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Verfahren zur Naßentstaubung von Rauchgasen unter gleichzeitiger Verwertung
ihres Wärmeinhalts zum Eindampfen Die Verluste bei einer Da -mpflesselfeuerung setzen
sich zusammen aus den Verlusten durch Verbrennliches in den Rückständen, dem Abwänneverlust
der Rauchgase, der gewöhnlich der größte ist, dem Verlust durch I,eitung und Strahlung,
durch unverbrannte Gase und durch Ruß.
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Der letzte Verlust läßt sich durch geneigende Luftzufuhr, ausreichende
Temperatur vor Ausbrand der Gase und deren Beriihrung mit kalten Flächen niedrig
halten, und dieser Rußverlust wird bei Steinkohlenfeuerung selten mehr als I bis
3 01o betragen.
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Dagegen wird die Belästigung der Umgebung durch Ruß und Flugasche
meist sehr unangenehm empfunden, und es haben sich daher an vielen Stellen bereits
Verfahren zur Entstaubung der Rauchgase eingebürgert, so beispielsweise eine mechanische
Reinigung durch Stoßfilter, Prallfilter oder Kettenfilter, eine elektrostatische
Reinigungsmethode mit hochgespanntem Gleichstrom und die sog. Naßentstaubung, die
etwa 0,5 bis 1 l Wasser je Isubikmeter Abgas verbraucht. Der Vorteil dieser letzteren
Methode besteht vor allem in der hohen Wirkung, den mäßigen Anlagekosten und dem
geringen Platzbedarf. Als größter Nachteil wird empfunden, daß es zu Anfressungen
infolge Bildung von H2SO3 kommt und die Apparate daher verbleit werden müssen.
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Die Erfindung stützt sich zunächst auf die Tatsache, daß es zu einer
.Anreicherung von SO2 nicht kommen kann, wenn man bei der zuletzt genannten Methode
der Naßreinigung an Stelle von Wasser z. B. eine hochprozentige Salzlösung nimmt
beispielsweise Ca C12, da die schwache schweflige Säure natürlich die starke Salzsäure
o. dgl. nicht aus ihren Salzen austreiben kann. Hierdurch wird also die Notwendigkeit
vermieden, mit verbleiten Apparaten zu arbeiten.
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Weiter geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, -daß die bisherigen
Methoden der Rauchgasentstaubung lediglich unproduktive Kosten verursachen, denn
die geringen
Mengen Ruß, die dabei gewonnen werden, spielen keine
wesentliche Rolle. Das Verfahren gemäß der Erfindung nutzt dagegen noch den gesamten
Wärmeinhalt der Abgase zum Eindampfen beliebiger Flüssigkeiten aus, so daß es einen
großen Vorteil gegenüber dem bisherigen Verfahren der Naß reinigung hedeutet.
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Es liegt an sich nahrt den restlichen Wärmeinhalt dieser Rauchgase
zum Eindampfen von Flüssigkeiten zu benutzen. So wurden schon Vakuumverdampfer versuchsweise
mit Rauchgasen beheizt, indem man diese einfach um die Verdampferrohre strömen ließ.
Die Sache scheiterte jedoch daran. daß der Wärmedurchgang von Gasen an eine feste
Wand außerordentlich schlecht ist und man daher mit sehr großen Temperaturdifferenzen,
mindestens 100, arbeiten muß.
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Wenn die Flüssigkeitstemperatur im Verdampfer 40° C beträgt und die
Rauchgaseintrittstemperatur I60° C. kann man also nur die Wärmemenge auslzutzen,
die einer Nbkühlung der Rauchgase von 160° C auf 140° C entspricht, mas den Aufwand.
den diese Anordnung macht. nicht lohnt. Darüber hinaus kommt es bei so engen Rohrbündeln.
wie sie Verdampfer im allgemeinen aufweisen, leicht zu Rußablagerungen, wodurch
der Wärmedurchgang noch verschlechtert wird. Auch ist es bekannt, daß es bereits
zu Verschmutzungen und Korrosionen infolge von Tauerscheinungen kommem kann, wenn
an irgendeiner Stelle im Wege der Rauchgase, hier also an der Heizfläche, der Taupunkt,
bei normalen Rauchgasen etwa 50° C, unterschritten wird, so daß sich die Beheizung
von Vrdampfern durch Rauchgase nicht einbürgern konnte.
