WO2021069386A1 - Wasserabtrennung aus dem rauchgas von klinkerbrennanlagen - Google Patents

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WO2021069386A1
WO2021069386A1 PCT/EP2020/077876 EP2020077876W WO2021069386A1 WO 2021069386 A1 WO2021069386 A1 WO 2021069386A1 EP 2020077876 W EP2020077876 W EP 2020077876W WO 2021069386 A1 WO2021069386 A1 WO 2021069386A1
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exhaust gas
condensation
gas
water
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PCT/EP2020/077876
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French (fr)
Inventor
Jost Lemke
Sebastian Morgenroth
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/265—Drying gases or vapours by refrigeration (condensation)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D2257/00—Components to be removed
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases

Definitions

  • the present invention relates to methods and systems for separating water from the flue gas of clinker burning systems.
  • JP 2012-56794, US 4,915,914, WO 02/059043 A2 or WO 2016/030207 A1 could be mentioned as prior art.
  • prior art relating to heat exchangers for example EP 0982427 al, EP 1 106 729 A2, US Pat. No. 4,955,435 or also US Pat. No. 7,243,703 B2 can be mentioned.
  • EP 0982427 al, EP 1 106 729 A2, US Pat. No. 4,955,435 or also US Pat. No. 7,243,703 B2 can be mentioned.
  • these solutions can still be improved; in particular, these solutions cannot easily be used for water separation in clinker burning plants.
  • a liquid-to-gas plate heat exchanger is known from DE 3886 579 T2.
  • a low-pressure thin-walled heat exchanger is known from DE 102012 012 711 A1.
  • the exhaust gas from the kiln of the clinker plant and to be subjected to water removal is sometimes also referred to as exhaust air. Since this gas passes through the preheater, it is sometimes also referred to as preheater exhaust or exhaust air. However, it must be distinguished from the clinker cooler exhaust air in each case.
  • SNCR means “selective non-catalytic reduction”, or else selective non-catalytic reduction.
  • the SNCR is a secondary process that is used, for example, for flue gas denitrification.
  • Thermolysis converts gaseous nitrogen oxides (NOx) into water vapor and nitrogen using, for example, ammonia or flare.
  • SCR selective catalytic reduction
  • selective catalytic reduction This is a well-known technique for reducing nitrogen oxides in exhaust gases from, for example, combustion plants and industrial plants.
  • nitrogen oxides are reduced with the aid of compounds such as ammonia.
  • the present invention therefore relates to a method for separating water from the flue gas of clinker burning plants.
  • At least the following operatively connected components are included within the scope of the present invention: at least one preheater, optionally a calciner, a kiln, which is preferably a rotary kiln, at least one clinker cooler with at least an exhaust air discharge device, at least one exhaust gas purification device, at least one condensation device for water vapor contained in the exhaust gas and at least one exhaust air chimney.
  • the subject of the present invention is also a clinker burning plant comprising the mentioned components, which are operatively connected to each other, a preheater, optionally a calciner, a kiln, which is preferably a rotary kiln, a clinker cooler with at least one exhaust air device, at least one exhaust gas purification device, at least one condensation device for water vapor contained in the exhaust gas and at least an exhaust chimney.
  • the exhaust gas stream of an exhaust gas purification system originating from the kiln is designed and passed through at least one cooling device configured for the condensation of entrained water vapor.
  • the condensed water is discharged from the system or passed on for further use within the system. This further use can, for example, be the cooling of hotter system parts.
  • the cooler exhaust air emerging from the clinker cooler is at least partially captured.
  • the cooler exhaust air collected from the clinker cooler and the exhaust gas from the kiln are combined or mixed with one another. This mixing usually takes place after the exhaust gas has been cleaned and the moisture contained in the exhaust gas has condensed out, but before it enters the exhaust air chimney or when it enters the exhaust air chimney or only in the exhaust air chimney.
  • one or more method steps selected from the group consisting of SCR, SNCR, filtration and combinations thereof are carried out for exhaust gas purification.
  • one or more of the following process steps can be carried out: downstream, in relation to the flow direction of the exhaust gas originating from the preheater, an SCR, an SNCR in the calciner, if this is available, regulation and control of the pH value in the condensing device.
  • the control of the pH is achieved by adding a basic liquid or a basic gas.
  • a basic liquid or a basic gas By adding the basic species, acid components contained in the exhaust gas, in particular SO 2 and HCl, are neutralized.
  • acid components contained in the exhaust gas in particular SO 2 and HCl
  • continuous readjustment of the metering may be necessary - for this reason, readjustment of the condensation settings may also be necessary.
  • this metering takes place either in the SNCR, preferably in the calciner (if present), in the SCR, preferably in an SCR system (catalyst), or in the condensation device. It is also possible to meter in the basic liquid or the basic gas at several of these three points mentioned or also at all of the three points.
  • Particularly suitable basic gas or basic liquid are ammonia or an aqueous ammonia solution.
  • wastewater containing ammonia photo water or wastewater, e.g. from agriculture is also conceivable.
  • an aqueous urea solution can be metered in instead of the basic liquid.
  • This solution is actually pH-neutral, but ammonia formed from it can then function as a basic species.
  • the water condensed out in the context of the process of the present invention can, if it is fed to a further use in the system itself, be used, for example, as process water or as cooling water. If the water is discharged from the system, it can be used as drinking or tap water, as water for agriculture, and / or as service water. Depending on the intended use for which it is ultimately used, it is possible within the scope of the present invention to subject the water to further purification after or when it is discharged from the system.
  • the condensation of the water from the moist exhaust air from the preheater can be carried out in a multi-stage spray condenser.
  • Such components are known to the person skilled in the art and do not need to go further here to be discribed; Instead of the German expression “Sprühkondensator”, the expression “Scrubber” can also be used.
  • the energy obtained from the exhaust air during the condensation of moisture is used again to supply the clinker burning plant.
  • heat exchangers or turbines or the like can be used for this purpose.
  • the mixing of the exhaust gas flows from the kiln and the cooler exhaust air collected from the clinker cooler can take place by means of mixing chambers, valves, turbulence or combinations of these process measures in the exhaust air chimney or before, but after the (last) condensation device.
  • the at least one exhaust gas cleaning device for cleaning the exhaust gas flow originating from the furnace is configured and arranged in such a way that the exhaust gas flow originating from the furnace is cleaned with it.
  • the at least one condensation device is configured and arranged in such a way that condensation of the water vapor entrained in this exhaust gas stream is at least partially enabled.
  • the system of the present invention can be configured in such a way that not only water is condensed out, but also other substances.
  • this condensation device can be configured in such a way that either almost all of the water vapor is condensed (within the scope of the technical / atmospheric possibilities) or only part of the water vapor, with the system being configured in preferred embodiments in such a way that this portion to be condensed out of the water vapor can be set to a certain percentage value.
  • the relative humidity of the exhaust gas of the resulting dried exhaust gas stream can be set to a desired target value. This allows the buoyancy in the exhaust air chimney to be controlled in addition to that via the control by the admixed clinker cooler exhaust air.
  • the system of the present invention comprises a device for discharging the condensation water from the system or for conveying the water within the system for further use within the system.
  • a device for discharging the condensation water from the system or for conveying the water within the system for further use within the system For course, it is possible to split up the condensate and only discharge part of it and leave the rest in the system.
  • the at least one exhaust air device for cooler exhaust air exiting the clinker cooler is configured in such a way that the exiting cooler exhaust air is at least partially captured and can be passed on, so that this cooler exhaust air can be mixed with the dehumidified exhaust air from the preheater and can then be introduced into the exhaust air chimney.
  • this exhaust air removal device is configured in such a way that the exact amount of the cooler exhaust air conducted for mixing with the dehumidified preheater exhaust gas can be precisely set. This allows the buoyancy in the exhaust chimney to be controlled in a targeted manner.
  • the system according to the present invention is configured or designed in such a way that the dehumidified exhaust air coming from the kiln (i.e. the exhaust gases coming from the preheater) and the cooler exhaust air coming from the clinker cooler can be mixed with one another.
  • the dehumidified exhaust air coming from the kiln i.e. the exhaust gases coming from the preheater
  • the cooler exhaust air coming from the clinker cooler can be mixed with one another.
  • This mixing of the two waste gas streams takes place either after the single condensation device or, if several condensation devices are used, after the last condensation device.
  • the mixing of these gas streams can take place with the aid of a mixing device before the exhaust chimney, or with the aid of a mixing device arranged in the outer wall of the exhaust air chimney, or with the aid of a mixing device arranged inside the exhaust air chimney. It is also possible to introduce the gas streams into the exhaust air chimney via a separate feed line and then to mix them with one another, either with an additional mixing device or without a special mixing device, simply by flowing through each other.
  • the mixture in front of the exhaust chimney is preferred.
  • Mixing device in this sense can in principle be any mixing device known from the prior art, for example also a simple T-connection or Y-connection of two pipes.
  • the clinker burning plant of the present invention can comprise an SCR plant, an SNCR plant, a filter plant or several of these plants.
  • the clinker burning plant comprises a device configured for SCR downstream, in relation to the flow direction of the exhaust gas originating from the pre-dryer (preheater).
  • the clinker burning plant comprises an apparatus configured for SNCR in the calciner.
  • the clinker burning plant comprises a device for regulating and controlling the pFI value in the condensation device.
  • the clinker burning plant can comprise a multi-stage spray condenser as the condensation device.
  • the clinker burning plant can comprise a hose bundle heat exchanger as a condensation device.
  • the clinker burning plant can comprise further condensation devices known from the prior art.
  • the clinker burning plant comprises at least one device for obtaining and forwarding the energy obtained during the condensation.
  • the clinker burning plant comprises mixing chambers and / or valves for mixing the two gas flows mentioned.
  • the gas streams provided for emission through the exhaust air chimney are subjected to additional heating (or, more rarely, also cooling), for example by means of heat exchangers.
  • the moist exhaust gases originating from the preheater it is possible to pass the moist exhaust gases originating from the preheater as a total flow through the following devices, or to divide them into different partial flows.
  • SCR system Catalyst
  • both the density of the exhaust gas and the temperature of the exhaust gas can be increased. This measure ensures that the exhaust gas is lifted sufficiently at the emission point.
  • the corrosion problem is solved within the scope of the present invention in that the pFI value in the condensate is set appropriately by adding one or more basic gases or liquids, in particular ammonia.
  • the pFI value in the condensate is set appropriately by adding one or more basic gases or liquids, in particular ammonia.
  • basic gases or liquids in particular ammonia.
