DE3046245C2

DE3046245C2 - Verfahren zum Behandeln von Rauchgasen

Info

Publication number: DE3046245C2
Application number: DE3046245A
Authority: DE
Inventors: Harald F. Dr. Murray Hill N.Y. Funk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-12-08
Filing date: 1980-12-08
Publication date: 1989-09-21
Also published as: DE3046245A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Rauchgasen vor deren Ausstoßen in die Atmosphäre gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Verfahren dieser Art ist aus DE-PS 26 56 868 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren sind in der Gasreinigungsstufe Tieftemperaturregeneratoren vorgesehen, die auf so tiefe Temperaturen gekühlt werden, daß die gasförmigen Schadstoffe wie Schwefel- oder Stickoxide in fester Form an den Regeneratorflächen abgeschieden oder »ausgefroren« werden. Die erforderliche Abkühlung der Rauchgase auf die Zwischentemperatur, d. h. die Eintrittstemperatur der Gareinigungsstufe, erfoigt in der Abkühlstufe durch Wärmeabgabe in indirektem Wärmetaiüch mit einem Arbeitsmedium, das dabei verdampft und im Kreislauf durch eine Arbeitsmaschine zur Arbeitsleistung geführt wird. Dies bedeutet relativ hohen Vorrichtungsaufwand für den Wärmetauscher, den Kreislauf des Arbeitsmediums, die Arbeitsmaschine usw. Auch ist die Verwendung der so gewonnenen elektrischen Energie an Ort und Stelle nicht immer möglich und ihre Einspeisung in das allgemeine Stromnetz häufig problematisch.

Ein Verfahren der genannten Art ist auch aus DE-OS 26 32 576 bekannt. Hierbei ist die Reinigungsstufe ein Absorber mit einem Absorptionsmittel, wie z. B. aktiviertes Aluminium, der bei einer Temperatur zwischen 4,5°C und 43,5⁰C betrieben wird. Zur Abkühlung des Rauchgases auf diese Eintrittstemperatur des Absorbers dient eine Befeuchtungsanlage. Eine Nutzung der im heißen Rauchgas enthaltenen Energie erfolgt dabei nicht.

Auch bei einem aus DE-OS 23 19 532 bekannten ähnlichen Verfahren besteht die Reinigungsstufe aus einem oder mehreren alternierend betriebenen Adsorbern, die bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 180⁰C betrieben werden, wobei die Eintrittstemperatur des Rauchgases in den Absorber vorzugsweise 120° C bis 14O⁰C beträgt Wie Rauchgase, die die Brennkammer mit höherer Temperatur verlassen, auf diese Eintrittstemperatur gekühlt werden, ist nicht beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der genannten Art so zu verbessern, daß eine besonders einfache und zweckmäßige Abkühlung der Rauchgase auf die Eintrittstemperatur der Gasreinigungsstufe unter möglichst vollständiger Nutzung der in ihnen enthaltenen Wärmeenergie möglich ist

Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte weitere Ausgestaltungen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Vorteil erzielt, daß in Form des Regenerators ein besonders einfaches, kostengünstiges und betriebssicheres Mittel zum Abkühlen der Rauchgase auf die Zwischentemperatur verwendet wird und daß der dabei gewonnene Wärmeinhalt der Rauchgase unmittelbar an Ort und Stelle zur Nutzung in Form von Nutzgaswärme zur Verfügung steht.

Zwar werden auch bei dem eingangs genannten, aus DE-PS 26 56 868 bekannten Verfahren Regeneratoren verwendet jedoch an anderer Stelle, nämlich in der Gasreinigungsstufe, und in anderer Betriebsweise, nämlich im Tieftemperaturbereich und unter Abtrennung der im Rauchgas enthaltenen Schadstoffe. Die gereinigten Rauchgase selbst werden in alternierenden Chargen im Gegenstrom durch die Regeneratoren zurückgeleitet, um diese rückzukühlen, und dabei wieder auf die Zwischentemperatur erwärmt. Eine Übertragung der im Rauchgas enthaltenen Wärme auf ein anderes Medium findet dabei nicht statt. Im Gegensatz dazu werden beim erfindungsgemäßen Verfahren die Regeneratoren bei sehr hohen Temperaturen betrieben, nämlich mit einem Temperaturgefäüe von der ursprünglichen Rauchgastemperatur bis zur Zwischentemperatur. Eine Stoffabtrennung aus den Rauchgasen findet dabei nicht statt, wohl aber eine Übertragung der in den Rauchgasen enthaltenen und dann im Regenerator gespeicherten Wärme an das Nutzgas.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Nutzgas die vorzuwärmende Verbrennungsluft, die dem die Rauchgase erzeugenden Verbrennungsraum zugeführt wird. Es ist hierdurch möglich, den konventionellen Luftvorwärmer, der bei üblichen Dampferzeugungskesseln einen erheblichen Teil des Platzbedarfes und der Kosten der Gesamtvorrichtung ausmacht, und der im übrigen einen relativ schlechten Wirkungsgrad von nur ca. 55% hat, völlig einzuspa-

