Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen
TECHNISCHES GEBIET
Eei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zum Reinigen eines Gasstromes und von einer Reinigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7.
STAND DER TECHNIK
Mit den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 7 nimmt die
Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der G3-A-2 055 623 bekannt ist. Dort wird ein aus einer
Kohlestaub-Verbrennung herrührendes verunreinigtes Heissgas über einen elektrostatischen Abscheider und 2 in Reihe geschaltete Zyklone einer Gasturbine zugeleitet. Das verunreinigte Heissgas enthält Natrium- und Kaliumpartikel mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 μm - 1 μm und Ascheteilchen im Bereich von 2 μm - 50 μm. Kleinere
Teilchen werden vorzugsweise in dem elektrostatischen
Abscheider, der mehrere Kanäle mit Drähten auf negativem Hochspannungspotential aufweist, abgesondert.
Aerosolteilchen lagern sich eher an grosse Ascheteilchen als an die Platten des Abscheiders an, von denen sie durch Vibration und die Gasströmung ab- bzw. mitgerissen werden. Grössere Ascheteilchen werden hauptsächlich in den Zyklonen abgeschieden.
Aus der DE-PS 844 593 ist ein Verfahren und ein
Elektrofilter zur Ausflockung von Russ und gewichtsmässig
ähnlichen, leitenden Schwebeteilchen mit nachgeschaltetem Absetzraum für elektrisch ausgeflockte Teilchen bekannt. Dabei wird Rohgas von oben nach unten durch ein Rohrbündel mit Ausströmelektroden geleitet. Das aus den unteren
Rohrenden austretende Gas wird innerhalb der Ummantelung nach oben umgelenkt und unter Querschnittsvergrösserung einem grossräumigen Zyklon zugeführt, in dem die restlichen Ausflockungen bei geringer Strömungsgeschwindigkeit
anfallen.
Aus der US-A-4,478,613 ist es bekannt, die Verbrennungsgase eines Dieselmotors zur Entfernung von Partikeln und
Aerosolen nacheinander durch einen Koagulator und ein
Zyklon zu schicken. In der geerdeten Koagulatorkammer sind mehrere Stapel mit scheibenförmigen Sprühelektroden auf negativem Potential angeordnet. Der Koagulator kann auch in dem Zyklon eingebaut sein. Um Ablagerungen an der
Koagulatorkammerwand zu vermeiden, wird diese mit hoher Geschwindigkeit vom Abgas überströmt oder mechanischen Stössen oder Vibrationen ausgesetzt.
Aus der Tagungsveröffentlichung: AIAA-81-0393 von R. R. Boericke et al., Electrocyclone for High Temperature, High Pressure Dust Removal, AIAA 19th AEROSPACE SCIENCES
MEETING, January 12 - 15, 1931, /St. Louis, Missouri, ist es bekannt, zur Abscheidung von Staub aus dem Heissgasstrom eines Kraftwerkes mit Druckwirbelschichtfeuerung mehrere Elektrozyklone in Reihe zu schalten. In den oberen Teil der Elektrozyklone ragen stabförmige Hochspannungselektroden, die eine maximale elektrische Feldstärke von 5 kV/cm erzeugen. Ein Vorteil dieser Einrichtung ist es, dass die elektrischen Kräfte, die auf die Partikel einwirken, unabhängig von der Zyklongrösse und dem Volumenstrom im Zyklen gewählt werden können. Demgegenüber fallen die sonst bei der Abscheidung wirksamen Trägheitskräfte mit sinkendem Volumenstrom und mit steigender Zyklongrösse ab. Ist der Ladungsgrad der Partikel gering, so werden die Vorteile der Elektrozyklcne unwirksam. Durch die sehr kurze Verweilzeit
der Partikel in dem für die Partikelaufladung vorgesehenen Teil des ersten Elektrozyklons ist dies der Fall.
