DE3910716A1

DE3910716A1 - Reaktor zum entfernen von gasfoermigen schadstoffen und staeuben

Info

Publication number: DE3910716A1
Application number: DE19893910716
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Reichelt
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1989-04-03
Filing date: 1989-04-03
Publication date: 1990-10-04
Also published as: DD301730A9; NL9000740A; CS158390A2; PL284601A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zum Entfernen von gas förmigen Schadstoffen und Staub aus Rauch- bzw. Abgasen mit einem Wirbelschichtreaktor, einer unterhalb der ein Sorbens enthaltenden Wirbelschicht mündenden Rauchgas zuführung und einem der Wirbelschicht nachgeschalteten Ab scheider.

Die simultane Trockenabscheidung von festen und gasförmi gen Stoffen aus Rauchgasen ist bekannt. Dafür werden auch Wirbelschichtreaktoren eingesetzt, deren Wirbelschicht ein oder mehrere Sorbentien, z.B. Kalk oder Kalkprodukte, ent hält. Die Sorbentien reagieren mit den vom Rauchgas mitge führten gasförmigen Schadstoffen, wie z.B. Schwefel, Fluor, Chlor und dergleichen. Die vom Rauchgas aus der Wir belschicht mitgenommenen, stückigen oder staubförmigen Reaktionsprodukte werden anschließend abgeschieden.

Bei der Trockenabscheidung bzw. Trockensorption kann auf eine weitgehende Abkühlung bzw. Vorkühlung der Rauchgase insbesondere dann verzichtet werden, wenn der der Wirbel schicht nachgeschlatete Abscheider Filterelemente auf weist, die aus keramischen Fasern und/oder perforierten Me tallfolien aufgebaut sind. Bekannte Vorrichtungen der ein gangs beschriebenen Gattung erfordern allerdings einen ver hältnismäßig großen Raumbedarf.

Außerdem gelingt es nicht immer oder nur mit zusätzlichem Aufwand, die Reaktionsfähigkeit der Sorbentien vollständig auszunutzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Reaktor der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, die sich durch kompakten Aufbau und gute Ausnutzung der Sorbentien auszeichnet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Wirbelschicht im unteren Teil des Reaktors angeordnet ist, daß der Ab scheider im oberen Abschnitt des Reaktors angeordnet ist und daß der Reaktorquerschnitt vom Wirbelbettreaktor zum Abscheider hin erweitert ist. Erfindungsgemäß ist damit der Abscheider integraler Bestandteil des Wirbelschich treaktors, wobei der vom Wirbelbett zum Reaktorabscheider hin sich erweiternde Raum die Fortsetzung der Reaktionen der Sorbentien aus der Wirbelschicht und den Schadstoffen der Rauchgase ermöglicht, jedoch bei abnehmender Strömungsgeschwindigkeit. Die Reaktionen werden noch da durch verbessert bzw. unterstützt, daß in dem sich erwei ternden Raum durch Wirbelbildung gleichzeitig auch eine in tensive Durchmischung stattfindet.

Im einzelnen kann die Erfindung wie folgt vorteilhaft aus gestaltet sein.

Dadurch, daß der Wirbelschichtreaktor in seinem Quer schnitt rund ist, bildet sich ein gleichförmiges, für die Wirbelschicht günstiges Strömungsprofil aus.

Eine gute Anpassung an ungleichmäßige Volumenrauchgas ströme des Wirbelbetts kann dadurch erreicht werden, daß der Wirbelschichtreaktor nach oben konisch erweitert ist. Man kann den Wirbelschichtreaktor auch zylindrisch ausfüh ren.

Die Erweiterung des Reaktors vom Wirbelschichtreaktor zum Abscheider hin sollte aus Gründen günstiger Strömungsbe dingungen stetig ausgeführt sein, insbesondere konisch.

Das im Wirbelschichtreaktor und im erweiterten Teil des Reaktors weitgehend von Schadstoffen gereinigte Rauchgas passiert dann den Abscheider, der vorzugsweise in einem Reaktorabschnitt mit konstanten Querschnitten unterge bracht ist. Dort werden die vom Rauchgas mitgeführten Reak tionsprodukte abgeschieden.

Nach bevorzugter Ausführung der Erfindung soll der Abschei der Filterschläuche aufweisen, die hängend an einem Filter boden angeordnet sind, wobei sich über dem Filterboden ein Reingasraum befindet, der mit den Innenräumen der Filter schläuche in Verbindung steht. Dann werden die vom Rauch gas mitgeführten Reaktionsprodukte und Stäube an den Außen seiten der Filterschläuche abgeschieden.

