DE8218483U1 - Vorrichtung zur Reinigung von Gasen - Google Patents

Vorrichtung zur Reinigung von Gasen

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    • B04C9/00—Combinations with other devices, e.g. fans, expansion chambers, diffusors, water locks

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

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Dr. ULLRICH · Dr. HASSE · Dr. FFtANKE PATENTANWÄLTE IN HEIDELBERG UND MÜNCHEN
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n Qalsberg8traBo 3
Unter Zeichen: 9 \0>- Tel. (062 21) 253 35 .
Vorrichtung zur Reinigung von Gasen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung schmutziger Gase und zur Überwachung gasförmiger Emissionen.
Zur Entfernung von Teilchen aus Gasen werden in großem Umfange Zyklone benutzt, da sie viele praktische Vorteile einschließlich einfacher Bauart und geringe Größe besitzen. Jedoch ist die Abscheidungswirkung von Zyklonen für Teilchen unterhalb 10 /U sehr schlecht.
Mit dem Inkrafttreten der Emissionsüberwachungsbestimmungen gewinnt die Abscheidung von Peststoffen immer mehr an Bedeutung. Die bestehenden Einrichtungen zur Entfernung sehr feiner Teilchen haben die Eigenschaft teuer und/oder sehr umfangreich zu sein. Eine Abänderung von Zyklonen zur Entfernung feiner Teilchen hat eine Steigerung der Gasgeschwindigkeiten und deshalb steigende Druckverluste zu Folge, wobei größere und schnellere Gebläse erforderlich sind und sowohl die Erstellungsals auch die Betriebskosten und der Energieverbrauch steigen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Gasreinigungsvorrichtung mit einem Zyklon mit einer hohen Abscheidungswirkung für Teilchen in der Größe von weniger als etwa Io au
Gemäß der Erfindung wird ein Zyklon mit einem Flüssig-
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keitswaschsystem kombiniert.
Zweckmäßig ist der Wäscher oder Skrubber im axialen Austrittsrohr des Zyklons untergebracht.
Die Erfindung ist bei den meisten Arten von Zyklonen einschließlich Mehrlcammerzyklonen anwendbar, ist aber besonders geeignet und vorteilhaft in Verbindung mit einem einfachen einzigen Zyklon, beispielsweise einem Einkammerzyklon, die relativ billig herzustellen und in Betrieb zu halten sind.
Der Zyklon arbeitet in üblicher Weise,um die mitge- f führten Teilchen zu sammeln. Feine im Gas zurückbleibende Teilchen werden im Zyklon durch die Waschflüssigkeit entfernt. Beim Einbau des Wäschers in das Austrittsrohr wird sichergestellt, daß die Waschflüssigkeit '$
nicht den normalen Betrieb des Zyklons stört, da sie | im wesentlichen nur auf den austretenden Gasstrom einwirkt. Desweiteren werden die meisten Teile des Zyklons, die normalerweise einer starken Abnutzung unterworfen | sind, beim Behandeln mit der Waschflüssigkeit gewaschen, wodurch der Verschleiß herabgesetzt wird.
Bei Verwendung eines Naßreinigers zur Abscheidung feiner Teilchen in einem einfachen Zyklon kann der Druckabfall im gesamten Gasreinigungssystem herabgesetzt werden. Dies spart Energie und befähigt die Zyklonanlage wirksamer ausgestattet zu werden, beispielsweise um den strengen Emissionsschutzbestimmungen gerecht zu werden ohne die Notwendigkeit des Einbaus stärkerer Gebläse. | Eine vorhandene Anlage kann dadurch auf den neusten Stand gebracht werden anstatt durch ein neues, möglicherweise größeres und teureres Gasreinigungssystem ersetzt werden zu müssen.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform werden Wasserstrahlen in einer Richtung angewendet, um eine optimale Peststoffteilchenabscheidungswirkung zu sichern. Einige der Verfahrensmaßnahmen sind nachstehend besehrieben:
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Im Austrittsrohr des Zyklons sind drei Strahlen vorgesehen, für andere Anwendungsbereiche können mehr oder weniger Strahlen verwendet werden. Diese Strahlen sind dazu bestimmt, entweder einen Wasservorhang ganz oder teilweise quer zum Gasstrom, zweckmäßig vollständig quer zum Gasstrom zu erzeugen, um die Teilchenabscheidung zu vergrößern oder es wird ein zerstäubter Strahl von Wassertröpfchen für die Teilchenabscheidung verwendet.