ratorfüilung im oberen Teil als »heißer« Regenerator für die Zwischenkühlung der Rauchgase betrieben wird und durch eine Trennwand vom unteren Teil getrennt ist, der als Tieftemperaturgenerator zum Ausfrieren der 5 Schadstoffe der Rauchgase verwendet wird. Die zwischengekühlten Rauchgase werden oberhalb der Trennwand abgezogen und unterhalb der Trennwand wieder eingespeist, während die gereinigten Rauchgase unterhalb der Trennwand abgezogen werden und die vorzu-

ren, wodurch der Kessel wesentlich kleiner und billiger io wärmende Luft oberhalb der Trennwand in den oberen

gebaut werden und trotzdem die Vorwärmung der Verbrennungsluft mit einem erheblich besseren Wirkungsgrad von über 90% aufgrund des direkten Wärmeübergangs in dem Regenerator erzielt werden kann.

auf die Rauchgastemperatur erhitzt werden kann, als im Feuerungsraum als Verbrennungsluft benötigt wird. Der überschüssige Teil dieser vorgewärmten Luft kann

Teil des Regenerators eingespeist wird.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand

der Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein komplettes Fließschema des erfin-

Die Wärmeabgabe über den Regenerator an die Luft 15 dungsgemäßen Verfahrens, ist so effektiv,daß ein wesentlich größeres Luftvolumen Fig. 2 zeigt ein Fließschema einer abgewandelten

Ausführungsform.
Gemäß F i g. 1 ist eine Verbrennungskammer oder

eine andere rauchgaserzeugende Brennstelle mit 10 be-

z. B. in einer Dampferzeugungsanlage vorteilhaft zum 20 zeichnet Es kann sich um einen oder mehrere öfen, Vorwärmen des Kesselspeisewassers verwendet wer- Röstanlagen, Zementöfen od. dgl. handeln, welche als den, und zwar vorzugsweise durch direkten Wärmeaus- Verbrennungsprodukte oder Abgase heiße Gase mit tausch mit einem Wirkungsgrad von ebenfalls über Komponenten wie Stickstoff, Kohlendioxyd, Schwefel-90%. Damit kann auch der übliche Speisewasservor- dioxyd, Chlorwasserstoff, Schwefelwasserstoff, Kohlenwärmer (Exonomizer) des Dampferzeugungskessels 25 monoxyd, Stickoxyde, Cyanwasserstoff und Kohlenwasentweder ganz eingespart oder wenigstens stark ver- serstoffe etc. abgeben.

kleinert werden, der in der Regel einen Wirkungsgrad Brennstoff wird in den Verbrennungsraum 10 einge-

von nur ca. 50% hat geben, wie durch einen Pfeil 11 angedeutet. Erfindungs-

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah- gemäß kann ein Brennstoff verwendet werden, der eirens genügen zwei im Gegentakt betriebene Regenera- 30 nen höheren Schwefelgehalt aufweist und daher auch toren, von denen der eine jeweils mit Rauchgasen be- billiger ist, weil der Schwefel von Rauchgas entfernt aufschlagt wird und diese auf die Zwischentemperatur wird.

abkühlt, während der andere im Gegenstrom von Luft Luft oder Sauerstoff angereicherte Luft wird in die

durchströmt wird, diese vorwärmt und dabei selbst wie- Verbrennungskammer 10 eingeblasen (Pfeil 12). Vorder auf das zum Kühlen der Rauchgase nötige Tempera- 35 zugsweise ist ein Kompressor 13 vorgesehen, um die turgefälle bis zur gewählten Zwischentemperatur am Luft 12 aufzugeben, so daß die Brennkammer unter unteren Ende gekühlt wird. Die Zwischentemperatur Druck arbeitet Falls verfügbar, wird vorgewärmte kann je nach den gewünschten Erfordernissen gewählt Druckluft in die Brennkammer 10 durch eine Leitung 14 werden und beträgt zweckmäßigerweise ca. 50⁰C bis eingeführt. Durch den Oberdruck der Brennkammer 10 100⁰C, um sicherzustellen, daß im wesentlichen der ge- 40 können ein oder mehrere spätere Kompressionssvufen samte Wassergehalt der Rauchgase in dem zwischenge- eingespart werden, wie noch erläutert wird. Ein Druck kühlten Rauchgas noch in Dampfform verbleibt, also der Brennkammer von 3 Bar würde genügen, um ohne nicht in dem zur Zwischenkühlung verwendeten Rege- Gebläse und Kompressor im Abgasstrom auszukomrator kondensiert und dann von der Vorwärmluft wie- men. Normalerweise jedoch kommen nach (F i g. 1) dem der in den Verbrennungsraum transportiert wird. Zu 45 vorliegenden Verfahren große Abgasmengen (bis zu diesem Zweck genügt aber breits eine relativ wenig 2,5-10⁶ NmVh) zur Verarbeitung. Bei diesen großen Diüber Raumtemperatur liegende Zwischentemperatur, mensionen kann man aber in der Brennkammer keinen die man insbesondere dann wählen wird, wenn der War- wesentlichen Überdruck halten. Es wurde daher wenigmeinhalt der anschließend gereinigten und auf die Zwi- stens ein Kompressor 213 zur Verdichtung des Rauchschentemperatur rückerwärmten Rauchgase nicht wei- 50 gases vorgesehen.

