WO1987002597A1 - Process for selective or simultaneous elimination of noxious substances from smoke gas through irradiation of the smoke gas with electron-beams - Google Patents

Process for selective or simultaneous elimination of noxious substances from smoke gas through irradiation of the smoke gas with electron-beams Download PDF

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WO1987002597A1
WO1987002597A1 PCT/EP1986/000549 EP8600549W WO8702597A1 WO 1987002597 A1 WO1987002597 A1 WO 1987002597A1 EP 8600549 W EP8600549 W EP 8600549W WO 8702597 A1 WO8702597 A1 WO 8702597A1
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radiation
irradiation
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flue gas
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PCT/EP1986/000549
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Ernst-Günter HOFMANN
Bernd-Peter Offermann
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Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • the primary measures are the use of low-sulfur fuels, the pre-desulfurization of the fuels and the improvement of the combustion plants. However, these primary measures are not sufficient to achieve the prescribed limit values. This can only be achieved through secondary measures for exhaust gas purification, sometimes in combination with primary measures. With secondary measures, the flue gases generated are themselves subjected to the cleaning process.
  • the method can be used both for the selective deposition of a
  • Pollutant component as well as for the simultaneous separation of several pollutant components, in particular SO x and NO x , are used.
  • EBDS processes the flue gas with one pass through the radiation field in a radiation chamber on one or two sides.
  • the requirement for the best possible use of the electron radiation used is generally offset by the need for the most effective possible conversion of the harmful gases.
  • the latter requires the flue gas to be irradiated as evenly as possible.
  • both requirements contradict each other.
  • one-sided irradiation because of the decreasing intensity of the radiation along its direction of propagation, a locally highly divergent, overall poor efficiency in the conversion of the pollutants can be achieved (in some cases less than 50%).
  • step-wise irradiation was also proposed to improve the degree of separation, but without simultaneously ensuring optimum use of energy and radiation and homogeneous radiation of the flue gas .
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned, in which the above-mentioned disadvantages by suitable process control (steps), by a suitable choice of radiation energy and by mutual adaptation of the radiation field to the shape and dimensions of the flue gas channels and reaction chambers (radiation chambers) can be avoided and an optimal radiation efficiency is ensured, which leads to a reduction in the expenditure on equipment and the primary energy to be used and thus to an optimization of the method.
  • the object is achieved by the characterizing method steps of claim 1.
  • a step-by-step irradiation is proposed in order to avoid the above-mentioned night silences, in which, according to the inventive concept, the irradiation in succession with partial radiation doses takes place, the desired total radiation dose results as the sum of the partial doses, the flue gas is forcibly mixed between the radiation stages and the radiation chamber assigned to each stage is adapted to the shape of the radiation field and its dimensions are approximately equal to the effective range of the blinded electron radiation in the radiation chamber.
  • the gradual irradiation with partial doses which correspond to the total dose required, in conjunction with the forced mixing between the individual stages and the adaptation of the irradiation chamber to the shape and dimensions of the respective irradiation field on the one hand ensures maximum use of the electron radiation in each individual stage without one
  • the percentage energy losses in the electron beam window are far lower than bsi low-energy accelerators.
  • the window can be made thicker (about 30 ⁇ 10 -3 mm titanium or titanium alloy) without it being mechanical, the transparency impairing support.
  • it can also advantageously be designed as a double window, with the cooling medium (inert gas or flue gas-free air) flowing through the intermediate space, so that the jet exit window of the accelerator is not directly exposed to the influences of the flue gas loaded with pollutants and additives (e.g. ammonia) is, which in turn has a positive effect on the operational safety of the system.
  • Such a double system consisting of two titanium foils, each 30 ⁇ 10 -3 mm thick, would have been B. at 1000 KeV a transparency of approx. 92%, at 500 KeV of approx. 80%, at 300 KeV however only approx. 55% and at 200 KeV still approx. 35%.
  • At least two, but preferably three or more stages should be used in series and form a line, means for turbulent mixing of the radiation material being provided between the stages (e.g. blowers, impellers, Baffles).
  • means for turbulent mixing of the radiation material being provided between the stages e.g. blowers, impellers, Baffles.
  • a variant of the mixing consists in the fact that the media are guided during the irradiation in such a way that gas volumes which are exposed to a relatively high radiation dose during the first irradiation are passed through in areas under the radiation source where they have a low radiation exposure are exposed, while at the same time gas volumes which are exposed to a relatively low radiation dose during the first irradiation are carried out with further irradiation in areas under the radiation source in which they are exposed to a high radiation exposure. Mixing of the partial volumes can take place simultaneously between the individual irradiation processes.
  • One embodiment of the invention is that the first radiation with a partial dose of 60% to 100% and the second irradiation with a partial dose of 10% to 30% and vice versa.
  • the method can be carried out analogously if the radiation channel of each of the n stages into the
  • Segments a 1 , a 2 ... a n is divided and each partial volume as it passes through the n stages from a. To a 2 . , , transferred to a.
  • the method according to the inventive concept is also not limited to the use of ammonia as absorbent, which is known per se.
  • Other substances of a similar type would also be conceivable, in particular if the required radiation dose can be reduced thereby and / or other reaction products are to be obtained.
  • the dose can also be reduced by adding reaction-accelerating additives and / or water additives and / or additional electric fields within the radiation chambers. In conjunction with the measures mentioned above, this further increases the efficiency and economy of the process.
  • FIGS. 1 to 8 show exemplary embodiments of systems for carrying out the method according to the invention.
  • the same reference numerals are used in the individual figures for the corresponding components.
  • the system shown in FIG. 1 has three electron radiation devices 1 connected in series, each of which emits a partial radiation dose.
  • the partial doses result in the sum total effect of the desired total radiation dose, which, for. B. could also be supplied by five individual electron irradiation devices.
  • a mixing device 2 which mixes the irradiated flue gas mixture, is arranged after each electron irradiation device. Before the flue gas enters the first radiation stage, it is in a collecting device 3 from Fly ash cleaned and enriched in an additional device 4 with, for example, ammonia in a preferably stochiometric ratio to sulfur dioxide (SO 2 ) and nitrogen oxide (NO x ).
  • a device 5 serves to regulate the temperature of the mixture from which the reaction products (ammonium sulfate / nitrate) are withdrawn in a collecting device 7 after passage through the electron irradiation and mixing devices 1 and 2, respectively, before being drawn off into the chimney denoted by 6. This is powdery failure.
  • the fly ash is caught in the collecting device 3, the addition of the additives by means of the additional device 4, the mixing in the mixing device 2 and the temperature control using the device 5 again at the entrance of the process line.
  • the separation of the reaction products is carried out decentrally after each irradiation and mixing stage 1 or 2 by decentralized devices 7.
  • the fly ash is caught at the beginning of the process line.
  • the powdery failures are precipitated at the end of the process line.
  • additives e.g. B. of ammonia or possibly other substances, the temperature control and the radiation are decentralized gradually.
  • FIG. 4 Another variant is shown in FIG. 4.
  • the fly ash is caught (centrally) at the entrance of the process line, while the other process steps are modular and each include additional addition, temperature control, radiation part and separation of the powdery failures.
  • Mixing (2) takes place between the module components. It is practically a combination of the systems from FIGS. 2 and 3.
