DE9014347U1 - Gasdurchströmter Füllschacht zur Aufnahme von Aktivkohle oder Aktivkoks - Google Patents
Gasdurchströmter Füllschacht zur Aufnahme von Aktivkohle oder AktivkoksInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen gasdurchströmten Füllschacht zur Aufnahme von
Aktivkohle oder Aktivkoks, der in der Hauptsache für Aktivkohle- oder
Aktivkoksverfahren zur Gasreinigung eingesetzt wird. Die Füllschächte werden mit Granulat befüllt, sind in der Regel senkrecht angeordnet und z.B. bei
einer sich von oben nach unten bewegenden Wanderbettfüllung des Granulates im Kreuzstrom von dem zu reinigenden Gas durchströmt. Das Granulat hat u. a.
zwei Eigenschaften, die diese Aktivkohle- oder Aktivkoksverfahren zur Gasreinigung großtechnisch anwendbar machen. Zum einen kann es Schadstoffe
aus Gasen adsorbieren und zum anderen durch katalytische Wirkung Schadstoffe der Gase in ungefährliche Bestandteile zerlegen.
Sowohl bei Kraftwerksanlagen, wie auch in Industrie- oder Müllverbrennungsanlagen
sind diese Aktivkohle- oder Aktivkoksverfahren zur Gasreinigung eingesetzt. Die gebräuchlichen Füllschächte bestehen in der Regel aus einem in
senkrechter Ausdehnung vierseitig durch Wände begrenzten Kaum. Davon dienen zwei gegenüberliegende Wände als Abschlußwände nach außen.Die beiden anderen
Wände, die Gaseintrittswand (8) und die Gasaustrittswand (7), werden als gasdurchströmbare und für Granulat undurchlässige Wände gestaltet.
Vielfach bilden jalousieartig angeordnete Lammellen den Abschluß als Gaseintrittswand (8) und Gasaustrittswand (7).
Mit der Schräglage der Lamellen -in Fig.6 und 7 als Gaseintrittswand (8) zu
erkennen- sollen zwei grundsätzliche Vorkehrungen getroffen werden. Zum einen soll verhindert werden, daß Granulat vom Gasstrom aus dem Füllschacht
ausgeblasen wird, zum anderen soll die Schräglage der Lamellen das Aus- oder überfluten von Granulat verhindern. Heben dieser Forderung muß die
Schräglage so gewählt sein, daß aus Verfahrens- und sicherheitstechnischen Gründen ein ständiger Austausch des in die Lamellenschrägen, dem
Zwickelbereich (25),(s. Fig.7), einfließenden Granulats erfolgt, da ohne
diese Maßnahme eine Verstopfung, und in Folge, eine Temperaturerhöhung mit Zündgefahr für das Granulat eintreten kann.
Abgewandelte Ausführungen des Füllschachtes für Reaktoren bestehen darin,
daß die Gaseintrittswand (8) und die Gasaustrittswand (7) von grobgewebeartigen Netzen oder gelochten Blechen oder von Blechen mit
kiemenartigen Öffnungen, den Gasdurchtrittsöffnungen im Kiemenblech (24),(s.
Fig.8),gebildet werden. Es sind auch Kombinationen aller Anordnungen
gebräuchlich
Bei bekannten Konstruktionen ist der Füllschacht in senkrechte Schichten
unterteilt, die zum Teil mit Granulat gefüllt sind. Auf der
Gaseintrittsseite wird eine Schicht abgeteilt, die zur Aufnahme des vom zu
reinigenden Gas mitgeführten Staubes dient. Die in Gasströniungsrichtung
folgenden Schichten dienen als verfahrenstechnische Wirkschichten. Als letzte schließt eine Leerschicht den Füllschacht ab.Sie fängt das
durchgeblasene Granulat aus der letzten Wirkschicht auf und wird ständig entleert.