ter genutzt werden soll. Wählt man eine höhere Zwi- Die Abgase, die aus der Brennkammer 10 kommen,

schentemperatur, vorzugsweise z. B. 90⁰C, dann ist es werden (siehe Pfeile 15,16,17) weitergeleitet und durch vorteilhaft, die anschließend gereinigten und auf die ein Staubabscheidungssystem 20, 21, 22 geführt. Ein Zwischentemperatur rückerwärmten Rauchgase einer Staubabscheider ist vorzugsweise als Zyklon darge-Nutzung ihres Wärmeinhalts zuzuführen, beispielsweise 55 stellt, wo Teilchen abgeschieden werden, die größer sind zur Aufwärmung von Heizwasser, was ebenfalls durch als 50 μπι (siehe Pfeil 24). Die Abscheider 21,22 sind als direkten Wärmeaustausch oder unter Zw-schenschal- Gewebefilter oder Niederschlagsgitter gedacht und tung eines wasserunlöslichen Wärmeübertragungsme- sollten noch kleinere Teilchen ausscheiden, wie Pfeile diums geschehen kann. 25, 26 anzeigen. Die Staubabscheider 20, 21, 22 sind

Die erfindungsgemäße Verwendung von Regenerato- eo isoliert, um Wärmeverlust zu vermeiden. Die so entren für die Zwischenkühlung der Rauchgase kann mit staubten Rauchgase werden durch ein Rohrsystem 17 der aus der genannten DE-PS 26 56 868 bekannten Ver- und 17a zur Zwischenkühlungsstufe 200 weitergeleitet, wendung von Tieftemperaturregeneratoren in der Gas- Die Stufe 200 wird so betrieben, daß die Rauchgase vor reinigungsstufe kombiniert werden. Dabei können die der Aufgabe in den Kompressor 213 auf eine Zwischen-Regeneratoren der Abkühlstufe von den Tieftempera- 65 temperatur gekühlt werden und dann zur Weiterverarturregeneratoren für die Rauchgasreinigung getrennt bettung in die Gasreinigungsstufe 58 eingespeist wersein. Sie können mit ihnen aber auch baulich vereinigt den, wo die kondensierbaren von den nichtKondensiersein, so daß ein und derselbe Behälter mit einer Regene- baren Komponenten durch selektive Kondensation

bzw. Ausfrieren und Sublimieren getrennt werden. So erhält man ein »reines Abgas«, das die Trennstufe 58 verläßt und abgeblasen oder einer Verwendung zugeführt wird, um so noch ein Arbeitsmedium aufzuheizen. Die Stufe 200 besteht aus zwei identischen Regeneratoren 201, 203, die eine Füllmasse beinhaiiten, die später noch beschrieben wird, wie sie auch in den Regeneratoren 59,61,63 vorgesehen ist. Automatische Schaltventile 205a, 205b sind an den Enden der Regeneratoren 201, 203 angebracht Die Zuleitung 17a verbindet also die Behälter 201 und 203 über die Ventile 205a und 2056. Die Leitung 209 verbindet die Regeneratoren 201 und 203 mit den Verteilungsleitungen 53 der Gasreinigungsstufe 58. Das gereinigte Gas wird durch die Leitung 210 abgeleitet Luft wird durch die Kompressoren 221 im Gegenstrom durch den jeweils nicht mit Rauchgas beaufschlagten Regenerator 201 bzw. 203 geleitet und auf dessen Kopftemperatur erwärmt. Die aufgewärmte Luft verläßt das System durch die Leitung 211, die mit den Ventilen 205f> verbunden ist Ein Kompressor 213 ist vorgesehen zwischen den Stufen 200 und 58. Er wird gebraucht, wenn im Feuerraum nicht genügend Druck eingehalten werden kann, um das Rauchgas durch die Anlage zu fördern. Die Leitungen 209 und 210 sind mit 215 und 217 verbunden, in welche entsprechende Regulierventile vor dem Kompressor 213 eingesetzt sind, um die Regeneratoren 201 oder 203 wechselweise in die Funktion des Rauchgaskühlens oder Luftvorwärmens zu versetzen. Die Regeneratoren 201 und 203 werden regelmäßig umgeschaltet. Während der erste Regenerator 201 das Kühlen der Gase vollzieht, werden im anderen 203 die Gase bzw. Druckluft, die durch Leitung 221 zugeführt wird, aufgeheizt. In der nächsten Phase werden die umgekehrten Funktionen durchgeführt

