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Reaktor für die Entschweflung von Bauchgasen
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Die Rauchgase von Feuerungsanlagen, wie sie z.g. bei Kraftwerken,
Hüttenbetrieben, Nüllverbrennung'seind agen u.s.W.
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vorliegen, enthalten Gasanteile, die schädlictl auf die Lmwelt einwirken.
Zu diesen gasförmigen Schadstoffen Uehör-t insbesondere Schwefeldioxid, das einen
wesentlichen lestandteil der Rauchgase bildet.
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Um den Eintritt des Schwefeldioxids in die Atmosphäre zu verhindern
kommen zwei Verfahren zur Anwendung, uie als Naßverfahren und als Trockenverfahren
bezeichnet werden.
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Bei dem Naßverfahren wird den Rauchgasen in Wäschern Kalkmilch durch
Berieselung oder Verdüsung zugeführt, die mit dem Schwefeldioxid gipsartige, neutrale
Salze bildet, die im Abwasser als Schlamm anfallen. Durch Aufbereitung des Schlamms
können die walze de-ponierfähig gemacht oder in Baustoffe wie z.B. Gips umgewandelt
werden.
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Bei dem Trockenverfahren wird dem Rauchgas staubförmiges Kalkhydrat
in einem Adsorber pneumatisch zugemischt, das mit dem Schwefeldioxid gleichfalls
gipsartige, trockene Salze bildet, die in nachgeschalteten Schlauch- oder glektro-
Filtern als Staub abgeschieden und anschließend deponierfähig gemacht werden.
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Das Naßverfahren der Rauchgasreinigung weist NAchteile au die nach
dem augenblicklichen stand der Technik das rokkenverfahren wirtschaftlicher erscheinen
lassen. Zu diesen nachteilen gehören der hohe Wasserverbrauch, die 6elahr von Korrosionen
und Verkrustungen und die Wiederaufheizung des Rauchgases hinter dem Adsorber, die
notwendig
wird um einen ausreichenden Zug im Kamin zu erreichen.
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Bei einem bekannten Trockenverfahren der Rauchgasreinigung winter
llverbrennungsanlagen wird das Rauchgas zunächst in Verdampfungskühlern durch verdüstes
nasser auf die für die Adsorption notwendige Temperatur und Feuchtigkeit gebracht,
sodann in einem Wirbelsenken- Reaktor mit Hilfe von alkhyara entschwefelt und danach
in einem Schlauchfilter entstaubt, weil dieses Filter aufgrund der großen Oberflächen
der Filterschläuche zusätzlich günstige Adsorptionsbedingungen aufweist.
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Nachteilig ist bei diesem Trockenverfahren der Rauchgasreinigung,
daß der Wirbelsenken- Reaktor zu geringe Gasdurchsätze zuläßt um als Adsorber in
großtechnischen anlagen zur reinigung der Rauchgase z.B. von Großkraftwerken mit
befriedigender Wirtschaftlichkeit eingesetzt zu werden.
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Die Nonstruktion und Wirkungsweise des Wirbelsenken- Reaktors ist
aus der Zeichnung Fig. 1 zuersehen. Bei 1 tritt das Rauchgas tangential in den zylindrischen
Teil 2 des aktors ein, durchströmt in der Form einer Wirbelsenke den zylindrischen
Teil 2 und den konischen Teil 3 und verläßt den reaktor durch das Tauchrohr 4 um
dem Filter zugeleitet zu werden. Um das Tauchrohr 4 herum ist ein nach unten offenes
Rohr 5 vorgesehen, in das am tangentialen Lintritt 6 Kalkhydrat durch einen Teilstrom
des Rauchgaes pneumatisch eingeblasen und in der gleichen Drallriclitun zirkulierend
der Wirbelsenke des Rauchgases im inneren bereich des Reaktors zugeführt wird. In
guter Auflösung und Verteilung und mit ausreichender kinetischer Energie finuet
innerhalb der Wirbelsenke im Quer- und Gegenstrom der Medien die Adsorption des
Schwefeldioxids durch das Kalkhgdrat statt, das teilweise vom Gels durch das '.'auchrohr
und teilweise durch die gasdichte Schleuse 7 unterhalb des Konusses 3 aus dem 5iirbelsenken-
Reaktor ausgetragon wird.
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Die maximale Durchsatzleistung des wirbelsenken- Reaktors dürfte
erfahrungsgemc:ß bei eie Durchumesser des Reaktors von D = 4 500 mm ca. 120 000
Bm3/h betragen.
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Diese Durchsatzleistung würde bei einem Rauchgasanfall von z.P. 1
C00 000 Bm3/h eines Großkraftwerkes eine nzahl von zehn Wirbelsenken- Reaktoren
für die Rauchgasreinigung erfordern. Dieser Aufwand w.-ire unwirtschaftlich, weil
er zu hohe Anlage- und Betriebskosten verursachen würde, die die Anwendung des Verfahrens
der trockenen Rauchgasreinigung für Großanlagen erschweren.