Im Zuge der neusten Entwicklungen von Granulat zeigen sich derzeit Ergebnisse,
bei denen auf Grund der verfahrenstechnisch erforderlichen Gasverweilzeiten
in den Füllschächten Schichtdicken ausreichen, die gegenüber den bisher eingesetzten Granulatsorten so gering sind, daß mit den gebräuchlichen
Füllschächten eine gleichmäßige Gasverteilung über die gesamte Füllung
nicht zu erreichen ist. Eine gleichmäßige Gasverteilung wäre nur durch eine dickere, als die optimale und verfahrenstechnisch erforderliche
Granulatschicht zu erreichen.Es ist jedoch wirtschaftlich in keiner Weise
vertretbar, die Schichtdicke und damit den Aufwand an Granulat zu diesem Zwecke zu vergrößern.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Maßnahmen des Anspruchs 1)
dadurch gelöst, daß an Stelle der üblich fest eingebauten Stahlkonstruktionen unterschiedlicher Art eine Schicht aus Füllkörpern mit
höherem Schüttgewicht oder höherem spezifischen Gewicht des einzelnen Füllkörpers, als bei Granulat üblich, eingesetzt wird. Die Füllkörper werden
in den Füllstoffschacht (6) gefüllt und sind hinsichtlich Material, Größe
und spezifischem Gewicht dem erforderlichen Gaswiderstand angepaßt.
Das Problem der ungleichmäßigen Gasverteilung über die Anströmfläche der
Granulatfüllung im Füllschacht wird durch die Erfindung gelöst, indem der
Füllstoffschacht (6) so dick dimensioniert und mit Füllkörper gefüllt wird,
daß zum Zwecke der gleichmäßigen Gasverteilung über die Anströmfläche des
Granulatschachts (1) der erforderliche zusätzliche gasseitige Widerstand
aufgebaut wird.
-A-
In der Ausführung des Füllschachtes nach Anspruch 2) werden weitere,
nachfolgend beschriebene Probleme und bestehende Nachteile der herkömmlichen
Füllschächte erfolgreich gelöst.
Die Gaseintrittswand (8) zeigt im besonderen Maße hinsichtlich des Austrages
von Granulat durch die Anströmung der Gase bei den herkömmlichen Füllschächten mit unsachgemäßen Jalousiekonstruktionen Probleme. Wenn die
Geschwindigkeitsverhältnisse in der Gaseintrittskammer C4), oder die Anströmrichtung gegen die Gaseintrittswand (8) außerhalb einer
einschränkenden Auslegung liegen, kann durch Gasverwirbelung Granulat in unkontrollierter Menge aus dem Füllschacht getragen werden. Hierbei findet
zwar kein Austritt über die Gaswege zum Kamin statt, die Folge eines derartigen Austrages ist aber immer eine Betriebsunterbrechung zur Reinigung
der Anlage. Daneben wird durch die einschränkende Begrenzung der Gasgeschwindigkeit in der Gaseintrittskammer (4) vor den herkömmlichen
Füllschächten ein Saumbedarf als Bauvolumen benötigt, der die Investitionskosten negativ beeinflußt, und damit die Anwendungsmöglichkeiten
des Verfahrens durch das erhöhte Bauvolumen einschränkt. Die Gaseintrittskammer (4) einschl. Eintrittskonstruktion wird bei
verschiedenen Anlagen, z.B. Müllverbrennungsanlagen, durch die chemische Aggressivität der zu reinigenden Gase erheblich beeinflußt. Dieser
Beeinflussung kann durch geeignetes Material oder Beschichtung begegnet
werden. Dieser schutzbedürftige Bereich kann allerdings in Bezug auf die Gesamtanlage bei ungünstiger Lösung ein erhebliches, die Investitionskosten
beeinträchtigendes Ausmaß, annehmen.
Bei der vorbeschriebenen Unterteilung des gebräuchlichen Füllschachtes in
mehrere senkrechte Schichten wird die erste Schicht, die nur als Staubfilter dient, mit vollwertigem Granulat gefüllt. Die verfahrenstechnische Aufgabe
dieses Granulats wird in der Regel jedoch nicht wirtschaftlich erfüllt, da das Granulat durch den Staub aus dem zu reinigenden Gas vielfach die Schicht
verstopft und vorzeitig ausgetauscht und verbrannt werden muß. Das Granulat wird somit in dieser Schicht keineswegs wirtschaftlich genutzt.