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Es wurde auch schon versucht Flüssigleiten dadurch einzudicken, daß
man sie mit Rauchgasen in direkte Berührung brachte.
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So wurde beispielsweise Sulfitablauge in der Weise voreingedickt,
daß man sie in einer mit Raschigringen gefüllten Kolonne herahrieseln ließ, während
die Rauchgase von unten nach oben durch diese Kolonne gesaugt 1vurden. Es zeigte
sich jedoch. daß die Verschmutzung der Sulfitablauge durch Ruß und Ascheteichen
zu stark war. Außerdem kam es infolge des Sauerstoffgehaltes der Rauchgase zu einer
Oxydation der SO3-Ionen der Ablauge zu SO4", und die Gipsabscheidung heim nachträglichen
Eindampfen der Ablauge auf Enddicbte in einem normalen Verdampfer war infolgedessen
so stark. daß schon aus diesem Grunde auf dieses Verfahren verzichtet werden mußte.
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Die Anwendung der Eindampfung durch direkte Berührung mit Rauchgasen
wurde dann noch bei der @ Lösung eines anorganischen Salze versucht Auch hier war
jedoch die Verschnutzung durch Asche und Ruß sehr störend. Außerdem kam es zu Anreicherungen
von CO2 und SO2 in der Salzlösung, was ebenfalls nicht tragbar war.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung stützt sich nun auf die Erkenntnis.
daß bei einer Naß reinigung der Rauchgase bei der an Stelle von Wasser mit einer
hochprozentigen Salzlösung gearbeitet wird. die Konzentration dieser Salzlösung
steigt, und zwar entspricht die Menge des verdampften Wassers der Wärmemenge. die
von den Rauchgasen abgegeben wird. Bei einer Rauchgaseintrittstemperatur von 160°C
und einer Austrittstemperatur von 600 C ergibt sich eine Abkühlung von 100°. Wenn
man annimmt, daß im Dampfkessel selbst und in den nachgeschalteten Apparaten die
Feuerungsgase sich von 1100°C auf 160°C, also um 940° abkühlen. ergibt sich eine
Wärmemenge von mehr als 10% der im Kessel überhaupt abgegebenen Wärme. die zur Verdampfung
von Wasser aus der von der Naßreinigung kommenden Salzlösung dient.
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Die so erzielte Konzentrierung dieser hochprozentigen Salzlösung
wird nun erfindungsgemäß dazu benutzt, die Verdünnung dieser Lösung, die bei ihrer
Verwendung nach der an sich bekannten Methode der Brüdendampfverwertung durch Einleiten
desselben in ein Absorptionsmittel auftritt. wieder wettzumachen. Es ist bekannt,
daß beim Einleiten von Dampf in eine Flüssigkeit mit beträchtlicher Siedepunktserhöhung
der Dampf begierig aufgenommen wird, wobei sich eine höhere Temperatur einstellt.
als der normale; Kondensationstemperatur des Dampfes entspricht, So beträgt beispielsweise
beim Einleiten von Wasserdampf von 1 Ata (100°C) in eine Calciumchloridlösung von
30° Bé die Kondensationstemperatur 115°C, und die gesamte Kondensationswärme kann
bei dieser Temperatur nach außen abgeführt werden Auf diese Art kann man, wenn sich
die Sal%-lösung um die Heizrohre eines Verdampfers bewegt und man den Brüdendampf
in diese Salzlösung einleitet. ohne Nvärmezufuhr von außen die Flüssigkeit eindampfen.
