DE2841026A1

DE2841026A1 - Flue gas purificn. - by deposition of fused and evaporated components in turbulent passage channels

Info

Publication number: DE2841026A1
Application number: DE19782841026
Authority: DE
Inventors: Bengt Dipl Ing Arhippainen; Seppo Dr Ing Ruottu; Krister Dipl Ing Sannholm
Original assignee: Ahlstrom Corp
Current assignee: Ahlstrom Corp
Priority date: 1978-09-21
Filing date: 1978-09-21
Publication date: 1980-03-27
Also published as: DE2841026C2

Abstract

Furnace flue gases in the metallurgical or sulphate cellulose industries with a content of fused and evapd. components are purified by passing them through channels with an intensive turbulence effect. The fused particles are separated by impact and the evapd. particles are condensed by cooling them through a fluid heat exchanger medium. This recovers both the fused particles, which can be recycled, and the waste heat by a low-cost equipment.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Gasen.Method and device for cleaning gases.

Die vorliegende Erfindung beim ht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Ofengasen, die geschmolzene und verdampfte Komponenten enthalten, und zur Wiedergewinnung der geschmolzenen Bestandteile und gegebenenfalls von Wärme. The present invention relates to a method and a Device for cleaning furnace gases, the melted and vaporized components contained, and for the recovery of the molten components and optionally of warmth.

In vielen Industriezweigen müssen Stoffe verbrannt werden, die außer brennbaren Substanzen Metalle, Salze und Oxide enthalten. Ein Ziel des Verbrennungsprozesses ist die Wiedergewinnung der so freigesetzten Energie, und ein anderes Ziel die Wiedergewinnung der unverbrennbaren Chemikalien. Die relative Bedeutung dieser-Aspekte hängt von einzelnen Anwendungsfall ab. In many branches of industry, substances have to be incinerated, except Flammable substances contain metals, salts and oxides. A goal of the combustion process is to regain the energy so released, and another goal is to regain it of incombustible chemicals. The relative importance of these aspects depends on individual use case.

Das Hauptziel der Verbrennung von Abfallflüssigkeiten aus Zellulosegewinnungsprozessen ist üblicherweise die Wiedergewinnung von Chemikalien, während die Wiedergewinnung von Wärme ein zwar wichtiges, Jedoch sekundäres Ziel bleibt. In metallurgischen Prozessen ist die Wiedergewinnung von Metall vorrangig und die Gewinnung von Wärme von sekundärem Interesse. Bei der Verbrennung von verschiedenen flüssigen Verfahrensrückständen, z. B. der Rückstände der Alkoholdestillation, wird in erster Linie die Vernichtung der Flüssigkeit angestrebt, doch kann die Gewinnung von Wärmeenergie das Verfahren wirtschaftlich machen.The main target of incineration of waste liquids from cellulose production processes is usually the recovery of chemicals while the recovery warmth remains an important but secondary goal. In metallurgical In processes, metal recovery and heat recovery are paramount of secondary interest. When incinerating various liquid process residues, z. B. the residues of alcohol distillation, is primarily the destruction the Liquid is aimed at, but can generate heat energy make the process economical.

Alle diese Verbrennungsprozesse erzeugen jedoch heiße Rauchgase, die geschmolzene Komponenten enthalten.However, all of these combustion processes produce hot flue gases that contain molten components.

Außerdem verdampfen unverbrennbare Substanzen wie Salze und Oxide gewöhnlich in erheblichem Ausmaß.In addition, incombustible substances such as salts and oxides evaporate usually to a considerable extent.

