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Verfahren und Vorrichtung zur Verwertung von
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Abgasen aus thermischen Prozessen Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwertung von Abgasen aus thermischen Prozessen,
insbesondere aus Drehrohrofen-Wärmetauscher-Anlagen der Zementindustrie.
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Die Lagerung von Kohlenstaub in Silos erfordert bekanntermaßen besondere
Maßnahmen zur Verhinderung von Staubexploionen, welche beispielsweise darin bestehen,
daß die Bildung einer explosiblen Atmosphäre verhindert wird oder darin, daß die
Zerstörungswirkung von Staubexplosionen beschränkt bzw. unterdrückt wird. Letzteres
wird durch eine druckfeste Bauweise der Wandungen des Silos erreicht,
welche
in diesem Fall derart dimensioniert sind, daß sie den Explosionsdruck ohne bleibende
Schäden ertragen können. Die druckfeste Bauweise erfordert jedoch aufgrund der erheblichen
Überdimensionierung einen hohen Material-und Kostenaufwand.
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Die Bildung einer explosiblen Gasatmosphäre kann dadurch verhindert
werden, daß im Silo dauernd eine Inertgasatmosphäre aufrechterhalten wird Als Inertgas
wird C02 eingesetzt, welches in besonderen Speichern in flüssiger Form gelagert
werden muß. Die C02-Inertisierung des Kohlenstaubsilos einer Anlage, in welcher
ein thermischer Prozeß durchgeführt wird, beispielsweise einer Drehrohrofen-Wärmetauscher-Anlage
in der Zementindustrielist jedoch aufgrund der
verhältnismäßig hohen
Erstehungs- und Bereitstellungskosten für das C02 keine wirtschaftlich zufriedenstellende
Maßnahme.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur betriebssicheren
Herstellung, Handhabung und Bereitstellung von Inertgas im Rahmen eines thermischen
Prozesses, beispielsweise eines Zementherstellungsprozesses zu konzipieren, welches
flexibel in der Anwendung und wirtschaftlich ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Abgase
des thermischen Prozesses - gegebenenfalls nach Abtrennung von Feststoffanteilen
und Wasserdämpfen -als Inertisierungsgase verwendet werden. Auf diese Weise können
die Abgase des thermischen Prozesses1 oder wenigstens ein-Teil hiervon einer Weiterverwertung
als Inertisierungsgase zugeführt werden, so daß Kosten bedingt durch den Einsatz
zusätzlicher Gase, nämlich C02 entfallen. Eine derartige Maßnahme kann bei allen
Prozessen Anwendung finden, deren Abgase sauerstoffarm sind und keinen, bzw.
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nur einen geringen Anteil an brennbaren, bzw. einen Verbrennungsvorgang
unterstützenden Gasen aufweisen, die
also chemisch inert sind. Das
ist beispielsweise bei den Abgasen einer Drehrohrofen-Wärmetauscher-Anlage der Zementindustrie
der Fall, welche einen 02-Gehalt von ca. 2 Volumen-% aufweisen. Ist eine derartige
Anlage mit Kohlenstaubfeuerungen ausgerüstet, können die Kohlenstaubsilos sehr vorteilhaft
mit den Abgasen des Wärmetauschers inertisiert werden. Man rechnet bei den mit Wasserdampf
gesättigten Abgasen einer Drehrohrofen-Wärmetauscher-Anlage der Zementindustrie
mit Taupunktstemperaturen von 350C bis 750C, so daß diese Abgase mit einem erheblichen
Wassergehalt beladen sind. Durch die weitgehende Entfernung dieses Wasseranteiles
werden Korrosionsschäden an Anlagenteilende mit den sich abkühlenden Abgasen in
BerUhrung stehen, verhindert.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Abgase des thermischen
Prozesses alternativ oder zusätzlich zu den Abgasen eines Inertgaserzeugers als
Inertisierungsgase verwendet. Ein Inertgaserzeuger neben einer Drehrohrofen-Wärmetauscher-Anlage
kann sehr vorteilhaft dann das nötige Inertgas liefern, wenn die Anlage vorübergehend
zu Reparatur- oder Wartungsarbeiten stillgesetzt ist, so daß bei jeder Betriebsphase
Inertgas in ausreichenden Mengen æur
Verfügung steht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden
der Wasserdampfanteil der Abgase des thermischen Prozesses und/oder des Inertgaserzeugers
durch Abkühlung kondensiert, die Abgase anschließend erwärmt und nach Verdichtung
gespeichert. Die nach Abkühlung in einen Sättigungsstand versetzten Abgase werden
durch die anschließende Erwärmung in einen ungesättigten Zustand gebracht, so daß
bei der Verdichtung der Kondensatanfall begrenzt wird. Das gespeicherte Gas kann
dann vorteilhaft zur Inertisierung eingesetzt werden, wenn der thermische Prozeß
ruht. Auch kann das Gas als Ersatz für einen Inertgaserzeuger oder zur Deckung von
Bedarfsspitzen eingesetzt werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden,
in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Die Zeichnung zeigt einen Verfahrensstatnmbaum des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Pos. 1 bezeichnet einen thermischen Prozeß,z.B. einen Zementherstellungsprozeß
einer Drehrohrofen-
Wärmetauscher-Anlage, Pos. 2 einen Inertgaserzeuger,
z.B. einen Brenner und Pos. 3 einen Inertgasverbraucher.