Das in der Leerschicht des gebräuchlichen Füllschachtes aufgefangene
Granulat wird ebenfalls nicht wirtschaftlich genutzt, d.h., seine Aufnahme an Schadstoffen wird vorzeitig und unkontrolliert abgebrochen und in der
Regel wegen seiner Teilbelastung mit Schadstoffen und der während der Gasbeaufschlagung angenommenen Gastemperatur nicht mehr dem frischen
Granulat zugeführt, sondern verbrannt oder anderweitig entsorgt.
Derartige Konstruktionen erfüllen im Falle einer idealen,d.h. homogenen
Granulatschüttung den Zweck, Granulat nicht aus dem Füllschacht austreten zu
lassen. In Betriebszuständen unterschiedlichster Art, ist nicht auszuschließen, daß die Schüttung durch Temperatur- und
Feuchtigkeitseinflüsse, durch Korngrößenveränderung während des
Verfahrensablaufes, wie auch durch Korngrößenabweichungen bei der Anlieferung von Granulat nicht der idealen Granulatschüttung entspricht,
und der Zweck der für das Granulat undurchlässigen Absperrung, der Gaseintrittswand (8) und der Gasaustrittswand (7), nicht erreicht wird. Dies
gilt hauptsächlich für die jalousieartigen Wände, wie in Fig. 6 und 7 als Gaseintrittswand (8) dargestellt.
Während für die ideale Granulatschüttung die Durchströmgeschwindigkeit der
Gase so ausgelegt werden kann, daß die verfahrenstechnischen Belange hinsichtlich Verweilzeit der Gase, wie auch Mindestgeschwindigkeit
eingehalten werden und Granulat nicht aus- oder überflutet, ergeben sich erfahrungsgemäß im Betrieb dieser Anlagen durch manigfaltige Ursachen
Verhältnisse von grundsätzlich anderer Art. Im besonderen gilt das für eine Wanderbettfüllung. Bei einer relativ geringen Vandergeschwindigkeit der
Füllung kann eine unkontrollierbare Brückenbildung des Granulats eintreten. Innerhalb der so im Gegensatz zur idealen Schüttung entstehenden
Abweichungen steigt im Brückenbereich oder Bereich geringerer Schüttdichte von Granulat (22) die Durchströmgeschwindigkeit an, und es wird Granulat
ausgeblasen. Die schädlichste Störung ist der Austrag von Granulat, das je nach Beaufschlagungszeit chemisch nicht neutral ist, über den Kamin in die
Umgebung. Aufgetretene Schäden, z.B. Lackschäden an PKWs bestätigen diese Befürchtungen. Zwar ließe sich die Brückenbildung mit Klopfmechanismen immer
wieder zerstören,was aber andererseits den Hachteil einer
Schüttungsverdichtung mit stark steigendem rauchgasseitigem Widerstand verursacht.
Um den Austrag zu vermeiden, werden, wie vorbeschrieben, Konstruktionen mit
grobgewebeartigen Setzen oder gelochten Blechen oder von Blechen mit kiemenartigen Öffnungen, den Gasdurchtrittsöffnungen im Kiemenblech (24),
ergänzt. Mit der Lösung von Gasdurchtrittsöffnungen im Kiemenblech (24) wird im Brückenbereich oder Bereich geringerer Schüttdichte von Granulat (22) nur
schwer Abhilfe geschaffen, da durch die erhöhte Gasgeschwindigkeit in diesen Bereichen Granulat in unkontollierbarer Menge durch die
Gasdurchtrittsöffnungen im Kiemenblech (24) getragen wird.
Beim Einsatz von grobgewebeartigen Netzen ist im Dauerbetrieb die Gefahr
einer Verstopfung der Netze zu befürchten. Ein Selbstreinigungseffekt ist nur bei höheren Wandergeschwindigkeiten des Granulats zu erwarten. Höhere
Wandergeschwindigkeiten des Granulats sind jedoch aus konstruktivverfahrenstechnischen Gründen bei den gebräuchlichen Füllschächten nicht zu
realisieren. Im Falle einer Verstopfung, die zu einer teilweise ungenügenden Gasdurchströmung des Granulats führen kann, besteht die Möglichkeit einer
stellenweisen Temperaturerhöhung mit Zündgefahr für das Granulat mangels
Granulatkühlung.
