EP0213150A1 - Verfahren und vorrichtung zur entschwefelung und entgiftung von rauchgasen - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Entschwefelung und Entgiftung von Rauchgasen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entgiftung von Rauchgasen aus Feuerungsanlagen und anderen industriellen Abgassystemen.

In Feuerungsanlagen werden neben den Verbrennungsprodukten Kohlendioxid und Wasserdampf auch andere Produkte freigesetzt, die die Umwelt in besonderem Maße gefährden. Diese werden üblicherweise durch Waschverfahren oder Trockenadditi werfahren mit Zugabe eines Entschwef el ungsmi ttel s aus dem Abgas herausgelöst.

Nachteil dieser Methode ist es, dafs durch die geringe Kontaktoberfläche der Teilchen gegenüber dem Rauchgas eine große Bauhöhe der Apparate benötigt wird.

Eine Verbesserung des Verfahrens wurde in der Patentanmeldung P 33 40 655 vorgeschlagen, indem statt eines Tröpfchen- oder Staubnebels eine Kugel schüttung für den Stoff kontakt vorgeschlagen wurde. Nachteil dieser Systems ist es, daß die Einsparung der Bauhöhe durch eine Reihe von Zusatzeinrichtungen, wie Kugelentnahme, Kugel wascheinrichtungen, KaikmiIchaufbereitung, Kalkmilchdosierung, Waschmittel kreisl auf und Produktaufbereitung erkauft werden müssen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehenden Nachteile zu vermeiden und eine einfache und kompakte Abgasreinigungsanlage zu realisieren.

Es wurde nämlich gefunden, daß sich in einer Feststoffschüttung im Gegenstrom zwischen Festkörpertransport und Rauchgasströmung im Bereich des Taupunktes in der Festkörperschüttung eine stabile Füllkörperwaschzone ausbildet, die von besonders hoher Effektivität für die Entfernung schädlicher Schadstoff komponenten ist.

Für diesen Fall reicht es bereits aus, wenn zu der Füllkörperschüttung eines Behälters Kalksteinteilchen zugegeben werden, die in der Atmosphäre des saueren Rauchgases das waschaktive Calciumhydrogenkarbonat abgeben und dieses von den schwefelhaltigen Komponenten des Rauchgase zu Sulfit oder Gips umgewandelt wird.

Außerdem wurde überraschenderweise gefunden, daß in einer über dem Rauchgasabzug liegenden, rauchgasbeheizten Zone die aus der Förderschnecke austretenden feuchten Kramikteilchen in einem indirekten Wärmetausch so getrocknet werden können. daß diese warmen und trockenen Keramikteilchen in der darunterliegenden rauchgasdurchströmten Zone die ausgetragenen Flüssigkeitströpchen herausfiltern und das Rauchgas vorwärmen.

Desweiteren wurde gefunden, daß die Einleitung des Wassers zur Erzeugung ei ner Absorpt i onszone ni cht nur mi t Düsen über Leitungen, sondern in einem besonderen Befeuchtungsboden zweckmäßigerweise erfolgen kann.

Die Erfindung soll nun an Hand der Fig. 1 - 5 näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt den Gegenstand der Erfindung in der Zusammenstellung.

Mit 1 ist der Entschwefelungsbehälter bezeichnet, in der sich die rauchgasdurchströmte Trockenzone 2, die in Fig. 5 näher dargestellt ist, befindet.

Das Rauchgas durchströmt anschließend nur relativ wenig abgekühlt den Wärmetauscher 3, der die entschwefelten Rauchgase wieder aufwärmt. Dabei kühlt sich das ungereinigte Rauchgas weiter ab.

Dieser Wärmetauscher ist in Fig.3 mit seiner Rippenform abgebildet Das so vorgekühlte Rauchgas tritt über die Leitung 4 in die untere Rauchgasvertei lungskammer 5 ein. über das Lochblech 6 gelangt das Rauchgas in die Keramikschüttung 7, in der sich unter weiterer Abkühlung des Rauchgases auf der Oberfläche der Keramik die trockene Gipsschicht durch Trocknung ausbildet.

Das so gekühlte Rauchgas tritt durch den Befeuchtungsboden 8, der in Fig. 4 dargestellt ist, in die eigentliche Waschzone 9.

