Technisches Gebiet
Gasreinigung. Entfernung von unerwünschten und schädlichen Ballaststoffen aus einem Gasstrom.
Die Erfindung bezieht sich auf die Entfernung von als Suspension in einem heissen Gasstrom mitgeführten festen Partikeln wie Aschebestandteile (Flugstaub), Russ etc. Dabei kann es sich sowohl um ein Rauchgas (Verbrennungsgas) einer Verbrennungsanlage (Rostfeuerung von Kraftwerken, Kehrichtverbrennung etc.) wie um ein Nutzgas einer Vergasungsanlage (Holzvergasung, Kohlevergasung, Müllvergasung) handeln.
Im engeren Sinne betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Entstaubung eines Gasstroms durch Hochtemperatur-Filtration bei Temperaturen bis 700 DEG C.
Stand der Technik
Bei den zur Zeit im Betrieb befindlichen konventionellen Dampfkraftanlagen, Kehrichtverbrennungsanstalten und Müllheizkraftwerken wird die Reinigung des in der Rostfeuerung erzeugten Rauchgases von Schadstoffen (gasförmige Giftstoffe, flüssige und feste Partikel in Suspension) nicht - oder nur teilweise - im Hochtemperaturbereich, also nicht vor den Wärmeaustauschern bewerkstelligt. Insbesondere findet die Entstaubung nicht, oder nur in seltenen Fällen vor dem zur Energienutzung dienenden Wärmeaustauscher statt. Es gibt zwar bereits keramische Hochtemperatur-Gasfilter, doch werden diese zu Folge ihres hohen Preises kaum allgemein angewendet. Die Entstaubung und Entgiftung der Gase wird erst im tiefer liegenden Temperaturbereich - in der Regel unterhalb 300 DEG C - durchgeführt.
Das bedingt, dass die Wärmeaustauscher (Dampf- und Wasserkessel, Dampferzeuger, Überhitzer, Luftvorwärmer etc.) in ihrem Arbeitstemperaturbereich von den im Gasstrom enthaltenen Schadstoffen, als da sind korrodierende chemische Substanzen wie S und Cl und deren Verbindungen sowie vom mitgeführten Flugstaub (Flugasche) voll und ganz beaufschlagt werden. Dies bedingt eine entsprechende unerwünschte Ablagerung und Krustenbildung an den meist in Form von Bündeln angeordneten, quer oder schief angeströmten Wärmeaustauscherrohren.
Die zur Zeit gängigen ausgeführten Filter können wie folgt klassifiziert werden:
- Elektrofilter in zahlreichen Varianten bis ca. 300 DEG C: Praktisch unbegrenzter Abscheidegrad und beliebig kleine Grösse abzuscheidender Partikel (weit unter 1 mu m). Auch als Nassfilter ausgeführt. Grosses Volumen erforderlich, teuer (Investition).
- Zyklone, auch Multizyklone bis 1000 DEG C: Partikelgrösse nach unten begrenzt: 2-3 mu m.
- Schüttschichtfilter: Bis ca. 350 DEG C.
- Gewebefilter: Bis ca. 250 DEG C. Mit Gegen-Druckluft-lmpulsreinigung intermittierend: Filterkuchen wird "abgeplatzt".
- Wäscher: Zahlreiche Typen von Nassfiltern. Auch als Sprühabsorber ausgebildet.
- Keramik-Heissgasfilter bis ca. 1000 DEG C aus Platten- oder Hohlzylinder-Filterelementen, die periodisch (intermittierend) durch Gegendruckluftstoss abgereinigt werden.
Hoher Abscheidegrad (über 99%), zu entfernende tiefste Partikelgrösse 0,1 mu m. Grosser Volumenaufwand, da sehr kleine Anströmgeschwindigkeiten.
Rollbandfilter sind unter anderem in der Abgasentstaubung bekannt. Sie arbeiten meist als Nassfilter mit \lnebel- oder \lsprühbeaufschlagung, sind also nur bei tiefen Temperaturen einsetzbar.
Zur Flugstaubabscheidung dienende, nicht als eigentliche Filter zu betrachtende Geräte sind Absetzgitter sowie die ähnliche Geometrie aufweisenden Rohrbündel der im Gasstrom zur Verwertung von Nutzwärme nachgeschalteten Wärmeaustauscher selbst. Gitter wie Rohrbündel sind mit Klopfvorrichtungen versehen, welche den abgelagerten Staub periodisch abklopfen.
Die derzeitige konventionelle Entstaubung bedingt vergleichsweise voluminöse Absetzkammern, in denen der Gasstrom verzögert werden muss. Ferner thermodynamisch nicht optimal dimensionierte und angeordnete Rohrbündel der Wärmeaustauscher und damit grössere Wärmeaustauscherflächen, zusätz lich schlechte Ausnutzung durch Ablagerungen, Verschmutzung und Krustenbildung, welche eine Verschlechterung der Wärmeübergangszahlen zur Folge hat und schliesslich öftere Stillstandszeiten zur handwerklichen Reinigung der Wärmeaustauscher. Ausserdem muss mit einem erhöhten korrosiven Angriff durch katalytische Wirkung des abgelagerten Flugstaubes gerechnet werden. Der für die Entstaubung des Gasstromes allein zu tätigende Aufwand kann zur Zeit 20 bis 30% des Aufwandes an Investitionskosten der Gesamtanlage ausmachen.