Bei den vorbeschriebenen Konstruktionen ist es kaum zu vermeiden, daß beim
Wandern des Granulats während der Gasdurchströmung Staub aus der Füllung aufgewirbelt und über den Kamin ins Freie ausgetragen wird. Dem wird mit
Sekundärmaßnahmen versucht entgegen zu wirken.
Bei den herkömmlich eingesetzten Granulatsorten sind bei den vorerwähnten
Unzulänglichkeiten der Füllschachtkonstruktionen die damit verbundenen Nachteile kaum zu vermeiden, da die wirtschaftlich vertretbare
Gasdurchströmgeschwindigkeit zu hoch und ursächlich mit daran beteiligt ist, daß Granulat ausgetragen wird.
Die Kernprobleme hängen neben dem Umstand der Brückenbildung ursächlich
damit zusammen, daß wirtschaftlich vertretbare Gasgeschwindigkeit und Schüttgewicht des Granulats, wie auch spezifisches Gewicht der einzelnen
Granulatkörner in einem ungünstigen Verhältnis stehen. Beide Gewichte müßten für eine einwandfreie Funktion des gebräuchlichen Füllschachtes höher sein
Ferner besitzt das unter dem Gesichtspunkt der wirtschaftlich vertretbarer Kosten gewählte Granulat bereits bei der Anlieferung ein Korngrößenspektrum
mit einem Kleinkornanteil, der sich im Ablauf des Verfahrens weiter zerreibt
und durch chemische Einflüsse gesprengt wird. Der Kleinkornanteil ist im herkömmlichen Füllschacht kaum zu halten, da die Gasdurchtrittsöffnungen
einen Mindestquerschnitt benötigen, der letztlich für den Kleinkornanteil zu
groß ist.
Mit dem bislang eingesetzten Füllschacht und dessen Austrittswände
unterschiedlicher Konstruktion sind nicht alle sich ergebenden Probleme zu
lösen. Es muß z.B. der Verlust von Granulat hingenommen werden. Aber selbst
bei Inkaufnahme von Verlust an Granulat ist nicht gesichert, daß chemisch beladenes Granulat im ungünstigen Fall aus dem herkömmlichen Füllschacht in
unkontrollierbarer Menge austritt und an die Außenwelt dringt.
Die einzelnen Probleme werden in Anwendung eines erfindungsgemäßen
Füllschachtes nach Anspruch 2)t wie im folgenden beschrieben, gelöst.
Der vom zu reinigenden Gas mitgeführte Staub kann aufgefangen werden, wenn
dem Granulatschacht (1) und dem Füllstoffschacht (6) zum Aufbau eines
zusätzlichen, gasseitigen Viderstandsaufbau ein weiterer Füllstoffschacht
(3) einzig zum Zweck der Staubaufnahme vorgeschaltet wird.
Ferner tritt das Problem des durch Gaswirbel in der Gaseintrittskammer (4)
bei herkömmlichen Füllschächten hervorgerufenen Austrages von Granulat nicht
lieben diesen Verbesserungen werden durch die Anwendung der Erfindung nach
Anspruch 2) zwei weitere Aufgaben vorteilhaft gelöst.
Erstens: die Dimensionierung der Gaseintrittskammer (4) kann unabhängiger
gestalten werden und zwar im Hinblick auf die Gasgeschwindigkeit und einem eventuell daraus resultierenden Gaswirbel, und
zweitens: bei aggressiven Gasen kann hinsichtlich der Materialwahl oder
Beschichtung eine Verbesserung des Anwendungsbereiches und der Wirtschaftlichkeit des Aktivkohle- oder Aktivkoksverfahrens erzielt werden.
Die Konstruktion einer Gaseintrittswand (8) ist unabhängig von den
ungünstigen Eigenschaften des Granulates, wie dem leichten Gewicht und dem Feinkornanteil, wirtschaftlich zu gestalten.