Es können zerstäubte Wasserstrahlen angewendet werden, um die Masse der festen Teilchen zu vergrößern und auf diese Weise können die Teilchen leichter abgeschieden werden und neigen weniger dazu, der Abscheidung auf andere Weise zu entgehen.
In einer sehr wirksamen Einrichtung erzeugen die zwei Strahlen in der Nähe des Äustrittsrohrs des Zyklons einen Wasservorhang quer zum Austrittsrohr des Zyklons. Diese Strahlen sammeln die Peststoffteilchen aus dem Rauchgas. Das Wasser aus diesen Strahlen fällt im Austrittsrohr nieder und quer zum Weg des Gasstroms und fließt auch an den Wänden des Austrittsrohrs hinunter. Es ist bekannt, daß der wirbelnde Gasstrom im Austrittsrohr einige Feststoffteilchen dazu bringt sich an der Wand des Austrittsrohrs entlangzuschieben. Wasser aus den Strahlen, das die Wände dieses Rohrs überzieht, läuft abwärts und sammelt dabei diese Feststoffteilchen, um die Abscheidungs wirkung zu erhöhen. Es muß dazu bemerkt werden, daß Feststoff an der Rohrwandung aufsteigt und es sehr schwierig ist diesen in diesem Bereich der Wassertrahlen zu sammeln. Durch Anbringen der beiden Strahlen im Abstand voneinander wird dem vom letzten Strahl herabfallenden Wasser genügend Zeit gelassen, sich auf den Teilehen quer zum Rohr für eine optimale Abscheidung anzusammeln. In ähnlicher Weise wird eine große Strecke des Austrittsrohrs befeuchtet, um
ι an den Wänden emporsteigende Feststoffe abzuscheiden. Das
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Wasser, das vom unteren Ende des Austrittsrohrs abfließt und durch das Rohr gegen den Strom des Rauchgases nach unten streicht, fällt in den konischen Bereich des Zyklons, wo das mit Feststoffen beladene Wasser zur Behandlung gesammelt wird. Das aus dem Rohr herabfallende und im Rohr befindliche Wasser erzeugt einen Wasservorhang, durch den die Gase hindurchgehen müsser und in welchem die Teilchen aus dem Gasstrom ausgewaschen werden, worauf eine Anhäufung stattfindet. Zur Unterstützung dieser Prozesse fördert der erste Strahl Wasser in den Bereich unmittelbar oberhalb des Rohreintritts.
Es muß bemerkt werden, daß die Kombination von Strahlen, wie vorbeschrieben, nur eine mögliche Kombination von Strahlensystemen darstellt
Strahlen können auch in irgendeinem Bereich des Zyklons angewendet werden, um die Teilchenabscheidung zu unterstützen durch Vermehrung der Wasser/Teilchen-Anhäufung und unmittelbar durch Auswaschen der Teilchen entweder im Gasstrom oder durch an den Wänden des Zyklonsystems herabfließendes Wasser.
Obgleich hauptsächlich zur Entfernung von Tei2chen im Gas bestimmt, ist der Wäscher oder Skrübber auch wirksam bei der Entfernung von Gasverunreinigungen. Beispielsweise kann durch Überwachung des pH-Werts des zurückgeführten Wassers ein sehr hoher Anteil der Schwefeloxide im Gasstrom ausgewaschen werden. Die Wäscherkonstruktion kann folglich zur Gasstromentschwefelung verwendet werden, gleichgültig, ob Teilchen zugegen sind oder nicht.