  • no fan or blower is arranged between the condensation device and the exhaust air chimney; the dehumidified exhaust gases have sufficient buoyancy of their own within the scope of the present invention, so that additional fans or blowers between the condensation device and the exhaust chimney are not necessary.
  • the addition of the basic gases or liquids can take place either directly in or upstream of a condenser.
  • an SNCR or. SCR system can be adapted to the acid gas content with regard to the reducing agent conversion in such a way that the desired pH value is reached in the condenser.
  • an essential aspect is that exhaust gas and clinker cooler exhaust air are only mixed shortly before entry, when entering or in the exhaust chimney, i.e. after the condensation step.
  • the various gas streams can also be divided up independently of one another and then mixed, for example, partly in front of and partly in the chimney.
  • the condensation step or device is the last step / device before the exhaust gases are introduced into the exhaust stack.
  • the present invention also relates to special heat exchangers.
  • a heat exchanger made of film webs is used in preferred variants for cooling and condensation.
  • two film webs in each case are glued or welded in the longitudinal direction in such a way that when the films are inflated they take the form of a tube bundle or several tube bundles running in parallel.
  • Such film webs can then be introduced into a housing which has a Contains gas distributor and a gas collector and a condensate discharge at the bottom. The hot, humid gas then flows from top to bottom through the hose bundle and is cooled from the outside by the ambient air.
  • the orientation of the hose webs is vertical in the context of the present disclosure in order to ensure optimal condensate drainage.
  • the small thickness of the films between 25 ⁇ m and 200 ⁇ m allows a sufficiently high heat transfer despite the poor thermal conductivity of the film material, which is usually in the range from 0.1 W m 1 K 1 to 0.9 W m 1 K 1 specific costs for the heat exchanger surface are very low. In this way, large areas and overall cross-sections can be realized inexpensively.
  • the exhaust gas flowing through hardly causes any pressure loss. Since the exhaust gas is dedusted in preferred embodiments, there is no significant wear of the heat exchanger surfaces and the special heat exchangers of the present disclosure therefore have lifetimes of one year or more.
  • Suitable materials are available up to at least 120 ° C, in some cases also for temperatures above 150 ° C.
  • suitable plastics have glass transition temperatures of at least 120.degree. C., in particular of at least 150.degree.
  • the films preferably have sufficient strength to hold their own weight and, in addition, the weight of the condensate. If the exhaust gas coming out of the process is too hot, a corresponding pre-cooling, e.g. B. can be used by water injection.
  • the materials used for the foils have sufficient thermal resistance for the temperatures prevailing in the process and sufficient resistance to water (vapor) for the atmospheric humidities prevailing in the process.
  • the materials used for the films are resistant to acid gas components such as SO 2 and FICI that may be contained in the exhaust gas to be dried. If the pFI value is regulated before the condensation, as described, materials with lower acid resistance can be used.
  • the present invention mostly refers to films made of plastic, the films do not necessarily have to be made of plastic.
  • Metal foils and composite foils can also be used in the context of the present invention.
  • the particular advantage of plastic films is that they can be obtained inexpensively.
  • preferred plastics for the film webs of the heat exchangers are polyimides and polyester films, in particular polyimides. When choosing them, make sure that they have sufficient thermal resistance. This thermal Resistance can be associated with glass transition temperatures of at least 120 °, preferably at least 150 ° C.
  • Suitable polyimides are available for example under the trade names Kapton ® or Vespel ® (without a defined glass transition temperature) of DuPont.
  • the heat exchangers of the present invention are based on foils, preferably thermoplastic polymer foils, which are partially welded to one another in pairs (or a greater number) so that they correspond to the structure of a hose bundle.
  • the preferred flexible thermoplastic polymer films can be polyimide films, polyester films (e.g. polyethylene terephthalate films), polyamide films, ethylene polymer films or elastomer films. Polyimide films and polyethylene terephthalate films are preferred.
  • the polymer film preferably has a thickness of 10 to 125 micrometers and a glass transition temperature (or a melting point or a softening point) of 190 to 300 ° C. In some variants, the polymer film can contain an inorganic filler or other additives to increase the thermal conductivity of the polymer film.
  • thermoplastic polyimide film can be produced in some variants by polymerization and imidation from aromatic tetracarboxylic acid compounds, including 2, 3,3 ', 4'-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride (a-BPDA) and 4,4'-oxydiphthalic acid dianhydride, and diamine compounds such as l, 3- bis (4-aminophenoxybenzene) (TPE-R) or 1,3-bis (3-aminophenoxybenzene).
  • aromatic tetracarboxylic acid compounds including 2, 3,3 ', 4'-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride (a-BPDA) and 4,4'-oxydiphthalic acid dianhydride
  • diamine compounds such as l, 3- bis (4-aminophenoxybenzene) (TPE-R) or 1,3-bis (3-aminophenoxybenzene).
  • the highly heat-resistant polyimide substrate film can in variants have no glass transition temperature or a glass transition temperature (Tg) of approx. 340 ° C. or higher. It can be made in variants from aromatic tetracarboxylic acid compounds such as 3,3'4,4'-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride (s-BPDA) or pyromellitic acid dianhydride and diamine compounds such as p-phenylenediamine (PPD) or a combination of PPD and 4,4'-diaminophenyl ether, can be produced by polymerization and imidation.
  • aromatic tetracarboxylic acid compounds such as 3,3'4,4'-biphenyltetracarboxylic acid dianhydride (s-BPDA) or pyromellitic acid dianhydride
  • diamine compounds such as p-phenylenediamine (PPD) or a combination of PPD and 4,4'-diaminophen
  • the above-mentioned multilayer polyimide film has a coefficient of linear expansion (machine direction - MD), traverse direction (TD) and their average, at 50-200 ° C.) of 10 ⁇ 10 -6 to 35 ⁇ 10 -6 cm / cm / ° C.
  • the flexible heat exchanger of the invention can in principle be produced by a method which comprises the following steps: applying a flexible thermoplastic polymer film to the surface of a further flexible thermoplastic polymer film and partially fusing it both polymer films to combine both polymer films to form the tubular pattern between the polymer films.
  • the heat exchanger is manufactured in a variant with a process that includes the steps of arranging a flexible thermoplastic polymer film on another flexible thermoplastic polymer film over an intermediate thermoplastic polymer film, from which a line pattern (hose structure) has already been cut, and fusing the two polymer films on the intermediate one flexible thermoplastic polymer film to form the tubular structure.
  • the manufacture can be done by a method comprising the steps of placing a polymer film on another polymer film, heating both polymer films in a tube-like pattern by applying heat to both polymer films via a heat insulating material in the conduction pattern and fusing both polymer films to combine both polymer films with one another and to form the conductive pattern between the polymer films.
  • the production can also take place via a method comprising the steps of arranging one polymer film on another polymer film, and applying heat to both polymer films by means of a thermal head in a pattern that is reversed to the line pattern (tube structure), and fusing the two polymer films, if necessary on an intermediate one Polymer film, to combine both.
  • FIGS. 1-10 Exemplary heat exchangers that correspond to this description are shown in FIGS.
  • Embodiment I Method for separating water from the flue gas of clinker burning plants, wherein the clinker burning plant has at least the following components, which are operatively connected to one another, a) a preheater, b) optionally a calciner, c) a kiln, preferably a rotary kiln, d) a clinker cooler with at least one exhaust air discharge device, e) at least one exhaust gas purification device, f) at least one condensation device for water vapor contained in the exhaust gas, g) at least one exhaust air chimney, and wherein
  • Embodiment II The method according to embodiment I, characterized in that one or more of the following method steps for exhaust gas cleaning SCR, SNCR, filtration is carried out.
  • Embodiment III Process according to embodiment I or II, characterized in that one or more of the following process steps include an SCR of the exhaust gas originating from the pre-dryer downstream, in relation to the flow direction of the exhaust gas, an SNCR in the calciner, regulation and control of the pFI value in the condensation device , is or will be carried out.
  • Embodiment IV The method according to any one of the preceding embodiments, characterized in that the condensed water when fed to a further use in the system as process water or as cooling water, or after being discharged from the system, optionally after further purification, is used as drinking or tap water, as water for agriculture, and / or as service water.
  • Embodiment V Method according to one of the preceding embodiments, characterized in that the condensation is carried out in a multi-stage spray condenser.
  • Embodiment VI Method according to one of the preceding embodiments, characterized in that the energy obtained during the condensation is used to supply the clinker burning plant.
  • Embodiment VII The method according to one of the preceding embodiments, characterized in that the mixing of the gas streams resulting from A) and C) takes place by means of mixing chambers, valves, turbulence or combinations thereof in the exhaust air chimney.
  • Embodiment VIII Clinker burning plant comprising at least the in
  • the following components are actively connected: a) a preheater, b) optionally a calciner, c) a kiln, preferably a rotary kiln, d) a clinker cooler with at least one exhaust air discharge device, e) at least one exhaust gas purification device, f) at least one condensation device for water vapor contained in the exhaust gas, g) at least one exhaust chimney, wherein
  • the at least one exhaust gas purification device is configured and arranged for cleaning the exhaust gas flow originating from the kiln
  • the at least one condensation device is configured and arranged for the condensation of the water vapor entrained in the exhaust gas flow
  • the at least one exhaust air removal device from the clinker cooler is configured in such a way that exiting cooler exhaust air is at least partially captured, characterized in that the system continues I) a mixing device for the gas flows resulting from A) and C), which is arranged after the exhaust gas cleaning and condensation devices but in front of the exhaust air chimney,
  • IV) comprises separate feed lines for the gas flows resulting from A) and C) in the exhaust air chimney.
  • Embodiment IX Clinker burning plant according to embodiment VIII, characterized in that it comprises one or more devices configured for exhaust gas purification by means of SCR, SNCR, filtration.
  • Embodiment X Clinker burning plant according to embodiment VIII or IX, characterized in that it configures one or more devices for SCR of the exhaust gas originating from the pre-dryer downstream, in relation to the flow direction of the exhaust gas, SNCR in the calciner, regulation and control of the pFI value in the condensation device.
  • Embodiment XI Clinker burning plant according to one of the embodiments VIII to X, characterized in that it comprises a multi-stage spray condenser.
  • Embodiment XII Clinker burning plant according to one of the embodiments VIII to XI, characterized in that it comprises at least one device for obtaining and forwarding the energy obtained during the condensation.
  • Embodiment XIII Clinker burning plant according to one of the embodiments VIII to XII, characterized in that it comprises mixing chambers and / or valves configured for mixing the gas flows resulting from A) and C).
