DE4113108C2

DE4113108C2 - Verfahren zur Abscheidung von Teilchen aus einem staubhaltigen und/oder aerosolhaltigen Rohgas

Info

Publication number: DE4113108C2
Application number: DE4113108A
Authority: DE
Inventors: Gregor Dipl Ing Klinke; Andreas Dr Koch
Original assignee: GEA Wiegand GmbH
Current assignee: GEA Wiegand GmbH
Priority date: 1990-08-29
Filing date: 1991-04-22
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2011-04-23
Also published as: DE4113108A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung von Teil chen aus einem staubhaltigen und/oder aerosolhaltigen Rohgas nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Verfahren dieser Art ist nach der EP 0 177 998 A1 bekannt. In dieser EP sind Drücke von 2 bar und 12 bar zur Speisung der Düse angegeben.

Es ist bekannt, Stäube und Aerosole mit einem Venturi wäscher abzuscheiden. In einem Venturiwäscher wird das schad stoffhaltige Gas auf hohe Strömungsgeschwindigkeiten beschleu nigt und mit Flüssigkeit in Kontakt gebracht. Infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeiten wird die Flüssigkeit dispergiert, und die Stäube und Aerosole werden von der Flüssigkeit absorbiert. Nachteilig an Venturiwäschern ist der hohe Energiebedarf: Bei der Beschleunigung tritt ein hoher Druckverlust auf, der durch Ventilatoren mit großem Energiebedarf kompensiert werden muß. Zudem können Stäube und Aerosole, die kleiner als 0,1 µm sind, kaum abgeschieden werden.

Es ist auch bekannt, Stäube und Aerosole auf Flüssigkeitströpf chen abzuscheiden, die mit einer Zweistoffdüse erzeugt werden. Bei diesem Verfahren werden mit einer Zweistoffdüse Wasser und Luft oder Wasser und Dampf in das schadstoffhaltige Gas eingedüst. Auch hier werden die Stäube und Aerosole von der Flüssigkeit absorbiert. Auch bei diesem Verfahren muß relativ viel Energie aufgewendet werden, um die Luft zu komprimieren oder den Dampf zu erzeugen, der mit dem Wasser in das schadstoffhaltige Gas eingedüst wird.

Es ist bekannt, Stäube und Aerosole auf Flüssigkeitströpfchen abzuscheiden, die mit Hilfe einer rotierenden Scheibe oder Trommel erzeugt werden. Hier ist nachteilig der komplizierte apparative Aufwand, der hohe Energiebedarf und daß Stäube und Aerosole kleiner als 0,1 µm nicht abgeschieden werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, mit dem Stäube und Aerosole mit niedrigem Energieaufwand und niedrigem apparativen Aufwand abgeschieden werden können, auch wenn ihre Teilchendurchmesser kleiner als 5 µm sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.

Besonders geeignete Bemessungsangaben über die mit der Hoch druckeinstoffdüse einzudüsende Flüssigkeit sind in den An sprüchen 2 bis 4 enthalten.

Besonders geeignete Bemessungsangaben über den ersten kanal artigen Abschnitt sind in den Ansprüchen 5 und 6 angegeben.

Eine wesentliche Erhöhung des Abschneidewirkungsgrads erhält man durch die Ausbildung nach Anspruch 7, insbesondere bei den Bemessungen und Ausbildungen, die in den Ansprüchen 8 und 9 angegeben sind.

Ist das Rohgas stark überhitzt, so ist eine Ausbildung gemäß Anspruch 10 vorteilhaft, insbesondere in einer Ausführungs form gemäß Anspruch 11.

Besonders geringe Druckverluste erhält man durch die Aus bildungen nach Anspruch 12 und 13.

Um aus dem zweiten kanalartigen Abschnitt noch austretende Tropfen der Flüssigkeit zu entfernen, ist bevorzugt eine Aus bildung nach Anspruch 14, insbesondere eine der Ausführungsformen nach Anspruch 15, vorgesehen.