Zwecks Behandlung des Wassers zur Entfernung suspendierter und gelöster Feststoffe im Wasser aus dem Wäscher wurde ein vollständiges Behandlungssystem mit drei Grundeinheiten entwickelt. Die Grundeinheiten bestehen aus dem Zyklon-Gaswäscher, einem Wasser-Feststoff-Suspensionsfiter und einem chemischen Behändlungsgefaß.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert:
Fig. 1 zeit, in einem Axialschnitt, die kombinierte p Vorrichtung eines Zyklons mit einem Naßreiniger gemäß i der Erfindung. i|
Fig. 2 zeigt, in einem axialen Schnitt, eine zweck- |
I^ mäßige Ausführungsform der Erfindung. f'
f ■ Fig. 3 stellt Einzelheiten einer Wassersprühdüse I
dar, wie sie in der kombinierten Zyklon-Skrubber-Anlage | gemäß Fig. 2 verwendet wird und 1
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm einer Anlage I
zur Reinigung von Rauchgasen gemäß der vorliegenden Er- |
findung. P
Eine einfache Ausfübrungsform der Erfindung ist in i
Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen erläutert. Der Zyklon 1 f
besitzt ein axiales Austrittsrohr 2, ein Gaseintritts- ,*
rohr J)g ein Gasaustrittsrohr 4 und eine Auslaßöffnung 5· \
Die gestrichelten Pfeile zeigen den Weg des Gases und ί
der mitgeführten Teilchen durch den Zyklon. |
Das Zyklonaustrittsrohr 2 ist als Wäscher ausgebildet |
mit Waschsprühdüsen 6 zum Versprühen einer Waschflüssig- fi
keit, gewöhnlich Wasser. Die Flüssigkeit geht im Aus- f. trittsrohi- 2 als Strahl 7 und als Film 8 an der Rohrwandung nach unten und fällt von der unteren Öffnung 9
des Rohrs 2 als Vorhang 10 hinab. Die Waschflüssigkeit \.
und das mitgeführte Material fällt unmittelbar in den |
herkömmlichen konischen Bodenbereich 11 des Zyklons 1 und |
führt zum Auslaßrohr 5, das eine Rohrverbindung enthält, i
sodaß die Waschflüssigkeit nach Wunsch behandelt werden ·
kann, um die suspendierten Feststofί teilchen und anderes |
mitgeführtes Material zu entfernen. |
Der Wäscher entfernt die Teilchen auf dreierlei Weise. i
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Die Gase werden beim Durchgang durch den"Flüssigkeitsvorhang 10 auf dem Wege nach unten im Austrittsrohr 2 gewaschen. Wenn die Gase durch das Rohr nach oben streichen, schleudert der wirbelnde Gasstrom die Teilchen nach außen in Richtung auf die Rohrwandung und die Teilchen werden durch dif absteigendaiFlüssigkeitströpfchen und den Flüssigkeitsfilm auf der Ronrwandung entfernt. Schließlich werden die Gase gewaschen, wenn sie durch die Flüssigkeitsstrahlen hindurchgehen, wobei die so abgeschiedenen Teilchen mit dem Flüssigkeitsstrom nach unten gespült werden.
Fig. 2 zeigt eine zweckmäßige Ausführungsform der kombinierten Vorrichtung aus Skrubber und Zyklon. Die einzelnen Teile, die denjenigen in Fig. 1 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Zyklon-Skrubber-Vorrichtung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 darin, daß sie drei Wasserstrahlen enthält, die an den offenen unteren Enden von drei koaxial ausgerichteten Rohren 12, Ij5, 14 gebildet werden die koaxial im Zyklonaustrittsrohr mortLert sind und mit Wasser durch separate Strömungsüberwachungssysteme versorgt werden. Das innerste Sprührohr 12 erzeugt einen feinen ringförmigen Strahl von Wasser unmittelbar unter dem Eintrittsende des Zyklonaustrittsrohres 2. Die Düse 15 unten am zweiten Wasserrohr 13 erzeugt einer, ringförmigen Strahl mittlerer Geschwindigkeit, der sich vollständig innerhalb des Austrittsrohrs ausdehnt. Die Düse 16 unten am äußersten Wasserrohr 14 erzeugt einen ringförmigen Strahl grober Tropfen innerhalb des gesamten Durchmessers des Austrittsrohrs 2. Die Strahlen aus den Düsen 15, 16 erzeugen einen innerhalb des Zyklonaustrittsrohrs 2 absteigenden Sprühstrahl 7, einen Wasserfilm 8 an der Rohrwandung und einen Wasservorhang 10, der unten vom Austrittsrohr abfällt. Diese Anordnung und Kombination
von Wasserstrahlen bewirkt eine extrem wirksame Entfernung fester Teilchen aus den eintretenden Gasen, nie vorbeschrieben wurde.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Verringerung der Emission fester Teilchen aus einer Anlage, beispielsweise einer Verbrennungsanlage vorgesehen. Sie ist besonders vorteilhaft geeignet für die Reinigung der Verbrennungsgase einer Kohlenstaubverbrennungsanlage, weil eine solche Anlage dazu neigt, einen hohen Anteil an feinen Ascheteilchen in ihren Abgasen zu erzeugen. Eine solche Verbrennungsanlage ist beispielsweise in den britischen Patentanmeldungen Nr. 8114979 und 8II4986 beschrieben. Für solche Zwecke kann die Waschflüssigkeit aus Wasser bestehen.
