DE2845593A1 - METHOD AND DEVICE FOR COOLING AND HUMIDIFYING DUSTY HOT GAS OR EXHAUST GAS - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR COOLING AND HUMIDIFYING DUSTY HOT GAS OR EXHAUST GASInfo
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Description
Portlandzementwerk Dotternhausen
Rudolf Rohrbach KommanditgesellschaftPortland cement plant Dotternhausen
Rudolf Rohrbach limited partnership
746t Dotternhausen746t Dotternhausen
Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung und Befeuchtung staubhaltiger heißer Gase oder AbgaseMethod and device for cooling and humidifying dusty hot gases or exhaust gases
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung und Befeuchtung staubhaltiger heißer Gase oder Abgase, wie sie z.B. bei Feuerungsanlagen, Kesselanlagen, Anlagen der Steine- und Erdenindustrie und der Hüttenindustrie anfallen, wobei durch an sich bekannte Einstoff- oder Zweistoff-Druck- oder Rücklauf-Zerstäubungsdüsen Wasser in den staubhaltigen heißen Gas- oder Abgasstrom eingedüst wird.The invention relates to a method and a device for cooling and humidifying dusty hot gases or exhaust gases, as they occur, for example, in firing systems, boiler systems, systems in the stone and earth industry and the iron and steel industry, whereby, by means of one-substance or two-substance pressure or return atomizing nozzles known per se, water is introduced into the dust-containing hot gas or exhaust gas stream is injected.
Die Gase oder Abgase dieser Industrien fallen vielfach in einem Zustand an, in welchem eine Reinigung in einer Entstaubungseinrichtung, insbesondere in einem Elektrofilter, nicht oder nur mit schlechtem Entstaubungsgrad oder nur in sehr groß dimensionierten Anlagen möglich ist. Der Abscheidegrad eines Elektrofilter ist abgesehen von anderen Einflußgrößen bekanntlich sehr stark von der Temperatur und dem Wassertaupunkt des zu reinigenden Gases abhängig (Zement-Kalk-Gips 29 (1976), 251),The gases or exhaust gases from these industries are often produced in a state in which cleaning in a dedusting device, especially in an electrostatic precipitator, not at all or only with a poor degree of dedusting or only very large dimensioned systems is possible. Apart from other influencing factors, the degree of separation of an electrostatic precipitator is known very much on the temperature and the water dew point of the gas to be cleaned dependent (Zement-Kalk-Gips 29 (1976), 251),
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Zum Unterschied von reinen Gasen bereitet es bei staubhaltigen Gasen - wie sie in den eingangs erwähnten Industrien vorkommen - große Schwierigkeiten, die notwendige Wassermenge zur Erhöhung des Taupunktes bzw. zur Absenkung der Gastemperatur einzubringen. Wie sich gezeigt hat, führt die direkte Eindüsung von Wasser in die Gas- oder Ableitung fast immer zu Störungen durch Ansatz und/oder Schlammbildung.In contrast to pure gases, it prepares dust-laden gases - like those in the industries mentioned above occur - great difficulties, the necessary amount of water to increase the dew point or to lower the gas temperature bring in. As has been shown, the direct injection of water into the gas or discharge almost always leads to disturbances due to buildup and / or sludge formation.
Eine wesentliche Verbesserung bringt zwar die Eindüsung von Wasser in für den jeweiligen Gasdurchsatz eigens ausgelegte Verdampfungskühler oder Einspritztürme (Zement-Kalk-Gips 23 (197o), 1o6 und 3o (1977), 438).The injection of water in specially designed for the respective gas throughput brings a significant improvement Evaporation coolers or injection towers (cement-lime-gypsum 23 (197o), 1o6 and 3o (1977), 438).
Bei den Gasdurchsätzen der verfahrenstechnischen Anlagen der Steine und Erden sowie Hüttenindustrien und den erforderlichen einzusprühenden Wassermengen nehmen diese Einspritzkühler aber beträchtliche Dimensionen an. Die Verweilzeit des Gases muß so hoch sein, daß auch die größten eingesprühten Flüssigkeitströpfchen vor dem Austritt des Gases aus dem Turm sicher verdampft sind. So werden z.B. bei einer Zementklinker-Brennanlage für 3(X)O t/Tag zwei parallel geschaltete Einspritzkühler mit je 6 m Durchmesser und 24 m Höhe vorgesehen. (ZKG 29 (1976), 93).With the gas throughputs of the process engineering plants of the stone and earth as well as the metallurgical industries and the necessary The amount of water to be sprayed, however, these injection coolers take on considerable dimensions. The residence time of the gas must be so high that even the largest sprayed liquid droplets are safe from the gas escaping from the tower have evaporated. For example, in a cement clinker kiln for 3 (X) O t / day two injection coolers connected in parallel, each 6 m in diameter and 24 m in height. (ZKG 29 (1976), 93).