In der Waschzone 9 tritt aus dem Befeuchtungsboden 8 soviel Wasser aus, daß die Entschwefelungstemperatur in einem bestimmten Tampteraturinterval 1 gehalten wird. In die Entschwefelungszone tritt die Keramik mit einem Anteil von 0,5 - 10 V. Kai ksteinschotter ein, sodaß sich in der feuchten Entschwefelungszone folgende Reaktionen abspielen:

CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2 Auflösen des Kalksteines in der Flüssigkeit

Ca(HCO3)2 + 2 SO2 = Ca(HSO3)2 + 2 CO2 Absorption bzw. chem.

Reaktion

Ca(HSO3)2 + O2 = Ca(HSO4)2 Oxidation des Produktes im sauren

Zustand

Ca(HSO4)2 + Ca(HCO3)2 = 2 CaSO4 + 2 CO2 Gipsbildung Das Endprodukt Gips fällt aus der Flüssigkeit aus und bildet den Überzug, der in der untersten Keramikschicht der Entschwefelungsapparatur 7 zu einem festen Gipsüberzug austrocknet.

In der obersten Schicht der Entschwefelungszone 9 wird das gereinigte Rauchgas von der dort befindlichen trockenen und warmen Keramikschicht getrocknet und gefiltert, bevor es i n die Rauchgasabscheidezone 10 eintritt, die in Fig. 5 im Schnitt dargestellt ist.

Die Rauchgasabscheidezone 10 ist als Fortsetzung des Keramikwärmetauschers 11 ausgebildet, jedoch mit nach unten offenen Blechen, die die getrocknete Keramik getrennt von den Rauchgasen führen.

Der Keramikwärmetauscher 11, der in Fig. 2 dargestellt ist, führt die Rauchgase durch Bleche getrennt durch das Keramikkörperbett. Die Keramikkörper, die in dem Wärmetauscher getrocknet und erwärmt werden, befinden sich in den schmaleren Schlitzen, während das ungereinigte , heiße Abgas durch die breiteren Schlitze von einer Seite des Wärmetauschers zur anderen Seite gelangen. Dabei trocknen die in der Vorratszone 12 liegenden Keramikkörper beim Durchtritt durch den Wärmetauscher und erwärmen sich.

Der Keramikkörpertransport wird durch die Förderschnecke 13 bewirkt, die ständig die mit Gips belegte Keramik in dem Raum zwischen der Förderschnecke und dem Hüllröhr aufnimmt und nach oben transportiert.

Auf dem Weg nach oben durchläuft die Keramik einen Waschvorgang, indem i m unteren Teil der Schnecke Waschwasser 14 eingeleitet wird.

Dieses Waschwasser löst auf Grund des geringen pH-Wertes bzw. des saueren Verhaltens des Überzuges diesen vollständig und ohne Reiben ab und bi l det mit dem Waschwasser den in der Abscheidezone 15 anfallenden Gipsschlamm, der über die Förderschnecke 16 ausgetragen wird.

Dem Gipsaustrag entsprechend muß das Entschwefelungsmittel, eingetragen werden, was über die Eintragsöffnung 17, beispielsweise eine Zellenradschleuse, geschieht. Hier wird je nach Uml auf geschwi ndi gkei t der Keramik und Konzentration und Menge der zu entschwefelnden Rauchgasbestandteile 0,5 bis 10% der umlaufenden Keramik an Kalkstein hinzugegeben.

Fig. 5 zeigt die Gesamtanordnung ohne die Umlaufkerami k. Aus dem Bild wird die Anordnung des Wärmetauschers im Rauchgasweg und die konstrukti ve Ausbi l dung der beiden Zonen 10 und 11 ersichtlich, in denen die Kerami k getrocknet und das Rauchgas abgeschieden werden.

Fig. 4 zeigt den Befeuchtungsboden. Das in den Befeuchtungsboden über eine Wasserleitung temperaturgesteuert eingelei tete Wasser gelangt an die Oberseite des Bodens in die zwischen den Durchtrittszylindern liegenden Räume. Diese entstehen durch das überstehen der Zyl i nder über dem Boden. Das über den Zylinderrand überstehende Wasser kann nicht gegen den Rauchgasstrom in den Zylindern nach unten fließen, sondern wird in die Keramikschicht über dem Boden eingetragen. Dabei kühlt sich das Rauchgas auf eine Temperatur unter der Kühlgrenztemperatur ab.