  • the necessary auxiliary and measuring means of course.
  • FIGS. 1 to 4 show systems for carrying out the method according to the invention, as are primarily used for the simultaneous deposition of SO x and NO x . It goes without saying that when using the dsr in the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 4 for the selective separation of NO x before or after a flue gas desulfurization system, the chimneys labeled 6 or the collecting devices labeled 3 for fly ash can be dispensed with, since these generally are connected upstream or downstream of the desulfurization plants.
  • FIG. 5 shows a special design proposal for a simultaneous system based on the inventive concept for a power plant block 100 MW el , the electrical supply devices being designated by (5).
  • the required beam power of 2.6 MW could e.g. are realized with three 800 KV / 1000 KW radiation systems, each of which has five radiation heads with an output of 800 KV / 250 mA.
  • the five radiation heads of each partial system can be connected in series in the sense of the inventive concept, mixing between the stages so that they form a partial line for 1/3 of the amount of flue gas, ie 120,000 m 3 / h.
  • the three sub-lines can then either be operated in series or in parallel (as shown in FIG. 5), each sub-line optionally being operated independently of the others or being shut down. This enables individual adaptation to the load being driven. First of all, only one line is used; Only when the capacity of one line is insufficient with thorough mixing is it intended to gradually use the other.
  • the five radiation heads of each partial system can be connected in series in the sense of the inventive concept, mixing between the stages and forming a partial line for 1/3 of the amount of belly gas, ie 120,000 m 3 / h.
  • the three sub-lines can then either be operated in series or in parallel (as shown in FIG. 5), each sub-line optionally being operated independently of the others or being shut down. This enables individual adaptation to the load being driven.
  • the series is primarily used; Only when the throughput of the purified abdominal gas is not sufficient with sufficient mixing is it intended to carry out the parallel operation.
  • FIG. 8 The structural design of one of the three sub-lines described in FIG. 8 is shown by way of example in FIG. 6.
  • the radiation system is housed in separate trees 9a and 9b, the abdominal gas channel 10 with the radiation chambers (11) and the intermixing stages (2) lying in the actual radiation chamber (9b) below the earth's surface, so that a minimum of structural radiation protection is required here .
  • the belly gases to be treated are supplied and discharged - also for reasons of radiation protection - from the above-standard flue gas ducts arranged above labyrinth-shaped ducts (12) with the thickness required for the radiation shielding.
  • a collection device for fly ash and dust (3) and a device for adding additives, for example H 2 O, NH 3 , (4) and a temperature control device (5) are connected upstream of the radiation stage in the flue gas supply duct.
  • the resulting reaction products for example ammonium sulfate / nitrate, are withdrawn from the belly gas in the collecting device (7). It goes without saying that the collecting device (3) can be omitted if the belly gas supplied has previously been cleaned of fly ash and dust.
  • the radiation system consists, for example, of five stages, each with a radiation head (1) more common Type (with scanner) and a central electrical supply unit (8) (e.g. a high-voltage cascade generator).
  • the individual radiation heads (1) are flanged equidistantly in a star shape to the supply unit (8) via T-shaped flanges (13).
  • Their outer jackets form a common pressure vessel, which is at earth potential, which is filled with compressed gas (eg 6 atü sulfur hexafluoride) for better insulation, cooling and safe contact of the high-voltage components.
  • the concentric arrangement of the (high-voltage) supply unit and the radiation heads enables a space-saving, functional and maintenance-friendly construction of the system.
  • the setting, control and regulation of the electrical parameters is carried out centrally and uniformly for the system.
  • FIG. 7a The basic structure of one of the five radiation stages of the partial line described in FIG. 6 is shown in FIG. 7a and the associated side view 7b.
  • the radiation head (1) here consists of an evacuated, multi-stage accelerator tube (14) with an electron gun (15) arranged at a negative high-voltage potential (against earth).
  • the electrons are generated in it and accelerated under the influence of the applied DC voltage of preferably 600 to 1000 kV to the corresponding energy (600 to 1000 keV).
  • the high-voltage poles (16) of the individual accelerator tubes are connected to the high-voltage pole of the supply unit (8), not shown, by concentric feeders (17) lying inside the flange-like connections (13) insulated with compressed gas.
  • the electron beams (18) generated in the electron gun (15) and accelerated in the accelerator tube (14) are by means of a deflection magnet (19) fanned out in the scanner (20).
  • the fanned out electron beams (18a) then pass through a thin window (21), which is largely transparent to electron beams, preferably from a 15-30 m ⁇ thick film of titanium or a titanium alloy, into the intermediate space (22) and after penetrating an adjacent second window (23 ) approximately the same transparency into the radiation chamber (11) integrated in the abdominal gas channel.
  • the double window is cooled in the intermediate space (22) between the two windows (21) and (23) by a gas stream (24), preferably an inert gas or a flue gas-free air stream, in which the heat generated by partial absorption of the electrons in the window material is dissipated.
  • a gas stream preferably an inert gas or a flue gas-free air stream, in which the heat generated by partial absorption of the electrons in the window material is dissipated.
  • Devices (25) can be provided on the window (23) which closes the radiation chamber (11) and has no (significant) pressure difference in order to clean and / or renew it continuously or discontinuously during operation and / or during breaks .
  • Such devices (25) can e.g. consist of running or reversing winders and unwinders with a scraper.
  • a flue gas-free air flow can be returned to the entrance of the radiation chamber (11) after passing through the intermediate space (22), so that the reaction products, in particular ozone, generated by interaction with the electron radiation intensify the direct electron beam effect in the belly gas.
  • the window (23) closing the radiation chamber (11) can be cleaned and / or renewed,
  • the energy losses in the double window system can be kept small (for example under 15%) with the electron energies under consideration (600 to 1000 keV) and - Mechanically more sensitive windows with high loss rates, such as those used as single windows with web support, some with water cooling for electron beams with energies less than 500 keV, can be avoided. This also results in the service life, operational safety and efficiency of the device.
  • the high-energy electron beams that enter the radiation chamber (11) after passing through the double-window system interact with the flue gas and its pollutants and additives at the same time and gradually lose their energy.
  • the energy distribution in the resulting three-dimensional radiation field characterized by its isodose distribution (27), is determined by the geometry (in FIG. 10, for example, by fanning out) of the primary electron radiation, its energy-dependent range of fiesta B R when it emerges from the double-window system and the likewise energy-dependent scattering. While the remaining range B R increases with increasing energy of the (primary) electron radiation, the scattering decreases with increasing energy. Accordingly, different field distributions (isodoses) of the type sketched in FIG. 10 result with different primary electron energies (acceleration voltages).
  • the shape and size of the radiation chamber (11) are dimensioned so that, on the one hand, as large a part of the radiation field as possible can be used for irradiating the flue gas, but on the other hand the abdominal gas channel and the radiation chamber (11) should not be made unnecessarily large, that it encloses the radiation field spatially as completely as possible, but preferably at least the 5% isodose characteristic curve, while at the same time an interaction with the temperature control device (5) temperature-regulates the wall of the radiation chamber (11) in accordance with the most favorable reaction temperature of the abdominal gas. In this way, a high utilization of the electron radiation radiated into the radiation chamber is achieved with an inhomogeneous dose distribution in the fusing gas flowing through.