Sie bilden dort einen Filterkuchen, der aufgrund der darin eingebetteten noch teilweise aktiven Sorbentien über eine Restaktivität verfügt. Beim Durchströmen der Rauchgase durch Filterkuchen und Filterschläuche erfolgt so eine wei tere Reduzierung der Schadstoffkonzentration und eine Erhö hung des Gesamtabscheidewirkungsgrades.

Damit der Filterkuchen nicht unbegrenzt anwächst, ist eine Einrichtung zur gruppenweisen Abreinigung der Filterschläu che vorgesehen, die jeweils nur einen Teil der vorhandenen Filterschläuche im on-line-Betrieb abreinigt. Es kann sich dabei um eine Einrichtung handeln, die mit Druckluftimpul sen arbeitet. Der von den Filterschläuchen abgelöste Fil terkuchen fällt dann wieder zurück in die Wirbelschicht. Restaktive Sorbentien, Reaktionsprodukte und abgeschiedene Stäube gelangen auf diese Weise wieder zurück in den Wir belschichtkreislauf, und die Aktivität der Sorbentien kann bis zur völligen Erschöpfung genutzt werden.

Dadurch, daß der Reaktorabschnitt für den Abscheider im Querschnitt rechteckig ist, liegt die Grundflächenaus nutzung in bezug auf die Schlauchfilter optimal. Außerdem lassen sich mehrere Reaktoren raumsparend in Modulbauweise zusammenfassen.

Eine runde Ausführung des Querschnitts des Reaktorab schnitts für den Abscheider ist vorwiegend für kleine Reak torgrößen aufgrund der einfachen Bauart zweckmäßig und auch bei höheren Rauchgasdrücken ohne wesentliche Abstei fungsmaßnahmen widerstandsfähig.

Um die Belastung der Wirbelschicht und des nachge schalteten Abscheiders mit von den Rauchgasen mitgeführten Feststoffen oder Stäuben zu reduzieren, kann die Rauchgas zuführung in einen Grobabscheider zwischen einem Wirbelbo den und einem Staubaustrag münden. Auch dieser Grobabschei der ist integraler Bestandteil des Wirbelbettreaktors, er besteht aus einem entsprechend ausgebildeten Raum unter halb des Wirbelbettes. Zusätzlich kann die Rauchgaszufüh rung eine Einrichtung zum Kühlen und/oder Konditinieren des Rauchgases aufweisen, um z.B. bestimmte Feuchtigkeits gehalte im Rauchgas einzustellen.

Besonders günstige Ergebnisse werden erreicht, wenn die Wirbelschicht ein Gemisch aus einem feinkörnigen Sorbensma terial und einem grobkörnigen, festen Material enthält. Die groben, festen Körner der Wirbelschicht bewirken einen permanenten Abrieb der inaktiv gewordenen Oberflächen der Sorbenskörner, so daß immer eine für die Reaktion mit den Schadstoffen erforderliche große, aktive Sorbensoberfläche geschaffen wird.

Bin kontinuierlicher Betrieb kann dadurch durchgeführt werden, daß der Reaktor eine kontinuierlich dosierende Feststoffzuführungsvorrichtung und ein in die Wirbel schicht von unten ragendes Überlaufrohr mit Luftabschlußor gan aufweist. Die Zuführungsvorrichtung kann dabei pneuma tisch oder auch mechanisch arbeiten. Die Dosierung kann vorteilhaft nach dem Reinheitsgrad des aus dem Reaktor aus tretenden Gases geregelt werden.

Die Höhe des Wirbelbetts und damit die Aufenthaltsdauer des Sorbensmaterials können dadurch gesteuert werden, daß der obere Rand des Überlaufrohres in seiner Höhe verstell bar ausgeführt ist.

Eine Wasserzuführungsvorrichtung in das Wirbelbett ermög licht die Einstellung optimaler Feuchtigkeitswerte im Wir belbett ohne die Gefahr des Zusetzens der Öffnungen im Wir belboden.

Die dosierte Zugabe des Wassers wird durch ein regelbares Ventil in der Wasserzuführungsvorrichtung ermöglicht.