So wird in der ersten Phase ein Regenerator 201 oder 203 zum Kühlen verwendet und ihm die Gase staubfrei zugeführt wobei die Ventile 205a geöffnet sind. Wenn 201 zur Kühlung der Gase dienen soll, werden die Ventile 205a geöffnet, während der Regenerator 203 nach öffnung der Ventile 205£ die Druckluft im Gegenstrom aufwärmt und durch Leitung 211 abgibt. Das zwischengekühlte Rauchgas wird dann komprimiert 213 und durch die Leitung 209 und 53 in die Stufe 58 zur Reinigung weitergeleitet. Wenn gewünscht können noch andere zu reinigende Gase bei Umgebungstemperatur durch Leitung 90 zugeführt werden. Nach der Entschwefelung in der Stufe 58 mit den Regeneratoren 59, 61, 63 wird das gereinigte Gas durch Ventil 64c und Leitung 210 und 220 abgegeben. Die Wärmeenergie, die im Regenerator 203 als Tcrriperaturgefäüe gespeichert wurde, wird wieder entnommen, wenn gereinigtes Gas oder vorzugsweise Druckluft durch die Leitung 221 zugeführt wird. Die so aufgewärmte Druckluft geht durch die Rohrverbindung 207 und durch das obere Ventil 2056 und Leitung 211 einer Verwendung zu, wie es durch Leitung 14 angezeigt ist wobei diese Druckluft zur Verbrennung im Feuerraum 10 gebraucht wird.

In einer typischen Ausführung werden die heißen Abgase bei einer Temperatur von 250°C bis 350°C in den Regenerator eintreten und werden je nach Bedarf auf 50⁼C bis 90° C zwischengekühlt Bei dieser Temperatur werden sie dann komprimiert Ein Nachkühler hinter dem Kompressor 213 braucht nicht vorgesehen zu sein, weil die von ihm erzeugte Wärme des dann z. B. 90° C aufweisenden komprimierten Gases im Regenerator der anschließenden Trennstufe verbleibt und vom Rauchgas wieder aufgenommen wird, das dann in die Stufe 85 durch die Leitung 220 geleitet wird. Die Druckluft die in den Regenerator 203 eintritt (durch Leitung 210), wird wieder fast auf die Temperatur des eintretenden Rauchgases aufgeheizt, wobei nur eine Temperaturdifferenz von 5 bis 10° C vorliegt. Wenn aber aus irgendeinem Grund die Rückgewinnung der Wärme durch Aufheizung der Verbrennungsluft nicht erforderlich oder unerwünscht ist so kann das gereinigte Rauchgas, das aus der Anlage 58 kommt, wieder aufgewärmt werden und dann eine Funktion übernehmen. Die Wärme-Energie würde dann aus dem heißen gereinigten Gas entnommen, das dann durch Leitung 211 abgeht

Die nächste Phase ist so, wie beschrieben, nur mit dem Unterschied, daß Regenerator 203 die Funktion des Z%vischenküh!ens übernimmt und Regenerator 20! die Aufheizung durchführt. Es wird vorausgesetzt, der dar Regenerator 201 in der vorhergehenden Phase aufgeheizt wurde, während 203 regeneriert wurde und das gekühlte Gas aufnahm.

Da die Regeneratoren 201 und 203 mit Rauchgas mit hohen Temperaturen bis zu 350° C beschickt werden, kann man auch die Verbrennungsluft nahezu auf diese Temperatur aufheizen, und damit den üblichen Luftvorwärmer des Kessels, der sonst ein Austauschfläche von 60% bis70%, z. B. einer Dampferzeugungsanlage, einnimmt durch Regeneratoren ersetzen. Die Verwendung von Regeneratoren zum Zwischenkühlen vor der eigentlichen Gasreinigung und die Wiedergewinnung der Wärme-Energie des Rauchgases, ehe es abgeblasen wird, trägt zu einem höheren thermodynamischen Wirkungsgrad des Systems bei, so daß die Konstruktion vereinfacht und Kosten reduziert werden.

Die Gasreinigung und -trennung in der Stufe 58 wird wie in DE-PS 26 56 868 beschrieben durchgeführt, indem die Gase in kondensierbare und nicht kondensierbare durch Ausfrieren und Sublimation der Schadstoffe getrennt werden und die schweren Fraktionen im Siedebereich zwischen C₂₊ und C₄ festgehalten werden. Die Stufe 58 besteht aus drei gleichen Regeneratoren 59,61, 63. Jeder dieser Regeneratoren 59, 61, 63 ist mit einer Füllung gefüllt die aus z. B. Keramik-Kugeln, Quarz-Steinen, Schrotkugeln u. ä. oder gerollte und gerippte Aluminiumbänder besteht, die eine große Oberfläche haben im Verhältnis zum Volumen sowie eine verhältnismäßig hohe Wärmespeicherkapazität und gute Korrosionsfestigkeit. Eine Schüttung in Regeneratoren hat z. B. 3000—7000 m² Oberfläche pro m³ Rauminhalt