  • a homogenization of the dose distribution in the flue gas is achieved according to the inventive concept in that several such irradiation stages are operated in series to form a (partial) line, the flue gas flowing through being mixed between the stages, and the target radiation dose of the (partial) line is balanced the (multiple folds) effect of the individual stages.
  • FIG. 8 gives examples a, b and c.
  • the illustrations in principle represent a section along the line E - F of FIG. 6. For the sake of simplicity, however, only three (of the five irradiation heads (1) shown in FIG. 6) are shown.
  • the flue gas to be irradiated (26) flows from the left side of the picture through the additional and temperature control device (4, 5) through the labyrinthine channel (12) into the radiation zone located underground with the three radiation chambers (11) and passes through another labyrinthine channel section (12) in the collecting device (7) and from there (into the chimney, not shown).
  • the flue gas is mixed in two mixing stages between the three radiation chambers.
  • Example 8a the mixing stages consist of (rotating) fans
  • example 8b the mixing is carried out by a (turbulence-generating) design of the abdominal gas channel between the radiation chambers (1), e.g. achieved by multiply kinked channel sections (29).
  • elements (30) determining the flow and / or flow direction, e.g. special grids or lamella inserts, intended for thorough mixing.

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Description

"Verfahren zur selektiven oder simultanen Abscheidung von Schadstoffen aus Rauchgasen durch Bestrahlung der Rauchgase mit Elektronenstrahlen"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Der immer intensiver uerdenden Nutzung der IMatur und der damit fortschreitenden Belastung mit industriellen Abfällen und
Schadstoffen stehen in zunehmendem Maße Anstrengungen zum Erhalt unserer natürlichen Umwelt gegenüber. Eines der herausragenden Probleme ist hierbei die Belastung von Luft, Wasser und Boden durch Luftschadstoffemissionen von Kraftwerks- und Industriefeuerungen, Verkehr und Haushaltungen. Sie tragen ihren Teil zu dem vieldiskutierten "sauren Regen", dem "Waldsterben" und den sich häufenden "Smog"-Situationen bei. Schwefelnxid (SO) und Stickstoffoxide (NOx) werden heute hierfür als wesentliche Schadstoffe angesehen. Als Hauptverursacher sind hier Kraftwerks- und Industriefeuerungen zu nennen. Während bei Großfeuerungsanlagen die Entstaubung der Rauchgase bereits heute weitgehend gelöst ist, stellen die Emissionen von Schwefeloxid (SOx), insbesondere Schwefeldioxid (SO2), und Stickoxid (NOx ) noch erhebliche Probleme dar.
Ursächlich sind diese Schadstoffs bedingt bei o SO2 : durch den Schwefelgehalt der Brennstoffe o NOx : durch Verbrennungsvorgänge in den Feuerungsanlagen.
Maßnahmen zur Reduktion von Schadstoffemissionen müssen daher bei Großfeuerungsanlagen am Brennstoff, der Feuerungsanlage bzw. beim Rauchgas ansetzen. Als primäre Maßnahme kommen die Verwendung schwefelarmer Brennstoffe, die Vorentschwefelung der Brennstoffe und die Verbesserung der Feuerungsanlagen in Betracht. Diese Primärmaßnahmen reichen jedoch nicht aus, um die vorgeschriebenen Grenzwerte zu erreichen. Dieses läßt sich nur durch sekundäre Maßnahmen zur Abgasreinigung, teilweise in Kombination mit Primärmaßnahmen, realisieren. Bei sekundären Maßnahmen sind die erzeugten Rauchgase selbst dem Reinigungsprozeß unterworfen.
Sekundäre Verfahren zur Rauchgasreinigung sind in vielen Varianten bekannt und z. T. eingeführt.
Die zur Abscheidung von SOx und/oder NOx führenden Reaktionen lassen sich dabei in folgende Reaktionsstufen einteilen:
a) Bildung freier Radikale durch Elektronenbestrahlung (und als Folge von Begleitreaktionen) b) Oxidation von SO2 und NOx c) Bildung von H2SO4 und HNO3 d) Reaktion mit NH3 zu festen Ammoniumverbindungen.
Alternativ wurde auch vorgeschlagen, die Ammoniumverbindungen wieder thermisch aufzuspalten, NH3 zurückzugewinnen und von den Endprodukten (O2, N2, SO2) das erhaltene Reichgas (SO2) weiterzuverarbeiten. Auch andere Absorptionsmittsl, z. B. CaO/Ca(OH)2, wurden vorgeschlagen bzw. eingesetzt.
Das Verfahren kann sowohl zur selektiven Abscheidung einer
Schadstoffkomponente als auch zur simultanen Abscheidung mehrerer Schadstoffkomponenten, insbesondere SOx und NOx, eingesetzt werden.
Bei einigen bekannten Versuchs- bzw. Pilotanlagen nach dem
EBDS-Verfahren wird das Rauchgas bei nur einmaligem Durchgang durch das Bestrahlungsfeld in einer Bestrahlungskammer einoder zweiseitig bestrahlt. Hierbei steht die Forderung nach einer möglichst guten Nutzung der eingesetzten Elektronenbestrahlung im allgemeinen der Notwendigkeit einer möglichst wirkungsvollen Umsetzung der Schadgase gegenüber. Letzteres erfordert eine möglichst gleichmässige Bestrahlung das Rauchgases. Beide Forderungen widersprechen sich in der Regel. Bei einseitiger Bestrahlung ist wegen der abnehmenden Intensität der Strahlung längs ihrer Ausbreitungsrichtung ein örtlich stark divergierender, in summa schlechter Wirkungsgrad bei der Umsetzung der Schadstoffe erreichbar (z. T. weniger als 50 % ) .
Konzeptionell hat man versucht, eine möglichst homogene Bestrahlung der Rauchgase durch Aufbau eines quasihomogenen Bestrahlungsfeldes, das durch Überlagerung der Bestrahlungsfeider zweier oder mehrerer Beschleuniger gebildet wird, zu bewirken. In diesem Sinne hat man auch bei den bisher bekannten EBDS-Anlagen versucht, durch paarweisen Einsatz von "Elektronenkanonen" eine möglichst homogene Bestrahlung mit der erforderlichen Dosis zu bewirken. Dies ist jedoch nur mit einer Über- bzw. Unterstrahlung einzelner Partien des Bestrahlungsgutes (Rauchgas) und ebenfalls einem Verlust an Wirkungsgrad möglich. Ausgehend von der Feststellung, daß der Abscheidegrad der Schadstoffe im Rauchgas - besonders aber der der Stickoxide bei einmaliger Bestrahlung der Rauchgase tendenziell im Bereich niedriger Dosiswerte ( ≤ 1 Mrad bzw. ≤ 10 Kgray). stark mit der (absorbierten) Dosis zunimmt, dann aber nach weniger starker Zunahme ein Maximum erreicht und dann sogar wieder abnimmt, wurde zur Verbesserung des Abscheidegrades auch eine stufenweise Bestrahlung vorgeschlagen, ohne allerdings glsichzeitig eine optimale Energie- und Strahlnutzung und homogene Bestrahlung des Rauchgases sicherzustellen.