Die Erfindung wird im folgenden an zwei Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Anlage zur Durchführung des Verfahrens;

Fig. 2 zeigt schematisch eine zweite Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Die Anlage nach Fig. 1 weist einen ersten kanalartigen Ab schnitt 2 auf, dem in Richtung des Pfeils A Rohgas zugeführt wird. In den ersten kanalartigen Abschnitt 2 wird im wesent lichen in Strömungsrichtung des Rohgases Flüssigkeit mittels einer Hochdruckeinstoffdüse 4 eingedüst. In einem dem ersten kanalartigen Abschnitt 2 nachgeschalteten zweiten kanal artigen Abschnitt 6 werden Staub und Aerosole aus dem Rohgas durch Trägheitsabscheidung absorbiert.

Die Speisung der Hochdruckeinstoffdüse 4 erfolgt mit einem Druck von 15 bis 100 bar, vorzugsweise 25 bis 35 bar, durch eine Pumpe 7 über eine Leitung 8. Der Pumpe 7 wird die Flüssigkeit über eine Leitung 10 zugeführt. Bei der Flüssig keit handelt es sich in der Regel um Wasser.

Im ersten kanalartigen Abschnitt 2 beträgt das Verhältnis des Volumenstroms der eingedüsten Flüssigkeit zum Volumenstrom des Rohgases 0,03 bis 0,15 lm^-3, vorzugsweise 0,06 bis 0,09 lm^-3. Die Menge der eingedüsten Flüssigkeit ist wenigstens annähernd gleich der Summe aus der aus dem Rohgas verdunsteten Flüssigkeit und der aus einem Sumpf 12 abzuschlämmenden Flüssigkeit.

Der Sumpf 12 befindet sich unterhalb des ersten kanalartigen Abschnitts 2. Aus dem Sumpf wird über eine Leitung 14 verschmutzte Flüssigkeit abgeführt, die einen Pegel 16 überschreitet.

In den ersten kanalartigen Abschnitt 2 tritt das Rohgas durch einen Strömungsgleichrichter/Turbulenzerzeuger 18 ein, der dem Rohgas eine über den Querschnitt des ersten kanalartigen Ab schnitts 2 im wesentlichen gleichmäßig verteilte Strömung mit im wesentlichen gleicher Turbulenz erteilt. Die aus der Hoch druckeinstoffdüse 4 eingedüste Flüssigkeit steht unter einem solchen Druck, daß sich die Turbulenzballen des Rohgases auf dem Weg durch den ersten kanalartigen Abschnitt 2 verkleinern und die Turbulenzenergie des Rohgases im wesentlichen in die Enthalpie des Rohgases umgewandelt wird, so daß das Rohgas den Turbulenzballen im wesentlichen noch folgt, die mit der Hochdruckeinstoffdüse 4 eingedüsten Flüssigkeitströpfchen jedoch infolge ihrer Trägheit den Turbulenzballen nicht mehr folgen.

Der Strömungsgleichrichter/Turbulenzerzeuger 18 ist nach Art eines Lamellenabscheiders ausgebildet, dessen Lamellenabstand der anfänglichen Größe der Turbulenzballen entspricht. Die Tur bulenzballen erhalten von dem Strömungsgleichrichter/Turbulenz erzeuger 18 einen charakteristischen Durchmesser kleiner als 0,1 bis 0,05 , wobei eine charakteristische Querabmessung des Strömungsquerschnitts des ersten kanalartigen Abschnitts 2 ist, die bei kreisförmigem Strömungsquerschnitt dem Durchmesser der Kreisform entspricht.

Bevor das Rohgas in den ersten kanalartigen Abschnitt 2 durch den Strömungsgleichrichter/Turbulenzerzeuger 18 gelangt, wird es in einem dritten kanalartigen Abschnitt 20 mit Flüssigkeits dampf wenigstens nahezu gesättigt. Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Sättigung mittels eines Strahlwäschers 22, dem Flüssigkeit aus dem Sumpf 12 über eine Leitung 24, eine Pumpe 26 und eine Leitung 28 zugeführt wird.