Der Einsatz von derartigen großdimensionierten Kühltürmen schließt aber auch nicht aus, daß auch dort fallweise eine Ansatz- oder Schlammbildung auftritt. Weiterhin sind derartige Verdampfungskühler vorzugsweise zur Kühlung von staubhaltigen Abgasen mit einer Temperatur über ca. 25O°C eingesetzt. Im Temperaturgebiet von 100 bis 200°C ist ein Einsatz ohne Ansatz- oder Schlammbildung jedoch kaum möglich.However, the use of such large cooling towers does not exclude the possibility of a Build-up or sludge formation occurs. Furthermore, such evaporative coolers are preferably for cooling dusty Exhaust gases with a temperature above approx. 25O ° C are used. In the temperature range from 100 to 200 ° C, use without starting or sludge formation is hardly possible.
Auch durch den Einsatz von Rücklaufdüsen - das sind Düsen,Also through the use of return nozzles - these are nozzles
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bei welchen der Flüssigkeitsdurchsatz mit Hilfe der Rücklaufmenge geregelt wird und bei denen die Tröpfchengröße weitgehend vom Durchsatz unabhängig ist - gelingt es nicht immer, besonders bei wechselnden Betriebsbedingungen, den Einspritzkühler frei von Anbackungen oder Schlamm zu halten. Auch der Einsatz von Zweistoffdüsen, das sind Düsen, bei welchen die Zerstäubung der Flüssigkeit mit Hilfe von Dampf oder Druckgas erfolgt, erlaubt es nicht, mit kürzeren Verweilzeiten als in Verdampfungskühlern üblich auszukommen.in which the liquid throughput is regulated with the aid of the return flow and in which the droplet size is largely controlled is independent of the throughput - the injection cooler does not always succeed, especially with changing operating conditions to be kept free of caking or sludge. Also the use of two-substance nozzles, these are nozzles in which the Atomization of the liquid with the help of steam or pressurized gas does not allow, with shorter residence times than in Evaporative coolers usually get along.
Eine Eindüsung größerer Wassermengen, die geeignet sind, die Gastemperatur um mehr als z.B. 20 K zu erniedrigen, ist an bestehenden Anlagen ohne Verdampfungskühler mit entsprechend langer Verweilzeit nicht möglich.The injection of larger amounts of water, which are suitable for lowering the gas temperature by more than 20 K, for example, is possible in existing Systems without an evaporation cooler with a correspondingly long dwell time are not possible.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch die es ermöglicht wird, Flüssigkeit,vorzugsweise Wasser, in einen heißen, staubhaltigen Gasstrom einzudüsen, ohne hierfür aufwendige Einrichtungen, wie z.B. Verdampfungskühler mit einer der Tröpfchengröße der eingedüsten Flüssigkeit angepaßten Gasverweilzeit einsetzen zu müssen.The invention is therefore based on the object of creating a method and a device by means of which it is possible is to inject liquid, preferably water, into a hot, dust-containing gas stream, without this expensive Devices such as evaporative coolers with a gas residence time adapted to the droplet size of the injected liquid to have to use.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nun gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß um den aus der an sich bekannten Einstoff- ■ oder Zweistoff-Zerstäubungsdüse austretenden Wassertropfenkegel j ein staubfreier Druckgas- oder Druckluft-Mantelstrahl gelegt jTo solve this problem it is now proposed according to the invention that a dust-free compressed gas or compressed air jacket jet is placed around the water droplet cone j emerging from the known one-component or two-component atomizing nozzle
wird, um auf diese Weise eine frühzeitige Vermischung von zerstäubter Flüssigkeit und staubhaltigem Heißgas zu vermeiden.in order to avoid premature mixing of atomized liquid and hot gas containing dust.
Dieser Luft- oder Gasmantelstrahl führt überraschenderweise dazu, daß Anbackungen an der Düse durch Rückmischung unter-This air or gas jacket jet surprisingly leads to caking on the nozzle by backmixing.