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Der Inertgasverbraucher ist ein Kohlenstaubsilo3, dessen Inhalt als
Brennstoff der Zementherstellungsanlage dient. Es wird davon ausgegangen, daß in
der Leitung 4 die Abgase des Wärmetauschers der Zementherstellungsanlage ungefiltert
und in mit Wasserdampf nahezu gesättigtem Zustand zur Verfügung stehen.
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Aus Gründen der zeichnerischen Einfachheit ist auf die Darstellung
von Regel- und Absperrorganen sowie Sicherheitseinrichtungen weitestgehend verzichtet
worden. Diese dürften jedoch einem einschlägigen Fachmann geläufig sein.
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Alle Pfeile auf den ausgezogen bzw. gestrichelt dargestellten Leitungen
deuten die jeweiligen Flußrichtungen an.
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Die Abgase gelangen zunächst in einen Wärmetauscher 5, welcher der
Abkühlung dient, wobei der auf diese Weise kondensierte Wasseranteil über eine Leitung
6 abflient.
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Die nach Verlassen des Wärmetauschers 5 in einem gesättigten Zustand
vorliegenden Abgase gelangen anschließend in einen Wärmetauscher 7, in dem eine
Aufheizung stattfindet.
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Die gestrichelt gezeichnete Leitung 8 deutet den Fluß
eines
Wärmeübertragungsmediums an. Die Abgase stehen somit nach Verlassen des Wärmetauschers
7 im ungesättigtetl Zustand zur Verfügung und durchlaufen unter Mitwirkung eines
Gebläses 9 einen Filter, z.B. Zyklonabscheider 10.
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Aus dem Zyklonabscheider 10 wird der von den Abgasen abgetrennte Feststoff
über eine Leitung 11 ausgetragen, während die nunmehr gereinigten Abgase über eine
Leitung 12 abgeführt werden. Die Leitung 12 führt unmittclbar zum Kohlenstaubsilo
3. Die Kohlenstaubzufuhr bzw.
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-abfuhr zum Silo 3 erfolgt über Materialleitungen 13 und 14, wie durch
die Pfeile 13', 14' angedeutet.
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Auf den Zyklonabscheider 10 kann verzichtet werden, wenn die Abgase
bereits im gefilterten Zustand zur Verfügung stehen.
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Die Leitung 12 ist mit Verzweigungspunkten 15 und 16 ausgerüstet,
an welche eine Bypass-Leitung 18 angeschlossen ist, in deren Verlauf hintereinander
ein Verdichter 19 und ein Gasspeicher 20 angeordnet sind.
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Im Verlauf- der Abgasleitung 4 findet sich ein Verzweigungspunkt 21,
an welchen die Abgasleitung 2 des Inertgaserzeugers 2 angeschlossen ist.
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Der Inertgaserzeuger 2 kann jedoch auch an einer beliebig anode Stelle
der Leitungen 4 oder 12 angeschlossen sein.
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Mit Pos. 22 ist eine Gruppe von Meßinstrumenten bezeichnet, welche
der Erfassung einiger charakteristischer Parameter der Abgase dient, wie z.B. dem
02-Gehalt, der Temperatur, der relativen Feuchte etc. Diese Parameter bestimmen
zum Teil die Eignung für eine Verwendung als Inertgas, zum Teil auch die notwendige
Einstellung bestimmter Prozeßdaten der Inertgasaufbereitungsanlage. So muß bei einem
zu hohen O2-Gehalt durch Zumischen von Abgasen des Inertgaserzeugers dieser 02-Gehalt
auf ein geeignetes Maß gesenkt werden.
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Ferner kann im Falle relativ trockener Abgase die thermische Leistung
der Wärmetauscher verringert werden. Auf diese Weise steht auch bei schwankenden
Zustandsdaten der aus der Drehrohrofen-Wärmetauscher-Anlage abgezogenen Abgase stets
ein zu Inertisierung des Kohlenstaubsilos 3 geeignetes Gas zur Verfügung.
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Mit 23 ist eine weitere Gruppe von Meßinstrumenten bezeichnet, welche
der Erfassung der Zusammensetzung der Gasatmosphäre innerhalb des Kohlenstaubsilos
3 dient. Von besonderer Bedeutung sind dabei der 02-Gehalt, der CO-Gehalt und die
Temperatur. Übersteigt beispielsweise die -Temperatur einen
Wert
von 800C, der CO-Gehalt einen Wert von 0,1 bis 1 Volumen-% oder der 02-Gehalt einen
Wert von 10 Volumen-%, so treten gefährliche Betriebszustände ein, welche auf das
Vorhandensein von lokalen Glimm- bzw. Brandherden oder auch auf das Entstehen einer
explosiblen Atmosphäre hinweisen. In allen diesen Fällen muß bei druckentlastetem
Silo sofort eine Inertisierung der Gasatmosphäre des Silos 3 durch Einleiten eines
Inertgases durchgeführt und die Kohlenstaubzufuhr bei 13 unterbrochen werden.
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Dabei kann die Inertisierung beIspielsweise manuell oder automatisch
bei Eintreten wenigstens einer derartigen Bedingung ausgelöst werden.Die Gruppe
der Meßinstrumente 23 kann jedoch auch in einen in sich geschlossenen Regelkreis
integriert werden, der bei Eintreten wenigstens einer derartigen Bedingung und/oder
nach Ablauf bestimmter Zeitintervalle -ca. 24 bis 48 Stunden - automatisch eine
Inertisierung auslöst.
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