Wenn eine Zyklon-Skrubber-Vorriehtung gemäß Fig. 2 zur Reinigung der Rauchgase aus einer mit Kohlenstaub betriebenen Dampfkesselanlage verwendet wird, entfernt sie 98 % der Feststoffteilchen bis hinab zu mindestens 1 Mikron. Das aus dem Zyklon austretende Gas i^esitzt eine Konzentration von 0,5 % suspendierten Feststoffteilchen.
Der beschriebene Wäscher kann auch für andere industrielle Anwendungsbereiche verwendet werden bei dem Feststoffteilchen aus einem Gasstrom entfernt werden müssen, beispielsweise bei der Metallverhüttung.
Desweiteren können viele Gasverunreinigungen wirksam in der beschriebenen Zyklon-Skrubber-Vorrichtung mit Hilfe einer geeigneten Waschflüssigkeit ausgewaschen werden. Bei der Verwendung von Wasser als Waschflüssigkeit können bis zu 90 % Schwefeloxide absorbiert werden, wenn der pH-Wert des V/assers sorgfältig überwacht wird. Zur Entfernung von Schwefeltrioxid wird ein Gemisch von Kalk und Wasser verwendet.
Die Zyklon-Skrubber-Vorrichtung kann natürlich sowohl Feststoffteilchen als auch Gasverunreinigungen gleichzeitig entfernen.
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Pig. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Sprühdüse für die Zyklon-Skrubber-Vorrichtung gemäß Pig* Es ist die mittlere Düse 15 dargestellt. Das innere Wasserrohr 12 und das mittlere Rohr 13 bilden einen ringförmigen Wasserdurchgang 17* der nach unten offen ist gegen einen vertikal einstellbaren Düsenring 18 auf dem Rohr 12. Der Düsenring und das untere Ende des Rohrs 13 bilden eine ringförmige Düse I9 von einstellbarer Weite, wodurch ein Wasserstrahl mit einstellbarer Geschwindigkeit erzeugt wird, was abhängig ist von der Stellur .^ des Düsen-
k rings 18. Die obere Düse l6 kann von ähnlicher Konstruktion
j sein. Die unterste Düse auf dem Rohr 12 kann jede be-
Jj liebige Ausführungsform besitzen zur Erzeugung eines
feinen ringförmigen Strahls.
\ Die vorliegende Zyklon-Skrubber-Vorrichtung kann nor-
;j malerweise in eine Reinigungsanlage eingebaut werden, die
'f eine Ausrüstung zur Rückführung der Waschflüssigkeit und
zur Entfernung der ausgewaschenen Teilchen und Gase be-
I- sitzt. Die Art dieser Ausrüstung hängt selbstverständlich
,; von der Art der Gase und der Teilchen ab, die durch den
^ Wäscher gereinigt werden sollen. Beispielsweise zeigt
Fig. 4 schematisch eine Anlage zur Reinigung von Rauchgasen aus einem Kohlenstaubbrenner. Der Austritt 5 des Zyklons mit dem Skrubber 1 ist mit einem Filter 20 zur Abtrennung der suspendierten Feststoffe verbunden. Der Filter kann beispielsweise aus einem Gefäß mit einer Reihe versinterten rostfreien Stahlrohren mit einer hohen Absehe idungswirkung bis hinab zu Teilchen von einer Größe von 1 Mikron bestehen. Auf diesen Röhren wird ein Teilchenkuchen gebildet, der in bestimmten Zeitabständen entfernt wird, beispielsweise durch Druckluft, die entgegengesetzt durch das Filter geblasen wird. Der niedergeschlagene Schlammkuchen wird in bestimmten Zeitabständen aus dem Filtergefäß in einen geeigneten Behälter entleert. Der Filterkuchen enthält 20-30 Gew.-% Feststoffe und ist leicht alkalisch. Das vom Filter kommende Wasser wird einem
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chemischen Behandlungsgefäß oder einer Filterschicht zugeführt. Diese enthält ein Gemisch aus Magnesium- und Calciumoxiden. Sie dient dazu einige der gelösten Peststoffe aus dem Wasser zu entfernen und das pH auf zwischen 8 und 9 zu erhöhen für eine wirksame Absorption von Schwefeloxiden in der Zyklon-Skrubber-Vorrichtung. Dem chemischen Behandlungsgefäß wird aufgearbeitetes Wasser zugeführt. Es werden Calcium- und Magnesiumsulfate im letzteren gebildet und diese werden kontinuierlich oder in Abständen entfernt.