Letzteres ist nicht zuletzt auch eine Frage der wechselseitigen Anpassung von Strahlungsfeld, Rauchgasdurchsatz und Farm und Abmessung der Bestrahlungskammer, sowis der Betriebssicherheit und Transparenz der verwendeten Elektronenstrahlaustrittsfenster. Bei den üblicherweise verwendeten Niederenergiebeschleunigern mit Strahlenergien unter etwa 300 KeV kann man aber bekannterweise wegen des sonst starken Energieverlustes nur relativ dünne, mechanisch und thermisch meist instabile Fensterfolien verwenden, die man dann kühlen und stützen muß, z. B. durch eingebaute Stege, Gitter oder Lochplatten. Dies senkt wiederum die Transparenz und damit den Wirkungsgrad der Anordnung. Hinzu kommt, daß diese Fenster (Folien aus Leichtmetall, z. B. Titan oder Titanlegierungen) in der Regel direkt dem bestrahlten Rauchgas und damit seinen die Betriebssicherheit beeinträchtigenden Einflüssen ausgesetzt sind.
Zusammenfassend sind also bei den bisher bekanntgewordenen EBDS-Anlagen und Vorschlägen folgende Nachteile zu vermerken: a) die ungenügende wechselseitige Abstimmung der pro Zeiteinheit anfallenden Rauchgasmenge, Bestrahlungs (Reaktions)kammer-Abmessungen und Form und der Elektronenstrahlenergie und b) die oft hohen Absorptionsverluste in den Elektronenbeschleuniger- und/oder Bestrahlungskammerfenstern, c) die inhomogene Bestrahlung der Rauchgase beim Durchgang durch die Bestrahlungskammer. All dies beeinträchtigt den energetisch/strahlentechnischen Wirkungsgrad des Verfahrens und damit seine Wirtschaftlichkeit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem durch geeignete Verfahrensführung (Schritte), durch geeignete Wahl der Strahlenenergie und durch wechselseitige Anpassung des Strahlenfeldes an Form und Abmessungen der Rauchgaskanäle und Reaktionskammern (Bestrahlungskammern) oben genannte Nachteile vermieden werden und ein optimaler strahlentechnischer Wirkungsgrad sichergestellt wird, was gleichsam zu einer Verringerung des apparativen Aufwands und der einzusetzenden Primärenergie und damit zu einer Optimierung des Verfahrens führt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Verfahrensschritte des Anspruchs 1 gelöst.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 14 beschrieben.
Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind aus den Unteransprüchen 15 bis 27 ersichtlich.
Da bekannt ist, daß beim EBDS-Verfahren die benötigte Strahlendosis nahezu unabhängig von der Dosisleistung ist und sich durch fraktionierte Bestrahlung die Abscheiderate der Schadstoffs verbessern lässt, wird zur Vermeidung obengenannter Nachtsile eine stufenweise Bestrahlung vorgeschlagen, bei der nach dem Erfindungsgedanken die Bestrahlung nacheinander mit Teilbestrahlungsdosen erfolgt, die gewünschte Gesamtbestrahlungsdosis sich als Summe der Teildosen ergibt, das Rauchgas zwischen den Bestrahlungsstufen zwangsweise durchmischt wird und die zu jeder Stufe zugeordnete Bestrahlungskammer der Form des Bestrahlungsfeldes angepasst und ihre Abmessungen annähernd gleich der effektiven Reichweite der verblendeten Elektronenstrahlung in der Bestrahlungskammer ist. Hierbei sichert die stufenweise Bestrahlung mit Teildosen, die in summa der benötigten Gesamtdosis entsprechen, in Verbindung mit der zwangsweisen Durchmischung zwischen den einzelnen Stufen und der Anpassung der Bestrahlungskammer an Form und Abmessung des jeweiligen Bsstrahlungsfeldes einerseits eine maximale Nutzung der Elektronenstrahlung in jeder Einzelstufs, ohne ein homogenes Strahlenfeld erzeugen zu müssen, und liefert andererseits infolge der statistischen Durchmischun zwischen den einzelnen Bestrahlungsstufsn mit wachsender Stufen zahl ein zunehmend homogen bestrahltes Rauchgas. Es wird hierdurch eine quasihomogene Bestrahlung bei gleichzeitig besserer Strahlnutzung (Wirkungsgrad auch unter Berücksichtigung der Fensterverluste größer als 75 %) und damit eine Senkung des Energie-Einsatzes und der Kasten ermöglicht.
Für eine energetische Optimierung des Verfahrens ist weiterhin von Bedeutung, daß bei allen Rauchgasreinigungsverfahren pro Zeiteinheit relativ große Rauchgasmengen bei Normaldruck anfallen und "verarbeitet" werden müssen. Bei kohlebeheizten Kraftwerken fallen beispielsweise ca. 360.000 cbm Rauchgas stündlich an. Die linearen Abmessungen der Rauchgaskanäle betragen bis zu etwa 5 m. Bei der technischen Realisierung des Elektronenbestrahlungsverfahrens muß die Durchdringungsfähigkeit der erzeugten Elektronenstrahlung und dafür ausschlaggebenden Strahlenergie mit der Dichte des Rauchgases und den Abmessungen der Bestrahlungskammer (Reaktor) abgestimmt werden. Dies erfordert vorteilhaft Anlagen mit Strahlenergien im Bereich 500 bis 1000 KeV.
In dem als vorteilhaft genannten Energiebereich von 500 bis 1000 KeV sind die prozentualen Energieverluste im Elektronenstrahlfenster (bei gleicher Dicke) weitaus geringer als bsi Niederenergiebeschleunigern. Im Hinblick auf mechanische Stabilität und thermische Belastbarkeit kann hier das Fenster dicker (etwa 30 · 10-3mm Titan oder Titanlegierung) gemacht werden, ohne daß es einer mechanischen, die Transparenz beeinträchtigenden Abstützung bedarf. Zudem kann es hier vorteilhaft auch noch als Doppelfenster ausgebildet werden, wobei das Kühlmedium (Inertgas oder rauchgasfreie Luft) den Zwischenraum durchströmt, so daß das Strahlaustrittsfenster des Beschleunigers nicht direkt den Einflüssen des mit Schadstoffen und Zusätzen (z. B. Ammoniak) beladenen Rauchgases ausgesetzt ist, was wiederum die Betriebssicherheit des Systems positiv beeinflusst. Ein solches Doppelsystem, bestehend aus zwei Titanfolien mit je 30 · 10-3 mm Dicke hätte z. B. bei 1000 KeV eine Transparenz von ca. 92 %, bei 500 KeV von ca. 80 % , bei 300 KeV jedoch nur ca. 55 % und bei 200 KeV noch ca. 35 %.
Um das Verfahren nach dem Erfindungsgedanken wirksam zu gestalten, sollen mindestens zwei, vorzugsweise jedoch drei oder mehr Stufen in Serie eingesetzt werden und eine Linie bilden, wobei zwischen den Stufen Mittel zur turbulenten Durchmischung des Bestrahlungsgutes vorgesehen sind (z. B. Gebläse, Impeller,Leitbleche).