Somit entsteht über dem Waschboden eine Waschzone, in der die beschriebenen chemischen Reaktionen ablaufen.

Als Keramikkörper eignen sich insbesondere Zylinderringe, da diese bei dem geringsten Druckverlust die beste Transportfähigkeit in der Förderschnecke aufweisen. Hinsichtlich der Transportfähigkeit wären auch Kugeln geeignet, die aber einen wesentlich höheren Druckverlust verursachen und auch in der Schneckenf örderung einen geringeren Wirkungsgrad aufweisen. Durch die fehlende Wandreibung mit dem Schneckenhüllrohr werden wesentlich weniger Kugeln als Zylinderringe gefördert.

Die Probleme bei dem Transport der Keramikteilchen werden erfindungsgemäß gelöst in der Kombination von Förderschnecke und Einbauten. Die Förderschnecke mit ihrem Hüllröhr ist ein wichtiges Stützelement für die Einbauten. Die Förderschnecke sorgt mit ihren Drehbewegungen für die notwendigen Erschütterungen, um den Kerami ktransport aufrecht zu erhalten. Das Hüllröhr der Keramikschnecke ist gehalten durch den innenliegenden Wärmetauscher entspr. Fig. 2 und steht auf dem Abscheideboden zwischen der Zone 7 und 15. Es besitzt am unteren Ende Durchbrüche zur inneren Schnecke, die in diesem Einlaufbereich auf dem Scheckenwendelaußenrand aufgesetzte Keile besitzt, die dafür sorgen, daß die Keramik zuerst in den inneren Bereich der Schneckenwendel fällt, ehe sie in den Bereich oberhalb der Einlaufschl itze kommt. Dadurch wird verhindert, daß Keramik zwischen der Schneckenwendel und den Rändern der Einlauföffnungen zerquetscht werden kann.

Die Förderschnecke ist nur an dem Deckel des Entschwefelungsbehälters. 1 mit Lagern befestigt. Sie läßt sich somit ohne Demontage anderer Anlagenteile nach oben aus dem Behälter herausziehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen Behälter 1, in dem das Abscheidelochblech 2, der Befeuchtungsboden 8, der Keramikwärmetauscher 11 mit seinen Blechverlängerungen 10 und die Förderschnecke 13 angeordnet ist.

An diesem Behälter sind die Waschwasserzuleitung 14, Abscheidebehälter 15, die Gipsschlammförderschnecke 16 und die Kal kschotterzuf ührung 17 sowie die Rauchgasleitung 4, die den Wärmetauscher 3 kreuzt, angebracht. In einem speziellen Ausführungsbeispiel werden die Besonderheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert:

Die Abgasmenge von ca. 15000 m3/h aus einer Schwerölverbrennung soll entschwefelt werden.

Das 160 - 210 grdC warme, ungereinigte Abgas durchströmt den Keramikwärmetauscher 11 und kühlt sich dabei um ca . 5 - 20 grdC ab. Die abgegebene Wärme trocknet einerseits die sauberen, aber feuchten Keramikkörper ab und erwärmt sie andererseits auf Temperaturen, die 10 - 30 grdC unterhalb der Abgastemperatur liegen. Entsprechend der Umlaufgeschwindigkeit der Keramikkörper über die Förderschnecke 13, die so eingestellt wird, daß nach der Kalksteinzugabe die Schüttung ein Verhältnis von Kalkstein/Keramikkörper von 0,05 - 0,1 in der Vorratszone 12 hat, stellt sich eine Aufenthaltsdauer der Mischung im Plattenwärmetauscher 11 von 15 bis 45 min ein.

Bei einem Schwefelgehalt von 27. im schweren Heizöl ergibt sich bei 5%-igem Luftüberschuß bei der Verbrennung eine SO2-Konzentration von 1100 ppm oder 2860 mg/m3. Bei 15000 m3/h zu entschwefelndem Abgas ergibt sich somit eine Kalksteinzugabe in stücki ger Form über die Zellenradschleuse 17 von ca. 70 kg Kalkstein/h und eine Keramikumlaufgeschwindigkeit von ca. 1500 kg/h. Nach den Passieren des Keramikwärmetauschers gelangt das noch ungereinigte Abgas mit einer Temperatur von 140-190 grdC in den Hochleistungswärmetauscher 3. Hier wird es weiter auf 80-120 grdC abgekühlt und gibt diese Wärme an das gereinigte, ca. 60-80 grdC warme Abgas ab, das sich dabei auf 110-140 grdC erwärmt und somit ohne Gefahr von Auskondensation in den Kamin gelangen kann.