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Die Ursachen für die beschränkte Durchsatzleistung der Wirbelsenken
- Reaktoren an Rauchgas sind folgende: Die Strömung des Rauchgases in den reaktoren
erfolgt nach dem Zyklonprinzip in der Form einer Wi rbelsenke in zwei Richtungen
und zwar im lsereich des äußeren Umfanges des Reaktors nach unten und im inneren
Bereich nach obon in Richtung auf das Tauchrohr. Die zirkulierende Casströmung mit
Umkehr der Strömungsrichtung erfordert grunasätzlich große Strömungsquerschnitte,
die große Abmessungen der Reaktoren notwendig machen. Dieser Nachteil wire dadurch
verstärkt, daß der Strömungsquerschnitt des Wirbelsenken- Reaktors mit D2 zunimmt,
wodurch iuch die Casmenge im Verhältnis von D2 wächst, wenn der Durchmesser D des
Reaktors vergrößert wird. Der Umfang des Wirbelsenken-Reaktors dagegen, der für
den Strömungsweg und für die Strömungsgescfrindigkeit des zirkulierenden Rauchgases
in mehreren Windungen im Reaktor entscheidend ist, verlängert sich dagegen nur im
Verhältnis von D. Dieser Umstand hat zur Folge, daß mit zunehmenden Durchmessern
der Wirbelsenken- Reaktoren und mit steigenden Gasdurchsätzen im Verhältnis D2 und
mit einer Verlängerung des Reaktorumfanges nur im Verhältnis D die Umfangsgeschwindigkeiten
des zirkulilrenden Gases zunehmen und die jnzahl der Windungen der Gasströmung im
Reaktor abnehmen müssen. Erfahrungsgemäß sollen die Gasgeschwindigkeiten am äußeren
Umfang der
Reaktoren 10 - 12 m/s nicht überschreiten, weil sonst
infolge zu großer Reibungsverluste an den Wandungen die Strömung abreißt und das
Gas mit geringerer Windungszahl d.h.
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auf verkürztem Strömungaweg direkt in das Tauchrohr einströmt. Hierdurch
werden die Adsorptionsbedingungen im Wirbelsenken- reaktor verschlechtert und die
chemischen timetzungen vermindert.
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Außerdem ist bei den Wirbelsenken- Reaktoren nachteilig, daß sich
tas Kslkhydrat infolge der zirkulierenden Strömung des Gases an den Wandungen des
Reaktors insbesondere im konischen Teil verdichtet und somit keine ausreichenden
Rontaktflächen mehr für eine wirksame Adsorption vor liegen. Der konische Teil,
der ca. 50 % des Bauvolumens es Wirbelsenken- Reaktors ausmacht, hat somit nur noch
wenig Einfluß auf die Adsorptionsvorgänge und dient lediglich der Abscheidung des
Kalkhydrats zum unteren Austrag, die im Gegensatz zu den Zyklonaubscheidern nur
eine untergeordnete Bedeutung für die Funtion des Reaktors hat, weil dor pnesmatische
Austrag des Kalkhydrats durch das Rauchgas silber das Taucflrohr in verfahrenstechnischer
Hinsicht sogar Vorteile aufweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es einen Reaktor für die Rauchgasentschweflung
auszubilden, der unter Beibehaltung der für die Adsorption vorteilhaften zirkulierenden
Strömung es Rauchgases mit zentrischer Zuführung des Kalkhydrats die vorstehend
angeführten Mangel des ViPirbelsenken- Reaktors weitgehend vermeidet und höhere
Gasdurchsätze mit gleichbleibenden chemischen Umsetzungen ermöglicht, als sie bei
den Wirbelsenken- eaktoren vorliegen.
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.I.,iese Bedingungen können erfüllt werden, wenn das Zyklonprinzip
der Wirbelsenken- Reaktoren aufgegeben wird und erfindungsgemäß durch ein System
von Wilblern ersetzt wird, die e ir einer gemeinsamen vertikalen achse angeordnet
sind.
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Bei diesem Wirblersystem werden das Rauchgang und das Kalkhydrat
zuerst in einen oberen wirbler eingeführt und bilden in diesem ein hotationsfeld,
in dem ;icr die usorption vollzieht. Im Gegensatz zum Wirbelsenken- Reaktor wird
das Rauchgas aber nicht mit Umkellrung der @trömungsrichtung über ein Tauchrohr
nach oben abgeführt, sondern durch ein Verbindungsrohr nach unten einem zweiten
Wirbler zugeleitet der koachsial mit dem oberen Wirbler angeordnet ist.. Infolge
dieser Strömungsart kann bei gleichem Querschnitt durch @en Reaktor, auf den sich
die Erfindung bezieht, eine um ca.
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50 - 75 % größere Rauchgasmenge durchgesetzt werden als ber dem Wirbelsenken-
Reaktor, weil die achsißle Strömungsgeschwindigkeit im Wirbelsenken- Reaktor infolge
der Umkehrung der Strömungsrichtung nur ca. 2 m/s betragen darf, während sie ohne
Umkehrung im Reaktor der Brfindung zur ca. 3 - 3,5 m/s gesteigert werden kann.