Im eutektischen Temperaturbereich verursachen die geschmolzenen und verdampften Salze und Oxide eine schwerwie#gende Verunreinigung der Wärmegewinnungsflächen, weswegen der Verbrennungsprozess in modernen, mit Flüssigkeitsverbrennung arbeitenden Dampfkesseln in einer großen Strahlungskammer ausgeführt wird, so daß es nicht zur Bildung von kleinen Tropfen geschmolzener Stoffe kommt. Die Strahlungskammern werden so groß ausgeführt, um eine möglichst vollständige Erstarrung zu gewährleisten, bevor die Stqffe die Konvektions-Wärmeübertragungsflächen erreichen. In the eutectic temperature range, the melted and cause evaporated salts and oxides serious contamination of the heat recovery surfaces, hence the combustion process in modern, liquid combustion Steam boilers run in a large radiation chamber so that it is not used for Formation of small drops of molten matter occurs. The radiation chambers are designed to be large enough to ensure that it solidifies as completely as possible, before the rods reach the convection heat transfer surfaces.

Große Tropfen geschmolzener Stoffe sind Jedoch vom Standpunkt des Verbrennungsprozesses nachteilig. Die Fähigkeit der Strahlungskammern zur Abscheidung von Tropfen hängt in erster Linie von einer geringen Gasgeschwindigkeit ab, die die Anlage groß und kostspielig macht. However, from the standpoint of the Disadvantageous combustion process. The ability of the radiation chambers to deposit of drops depends primarily on a low gas velocity, the makes the facility large and costly.

Gewöhnlich liegt die Temperatur nach der Strahlungskammer eines Dampfkessels sehr nahe an der schwierig zu beherrschenden eutektischen Zone, und es enthalten die Rauchgase immer noch eine beträchtliche Menge von klebrigen Partikeln. Um die Betriebsfähigkeit des Kessels aufrechtzuerhalten, werden die Kanäle zwischen den Wärmeübertragungsflächen, die sich an die Strahlungskammer anschließen, weiträumig ausgeführt und mit wirksamen Rußbläsern ausgerüstet. Auch dies erhöht die Anschaffungs-und Betriebskosten des Kessels. Usually the temperature is after the radiation chamber of a steam boiler very close to the difficult-to-control eutectic zone, and contain it the smoke still contains a significant amount of sticky particles. To the To maintain operability of the boiler, the channels between the Spacious heat transfer surfaces that adjoin the radiation chamber executed and equipped with effective sootblowers. This, too, increases the cost of purchase Operating costs of the boiler.

In der metalSTEischen Industrie schließt sich an die Verbrennungskammer üblicherweise eine Absetzkammer für die geschmolzenen Partikel an, woraus die Gase dann meist in einen Kessel zur Ausnutzung der Abfallwärme geleitet werden. Der Kessel ist normalerweise als separate Einheit ausgeführt, mit dem die Verbrennungskammer und die Absetzkammer durch einen Rauchgaskanal verbunden sind. Die Absetzkammer ist ein ziemlich wenig wirksamer Separator für die geschmolzenen Partikel und ohne Kühlung ist sie überhaupt nicht in der Lage, verdampfte Komponenten aus den Gasen zu entfernen. In the MetalSTEischen industry, the combustion chamber is connected usually a settling chamber for the molten particles, from which the gases then usually fed into a boiler to utilize the waste heat. The cauldron is usually designed as a separate unit with the combustion chamber and the settling chamber are connected by a flue gas duct. The settling chamber is a rather ineffective separator for the molten particles and without Cooling is not at all capable of removing evaporated components from the gases to remove.

Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Entfernung der die Schwierigkeiten bereitenden Komponenten aus den Gasen in einen Temperaturbereich, in dem die verdampften Salze und Oxide weitgehend auf den gekühlten Flächen eines Tropfenabscheiders kondensiert sind, in dem jedoch die geschmolzenen Partikel noch in geschmolzener Form vorliegen. Zur Erreichung dieses Zieles werden die Gase mit hoher Geschwindigkeit durch einen Kanal geleitet, der turbulenzerzeugende Mittel enthält. Die geschmolzenen Partikel bleiben beim Auftreffen auf diese Einrichtungen daran haften und werden so aus dem Gas abgetrennt. The basic idea of the method according to the invention consists in the Removal of the troublesome components from the gases in one Temperature range in which the evaporated salts and oxides largely on the cooled Surfaces of a droplet separator are condensed, in which, however, the melted Particles are still in molten form. To achieve this goal will be the gases passed through a duct at high speed, the turbulence-producing one Contains funds. The molten particles remain when hitting these devices adhere to it and are thus separated from the gas.

