DE3637892A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von rauchgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Reinigung von Rauchgasen.

Rauchgase sind Abgase aus Verbrennungsvorgängen bei Feuerungen, die luftverunreinigende Substanzen enthal­ ten, deren Abscheidung angestrebt wird. Zur Befreiung verschmutzter Abgase von mitgeführten Staubteilchen dienen Entstauber, zu denen z.B. Fliehkraftentstauber, Elektrofilter, Stoffilter sowie Naßabscheider gehören. In Naßabscheidern werden die abzuscheidenden Teilchen durch in den Rauchgasweg gesprühte Netzmittel befeuch­ tet, um bessere Abscheidegrade zu erhalten. Maßgeblich für den Abscheidegrad sind dabei in erster Linie die Relativgeschwindigkeit zwischen Teilchen und Netzmit­ teltröpfchen. Für jede Größe der Staubteilchen gibt es eine optimale Tropfengröße. Sind die Tropfen zu groß, so wandern die kleinen Teilchen unabgeschieden durch den Entstauber hindurch. Die Staubteilchen müssen mit den Flüssigkeitströpfchen zusammentreffen und z.B. an ihrer Oberfläche haften bleiben bzw. in die Tropfen eindringen. Dadurch können sie dann mit diesen abge­ schieden werden. Der technische Aufwand für die Zu- und Abführung der Netzmittelflüssigkeit ist groß. Außerdem ist das Verfahren nur für Staubteilchen bis herab zu einer Korngröße von etwa 0,5 mm anwendbar, da kleinere Teilchen mit den Stromlinien an den Wassertröpfchen vorbeigeführt werden, so daß keine Benetzung mehr ein­ tritt. Der Anwendbarkeit der Naßabscheider wird außer­ dem durch die Korrosion eine Grenze gezogen. Durch die Bildung von Säuren zum Beispiel können in kürzester Zeit sämtliche Entstauberbauteile einschließlich der nachgeschalteten Gasführungen zerfressen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Rauchgasen zu schaffen, mit denen der Abscheidegrad erhöht und die Korrosionsgefahr gesenkt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die warmen Rauchgase durch eine Abkühlstrecke schickt und das durch Kondensation aus den Rauchgasen gewonnene Wasser abführt.

Dieses Verfahren funktioniert nach dem Prinzip der Un­ terschreitung des Rauchgastaupunktes mit dem Ergebnis, daß die in Rauchgasen enthaltene Feuchtigkeit durch Unterkühlung kondensiert und die verunreinigenden Schwebestoffe von dem Kondensat gebunden und mit diesem ausgeschieden werden. Es ergibt sich ein hoher Abschei­ degrad, weil der gesamte Feuchtigkeitsgehalt des Rauch­ gases als wirksame Auffangfläche für Staubteilchen be­ liebiger Größe aktiv ist. Man erhält Reingas, das in einfachen Öfen problemlos nachverbrennbar ist. Das er­ findungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur zur Ent­ staubung verschmutzter Abgase von Industrieanlagen, sondern es läßt sich auch für kleinere technische An­ lagen, z.B. Räucheranlagen, effektiv einsetzen.

Das Verfahren kann in vorteilhafter Weise mit einer Vorrichtung durchgeführt werden, die sich dadurch aus­ zeichnet, daß in einem Kanal zwischen einem Einlaß für Rauchgase und einem Gasauslaß eine Kältequelle angeord­ net ist und daß an einer von der Kältequelle entfernten Stelle des Kanals ein Kondensatablaß vorgesehen ist.

Der Kanal kann in einem Gehäuse ausgebildet und stehend oder liegend ausgerichtet sein. Warme, verunreinigte Rauchgase werden durch den Einlaß in den Kanal einge­ führt und gezwungen, an der Kältequelle entlangzuströ­ men. Dabei werden die Rauchgase abgekühlt, und es wird ein Großteil Wasser ausgeschieden, welches mechanische Verunreinigungen bindet und mit diesem durch den Kon­ densatablaß abgeführt wird. Aus dem Gasauslaß entweicht reines Gas.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Kältequelle mit Kältemittel be­ aufschlagte Rohre oder Plattenkörper auf. Das Kälte­ mittel verdampft bei Minustemperaturen, so daß die in den Rauchgasen enthaltene Feuchtigkeit kondensiert und mit den Rauchgasschwebestoffen aus der Vorrichtung ab­ gezogen werden kann. Je nach der anfallenden Kondensat­ menge kann der Flüssigkeitsauslaß kontinuierlich oder intermittierend erfolgen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, eine Bereifung der Rohre oder Plattenkörper schon vor Rauchgaseinleitung zu erzeugen, so daß die Rohre oder Plattenkörper niemals direkt mit Rauchgas in Berührung kommen, sondern nur der Reifpanzer. Dadurch wird gewährleistet, daß die Rohre oder Plattenkörper nicht verschmutzen und bei Abtauung des Systems nach Abschaltung der Anlage der gesamte Schmutz mit dem Tau­ wasser abläuft. Außerdem ergibt sich auf diese Weise ein Korrosionsschutz, weil die Rohre oder Plattenkörper nicht von Säure angegriffen werden, die sich aus dem H₂O des Rauchgases mit SO₃ bilden kann.