Unabhängig vom den zusätzlich angeordneten Füllstoffschächten (2) und (3)
kann der Füllstoffschacht (6) so dimensioniert werden, daß für die
gleichmäßige Gasverteilung über die Anströmfläche der Granulatfüllung der
erforderliche gasseitige Widerstand aufgebaut wird. Letztere Lösung mit zusätzlichen Füllschächten (2) und (3) bietet
andererseits den Vorteil, daß die Schichtdicken für diese Füllschächte unabhängig von anderen Kriterien als denen der Staub- und Granulatbeladung
diemensioniert werden.
Wenn die Füllkörper mit Staub oder mit Granulat so stark beladen sind, daß
der gasseitige Widerstand unwirtschaftlich hoch ansteigt, können die Füllkörper über die Ausläufe (Ib) und (13) abgezogen und in herkömmlicher
Weise durch Absieben oder ähnliche Verfahren gereinigt, und über die Einlaufe (14) und (12) nachgefüllt werden.
Durch die Erfindung in seiner Gesamtheit werden gegenüber dem gebräuchlichen
Füllschacht für Aktivkohle- oder Aktivkoks-Reaktoren folgende Vorteile erzielt :
a) das über- oder Auslaufen von Granulat wird auf der Gasaustrittsseite
vermieden. Chemisch beladenes Granulat kann somit über den Gasweg nicht ins Freie gelangen.
b) die wirtschaftlich vertretbare Gasgeschwindigkeit im Granulatschacht (1)
kann unabhängig von der Füllschachtgestaltung und nur auf die Erfordernisse
des Verfahrens ausgerichtet, gewählt werden.
c) die Gefahr einer Verstopfung durch unzureichend ausgetauschtes Granulat
im Zwickelbereich (25) und die dadurch auslösbare Zündung, entfällt.
d) grobgewebeartige Netze an der Gasaustrittswand (?) sind nicht
erforderlich. Damit entfällt die mögliche Gefahr einer Verstopfung und die
dadurch auslösbare Zündung mangels Granulatkühlung.
e) der bei der Wanderung des Granulats entstehende Staub wird abgefangen und
tritt nicht über den Kamin nach außen ins Freie. Sekundärmaßnahmen müssen
nicht ergriffen werden.
f) der vom zu reinigenden Gas mitgeführte Staub wird aufgefangen ohne das
Granulat zu belasten.
g) der Austrag von Granulat auf der Gaseintrittsseite wird vermieden.
h) die Gaseintrittskammer (4) kann weitgehend unabhängig von der in ihrem
Innern herrschenden Gasgeschwindigkeit gestaltet werden. Gasanströmung,
Raumbedarf, Bauvolumen wie auch Materialeinsatz sind in wirtschaftlicher Hinsicht positiv beeinflußbar, mit dem Erfolg, daß die Anwendungsmöglichkeit
des Verfahrens erweitert wird.
i) der Aufbau des erforderlichen gaseitigen Widerstandes für die
gleichmäßige Gasverteilung über die Anströmflache der Granulatfüllung ist
auch bei geringen Schichtdicken möglich.
- &thgr; - ■
k) zu den vorstehend aufgeführten Punkten a) , f) , g) , und i) gilt, daß
ein Übermaß und der Verlust an Granulat durch nicht zweckentsprechende und ausreichende Granulatbeladung vermieden wird.
Ausführungsbeispiele sind in den Skizzen dargestellt und werden wie folgt
beschrieben :
Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen gasdurchströmten Füllschacht in
Schnittdarstellung als Grundausführung in einem Reaktorgehäuse mit einem
Granulatschacht (1) und einem gasseitig vorgeschalteten, einzelnen
Füllstoffschacht (6).
Mit entgegengesetzter Gasströmungsrichtung zeigt Fig. 2 einen dem Granulatschacht (1) gasseitig nachgeschalteten, einzelnen Füllstoffschacht
Die Ausführungen dieser beiden Grundformen dienen in erster Linie der
Erhöhung des gasseitigen Widerstandes, um damit die Gasmenge über die Anströmfläche in der Ebene der Gaseintrittswand (8) gleichmäßig zu
verteilen.
Fig. 3 entspricht Fig. 1 , enthält jedoch einen zusätzlichen Füllstoffschacht (3) auf der Gaseintrittsseite.
Fig. 4 entspricht Flg. 2 , enthält jedoch einen zusätzlichen Füllstoffschacht (2) auf der Gasaustrittsseite.
