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Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen eines
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heißen staubhaltigen Gases Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Abkühlen eines heißen staubhaltigen Gases, bei dem das Gas über mit einer Wärmespeichermasse
gefüllte Regeneratoren geleitet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
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Staubhaltige Gase, wie z.B. Rauchgase oder Röstgase, werden nach einem
bekannten Verfahren (DE-OS 28 09 358) mittels Regeneratoren abgekühlt, wobei sie
einen Teil ihres Wärmeinhaltes auf die Wärmespeichermasse der Regeneratoren übertragen.
Zur Abführung der Wärme werden die Regeneratoren im Wechselbetrieb von einem kalten
Gas durchströmt, das die gespeicherte Wärme aufnimmt und austrägt. Der Wechselbetrieb
erfolgt derart, daß jeder der Regeneratoren abwechselnd nacheinander von heißem
und kalten Gas durchströmt wird, wobei, um einen kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten,
mindestens zwei Stück derartiger Regeneratoren vorgesehen sind, die im Gegentakt
arbeiten. Bei der Abkühlung des Gases sind verschiedene Randbedingungen zu beachten,
die zum Teil durch vorangehende und nachfolgende Verfahrensschritte vorgegeben sind.
Beispielsweise sind die Gastemperaturen am Einlaß und am Auslaß der Re-
generatoren
durch solche Bedingungen festgelegt. Die Druckverluste sind dagegen frei wählbar,
sie müssen jedoch aus Wirtschaftlichkeitsgründen hinreichend niedrig gehalten werden.
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Bei dem bekannten Verfahren sind die Regeneratoren mit Steinen oder
Raschigringen gefüllt. Es erweist sich bei dieser Füllung allerdings als nachteilig,
daß Staubteilchen, die in dem abzukühlenden Gas enthalten sind, an den Wänden der
Wärmespeichermasse haften bleiben und so den Strömungsquerschnitt laufend verringern.
Nach einiger Zeit führen die Staubablagerungen zu einem nicht tolerierbaren Druckverlustanstieg.
Es ist daher erforderlich, die Regeneratoren in gewissen Zeitabständen von den Staubablagerungen
zu befreien.
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Dies geschieht beispielsweise, indem die Regeneratoren mit Wasser
gespült und dabei die Staubablagerungen ausgewaschen werden.
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Das Reinigen der Regeneratoren bedeutet jedesmal eine Betriebsstörung
und es erfordert Vorrichtungen zum Reinigen sowie Arbeitsaufwand während der Reinigung,
d.h. insgesamt wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beträchtlich verringert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe# zugrunde, ein Verfahren der
eingangs genannten Art zu entwickeln, das sich durch hohe Wirtschaftlichkeit in
Bezug auf lange Standzeiten der Regeneratoren auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gas in
den Regeneratoren geradlinig und mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mindestens
5 m/s geführt wird.
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Erfindungsgemäß wird eine Strömungsgeschwindigkeit für das heiße staubhaltige
Gas eingestellt, die erheblich über den
üblichen Gasgeschwindigkeiten
liegt. Bei derart hohen Strömungsgeschwindigkeiten werden Staubablagerungen an der
Wärmespeichermasse der Regeneratoren fast völlig verhindert. Die Staubteilchen werden
vom Gasstrom nahezu vollständig wieder aus den Regeneratoren ausgetragen. Durch
die geradlinige Führung des Gases ergeben sich geringe Druckverluste.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, die Standzeiten der
Regeneratoren wesentlich zu erhöhen. Der bisher erforderliche Reinigungsabschnitt
ist nicht mehr erforderlich.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn gemäß einer Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Verfahrens für das Gas eine Strömungsgeschwindigkeit von 15 bis
40 m/s eingestellt wird.
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Diese Verfahrensweise wird bei Gasen angewendet, die gut haftende
und gut abscheidbare Staubanteile enthalten, und bei denen Strömungsgeschwindigkeiten
von 5 bis 15 m/s nicht ausreichen, die Strömungsquerschnitte genügend freizuhalten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dann von Vorteil,
wenn, wie weiter vorgeschlagen wird, mit dem Gas ein Staubmengenanteil von 20 mg/Nm3
oder mehr durch den Regenerator geführt wird. Vorzugsweise enthält das Gas einen
Staubmengenanteil von mehr als 50 mg Staub/Nm3.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zeitweise der Eintrittsquerschnitt des jeweils von dem Gas durchströmten Regenerators
abschnittweise abgedeckt.
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Die Abdeckung eines Teils des Eintrittsquerschnittes bewirkt
eine
weitere Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Gases in dem nicht abgedeckten
Abschnitt des Regenerators.