  • Embodiment XIV.Heat exchanger comprising a housing in which longitudinally glued or welded film webs, which when inflated take the form of a hose bundle or several parallel hose bundles, are arranged, which contains a gas distributor in the upper area and a gas collector and a condensate discharge at the bottom , where the Foil webs are aligned in the housing in such a way that the tube bundles are aligned substantially perpendicularly.
  • perpendicular here means a perpendicular alignment or an alignment that deviates from the perpendicular by up to 45 °, preferably by up to 20 °, particularly preferably by up to 10 °.
  • Embodiment XV Process according to one of the embodiments I to VII, characterized in that a heat exchanger according to embodiment XIV is used for the condensation in step f).
  • Embodiment XVI Clinker burning plant according to one of the embodiments VIII to XIII, characterized in that the condensation device f) is a heat exchanger according to embodiment XIV.
  • One advantage of the present invention is that the condensed water can be reused. With very low levels of S0 2 in the exhaust gas, it could be used as drinking water; with higher S0 2 levels and corresponding ammonia input, the water would still be well suited for irrigation of agricultural areas, since the ammonium sulfate content has a positive effect on the growth of the Affects plants.
  • the components of the systems according to the invention are in operative connection with one another, i.e. are connected to one another by suitable pipelines, etc. in a way that ensures the general functionality of the device.
  • suitable pipelines, etc. in a way that ensures the general functionality of the device.
  • the measures required for this are known to a person skilled in the art.
  • FIG. 1 shows a cement clinker burning plant comprising the concept according to the invention in a general representation.
  • gas flows are represented by dashed arrows / lines (including those gas flows which entrain fine particles or moisture).
  • the right part is a conventional cement clinker burning plant, comprising preheater 5, preferably designed as several cyclones, a calciner 6, a furnace 4, which is preferably a rotary kiln, clinker cooler 3, from which the cooled clinker is discharged (shown below right) and its further use is fed. It is shown how exhaust gas is derived from the preheater above and can then optionally be passed through an SCR system (catalytic converter) 9 or past it (the option being shown by means of the slashes by the dashed lines).
  • SCR system catalytic converter
  • the exhaust gas coming from the SCR system (catalytic converter) 9 and / or the exhaust gas routed past it is then passed on (optionally, as shown here, by means of a fan) to a filter or deduster.
  • filters or dust extractors are optional. Whether these filters or dust extractors are used depends on how much dust is entrained in the exhaust gas flow.
  • the exhaust gas is then passed on (shown here by means of a fan) and completely or partially introduced into the condensation device 1.
  • the possibility of partially passing the condensation device 1 is shown here by means of the slashes through the dashed lines. Partial bypassing occurs particularly when the moisture content of the exhaust air is relatively low.
  • the moisture (essentially water) contained in the exhaust air is then separated out in the condensation device 1.
  • the degree of separation depends on the desired degree of drying or the degree of mixing with the clinker cooler exhaust air; it only has to be ensured that a sufficient buoyancy in the exhaust air chimney 8 is achieved by the subsequent mixing.
  • the setting of the degree of condensation can take place in a regulated manner, which is not explicitly shown in this figure.
  • the condensed liquid essentially water
  • FIG. 1 the discharge of water (H 2 O) or an aqueous solution of, in particular, ammonium sulfate is illustrated.
  • FIG. 1 illustrates three points 2a, 2b and 2c in FIG. 1, where a basic substance can be introduced as a gas or liquid. In particular, this liquid is ammonia.
  • 2a illustrates the entry into the calciner, where an SNCR can take place.
  • 2b illustrates the entry in component 9, where an SCR can take place.
  • 2c illustrates the entry of the basic compound into the condensation device.
  • FIG. 1 illustrates how exhaust air coming from the clinker cooler can be mixed with the dried exhaust gases coming from the condensation apparatus 1 after the condensation device 1 and in front of the exhaust air chimney 8, optionally additionally with part of the preheater exhaust gases passed by the condensation device 1.
  • FIG. 1 illustrates that the two or possibly three gas flows are mixed between the condensation device 1 and the exhaust chimney 1, it is also possible to mix these gas flows when they enter the exhaust chimney 8 or, if necessary, only in the exhaust chimney 8 itself .
  • FIG. 1 also shows how exhaust air coming from the clinker cooler 3 can be used to reheat the exhaust gas coming from the preheater 5.
  • part of the cooler exhaust air is diverted and, for example, mixed with the exhaust gas flow from the preheater 5, as illustrated in the left part of the drawing below the exhaust air chimney 8.
  • FIG. 2 shows a heat exchanger based on hose bundles 10 preferably used in the condensation devices according to the invention.
  • FIG. 2 illustrates how these hose bundles 10 can be arranged in a condensation device.
  • the moist exhaust gas 40 is fed in from the top left in FIG. 2 through the flue gas distributor 20 and then guided downward through the hose bundle 10 against the force of gravity.
  • the exhaust gases 40 are cooled in these hose bundles 10, as a result of which the moisture contained in the exhaust gases at least partially condenses.
  • the condensate 50 runs inside on the walls of the hose bundle, following the force of gravity, downwards and then drips (or flows) into the condensate collector number 30, which is shown in FIG can be derived, is shown.
  • the dried exhaust gases 41 are discharged from the condensation device in FIG. 2 at the bottom left.
  • FIG 3 shows the tube bundles 10 from FIG Structures are created that correspond to a bundle of tubes.
  • FIG 3a it is shown how these film webs 101 and 102 lie loosely on top of one another and are connected to one another at the contact points. This is the state of the hose bundle heat exchanger in the non-operational state.
  • FIG. 3b The operative state of the hose heat exchanger is shown in FIG. 3b). This again shows that the tube bundles are made up of two film webs 101 and 102.
  • FIG. 3a) shows in FIG. 3b) how the moist exhaust gas 40 is passed through the hose structures of the heat exchangers. Through this passage, the tube webs lying loosely on top of one another (or loosely attached to one another) in the non-operative state are inflated and thereby assume a tube-like shape.
  • FIG. 4 it is shown by way of example on a hose element how the hose bundle heat exchangers of FIGS. 2 and 3 function.
  • the moist exhaust gas 40 is introduced from above into the inner flea space of a hose element.
  • the moist exhaust gas 40 accordingly flows downward through the hose element.
  • cold ambient air 60 is passed upwards from below.
  • the cold ambient air 60 absorbs heat from the moist exhaust gas 40 and is consequently heated along the hose element and then becomes heated air 61, which can be discharged from the top of the heat exchanger element.
  • the moist exhaust gas 40 is alternately cooled, as a result of which the same amount of moisture can no longer remain in the gaseous state and condense out accordingly.
  • the liquid which has condensed out is shown in FIG. 4 in the form of droplets 50 in the interior of the individual tube element.
  • the arrows directed from bottom to top outside the hose element in FIG. 4 show the direction of flow of the cooling air (initially cold ambient air 60, then heated ambient air 61).
  • the dried exhaust gas (dried by condensing out liquid) can then be drawn off in the lower part of the heat exchanger, as has already been illustrated in FIG.
  • the condensate 51 collects there and can then be discharged downwards.
  • FIG. 5 illustrates a condensation device in which a number of hose bundles 10 are suspended in a housing 100 comprising weather protection (protection from solar radiation, precipitation and wind).
  • the housing 100 is shown in the form of a cube in FIG. 5, but can also assume other shapes depending on the respective requirements.
  • This FIG. 5 illustrates how the moist exhaust gas 40 is introduced into the housing 100 at the top left. The dehumidified, dried exhaust gas is then discharged from the housing 100 at the bottom right.
  • cold ambient air 60 is introduced into the housing 100 from below and then exits the housing as heated ambient air 61 at the top.
  • This passage can on the one hand take place automatically, for example supported by the chimney effect, or the cooling medium, in particular ambient air, can be by means of a fan and / or Fans are passed through the housing 100.
  • the condensate 51 can be discharged from the housing 100 at the bottom.

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Abstract

Verfahren zum Abtrennen von Wasser aus dem Rauchgas von Klinkerbrennanlagen und entsprechend konfigurierte Klinkerbrennanlage.

Description

Wasserabtrennung aus dem Rauchgas von Klinkerbrennanlagen
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Anlagen zur Wasserabtrennung aus dem Rauchgas von Klinkerbrennanlagen.
Der Betrieb von Klinkerbrennanlagen erfordert den Einsatz von Prozesswasser. Dieses Wasser geht üblicherweise als Wasserdampf im Abgas verloren und kann nicht wiederverwendet werden. Durch Abkühlung und Kondensation kann ein Teil des Wassers aus dem Abgas zurückgewonnen werden. Diese Abkühlung und Trocknung des Rauchgases verursacht jedoch das Problem, dass das Abgas zu weit abkühlt und kein ausreichender Auftrieb des Abgases mehr gegeben ist.
Weiterhin besteht das Problem, dass sich durch gelöste Sauergase (S02, HCl etc.) ein niedriger pH-Wert im Kondensat einstellt, wodurch es zur Korrosion kommen kann.
Als Stand der Technik könnten JP 2012-56794, US 4,915,914, WO 02/059043 A2 oder WO 2016/030207 Al genannt werden. Als Stand der Technik betreffend Wärmetauscher können zum Beispiel EP 0982427 al, EP 1 106 729 A2, US 4,955,435 oder auch US 7,243,703 B2 genannt werden. Jedoch sind auch diese Lösungen noch verbesserungsfähig, insbesondere sind diese Lösungen nicht ohne weiteres zur Wasserabscheidung in Klinkerbrennanlagen einsetzbar.
Aus der DE 102014010044 B3 ist eine Anlage zur Nutzung der Abwärme einer Anlage zur Herstellung von Zement mit einem Wärmetauscher bekannt.
Aus der DE 3886 579 T2 ist ein Flüssig-zu-Gas-Plattenwärmetauscher bekannt.
Aus der DE 102012 012 711 Al ist ein Niederdruck-Dünnwandwärmetauscher bekannt.
Die Verfahren und Anlagen des Stands der Technik zeigen noch Probleme und weisen mithin noch erhebliches Verbesserungspotential auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es demgemäß Anlagen und Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile des bisherigen Standes der Technik vermeiden bzw. die Anlagen und Verfahren des bisherigen Standes der Technik weiter verbessern. Diese und weitere, den Fachmann bei Betrachtung der vorliegenden Beschreibung ersichtlichen, Aufgaben werden durch die Gegenstände der Ansprüche gelöst, wobei die Unteransprüche bevorzugte Ausgestaltungen darstellen.
Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und bevorzugte Gegenstände ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden folgende Begriffe und Ausdrücke wie folgt verwendet: Der Ausdruck „und/oder" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass sowohl die einzelnen Elemente, die mit diesem Ausdruck verbunden sind, als auch eine Kombination der einzelnen Elemente umfasst ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das aus dem Brennofen der Klinkeranlage stammende und der Wasserentfernung zu unterwerfende Abgas gelegentlich auch als Abluft bezeichnet. Da dieses Gas den Vorwärmer passiert, wird es gelegentlich auch als Vorwärmerabgas bzw. -abluft bezeichnet. Es ist jedoch in jedem Fall von der Klinkerkühlerabluft zu unterscheiden.
Die Abkürzung „SNCR" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, „selective non-catalytic reduction", oder auch selektive nicht-katalytische Reduktion. Die SNCR ist ein sekundäres Verfahren, das beispielsweise bei der Rauchgasentstickung eingesetzt wird. Dabei werden durch Thermolyse gasförmige Stickoxide (NOx) unter Verwendung von beispielsweise Ammoniak oder Flarnstoff zu Wasserdampf und Stickstoff umgesetzt. Diese Terminologie und Technologie ist dem Fachmann gut bekannt.
Die Abkürzung „SCR" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, „selective catalytic reduction", oder auch selektive katalytische Reduktion. Dies ist eine allgemein bekannte Technik zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen von beispielsweise Feuerungsanlagen und Industrieanlagen. Dabei werden in einer chemischen Reaktion am SCR-Katalysator Stickoxide reduziert unter Zuhilfenahme von Verbindungen wie Ammoniak. Diese Terminologie und Technologie ist dem Fachmann gut bekannt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist mithin ein Verfahren zum Abtrennen von Wasser aus dem Rauchgas von Klinkerbrennanlagen.
Die dafür notwendigen Anlagenteile und Vorrichtungen stehen in entsprechender Wirkverbindung miteinander bzw. sind entsprechend konfiguriert.
Zumindest die folgenden miteinander in Wirkverbindung stehenden Bestandteile sind dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst: mindestens einen Vorwärmer, optional einen Calcinator, einen Brennofen, der bevorzugt ein Drehrohrofen ist, mindestens einen Klinkerkühler mit mindestens einer Abluftabführvorrichtung, mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung, mindestens eine Kondensationsvorrichtung für im Abgas enthaltenen Wasserdampf und mindestens einen Abluftkamin.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin auch eine Klinkerbrennanlage umfassend die genannten miteinander in Wirkverbindung stehenden Bestandteile Vorwärmer, optional Calcinator, Brennofen, der bevorzugt ein Drehrohrofen ist, Klinkerkühler mit mindestens einer Abluftvorrichtung, mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung, mindestens einer Kondensationsvorrichtung für im Abgas enthaltenen Wasserdampf und mindestens einen Abluftkamin.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und Offenbarung dargestellt.
Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, dass mehrere Kondensationsvorrichtungen für im Abgas enthaltenen Wasserdampf betrieben werden.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird der aus dem Brennofen stammende Abgasstrom einer Abgasreinigung entworfen und durch mindestens eine zur Kondensation von mitgeführten Wasserdampf konfigurierte Kühlvorrichtung geleitet. Das kondensierte Wasser wird aus der Anlage abgeführt oder einer weiteren Verwendung innerhalb der Anlage zugeführt. Diese weitere Verwendung kann beispielsweise eine Kühlung von heißeren Anlagenteilen sein.
Die aus dem Klinkerkühler austretende Kühlerabluft wird zumindest teilweise aufgefangen.
Die aus dem Klinkerkühler aufgefangene Kühlerabluft und das aus dem Brennofen stammende Abgas werden miteinander kombiniert bzw. vermischt. Diese Vermischung erfolgt üblicherweise nach dem Reinigen des Abgases und dem auskondensieren der im Abgas enthaltenen Feuchtigkeit aber noch vor dem Eintreten in den Abluftkamin oder aber beim Eintreten in den Abluftkamin oder aber erst im Abluftkamin.
Es ist für diesen Zweck möglich, die Abgasströme aufzuteilen und dann zum Teil vor und zum Teil im Abluftkamin miteinander zu vermischen.
In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden zur Abgasreinigung eine oder mehrere Verfahrensschritte ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SCR, SNCR, Filtrierung und Kombinationen davon durchgeführt. Dabei können in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einer oder mehrerer der folgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden: stromabwärts, in Bezug auf die Flussrichtung des aus dem Vorwärmer stammenden Abgases, eine SCR, eine SNCR im Calcinator, sofern dieser vorhanden ist, Regulierung und Kontrolle des pH-Wertes in der Kondensationsvorrichtung.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird dabei die Kontrolle des pH-Wertes erreicht, indem eine basische Flüssigkeit bzw. ein basisches Gas zudosiert wird. Durch Zugabe der basischen Spezies werden im Abgas enthaltene Sauerkomponenten, insbesondere S02 und HCl, neutralisiert. Je nach Menge der Sauerkomponenten (also abhängig vom eingesetzten Klinker) kann eine kontinuierliche Nachregelung der Zudosierung erforderlich sein - genauso kann aus diesem Grund auch eine Nachregelung der Kondensationseinstellungen erforderlich sein.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgt diese Zudosierung entweder bei der SNCR, bevorzugt im Calcinator (sofern vorhanden), in der SCR, bevorzugt in einer SCR-Anlage (Katalysator), oder in der Kondensationsvorrichtung. Gleichsam ist es möglich, die basische Flüssigkeit bzw. das basische Gas an mehreren dieser drei genannten Stellen oder auch an allen der drei Stellen zuzudosieren.
Als basisches Gas bzw. basische Flüssigkeit kommen insbesondere Ammoniak oder eine wässrige Ammoniaklösung in Betracht. Weiterhin sind auch ammoniakhaltige Abwässer (Fotowässer oder auch Abwässer z. B. aus der Landwirtschaft) denkbar.
Insbesondere im Falle der Zudosierung bei SCR bzw. SNCR kann anstelle der basischen Flüssigkeit eine wässrige Harnstofflösung zudosiert werden. Diese Lösung ist eigentlich pH-neutral, jedoch kann daraus gebildeter Ammoniak dann als basische Spezies fungieren.
Das im Rahmen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung auskondensierte Wasser kann, sofern es einer weiteren Verwendung in der Anlage selbst zugeführt wird, beispielsweise als Prozesswasser oder als Kühlwasser eingesetzt werden. Sofern das Wasser aus der Anlage abgeführt wird, kann dieses als Trink- oder Leitungswasser, als Wasser für die Landwirtschaft, und/oder als Brauchwasser verwendet werden. Je nachdem, für welchen Verwendungszweck es letztendlich eingesetzt wird, ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, das Wasser nach oder beim Abführen aus der Anlage einer weiteren Aufreinigung zu unterwerfen.
Die Kondensation des Wassers aus der feuchten Abluft aus dem Vorwärmer kann in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einem Mehrstufen-Sprühkondensator durchgeführt werden. Solche Bauteile sind dem Fachmann bekannt und müssen hier nicht weiter beschrieben werden; anstelle des deutschen Ausdrucks „Sprühkondensator" kann auch der Ausdruck „Scrubber" verwendet werden.
Weiterhin ist es möglich, in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Kondensation mit den weiter unter beschriebenen Schlauchbündel-Wärmetauscher durchzuführen.
Selbstverständlich können auch andere, fachübliche Kondensationsvorrichtungen verwendet werden.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die bei der Kondensation der Feuchtigkeit aus dem Abluft gewonnene Energie wieder zur Versorgung der Klinkerbrennanlage herangezogen. Hierzu können beispielsweise Wärmetauscher oder Turbinen oder Ähnliches eingesetzt werden.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann dabei das Vermischen der aus dem Brennofen stammenden Abgasströme und die aus dem Klinkerkühler aufgefangene Kühlerabluft mittels Mischkammern, Ventilen, Verwirbelung oder Kombinationen dieser Verfahrensmaßnahmen im Abluftkamin oder davor, aber nach der (letzten) Kondensationsvorrichtung, erfolgen.
Bei der Anlage der vorliegenden Erfindung ist die mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung zur Reinigung des aus dem Brennofen stammenden Abgasstroms derart konfiguriert und angeordnet, dass mit dieser der aus dem Brennofen stammende Abgasstrom gereinigt wird.
Die mindestens eine Kondensationsvorrichtung ist dabei derart konfiguriert und angeordnet, dass eine Kondensation des in diesem Abgasstrom mitgeführten Wasserdampfs zumindest zum Teil ermöglicht wird.
Obwohl selten notwendig oder gewollt, kann die Anlage der vorliegenden Erfindung so konfiguriert werden, dass nicht nur Wasser auskondensiert wird, sondern auch andere Stoffe.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann diese Kondensationsvorrichtung derart konfiguriert sein, dass entweder nahezu der ganze Wasserdampf kondensiert wird (im Rahmen der technischen/atmosphärischen Möglichkeiten) oder nur ein Teil des Wasserdampfs, wobei in bevorzugten Ausführungsformen die Anlage derart konfiguriert ist, dass dieser auszukondensierende Anteil des Wasserdampfs auf einen bestimmten prozentualen Wert eingestellt werden kann. Mit anderen Worten kann die relative Abgasfeuchtigkeit des resultierenden, getrockneten Abgasstroms auf einen gewünschten Zielwert eingestellt werden. Damit lässt sich der Auftrieb im Abluftkamin zusätzlich zu der über die Kontrolle durch die zugemischte Klinkerkühlerabluft kontrollieren.
Die Anlage der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Abführung des Kondensationswassers aus der Anlage oder aber zur Weiterleitung des Wassers innerhalb der Anlage für die weitere Verwendung innerhalb der Anlage. Selbstverständlich ist es möglich, das Kondensat aufzuteilen und nur einen Teil abzuführen und den Rest in der Anlage zu belassen.
Die mindestens eine Abluftvorrichtung für aus dem Klinkerkühler austretende Kühlerabluft ist derart konfiguriert, dass die austretende Kühlerabluft zumindest teilweise aufgefangen wird und weitergeleitet werden kann, so dass diese Kühlerabluft mit der entfeuchteten Abluft aus dem Vorwärmer vermischt werden kann und dann in den Abluftkamin eingeleitet werden kann. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist diese Abluftabführvorrichtung derart konfiguriert, dass die genaue Menge der zur Vermischung mit dem entfeuchteten Vorwärmerabgas geleiteten Kühlerabluft genau einstellbar ist. Damit lässt sich der Auftrieb im Abluftkamin gezielt kontrollieren.