Die Druckwirbelschichtfeuerung ist eine erfolgversprechende neue Verbrennungstechnik zur effizienten, umweltfreundlichen Erzeugung von Strom aus Kohle. Bei der Verbrennung entstehendes SO2 kann durch Zugabe von Kalkverbindungen zur Kohle direkt gebunden werden. Die NOX-Bildung ist auf Grund der niedrigen Verbrennungstemperatur von 850 °C zwar gering, jedoch noch nicht dermassen niedrig, dass auf
Sekundärmassnahmen verzichtet werden kann. Strom wird üblicherweise über einen Dampfprozess erzeugt. Eine
wesentliche Steigerung des Wirkungsgrades kann aber
erreicht werden, wenn die Abgase, die bei Vollast eine Temperatur von 850 °C und einen Druck von 16 bar aufweisen, auf eine Gasturbine geleitet werden. Um die Gasturbinenschaufeln vor Erosion zu schützen, werden die Abgase mittels 2- oder mehrstufiger Zyklone von Partikeln
gereinigt. Mit dem bekannten Verfahren werden vor allem grosse Partikel (> 5 μm), die eine Turbinenschaufel beim Aufschlag beschädigen können, aus dem Abgas entfernt. Für die Entfernung kleinerer Partikel gibt es noch keine zufriedenstellende Lösung.
Die Abscheidung von instabilen Koagulaten ist schwierig. Koagulate suspendierter Partikel sind stabil, wenn kohäsive Kräfte zwischen den Partikeln hoch sind im Vergleich zu Trägheits- und aerodynamischen Kräften. Es gibt jedoch viele Anwendungen mit instabilen Koagulaten, die lediglich dadurch gekennzeichnet sind, dass die suspendierten
Teilchen nur in viel höherer Dichte auftreten als im
benachbarten Strömungsfeld. Der Vorteil, koagulierte
Partikel einfacher abzuscheiden, kann zunichte gemacht werden, wenn die Koagulate bei der Abscheidung z. B. in einem Zyklen auseinanderbrechen.
Zum einschlägigen Stand der Technik wird ferner auf die CH- A-673 411 verwiesen, aus der eine elektrostatische
Filtervorrichtung für eine kontinuierliche Abscheidung von festen und/oder flüssigen Partikeln aus einem Gasstrom bekannt ist.
Ein Schüttschichtfilter zur Abscheidung von Staub und gasförmigen Schadstoffen ist aus der deutschen Zeitschrift: Staub-Reinhaltung der Luft 48 (1988), S. 379 - 386,
bekannt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 7 definiert ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren zum Reinigen eines Gasstromes und eine Reinigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, welche eine vollständigere
Reinigung von Schadstoffen aus einem Gasstrom ermöglichen.
Ein Vorteil der Erfindung liegt in der geringeren
Umweltbelastung durch Staub. Mit relativ einfachen Mitteln wird ein verbesserter Staubabscheidungsgrad erreicht.
Ein weiterer Verteil liegt in dem geringen Druck- und
Temperaturverlust des Agglomerators bzw. Koagulators.
Bei einer Verwendung in Kraftwerken zur Stromerzeugung kann die Lebensdauer von Gasturbinenschaufeln erhöht und die Wirtschaftlichkeit gesteigert werden.
Ein weiterer Vorteil liegt in dem äusserst geringen
Platzbedarf bei einem gegebenen Abgasvolumenstrom. Der geringe Platzbedarf ermöglicht bei der Anwendung in einem Druckwirbelschichtkraftwerk die Unterbringung der
Reinigungsanlage innerhalb des Druckgefässes für die
Brennkammer.
Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Entfernung von kleinen Partikeln in
einem als Koagulator und Partikelladegerät modifizierten Elektrofilter in Kombination mit einem nachfolgenden
Elektrozyklon vorzunehmen. Das modifizierte Elektrofilter wird dabei einerseits so betrieben, dass die
Flugaschepartikeln in einem Wechselspiel von Abscheidung und Wiedereintrag zu grossen Partikeln koagulieren, so dass insbesondere kleine Teilchen in einem nachfolgenden Zyklon abgeschieden werden können. Andererseits verhilft die durch das Wechselspiel bedingte hohe Verweilzeit der Partikeln im Elektrofilter diesen zu einem sehr hohen Grad an
elektrostatischer Aufladung, so dass die anschliessende Verwendung eines Elektrozyklons sehr wirkungsvoll ist. Dies steigert die Abscheidewirkung insgesamt und vor allem bei kleinen Partikeln von < 5 μm wesentlich. Im Elektrofilter wird das Grössenspektrum zu grossen Partikeln verschoben, was eine nachfolgende Trägheitsabseheidung vereinfacht. Auf diese Weise werden die Vorteile des Elektrofilters genutzt, und zwar die einfache und robuste Konstruktion mit geringem Wartungsbedarf, der sehr geringe Druckverlust, die hohe Niederschlagsgeschwindigkeit der Partikeln bei hoher
Temperatur und hohem Druck sowie die kleine Bauausführung bei hohem Druck. Gleichzeitig kann durch die im
Elektrofilter gegebene hohe Verweilzeit der Partikel deren Ladungsgrad maximiert werden, wodurch anschliessend die Vorteile eines Elektrozyklons genutzt werden können.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung kann die im Elektrofilter intrinsisch ausgenutzte Koronaentladung durch geeignete Elektroden- und
Feldstärkewahl dermassen ausgenutzt werden, dass NOX oder Treibhausgase in unschädliche Stoffe zerlegt und damit entfernt werden.