Gleichzeitig wird das Gas indirekt durch ein fluides Wärmetauschermedium gekühlt, welches die turbulenzerzeugenden Mittel durchströmt, wodurch verdampfte Komponenten in den Gasen auf den Oberflächen der turbulenzerzeugenden Mittel kondensieren.At the same time, the gas is indirect through a fluid heat exchange medium cooled, which flows through the turbulence-generating means, whereby evaporated Components in the gases condense on the surfaces of the turbulence-inducing means.

Die Verbrennungseinheit umfaßt eine in bekannter Weise arbeitende Verbrennungskammer, in die die zu verbrennende Flüssigkeit in fein vernebeltem Zustand eingespeist wird, sowie einen gekühlten Abscheider, der für eine wirksame Abtrennung der geschmolzenen Partikel ausgelegt und unmittelbar nach der Verbrennungskammer angeordnet ist. Die Wärmeübertragungskapazität des Separators ist so bemessen, daß bei der Austrittstemperatur der Rauchgase die geschmolzenen Bestandteile noch in geschmolzener Form vorliegen, jedoch praktisch alle verdampften Salze kondensiert sind. The combustion unit comprises one which operates in a known manner Combustion chamber, in which the liquid to be burned is in a finely atomized state fed in as well as a cooled separator, which ensures effective separation of the molten Particles designed and arranged immediately after the combustion chamber. the The heat transfer capacity of the separator is dimensioned so that at the outlet temperature the fumes the molten components are still in molten form, however, practically all of the evaporated salts are condensed.

Das erfindungsgemäße Verfahren als solches ist auch bei metallirgischen Schmelzprozessen anwendbar. The method according to the invention as such is also applicable to metallurgic Melting processes applicable.

Die Vorteile bestehen in einer wirksamen Abscheidung geschmolzener Partikel und in einer wenig kostspieligen Ausrüstung.The advantages are an effective separation of the molten material Particles and in a little expensive equipment.

Die Abscheidung der Tropfen wird im wesentlichen durch die turbulente Bewegung der Partikel bewirkt, die die Tropfen auf die gekühlten Oberflächen des Abscheiders treffen läßt. Die einfachste Version eines solchen Abscheiders besteht in einer Gruppe von gekühlten Rohren, die hinreichend nahe beieinander angeordnet sind. Die Abscheidung der Tropfen kann jedoch wirksamer gemacht werden, indem die Gasströmung schnellen Richtungswechseln ausgesetzt wird. Um eine ausreichende Turbulenz zu erzeugen und einen ausreichenden Trägheitseffekt sicherzustellen, muß die Strömungsgeschwindigkeit des Gases in dem Abscheider 6 m/sec. The separation of the droplets is essentially due to the turbulent Movement of the particles causes the drops to hit the cooled surfaces of the Can meet separator. The simplest version of such a separator is made in a group of cooled tubes, which are arranged sufficiently close to each other are. However, the deposition of the droplets can be made more effective by the Gas flow is exposed to rapid changes in direction. To have sufficient turbulence to produce and to ensure a sufficient inertia effect, the flow velocity must of the gas in the separator 6 m / sec.

überschreiten, beispielsweise lo bis 50 m/sec., vorzugsweise 20 bis 40 m/sec. betragen. Als Kühlmedium kann Kesselwasser verwendet werden, in welchem Fall ein Teil der für die Verdampfung in dem Kessel erforderlihen Wärme aus dem Abscheider gewonnen wird.exceed, for example lo to 50 m / sec., preferably 20 to 40 m / sec. be. Boiler water can be used as a cooling medium in which Fall some of the heat required for evaporation in the boiler from the Separator is obtained.

