmigen Damm 92 getrennt, der sicherstellt, daß die Aufschlämmung 19 innerhalb
des Skrubberabschnitts 36 in einer erheblichen Höhe zurückgehalten wird.
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Der Trockenabschnitt 38 enthält einen Bewegungs- oder Umwälzteil
40
und einen im wesentlichen stoßfreien oder Klümpchen bildenden Teil 42, die voneinander
durch einen ringförmigen Damm 98 getrennt sind. Der Klümpchen bildende Teil 42 hält
das Abfallprodukt 86 in dem Trockenabschnitt 38 für eine genügende Dauer zurück,
um aus diesem Abfallprodukt Klümpchen zu bilden und es durch das Brennstoffgas 16
trocknen zu lassen, welches durch die gesamte Länge der Trommel 32 strömt. Heiße
Brennstoffgase 16 werden aus dem Schornstein 104 durch das Einführungsrohr 64 abgezogen,
das unter der quer angeordneten abdichtenden Zwischenwand 106 verläuft. Der Schornstein
ist z.B. der Kamin für den Heizkessel J 108 und führt einen Strom aus Brennstoffgasen
mit einem erheblichen Schwefeldioxidgehalt, wenn Kohle oder Heizöl mit hohem Schwefelgehalt
in dem Heizkessel 108 verbrannt wird.
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Ein verankerter Agitationskettensatz 110 ist im Bewegungs- oder Umwälzteil
40 des Trockenabschnitts 38 montiert. Die Agitationskette 110 hat eine geneigte
Konfiguration und ist so angebracht, wie z.B. in den Figuren 1 und 3 dargestellt
ist, daß die Bewegung des feuchten Abfallprodukts 86 durch die Strömung aus heißem
Brennstoffgas 16 unterstützt wird, um den Feuchtigkeitsgehalt des Abfallprodukts
86 vor dem Ausfließen aus dem Auslaß 44 des Trockenabschnitts 38 zu verringern.
Der Kettensatz 110 schützt vor dem Ansetzen einer Kruste an der Innenseite der Trommel
32 durch seine fortwährende Berührung mit der Innenwand. Außerdem werden die Ketten
als zusätzliche Wärmeleiter zu dem Abfallprodukt 86 benutzt,
weil
sie die Wärme von dem Brennstoffgas 16 ableiten. Das Abfallprodukt 86 hat einen
freien Feuchtigkeitsgehalt von z.B.
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etwa 50 bis 80 Gew.-%, während es von dem Skrubberabschnitt 36 zu
dem Trockenabschnitt 38 gelangt. Die durch die Leitung 64 eingeleiteten heißen Brennstoffgase
16 haben eine Temperatur von etwa 204 0C und verringern den Feuchtigkeitsgehalt
des Abfallprodukts 86 beim Strömen durch den Trockenabschnitt 38 erheblich. Der
Übergang des Wassers zu dem Brennstoffgas 16, in dem Maße, in dem dieses durch den
Trockenabschnitt 38 strömt, senkt erheblich die Temperatur des Brennstoffgases 16,
bevor dieses den Skrubberabschnitt 36 erreicht.
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Der in dem Trockenabschnitt 38 angeordnete Temperatursensor 112 v
ist durch das Steuersystem 114 mit dem Siebrohr 116 im Klümpchen bildenden Teil
42 verbunden, um das getrocknete Abfallprodukt 102 bei einer Temperatur von etwa
77 0C und mit einem Gehalt an freier Feuchtigkeit von etwa 5 bis 25 Gew.- und vorzugsweise
von 5 bis 15 Gew.-% einzuhalten, während das Abfallprodukt in Richtung des v Pfeils
118 in den Sammelbehälter 120 abgeführt wird. Das Abfallprodukt 102 wird durch das
Sammel- und Abführsystem 122 abgezogen und von dem Skrubbersystem durch einen Förderwagen
oder dergl. 124 abtransportiert.
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Die einzige gesteuerte Veränderliche in dem Trockenabschnitt 38 ist
der Gehalt an freier Feuchtigkeit des abgezogenen festen Materials
102.
Der gewünschte Gehalt an freier Feuchtigkeit wird veranschlagt auf etwa 5 bis 25
Gew.-%. Ein Feuchtigkeitsgehalt unter 5 Gew.-% kann dazu führen, daß in den Systemen
zur Behandlung des festen Materials ein flüchtiges Stauben auftritt. Ein Feuchtigkeitsgehalt
weit über 25 Gew.-°,~ führt dazu, daß außer einer Abnahme des Anteils an festem
Material letzteres für ein Ablagern zu fließfähig ist.