Das ungereinigte Abgas strömt nach dem Hochleistungswärmetauscher in den unteren Teil des Entschwefelungsbehälters 1 ein, gelangt in einen Ri ngkanal 5 und weiter durch ein Lochblech 6 in den unteren Teil der mit einem feinen Gipsüberzug versehenen Keramikschicht 7. In dieser Schicht findet beim Hochströmen des Gases eine Nachtrocknung der Gipsschicht statt.

Nach Passieren des Befeuchtungsbαdens 8 trifft das schwefelhaltige Abgas auf die feuchten Keramikkörper und den feuchten Kalksteinschotter. Im unteren Teil dieser Zone findet über eine Reaktionskette die Entschwefelung sowie die Abkühlung des Gases auf unter Kühlgrenztemperatur durch die Wasseraufnähme und -Sättigung statt. Je nach Fahrweise und Schwerölzusammensetzung nimmt das Rauchgas zwischen 500- und 800 l/h Wasser auf und kühlt sich dabei auf 45 - 60 grdC ab. Im oberen Teil der Waschzone 9 durchströmt das saubere, abgekühlte und gesättigte Abgas eine trockene und im Kerami kwärmetauscher auf 130-180 grdC aufgewärmte Schüttschicht. Dabei erwärmt sich das Abgas auf 60 - 80 grdC bevor es sich in den Auffangräumen der Gasabschei dezone 10 sammelt. Von hier aus durchkreuzt es den Hochleistungswärmetauscher 3, den es mit Temperaturen von 110-140 grdC verläßt.

Die trockene und auf 70-90 grdC warme Schüttung rutscht auf dem Lochblech 6 in den Fuß des Kegels, wird dort von der Schnecke aufgenommen und in den Kopf des Entschwefelungszylinders transportiert. Der sich in Form einer feinen Schicht auf den Keramikkörpern gebildete Gips von ca. 90 kg/h wird mit Waschwasser entfernt und über ei nen Abscheidetrichter 15 und der Gi pssch l ammf örderschnec ke 16 abgezogen

Ein weiteres Ausführungsbeispiel soll die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutern.

Die Abgasmenge von 15000 m3/h durchströmt einen Plattenwärmetauscher (Fig. 2) , der einen Durchmesser von 3000 mm und 19 freie Strömungsquerschnitte von 450×95 mm2 hat, und gelangt in einen Hochleistungswärmetauscher (Fig. 3) mit den äußeren Maßen von 1,8x1,8x1,6 m3, der als Rippenwärmetauscher für Kreuzström aLisgelegt ist. Nach diesem Wärmetauscher gelangt das Gas in den Fuß des Entschwefelungsbehälters, der eine Höhe von ca. 4m und einen Durchmesser von ca. 3m hat, und strömt in einen ringförmigen Verteilungsraum, der an der oberen Seite mit einem Lochblech mit 6mm Löchern begrenzt wird. Nach Passieren des Lochbleches durchströmt das Gas eine ca. 0,75m starke Schüttung, bevor es den Befeuchtungsboden erreicht. Dieser Boden hat einen Durchmesser von 3 m und ist mit Löchern von 100 mm Durchmesser durchsetzt, deren Ränder ca. 20 mm überstehen.

In einem doppelten Boden gelangt Wasser durch 4 mm Löcher, die sich an der Oberseite des Doppelbodens befinden, in die Räume zwischen den erhöhten Lochbegrenzungen. Dadurch wird eine gleichmäßige Wasserverteilung und somit eine Benetzung über die gesamte Querschnittsfläche gewährleistet.

über dem Befeuchtungsboden schließt sich eine ca. 500 mm starke Schüttung an, oberhalb der sich. der Gassammeiraum befindet. Dieser Raum wird durch die konstruktive Verlängerung von 500 mm der 50mm brei ten Spalte, durch die die Keramikörper und der Kal kstei nschotter durch den Plattenwärmetauscher rutschen, erreicht. In den 19, 500 mm hohen und 95 mm breiten Räumen sammelt sich das Gas und verläßt dann den Entschwefelungsbehälter in Richtung Hochleistungswärmetauscher.