Die Erfindung wird nachstehend mehr im einzelnen an Hand der beigefügten Zeichnung beschrieben. The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings Drawing described.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Anwendung der Erfindung in einer Verbrennungseinheit, die mit einer Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung ausgerüstet ist; Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 1; Fig. 3 bis 6 zeigen alternative Ausführungsformen entsprechend Fig. 2. Fig. 1 is a schematic representation of an application of the invention in a combustion unit equipped with a device for heat recovery is; Fig. 2 shows a section along the line A-A in Fig. 1; Figures 3 to 6 show alternative embodiments according to FIG. 2.

In den Fig. 1 und 2, die die Verbrennung#einheit darstellen, bezeichnet 1 eine Verbrennung kammer,in die die zu verbrennenden Stoffe durch eine Mündung 2 und Luft durch eine Öffnung 3 eingespeist werden. Die aus der Verbrennungskammer 1 austretenden Rauchgase werden 'in einen Abscheider 4 geleitet, der turbulenzerzeugende Ge bilde aufweist, die eine Anzahl von parallelen Strömungskanälen 5 (Fig. 2) bilden und aus Rohren 7, 8, 9 und lo, die mit Kühlflüssigkeit beschickt werden, und aus Platten 11 bestehen, die die Rohre 7 und 8, 8 und 9, 9 und lo miteinander verbinden. Die bezüglich der Rohre 7 stromabwärtsgelegenen Rohre 8, 9 und lo sind so angeordnet, daß sie zusammen mit den verbindenden Platten 11 und den entsprechenden daneben angeordneten Rohren sowie deren verbindenden Platten zickzackförmige Kanäle 5 bilden, durch die die Rauchgase mit hoher Geschwindigkeit strömen müssen und in denen sich die Strömungsrichtung mehrfach ändert. Auf diese Weise wird in den Kanälen 5 Turbulenz erzeugt, auf Grund deren der größte Teil der geschmolzenen Partikel in den Rauchgasen beim Auftreffen auf die Rohre 7,8,9,10 und Platten 11 des Abs che idersbabge schieden und die verdampften Komponenten auf den gekühlten Oberflächen der Rohre 7, 8, 9, lo und der Platten 11 kondensiert werden. In Figs. 1 and 2, which represent the combustion # unit, denotes 1 a combustion chamber, into which the substances to be burned through a mouth 2 and air are fed in through an opening 3. The ones from the combustion chamber 1 exiting flue gases are 'passed into a separator 4, the turbulence-generating Ge has forming a number of parallel flow channels 5 (Fig. 2) and from pipes 7, 8, 9 and lo, which are charged with cooling liquid, and from Plates 11 exist which connect the tubes 7 and 8, 8 and 9, 9 and lo together. The pipes 8, 9 and 10 downstream with respect to the pipes 7 are arranged in such a way that that they together with the connecting plates 11 and the corresponding next to it arranged pipes and their connecting plates form zigzag channels 5, through which the smoke gases must flow at high speed and in which there are the direction of flow changes several times. In this way there is turbulence in the channels 5 generated, due to which most of the melted particles in the flue gases when hitting the tubes 7,8,9,10 and plates 11 of the Abs che idersbabge divorced and they evaporated Components on the cooled surfaces of the Pipes 7, 8, 9, lo and the plates 11 are condensed.

Die Rohre 7, 8, 9, lo bilden einen Winkel von 450 mit der Horizontalen, so daß die geschmolzenen Partikel an der Oberfläche der turbulenzerzeugenden Mittel entlang und auf eine geneigte Fläche 6 des Rauchgas##als 12 hinabfließen und zu den tiefsten Teilen des Rauchgaskanals 12 weiterströmen, wo sie durch eine Öffnung 14 entfernt werden. Die danach fast reinen Rauchgase werden dann durch einen Kanal 13 in eine Wärmerückgewinnungseinrichtung 15 geleitet, die mit der Kühlflüssigkeit beschickt wird, die schon durch den Abscheider 4 geströmt ist, und in der in bekannter Weise Dampf erzeugt wird.The tubes 7, 8, 9, lo form an angle of 450 with the horizontal, so that the molten particles on the surface of the turbulence generating means along and down to an inclined surface 6 of the flue gas ## as 12 and to the deepest parts of the flue gas channel 12 continue to flow, where they flow through an opening 14 can be removed. The almost pure smoke gases are then passed through a duct 13 passed into a heat recovery device 15, which with the cooling liquid is charged, which has already flowed through the separator 4, and in the known Way steam is generated.

