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Vorrichtung zur Abscheidung von Flugasche aus hochtemperierten Feuergasen
Flugaschenfreie
Feuergase werden im allgemeinen angestrebt, besonders da, wo die Wärme der Gase
durch Wärmeleitkörper auf eine Flüssigkeit oder Luft übertragen wird und mit einer
Ascheal>lagerung auf den Wärmeübertragungsflächen gerechnet werden muß, die den
Wirkungsgrad der Anlage ungünstigbeeinfluß t. Auch bei einer unmittelbarren Übertragung
der Feuergaswärme auf ein Produkt, das getrocknet oder erhitzt wird, werden flugaschefreie
Feuergase angestrebt, wenn das zu behandelnde Gut von Beimischungen frei bleiben
soll.
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Bedeutungsvoll werden flugaschefreie, unter Druck entwickelte Feuergase,
wenn die Wärme derselben unmittelbar in mechanische Energie verwandelt werden soll.
Die Gase müssen dann staubfrei sein, weil sich mitgeführter Staub in dem mechanischen
Teil der Kraftanlage störend bemerkbar machen würde.
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Das Ziel der Erfindung ist die Abscheidung der Flugasche aus Feuergasen,
die sich bei der Verbrennung fester Brennstoffe bilden. Der Weg zu diesem Ziel führt
über die an sich bekannte Schmelzung der Asche, die bereits in den Schmelzkammern
der Kohlenstaubfeuerungen durchgeführt wird. In diesen Feuerungen werden aber nur
60 O/o und in der in den letzten Jahren entwickelten Zyklonfeuerung bis zu So 0/o
der Flugasche im Verlauf des Verbrennungsprozesses abgeschieden. Die restliche Asche
wird
von den Feuergasen durch den folgenden Wärmeprozeß getragen; hier wird ein Teil
ausgeschieden und der Rest in einer nachgeschalteten Entstaubungsanlage niedergeschlagen.
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Eine wirkungsvolle Abscheidung wird erreicht, wenn die von dem Feuergasstrom
mitgeführten Ascheteilchen in einem plastischen Zustand gehalten oder in einen plastischen
Zustand iibergeführt und durch entsprechende Maßnahmen mit Haftflächen in Berührung
gebracht werden, an denen sie sich zu einer fließenden Schlackenschicht verdichten.
Die Berührung der plastischen Ascheteilchen mit den Haftflächen wird erreicht, wenn
man die Masse der Feuergase in dünne Schichten auflöst und die Bewegungsrichtung
der einzelnen dünnen Gas schichten durch Leitflächen ändert. Die Ascheteilchen überwinden
dann auf Grund der Massenwirkung das Haftvermögen der Gase und kommen im Verlauf
der Ablenkung auf einem kurzen Wege durch die dünnen Gasschichten schnell mit den
Leit- bzw. Haftflächen in Berührung. Dort verdichten sie sich zu einer fließenden
Schlackenschicht, die an den Enden der Haftflächen abtropft. Die fallenden Tropfen
lösen sich auf Grund der Schwerkraft aus dem Gasstrom. Derartige Anordnungen sind
z. B. bei Schmelzkammerfeuerungen bekannt. Ihre Schlackenfangroste dienen dabei
als Haftflächen. Der Grad der Abscheidung steigt mit zunehmender Auflösung der Feuergasmasse
bzw. Verdichtung derAbscheidevorrichtung, damit steigt aber auch die Gefahr der
Versetzung der Gaswege.
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Diese Versetzung der Gaskanäle kann verhindert werden, wenn die Leit-
bzw. Haftflächen gemäß der Erfindung beheizt werden, und zwar so, daß die Oberfläche
der Abscheidekörper durch einen von innen nach außen an die Oberfläche vordringenden
Wärmestrom auf eine Temperatur erhitzt werden die über dem Schmelzpunkt der abzuscheidenden
Asche liegt. Die Erhitzung der Abscheidevorrichtung erfolgt zweckmäßig durch eine
Zusatzfeuerung, die mit Gas oder Ö1 und mit vorgewärmter Verbrennungsluft betrieben
wird. Die hocherhitzten Verbrennungsgase werden durch hohl ausgebildete Ab scheidekörper
geleitet und den Feuergasen der Hauptfeuerung beigemischt.
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In einem Krafterzeugungsprozeß mit unmittelbarer Umwandlung der Feuergaswärme
in mechanische Energie kann die Abscheidung der Asche aus den unter Druck stehenden
Feuergasen mit Vorteil in einer elektrisch beheizten Abscheidevorrichtung durchgeführt
werden. Der Heizstrom wird dann von dem erzeugten Kraftstrom abgezweigt und zirkuliert
in der Kraftanlage im Sinne eines zusätzlichen Kreis stromes, der in dem Strömungskreis
eine mehrfache Energieumwandlung durchmacht. Der dabei auftretende Verlust wird
dadurch aufgehoben, daß die Temperatur der Feuergase bei der Durchströmung der hocherhitzten
Abscheidevorrichtung gesteigert und der folgende Krafterzeugungsprozeß in einer
höheren Temperaturstufe durchgeführt wird. Die Raumänderungsarbeit der Feuergase
wird durch die Temperaturerhöhung vergrößert und bei der Expansion der Gase ein
größeres Temperaturgefälle ausgenutzt, d. h. mehr Wärme in mechanische Energie verwandelt
als in einer unter sonst gleichen Betriebsverhältnissen, aber in einer niedrigeren
Temperaturstufe arbeitenden Kraftanlage.