Die erfindungsgemässe Reinigungsanlage lässt sich
vorteilhaft mit einer zusätzlichen chemischen
Abgasbehandlung kombinieren. Sie eignet sich besonders bei der Kohlevergasung, bei einer Druckwirbelschichtfererung und bei Kehrrichtverbrennungsanlagen. Dazu werden
verschiedene Chemikalien (Additive, wie NH3) in den
Abgasstrom oder direkt in den Verbrennungskessel injiziert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Reinigungsanlage mit einem Koagulator, der mehrere durch Platten getrennte Koagulatorkammern aufweist und dem 2 in Reihe geschaltete Zyklone nachgeordnet sind,
Fig. 2 eine Reinigungsanlage gemäss Fig. 1, jedoch mit einem Koagulator, der aus mehreren Koagulatorrohren mit Vibratoren aufgebaut ist und bei dem das
1. nachgeordnete Zyklon ein Elektrozyklon ist, Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Verschiebung der
Partikelgrössenverteilung durch den Koagulator unter atmosphärischen Bedingungen,
Fig. 4 ein Elektrofilter mit Staubabscheider und
Abgasumlenkung als Koagulator,
Fig. 5 2 in Reihe geschaltste Elektrofilter mit
Staubabscheidern, Abgasumlenkung und einem
Schüttschichtfilter zur chemischen
Abgasbehandlung sowie
Fig. 6 einen Koagulator, der über ein
Schüttschichtfilter mit einem Zyklon verbunden ist.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Fig. 1 ist mit (1) ein partikel- bzw. staubbeladenes Gas bzw. Heissgas bezeichnet, das von einer Druckwirbelschichtfeuerung eines Kraftwerkes kommt und über eine Entstaubungsanlage (4, 8, 9) nicht dargestellten
Gasturbinenschaufeln einer Gasturbine zugeleitet wird. Das Heissgas (1) hat bei Vollatet eine Temperatur von 850 °C und
einen Druck von 16 bar. Die Staubpartikel werden in einem geerdeten Plattenelektrofilter bzw. einem Koagulator oder Koagulator-Partikellader (4) mit geerdeten Platten bzw. Koagulatorkammern oder Koagulator-Partikelladekammern (5) an Hochspannungselektroden bzw. Koagulatorelektroden oder Koagulator-Partikelladeelektroden (3) elektrisch geladen und an der inneren Wandung des Koagulator-Partikelladers (4) abgeschieden. Die drahtförmigen Koagulator- Partikelladeelektroden (3) sind in der Mitte zwischen den Platten (5) bzw. randseitig zwischen der jeweiligen randseitigen Platte und der Innenwand des Koagulator- Partikelladers (4) angeordnet. Die auf den Abscheideplatten bzw. Koagulator-Partikelladekammern (5) und an der
Innenwand des Koagulator-Partikelladers (4) gebildeten Agglomerate werden von der Gasströmung, deren mittlere Geschwindigkeit zwischen 3 m/s und 10 m/s beträgt,
sporadisch wieder mitgerissen. Gegebenenfalls kann das Abreissen durch sporadisches Klopfen der Platten (5) unterstützt werden. In nachgeschalteten Zyklonen (8, 9) werden die Agglomerate als Asche oder Staub (13) bzw. (14) abgeschieden, während entstaubtes Zyklon-Abgas (10) zu einer nicht dargestellten Gasturbine geleitet wird.