Die Fig. 3 bis 6 zeigen alternative Ausführungsformen des Abscheiders 4. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, in der an den Rohren 7, 8, 9 und lo Leitbleche 16, 17 in einer Weise angebracht sind, daß die mit den Rohren 7 und 9 verbundenen Leitbleche 16 mit den Leitblechen 17 der Rohre 8 und lo einen Winkel bilden. FIGS. 3 to 6 show alternative embodiments of the separator 4. Fig. 3 shows an embodiment in which the tubes 7, 8, 9 and lo baffles 16, 17 are attached in such a way that the pipes 7 and 9 are connected Baffles 16 form an angle with the baffles 17 of the tubes 8 and lo.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die erforderliche Turbulenz und die Änderungen der Strömungsrichtung der Gase durch Versetzung der Reihen der Rohre 7 bis lo gegeneinander erzeugt werden. Fig. 4 shows an embodiment in which the required turbulence and the changes in the direction of flow of the gases by offsetting the rows of Pipes 7 to lo are generated against each other.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Winkeleisen 18 an den Rohren 7 bis lo so angebracht ist, daß eine Rinne gebildet wird, entlang deren die geschmolzenen Partikel abströmen können. Fig. 5 shows an embodiment in which an angle iron 18 on the tubes 7 to lo is attached so that a groove is formed along which the melted particles can flow off.

In Fig. 6 sind die Rohre 7 und 9, 8 und lo jeweils durch einander parallele Platten 19 verbunden, die in Strömungsrichtung des Gases angeordnet sind. In Fig. 6 the tubes 7 and 9, 8 and lo are through each other parallel plates 19 connected, which are arranged in the flow direction of the gas.

Ersichtlich kann der Abscheider 4 auch andere Arten von turbulenzerzeugenden Mitteln enthalten als sie in der Zeichnung dargestellt sind. Um das Herabströmen der Schmelze entlang der turbulenzerzeugenden Mittel zu ermöglichen, sollten sie einen Winkel von 10 bis90°, vorzugsweise 3o bis6o mit der Horizontalen bilden. Obviously, the separator 4 can also generate other types of turbulence Means included as shown in the drawing. About the pouring down to allow the melt along the turbulence-inducing means, they should form an angle of 10 to 90 °, preferably 3o to 6o, with the horizontal.

Das nachfolgende Beispiel gibt Ergebnisse wieder, die durch Anwendung des erfindungsgemäßen Erz fahrens erzielt worden sind. The following example gives results obtained through application of the ore driving according to the invention have been achieved.

Beispiel Flüssige Rückstände einer Sulfatzellulosefabrik mit einem Trockensubstanzgehalt von 60 ffi wurden in einem Kessel nach Fig. 1 verbrannt. Nach der Analyse war die Zusammensetzung der Trockensubstanz folgende: C = o,38 H = o,o4 S = 0,°5 Na = o,19 O2 = °)4 Der Verbrennungsprozess erzeugte Asche in einer Menge von 35 bis 40 % der Trockensubstanz. Die Verbrennung wurde unter oxidierenden Bedingungen mit einem LuStkoeffizienten im Bereich von 1,o5 bis 1,20 ausgeführt. Der verwendete Abscheider entsprach dem der Fig. Example Liquid residues from a sulphate cellulose factory with a Dry matter content of 60 ffi were burned in a boiler according to FIG. To the analysis showed the composition of the dry matter as follows: C = 0.38 H = 0.04 S = 0. ° 5 Na = 0.19 O2 = °) 4 The combustion process produced ash in a quantity from 35 to 40% of the dry matter. The combustion was under oxidizing conditions with a LuSt coefficient in the range from 1.05 to 1.20. The one used Separator corresponded to that of Fig.