Automatische Schaltventile 64a, 64b, 64c und 65a, 65c sind vorgesehen an beiden Enden der Regeneratoren 59, 61, 63. Die Rohrverbindungen 67, 68 führen zu den Regeneratoren 59_; 61, 63 über die Ventile 64a, 640.64c und 65a, 65c. Die Gaszuleitung 53 führt zum Ventil 64a. Eine Leitung für »Säure«-Gas 70 geht von den Ventilen 64b aus. Eine Vakuumpumpe 79 nimmt das »Säure«-Gas auf, und ist durch die Leitung 80 mit einem Kompressor 81 verbunden, der das Gas weiterbefördert durch Leitung 82. Eine Leitung 210 für gereinigtes Rauchgas ist mit den Ventilen 64c verbunden. Die Leitungen 73 und 74, verbunden mit den Ventilen 65a und 65c führen gereinigtes Rauchgas zu einer Expansionsturbine 75 und zurück. Durch die Turbine 75 wird durch Entspannung das Gas gekühlt, so daß die Temperatur um ca. 5°C absinkt und außerdem kann über einen Generator 76 Strom erzeugt werden. In der Trennstufe 58 werden die Regeneratoren wechselweise in drei Phasen betrieben. Während jeder der drei Phasen wird in jedem Regenerator ein anderer Schritt des Verfahrens durchgeführt So wird in einem der Regeneratoren 59,61,63 das Gas gekühlt und irn anderen wieder aufgewärmt,

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während aus dem dritten zur gleichen Zeit die ausgefro- Die nächste Phase ist ähnlich der vorhergegangenen, renen Komponenten durch Vakuum abgesaugt werden. Die Gase strömen durch die Leitung 53 in den Regene-Eine Phase wird z. B. so durchgeführt, daß die Ventile rator 61, wo wiederum schwerere Komponenten ausge-64a, 65a an den Enden des Regenerators 59 und die froren werden und die kalten sauberen Gase gehen Ventile 64c und 65c an den Enden des Regenerators 63 5 durch Regenerator 59, nachdem sie in der Turbine 75 geöffnet werden. Die Gase strömen dann durch den weiter abgekühlt wurden. Ein weiterer Schritt ist das Regenerator 59. wonach sie die Turbine 75 treiben und Verdampfen der in Regenerator 63 festgehaltenen durch den Regenerator 63 strömen. Die Gase expandie- schwereren Fraktion. Diese Komponenten werden ren in der Turbine 75 und kühlen dabei ab, um dann den durch eine Vakuumpumpe 79 abgesaugt und im Korn-Regenerator 63 für die nächste Phase vorzukühlen. Die 10 pressor81 verdichtet.

Gase strömen in dieser Weise für eine kurze Dauer von Die neuen Gase, die auch wieder aufgewärmt werden, ca. 6 bis 8 Minuten. Die Kühlung der Gase erfolgt durch gehen durch Ventil 64c zur Überleitung 210 und werden adiabatische Entspannung in der Turbine 75, wobei ein durch die Rohre 220 abgegeben. Diese Gase können an Generator 76 angetrieben wird, der Strom abgibt die Atmosphäre ausgestoßen werden, ohne daß eine Das durch den bereits vorgekühlten Regenerator 59 15 hohe Esse benötigt wird. Es besteht aber auch die Mögströmende Gas kühlt sehr schnell ab, indem es in intensi- lichkeit, daß man für diese Gase Verwendung findet, ven Kontakt mit der kühlen Masse mit großer Oberflä- Sollten sie absolut trocken sein, könnte man sie in einem ehe kommt. Weniger flüchtige Komponenten konden- Verdunstungskühler einsetzen.