Zum Absorbieren von Staub und Aerosolen aus dem Rohgas enthält der zweite kanalartige Abschnitt 6 eingangs einen gefluteten Demister 30 auf einem Boden 38 und ausgangs einen Lamellenabscheider 32. Der Demister 30 liegt dabei koaxial oberhalb des Abschnitts 2 in Flucht zu der Düse 4. Die durch den Gasstrom aus der Düse 4 mitgerissene Flüs sigkeit tritt nahezu vollständig durch den Demister hin durch, sammelt sich auf dem Boden 38 und wird über eine Leitung 34 in den Sumpf 12 abgeführt. Obwohl nahezu die gesamte mitgerissene Flüssigkeit durch den Demister 30 hindurchtritt, ist der Druckverlust zwischen den Abschnit ten 4 und 6 gering.

Das Rohgas wird dem dritten kanalartigen Abschnitt 20 in Höhe des Strahlwäschers 22 von der Seite aus durch einen Anschlußstutzen 36 zugeführt. Das gereinigte Rohgas tritt als Reingas stromabwärts des Lamellenabscheiders 32 durch eine Leitung 40 aus.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind in Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 1 schon erläuterte Elemente mit einer um 100 erhöhten Bezugsziffer versehen und werden daher nicht noch einmal im einzelnen beschrieben.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 befindet sich zwischen dem dritten kanalartigen Abschnitt 120 und dem ersten kanalartigen Abschnitt 102 ein Flüssigkeitsabscheider 160, in dessen Boden sich der Sumpf 112 befindet. Aus dem Flüssigkeitsabscheider 160 gelangt das mit Flüssigkeit gesättigte Rohgas über eine Leitung 162 durch den Strömungsgleichrichter/Turbulenzerzeuger 118 in den ersten kanalartigen Abschnitt 102. In diesem Fall ist der zweite kanalartige Abschnitt 106 von Einbauten frei. Die mittlere Verweilzeit des Rohgases in dem ersten kanalartigen Abschnitt 102 beträgt 0,5 bis 5 s, bevorzugt 2 bis 4 s. Die mittlere Strömungsgeschwindigkeit im ersten kanalartigen Ab schnitt 102 beträgt 1 bis 10 m/s.

Dem zweiten kanalartigen Abschnitt 106 ist ein Strahlwäscher 164 mit einem Flüssigkeitsabscheider 166 nachgeschaltet. Der Strahlwäscher 164 wird mit Flüssigkeit aus einem Sumpf 168 des Flüssigkeitsabscheiders 166 über eine Leitung 170, eine Pumpe 172 und eine Leitung 174 gespeist.

Aus dem Sumpf 168 gelangt einen Pegel 176 übersteigende Flüssigkeit durch eine Leitung 178 in den Sumpf 112.