wobei. allerdings die Wärmeverluste infolge von Strahlung und Leitung auf irgendeine
Art ersetzt werden müssen. Aus dem Gesagten ergibt sich außerdem. daß die verwendete
Salzlösung mit fortschreitendem Verlauf sich immer mehr verdünnt und daß endlich,
wenn man nicht für die Zufuhr frischer Salzlösung sorgt, der Prozeß zum Stillstand
kommen muß. Da genügend Mengen konzentrierter Salzlösung wohl nur in den seltensten
Fällen zur Verfügung stehen dürften (Salinen, stark salzhaltige -steh'ende- Gewässer
cs. dgl.). ist das
Verfahren in der Praxis daher mit der Notwendigkeit
verknüpft, die verwendete Salzlösung durch-Verdunstung in Gradierwerken o. dgl.
laufend wieder zu regenerieren,- wobei die zur Verdampfung erforderliche Wärmemenge
in diesem Falle indirekt von der Atmosphäre geleistet wird. Gradierwerke sind jedoch
schon wegen des sehr großen Raumbedarfs kaum wirtschaftlich zu betreiben, und die
Erfindung stützt sich daher nhne weiteres auf die Erkenntnis, daß die zur Anwendung
des obigen Verfahrens erforderliche Salzlösung die ja nur um die Heizrohre des Verdampfers
strömt. keineswegs ganz rein sein muß und daher zu ihrer Konzentrierung die in Abgasen
enthaltene Abfallwärme verwendet werden kann. da es ohne weiteres möglich ist, die
Salzlösung in fein verteilter Form direkt mit diesen Abgasen in Berührung zu bringen.
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Wenn man beispielsweise um die Heizrohre eines Verdampfers bei normalem
Druck eine gesättigte Kaliumcarbonatlösung von 66 01o strömen läßt und den Brüdendampf
von I00° C in diese Lösung einleitet, so wird sie dadurch auf Siedetemperatur von
1330 G gebracht, und man hat so ein genügendes Temperaturgefälle zur Verfügung,
um die in den Heizrohren befindliche Flüssigkeit einzudampfen. Die um die Heizrohre
strömende Kaliumcarbonatlösung verdünnt sich jedoch durch den niedergeschlagenen
Brüdendampf mit der Zeit und wird daher durch direkte Berührung mit Abgasen, indem
man sie beispielsweise fein versprüht und im Gegenstrom zu diesen Abgaben führt,
wieder auf die Sättigungskonzentration gebracht. Das in Abgasen enthaltene SO2 und
SO3 wird hierbei zum Teil zu Kaliumsulfit und Kaliumsulfat, das wegen seiner geringen
Löslichkeit aus fällt. Es müssen also dauernd geringe Men gen Kaliumcarbonat ersetzt
werden. Die Größenordnung dieser Verluste ist jedoch nicht beträchtlich. WIan kann
im übrigen an Stelle von Kaliumcarbonat auch das billigere Ätzkali zusetzen, da
es sich infolge des hohen CO2-Gehaltes der Abgase sowieso in Kalium. carbonat umsetzt.
Die entsprechenden Natriumsalze, also Soda und Ätznatron, könneu dagegen nicht so
gut verwendet werden. und zwar wegen der geringen Löslichkeit der Soda. Es gibt
jedoch auch-noch andere Verbindungen, die sich für diesen Zweck eignen. so z. B.
Schwefelsäure, bei der praktisch überhaupt keine Substanzverluste auftreten.
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Es soll noch darauf hingewiesen werden. daß es bereits bekannt ist,
zum Zwecke der Reinigung bzw. Entstaubung von Rauchgasen diese einem kontinuierlich
anfallenden Strom einer Salzlösung entgegenzuführen. Der Zweck dieses bekannten
Verfahrens ist jedoch ein ganz anderer als bei der vorliegenden Erfindung. Es sollen
dort einerseits die in den Salzlösungen enthaltenen festen Stoffe ausgeschieden
werden und sich mit den Staubteilchen zu Boden setzen, andererseits sollen sich
Wasserdampf und gegebenenfalls aus chemischen Umsetzungen stammende Gase oder Dämpfe
dem zu reinigenden Gas strom beimischen.