Die Keramikkörper werden vom Fuß des Entschwefelungszylinders mittels ei ner Schnecke von ca. 300 mm Durchmesser zur ück i n den Kopf befördert. Der Gipsschlamm sammelt sich in einem Abscheidebehälter mit einem Durchmesser von 1100 mm und wird von hier aus über eine Austrageschnecke abgeführt. über ein geregeltes Füllniveau im Abscheidebehälter wird ein Abschluß gegenüber der Außenatmosphäre erreicht.

Fig. 5 zeigt das Entschwefelungssystem mit den Hauptabmessungen für diese spezielle Ausführungsbeispiel. Der Durchmesser des Entschwef el ungsbehäl ters 20 beträgt ca. 3000 mm, die Höhe des Behälters 24 beläuft sich auf ca. 4000 mm. In einem Abstand 21 von ca. 1000 mm ist der Hochleistungswärmetauscher aus Fig. 3 angeordnet., der mit den Kanal abmessungen 22 entsprechend 2000 mm und 23 entsprechend 3000 mm groß baut.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen in Festkörperschüttungen mit einem Rohgaseintritt am unteren Ende des Behalters und einen Reingasaustritt am oberen Ende des Behälters, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter einen Aufsatz mit Wasserdosierung, Förderschneckenantrieb, Festkörperauslaß aus der Förderschnecke, einen randvoll mit Festkörpern gef ül l ten Reaktionsbehälter und einen Produktbehälter am unteren Ende des Behälters, 2 Taupunktstemperaturmesser und eine Produktwaschei nri chtung besitzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohgasstrom ein Wärmetauscher vor Eintritt in den Reaktionsbehälter vorgeschaltet ist, der auch einen Anschluß an das gereinigt Gas besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke einen Wasseranschluß zur Einleitung für das Reinigungswasser der Festkörper besitzt.

4. Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen in Festkörperschüttungen nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Entschwefelungsbehälter 1 oberhalb der Abgasableitung 10 ein Kerami kwärmetauscher 11 angeordnet ist, der die gewaschene, feuchte Keramik, die aus der Fördereinrichtung oben austretende Keramik trocknet und erwärmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d. g., daß dieser Wärmetauscher eine Fortführung der Kerami kspal te nach unten besitzt, die eine Rauchgasableitungszone 10 bilden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, d. g., daß unterhalb der Waschzone für die Entschwefelung ein wasserdurchströmter

Boden angeordnet ist, der zylindrische Durchtrittsöffnungen nach unten und Wasseraustrittöffnungen nach oben besitzt entsprechend Fig. 4.

7. Verfahren zur Abgasreinigung von Rauchgasen im Gegenstrom zu einer wandernden Festkörperschicht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Festkörperschicht eine Zone unterhalb des Taupunkts der Rauchgase durch Wassereinspri tzung und/oder Wärmetausch erzeugt und durch Temperaturfühler kontrolliert wird und damit eine stabile Waschzone in der Festkörperschicht erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Entschwefelungsmittel als Kalksteinstücke unter die Festkörper gemischt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung der Festkörper von dem Produkt durch eine

Wassereinspritzung in die Förderschnecke geschieht.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe eines weiteren Entschwefelungsmittels, bspw. Kalkmilch oder Kalksteinmilch in die Förderschnecke am oberen Ende erfolgt.

11. Verfahren zur Abgasreinigung von Rauchgasen nach Anspruch 7 - 10, d. g., daß die aus der Förderschnecke austretende Keramik in einem Rauchgasdurchströmten Wärmetauscher getrocknet und erwärmt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 7, d. g., daß das gereinigte Rauchgas hinter den Verlängerungsblechen des Wärmetauschers aus dem Entschwefelungsbehäl ter abgeleitet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 7, d. g. , daß die Befeuchtung des Rauchgases und seine Kühlung für die Entschwefelungszone durch das nach oben austretende Wasser aus dem Befeuchtungsboden 8 so geschieht, daß auf dem Bdden zwischen den überragenden Rohren eine Reservewasserschicht stehen bleibt.