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bunden werden und die Verdampfung auch der größten Flüssigkeitströpfchen auf relativ kurzem Wege erfolgt, so daß Anbackungen und Schlammbildung auch in Gasleitungen oder Gasräumen mit höheren Gasgeschwindigkeiten und kürzeren Verweilzeiten vermieden werden. Eine Erklärung hierfür ist, daß der vorgeschlagene Mantelstra^hl es auch den größten Tröpfchen ermöglicht, weitgehend zu verdampfen, ohne mit Staubpartikeln des zu kühlenden Gases in Berührung zu kommen.are bound and the evaporation of even the largest liquid droplets takes place over a relatively short distance, so that caking and sludge formation in gas lines or gas spaces can be avoided with higher gas velocities and shorter residence times. One explanation for this is that the proposed Mantle jet enables even the largest droplets to evaporate largely without being contaminated with dust particles to come into contact with the gas to be cooled.
Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Austrittsgeschwindigkeit des Mantelstrahls 50 bis 300 m/s, vorzugsweise 100 bis 200 m/s, beträgt; der Mantelstrahl kann mit einem Drehimpuls versehen werden, der gleich- oder gegenläufig zum Drehimpuls des Tröpfchenstrahls ist.According to a further development of the invention, it has proven to be advantageous if the exit speed of the Cladding jet is 50 to 300 m / s, preferably 100 to 200 m / s; the jacket beam can be provided with an angular momentum which is parallel or opposite to the angular momentum of the jet of droplets.
Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäß darin, daß die Einstoff- oder die Zweistoff-Zerstäubungsdüse mit Abstand von einem zusätzlichen, mit einer Zuführungsleitung für das Druckgas oder die Druckluft versehenen Außenmantel umgeben ist, der in Höhe des Düsenmundes der Einstoff- oder der Zweistoff-Zerstäubungsdüse endet und dort mit dieser einen Ringspalt bildet. Dabei ist es nützlich, wenn nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in dem Ringraum zwischen dem Außenmantel und dem Mantel der Einstoff- oder Zweistoff-Zerstäubungsdüse ein Drallkörper zur Erzeugung eines Drehimpulses auf den Druckgas- oder Druckluft-Mantelstrahl angeordnet ist.An expedient device for carrying out the method is, according to the invention, that the single-substance or the Two-substance atomizing nozzle at a distance from an additional nozzle, with a supply line for the compressed gas or compressed air provided outer jacket is surrounded, which ends at the level of the nozzle mouth of the single-substance or the two-substance atomizing nozzle and there forms an annular gap with this. It is useful if, according to a further embodiment of the invention a swirl body in the annular space between the outer jacket and the jacket of the single-fluid or two-fluid atomizing nozzle is arranged to generate an angular momentum on the compressed gas or compressed air jacket jet.
In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.In the drawing, embodiments of the invention are for example shown.
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Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen schematisehen Längsschnitt durch eine Zweistoff-Zerstäubungsdüse ,1 shows a schematic longitudinal section through a two-substance atomizing nozzle ,
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Einstoff-Zerstäubungsdüse und2 shows a schematic longitudinal section through a single-substance atomizing nozzle and
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Einbaues der Zweistoff-Zerstäubungsdüse nach Fig. 1 in einem staubhaltiges Gas führenden Kanal.3 shows a schematic representation of the installation of the two-component atomizing nozzle according to Fig. 1 in a dusty gas leading channel.
Die zu zerstäubende Flüssigkeit wird gemäß Fig. 1 über die I Leitung 1 dem Düsenmund 2 einer mit 7 bezeichneten Zerstäu- ! bungsdüse zur Verdüsung zugeführt, über die Leitung 3 wird Dampf! oder Druckgas als Zerstäubungsmedium dem Mantel 3* zugeführt, J wobei dieses Druckmedium vor dem Austritt am Düsenmund durch I den Dralleinsatz 4 einen Drehimpuls erhält. Eine solche Zerstäubungsdüse ist unter dem Namen Zweistoffdüse eine an sich bekannte und gebräuchliche Einrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten.The liquid to be atomized is shown in FIG. 1 via the I line 1 to the nozzle mouth 2 of a designated 7 atomizer ! The practice nozzle is supplied for spraying, steam is generated via line 3! or compressed gas is supplied to the jacket 3 * as an atomizing medium, J this pressure medium receiving an angular momentum through I the swirl insert 4 before it exits at the nozzle mouth. Such an atomizing nozzle is known and commonly used as a device for atomizing liquids under the name two-fluid nozzle.