Eine Abart der Durchmischung bestsht darin, daß die Medisn während der Bestrahlung derart geführt sind, daß Gasvolumina, die bei einer ersten Bestrahlung einer relativ hohen Bestrahlungsdosis ausgesetzt sind, bei einer weiteren Bestrahlung in Bereichen unter der Bestrahlungsquelle hindurchgeführt werden, in denen sie einer geringen Strahlenbelastung ausgesetzt sind, während gleichzeitig Gasvolumina, die bei der ersten Bestrahlung einer relativ niedrigen Bestrahlungsdosis ausgesetzt sind, bei einer weiteren Bestrahlung in Bereichen unter der Bestrahlungsquelle durchgeführt werden, in denen sie einer hohen Strahlenbelastung ausgesetzt sind. Zwischen den einzelnen Bestrahlungsvorgängen kann gleichzeitig noch eine Durchmischung der Teilvolumina stattfinden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die erste Bestrahlung mit einer Teildosis von 60 % bis 100 % und die zweite Bestrahlung mit einer Teildosis von 10 % bis 30 % und umgekehrt durchgeführt wird.
Bei n Teilstufsn (n > 2) ist das Verfahren analog durchführbar, wenn der Bestrahlungskanal jeder der n Stufen in die
Segmente a1, a2 ... an aufgeteilt wird und jedes Teilvolumina beim Durchganq durch die n Stufen von a., nach a2 . . . bis a überwechselt.
Auch ist das Verfahren gemäß dem Erfindungsgedanken nicht auf den an sich bekannten Einsatz von Ammoniak als Absorbens begrenzt. Auch andere Stoffe ähnlicher Art wären denkbar, insbesondere wenn damit die erforderliche Bestrahlungsdosis gesenkt werden kann und/oder andere Reaktionsprodukte erhalten werden sollen. Eine Senkung der Dosis kann auch durch Zugabe reaktionsbeschleunigender Additive und/oder Wasserzusätze und/ oder zusätzliche elektrische Felder innerhalb der Bestrahlungskammern erreicht werden. In Verbindung mit den oben genannten Maßnahmen ist damit eine weitere Steigerung der Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gegeben.
In den Figuren 1 bis 8 sind Ausführungsbeispiele von Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Für die einander entsprechenden Bauelemente werden in den einzelnen Figuren dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die aus Figur 1 ersichtliche Anlage weist drei in Serie geschaltete Elektronenbestrahlungseinrichtungen 1 auf, die jeweils eine Teilbestrahlungsdosis abgeben. Die Teildosen ergeben in ihrer aufsummierten Wirkung die gewünschte Gesamtbestrahlungsdosis, die z. B. auch von fünf einzelnen Elektronenbestrahlungssinrichtungen geliefert werden könnte. Nach jeder Elektronenbestrahlungseinrichtung ist eine Durchmischungseinrichtung 2 angeordnet, die das bestrahlte Rauchgasgemisch durchmischen. Bevor das Rauchgas in die erste Bestrahlungsstufe eintritt, wird es in einer Auffangvorrichtung 3 von Flugasche gereinigt und in einer Zusatzeinrichtung 4 mit z.B. Ammoniak in vorzugsweise stochiometrischem Verhältnis zu Schwefeldioxid (SO2) und Stickstoffoxid (NOx) angereichert.
Eine Einrichtung 5 dient zur Temperaturregelung des Gemisches, dem nach Durchlauf der Elektronenbestrahlungs- und Durchmischungseinrichtungen 1 bzw. 2 vor dem Abzug in den mit 6 bezeichneten Schlot in einer Auffangeinrichtung 7 die Reaktionsprodukte (Ammonium-Sulfat/Nitrat) entzogen werden. Hierbei handelt es sich um pulverige Ausfalls.
Bei der in Figur 2 dargestellten Anlage erfolgt das Abfangen der Flugasche in der Auffangvorrichtung 3, die Zugabe der Zusätze mittels der Zusatzeinrichtung 4 , die Durchmischung in der Durchmischungseinrichtung 2 und die Ternperaturregelung mit Hilfe der Einrichtung 5 wiederum am Eingang der Verfahrenslinie. Hingegen wird die Abscheidung der Reaktionsprodukte (pulverige Ausfälle) dezentral nach jeder Bestrahlungs- und Durchmischungsstufe 1 bzw. 2 durch dezentrale Einrichtungen 7 durchgeführt.
Gemäß der Ausführungsvariante nach Figur 3 wird die Flugaschs am Anfang der Verfahrenslinie abgefangen. Die pulverigen Ausfälle werden am Ende der Verfahrenslinie ausgefällt. Der Zusatz von Zusätzen, z. B. von Ammoniak oder eventuell anderen Stoffen, die Temperaturregelung und die Bestrahlung erfolgen dezentral stufenweise.
Wiederum eine andere Variante zeigt Figur 4 . Hier wird nur die Flugasche am Eingang der Verfahrenslinie (zentral) abgefan gen, während die übrigen Verfahrensschritte modulartig aufgebaut sind und jeweils Zusatzzugabe, Temperaturregelung, Bestrahlungsteil und Abscheidung der pulverigen Ausfälle beinhalten. Die Durchmischung (2) erfolgt zwischen den Modulbausteinen. Es handelt sich praktisch um eine Kombination der Anlagen aus den Figuren 2 und 3. Bei allen Verfahrensvarianten sind selbstverständlich auch die erforderlichen Hilfs- und Meßmittel, z. B. Pumpen, Abscheider, Filter, Temperieraggregate, Meß- und Steuereinrichtungen für die Zusammensetzung des ein- und ausgehenden Rauchgases, dis Reaktionstemperatur und die eregelte Zugabe der Zusätze integriert.
Die in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele zeigen Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie sie vornehmlich für die simultane Abscheidung von SOx und NOx in Betracht kommen. Es ist selbstredend, daß bei Einsatz dsr in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele zur selektiven Abscheidung von NOx vor bzw. nach einer Rauchgasentschwefelungsanlage die mit 6 bezeichneten Schlote bzw. die mit 3 bezeichneten Auffangvorrichtungen für Flugasche entfallen können, da diese in der Regel den Entschwefelungsanlagen nach- bzw. vorgeschaltet sind.
Einen speziellen Aufbauvorschlag einer Simultananlage nach dem Erfindungsgedanken für einen Kraftwerksblock 100 MWel zeigt Figur 5, wobei die elektrischen Versorgungseinrichtungen mit (5) bezeichnet sind.
Hierbei wird von folgenden Annahmen ausgegangen:
- Feuerungsanlage für Steinkohle mit 1 % S-Gehalt
-- erzeugte Rauchgasmerg M = 360.000 m3/h
- Wirkungsgrad = 75 %
-- Rauchgasdichte g = 1,3 kg/m3
- Bestrahlungsdosis D = 1,5 Mrad Hieraus ergibt sich die benötigte Strahlleistung L100 der Beschleunigeranlaoe für einen 100 MWel-Block zu
0 u
Figure imgf000013_0001
Für die Bestrahlung werden also 2,6 % der Blockleistung benötigt! Dieses wäre weniger als bei anderen chem.-therm. Rauchgasreinigungsverfahren. Die benötigte Strahlleisiung von 2,6 MW könnte z.B. realisiert werden mit drei Bestrahlungsanlagen 800 KV / 1000 KW, von denen jede fünf Besirahlungsköpfe mit einer Leistung von 800 KV / 250 mA besitzt.