sicren dabei aus und haften an der festen Masse des Schadstoffhaltige Gase, die bei chemischen Prozessen Regenerators 59. Die flüchtigeren nicht kondensierten 20 entstehen, können beigemischt werden, wie durch die und gleichzeitig reinen Komponenten des Gases gehen Zuleitung 209 angezeigt ist und in der Anlage 58 gereidurch, treiben die Turbine 75 und strömen durch Rege- nigt werden. Eine optimale Auslegung in F i g. 1 in der nerator 63. strichlierten Linie 90 angezeigt. Eine Sammelleitung 101 In der Turbine 75 expandiert das Gas, um die Tempe- kann genutzt werden, um Abgase von mehreren gasproratur zu erniedrigen, und das Gas strömt durch den 25 duzierenden Anlagen 102 zu sammeln. Entsprechende Regenerator 63 bei einem Druck von 0,3 bis 0,5 atü. Der Kompressoren (hier nicht gezeigt) können in das Sam-Druck, bei dem die Gase auf Regenerator 63 treffen, ist melsystem 101 eingebaut werden, um die so zusammenwichtig. Jedenfalls soll das Druckverhältnis in der Turbi- geführten Gase in die Verteilung 53 zu leiten, ne 75 so groß sein, daß die Gase genügend Kühlung Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 gelangen die erfahren, ehe sie in Regenerator 63 eintreten, um diesen 30 Rauchgase aus dem Feuerungsraum 10 über einen so zu kühlen, daß das System ausbalanciert bleibt Staubabscheidezyklon 20 und Staubfilter 21 in die Zwi-Eine zweite Phase (die gleichzeitig mit den anderen in schenkühlungsstufe 200, die aus zwei gleichen Regene-Regenerator 59 und 63 läuft) ist das Entladen des Rege- ratortürmen 201, 203 besteht, die abwechselnd gegennerators 61, in dem die Kondensate und Sublimate ver- phasig getrieben werden. Die Regeneratoren 201, 203 blieben sind. Dieser Schritt wird so ausgeführt, daß die 35 sind mit einer Füllung aus einem wärmespeicherndem Ventile 65a und 65c am unteren Ende des Regenerators Material mit großer Oberfläche versehen, z. B. mit Kies, 61 schließen, während das Ventil 646 öffnet, um der Füllkörpern od. dgl, und haben im Betrieb ein Tempera-Vakuumpumpe 79 das Absaugen der Gase zu ermögli- turgefälle vom oberen bis zum unteren Ende, wobei die chen, die schließlich im Kompressor 81 weiterbefördert Temperatur am oberen Ende der Eintrittstemperatur werden. Die Vakuumpumpe 79 reduziert dabei den 40 der heißen Rauchgase, also ca. 250 bis 350⁰C entspricht. Druck in einem Verhältnis von ca. 1 :10. Sowie der während die Temperatur am unteren Ende der Zwi-Druck reduziert wird im Regenerator 61 werden die schentemperatur entspricht, auf die die Rauchgase abursprünglich festgehaltenen Komponenten verdampft gekühlt werden sollen, also z. B. ca. 45 bis 90⁰C. Jeder und somit abgezogen. Das »Säure«- oder Schadstoff- Regenerator 201,203 wird abwechselnd von oben nach Gas, das hauptsächlich Säurekomponenten enthält, wird 45 unten von Rauchgas durchströmt, um dieses abzukühim Kompressor 81 auf Druck gebracht und durch die len, bzw. von unten nach oben mit Luft durchströmt, um Leitung 82 weiterbefördert Das Säure-Gas besteht diese vorzuwärmen. Während einer Phase sind die Venhauptsächlich aus CO2 und SO2, H2S und SO3. Letztere tile 205a und 206a des Regenerators 201 geöffnet, so daß können neutralisiert werden, indem sie in einer Laugelö- die Rauchgase aus der Leitung 17 durch diesen Regenesung gewaschen werden. Brennbare Komponenten der 50 rator hindurchströmen und ihre Wärme an ihn abgeben, zu neutralisierenden Gase werden vorzugsweise abge- Ferner sind gleichzeitig die Ventile 2076 und 2086 des schieden und einer Nutzung zugeführt Solche Gase anderen Regenerators 203 geöffnet, so daß Luft mit können in der Brennkammer 10 eingesetzt werden. Umgebungstemperatur über den Kompressor 221 Die nächste Phase ist ähnlich wie die gerade beschrie- durch den Regenerator 203 von unten nach oben hinbene und geht folgendermaßen vor sich: Die Gase wer- 55 durchgeleitet wird, diesen Regenerator wieder abkühlt den durch die Leitungen 53 und ein Ventil 64a in den und dabei selbst bis auf nahezu die Temperatur der vorgekühlten Regenerator 63 aufgegeben, wo die heißen Rauchgase, also 250 bis 35O⁰C, aufgewärmt wird, schwereren Komponenten durch Ausfrieren und Subli- Die restlichen Ventile 207a, 208a, 2056 und 2066 sind mation ausgeschieden werden. Dann werden die Gase geschlossen. In regelmäßigen Zeitabständen, z. B. 6 bis 8 weiter gekühlt, während sie in der Turbine 75 entspannt 60 Minuten, wird auf die jeweils andere Phase umgeschalwerden und gehen als gereinigte Gase durch den vorbe- tet In der anderen Phase sind die Ventile 2056,206,207a reiteten Regenerator 61, um diesen wieder abzukühlen, und 208a geöffnet, so daß die Rauchgase durch den so daß die nächste Phase beginnen kann und Gase aus Regenerator 203 und die vorzuwärmende Luft durch der Leitung 53 strömen. Ein weiterer Schritt, der gleich- den Regenerator 201 strömt. Die jeweils im Regenerazeitig ausgeführt wird, ist das Abdampfen der Schad- 65 tor 201 oder 203 aufgewärmte Luft wird über die Leistoffe, die als Kondensat im Regenerator 59 verblieben tung 211 abgezogen, und ein Teil davon wird als Verwaren, wobei dieser Regenerator für den nächsten brennungsluft über die Leitung 14 dem Feuerungsraum Gang vorbereitet wird. 10 zugeführt Da die insgesamt in den Regeneratoren

201 und 203 aufgewärmte Luftmenge etwa dem Volumen der Rauchgase entspricht und daher wesentlich größer ist als die Menge der im Feuerungsraum 10 benötigten Verbrennungsluft, kann der restliche Teil der über die Leitung 211 abgezogenen aufgewärmten Luft einer weiteren Nutzung zugeführt werden. Diese Luftmenge wird bei der dargestellten Ausführungsform einem Vorwärmer 120 für Kesselspeisewasser zugeführt. Das kalte Wasser strömt über die Leitung 121 zu, die heiße Luft wird durch das perforierte Rohr 122 in das Wasser eingeblasen und gibt in direktem Wärmeaustausch seine Wärme an dieses ab, und das vorgewärmte Wasser wird über die Leitung 123 abgezogen und als Kesselspeisewasser zur Dampferzeugung dem als Dampferzeuger ausgebildeten Feuerungsraum 10 zugeführt