Unter geeigneten Kontrollmaßnahmen des pH-Wertes verläßt das gewaschene Rauchgas den Zyklon mit einem Gehalt von 50 ppm oder weniger Schwefeldioxid.
Bei einer solchen Reinigungsanlage für eine Kohlenstaub-Dampfkesselanlage mit 6 4> Kohlenasche wird folgende Leistungsfähigkeit erreicht:
Abgasdaten:
Strömungsgeschwindigkeit 3090 NM^/Std.
Zyklon-Wäscher-Druckabfall "0 mm WS
Abgas-Temperatur-Abfall 250° - 900C
Feststoffemission Ι6θ mg/NM^
Schwefeldioxid nahezu 50 ppm
Waschflüssigkeit:
Zirkulationsgeschwindigkeit 77l/min. „
Zirkulationstemperatur 500C »
Aufbereitung T l/min.
Es wurde gefunden, daß die Feststoffemissionsmenge nicht sehr abhängig ist für die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers durch den Wäscher, Folglich kann eine befriedigende Verringerung inbezug auf die Menge an Feststoffen im Rauchgas erreicht werden trotz Variation der Wasserströmungsgeschwindigkeit innerhalb eines weiten
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Bereichs. Dies vereinfacht in hohem Maße die Anordnung und den Betrieb der Zyklon-Skrubber-Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Zyklon-Skrubber-Vorrlchtung besitzt eine hervorragende Wirksamkeit, die weit über derjenigen liegt, die erreichbar ist mit trockenen Mehrkammerzyklonsystemen. Alternative Systeme, wie beispielsweise das elektrostatische Niederschlagen und das Ausfiltern mit Säcken besitzen zwar eine bessere Abscheidungswirkung, die über derjenigen des vorliegenden Systems liegt, aber diese haben weit größere Nachteile, wie beispielsweise
1. keine Schwefeloxidabsorption,
2. großen Installationsraum,
J). sehr teuer und
4. hohe Betriebskosten.
Abgeänderte Wasser-Waschsysteme haben einen höheren Druckabfall, sowohl auf der Gas-, als auch auf der Wasserseite.

Claims (5)

  1. Hamworthy Engineering Limited
    S_c_h_u_t_z_a_n_s_g_r_ü_c_h_§
    . Vorrichtung zur Reinigung· von Gasen, dadurch gekennzeichnet/ daß sie ein Zyklon (1) mit einem nach oben gerichteten,, axial angeordneten Austrittsrohr (2) mit einer unteren öffnung (9) und mindestens einer Flüssigkeitssprühdüse (6) im Austrittsrohr (2) entgegengesetzt zur unteren öffnung (9) besitzt und die Austrittsöffnungen der Sprühdüsen (6) quer im Austrittsrohr (2) angeordnet sind.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Düsen (15, 16) im Austrittsrohr (2) «xial im Abstand von der unteren Eintritts^ffnung (9) und ihre Austrittsöffnungen quer im Austrittsrohr (2) angeordnet sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsrohr kurz vor seiner unteren öffnung eine erste Sprühdüse, innerhalb desselben eine zweite Sprühdüse (15) sowie eine dritte Sprühdüese (16) im Abstand zur zweiten Sprühdüse (15) besitzt, wobei wenigstens eine der Austrittsöffnungen der Düsen (15, 16) quer im Austrittsrohr (2) angeordnet ist,
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Austrittsrohr (2) koaxiale Rohre (12, 13, 14) angeordnet sind.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn-
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    zeichnet, daß die koaxial innerhalb des Austritts rohrs (2) angeordneten Rohre (12, 13) einen ringförmigen Wasserdurchgang (17) bilden unterhalb dessen ein Düsenring (18) angeordnet ist.
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DE8218483U 1981-06-29 1982-06-28 Vorrichtung zur Reinigung von Gasen Expired DE8218483U1 (de)

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