Die Koagulator-Partikelladeelektroden (3) sind normalerweise negativ geladen; sie können aber auch positiv geladen sein oder alternierend auf negatives und positives Potential gelegt werden. So kann zusätzlich zur Koagulation an der Innenwand des Koagulator-Partikelladers auch noch die bipolare Koagulation im Gasraum zur Partikelvergrösserung genutzt werden.
Fig. 2 zeigt die Abscheidung von Staub aus einem Heissgas (1) in einer Verfahrensskizze. Mit (2) ist eine
Hochspannungsquelle bezeichnet, welche mit draht- oder stabförmigen Koagulator-Partikelladeelektroden (3) in dsr Mitte von mehreren rohrförmigen Koagulator-Partikelladekammern bzw. Koagulator-Partikelladerohren (5) des Koagulator- Partikelladers (4) verbunden ist. An jedem Koauulator-
Partikelladerohr ist ein Vibrator (6) angebracht, um an Wandungen der Koagulator-Partikelladerohre (5) abgeschiedene Agglomerate wieder in den Heissluftstrom einzutragen bzw. eine Ablösung zu unterstützen. Die Koagulator- Partikelladekammern (5) sind mit einem Erdpotential (12) verbunden; sie haben einen Durchmesser im Bereich von 4 cm - 50 cm, insbesondere im Bereich von 5 cm - 25 cm, vorzugsweise von 25 cm, und eine Länge im Bereich von 3 m - 7 m, insbesondere im Bereich von 4 m - 6 m, vorzugsweise von 5 m. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Koagulator- Partikellader (4) ist hoch, sie liegt im Bereich zwischen 1 m/s - 20 m/s, vorzugsweise im Bereich zwischen
3 m/s - 10 m/s. Bei einem Abgasstrcm von 200 kg/s in einem Druckwirbelschichtkraftwerk unter Vollast besteht das Rohrbündel aus etwa 25 Koagulator-Partikelladerohren (5) von 25 cm Durchmesser, wobei die Strömungsgeschwindigkeit im Koagulaüor-Partikellader (4) 8 m/s beträgt.
An den Rohrwandungen der Koagulator-Partikelladerohre (5) bzw. in deren unmittelbarer Nähe kommt es zur Koagulation der Staubpartikel. Es stellt sich ein Wechselspiel ein zwischen elektrostatischer Abscheidung und Wiedereintrag der Partikel durch turbulente Scherspannung durch die Strömung bzw. durch mechanische Vibrationen oder Stösse. Die dadurch bedingte lange Verweilzeit der Partikel im Koagulator-Partikellader (4) verursacht eine sehr hohe Partikelaufladung, was im nachfolgenden Elektrozyklon (8) ausgenutzt wird.
Mit (7) ist ein Koagulatorabgas bzw. ein Koagulator- Partikelladerabgas bezeichnet, dessen Partikel im
Durchschnitt grösser sind als die des staubbeladenen
Heissgases (1) und bei dem der Grad der Partikelaufladung höher ist als in einem normalen Elektrozyklon. Das
Koagulator-Partikelladerabgas wird einem 1. Zyklon (8) mit einer zentrischen, stabförmigen Hochspannungs- bzw.
Zyklonelektrode (11) und danach einem 2. Zyklon (9) ohne Hochspannungselektrode zugeführt. Der 2. Zyklon liefert
reingasseitig von kleinen und grossen Partikeln gut gereinigtes Zyklon-Abgas (10), das auf eine Gasturbine geleitet wird. Die Koagulate im Reingas bzw. Koagulator- Fartikelladerabgas (7) des Koagulator-Partikelladers (4) kennen in den nachgeschalteten Zyklonen (8, 9) mit geringem Druckverlust als Asche (13, 14) abgeschieden werden.