Bei Verwendung von Rohren ist es vorteilhaft, diese schraubenförmig gewickelt koaxial in den Kanal einzu­ bauen. Zur Verlängerung der Verweilzeit der Rauchgase in der Vorrichtung verläuft zweckmäßigerweise der Gas­ strömungsweg in dem Kanal gewunden. Zu diesem Zweck sind z.B. Leitplatten in dem Kanal mit axialem Abstand wechselseitig versetzt angeordnet.

Wenn anstatt der von Kältemittel durchströmten Rohre Plattenkörper in den Kanal eingebaut werden sollen, empfiehlt es sich, diese mit axialem Abstand wechsel­ seitig versetzt in dem Kanal quergerichtet anzuordnen, so daß sie selbst den gewundenen Strömungsweg für die Rauchgase definieren und zusätzliche Leitplatten ent­ fallen können. Auf diese Weise werden Kosten für den Einbau von Leitplatten und besondere Maßnahmen zu ihrer Reinigung von Schmutzablagerungen eingespart.

Zur Behandlung großer Rauchgaskapazitäten ist es gün­ stig, in dem Kanal gegen die Rohre oder Plattenkörper gerichtete Wassersprühdüsen anzuordnen. Die Wasser­ sprühdüsen ermöglichen es, vor Einleitung von Rauchga­ sen in den Kanal, die kalten Rohre oder Plattenkörper mit Wasser zu besprühen, um auf diesen einen Eispanzer zu bilden. Die Eisdicke wird je nach Kältebedarf vor Rauchgaseintritt erzeugt. Der Eispanzer bewirkt außer dem Schutzeffekt für die Rohre bzw. Plattenkörper gegen Rauchgase eine Energiespeicherung, weil der Eispanzer beim Abschmelzen die Gase abkühlt. Da die von der Kälte­ maschine zu erbringende Leistung nicht direkt und un­ mittelbar für die Rauchgasabkühlung aufgewendet werden muß, sondern gespeicherte Kälte benutzt wird, ergibt sich eine günstige Energieverteilung für den gesamten Reinigungsablauf. Der vorbereitete Eispanzer ermöglicht den Einsatz verhältnismäßig kleiner Kältemaschinen für große Rauchgaskapazitäten, weil er Kälte speichert, die an die vorbeiströmenden Rauchgase abgegeben wird, sie abkühlt und die Abscheidung von Kondensat mit Verunrei­ nigungsstoffen veranlaßt. Die Verdampfung kann während des Kondensationsvorganges weiterlaufen; jedoch ist dies nur eine unterstützende Maßnahme zur Ergänzung des Eispanzers. Der Reifpanzer wird sporadisch abgetaut und hinterläßt saubere Wärmetauscherflächen von langer Le­ bensdauer.

Falls eine Nachkondensation gewünscht wird, kann an den Gasauslaß des Kanals eine Nachkühlstrecke mit Direkt­ verdampfung angeschlossen sein, die im wesentlichen reines Gas entläßt.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Rauchgas- Reinigungsvorrichtung für kleinere Anlagen vor dem Zusammenbau und

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Rauchgas-Reini­ gungsvorrichtung für größere Anlagen.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 weist ein stehend angeord­ netes, im wesentlichen rechteckiges Blechgehäuse 10 auf, dessen Boden 11 sich nach unten verjüngt und in dem eine zentrale senkrechte Trennwand 12 aus Blech angeordnet ist, die mit einer waagerechten Oberwand 13 des Gehäuses 10 verbunden ist und zu dem Boden 11 mit Abstand endet. In der Oberwand 13 befinden sich eine Einlaßöffnung 14 und eine Auslaßöffnung 15, an die Rohrstutzen angeschlossen sind. Die Einlaßöffnung 14 ist außen an einen Rauchgaserzeuger, z.B. einen Räu­ cherofen, angeschlossen und steht innen mit einer Lei­ tung 17 eines Kanals 16 in Verbindung, dessen andere Leitung 18 an der Auslaßöffnung 15 endet, die als Gas­ austritt dient und an einen Gasverbrennungsofen ange­ schlossen sein kann. In den beiden Öffnungen 14 und 15 sind Elektroklappen 19, 20 zur Drosselung bzw. Absper­ rung des lichten Querschnittes der Rohrstutzen angeord­ net. Der Kanal 16 verläuft U-förmig und seine paralle­ len Leitungen 17, 18 werden durch die Seitenwände 21, 22 des Gehäuses 10 und die zentrale Trennwand 12 gebildet. Zur Verlängerung der Verweilzeit der Rauchgase in dem Kanal 16 ist der Strömungsweg gewunden. Zu diesem Zweck sind an den Seitenwänden 21, 22 und der Trennwand 12 waagerechte Leitplatten 23 bzw. 24 mit axialem Abstand wechselseitig versetzt befestigt.