Die Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung ist dabei derart konfiguriert bzw. ausgestaltet, dass die aus dem Brennofen stammende, entfeuchteten Abluft (also die aus dem Vorwärmer kommenden Abgase) und die aus dem Klinkerkühler kommende Kühlerabluft miteinander vermischt werden können.
Diese Vermischung der beiden Abgasströme erfolgt nach entweder nach der einzigen Kondensationsvorrichtung bzw. bei Verwendung von mehreren Kondensationsvorrichtungen nach der letzten Kondensationsvorrichtung.
Die Vermischung dieser Gasströme kann mithilfe einer Mischvorrichtung noch vor dem Abluftkamin erfolgen, oder mithilfe einer in der äußeren Wandung des Abluftkamins angeordneten Mischvorrichtung, oder mithilfe einer im Inneren des Abluftkamins angeordneten Mischvorrichtung erfolgen. Auch möglich ist es die Gasströme über getrennte Zuleitung in den Abluftkamin einzuleiten und dort dann wahlweise mit einer zusätzlichen Mischvorrichtung oder ohne eine besondere Mischvorrichtung einfach durch gegenseitiges Durchströmen miteinander zu vermischen.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Mischung vor dem Abluftkamin bevorzugt. Mischvorrichtung in diesem Sinne kann im Prinzip jede beliebige aus dem Stand der Technik bekannt Mischvorrichtung sein, beispielsweise auch eine einfache T-Verbindung oder Y-Verbindung zweier Rohre. Die Klinkerbrennanlage der vorliegenden Erfindung kann entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren eine SCR-Anlage, eine SNCR-Anlage, eine Filteranlage oder mehrere dieser Anlagen umfassen.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Klinkerbrennanlage stromabwärts, in Bezug auf die Flussrichtung des aus dem Vortrockner (Vorwärmer) stammenden Abgases, eine Vorrichtung konfiguriert zur SCR.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Klinkerbrennanlage eine Vorrichtung konfiguriert zur SNCR im Calcinator.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Klinkerbrennanlage eine Vorrichtung zur Regulierung und Kontrolle des pFI-Wertes in der Kondensationsvorrichtung.
Die Klinkerbrennanlage kann in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Mehrstufen- Sprühkondensator als Kondensationsvorrichtung umfassen.
In weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Klinkerbrennanlage als Kondensationsvorrichtung Schlauchbündel-Wärmetauscher umfassen.
In weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Klinkerbrennanlage Weitere aus dem Stand der Technik bekannte Kondensationsvorrichtungen umfassen.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Klinkerbrennanlage mindestens eine Vorrichtung zur Gewinnung und Weiterleitung der bei der Kondensation gewonnenen Energie.
In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Klinkerbrennanlage Mischkammern und oder Ventile zur Vermischung der beiden genannten Gasströme.
In einigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass die zur Emission durch den Abluftkamin vorgesehenen Gasströme einer zusätzlichen Erwärmung (oder, seltener, auch Abkühlung), beispielsweise durch Wärmetauscher unterworfen werden.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die aus dem Vorwärmer stammenden, feuchten Abgase als Gesamtstrom durch die folgenden Vorrichtungen zu leiten, oder diese in verschiedene Teilströme aufzuteilen. In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise möglich, die aus dem Vorwärmer stammende feuchte Abluft zum Teil einer SCR in einer SCR-Anlage (Katalysator) zu entwerfen und einen anderen Teil an diesem Bauteil vorbei zu leiten. Genauso ist es möglich, einen Teil der feuchten Vorwärmerabluft nicht durch die Kondensationsvorrichtung zu führen, sondern an der Kondensationsvorrichtung vorbei, so dass ein Teil der Abluft nicht entfeuchtet wird.
Die genaue Aufteilung der Ströme in Teilströme ergibt sich dabei aus den genauen Gegebenheiten vor Ort und kann durch den Fachmann ohne weiteres vorgenommen werden.
Es kann durch die nur teilweise Entfeuchtung der Abluftströme erreicht werden, dass im Abluftkamin noch ein ausreichend hoher Auftrieb eingestellt wird, für den Fall, dass aus unterschiedlichen Gründen die Feuchtigkeitsbeladung des Vorwärmerabgases ansonsten ungeeignet ist.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Auftrieb der Abgase im Abluftkamin über den genauen Anteil der zudosierten Menge der aus dem Klinkerkühler stammenden Klinkerkühlerabluft zu regulieren.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschend gefunden, dass durch Beimischung der Kühlerabluft zu dem gekühlten und getrockneten Abgas sowohl die Dichte des Abgases verringert als auch die Temperatur des Abgases erhöht werden kann. Durch diese Maßnahme wird ein ausreichender Auftrieb des Abgases am Emissionspunkt gewährleistet.
Das Korrosionsproblem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass der pFI-Wert im Kondensat durch Zugabe von einer oder mehreren basische Gasen oder Flüssigkeiten, insbesondere Ammoniak, passend eingestellt wird. Für verzinkten Stahl z. B. > pH 5,5.
In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird zwischen der Kondensationsvorrichtung und dem Abluftkamin kein Lüfter bzw. Gebläse angeordnet; die entfeuchteten Abgase weisen im Rahmen der vorliegenden Erfindung genügend eigenen Auftrieb auf, so dass auf zusätzliche Lüfter bzw. Gebläse zwischen der Kondensationsvorrichtung und dem Abluftkamin nicht notwendig sind.
Die Zugabe der basischen Gase oder Flüssigkeiten kann in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung entweder direkt im oder vor einem Kondensator erfolgen.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann auch eine SNCR-bzw. SCR-Anlage bezüglich des Reduktionsmittelumsatzes derart auf den Sauergasgehalt angepasst werden, dass im Kondensator der gewünschte pH-Wert erreicht wird. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden zwischen Kondensationsschritt und Einleitung in den Abluftkamin bis auf die Mischung von entfeuchtetem Abgas und Klinkerkühlerabluft keine Verfahrensschritte mehr durchgeführt (ggfs abgesehen von dem Durchleiten durch Rohre hin zum Abluftkamin).
Entsprechend befinden sich in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zwischen Kondensationsvorrichtung und Abluftkamin bis auf die Mischungsvorrichtung für das entfeuchtete Abgas und die Klinkerkühlerabluft keine weiteren Vorrichtungen (ggfs abgesehen von Rohren zum Durchleiten hin zum Abluftkamin).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein wesentlicher Aspekt, dass Abgas und Klinkerkühlerablufterst kurz vor dem Eintritt, bei Eintritt in den oder im Abluftkamin, d.h. nach dem Kondensationsschritt, vermischt werden.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die verschiedenen Gasströme (Abgas und Klinkerkühlerabluft) unabhängig voneinander jeweils auch aufgeteilt werden und dann beispielsweise zum Teil vor und zum Teil im Kamin gemischt werden.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Kondensationsschritt bzw. die Kondensationsvorrichtung der letzte Schritt/die letzte Vorrichtung vor Einleitung der Abgase in den Abluftkamin.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch besondere Wärmetauscher.
Aus dem Abgas von Industrieanlagen, z. B. Klinkerbrennanlagen, soll im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ein Teil des Wassers abgetrennt und kondensiert werden. Dabei wurde eine Lösung gefunden, die, bezogen auf die Menge an abgetrenntem Wasser, geringstmögliche Investitions- und Betriebskosten verursacht und unempfindlich gegenüber Korrosion ist. Die tatsächlich abgetrennte Wassermenge kann dabei aber je nach Wetterlage und klimatischen Bedingungen variieren.
Zur Kühlung und Kondensation wird daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung in bevorzugten Varianten ein Wärmetauscher aus Folienbahnen verwendet. Dafür werden jeweils zwei Folienbahnen in Längsrichtung derart verklebt oder verschweißt, dass beim Aufblasen der Folien diese die Form eines Schlauchbündels oder mehrerer parallel verlaufender Schlauchbündel einnehmen. Derartige Folienbahnen können dann in ein Gehäuse eingebracht werden, welches im oberen Bereich einen Gasverteiler und am Boden einen Gassammler und eine Kondensatabfuhr enthält. Das heiße, feuchte Gas strömt dann von oben nach unten durch die Schlauchbündel und wird von außen durch die Umgebungsluft gekühlt. Die Orientierung der Schlauchbahnen ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung vertikal, um einen optimalen Kondensatabfluss zu gewährleisten. Die geringe Dicke der Folien zwischen 25 pm und 200 pm erlaubt dabei einen ausreichend hohen Wärmedurchgang trotz der schlechten Wärmeleitung des Folienmaterials die üblicherweise im Bereich von 0,1 W m 1 K 1 bis 0,9 W m 1 K 1 liegt, gleichzeitig bleiben die spezifischen Kosten für die Wärmeübertragerfläche sehr gering. Dadurch können preisgünstig große Flächen und Gesamtquerschnitte realisiert werden. Das durchströmende Abgas verursacht so kaum Druckverlust. Da das Abgas in bevorzugten Ausgestaltungen entstaubt ist, erfolgt kein nennenswerter Verschleiß der Wärmetauscherflächen und die besonderen Wärmetauscher der vorliegenden Offenbarung zeigen deshalb Lebensdauern von einem Jahr oder mehr.
Geeignete Werkstoffe sind bis mindestens 120°C, zum Teil auch fürTemperaturen oberhalb von 150°C, verfügbar. In einer Variante der vorliegenden Erfindung weisen geeignete Kunststoffe Glasübergangstemperaturen von mindestens 120°C, insbesondere von mindestens 150°C auf. Bevorzugt haben die Folien eine ausreichende Festigkeit, um deren Eigengewicht und zusätzlich das Gewicht des Kondensats zu halten. Falls das aus dem Prozess kommende Abgas zu heiß sein sollte, kann eine entsprechende Vorkühlung, z. B. durch Wassereindüsung genutzt werden.
Die für die Folien verwendeten Werkstoffe weisen eine für die im Prozess herrschenden Temperaturen ausreichende thermische Beständigkeit und eine für die im Prozess herrschenden atmosphärischen Feuchtigkeiten ausreichende Beständigkeit gegenüber Wasser(-dampf) auf.
In einer Variante der vorliegenden Erfindung sind die für die Folien verwendeten Werkstoffe gegen im zu trocknenden Abgas möglicherweise enthaltene Sauergaskomponenten wie S02 und FICI beständig. Sofern der pFI-Wert, wie beschrieben, vor der Kondensation reguliert wird, können Werkstoffe mit geringerer Säurebeständigkeit eingesetzt werden.