Fig. 3 zeigt die Wirkung des Koagulator-Partikelladers (4) unter atmosphärischen Temperatur- und Druckverhältnissen bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 8 m/s, einer
Feldstärke von 4 kV/cm und einer Partikelkonzentration von 17 g/m3. Auf der Ordinate ist die kumulative Grössenverteilung (V) in % und auf der Abszisse der Partikeldurchmesser (d) in μm aufgetragen. Eine mit (15) bezeichnete Kurve stellt die Grössenverteilung (V) bei ausgeschaltetem
Koagulator-Partikellader (4) dar. Mit (16) sind Messwerte- Bandbreiten bezeichnet, die bei eingeschaltetem Koagulator- Partikellader (4) erreicht werden. Der Anteil der Partikel mit einem Durchmesser kleiner als 5,8 μm liegt bei
ausgeschaltetem Koagulator-Partikellader (4) bei etwa 15 % der Gesamtmasse aller Partikel. Mit eingeschaltetem
Koagulator-Partikellader (4) kann dieser Anteil auf etwa 7 % reduziert werden.
Es versteht sich, dass bei einem Grosskraftwerk mehrere Entstaubungsanlagen (4, 8, 9) parallel vorgesehen sein können. Die Gastemperatur kann dabei im Bereich von 250 °C - 1400 °C, vorzugsweise im Bereich von 500 °C - 1200 °C und der Druck im Bereich von 5 bar - 100 bar, vorzugsweise im Bereich von 5 bar - 20 bar liegen.
Fig. 4 zeigt ein vertikales, elektrostatisches bzw.
Elektrofilter (17) als Koagulator mit einem Pralltopf bzw. Staubabscheider (18) im wesentlichen unterhalb des
vertikalen, zylindrischen Filterrohres und mit einem
waagerechten Umlenkauslass (20) für eine um 90° umgelenkte Gasströmung (22). In dem zylindrischen Filterrohr sind nicht dargestellte, zueinander parallele Filterkammern bzw.
Filterrohre vorgesehen, entsprechend den Koagulatorkammern (5) gemäss den Fig. 1 und 2. Grobe Staubteilchen des staubbeladenen Heissgases (1) werden in einem dem
Elektrofilter (17) vorgeschalteten Zyklon (8) als Asche (13) abgetrennt.
Bei Flugasche enthaltendem Heissgas (1) treten im
unipolaren Elektrofilter (17) unter bestimmten
Betriebsbedingungen, die u. a. von der
Strömungsgeschwindigkeit des Heissgases (1) und von der Koronaspannung abhängen, Koagulate (30) auf. In der Regel entstehen Koagulate (30), wenn Partikel auf einer nicht dargestellten Abscheideelektrode, entsprechend den
geerdeten Platten bzw. Koagulatorkammern (5) gemäss den Fig. 1 und 2, miteinander in Kontakt kommen, so dass kohäsive Oberflächenkräfte, wie z. B. Flüssigkeitsbrücken, elektrostatische Kräfte usw. wirksam sind. Wenn die
Partikel wieder von der Abscheideelektrode z. B. durch Scherspannungen, mechanische Vibrationen o. dgl. abgelöst werden, liegen die zusammenhängenden Koagulate (30) im Gasstrom vor. Es handelt sich dabei oft um lose
zusammenhängende Flocken von geringer Eigenstabilität. Durch geeignete Strömungsumlenkungen, bei denen
Trägheitskräfts ausgenutzt werden, lassen sich diese
Koagulate (30) dennoch vom Gasstrom z. B. in dem Pralltopf (18) vom Gasstrom kontinuierlich trennen, ohne sie zu zerstören. Mittels eines Schneckenförderers oder eines bewegten Förderbandes (19) lassen sich die im Pralltopf (18) niedergeschlagenen Koagulate (30) kontinuierlich abtransportieren. Anstelle des Förderbandes (19) kann auch eine pneumatische Reinigung vorgesehen sein (nicht
dargestellt).
Diese Anordnung kann ergänzt werden durch eine
elektrostatische Filtervorrichtung gemäss der eingangs genannten CH-A-673 411 bzw. durch ein Bandfilter (21) in der umgelenkten Strömung (22) am Ende des Umlenkauslasses
(20). Auf diese Weise wird die Abscheidewirkung dieses Elektrofilters (17) für kleinere Partikel optimal genutzt.
Zur chemischen Abgasbehandlung können am Eingang und/oder Ausgang des Elektrofilters (17) Chemikalieninjektionen (31, 32 ) vorgesehen sein , um unerwünschte korrosive und/oder Treibhausgase wie CO2, N2O, NOX aus Verbrennungsanlagen zu reduzieren.