Dieser an sich bekannten Zerstäubungsdüse wird nun zusätzlich Druck-Gas oder -Luft durch die Leitung 6 und den koaxial angeordneten Außenmantel 61 dem Düsenmund 9 zugeführt, aus welchem das Gas mit einer Geschwindigkeit von 50 - 3oo m/s J je nach Menge der Gase ausäbrömt. Mit Hilfe eines Drallkörpers 8 kann dem aus einem Ringspalt 9 austretenden Mantel-Gasstrom ein Drehimpuls mitgeteilt werden, der gegenüber dem bei 5 austretenden Treibstrahl gleich - oder gegenläufig sein kann.This known atomizing nozzle is now additionally supplied with pressurized gas or air through the line 6 and the coaxially arranged outer jacket 6 1 to the nozzle mouth 9, from which the gas flows at a speed of 50-3oo m / s J depending on the amount of gases flows out. With the aid of a swirl body 8, the jacket gas flow emerging from an annular gap 9 can be given an angular momentum which can be identical or opposite to the propulsion jet emerging at 5.
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Fig. 2 zeigt eine Einstoff-Zerstäubungsdüse 11, bei welcher die Zerstäubung der Flüssigkeit durch Druck und ohne Fremdmedium erfolgt, über die Zuleitung 1 wird die zu zerstäubende Flüssigkeit einer mit einem Drallkörper 1o versehenen Einstoff-Zerstäubungsdüse 11 zugeführt, die gegebenenfalls als Rücklaufdüse mit regelbarem Rücklauf 12 ausgestaltet sein kann. Der austretende Tröpfchenstrahl 13 wird mit einem staubfreien Mantelgasstrahl 14 umgeben, wobei das Reingas unter Druck über die Leitung 15 in die Zerstäubungsdüse eingespeist wird.Fig. 2 shows a single-component atomizing nozzle 11 in which the atomization of the liquid by pressure and without an external medium takes place, via the supply line 1 is the to be atomized Liquid from a single-substance atomizing nozzle provided with a swirl body 1o 11, which can optionally be configured as a return nozzle with a controllable return flow 12. Of the exiting droplet jet 13 is surrounded by a dust-free jacket gas jet 14, with the clean gas under pressure the line 15 is fed into the atomizing nozzle.
Fig. 3 zeigt beispielhaft den Einbau der in Figur 1 dargestellten Zweistoff-Zerstäubungsdüse. Das in Richtung 16 strömende staubhaltige Gas oder Abgas wird über den Kanal 17 z.B. einer Elektrofilteranlage 19 zugeführt. In dem aufsteigenden Teil des Kanals 17 ist nun die Zerstäubungsdüse 7 der beschrie-FIG. 3 shows, by way of example, the installation of the two-substance atomizing nozzle shown in FIG. The one flowing in the direction of 16 Dust-containing gas or exhaust gas is passed through the duct 17, e.g. an electrostatic filter system 19 is supplied. In the ascending part of the channel 17, the atomizing nozzle 7 of the described
benen Art untergebracht, wobei die Ausströmrichtung 18 bevorzugt in Strömungsrichtung des Gases liegt, über die Leitungen 1, 3 und 6 wird die zu zerstäubende Flüssigkeit, das Zerstäubungsmittel, z.B. Wasserdampf oder Druckluft, und Gas oder Luft zur Erzeugung des Mantelstrahles zugeführt.housed benen type, wherein the outflow direction 18 is preferred lies in the direction of flow of the gas, via the lines 1, 3 and 6 is the liquid to be atomized, the atomizing agent, e.g. water vapor or compressed air, and gas or Air supplied to generate the jacket jet.
Anhand von Beispielen werden die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile näher beschrieben:The advantages that can be achieved with the invention are described in more detail using examples:
Ein von einem Abhitzekessel kommender Abgasstrom von 39.000 m /h und 160°C hat vor dem Elektrofilter eine Staubbeladung von 64 g/m . Ohne Konditionierung derlRauchgase wird nach dem Elektrofilter ein Restgasstaubgehalt von 625 mg/m erreicht.An exhaust gas flow of 39,000 m / h and 160 ° C coming from a waste heat boiler has a dust load of up to the electrostatic precipitator 64 g / m. Without conditioning the smoke gases, after the Electrostatic precipitator reaches a residual gas dust content of 625 mg / m.
Durch den Einsatz von zwei Zerstäubungsdüsen der beschriebenenBy using two atomizing nozzles of the type described
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Art vor dem Elektrofilter, mit welchen ca. 400 kg/h Wasser (Abschlämmwasser aus dem Kessel) mit Hilfe von 125 kg/h Dampf
versprüht werden, wird eine Absenkung der Abgastemperatur um ca. 20 ]
reicht.Type in front of the electrostatic precipitator, with which approx. 400 kg / h of water (blow-down water from the boiler) are sprayed with the help of 125 kg / h of steam, the flue gas temperature is reduced by approx. 20]
enough.
ca. 20 K auf 140°C und eine Wassertaupunktsanhebung um 3 K er-approx. 20 K to 140 ° C and a water dew point increase of 3 K
Die Luftmenge für den Mantelstrahl beträgt dabei ca. 250 m /h je Düse.The air volume for the jacket jet is approx. 250 m / h per nozzle.