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Bei Gasen mit einem besonders ungünstigen Staubanteil, bei welchen
Staubablagerungen an der Speichermasse der Regeneratoren nicht vollständig vermeidbar
sind, wird auf diese Weise zu Reinigungszwecken jeweils ein Teil des Regenerators
staubfrei geblasen, ohne daß während dieser Phase übermäßige Druckverluste auftreten.
Nacheinander werden die nicht abgedeckten Abschnitte des Regenerators abgedeckt
und umgekehrt die abgedeckten Abschnitte geöffnet, so daß nach und nach der gesamte
Regenerator von dem Gas mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit durchgeblasen wird.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist Regeneratoren auf, die Zu- und Abführungen für ein heißes staubhaltiges Gas
aufweisen und die mit einer Wärmespeichermasse gefüllt sind, und ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmespeichermasse in Strömungsrichtung des Gases verlaufende im wesentlichen
geradlinige Passagen aufweist und die Passagen eine kleinste Lichte Weite von mindestens
10 mm besitzen.
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Es wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß sich
Staubablagerungen durch geeignete Wahl der Geometrie der Passagen in der Wärmespeichermasse
wirksam verhindern lassen. Als kleinste lichte Weite ist beispielsweise bei einem
kreisförmigen Querschnitt der Passagen der Durchmesser, bei rechteckigem Querschnitt
der kleinere Abstand je zwei gegenüberliegender Wände anzusehen.
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Es erweist sich insbesondere als zweckmäßig, wenn gemäß einer Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung die lichte Weite der Passagen zwischen 15 und
50 mm, vorzugsweise 20 bis 30 mm beträgt. In diesem Bereich lassen sich die üblicherweise
vorkommenden Randbedingungen, wie
Druckabfall und Temperaturdifferenz
zwischen heißem und kaltem Ende der Regeneratoren, gut erfüllen.
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In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen,
daß die Passagen glatte Wandoberflächen aufweisen. Insbesondere sollen die Wandoberflächen
keine Erhebungen oder Vertiefungen aufweisen, die als Prallabscheidefläche wirken.
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Es erweist sich als zweckmäßig, wenn die Passagen rechteckige oder
quadratische Querschnitte besitzen.
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Es wird weiter vorgeschlagen, daß der Regeneratorquerschnitt abschnittweise
mittels einer Absperreinrichtung verschließbar ist. Die Absperreinrichtung enthält
beispielsweise Klappen, die beim Normalbetrieb den gesamten Regeneratorquerschnitt
freigeben und bei Bedarf, d.h. bei einem ungünstigen Staubgehalt des Gases, zugeklappt
werden.
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In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen,
daß die Wärmespeichermasse Keramik und/oder Porzellan und/oder Kunststoff und/oder
Metall enthält.
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Bei einer metallischen Wärmespeichermasse ist es häufig zweckmäßig,
die Oberfläche der Passagen zu veredeln, um eine Materialbeschädigung durch eventuell
in dem Gas enthaltene korrodierende Bestandteile zu verhindern.
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Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand
von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Hierbei zeigen: Figur 1 ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur
2 einen Ausschnitt aus einem Regenerator im Längsschnitt Figuren verschiedene Ausführungsformen
des Regenerators 3, 4 u: 5 im Querschnitt Figur 6 einen Regenerator mit einer Absperreinrichtung.
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Bei dem Verfahren gemäß Figur 1 wird ein Rauchgas 1, das beispielsweise
aus einem mit Kohle befeuerten Kraftwerk stammt, einem Elektrofilter 2 zugeführt.
In dem Elektrofilter 2 wird ein Teil des in dem Rauchgas enthaltenen Staubes entfernt.
Das vorgereinigte Rauchgas wird über eine Leitung im Wechselbetrieb einem von zwei
umschaltbaren Regeneratoren 4, 5 zugeführt. Typische Abmessungen für die Regeneratoren
sind ca. 3 bis 6 m Durchmesser und 8 m Höhe.
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Die Regeneratoren 4, 5 enthalten eine Wärmespeichermasse 6, die in
Figur 1 nur schematisch angedeutet ist. Die Wärmespeichermasse 6 weist Passagen
auf, durch die das aus der Leitung 3 kommende Gas strömt. Nähere Einzelheiten dieser
Passagen sind in den Figuren 2 bis 5 dargestellt. Die Wärmespeichermasse 6 ist beispielsweise
aus einzelnen Elementen zusammengesetzt, die derart übereinander angeordnet sind,
daß sich durchgehende Passagen für das Gas ergeben. Das heiße Gas aus der Leitung
3 durchströmt die Passagen in der Wärmespeichermasse 6 mit einer Geschwindigkeit
von mehr als 5 m / s, vorzugsweise etwa 15 bis 20 m /s-. Am warmen Ende des Regenerators
beträgt die Temperatur des heißen Gases zwischen 130 und 1700C, meist - etwa 1400C.