Gemäß der in Figur 5 dargestellten Anlagen können die fünf Bestrahlungsköpfe jeder Teilanlage im Sinne des Erfindungsgedankens in Serie geschaltet werden, wobei zwischen den Stufen durchgemischt wird, sodaß sie eine Teillinie für 1/3 der Rauchgasmenge bilden, d.h. 120.000 m3/h. Die drei Teillinien können dann wahlweise wiederum in Serie oder im Parallelbetrieb (wie in Figur 5 dargestellt) gefahren werden, wobei jede Teillinie wahlweise auch unabhängig von den anderen betrieben oder stillgelegt werden kann. Dadurch ist eine individuelle Anpassung an die jeweils gefahrene Last möglich. Primär wird zunächst nur eine Linie eingesetzt; erst dann, wenn bei ausreichender Durchmischung die Kapazität der einen Linie nicht ausreicht, ist es vorgesehen, sukzessiv die anderen einzusetzen.
Bei Einsatz der in Figur 5 gezeigten Anlage zur selektiven Entstickung kann wegen der erforderlichen niedrigeren Bestrahlungsdosis (etwa 0,6 Mrad) ein entsprechend größerer Kraftwerksblock (etwa 250 MWel ) entstickt werden, bzw. es wird in diesem Fall für den vorstehend genannten
Kraftwerksblock von 100 MWel nur eine der drei in Figur 5 gezeigten Teilanlagen benötigt. Gemäß der in Figur 5 dargestellten Anlage können die fünf Bestrahlungsköpfe jeder Teilanlage im Sinne des Erfindungsgedankens in Serie geschaltet werden, wobei zwischen den Stufen durchmischt wird, und sie eine Teillinie für 1/3 der Bauchgasmenge bilden, d.h. 120.000 m3/h. Die drei Teillinien können dann wahlweise wiederum in Serie oder im Parallelbetrieb (wie in Figur 5 dargestellt) gefahren werden, wobei jede Teillinie wahlweise auch unabhängig von den anderen betrieben oder stillgelegt werden kann. Dadurch ist eine individuelle Anpassung an die jeweils gefahrene Last möglich. Primär wird in Serie gefahren; erst dann, wenn bei ausreichender Durchmischung der Durchsatz des gereinigten Bauchgases nicht ausreicht, ist es vorgesehen, den Parallelbetrieb durchzuführen.
Der konstruktive Aufbau einer der in Figur 8 beschriebenen drei Teillinien ist beispielhaft in Figur 6 gezeigt.
Die Bestrahlungsanlage ist in separaten Bäumen 9a und 9b untergebracht, wobei der Bauchgaskanal 10 mit den Bestrahlungskammern (11) und den dazwischen liegenden Durchmischungsstufen (2) im eigentlichen Bestrahlungsraum (9b) unterhalb der Erdoberfläche liegt, so daß hier ein Minimum an baulichem Strahlenschutz erforderlich ist. Die Zu- und Abführung der zu behandelnden Bauchgase erfolgt - ebenfalls aus Gründen des Strahlenschutzes - aus den oberirdisch angeordneten üblichen Rauchgaskanälen über labyrinthförraig ausgebildete Schächte (12) mit der für die Streustrahlungsabschirmung erforderlichen Dicke.
Außerhalb des Bestrahlungsraumes (9b) sind in dem rauchgaszuführenden Kanal eine Auffangvorrichtung für Flugasche und Staub (3) und eine Einrichtung zur Zugabe von Zusätzen, z.B. H2O, NH3, (4) sowie eine Temperiervorrichtung (5) der Bestrahlungsstufe vorgeschaltet. Im Ausgangskanal werden die entstandenen Beaktionsprodukte, z.B. Amonium-Sulfat/Nitrat, in der Auffangvorrichtung (7) dem Bauchgas entzogen. Es ist selbstredend, daß die Auffangvorrichtung (3) entfallen kann, falls das zugeführte Bauchgas schon vorher von Flugasche und Staub gereinigt wurde.
Zu der in Figur 6 beschriebenen Teillinie besteht die Bestrahlungsanlage beispielhaft aus fünf Stufen mit je einem Bestrahlungskopf (1) üblicher Bauart (mit Scanner) und einer zentralen elektrischen Versorgungseinheit (8 ) (z .B . einem Hochspannungskaskadengenerator ) . Die einzelnen Bestrahlungsköpfe (1) sind äquidistant sternförmig über T-förmige Flansche (13) an die Versorgungseinheit (8) angeflanscht. Ihre äußeren Mäntel bilden einen gemeinsamen - auf Erdpotential liegenden - Druckkessel, der zwecks besserer Isolation, Kühlung und Berührungssicherheit der Hochspannungskomponenten mit Druckgas (z.B. 6 atü Schwefelhexafluorid) gefüllt ist.
Die konzentrische Anordnung der (Hochspannungs) Versorgungseinheit und der Bestrahlungsköpfe ermöglichen einen platzsparenden, zweckmäßigen und wartungsfreundlichen Aufbau der Anlage.
Die Einstellung, Steuerung und Begelung der elektrischen Parameter (Hochspannung, Strahlstrom usw.) erfolgt für die Anlage zentral und einheitlich.
Der prinzipielle Aufbau einer der fünf Bestrahlungsstufen der in Figur 6 beschriebenen Teillinie wird in Figur 7a und der zugeordneten Seitenansicht 7b gezeigt.
Der Bestrahlungskopf (1) besteht hier aus einer evakuierten, vielstufigen Beschleunigerröhre (14) mit einer auf negativem Hochspannungspotential (gegen Erde) angeordneten Elektronenkanone (15). In ihr werden die Elektronen erzeugt und unter Einwirkung der anliegenden Gleichspannung von vorzugsweise 600 bis 1000 kV auf die dementsprechende Energie (600 bis 1000 keV) beschleunigt. Die Hochspannungspole (16) der einzelnen Beschleunigerröhren sind bei dieser Anordnung durch konzentrisch innerhalb der flanschartigen, mit Druckgas isolierten, Verbindungen (13) liegenden Zuführungen (17) mit dem Hochspannungspol der nicht gezeigten Versorgungseinheit (8) verbunden. Bei dieser Anordnung werden die bei anderen Ausführungen oft störungsempfindlichen Kabelverbindungen vermieden und im genannten Spannungsbereich ein Höchstmaß an Betriebssicherheit erreicht.
Die in der Elektronenkanone (15) erzeugten, in der Beschleunigerröhre (14) beschleunigten Elektronenstrahlen (18) werden mittels eines Ablenkmagneten (19) im Scanner (20) aufgefächert. Die aufgefächerten Elektronenstrahlen (18a) treten dann durch ein für Elektronenstrahlen weitgehend transparentes dünnes Fenster (21), vorzugsweise aus einer 15 - 30 mμ dicken Folie aus Titan oder einer Titanlegierung, in den Zwischenraum (22) und nach Durchdringen eines benachbarten zweiten Fensters (23) etwa gleicher Transparenz in die in den Bauchgaskanal integrierte Bestrahlungskammer (11) ein.