Die in den Regeneratoren 201 bzw. 203 abgekühlten Rauchgase werden anschließend der Trennstufe 58' zugeführt, in der die Schadstoffe abgetrennt und die Rauchgase gereinigt werden. Der Trennstufe 58' ist ein Kompressor 213 zum Verdichten der Rauchgase vorgeschaltet, um zu gewährleisten, daß die gereinigten Rauchgase anschließend durch Entspannung weitergekühlt werden können. Bei Verwendung des Kompressors 213 ist es nicht nötig, den Feuerungsraum 210 unter Druck zu betreiben.

Die Trennstufe 58' weist zwei Regeneratoren 59, 61 auf, die mit einer Füllmasse mit großer Oberfläche und hohem Wärmespeichervermögen, wie z. B. Quarz, Kies, keramische Füllkörper od. dgl. gefüllt sind, und die in Betrieb vom oberen zum unteren Ende ein Temperaturgefälle aufweisen, wobei die Temperatur am oberen Ende der Zwischentemperatur am unteren Ende der Stufe 200 entspricht, also z. B. 45—9O⁰C beträgt, während die Temperatur am unteren Ende tiefer liegt als der Kondensationspunkt der abzuscheidenden gasförmigen Verunreinigungen, insbesondere der Schwefelverbindungen, und z. B. —100° C oder weniger beträgt Auch die Regeneratoren 59,61 werden mit Hilfe der angegebenen Schaltventile abwechselnd gegenphasig betrieben. Während einer Phase sind z. B. die Ventile 64a, 65a, 676 und 66i> geöffnet so daß die auf Zwischentemperatur abgekühlten Rauchgase von oben nach unten durch den Regenerator 59 strömen, wo die genannten Schadstoffe auf den tiefgekühlten Füllkörperoberflächen des Regenerators 59 ausgefroren und abgeschieden werden. Anschließend strömen die so gereinigten Rauchgase durch eine Entspannungsturbine 75, wo sie durch Entspannung gekühlt werden, und anschließend von unten nach oben durch den Regenerator 61, so diesen vorkühlen und selbst wieder auf die Zwischentemperatur erwärmt werden. Zu Beginn der betreffenden Phase befinden sich im Regenerator 61 noch die während der vorhergehenden Phase aus den Rauchgase niedergeschlagenen Schadstoffe. Diese werden zu Beginn der nächsten Phase von der Front der aus der Entspannungsturbine 75 kommenden gereinigten Rauchgase sofort wieder aufgenommen und von den Kühlflächen des Regenerators 61 entfernt Während der ersten Sekunden jeder Phase erhält man daher vom oberen Ende des Regenerators 61 einen Gasstrom mit hoher Konzentration an Schadstoffen wie Schwefelverbindungen u. dgl. Dieses »Säuregas« wird über das Ventil 90 und die Leitung 82 abgezogen und kann z. B. einer Gaswäsche zugeführt werden. Die Menge dieses weiter zu reinigenden Gases ist im Vergleich zur Gesamtmenge der Rauchgase sehr gering, denn schon nach wenigen Sekunden sind alle Schadstoffe aus dem Regenerator 51 entfernt worden.

und man erhält nun am oberen Ende des Regenerators 61 gereinigtes Rauchgas. Zu diesem Zeitpunkt, ca. 3 bis 20 Sekunden nach Beginn der Phase, wird das Ventil 90 geschlossen und das Ventil 84 geöffnet so daß nun das gereinigte Rauchgas über die Leitung 220 abgezogen wird. Falls seine Temperatur, die der Zwischentemperatur am unteren Ende der Zwischenkühlstufe 200 entspricht, hoch genug ist, z. B. 45—90⁰C beträgt, kann dieses gereinigte Rauchgas einer weiteren Nutzung seines Wärmeinhalts zugeführt werden. Bei der gezeigten Ausführungsform wird es in einem Wärmetauscher 85, der ähnlich dem Wärmetauscher 120 ist, zum Vorwärmen von Heizwasser verwendet. Das kalte Wasser wird durch die Pumpe 86 zugeführt, und das erwärmte Wasser verläßt den Wärmetauscher über die Leitung 87. Das gereinigte Rauchgas wird über ein perforiertes Rohr 88 in das Wasser eingeblasen und verläßt den Wärmetauscher 85 über die Leitung 89 und kann nun unmittelbar in die Atmosphäre ausgestoßen werden.

Die Ausführungsform von F i g. 2 unterscheidet sich somit von der nach F i g. 1 einerseits durch die Verwertung des restlichen Wärmeinhalts der Rauchgase und andererseits durch die Einsparung eines der drei Regeneratoren in der Trennstufe 58', was durch die Einführung einer kurzen »Auspuffphase« zu Beginn jeder Umschaltphase der beiden Regeneratoren erreicht wird.