Bei der im Elektrofilter (17) auftretenden Koronaentladung werden NOX-Moleküle reduziert und Treibhausgase zerlegt, so dass unschädliche Stoffe entstehen. In Entladungen unter hohem Druck von > 3 bar und hoher Temperatur von > 500 °C, wie sie bei Heissgasen (1) von Kraftwerken vorkommen, werden Elektronen aus den Koagulatorelektroden (3) ausser durch die bekannte Feldemission zusätzlich auch noch durch Therme- und Thermofeldemission ausgelöst. Dieser Effekt wird verstärkt, wenn die Koagulatorelektroden (3) grössere Dicke als normale Koronaelektroden haben. Solche Elektroden können entweder durch Staubbeladung entsprechend dick sein oder durch geeignete Materialien entsprechend hergestellt werden. Das Verhältnis der Oberflache einer
Koagulatorelektrode (3) zur Oberfläche der sie umgebenden 2. Elektrode (5), vgl. die Fig. 1, 2 und 6, liegt im
Bereich ven 1 : 400 bis 2 : 1, vorzugsweise im Bereich von 1 : 20 bis 1 : 1. Es sind bevorzugt solche Materialien zu verwenden, bei denen die Austrittsarbeit der Elektronen klein ist. Dies ist z. B. bei metallischen Elektroden oberhalb von 750 °C der Fall, wenn sie mit Flugasche
beschichtet sind. Die Austrittsarbeit beträgt dabei etwa 0,6 eV. Ein weiterer Vorteil dieser Entladung ist, dass direkt mit relativ homogen verteilten Elektronen entstickt werden kann, im Gegensatz zu reinen Koronaentladungen, wo Elektronen und Ionen inhomogen verteilt sind. Ausserdem ist dabei die Energie der geladenen Teilchen zu gross, um optimal genutzt zu werden. Elektronen aus
Thermofeldemission haben weniger Energie und sind daher wirtschaftlicher.
Zur Entstickung können chemische Additive, wie NH3,
Methanol u. a. Alkohole, in, vor oder zwischen Koagulatoren (4) eingedüst werden. Zwar genügt auf Grund der vorhandenen Temperatur die rein thermische Anregung der Additive schon zu einer DeNOX-Reaktion. Solche Verfahren sind bekannt. Jedoch wird die Wirkung wesentlich verstärkt, wenn sie durch Elektronen in Entladungen aktiviert werden. Dazu sind die Ladungen aus der Korona des Elektrofilters (Feld- und Thermofeldemission) optimal geeignet. Es bilden sich dann instabile Zwischensubstanzen, wie NH2, die optimal
entsticken. Eine katalytische Auskleidung oder Dotierung der Wände der Elektroden des Koagulators (4) kann ebenfalls eine Aktivierung verbessern. Besonders vorteilhaft ist eine Chemikalieninjektion (32) hinter dem Koagulator (4) bzw. vor dem Zyklon (8), vgl. Fig. 6. Eine weitere
Chemikalieninjektion kann vor oder auf dem Bandfilter (21) stattfinden sowie auf einem Schüttschichtfilter (28) gemäss den Fig. 5 und 6. Diese Chemikalieninjektion (32) kann lastabhängig erfolgen. Kraftwerke mit
Druckwirbelschichtfeuerung benötigen auf Grund anderer Temperaturen bei Teillast mehr Entstickung als bei Vollast.
Fig. 5 zeigt eine anders ausgelegte Version der optimierten Staubabscheidung. Die Strömungsverhältnisse können besser genutzt werden, wenn die Umlenkung des Abgases um einen Abgas-Umlenkwinkel α ab 80°, vorzugsweise im Bereich von 140° - < 180° erfolgt. Ein mit (ß) bezeichneter
Abscheidungs-Ablenkwinkel kann > 90° sein, damit in einem Pralltopf (25) eines Elektrofilters (23) die
Wahrscheinlichkeit geringer wird, dass die Koagulate zurückgerissen werden.
Ein Verjüngungsbereich (24) am unteren Ende des
koagulierenden Teils des Elektrofilters (23) dient zur Beschleunigung der Strömung dee Heissgases (1). Damit sich an den Aussenwänden von schräg nach oben gewinkelten
Umlenkauslässen (26) aus einer umgelenkten Gasströmung (29)
nicht verstärkt Ablagerungen bilden, können in den
Umlenkbereichen Flüssigkeitsfilme (27) vorgesehen werden, welche diese Bereiche spülen.