Das Doppelfenster wird im Zwischenraum (22) zwischen beiden Fenstern (21) und (23) durch einen Gasstrom (24), vorzugsweise einem Inertgas oder durch einen rauchgasfreien Luftstrom, gekühlt, im die durch teilweise Absorption der Elektronen im Fenstermaterial entstehende Wärme abzuführen. Dabei können an die Bestrahlungskammer (11) abschließenden Fenster (23), das keine (wesentliche) Druckdifferenz aufzunehmen hat, Vorrichtungen (25) vorgesehen werden, um es kontinuierlich oder diskontinuierlich während des Betriebes und/oder in Betriebspausen zu reinigen und/oder zu erneuern. Derartige Vorrichtungen (25) können z.B. aus ablaufenden oder reversierenden Auf- und Abwicklern mit AbstreifVorrichtung bestehen.
Wird ein rauchgasfreier Luftstrom zur Kühlung verwendet, so kann er nach passieren des Zwischenraumes (22) in den Eingang der Bestrahlungskaramer (11) zurückgeführt werden, damit die durch Wechselwirkung mit der Elektronenstrahlung entstandenen Reaktionsprodukte, insbesondere Ozon, die direkte Elektronenstrahlwirkung im Bauchgas verstärken.
Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber bekannten Fensteranordnungen besteht darin, daß
- das den evakuierten Scanner (20) abschließende, unter einer Druckdifferenz von etwa 1 atü stehende Fenster (21) nicht dem direkten Einfluß des Bauchgases (26) ausgesetzt ist und somit Korrosionseinflüsse und Ablagerungen vermieden werden,
- das die Bestrahlungskammer (11) abschließende Fenster (23) gereinigt und/ oder erneuert werden kann,
- aufgrund der Luftkühlung die Energieverluste im Doppelfenstersystem bei den in Betracht kommenden Elektronenenergien (600 bis 1000 keV) klein gehalten werden können (z.B. under 15 %) und - mechanisch empfindlichere Fenster mit hohen Verlustraten, wie sie beispielsweise als Einfachfenster mit Stegunterstiitzung, teilweise mit Wasserkühlung für Elektronenstrahlen mit Energien kleiner als 500 keV eingesetzt werden, vermieden werden können. Auch hieraus resultieren wiederum Lebensdauer, Betriebssicherheit und Effizienz der Vorrichtung.
Die nach Durchtritt durch das Doppelfenstersystem in die Bestrahlungskammer (11) eintretenden energiereichen Elektronenstrahlen treten hier bei gleichzeitiger Aufstreuung mit dem Rauchgas und seinen Schadstoffen und Zusätzen in Wechselwirkung und verlieren dabei sukzessiv ihre Energie. Die Energieverteilung im dabei entstehenden dreidimensionalen Strahlenfeld, gekennzeichnet durch seine Isodosenverteilung (27), ist durch die Geometrie (in Figur 10 z.B. durch die Auffächerung) der primären Elektronenstrahlung, ihrer energieabhängigen fiestreichweite BR bei Austritt aus dem Doppelfenstersystem und der ebenfalls energieabhängigen Aufstreuung vorgegeben. Während die Restreichweite BR mit wachsender Energie der (primären) Elektronenstrahlung zunimmt, wird die Aufstreuung mit wachsender Energie geringer. Dementsprechend ergeben sich bei unterschiedlichen primären Elektronenenergien (Beschleunigungsspannungen) unterschiedliche Feldverteilungen (Isodosen) der in Figur 10 skizzierten Art.
Damit gemäß dem Erfindungsgedanken einerseits ein möglichst«großer Teil des Strahlenfeldes für die Bestrahlung des fiauchgases genutzt werden kann, andererseits aber der Bauchgaskanal und die Bestrahlungskammer (11) nicht unnötig groß gemacht werden sollen, werden Form und Größe der Bestrahlungskammer (11) so bemessen, daß sie das Strahlenfeld räumlich möglichst vollständig, vorzugsweise aber mindestens die 5 %-Isodosen-Kennlinie umschließt, wobei gleichzeitig ein Zusammenwirken mit der Temperiervorrichtung (5) die Wandung der Bestrahlungskammer (11) entsprechend der günstigsten Beaktionstemperatur des Bauchgases temperiert wird. Auf diese Weise wird eine hohe Nutzung der in die Bestrahlungskammer eingestrahlten Elektronen-strahlung bei allerdings inhomogener Dosisverteilung im durchströmenden fiauchgas erzielt. Eine Homogenisierung der Dosisverteilung im Rauchgas wird nach dem Erfindungsgedanken dadurch erzielt, daß mehrere derartige Bestrahlungsstufen zu einer (Teil) Linie in Reihe betrieben werden, wobei das durchströmende Rauchgas zwischen den Stufen durchmischt wird, und die Soll-Bestrahlungsdosis der (Teil) Linie sich aus der (mehrfach gefalteten) Wirkung der Einzelstufen ergibt.
Die Durchmischung selbst kann dabei auf unterschiedliche Weise erfolgen. Figur 8 gibt hierfür die Beispiele a, b und c. Die Abbildungen stellen im Prinzip einen Schnitt längs der Linie E - F der Figur 6 dar. Der Einfachheithalber sind jedoch nur drei (der fünf in Figur 6 gezeigten) Bestrahlungsköpfe (1) dargestellt. In Figur 8 strömt das zu bestrahlende Rauchgas (26) von der linken Bildseite durch die Zusatz- und Temperiereinrichtung (4, 5) durch den labyrinthartigen Kanal (12) in die unterirdisch liegende Bestrahlungszone mit den drei Bestrahlungskamraern (11) und gelangt über einen weiteren labyrinthartigen Kanalabschnitt (12) in die Auffangvorrichtung (7) und von dort weiter (in den nicht dargestellten Kamin). Zwischen den drei Bestrahlungskammern wird das Rauchgas in zwei Durchmischungsstufen durchmischt.
In Beispiel 8a bestehen die Durchmischungsstufen aus (rotierenden) Gebläsen
(28). In Beispiel 8b wird die Durchmischung durch eine (Turbulenzen erzeugende) Gestaltung des Bauchgaskanals zwischen den Bestrahlungskammern (1), z.B. durch mehrfach geknickte Kanalabschnitte (29) erzielt. In Beispiel 8c sind schließlich zusätzlich noch Stau- und/oder die Strömungsrichtung bestimmenden Elemente (30), z.B. spezielle Gitter oder Lamelleneinsätze, zur Durchmischung vorgesehen.
Es ist selbstverständlich, daß derartige Durchmischungshilfen einzeln für sich oder auch kombiniert eingesetzt werden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur selektiven oder simultanen Abscheidung von Schadstoffen, insbesondere Schwefel- und/oder Stick(stoff)oxiden aus Rauchgas durch Bestrahlung der Rauchgase mit Elektronenstrahlen, wobei das Verfahren stufenweise zeitlich nacheinander durchgeführt wird, und wobei mindestens zwei, jeweils eine Verfahrenslinie bildende Stufen verwendet werden, die mit mindestens je einem Elektronenbeschleuniger oder Elektronenbeschleunigerkopf als Elektronenstrahlquelle ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung des Rauchgases stufenweise nacheinander mit Teilbestrahlungsdosen erfolgt, die als Summe die gewünschte Gesamtbestrahlungsdosis ergeben, daß das Rauchgas zwischen den Bestrahlungsstufsn zwangsweise durchmischt wird, und daß die Bestrahlungskammer jeder Stufe der Farm des Bestrahlungsfeldes angepasst und ihre Abmessungen annähernd gleich der effektiven Reichweite der υerwendeten
Elektronenstrahlung in der Bestrahlungskammer gewählt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zusätze nach Abzug der Flugasche, Staub und Partikel vor den Bestrahlungsstufen zentral zugegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zusätze nach Abzug der Flugasche, Staub und Partikel vor jeder der einzelnen Bestrahlungsstufen dezentral zugegeben werden.