Zwar wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung größtenteils auf Folien aus Kunststoff verwiesen, jedoch müssen die Folien nicht zwingend aus Kunststoff sein. Metallfolien und Verbundfolien sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls einsetzbar. Vorteil von Kunststofffolien ist insbesondere, dass diese kostengünstig erhältlich sind.
In Varianten der vorliegenden Erfindung bevorzugte Kunststoffe zur für die Folienbahnen der Wärmetauscher sind Polyimide und Polyesterfolien, insbesondere Polyimide. Bei deren Auswahl ist darauf zu achten, dass diese eine ausreichende thermische Beständigkeit aufweisen. Diese thermische Beständigkeit kann mit Glasübergangstemperaturen von mindestens 120°, bevorzugt mindestens 150°C einhergehen.
Verwendbare Polyimide sind beispielsweise unter den Handelsnamen Kapton® oder Vespel® (ohne definierte Glasübergangstemperatur) der Firma DuPont erhältlich.
Die Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung basieren auf Folien, bevorzugt thermoplastischen Polymerfolien, die paarweise (oder zu höherer Anzahl) teilweise miteinander verschweißt sind, so dass sie der Struktur eines Schlauchbündels entsprechen.
Die bevorzugt flexiblen thermoplastischen Polymerfolien können Polyimid-Folien, Polyester-Folien (z.B. Polyethylen-Terephthalat-Filme), Polyamid-Filme, Ethylen-Polymer-Folien oder Elastomerfolien sein. Polyimid-Folien und Polyethylenterephthalat-Folien werden bevorzugt. Die Polymerfolie weist vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 125 Mikrometer und eine Glasübergangstemperatur (oder einen Schmelzpunkt oder einen Erweichungspunkt) von 190 bis 300°C auf. Die Polymerfolie kann in einigen Varianten einen anorganischen Füllstoff oder andere Additive zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit des Polymerfilms enthalten.
Die thermoplastische Polyimidfolie kann in einigen Varianten durch Polymerisation und Imidierung hergestellt werden aus aromatischen Tetracarbonsäureverbindungen, umfassend 2, 3,3', 4'- Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid (a-BPDA) und 4,4'-Oxydiphthalsäuredianhydrid, und Diaminverbindungen wie z.B. l,3-bis(4-aminophenoxybenzol) (TPE-R) oder l,3-bis(3- aminophenoxybenzol).
Die hochhitzebeständige Polyimid-Substratfolie kann in Varianten keine Glasübergangstemperatur aufweisen oder eine Glasübergangstemperatur (Tg) von ca. 340°C. oder höher haben. Sie kann in Varianten aus aromatischen Tetracarbonsäureverbindungen wie z.B. 3,3'4,4'- biphenyltetracarbonsäuredianhydrid (s-BPDA) oder Pyromellitsäuredianhydrid und Diamin- Verbindungen wie p-Phenylendiamin (PPD) oder einer Kombination von PPD und 4,4'- Diaminophenylether, durch Polymerisation und Imidierung hergestellt werden.
Die genannte mehrschichtige Polyimidfolie weist in einigen Varianten einen linearen Ausdehnungskoeffizienten (Maschinenrichtung - MD), Traversenrichtung (TD) und deren Durchschnitt, bei 50-200°C.) von 10xl0-6 bis 35xl0-6 cm/cm/°C auf.
Der flexible Wärmetauscher der Erfindung kann im Prinzip nach einem Verfahren hergestellt werden, das die folgenden Schritte umfasst: Aufbringen einer flexiblen thermoplastischen Polymerfolie auf die Oberfläche einer weiteren flexiblen thermoplastischen Polymerfolie und teilweises Verschmelzen beider Polymerfilme zur Kombination beider Polymerfilme, um das schlauchartige Muster zwischen den Polymerfilmen auszubilden.
Der Wärmetauscher wird in Variante mit einem Verfahren hergestellt, das die Schritte des Anordnens von einer flexiblen thermoplastischne Polymerfolie auf einer anderen flexiblen thermoplastischen Polymerfolie über einen dazwischenliegenden thermoplastischen Polymerfilm, aus dem bereits ein Leitungsmuster (Schlauchstruktur) ausgeschnitten ist, und Verschmelzen beider Polymerfilme auf der dazwischenliegenden flexiblen thermoplastischen Polymerfolie, um die Schlauchstruktur zu bilden.
Die Herstellung kann über ein Verfahren erfolgen, umfassend die Schritte des Platzierens einer Polymerfolie auf einer anderen Polymerfolie, des Erwärmens beider Polymerfilme in einem schlauchartigen Muster durch Wärmeeinwirkung auf beide Polymerfilme über eine Hitzeisoliermaterial im Leitungsmuster und Verschmelzen beider Polymerfilme, um beide Polymerfilme miteinander zu kombinieren und das Leitungsmuster zwischen den Polymerfilmen zu bilden.
Die Herstellung kann weiterhin über ein Verfahren erfolgen, umfassend die Schritte des Anordnens von einer Polymerfolie auf einer anderen Polymerfolie, und Wärmeeinwirkung auf beide Polymerfilme mittels eines Thermokopfes in einem zu dem Leitungsmuster (Schlauchstruktur) umgekehrten Muster, und Verschmelzen beider Polymerfilme, ggfs auf einer dazwischenliegenden Polymerfolie, zur Kombination beider.
Exemplarische Wärmetauscher, die dieser Beschreibung entsprechen, sind in den Figuren 2 bis 5 dargestellt.
Diese besonderen Wärmetauscher werden in bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung eingesetzt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung bzw. Offenbarung sind unter anderem auch die folgenden mit römischen Ziffern bezeichneten Ausführungsformen:
Ausführungsform I. Verfahren zum Abtrennen von Wasser aus dem Rauchgas von Klinkerbrennanlagen, wobei die Klinkerbrennanlage mindestens die miteinander in Wirkverbindung stehenden folgenden Bestandteile a) einen Vorwärmer, b) optional einen Calcinator, c) einen Brennofen, bevorzugt einen Drehrohrofen, d) einen Klinkerkühler mit mindestens einer Abluftabführvorrichtung, e) mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung, f) mindestens eine Kondensationsvorrichtung für im Abgas enthaltenen Wasserdampf, g) mindestens einen Abluftkamin umfasst, und wobei
A) der aus dem Brennofen stammende Abgasstrom einer Abgasreinigung unterworfen und durch eine zur Kondensation mitgeführten Wasserdampfs konfigurierte Kühlvorrichtung geleitet wird,
B) das kondensierte Wasser aus der Anlage abgeführt oder einer weiteren Verwendung in der Anlage zugeführt wird,
C) die aus dem Klinkerkühler austretende Kühlerabluft zumindest teilweise aufgefangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die aus A) und C) resultierenden Gasströme nach Abgasreinigung und Kondensationsschritt
I) aber vor dem Abluftkamin,
II) bei Eintritt in den Abluftkamin, oder
III) im Abluftkamin, vermischt werden.
Ausführungsform II. Verfahren nach Ausführungsform I, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der folgenden Verfahrensschritte zur Abgasreinigung SCR, SNCR, Filtrierung, durchgeführt wird.
Ausführungsform III. Verfahren nach Ausführungsform I oder II, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der folgenden Verfahrensschritte eine SCR des aus dem Vortrockner stammenden Abgases stromabwärts, in Bezug auf die Flussrichtung des Abgases, eine SNCR im Calcinator, Regulierung und Kontrolle des pFI-Wertes in der Kondensationsvorrichtung, durchgeführt wird bzw. werden.
Ausführungsform IV. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das auskondensierte Wasser bei Zuführung einer weiteren Verwendung in der Anlage als Prozesswasser oder als Kühlwasser, oder nach dem Abführen aus der Anlage, gegebenenfalls nach weiterer Aufreinigung, als Trink- oder Leitungswasser, als Wasser für die Landwirtschaft, und/oder als Brauchwasser verwendet wird.
Ausführungsform V. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensation in einem Mehrstufen-Sprühkondensator durchgeführt wird.
Ausführungsform VI. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Kondensation gewonnene Energie zur Versorgung der Klinkerbrennanlage herangezogen wird.
Ausführungsform VII. Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischung der aus A) und C) resultierenden Gasströme mittels Mischkammern, Ventilen, Verwirbelung oder Kombinationen davon im Abluftkamin erfolgt.
Ausführungsform VIII. Klinkerbrennanlage umfassend mindestens die miteinander in
Wirkverbindung stehenden folgenden Bestandteile a) einen Vorwärmer, b) optional einen Calcinator, c) einen Brennofen, bevorzugt einen Drehrohrofen, d) einen Klinkerkühler mit mindestens einer Abluftabführvorrichtung, e) mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung, f) mindestens eine Kondensationsvorrichtung für im Abgas enthaltenen Wasserdampf, g) mindestens einen Abluftkamin, wobei
A) die mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung zur Reinigung des aus dem Brennofen stammenden Abgasstrom konfiguriert und angeordnet ist, die mindestens eine Kondensationsvorrichtung zur Kondensation des im Abgasstrom mitgeführten Wasserdampfs konfiguriert und angeordnet ist,
B) eine Vorrichtung zur Abführung aus oder Weiterleitung innerhalb der Anlage des kondensierten Wassers umfasst ist,
C) die mindestens eine Abluftabführvorrichtung aus dem Klinkerkühler derart konfiguriert ist, dass austretende Kühlerabluft zumindest teilweise aufgefangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage weiterhin I) eine nach den Abgasreinigungs- und Kondensationsvorrichtungen aber vor dem Abluftkamin angeordnete Mischvorrichtung für die aus A) und C) resultierenden Gasströme,
II) eine in der äußeren Wandung des Abluftkamins angeordnete Mischvorrichtung für die aus A) und C) resultierenden Gasströme,
III) im Inneren des Abluftkamins angeordnete Mischvorrichtung für die aus A) und C) resultierenden Gasströme, oder
IV) getrennte Zuleitungen für die aus A) und C) resultierenden Gasströme in den Abluftkamin umfasst.
Ausführungsform IX. Klinkerbrennanlage nach Ausführungsform VIII, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere Vorrichtungen konfiguriert zur Abgasreinigung mittels SCR, SNCR, Filtrierung, umfasst.
Ausführungsform X. Klinkerbrennanlage nach Ausführungsform VIII oder IX, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere Vorrichtungen konfiguriert zur SCR des aus dem Vortrockner stammenden Abgases stromabwärts, in Bezug auf die Flussrichtung des Abgases, SNCR im Calcinator, Regulierung und Kontrolle des pFI-Wertes in der Kondensationsvorrichtung, umfasst.