Hauptbestandteil der Vorrichtung ist ein Rohrkörper 40 aus schraubenförmig gewickelten Rohren, vorzugsweise aus Kupfer, mit zwei parallelen zylindrischen Strängen 30, 31, deren untere Enden über ein waagerechtes Rohr­ teil 32 miteinander verbunden sind und deren obere En­ den in zwei geraden Rohrabschnitten 33, 34 auslaufen. Der Rohrkörper 40 wird in den Kanal 16 so eingebaut, daß die Rohrabschnitte 33, 34 durch Öffnungen 45 in der Oberwand 13 des Gehäuses 10 hindurch nach außen ragen und die beiden Stränge 30, 31 in der Leitung 17 bzw. 18 im wesentlichen koaxial verlaufen. Die Leitplatten 23, 24 liegen zwischen den Windungen der Stränge 30, 31, und der waagerechte Rohrteil 32 durchquert den trapezförmi­ gen Bodenraum des Gehäuses 10. Der Rohrkörper 40 ist Teil einer Kältemaschine, und er wird von Kältemittel durchströmt, das in den Rohrabschnitt 33 einströmt und aus dem Rohrabschnitt 34 ausströmt, in den ein elektro­ magnetisches Ventil 35 eingesetzt ist. Der trapezförmi­ ge Boden 11 des Gehäuses ist an seiner tiefsten Stelle mit einem Kondensatablaß 41 ausgestattet, der ein Ab­ sperrventil 42 aufweist, und an einer Schrägwand des Bodens 11 ist in ihrem oberen Bereich eine Auslaßlei­ tung 43 vorgesehen, deren Durchmesser größer ist als derjenige des Kondensatablasses 41. Auch die Auslaß­ leitung 43 ist mit einem Absperrventil 44 ausgestattet. Nach Einbau des Rohrkörpers 40 in das Gehäuse 10 wird eine Frontplatte 36 aus Blech auf die Gehäuseöffnung aufgeschweißt, und es wird das gesamte Gehäuse ringsum mit einer Isolierung, z.B. von 20 mm Stärke, umgeben.

Zur Inbetriebnahme der Vorrichtung wird der Rohrkörper 40 zunächst durch das mit Minustemperaturen verdampfen­ de Kältemittel bereift, so daß der Rohrkörper 40 einen schützenden Reifpanzer erhält. Sodann werden warme, verunreinigte Rauchgase durch die Einlaßöffnung 14 in den Kanal 16 eingeleitet. Die Rauchgase strömen auf dem durch Pfeile angezeigten Weg an dem Rohrkörper 40 ent­ lang durch die Leitung 17 abwärts und durch die Leitung 18 aufwärts in Richtung der Auslaßöffnung 15. Auf die­ sem Wege werden die Rauchgase abgekühlt und es wird durch Kondensation ein großer Anteil Wasser ausgeschie­ den, der die mechanischen Verunreinigungen bindet. Das verschmutzte Kondensat wird durch den Kondensatablaß 41 kontinuierlich oder sporadisch aus dem Gehäuse 10 abge­ zogen. Das aus der Auslaßöffnung 15 austretende gerei­ nigte Gas kann nachbehandelt, z.B. verbrannt, werden. Nach Abschaltung des Rauchgaserzeugers wird die Reini­ gungsvorrichtung stillgesetzt und die bereiften Vor­ richtungsteile werden abgetaut. Dabei werden auch die in festgefrorenen Feuchtigkeitsanteilen der Rauchgase enthaltenen Schwebestoffe in Flüssigkeit suspendiert aus der Vorrichtung geleitet. Zur Abführung großer Flüssigkeitsmengen beim Abtauen der Vorrichtung dient die Auslaßleitung 43. Die Vorbereifung des Rohrkörpers 40 vor Einlaß der Rauchgase hat zur Folge, daß die Roh­ re nicht verschmutzen und bei Abtauung des Systems der gesamte Schmutz mit dem Tauwasser abläuft. Die Vorrich­ tung zeichnet sich infolgedessen sowohl durch hohen Abscheidegrad als auch durch Korrosionsschutz ihrer Bauteile aus.