Eine weitere, nicht dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der nach F i g. 2 dadurch, daß der »heiße« Regenerator 201 der Zwischenkühlstufe mit dem »kalten« Regenerator 59 der Trennstufe baulich zu einer einzigen Regeneratorkolonne vereinigt ist, und ebenso der Regenerator 203 mit dem Regenerator 61 baulich vereinigt ist Man hat somit insgesamt nur zwei Regeneratorkolonnen, von denen jede vom oberen zum unteren Ende ein Temperaturgefälle von der Rauchgastemperatur bis zu einer Temperatur unter dem Kondensationspunkt der gasförmigen Schwefelverbindungen u. dgl. aufweist In einer passend gewählten Zwischenhöhe ist jede dieser Regeneratorkolonnen durch einen Zwischenboden unterteilt, so daß man einen oberen Teil hat der zur Zwischenabkühlung dient und dem Regenerator 201 bzw. 203 von Fig.2 entspricht und einen unteren Teil, der zur Abtrennstufe gehört und dem Regenerator 59 bzw. 61 von F i g. 2 entspricht. Oberhalb und unterhalb des Zwischenbodens sind mit Ventilen gesteuerte Zu- und Ableitungen in analoger Weise wie in F i g. 2 vorgesehen, so daß während der einen Phase oberhalb des Zwischenbodens die zwischengekühlten Rauchgase abgezogen und unterhalb des Zwischenbodens wieder eingeleitet werdet^ während in der nächsten Phase unterhalb des Zwischenbodens die gereinigten Rauchgase abgezogen und oberhalb des Zwischenbodens Luft oder ein anderes Nutzgas zur Vorkühlung des oberen Teils der Regeneratorkolonne eingeleitet wird. Der wechselphasige Betrieb erfolgt in gleicher Weise, wie anhand von F i g. 2 für die Regeneratoren 201 und 59 bzw. 203 und 61 beschrieben wurde. Wiederum sind die ersten Sekunden jeder Phase eine »Auspuffphase«, während der die gereinigten und in den unteren Teil der einen Regeneratorkolonne wiedereingeleiteten Rauchgase die zuvor dort ausgefrorenen Schadstoffe wiederauf- und mitnehmen.

Abänderungen und Ausgestaltungen der gezeigten Ausführungsformen sind möglich. So kann insbesondere der Wärmeübergang von den gereinigten Rauchgasen auf ein Fernheizsystem od. dgl. nicht durch direktem Wärmeaustausch mit Wasser, sondern über ein zwischengeschaltetes Wärmeaustauschmedium erfolgen,

das vorzugsweise in Wasser unlöslich ist, wie z. B. ein Ö! oder eine andere bekannte organische Wärmeübertragungsflüssigkeit Damit wird der Vorteil erzielt, daß in Wasser lösliche Schadstoffe wie Schwefelverbindung od. dgl., die in den gereinigten Rauchgasen noch in s kleinsten Konzentrationen enthalten seih können, in das aufzuheizende Wasser gelangen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Behandeln von Rauchgasen vor ihrem Ausstoßen in die Atmosphäre, bei dem die Rauchgase entstaubt, in einer Abkühlstufe auf eine oberhalb Raumtemperatur liegende Zwischentemperatur gekühlt und schließlich in der Gasreinigungsstufe von gasförmigen Verunreinigunen befreit werden, wobei die den Rauchgasen in der Abkühlstufe entzogene Wärme auf ein Nutzmedium übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase in der Abkühlstufe über die Wärmeaustauschfläche eines Regenerators geleitet werden, die vom Eintritts- zum Austrittsende ein Tem- is peraturgefälle bis auf die Zwischentemperatur aufweist, und daß die Wärmeaustauschfläche dieses Regenerators in einer zeitlich versetzten Charge durch Hindurchleiten eines Nutzgases im Gegenstrom rückgekühlt wird und das Nutzgas dabei bis auf die Rauchgastemperatur erwärmt wird.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Nutzgas die vorzuwärmende Verbrennungsluft eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase einem Feuerungskessel unmittelbar ohne den üblichen Luftvorwärmer entnommen werden kann.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase dem Regenerator mit einer Temperatur von 250—350°C zugeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase auf eine Zwischentemperatur im Bereich von weniger als 100°C gekühlt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischentemperatur so gewählt ist, daß der gesamte Wassergehalt der Rauchgase in dem gereinigten, auf Zwischentemperatur rückerwärmten Gas in Dampfform verbleibt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gereinigte, auf Zwischentemperatur rückerwärmte Gas durch Wärmeaustausch auf Raumtemperatur abgekühlt und die dabei gewonnene Wärme einer Nutzung zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme einem Fernheizsystem zugeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erwärmte Nutzgas bzw. die vorgewärmte Luft zur Vorwärmung des Speisewassers für einen zum Feuerungskessel gehörenden Dampferzeuger eingesetzt wird.