Der hinter dem Elektrofilter gemessene Reststaubgehalt sank durch diese Maßnahme überraschend auf unter 60 mg/m , d.h. weniger als 10 % des ursprünglich gemessenen Wertes. Auch in mehrmonatigem Dauerbetrieb trat keine Schlammbildung oder Anbackung am oder hinter dem Einbauort der Düse auf, obwohl nur ca. 3,5 m freie Weglänge für die Verdampfung der eingesprühten Wassermenge zur Verfügung steht.As a result of this measure, the residual dust content measured behind the electrostatic precipitator surprisingly fell to below 60 mg / m, i.e. less than 10% of the originally measured value. Even after several months of continuous operation, there was no sludge formation or Caking on or behind the installation location of the nozzle, although only approx. 3.5 m free path for the evaporation of the sprayed-in Amount of water is available.
Ein von einer Mahltrocknung kommender Abgasstrom von 230.000 m3/h und 135°C hat vor dem Elektrofilter eine Staubbeladung von ca. 30 g/m . Ohne Wassereindüsung beträgt der Reststaubgehalt nach dem Elektrofilter über 190 mg/m . Der Einsatz von Hochdruckzerstäubungsdüsen in einem Verdampfungskühler mit 6 m Durchmesser und 15 m zylindrischer Höhe führte wegen der niedrigen Gastemperatur immer wieder zu Anbackungen und Schlammbildung. Erst durch die Verwendung einer Einrichtung der beschriebenen Art ist es überraschenderweise möglich, mit einer Düse bis zu 2.500 kg Wasser /h ohne Störung im Dauerbetrieb einzubringen. So wird z.B. beim Eindüsen von 1.500 kg/h Wasser eine Absenkung der Abgastemperatur um 18 K und eine An-An exhaust gas flow of 230,000 m 3 / h and 135 ° C coming from a grinding-drying process has a dust load of approx. 30 g / m in front of the electrostatic precipitator. Without water injection, the residual dust content after the electrostatic precipitator is over 190 mg / m. The use of high-pressure atomization nozzles in an evaporation cooler with a diameter of 6 m and a cylindrical height of 15 m repeatedly led to caking and sludge formation due to the low gas temperature. It is only through the use of a device of the type described that it is surprisingly possible to introduce up to 2,500 kg of water / h with one nozzle without disturbance in continuous operation. For example, when injecting 1,500 kg / h of water, the exhaust gas temperature is reduced by 18 K and an
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hebung des Taupunktes um ca. 2 K erreicht, wodurch der Reststaubgehalt nach dem Elektrofilter auf unter 30 mg/m absinkt, da das Filter bei niedriger Gastemperatur und höherem Taupunkt mit besserem Wirkungsgrad arbeitet.The dew point is raised by approx. 2 K, reducing the residual dust content after the electrostatic precipitator drops to below 30 mg / m, since the filter is at a lower gas temperature and higher Dew point works with better efficiency.
Der PatentanwaltThe patent attorney
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Claims (5)
heißer Gase oder Abgase, wie sie z.B. bei Feuerungsanlagen, Kesselanlagen, Anlagen der Steine- und Erdenindustrie und der Hüttenindustrie anfallen, wobeidurch
Einstoff- oder Zweistoff- Druck- oder Rücklauf-Zerstäubungsdüsen Wasser in den staubhaltigen heißen Gas- oder Abgasstrom eingedüst wird, dadurch gekennzeichnet, daß um den aus der Einstoff- oder der Zweistoff-Zerstäubungsdüse austretenden Wassertröpfchenkegel ein staubfreier Druckgas- oder Druckluft-Mantelstrahl erzeugt wird.1. Procedure for cooling and humidifying dusty
hot gases or exhaust gases, such as those that occur, for example, in combustion systems, boiler systems, systems in the stone and earth industry and the metallurgical industry, whereby through
One-substance or two-substance pressure or return atomizing nozzles water is injected into the dusty hot gas or exhaust gas stream, characterized in that a dust-free compressed gas or compressed air jacket jet is generated around the water droplet cone emerging from the one-substance or two-substance atomizing nozzle .
Tröpfchenstrahls ist.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the jacket beam is provided with an angular momentum which is the same - or opposite to the angular momentum of the
Droplet jet is.
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