4, wobei der Außendurchmesser der Rohre 33 mm, der freie Durchgang 1 zwischen den Rohren 67 mm und die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Abschnitt 20 m/sec. betrugen.4, the outer diameter of the pipes 33 mm, the free passage 1 between the pipes 67 mm and the flow velocity in this section 20 m / sec. cheat.

Die mittlere Verbrennungstemperatur vor dem Abscheider betrug 1070°C und nach dem Abscheider 9oo°C. Als Kühlmittel wurde gesättigtes Kesselwasser unter einem Druck von 11 bar verwendet. Die Kühlkapazität des Abscheiders betrug in dem Ausführungsbeispiel lo bis 15 % der gesamten Dampferzeugungskapazität. Der auf der Basis des Natriumgehalts errechnete Trenneffekt betrug ungefähr 88 %, so daß nur 12 % der geschmolzenen Be-Bestandteile auf die dem Abscheider nachgeschalteten Wärmeübertragungsflächen gelangten. Natürlich sind noch bessere Ergebnisse erreichbar.The mean combustion temperature upstream of the separator was 1070 ° C and after the separator 900 ° C. As a coolant, saturated boiler water was used a pressure of 11 bar is used. The cooling capacity of the separator fraud in the exemplary embodiment lo to 15% of the total steam generation capacity. Of the The separation effect calculated on the basis of the sodium content was approximately 88%, see above that only 12% of the molten Be components on the downstream of the separator Heat transfer surfaces arrived. Of course, even better results can be achieved.

Claims

Claims.

1. Method of cleaning gases with molten and vaporized Components and for the recovery of melted and vaporized components and optionally of heat, characterized in that the gases are blown at high speed be passed through a channel, which contains turbulence-generating structures, to which the melted particles stick to the impact and so out of the Gas can be separated, and that the gases at the same time through a fluid heat exchanger medium, which flows through the structures, are indirectly cooled, whereby evaporated Components in the gas condense on the surface of the structure.

2. The method according to claim 1, characterized in that the flow rate the gases in the duct exceed 6 m / sec.

3. The method according to claim 2, characterized in that the flow rate of the gases in the range from lo to 50 m / sec., preferably from 20 to 40 m / sec.

lies.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the gases are subjected to repeated changes in direction of the flow.

5. The method according to claim 4, characterized in that the Direction of flow changes by 10 to 12o0, preferably 60 to 900.

6. Device for purifying gases with melted and vaporized Components and for the recovery of melted and vaporized components and optionally heat, characterized in that it comprises a channel (12), in which several adjacent cooling tubes (7, 8, 9, lo) staggered one behind the other and are arranged essentially transversely to the direction of flow.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the direction the tubes (7, 8, 9, lo) forms an angle with the horizontal.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the tubes form an angle of 10 to 90, preferably 30 to 600, with the horizontal.

9. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that that the successively staggered tubes (7, 8, 9, lo) are offset from one another.

lo. Device according to claim 9, characterized in that the one behind the other staggered pipes t7, 8, 9, lo) connected to one another by plates (11) are so that they form several parallel flow channels (5).

11. Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that that on the tubes (j, 8, 9, lo) channels forming plates (18) are attached.

12. Incinerator for liquid residues, their combustion gases Containing droplets of molten matter and condensable parts with a Combustion chamber and one of these downstream heat exchangers through which the combustion gases flow for the recovery of combustion heat, characterized in that between the Combustion chamber (1) and the heat exchanger (15) one of the combustion gases traversed separator (4) is arranged with coolable surfaces, the temperature of which is controllable so that the droplets of molten matter adhering to it still remain liquid, but the condensable substances are already condensing on it, and that means for the continuous removal of the planarized and condensed liquid fractions from the surfaces is provided.

13. Combustion device according to claim 12, characterized in that that the separator (4) has a staggered arrangement in the direction of flow like a labyrinth of parallel cooling pipes (7, 8, 9,1o), which are inclined to the horizontal.

14. Combustion device according to claim 13, characterized in that that the separator (4) is above an inclined wall (6) between the combustion chamber (1) and the heat exchanger (15) extending channel (12, 13) arranged and on the An outlet (14) is provided at the lowest point of the wall (6).