Das Gas weist einen Staubgehalt von etwa 50 mg/Nm3 auf.
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Beim Durchströmen der Passagen gibt das Gas einen Teil seiner Wärme
an die Wärmespeichermasse ab, die sich dabei erwärmt, während sich das Gas abkühlt.
Der Druckverlust
beim Durchgang durch den Regenerator 4 beträgt
etwa 15 mbar.
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Aufgrund der relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit des Gases wird
nahezu der gesamte in dem Gas enthaltene Staub mit dem Gasstrom aus dem Regenerator
4 wieder ausgetragen.
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Am Rcgeneratorauslaß hat sich das Gas auf 60 bis 800C abgekühlt. Es
wird über Leitung 7 einer Reinigungsstufe 8 zugeführt, in der unerwünschte Bestandteile
wie beispielsweise 502 und/oder NOx aus dem Gas abgetrennt werden (Leitung 9).
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Die Reinigungsstufe 8 enthält beispielsweise auch einen Naßwäscher
zur Abtrennung des in dem Gasstrom enthaltenen Staubes.
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Das gereinigte Rauchgas wird über Leitung 10 mit etwa 250C dem Regenerator
5 am kalten Ende zugeführt. Es durchströmt die Passagen der Wärmespeichermasse 6
von unten nach oben, wobei es sich auf etwa 1000C erwärmt. Das erwärmte Gas wird
über eine Leitung 11 einem Kamin 12 zugeführt.
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Die für das periodische Umschalten der Regeneratoren 4, 5 erforderlichen
Leitungen und Ventile sind der übersichtlicheren Darstellung halber nicht eingezeichnet.
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Figur 2 zeigt einen Ausschnitt A aus der Wärmespeichermasse 6 6 gemäß
Figur 1. Die Wärmespeichermasse weist eine Vielzahl von geradlinig verlaufenden
Passagen 13 auf, die durch Zwischenwände 14 aus wärmespeicherndem Material voneinander
getrennt sind. Die Wände 14, die beispielsweise aus Keramik, Porzellan, Kunststoff
oder Metall gefertigt sind, besitzen eine glatte Oberfläche. Die kleinste lichte
Weite der Passagen 13 beträgt mindestens 10 mm, die Wandstärke der Wände 14 etwa
3 bis 6 mm.
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Pfeile 15 deuten die Strömung des heißen Gases in den Passagen 13
an.
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Die Figuren 3, 4 und 5 zeigen verschiedene Querschnittsformen der
Wärmespeichermasse 6. Gemäß Figur 3 besitzen die Passagen 13 quadratischen Querschnitt.
In diesem Fall ist die kleinste lichte Weite gleich dem Abstand zweier benachbarter
paralleler Wände 14.
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Figur 4 zeigt Passagen 13 mit kreisförmigem Querschnitt.
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In diesem Fall ist die kleinste lichte Weite gleich dem D.lrchrllesser
der Passagen 13.
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Gemäß Figur 5 besitzen die Passagen 13 rechteckigen Querschnitt. In
diesem Fall ist die kleinste lichte Weite gleich dem kleineren Abstand zwischen
zwei benachbarten parallelen Wänden 14, d.h. im gezeigten Beispiel zwischen zwei
waagrecht gezeichneten Wänden.
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Figur 6 zeigt einen Ausschnitt aus einem der Regeneratoren, der mit
einer Absperreinrichtung versehen ist. Die Absperreinrichtung enthält Klappen 16,
die um horizontale Achsen 17 drehbar sind. Im Normalbetrieb stehen die Klappen 16
vertikal, d.h. in Strömungsrichtung des Gases. Für den Fall, daß das Gas einen so
ungünstigen Staubanteil enthält, daß sich trotz der hohen Strömungsgeschwindigkeit
Staubablagerungen im Regenerator bilden, muß seine Strömungsgeschwindigkeit weiter
erhöht werden, um die Staubablagerungen auf der Wärmespeichermasse 6 zu entfernen.
Zu diesem Zweck wird ein Teil der Klappen oder alle Klappen 16 in die horizontale
Position geschwenkt (gestrichelte Darstellung). Die Klappen 16 decken nun einen
Teil des Eintrittsquerschnittes des Regenerators ab, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit
in den freiwerdenden Passagen der Wärmespeichermasse erhöht.
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Nachdem die Staubablagerungen ausgeblasen worden sind, werden die
Klappen umgestellt, so daß nun die zunächst durchströmten Passagen abgedeckt und
umgekehrt die ursprünglich abgedeckten Passagen geöffnet sind.
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Es versteht sich von selbst, daß die Anzahl der Klappen 16, ihre Schwenkrichtung
sowie der durch die Klappen abdeckbare Anteil der Querschnittsfläche dem Bedarf
angepaßt werden.