Ausführungsform XI. Klinkerbrennanlage nach einer der Ausführungsformen VIII bis X, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Mehrstufen-Sprühkondensator umfasst.
Ausführungsform XII. Klinkerbrennanlage nach einer der Ausführungsformen VIII bis XI, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Vorrichtung zur Gewinnung und Weiterleitung der bei der Kondensation gewonnenen Energie umfasst.
Ausführungsform XIII. Klinkerbrennanlage nach einer der Ausführungsformen VIII bis XII, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Vermischung der aus A) und C) resultierenden Gasströme konfigurierte Mischkammern und/oder Ventile umfasst.
Ausführungsform XIV. Wärmetauscher umfassend ein Gehäuse, in dem in Längsrichtung verklebte oder verschweißte Folienbahnen, die beim Aufblasen die Form eines Schlauchbündels oder mehrerer parallel verlaufender Schlauchbündel einnehmen, angeordnet sind, welches im oberen Bereich einen Gasverteiler, und am Boden einen Gassammler und eine Kondensatabfuhr enthält, wobei die Folienbahnen in dem Gehäuse derart ausgerichtet sind, dass die Schlauchbündel im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet sind.
Im Wesentlichen senkrecht bedeutet dabei eine lotrechte Ausrichtung bzw. eine Ausrichtung, die von der Lotrechten bis zu 45 °, bevorzugt von bis zu 20 °, besonders bevorzugt von bis zu 10 °, abweicht.
Ausführungsform XV. Verfahren nach einer der Ausführungsformen I bis VII, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kondensation in Schritt f) ein Wärmetauscher gemäß Ausführungsform XIV eingesetzt wird.
Ausführungsform XVI. Klinkerbrennanlage nach einer der Ausführungsformen VIII bis XIII, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationsvorrichtung f) ein Wärmetauscher gemäß Ausführungsform XIV ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das kondensierte Wasser weiterverwendet werden kann. Bei sehr geringen Gehalten an S02 im Abgas wäre eine Nutzung als Trinkwasser möglich, bei höheren S02-Gehalten und entsprechendem Ammoniak-Eintrag wäre das Wasser immer noch gut zur Bewässerung landwirtschaftlicher Flächen geeignet, da sich der Gehalt an Ammoniumsulfat positiv auf das Wachstum der Pflanzen auswirkt.
Alle bevorzugten Ausführungsformen, welche vorstehend im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, gelten entsprechend analog auch für die Anlage.
Die Komponenten der erfindungsgemäßen Anlagen stehen miteinander in Wirkverbindung, d.h. sind durch geeignete Rohrleitungen etc. miteinander in einer Weise verbunden, welche die allgemeine Funktionsfähigkeit der Vorrichtung gewährleistet. Die dafür erforderlichen Maßnahmen sind einem Fachmann bekannt.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind dabei nicht limitierend auszulegen und nicht maßstabsgetreu. Weiterhin enthalten die Zeichnungen nicht alle Merkmale, die übliche Anlagen aufweisen, sondern sind auf die für die vorliegende Erfindung und ihr Verständnis wesentlichen Merkmale reduziert. Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren haben jeweils die gleiche Bedeutung, wie in der Bezugszeichenliste aufgeführt. Figur 1 zeigt eine Zementklinkerbrennanlage umfassend das erfindungsgemäße Konzept in allgemeiner Darstellung. In dieser Zeichnung sind Gasströme durch gestrichelte Pfeile/Linien dargestellt (wobei solche Gasströme, die feine Partikel oder Feuchtigkeit mitreißen umfasst sind). Der rechte Teil ist eine übliche Zementklinkerbrennanlage, umfassend Vorwärmer 5, bevorzugt ausgestaltet als mehrere Zyklone, einen Calcinator 6, einen Ofen 4, der bevorzugt ein Drehrohrofen ist, Klinkerkühler 3, aus dem der abgekühlte Klinker ausgetragen (rechts unten dargestellt) und seiner weiteren Verwendung zugeführt wird. Es ist dargestellt, wie oben aus dem Vorwärmer Abgas abgeleitet wird und dann wahlweise durch eine SCR-Anlage (Katalysator) 9 oder an dieser vorbei geleitet werden kann (wobei die Wahlmöglichkeit mittels der Schrägstriche durch die gestrichelten Linien dargestellt wird).
Das aus der SCR-Anlage (Katalysator) 9 kommende und/oder das an diesem vorbeigeleitete Abgas wird dann (wahlweise, wie hier dargestellt, mittels eines Ventilators) zu einem Filter bzw. Entstauber weitergeleitet. Diese Filter bzw. Entstauber sind optional. Ob diese Filter bzw. Entstauber eingesetzt werden, ist abhängig davon, wie viel Staub in den Abgasstrom mitgerissen ist.
Aus dem Filter bzw. Entstauber kommend wird dann das Abgas weitergeleitet (hier dargestellt mittels eines Ventilators) und ganz oder teilweise in die Kondensationsvorrichtung 1 eingeleitet. Die Möglichkeit, der teilweisen Vorbeiführung an der Kondensationsvorrichtung 1 ist hier mittels der Schrägstriche durch die gestrichelten Linien dargestellt. Eine teilweise Vorbeiführung erfolgt insbesondere dann, wenn der Feuchtigkeitsgehalt der Abluft relativ gering ist. In der Kondensationsvorrichtung 1 wird dann die in der Abluft enthaltene Feuchtigkeit (im wesentlichen Wasser) abgeschieden. Der Grad der Abscheidung hängt dabei von dem gewünschten Trocknungsgrad bzw. dem Grad der Vermischung mit der Klinkerkühlerabluft zusammen; es muss lediglich gewährleistet sein, dass durch die spätere Vermischung ein ausreichender Auftrieb im Abluftkamin 8 erzielt wird. Die Einstellung des Kondensationsgrades kann dabei geregelt erfolgen, was nicht explizit in dieser Figur dargestellt ist. Ausgehend von der Kondensationsvorrichtung 1 wird dann die kondensierte Flüssigkeit (im wesentlichen Wasser) ausgetragen. In Figur 1 illustriert ist der Austrag von Wasser (H20) bzw. einer wässrigen Lösung von insbesondere Ammoniumsulfat.
In Figur 1 sind darüber hinaus drei Stellen 2a, 2b und 2c dargestellt, wo eine basische Substanz als Gas bzw. Flüssigkeit eingeleitet werden kann. Insbesondere ist diese Flüssigkeit Ammoniak. 2a illustriert dabei den Eintrag in den Calcinator, wo eine SNCR ablaufen kann. 2b illustriert den Eintrag in Bauteil 9, wo eine SCR ablaufen kann. 2c illustriert den Eintrag der basischen Verbindung in die Kondensationsvorrichtung. Der Eintrag der basischen Verbindung in Form von Gas oder Flüssigkeit dient dabei zum einen der Neutralisation von sauren (bzw. sauer reagierenden) Verbindungen in der Abluft (insbesondere Schwefeldioxid und Chlorwasserstoff); im Rahmen der SCR bzw. SNCR kann allerdings diese Verbindung zusätzlich verwendet werden, um die entsprechende SCR, SNCR ablaufen zu lassen, sodass der Schadstoffgehalt der Abluft (insbesondere NOx) verringert werden kann. Ferner ist in Figur 1 illustriert, wie aus dem Klinkerkühler stammende Abluft nach der Kondensationsvorrichtung 1 und vor dem Abluftkamin 8 mit den aus der Kondensationsvorrichtung 1 kommenden, getrockneten Abluftgasen vermischt werden kann, optional zusätzlich mit an der Kondensationsvorrichtung 1 vorbeigeleitetem Teil der Vorwärmerabgase. Zwar ist in Figur 1 illustriert, dass die zwei bzw. ggfs drei Gasströme zwischen der Kondensationsvorrichtung 1 und dem Abluftkamin 1 vermischt werden, jedoch ist es ebenso möglich, diese Gasströme bei Eintritt in den Abluftkamin 8 zu vermischen, oder gegebenenfalls erst im Abluftkamin 8 selbst.
In Figur 1 ist darüber hinaus dargestellt, wie aus dem Klinkerkühler 3 stammende Abluft zur Nacherwärmung des aus dem Vorwärmer 5 stammenden Abgases genutzt werden kann. Dazu wird ein Teil der Kühlerabluft abgeleitet und z.B. mit dem aus dem Vorwärmer 5 stammenden Abgasstrom vermischt, wie dies im linken Teil der Zeichnung unter dem Abluftkamin 8 illustriert ist.
Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäß bevorzugt in den Kondensationsvorrichtungen eingesetzten Wärmetauscher basierend auf Schlauchbündeln 10. In Figur 2 ist illustriert, wie diese Schlauchbündel 10 in einer Kondensationsvorrichtung angeordnet sein können. Das feuchte Abgas 40 wird in Figur 2 von links oben durch den Rauchgasverteiler 20 ein- und dann entgegen der Schwerkraft durch die Schlauchbündel 10 nach unten geleitet. In diesen Schlauchbündeln 10 erfolgt eine Abkühlung der Abgase 40, wodurch die in den Abgasen enthaltene Feuchtigkeit zumindest zum Teil kondensiert.
Das Kondensat 50 läuft dabei innen an den Wänden der Schlauchbündel, der Schwerkraft folgend, herab nach unten und tropft (oder fließt) dann in den Kondensatsammler Ziffer 30, der in Figur 2 als Aussparung am Boden der Vorrichtung, von wo aus das Kondensat 51 dann abgeleitet werden kann, dargestellt ist. Die getrockneten Abgase 41 werden in Figur Ziffer 2 links unten aus der Kondensationsvorrichtung abgeleitet.
Figur 3 zeigt in den beiden Teilen a) bzw. b) die Schlauchbündel 10 aus Figur 2. Die Schlauchbündel 10 sind dabei aus zwei aufeinander angeordneten Folienbahnen 101 und 102 aufgebaut, die an bestimmten Stellen derart miteinander verklebt oder verschweißt sind, dass aus den Folienbahnen Strukturen entstehen, die einem Schlauchbündel entsprechen.
In Figur Ziffer 3a) ist dabei dargestellt, wie diese Folienbahnen 101 und 102 locker aufeinander liegen und an den Kontakt-Stellen miteinander verbunden sind. Dies ist der Zustand der Schlauchbündel- Wärmetauscher im nicht-operativen Zustand.