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Die im oberen Wirbler erzeugte Zirkulierung des G Staubgemisches
wird über das Verbindungsrohr auf den unteren Wirbler übertragen, so daß in diesem
die gleichen günstigen Adsorptionsbedingungen vorlieben wie in: oberen Wirbler.
Die Strömungswege für Rauchgas una Kalkhydrat sind in den beiden Wirblern zusammen
wesentlich länger als bei dem Wirbelsenken- Reaktor gleichen Durchmessers.
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Während die Wirbelsenken-Reaktoren mit einem Durchmesser von 4 500
mm einen Gasdurchsatz von max. ca. 120 00 Bm3/h aufweisen, können die erfindungsgemäßen
Reaktoren bei gleichen Durchmessern ca. 180 C00 - max. ca. 210 000 durchsetzen,
was einer Durchsatzsteigerung von 5c - 75 t/ entspricht.
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Ein Großkraftwerk mit einem Lauchgasanfall von 1 000 000 Bm3/h benötigt
jetzt statt 8 - 9 Wirbelseken- Reaktoren nur noch 5 - 6 Rektoren in zweistufiger
Wirblerausführung Hierdurch werden beträchtliche Einsparungen an Anlage-und Fetriebskosten
für Großanlagen der Rauchgasreinigung ermöglicht.
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Die vorstehend bereits beschriebene Konstruktion und Wirkungsweise
des bekannten Wirbelsenken- Reaktors für die Rauchgasentschweflung ist aus den Zeichnungen
Fig.
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1 und i'ig. 2 zu ersehen. Sie stellen dar: senkrechter Schnitt A-A
durch den Wirbelsenken-Reaktor, ig. 2 obere Ansicht B des Wirbelsenken- Reaktors.
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Die nachstehende Beschreibung des Reaktors, auf den sich die Erfindung
bezieht, wird durch die Zeichnungen Fig. 3 und Fig. 4 erltutert, die einen Reaktor
mit zwei Wirblern 2 und A) zeigen und zwar: Fig. 3 3 senkrechter Schnitt A-A durch
den tweistufigen Reaktor, obere 4 obere Ansicht B des zweistufigen Reaktors.
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Werden besonders hohe Adsorptionsleistungen erforderlich, @o kann
der erfindungsgemäße Reaktor auch mit mehr als zwei Wirblern z.B. mit drei Wirblern
dreistufig ausgebildet werden, wie die Zeichnung Fig. 5 darstellt und zwar: Fig.
5 senkrechter Schnitt A-ß durch einen dreistufigen Reaktor.
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Am Eintrittsstutzen 1 tritt das Rauchgas tangential in den wirbler
2 der ersten Stufe des Reaktors ein und strömt zirkulierend durch den zylindrischen
Teil 3 und den koniscl!en Teil 4 des Wirblers 2. Mit einer Teilstrommenge des Rauchgases
wird das Kalkhydrat am tangentialen Eintritt 5 pneumetisch in den Wirbler 6 eingeblasen
und das Gas-Additivgemisch strömt zirkulierend durch die mit Hilfe des Verteilerkonusses
7 gebildete ringförmige Öffnung 8 zentrisch in den Wirbler 2 ein und zwar in der
gleichen Drallrichtung, wie sie im Wirbler 2 vorliegt.
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In guter Auflösung und Verteilung wird das Kalkhydrat durch das zirkulierende
Rauchgas auf langem Strömungsweg an die Wandungen den Wirblers 2 zentrifugiert und
adsorbiert hierbei unter günstigen Reaktionsbedingungen einen
Teil
des im Rauchgas enthaltenen Schwefeldioxide.
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Das Rauchgas- Additivgemisch strömt sodann zirkulierend durch das
Verbindungsrohr 9 in den unteren Wirbler 10 ein und erzeugt in diesem ebenfalls
ein Rotationsfeld, in dem die Adsorption des Schwefeldioxids durch das Kalkhyd unter
den gleichen vorteilhaften Adaptionsbedingungen wie im Wirbler 2 fortgesetzt wird.
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Nach der Wirbung im zylindrischen Teil 11 un& im konischen Teil
12 des Wirblers 10 strömt das Ges- Staubgemisch zirkulierend in den zylindrischen
Teil 13 ein Und wird in diesem durch zwei tangentiale Austrittsstutzen 14 abs-;eleitet
und den Filtern zur Staubscheidung zugeführt. Die geringe Menge an Kalkhydrat, die
in dem konischen teil 15 anfällt, wird durch die gasdichte Schleuse IG ausgetragen
und kann durch eine Teilmenge des Rauchgases pneumatisch in den Reaktor zurückgeführt
werden.
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Die Konusse 4 des Wirblers 2 und 12 des wirblers 10 nehmen infolge
der zirkulierenden nach unten gerichteten Stmömung des Rauchgases in erheblichem
Maße an Adsorptionsvorgängen teil, so daß insgesamt hohe chemische Umsetzungen bei
großen Durchsetzleistungen erzielt werden können.
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