4. Verfahren n ach An sp ruch 2 o der 3 , dadurch g ek ennz eichnet , daß die Zusätze teilweise reaktionsbeschleunigende Stoffe enthalten.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der Reaktionsorodukte am Ende der Verfahrenslinis vor dem Einblasen in den Kamin (Schlot) zentral durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der Reaktionsprodukte nach jeder Bestrahlungsstufe dezentral durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas zwischen den Bestrahlungsstufen durch statische Mittel turbulent durchmischt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas zwischen den Bestrahlungsstufen durch dynamische Mittel durchmischt wird.
9- Verfahren nach Anspruch 1, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Medien während der Bestrahlung derart geführt sind, das Gasvolumina, die bei einer ersten Bestrahlung einerrelativ hohen Bestrahlungsdosis ausgesetzt sind, bei einer weiteren Bestrahlung in Bereichen unter der Bestrahlungsouslle hindurchgeführt werden, in denen sie einer geringen Strahlenbelastung ausgesetzt sind.
10. Verfahren nach Anspruch 1, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Medien während der Bestrahlung derart geführt sind, daß Gasvolumina, die bei einer ersten Bestrahlung einer relativ geringen Bestrahlungsdosis ausgesetzt sind, bei einer weiteren Bestrahlung in Bereichen unter der Bestrahlungsquelle hindurchgeführt werden, in denen sie einer hohen Strahlenbelastung ausgesetzt sind.
11. Vsrfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bestrahlung mit einer Teildosis von 60 % bis
100 % und die zweite Bestrahlung mit einer Teildosis von 10 % bis 30 % durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungskammern das Strahlenfeld räumlich möglichst vollständig, vorzugsweise aber mindestens ihre 5 %-Isodosenkennlinie, umschließen.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der verwendeten Elektronenstrahlung mindestens 500 keV beträgt.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der verwendeten Elektronenstrahlung vorzugsweise im Bereich 600 bis 1000 keV verwendet wird.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Durchmischungseinrichtung (2) einer Auffangvorrichtung (3) für Flugasche und einer Zusatzeinrichtung (4), der mindestens zwei Elektronenbestahlungseinrichtungen (1) in Serie nachgeordnet sind, zugeordnet ist, und daß sich an die seriengeschalteten Elektronenbestrahlungseinrichtungen (1) eine die Reaktionsprodukte aufnehmende Auffangeinrichtung (7) und ein Schlot nachgeordnet sind (Fig. 1).
16. Vorrichtung zur Durchführung des Vsrfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich an eine Auffangvorrichtung (3) für Flugasche und an eine Zusatzeinrichtung (4) mindestens zwei Bestrahlungsstufen anschliessen, die jeweils eine Elektronenbestrahlungseinrichtung (7), eine Durchmischungseinrichtung (2) und eine Auffangeinrichtung (7) für die Reaktionsprodukte aufweisen, und daß die letzte Auffangeinrichtung (7) direkt an den Schlot (6) angeschlossen ist (Fig. 2).
17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß einer Auffangvorrichtung (3) für Flugasche eine mindestsns zweistufige Bestrahlungsanordnung nachgeordnet ist, daß jede Stufe eine Zusatzeinrichtung (4), eine Temperaturregeleinrichtung (5) und eine Elektronenbestrahlungseinrichtung (1) aufweist, daß zwischen den Stufen eine Durchmischungseinrichtung (2) vorgesehen ist, und daß die letzte Stufe an eine Auffangvorrichtung (7) für die Reaktionsprodukte mit nachgeordnetem Schlot (6) angeschlossen ist (Fig. 3).
18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß einer mindestens zweistufigen Bestrahlungsanlage eine Auffangvorrichtung (3) für Flugasche vorgeschaltet und ein Schlot (6) nachgeschaltet sind, und daß jede Stufe der Bestrahlungsanlage aus einer Elektronenbestrahlungseinrichtung (1), einer Durchmischungseinrichtung (2), einer Zusatzeinrichtung (4), einer Temperaturregeleinrichtung (5) und einer Auffangeinrichtung (7) für die Reaktionsprodukte besteht (Fig. 4).
19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 15, 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenstersystem aus zwei für Elektronenstrahlen weitgehend transparenten Fenstern besteht, von denen das eine die Beschleunigerrähre gegen den Außenraum und die andere die Bestrahlungskammer abschließen, beide Fenster in Richtung der primären Elektronenstrahlen in Reihe angeordnet sind und der Zwischenraum mit einem durchströmten Gas gekühlt wird (Fig. 7a und 7b).
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen beiden Fe.nstern mit einem Inertgas (z.B. N2) gekühlt wird.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen beiden Fenstern mit einem rauchgasfreien Luftstrom gekühlt wird.
22.Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom nach Passieren des Zwischenraumes zwischen beiden Fenstern in den Eingang der zugehörigen Bestrahlungskammer geführt wird und seine durch Wechselwirkung mit der Elektronenstrahlung entstandenen Reaktionsprodukte den Abscheideeffekt im Rauchgas verstärken.
23. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das die Beschleunigerröhre abschließende Fenster aus einer 15 bis 40 mμ dicken Folie aus Titan oder einer Titanlegierung besteht.
24. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das die Bestrahlungskammer abschließende Fenster aus einer 15 bis 40 mμ dicksn Folie aus Titan oder einer Titanlegierung, bzw. aus einer anderen Metallfolie (z.B. Aluminium) mit entsprschender Transparenz für die Elektronenstrahlen besteht.
25. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß das die Bestrahlungskammer abschließende Fenster mit Vorrichtungen versehen ist, um es kontinuierlich oder diskontinuierlich während des Betriebes und/oder in Betriebspausen zu reinigen und/oder zu erneuern.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus ablaufenden oder reversierenden Auf- und Abwicklern mit Abstreifvorrichtungen besteht.
27. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 15, 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungsanlage aus mindestens zwei Bestrahlungsköpfen und einer zentralen elektrischen Versorgungseinheit besteht, wobei die Bestrahlungsköpfe äquidistant über T-förmige Flansche an die Versorgungseinheit angeflanscht sind, ihre äußeren Mäntel mit dem der Versorgungseinheit einen gemeinsamen Druckkessel bilden und die Hochspannungspole der Beschleunigerköpfe mit dem der Versorgungseinheit über konzentrisch innerhalb der T-förmigen Flansche liegenden Zuführungen verbunden sind (Fig. 6).
PCT/EP1986/000549 1985-10-23 1986-09-20 Process for selective or simultaneous elimination of noxious substances from smoke gas through irradiation of the smoke gas with electron-beams WO1987002597A1 (en)

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