Kit der Ausführung nach Fig. 3 oder 4 werden neben der Hauptaufgabe der
gasseitigen Widerstandserhöhung weitere Vorteile hinsichtlich Verhinderung von Granulataustrag, Optimierung der Gasgeschwindigkeit, Minderung der
Verstopfungsgefahr, Staubabsonderung und Vorteile konstruktiver Art erzielt.
Mit der Ausführung nach Fig. 5 werden in einer Kombination mehrere der
angestrebten Vorteile erzielt, indem der einzelne Füllstoffschacht (6) nach
Fig. 1 zweiteilig ausgeführt, vor und hinter dem Granulatschacht (1)
angeordnet wird.
Fig. 6 zeigt eine Gaseintrittswand (8) in jalousieartiger Konstruktion und
eine Eintrittstrennwand (9) als Lochblechvariante.
Fig. 7 stellt dar, wo sich im Zwickelbereich (25) Granulat ansammeln kann,
das vor dem Granulatschacht (1) zu Verstopfungen führt, im ungünstigen Fall die Gasdurchströmung größerer Granulatbereiche verhindert und dort die
Gefahr einer Granulatzündung mangels Kühlung aufkommen läßt.
Fig. 8 zeigt, wie sich der Durchtritt von Granulat aus einem Brückenbereich
oder Bereich geringer Schüttdichte von Granulat (22) über die Gasdurchtrittsöffnungen
im Kiemenblech (24) in die Füllkörperschicht des FüllstoffSchachtes (2) eingedrungen, als Anreicherungsbereich von Granulat
(26) auswirkt. Beim Durchtritt von Granulat verhindert der Füllstoff ein weiteres, unkontrolliertes Ausströmen von Granulat in die Gasaustrittskammer
(5).
Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemäße Füllschachtvariante, bei der der
Granulatschacht (1) rundum von einem Füllstoffschacht (3) auf der
Gaseintrittsseite und wechselweise von einem Füllstoffschacht (2) auf der
Gasaustrittsseite eingeschlossen wird.
Die Wände 7 bis 11 sind alle gasdurchlässig.
Die Wände 7 bis 11 sind alle gasdurchlässig.
Claims (3)
- Werner JJ a d e &eegr; a u Hermann-Schuster-Str. 46274 Hiinstetten 1
Datum : 10.10.1990 G 1007gasdurchströmter Füllschacht zur Aufnahme von Aktivkohle oder AktivkoksVorbemerkung : Die in Klammern gesetzten arabischen Ziffern der folgenden Texte weisen auf die Figuren in den beigefügten Skizzen hin und stimmen mit deren Bezifferung überein. Die Begriffe 'Aktivkohle oder Aktivkoks1 sind in der Beschreibung unter dem Begriff 'Granulat' zusammengefaßt.Schutzansprüche1) gasdurchströmter Füllschacht zur Aufnahme von Aktivkohle oder Aktivkoks, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllschacht unterteilt ist, in einen Granulatschacht (1) und einen ergänzenden Füllstoffschacht (6), der so dick ist, daß er mit Füllstoff gefüllt zu dem vom granulatbefüllten Granulatschacht (1) gebildeten Gaswiderstand einen ergänzenden Gaswiderstand aufbaut, und der Füllstoffschacht (6) in Gasströmungsrichtung vor oder hinter dem Granulatschacht (1) angeordnet ist und die Abschlußwände (7), (8), (9), (10), und Ql) des Granulatschachts (1) und Füllstoffschachts (6) in der Gasströmungsrichtung gasdurchlässig, und für Granulat und Füllstoff undurchlässig ausgebildet sind. - 2) gasdurchströmter Füllschacht zur Aufnahme von Aktivkohle oder Aktivkoks nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Füllstoffschächte (6) vor oder hinter, wie auch vor und hinter dem Granulatschacht (1) angeordnet
- 3) gasdurchströmter Füllschacht zur Aufnahme von Aktivkohle oder Aktivkoks nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelner oder unterteilter Füllstoffschacht <6) vor oder hinter, wie auch vor und hinter mehreren Granulatschächten (1) unmittelbar oder mit Zwischenraum zu den Granulatschächten (1) angeordnet werden.
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