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Der Gehalt an freier Feuchtigkeit des abgezogenen festen Materials
102 wird durch eine empirische Beziehung zwischen dem Feuchtigkeitsgehalt und der
Temperatur des festen Materials eingestellt. Die Temperatur an dem Punkt 44, an
dem das feste Material den Trockenabschnitt 38 verläßt, wird durch einen Infrarottemperatursensor
112 überwacht. Ein Ausgangssignal von diesem Sensor steuert die Zugabe von Wasser
zu dem Trockenabschnitt 38 über das Siebrohr 116.
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Dementsprechend wird bei Inbetriebnahme des gesamten Skrubbersystems
eine Abzugstemperatur des festen Materials, die dem gewünschten Grad an freier Feuchtigkeit
entspricht, gewählt. Dieser Feuchtigkeitsgehalt wird dann durch die automatisch
gesteuerte Wasserzugabe zu dem Trockenabschnitt 38 beibehalten.
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Der Brennstoffgasskrubber, wie er hier beschrieben ist, ist aufgrund
seiner Betriebsart, bei der heißes Brennstoffgas kontinuierlich mit einem Gegenstrom
aus Kalkaufschlämmung in aneinander angrenzenden Skrubber- und Trockenzonen kontaktiert
wird, außerordentlich
wirksam, und zwar nicht nur zum Entfernen
von Schwefeldioxid aus Brennstoffgas, sondern auch vom Standpunkt der Energieerhaltung.
Das Schwefeldioxid wird in wirksamer Weise in einer Skrubberzone durch die Kalkaufschlämmung
entfernt, und das gebildete Abfallschlammprodukt wird gleichzeitig in der Trockenzone
entwässert, stromabwärts von der Skrubberzone in der Richtung des Stroms aus der
Kalkaufschlämmung, nach dem Kontakt mit hereinströmendem heißem Brennstoffgas. Das
Brennstoffgas erreicht die Trockenzone mit einer Temperatur von etwa 177 bis 28800
und verläßt die Skrubberzone mit einer Temperatur von etwa 49 bis 8200.
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In dem hereinströmenden heißen Brennstoffgas enthaltene Flugasche
wird ebenfalls entfernt, und zwar in der Trockenzone und in der Skrubberzone, und
mit dem entwässerten Schlamm abgezogen, der die Trockenzone mit einer Temperatur
von etwa 38 bis 9300 verläßt.
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Daher wird ein leicht ablagerungsfähiges Abfallprodukt ohne weiteren
Energieverbrauch erhalten, das in geeigneter Weise einen Gehalt an freier Feuchtigkeit
von etwa 5 bis etwa 25 Gew.-% hat.
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Dieses Abfallprodukt ist außerdem leicht einer Verwendung als Geländefüllmaterial
(landfill) anzupassen. Ein früheres Verfahren zur Herstellung von Geländefüllmaterial
aus Skrubberschlamm ist in einer Broschüre mit der Bezeichnung "Poz-O-?ec 3; n beschrieben,
die von IU Conversion Systems, Inc., Philadelphia, Pennsylvania, verteilt wird.
Wie in dieser Broschüre angegeben ist, behandelt das Poz-O-Tec-System heißes Brennstoffgas
nach dem elektrostatischen
Ausfällen der darin enthaltenen Flugasche
in einem Schwefeldioxid-Skrubber und wird der erhaltene Schlamm dann durch Eindick-
und Filtrationsschritte entwässert und dann erneut mit der abgetrennten Flugasche
und anderen Zusätzen zur Gewinnung von feuchtem stabilisiertem Material vermischt,
das als Geländeflillmaterial geeignet ist.
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Bei dem Verfahren der Erfindung kann ein solches Geländefüllmaterialprodukt
in einer einzigen Verfahrensstufe gebildet werden.
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Das Schwefeldioxid und die Flugasche werden in wirksamer Weise aus
dem Brennstoffgas bei dem neuen Verfahren der Erfindung entfernt und gleichzeitig
wird der gebildete Schlamm in der Trockenzone entwässert. Dieses Verfahren verschafft
die Möglichkeit, ein festes Abfallprodukt mit irgendeinem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt,
wie z.B. von etwa 5 bis 25 Gew,-, abzuziehen, wie oben angegeben ist. Ein solcher
fester Abfall ist für eine Verwendung als Geländefüllmaterial außerordentlich gut
geeignet. Andere Substanzen, wie z.B. Heizkesselbodenasche, können gewünschtenfalls
für eine Verwendung als Geländefüllmaterial in den festen Abfall eingearbeitet werden.