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Die notwendige hohe Temperatur kann in der elektrisch beheizten Abscheidevorrichtung
durch eine Widerstandserhitzung auf dem Induktionswege oder auch mittels Flammbögen
erzeugt werden. Die Regelung der Temperatur ist in allen Fällen leicht durchzuführen,
außerdem hat man eine reine Wärmequelle.
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In einem Krafterzeugungsprozeß stehen die Feuergase unter einem Betriebsdruck
von etwa I2 ata. Dementsprechend beträgt das Volumen der Gase nur ein Zehntel des
Volumens der unter Atmosphärendruck stehenden Feuergase. Da sich die Querschnitte
der Gaswege in dem gleichen Verhältnis verringern, kann man hinsichtlich der angestrebten
hohen Temperatur hochwertige, temperaturfeste Materialien einsetzen. Als Material
kommen keramische Werkstoffe aus reinen Oxyden und deren Verbindungen zur Verwendung,
unter anderem Aluminium-, Magnesium-, Zirkon- oder Thoriumoxyd, deren Schmelztemperaturen
über 20000 C liegen. Die Ummantelung der Abscheidevorrichtung muß durch eine wasserführende
Konstruktion geschützt werden.
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Die Fig. I bis 4 zeigen verschiedene Vorrichtungen zur Abscheidung
von Flugasche aus Feuergasen, die sich bei der Verbrennung fester Brennstoffe entwickeln.
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Fig. I zeigt einen Längsschnitt durch eine Abscheidevorrichtung in
Verbindung mit einer Zyklonfeuerung; Fig. 2 zeigt die in Fig. I dargestellte Vorrichtung
in einem Querschnitt nach der Linie II-II; Fig. 3 zeigt eine Abscheidevorrichtung
mit elektrischer Beheizung im Schnitt; Fig. 4 zeigt die Reinigung der Feurgase in
einem Metallbad.
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Die Fig. I und 2 zeigen eine Abscheidevorrichtung, die durch eine
Zusatzfeuerung beheizt wird.
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Die Verbrennungsgase der mit Gas oder tEl und vorgewärmter Verbrennungsluft
betriebenen Zusatzfeuerung I werden durch die Rohre 2 der Abscheidevorrichtung 3
in den Feuerraum 4 geleitet, mischen sich dort mit den Feuergasen, die mit einer
erhöhten Temperatur über die Abscheidevorrichtung 3 abgeleitet werden.
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Fig. 3 zeigt eine elektrisch beheizte Aufheiz-Abscheidevorrichtung.
Gewählt wurde beispielsweise eine Widerstandsheizung. Die keramischen Hohlkörper
6 werden mit einer Widerstandsmasse gefüllt, durch die der Heizstrom geleitet wird.
In der Masse, bestehend aus einem körnigen Gemisch von Kohle mit Carborund und Silicaten,
entwickeln sich hohe, über dem Schmelzpunkt der Asche liegende Temperaturen, die
auf die Wandung der Hohlkörper übertragen werden. Die Heizkörper erhalten dem Abscheidevorgang
entsprechend verschiedene Formen und werden in verschiedenen Abständen voneinander
angeordnet. In dem unteren Teil der Abscheidevorrichtung werden die Heiz-
körper
7 in größeren Abständen voneinander angeordnet, damit keine Versetzung der Gaswege
eintritt. Dann folgt der Abschnitt für die Grobabscheidung der plastischen Ascheteilchen
mit verringertem Abstand der Heizkörper. Die Feinabscheidung erfolgt in dem darüber
angeordneten, sich allmählich in den Durchgangsquerschnitten verengenden Abscheidesystem
und die Restabscheidung in der körnigen keramischen Masse8, die auf dem beheizten
Rost g ruht. Die körnige Filtermasse wird teils durch den beheizten Rost und teils
durch die durchströmenden Feuergase erhitzt.
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Eine Reinigung der Gase kann auch in einem Metallbad durchgeführt
werden, das durch eine elektrische Beheizung in einem flüssigen Zustand gehalten
wird. Die Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch eine Abscheidevorrichtung dieser
Art in schematischer Darstellung. Der untere Teil des Abscheideraumes ii ist als
Metallwanne 12 ausgebildet.
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Die Temperatur des Bades kann zwischen dem Schmelz- und Siedepunkt
des eingesetzten Metalls gehalten werden. Die bei I3 in den Abscheideraum eintretenden
und bei 14 austretenden Feuergase werden durch die Stauwände 15 unter die Oberfläche
des Metallbades gedrückt. Der eintauchende Teil der Stauwände ist sägenartig gezahnt
ausgebildet, so daß die Feuergasmenge bei der Durchströmung des Bades in eine größere
Zahl dünnschichtiger Gasströme aufgelöst wird. Die mitgeführten Ascheteilchen kommen
so leicht mit dem flüssigen Metall in Berührung und verdichten sich auch hier zu
einer fließenden Schlackenschicht, die auf dem Metallbad schwimmt und an geeigneter
Stelle abgeleitet wird.
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PATENTANSPROCHE: I. Vorrichtung zur Abscheidung von Flugasche aus
hochtemperierten Feuergasen vermittels Haftflächen, die auf eine Temperatur erhitzt
werden, welche über dem Schmelzpunkt der abzuscheidenden Asche liegt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Haftflächenkörper zusätzlich beheizt werden, und zwar durch einen von innen
nach außen an die Oberfläche der Haftflächenkörper vordringenden Wärmestrom.