Bei einem besonders vorteilhaften Verfahren zur Rauch gasreinigung, bei dem das Rauchgas in einer Wirbelschicht mit Sorbentien von gasförmigen Schadstoffen und dann in einem Abscheider von Staub gereinigt wird und dann als Reingas abgeführt wird, werden die Sorbentien durch Zugabe von Wasser in die Wirbelschicht in solcher Menge, daß der Taupunkt des Wassers im abgeführten Reingas nicht erreicht wird, angefeuchtet. Die sich auf der Oberfläche der einzel nen Körner der Sorbentien anlagernde dünne Wasserschicht fördert die Reaktionsfähigkeit. Dadurch, daß die Anfeuch tung nur so groß ist, daß der Taupunkt im abgeführten Rein gas nicht erreicht wird, werden Schwierigkeiten durch Zu setzen des Abscheiders durch ein Wasser/Staub-Gemisch und eine zu starke Anfeuchtung des Wirbelbetts vermieden. Da durch, daß andererseits der Taupunkt nur in der Wirbelschicht in unmittelbarer Nähe der Sorbentien er reicht wird, wird die maximal ohne Betriebsstörungen mög liche, die Reaktionsgeschwindigkeit fördernde Anfeuchtung der Sorbentien erreicht.

Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Aus führungsbeispiel der Erfindung erläutert; die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Reaktor zum Entfernen von gasförmigen Schadstoffen und Staub aus Rauch- bzw. Abgasen.

Der in der Zeichnung dargestellte Reaktor besitzt ein Ge häuse 1 mit im wesentlichen kreisförmigen Gehäusequer schnitten. Im Gehäuse 1 befindet sich oberhalb eines durch lässigen Wirbelbodens 2 in einem nach oben leicht konisch erweiterten Wirbelschichtreaktor 3 die Wirbelschicht 4. An den Wirbelschichtreaktor 3 schließt sich ein konisch erwei terter Abschnitt 5 an, der an seinem oberen Ende in einen wiederum zylindrischen Abschnitt 6 übergeht, in dem ein Ab scheider 7 untergebracht ist.

Eine Rauchgaszuführung 8 mündet unterhalb des Wirbelbodens 2 in einen als Grobabscheider 9 ausgebildeten Abschnitt des Gehäuses 1, und an diesen Grobabscheider 9 schließt sich unten ein Fangtrichter 10 an, der zu einem mit einer Zellenradschleuse oder dergleichen abgesicherten Staubaus trag 11 gehört. Der Staubaustrag 11 kann eine Schnecke oder einen Trogkettenförderer aufweisen.

Die Wirbelschicht 4 enthält ein Gemisch aus Sand und einem feinkörnigen Sorbens auf Kalzium-Basis, vorzugsweise Kalk hydrat. Die vom Rauchgas mitgeführten Schadstoffe werden in der Wirbelschicht 4 und in dem in Strömungsrichtung an schließenden konischen Abschnitt 3 und 5 in intensiven Kon takt mit den Oberflächen der Sorbentien gebracht und durch chemische Reaktionen an diese Sorbentien gebunden. Die Sandkörner der Wirbelschicht 4 bewirken einen permanenten Abrieb der inaktiv gewordenen Kornoberflächen der Sorben tien, so daß immer eine große Reaktionsoberfläche vorhan den ist.

Die Rauchgase mit den staubförmigen Reaktionsprodukten, weiteren Staubteilchen, die im Grobabscheider nicht abge schieden worden sind sowie mit Schadstoffresten gelangen dann in den Bereich des Abscheiders 7, zu dem Filterschläu che 12 gehören, die hängend an einem Filterboden 13 ange ordnet sind. Die Innenräume der Filterschläuche 12 stehen in Verbindung mit einem oberhalb des Filterbodens 13 ange ordneten Reingasraum 14 mit Reingasauslaß 15. Beim Durch tritt der Gase durch die Filterschläuche 12 scheiden sich die mitgeführten Staubteile an den Außenseiten der Filter schläuche 12 ab und bilden dort einen Filterkuchen. Die Filterkuchen verfügen aufgrund der darin eingebetteten und noch teilweise aktiven Sorbenspartikel noch über eine Re staktivität, die zu einer weiteren Verringerung der Schad stoffkonzentration im Gas führt.

Im Reingasraum 14 ist oberhalb des Filterbodens 13 eine Einrichtung 16 zur gruppenweisen Abreinigung der Filter schläuche 12 vorgesehen. Diese Einrichtung 16 ist nur sche matisch dargestellt. Sie arbeitet bei der dargestellten Ausführung mit Druckluftimpulsen, die im on-line-Betrieb jeweils Gruppen oder Reihen von Filterschläuchen 12 beauf schlagen, so daß sich die dort gebildeten Filterkuchen ab lösen und in die Wirbelschicht 4 zurückfallen. Damit gelan gen restaktive Sorbentien, Reaktionsprodukte und abgeschie dene Stäube wieder zurück in den Wirbelschichtkreislauf.