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Beides ist bei der vorliegenden Erfindung nicht der Fall. Die Eindickung
der Salzlösung darf keinesfalls bis zum Ausfallen von festen Stoffen führen, sondern
muü nur die bei den voriegenden Verfahren ständig bewirkte Verdünnung wettmachen.
Chemische Umsetzungen sind nicht nur nicht erwünscht, sondern würden das vorliegende
Verfahren, bei dem immer ein und dieselbe Salzlösung umläuft, geradezu unmöglich
machen. Demgegenüber ist festzustellen, daß bei den bekannten Verfahren ständig
neue Salzlösungen mit den Rauchgasen in Berührung kommen, deren Ausfall bzw. chemische
Umsetzung man wünscht.
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Die schematische Skizze einer Vorrichtung entsprechend dem erfindungsgemäßen
Verfahren findet sich in der beiliegenden Zeichnung.
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Aus dem Brüdenkörper B treten die Brüdendämpfe mit einer Temperatur
von 100°C aus und treten hei C in den Heizliörpermantel H ein. Hierin befindet sich
eine K2CO3-Lösung von 55° Bé, die Brüdendämpfe schlagen sich daher bei einer Temperatur
von 120°C nieder und geben die gesamte Verdampfungswärme an die im Verdampferrohr
T' umlaufende Flüssigkeit ab. 51an ge winnt also die Verdampfüngswärme praktisch
vollständig wieder zurück. Im Verdampferrohr V zirkuliert die einzudampfende Lösung.
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Natürlich würde sich bei diesem Vorgang die K2CO3-Lösung fortlaufend
verdünnen. w-enn sie nicht wieder konzentriert würde. Dies geschiebt im Gefäß F.
wo der yon oben nach unten rieselnden K2CO3-Lösung Rauchgase im Gegenstrom entgegengeführt
werden. Die verdünnte, K2CO3-lösung verläßt den Heizkörpermantel bei D und wird
durch die Pumpe P nach E gedrückt. Jetzt rieselt sie über versetzt angeordnete Bleche
herunter und verläßt das Gefäß F an seinem tiefsten Punkt 0. Im jetzigen wieder
Lonzelltriertlen Zustand betritt die K2CO3-Lösung bei K wieder den Heizkörpermantel.
wird dort durch die aufgenommenen Brüdendämpfe wieder verdünnt usw. Die Rauchgase
treten heiß bei H in das Gefäß F ein und verlassen dasselbe kalt und gemeinsam mit
den durch die abgegebene \\rärmemenge entstehenden Dämpfen bei J.
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Es soll noch erwähnt werden, daß an Stelle der in der Skizze beispielsweise
angedeuteten Naßreinigungsapparatur in Form einer Säule
mit Treppenböden
natürlich auch andere geeignete Vorrichtungen gebraucht werden können, so z. B.
Säulen oder Türme mit Prallblechen, Raschigringen oder Glockenböden, oder auch Vorrichtungen,
bei denen die Rauchgase iiber die Absorptionsflüssigkeit streichen, wobei vorteilhafterweise
Einbauten, wie rotierende Scheiben. -die teilweise in die Flüssigkeit eintauchen,
zwecks Vergrößerung der von den Rauchgasen bestrichenen und von Flüssigl:eit benetzten
Fläche vorhanden sind, oder es kann die Absorptionsflüssigkeit in fein verteilter
oder nach Art eines Zerstäubungstrockners verdüster Form mit den Rauchgasen in innige
Berührung gebracht werden usw.
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Die Trennung des Rußes und der Asche macht in allen diesen Fällen
keine Schwierigkeiten, da sie sich je nach der Konzentration der Absorptionsflüssigkeit
gewöhnlich schon bei kürzerem Stehenlassen oben oder unten abscheiden. Natürlich
kann an Stelle des schematisch skizzierten Vredampfers mi schrägliegendem Heizkörper
auch jedes andere gebräuchliche Verdampfersystem ver wendet werden.