Wie in Fig. 5 angedeutet ist, können 2 derartige
Elektrofilter (23) seriell hintereinander betrieben werden. Dies hat den Vorteil, dass dadurch die Effizienz wesentlich erhöht wird. Der Übergang von der 1. zur 2. Stufe erfolgt in Rohren. In den Verrohrungen zwischen den Stufen können Massnahmen getroffen werden, die z. B. unerwünschte
chemische Auswirkungen des Abgases verringern. So kann z. E. in der Nähe des Eintritts zur 2. Stufe ein
Schüttschichtfilter (28) mit Silizium- und/oder
Aluminiumoxiden vorgesehen sein, das durch Gassublimation als Alkali-Getter wirkt.
Bei Vergasungsprozessen kann anstelle des
Schüttschichtfilters (23) eine Chemikalieninjektion, z. B. von Sauerstoff, vorgesehen sein, welche den Heizwert des Synthesegases verbessert oder andere Eigenschaften bewirkt .
Um Treibhausgase, wie CO2, N2O, zu reduzieren, können andere Additive beigefügt werden. Insbesondere für
Vergasungsanlagen kann CO2 in CH4, Methanol oder andere brauchbare Brennstoffe umgesetzt oder reformiert werden. Dies ist für Anwendungen in heissen Gasen bei
Kohlestaubfeuerung von Bedeutung.
Die Geschwindigkeit des Heissgases in den Elektrofiltern liegt im Bereich von 3 m/s - 50 m/s, vorzugsweise im
Bereich von 5 m/s - 10 m/s, damit Ablagerungen an den
Abscheideelektroden verhindert werden.
Fig. 6 zeigt eine Reinigungsanlage, bei welcher ein
Koagulator (4) mit vertikal von oben nach unten
verlaufenden Koagulatorkammern (5) ausgangsseitig über ein Schüttschichtfilter (28) mit einem Zyklon (8) verbunden ist. Die Länge der Koagulatorrohre (5) liegt im Bereich von
2,5 m - 28 m. Zusätzlich oder alternativ kann vor dem Koagulator (4) mindestens ein Zyklon vorgesehen sein.
Mit diesen Koagulatoren und Elektrofiltern ist eine
Abscheidung instabiler Koagulate möglich. Diese Abscheidung erfolgt kontinuierlich und nutzt im wesentlichen
Trägheitskräfte aus, die keinen zusätzlichen Energieaufwand erfordern. Dis Entstaubungsanlage eignet sich nicht nur zur Abscheidung von Partikeln aus atmosphärischen oder
Brennkammer-Rauchgasen, sondern z. B. auch für die
Abscheidung von Koagulaten, die als Produkt hergestellt werden sollen.
(Nur für die Prüfungstelle bestimmt; nicht Teil der Anmeldung)
BEZEICHNUNGSLISTE
1 staubbeladenes Heissgas
2 Hochspannungsquelle
3 Koagulatorelektroden, Koagulator- Partikelladeelektroden
4 Koagulator, Koagulator-Partikellader,
Agglomerator, Plattenelektrofilter
5 Koagulatorkammern, Koagulator- Partikelladekammern, -röhre, Platten
6 Vibratoren
7 Koagulator-Abgas, Koagulator-Partikelladerabgas 8, 9 1. Zyklon bzw. 2. Zyklon
10 entstaubtes Zyklon-Abgas
11 Zyklonelektrode
12 Erdpotential
13, 14 Asche, Staub
15 Koagulator aus, Koagulator-Partikellader aus
16 Koagulator ein, Koagulator-Partikellader ein 17, 23 Elektrofilter
13 Pralltopf, Staubabscheider
19 Förderband
2C Umlenkauslass von 17
21 Bandfilter
22 umgelenkte Strömung
24 Verjüngungsbereich
25 Pralltopf von 21, Staubabscheider
25 Umlenkauslass von 23
27 Flüssigkeitsfilm
28 Schüttschichtfilter
29 umgelenkte Strömung in 23
30 Koagulate
31, 32 Chemikalieninjektion
d Durchmesser
V kumulative Grössenverteilung
α Abgas-Umlenkwinkel
ß Abscheidungs-Ablenkwinkel