Claims

1. Verfahren zur Abscheidung von Teilchen mit einem Durch messer kleiner als 5 µm aus einem staubhaltigen und/oder aerosolhaltigen Rohgas, bei dem das Rohgas einem ersten kanalartigen Abschnitt (2; 102) zugeführt wird, in den im wesentlichen in Strömungsrichtung des Rohgases Flüssigkeit mittels einer Düse (4; 104) eingedüst wird und bei dem in einem dem ersten kanalartigen Abschnitt (2; 102) nachge schalteten zweiten kanalartigen Abschnitt (6; 106) Staub und Aerosole aus dem Rohgas durch Trägheitsabscheidung ab sorbiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (4; 104) als Hochdruckeinstoffdüse (4; 104) ausgebildet ist und mit einem Druck von 15 bis 100 bar gespeist wird, daß im ersten kanalartigen Abschnitt (2; 102) das Verhältnis des Volumen stroms der eingedüsten Flüssigkeit zum Volumenstrom des Rohgases 0,03 bis 0,15 lm^-3 beträgt und daß die mittlere Verweilzeit des Rohgases in dem ersten kanalartigen Abschnitt (2; 102) 0,5 bis 5 s beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckeinstoffdüse (4; 104) mit einem Druck von 25 bis 35 bar gespeist wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß im ersten kanalartigen Abschnitt (2; 102) das Verhältnis des Volumenstroms der eingedüsten Flüssig keit zum Volumenstrom des Rohgases 0,06 bis 0,09 lm^-3 beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der eingedüsten Flüssigkeit wenigstens annähernd gleich der Summe der aus dem Rohgas verdunsteten Flüssigkeit und der abzuschlämmenden Flüssig keit entspricht.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Verweilzeit des Rohgases in dem ersten kanalartigen Abschnitt (2; 102) 2 bis 4 s beträgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Strömungs geschwindigkeit im ersten kanalartigen Abschnitt (2; 102) 1 bis 10 m/s beträgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten kanalartigen Abschnitt (2; 102) ein Strömungsgleichrichter/Turbulenz erzeuger (18; 118) dem Rohgas eine über den Querschnitt des ersten kanalartigen Abschnitts (2; 102) im wesent lichen gleichmäßig verteilte Strömung mit im wesent lichen gleicher Turbulenz erteilt und daß die Flüssigkeit mittels der Hochdruckeinstoffdüse (4; 104) in den ersten kanalartigen Abschnitt (2; 102) unter einem solchen Druck eingedüst wird, daß sich die Turbulenzballen des Roh gases verkleinern und die Turbulenzenergie des Rohgases im wesentlichen in die Enthalpie des Rohgases umgewandelt wird, das Rohgas den Turbulenzballen im wesentlichen noch folgt, die mittels der Hochdruckeinstoffdüse (4; 104) eingedüsten Flüssigkeitströpfchen jedoch infolge ihrer Trägheit den Turbulenzballen nicht mehr folgen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenzballen von dem Strömungsgleichrichter/ Turbulenzerzeuger (18; 118) einen charakteristischen Durchmesser kleiner als 0,1 bis 0,05 erhalten, wobei eine charakteristische Querabmessung des Strömungs querschnitts des ersten kanalartigen Abschnitts (2; 102) ist, die bei kreisförmigem Strömungsquerschnitt dem Durchmesser der Kreisform entspricht.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich net, daß der Strömungsgleichrichter/Turbulenzerzeuger (18; 118) nach Art eines Lamellenabscheiders ausgebildet ist, dessen Lamellenabstand der anfänglichen Größe der Turbulenzballen entspricht.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Rohgas in einem dem ersten kanalartigen Abschnitt (2; 102) vorgeschalteten dritten kanalartigen Abschnitt (20; 120) mit Flüssigkeitsdampf wenigstens nahezu gesättigt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigung mittels eines Strahlwäschers (22; 122) erfolgt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der erste kanalartige Abschnitt (2) und der zweite kanalartige Abschnitt (6) vertikal in Flucht zueinander verlaufen und daß in dem zweiten kanalartigen Abschnitt (6) in Flucht zu der Hochdruck einstoffdüse (4) ein zylinderförmiger Demister (30) auf einem die beiden Abschnitte (2, 6) voneinander tren nenden Boden (38) angeordnet ist, von dem sich auf ihm sammelnde Flüssigkeit abgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste kanalartige Abschnitt (102) und der zweite kanalartige Abschnitt (106) hori zontal verlaufen und glatt ineinander übergehen und daß sich in dem zweiten kanalartigen Abschnitt (106) sammelnde Flüssigkeit abgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten kanalartigen Abschnitt (106) ein vierter kanalartiger Abschnitt (164) nachgeschaltet ist, der in dem Rohgas noch enthaltene Tropfen entfernt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem vierten kanalartigen Abschnitt (164) ein gefluteter Demister mit anschließendem Lamellen abscheider, ein Niederdruckventuriwäscher oder ein Strahlwäscher mit Flüssigkeitsabscheider (166) befindet.