In Figur 3b) ist der operative Zustand der Schlauch-Wärmetauscher dargestellt. Darin ist wieder zu sehen, dass die Schlauchbündel aus zwei Folienbahnen 101 und 102 aufgebaut sind. Im Unterschied zu Figur 3a) ist in Figur 3b) dargestellt, wie das feuchte Abgas 40 durch die Schlauch-Strukturen der Wärmetauscher geleitet wird. Durch diese Durchleitung werden die im nicht-operativen Zustand locker aufeinanderliegenden (bzw. locker aneinanderhängenden) Schlauchbahnen aufgeblasen und nehmen dadurch eine schlauchartige Form an.
In Figur 4 ist exemplarisch an einem Schlauchelement dargestellt, wie die Schlauchbündel- Wärmetauscher der Figuren 2 und 3 funktionieren. Das feuchte Abgas 40 wird von oben in den inneren Flohlraum eines Schlauchelements eingeleitet. Entsprechend strömt das feuchte Abgas 40 durch das Schlauchelement nach unten. Außen an den einzelnen Schlauchelementen wird von unten kalte Umgebungsluft 60 entlang nach oben geleitet. Die kalte Umgebungsluft 60 nimmt dabei Wärme aus dem feuchten Abgas 40 auf und erwärmt sich infolgedessen entlang des Schlauchelementes und wird dann zur erwärmten Luft 61, die oben aus dem Wärmetauscher-Element ausgeleitet werden kann. Gleichzeitig wird im Wechsel dazu das feuchte Abgas 40 abgekühlt, wodurch nicht mehr die gleiche Menge Feuchtigkeit in gasförmigen Zustand verbleiben kann und entsprechend auskondensiert. Die auskondensierte Flüssigkeit ist in Figur 4 in Form von Tröpfchen 50 im Inneren des einzelnen Schlauchelements dargestellt. Die von unten nach oben gerichteten Pfeile außerhalb des Schlauchelementes in Figur 4 zeigen dabei die Strömungsrichtung der Kühlluft (zunächst kalte Umgebungsluft 60 dann erwärmte Umgebungsluft 61) auf. Das getrocknete Abgas (durch auskondensieren von Flüssigkeit getrocknet) kann dann im unteren Teil des Wärmetauschers abgezogen werden, wie dies in Figur 2 bereits illustriert ist. Schließlich ist in Figur 4 im unteren Teil noch dargestellt, dass sich dort das Kondensat 51 sammeln und dann nach unten abgeleitet werden kann.
Figur 5 illustriert eine Kondensationsvorrichtung, bei der eine Anzahl von Schlauchbündeln 10 in einem Wetterschutz (Schutz vor Sonneneinstrahlung, Niederschlag und Wind) umfassenden Gehäuse 100 aufgehängt sind. Das Gehäuse 100 ist in Figur 5 zwar würfelförmig dargestellt, kann jedoch abhängig von den jeweiligen Erfordernissen auch andere Formen annehmen. In dieser Figur 5 ist illustriert, wie das feuchte Abgas 40 links oben in das Gehäuse 100 eingeleitet wird. Das entfeuchtete, getrocknete Abgas wird dann rechts unten aus dem Gehäuse 100 abgeleitet.
Es ist schematisch in dieser Figur dargestellt, dass kalte Umgebungsluft 60 von unten in das Gehäuse 100 eingeleitet wird und dann als erwärmte Umgebungsluft 61 oben aus dem Gehäuse austritt. Diese Durchleitung kann dabei einerseits von selbst ablaufen, beispielsweise durch den Kamineffekt unterstützt, oder das Kühlmedium, insbesondere Umgebungsluft, kann mittels Gebläse und/oder Ventilatoren durch das Gehäuse 100 geleitet werden. Zudem ist in Figur 5 noch angedeutet, dass das Kondensat 51 unten aus dem Gehäuse 100 abgeleitet werden kann.
Bezugszeichenliste 1 Kondensationsvorrichtung
2a,b,c Zudosierung basisches Gas oder basische Flüssigkeit, insbesondere Ammoniak)
2a zu einer SNCR im Calcinator 2b zu einer SCR-Anlage (Katalysator)
2c zu der Kondensationssvorrichtung
3 Klinkerkühler
4 (Drehrohr-)Ofen
5 Vorwärmer (Zyklone)
6 Calcinator
7 Filter / Entstauber (optional)
8 Abluftkamin
9 SCR-Anlage (Katalysator)
10 Schlauchbündel aus Folienbahnen 101 und 102
20 Rauchgasverteiler (ggfs mit Vorkühler)
30 Abgasleitung mit Kondensatsammler
40 Abgas, feucht
41 Abgas, getrocknet
50 kondensierendes Wasser im Schlauchbündel
51 Kondensat
60 kalte Umgebungsluft
61 erwärmte Umgebungsluft
100 Gehäuse mit Wetterschutz und darin aufgehängten Schlauchbündeln
101 erste (hier obere) Folie
102 zweite (hier untere) Folie
Es sei darauf hingewiesen, dass die Merkmale der vorliegenden Erfindung und/oder Offenbarung, insbesondere der verschiedenen Ansprüche, beliebig miteinander kombiniert werden können, ohne den Gedanken der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Abtrennen von Wasser aus dem Rauchgas von Klinkerbrennanlagen, wobei die Klinkerbrennanlage mindestens die miteinander in Wirkverbindung stehenden folgenden Bestandteile a) einen Vorwärmer, b) optional einen Calcinator, c) einen Brennofen, bevorzugt einen Drehrohrofen, d) einen Klinkerkühler mit mindestens einer Abluftabführvorrichtung, e) mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung, f) mindestens eine Kondensationsvorrichtung für im Abgas enthaltenen Wasserdampf, g) mindestens einen Abluftkamin umfasst, und wobei
A) der aus dem Brennofen stammende Abgasstrom einer Abgasreinigung unterworfen und durch eine zur Kondensation mitgeführten Wasserdampfs konfigurierte Kühlvorrichtung geleitet wird,
B) das kondensierte Wasser aus der Anlage abgeführt oder einer weiteren Verwendung in der Anlage zugeführt wird,
C) die aus dem Klinkerkühler austretende Kühlerabluft zumindest teilweise aufgefangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die aus A) und C) resultierenden Gasströme nach Abgasreinigung und Kondensationsschritt
I) vor dem Abluftkamin,
II) bei Eintritt in den Abluftkamin, oder
III) im Abluftkamin, vermischt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der folgenden Verfahrensschritte zur Abgasreinigung
SCR,
SNCR,
Filtrierung, durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der folgenden Verfahrensschritte eine SCR des aus dem Vortrockner stammenden Abgases stromabwärts, in Bezug auf die Flussrichtung des Abgases, eine SNCR im Calcinator,
Regulierung und Kontrolle des pH-Wertes in der Kondensationsvorrichtung, durchgeführt wird bzw. werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das auskondensierte Wasser bei Zuführung einer weiteren Verwendung in der Anlage als Prozesswasser oder als Kühlwasser, oder nach dem Abführen aus der Anlage, gegebenenfalls nach weiterer Aufreinigung, als Trink- oder Leitungswasser, als Wasser für die Landwirtschaft, und/oder als Brauchwasser verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensation in einem Mehrstufen-Sprühkondensator durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Kondensation gewonnene Energie zur Versorgung der Klinkerbrennanlage herangezogen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischung der aus A) und C) resultierenden Gasströme mittels Mischkammern, Ventilen, Verwirbelung oder Kombinationen davon im Abluftkamin erfolgt.
8. Klinkerbrennanlage umfassend mindestens die miteinander in Wirkverbindung stehenden folgenden Bestandteile a) einen Vorwärmer, b) optional einen Calcinator, c) einen Brennofen, bevorzugt einen Drehrohrofen, d) einen Klinkerkühler mit mindestens einer Abluftabführvorrichtung, e) mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung, f) mindestens eine Kondensationsvorrichtung für im Abgas enthaltenen Wasserdampf, g) mindestens einen Abluftkamin, wobei
A) die mindestens eine Abgasreinigungsvorrichtung zur Reinigung des aus dem Brennofen stammenden Abgasstrom konfiguriert und angeordnet ist, die mindestens eine Kondensationsvorrichtung zur Kondensation des im Abgasstrom mitgeführten Wasserdampfs konfiguriert und angeordnet ist,
B) eine Vorrichtung zur Abführung aus oder Weiterleitung innerhalb der Anlage des kondensierten Wassers umfasst ist,
C) die mindestens eine Abluftabführvorrichtung aus dem Klinkerkühler derart konfiguriert ist, dass austretende Kühlerabluft zumindest teilweise aufgefangen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage weiterhin
I) eine nach den Abgasreinigungs- und Kondensationsvorrichtungen aber vor dem Abluftkamin angeordnete Mischvorrichtung für die aus A) und C) resultierenden Gasströme,
II) eine in der äußeren Wandung des Abluftkamins angeordnete Mischvorrichtung für die aus A) und C) resultierenden Gasströme,
III) im Inneren des Abluftkamins angeordnete Mischvorrichtung für die aus A) und C) resultierenden Gasströme, oder
IV) getrennte Zuleitungen für die aus A) und C) resultierenden Gasströme in den Abluftkamin umfasst.
9. Klinkerbrennanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere
Vorrichtungen konfiguriert zur Abgasreinigung mittels SCR,
SNCR,
Filtrierung, umfasst.
10. Klinkerbrennanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere Vorrichtungen konfiguriert zur
SCR des aus dem Vorwärmer stammenden Abgases stromabwärts, in Bezug auf die
Flussrichtung des Abgases,
SNCR im Calcinator,
Regulierung und Kontrolle des pH-Wertes in der Kondensationsvorrichtung, umfasst.
11. Klinkerbrennanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Mehrstufen-Sprühkondensator umfasst.
12. Klinkerbrennanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Vorrichtung zur Gewinnung und Weiterleitung, der bei der Kondensation gewonnenen Energie, umfasst.
13. Klinkerbrennanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Vermischung der aus A) und C) resultierenden Gasströme konfigurierte Mischkammern und/oder Ventile umfasst.
14. Wärmetauscher zur Verwendung in einer Klinkerbrennanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 13 umfassend ein Gehäuse, in dem in Längsrichtung verklebte oder verschweißte Folienbahnen, die beim Aufblasen die Form eines Schlauchbündels oder mehrerer parallel verlaufender Schlauchbündel einnehmen, angeordnet sind, welches im oberen Bereich einen Gasverteiler, und am Boden einen Gassammler und eine Kondensatabfuhr enthält, wobei die Folienbahnen in dem Gehäuse derart ausgerichtet sind, dass die Schlauchbündel im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet sind.
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