Die erwähnten Vorteile treffen auch auf die in Fig. 2 gezeigte leistungsstärkere Vorrichtung zu. Bei dieser Vorrichtung ist eine liegende trommel- oder kastenför­ mige Gehäusekonstruktion 50 mit einem Einlaß 51 für Rauchgase und einem Auslaß 52 für Reingase vorgesehen. Anstatt eines Rohrkörpers und gesonderter Leitplatten sind mehrere hohle Plattenkörper 53 bzw. 54 in dem Ka­ nal 55 des Gehäuses 50 mit axialem Abstand wechselsei­ tig versetzt, quergerichtet so angeordnet, daß sich der durch Pfeile angedeutete gewundene Weg für Rauchgase ergibt. Die Plattenkörper 53, 54 sind mit Kältemittel direkt beaufschlagt. Dies wird durch Rohreinsätze 60 bzw. 61 angedeutet, die in die Hohlräume der Platten­ körper 53 bzw. 54 hineinragen und an Zu-/Abführungen 62, 63 für Kältemittel angeschlossen sind. Der Auslaß 52 ist an einem Gehäusestutzen 56 vorgesehen, der als Nachkühlstrecke dient und zu diesem Zweck mit einer kältemitteldurchströmten Zylinderrohrschlange 57 verse­ hen ist, die einen Kältemitteleinlaß 58 und einen Käl­ temittelauslaß 59 aufweist.

Zur Vergrößerung der Kapazität dieser Vorrichtung im Vergleich zu der Vorrichtung nach Fig. 1 werden die kalten Plattenkörper 53, 54 vor Einlaß der warmen Rauch­ gase durch mindestens eine Reihe von Wassersprühdüsen 64 mit Wasser besprüht, so daß die Plattenkörper 53, 54 mit einem Eispanzer umgeben werden. Eine Wasserleitung 66 mit einem Absperrventil 67 versorgt die Wassersprüh­ düsen 64 mit Wasser. Die Eisdicke richtet sich nach dem Kältebedarf, d.h. nach der Menge zu reinigender Rauch­ gase. Die Eispanzer bewirken neben einem Schutz der Plattenkörper 53, 54 gegen Verschmutzung durch Rauchgase eine Energiespeicherung, weil sie beim Abschmelzen die Rauchgase abkühlen und während des Reinigungsvorganges keine direkte Energie der Kältemaschine für die Rauch­ gasabkühlung aufgewendet werden muß. Der Speichereffekt der Eispanzer ermöglicht die Reinigung großer Rauchgas­ kapazitäten mit einer vergleichsweise kleinen Kältema­ schine und entsprechend geringem Energieaufwand. In der Nachkühlstrecke des Gehäusestutzen 56 erfolgt eine Nachabscheidung der fast gereinigten Rauchgase, so daß in einem nachgeschalteten Ofen praktisch reine Gase verbrannt werden. Durch einen Kondensatablaß 65 mit Absperrventil im Bodenbereich des Gehäuses 50 wird kon­ tinuierlich oder sporadisch verunreinigtes Kondensat abgezogen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Reinigung von Rauchgasen, dadurch gekennzeichnet, daß man die warmen Rauchgase durch eine Abkühl­ strecke schickt und das durch Kondensation aus den Rauchgasen gewonnene Wasser abführt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kanal (16; 55) zwischen einem Einlaß (14; 51) für Rauchgase und einem Gasauslaß (15; 52) eine Kältequelle angeordnet ist und daß an einer von der Kältequelle entfernten Stelle des Kanals (16; 55) ein Kondensatablaß (41; 65) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kältequelle mit Kältemittel beauf­ schlagte Rohre (30, 31) oder Plattenkörper (53, 54) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gasströmungsweg in dem Kanal (16; 55) gewunden verläuft.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (30, 31) schrauben­ förmig gewickelt und koaxial in den Kanal (16) eingebaut sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Plattenkörper (53, 54) mit axialem Abstand wechselseitig versetzt in dem Kanal (55) quergerichtet angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem Kanal (55) gegen die Rohre (30, 31) oder Plattenkörper (53, 54) ge­ richtete Wassersprühdüsen (64) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Kanal (55) eine Nachkühlstrecke (57) nachgeschaltet ist.