Die kontinuierliche, dosierte Zuführung der Sorbentien in die Wirbelschicht 4 wird durch eine Förderschnecke 17 und Antrieb 18 ermöglicht und die Abfuhr durch ein höhenver stellbares Überlaufrohr 19, das mit einer Zellenradschleu se 20 gegen die Umgebung abgeschlossen ist. Eine Wasserzu führungsvorrichtung 21, die als ein in den oberen Teil des Wirbelschichtreaktors 3 eingeführte, kegelförmige Düse aus geführt ist und ein regelbares Ventil 22 aufweist, ermög licht eine geregelte Wasserzugabe in die Wirbelschicht, wobei die Tropfengröße im Regelbereich annähernd konstant bleibt.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Wirbelboden
3 Wirbelschichtreaktor
4 Wirbelschicht
5 konischer Abschnitt
6 zylindrischer Abschnitt
7 Abscheider
8 Rauchgaszuführung
9 Grobabscheider
10 Fangtrichter
11 Staubaustrag
12 Filterschläuche
13 Filterboden
14 Reingasraum
15 Reingasauslaß
16 Einrichtung zum Abreinigen
17 Förderschnecke
18 Antrieb
19 Überlaufrohr
20 Zellenradschleuse
21 Wasserzuführungsvorrichtung
22 regelbares Ventil

Claims

1. Reaktor zum Entfernen von gasförmigen Schadstoffen und Staub aus Rauch- bzw. Abgasen mit einem Wirbelschich treaktor, einer unterhalb der ein Sorbens enthaltenden Wirbelschicht mündenden Rauchgaszuführung und einem der Wirbelschicht nachgeschalteten Abscheider, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht (4) im unteren Teil des Reaktors angeordnet ist, daß der Abscheider (7) im oberen Abschnitt (6) des Reaktors angeordnet ist und daß der Reaktorquerschnitt vom Wirbelschich treaktor (3) zum Abscheider (7) hin erweitert ist.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtreaktor (3) im Querschnitt rund ist.

3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtreaktor (3) nach oben konisch erwei tert ist.

4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Reaktorquerschnitt sich in Rich tung auf den Abscheider (7) stetig erweitert.

5. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorquerschnitt sich in Richtung auf den Ab scheider (7) konisch erweitert.

6. Reaktor nach einem der obigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Abscheider (7) in einem Reakto rabschnitt (6) mit konstantem Querschnitt unterge bracht ist.

7. Reaktor nach einem der obigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Abscheider (7) Filterschläuche (12) aufweist, die hängend an einem Filterboden (13) angeordnet sind, und daß sich über dem Filterboden (13) ein Reingasraum (14) befindet, der mit den Innen räumen der Filterschläuche (12) in Verbindung steht.

8. Reaktor nach einem der obigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Einrichtung (16) zur gruppenwei sen Abreinigung der Filterschläuche (12) vorgesehen ist.

9. Reaktor nach einem der obigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Reaktorabschnitt für den Abschei der (7) im Querschnitt rechteckig ist.

10. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß der Reaktorabschnitt für den Abschei der (7) im Querschnitt rund ist.

11. Reaktor nach einem der obigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Rauchgaszuführung (8) in einem Grobabscheider (9) zwischen einem Wirbelboden (2) und einem Staubaustrag (11) mündet.

12. Reaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgaszuführung (8) eine Einrichtung zum Kühlen und/oder Konditionieren des Rauchgases aufweist.

13. Reaktor nach einem der obigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Wirbelschicht (4) ein Gemisch aus feinkörnigem Sorbensmaterial und einem grobkörni gen, festen Material enthält.

14. Reaktor nach einem der obigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Wirbelschichtreaktor (3) eine kontinuierlich dosierende Feststoffzufüh rungsvorrichtung (17, 18) und ein in die Wirbelschicht (4) von unten ragendes Überlaufrohr (19) mit einem Luftabschlußorgan (20) aufweist.

15. Reaktor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlaufrohr (19) hinsichtlich der Höhe seines oberen Randes verstellbar ausgeführt ist.

16. Reaktor nach einem der obigen Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Wirbelschichtreaktor (3) eine Wasserzuführungsvorrichtung (21) für das Wirbelbett (4) aufweist.

17. Reaktor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzuführungsvorrichtung (21) ein regelbares Ventil (22) aufweist.

18. Verfahren zur Rauchgasreinigung, bei dem das Rauchgas in einer Wirbelschicht mit Sorbentien von gasförmigen Schadstoffen und dann in einem Abscheider von Staub gereinigt wird und dann als Reingas abgeführt wird, da durch gekennzeichnet, daß die Sorbentien durch Zugabe von Wasser in die Wirbelschicht in solcher Menge, daß der Taupunkt des Wassers im abgeführten Reingas nicht erreicht wird, angefeuchtet werden.