Nicht zu übersehen sind auch die durch Wartung und Betriebsunterbruch ansteigenden effektiven Personalkosten derartiger Anlagen.
Zum Stand der Technik werden folgende Druckschriften zitiert:
Recknagel-Sprenger, Taschenbuch Heizung und Klima, 92/93, S. 1015-1017; S. 1020-1031
Karl J. Thomé-Kozmiensky, Verbrennung von Abfällen, EF-Verlag, Berlin 1985, S. 32-37; S. 488-491; S. 490-497; S. 578-583
Karl J. Thomé-Kozmiensky, Müllverbrennung und Umwelt 2, EF-Verlag, Berlin 1987, S. 54-65; S. 332-337
Karl J. Thomé-Kozmiensky, Müllverbrennung und Umwelt 3, EF-Verlag, Berlin, S. 8-13
Lurgi: Reinigung von Nutz- und Abgasen.
In Anbetracht der Tatsache, dass die überwiegende Zahl der herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen zur Gasreinigung insbesondere im oberen Temperaturbereich der Aufgabenstellung nicht oder nur in sehr unzulänglicher Weise gerecht werden, besteht ein grosses Bedürfnis nach Weiterentwicklung und Verbesserung der mit der Entstaubung zusammenhängenden Anlagen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Entstaubung eines Gasstroms bei Temperaturen bis 700 DEG C anzugeben, die ohne hohe mechanische Strömungsverluste den grössten Teil der im Gasstrom suspendierten festen Partikel automatisch und kontinuierlich abscheidet und an deren Ablagerung, Krustenbildung und Reaktion auf und mit den Rohren der nachgeschalteten Wärmeaustauscher hindert. Die Vorrichtung soll mit einer automatischen, kontinuierlich oder intermittierend arbeitenden Abreinigungseinrichtung versehen sein, im Verhältnis zur Gesamtanlage der Feuerungs/Verbrennungs/Vergasungsanstalt kostengünstig sein und mit möglichst niedrigem Wartungs- und Verschleissaufwand betrieben werden können.
Ferner soll die Vorrichtung derart konzipiert und konstruiert sein, dass sie deren zusätzliche Montage in bestehenden thermischen Kraftwerksanlagen ohne kostspielige Änderungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der eingangs erwähnten Vorrichtung ein vertikal angeordnetes, über 2 horizontalachsige, rotierende Trommeln geführtes flächenförmiges endloses Transportorgan vorgesehen ist, das auf seiner Aussenseite mit einem metallischen und/oder keramischen eigentlichen Filterelement abgedeckt ist, welches auf der sich abwärts bewegenden Seite annähernd senk recht zu seiner Oberfläche vom zu entstaubenden eintretenden Gasstrom beaufschlagt wird, dass in der unteren horizontalachsigen Trommel Mittel zur Reinigung des Filterelements durch kontinuierliche oder intermittierende Druckgasbeaufschlagung vorgesehen sind, und dass mindestens ein Aschebehälter unterhalb besagter Trommel zur Aufnahme des im Trommelbereich abgeplatzten Filterkuchens und zum Austrag der Asche vorhanden ist.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben.
Dabei zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Entstaubung eines Gasstroms mit nachgeschalteten Wärmeaustauschern,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt und Längsschnitt durch den unteren Teil der Vorrichtung zur Entstaubung,
Fig. 3 einen halbschematischen detaillierteren Querschnitt durch den unteren Teil der Vorrichtung mit Filterelement als endloses Band,
Fig. 4 einen halbschematischen detaillierteren Querschnitt durch den unteren Teil der Vorrichtung mit Filterelement als Gliederkette,
Fig. 5 einen halbschematischen detaillierteren Querschnitt durch den unteren Teil der Vorrichtung mit Transportorgan als stumpf stossende Plattensegmente,
Fig.
6 einen halbschematischen detaillierteren Querschnitt durch den unteren Teil der Vorrichtung mit Transportorgan als Kettengliederband und mit Filterelement als überlappend angeordnete Segmente,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch Transportorgan in Form eines Geflechts oder Drahtrostes und Filterelement als endlose Matte,
Fig. 8 einen Längsschnitt durch Transportorgan in Form eines Geflechts und Filterelement als stumpf stossendes Plattensegment,
Fig. 9 einen Längsschnitt durch Transportorgan in Form von Plattensegmenten und Filterelement als endloses Metalldrahtgewebe oder stumpf stossende Metallschaumsegmente,
Fig. 10 einen Längsschnitt durch Transportorgan in Form von Blechsegmenten und Filterelement als überlappende Segmente aus formstabiler Matte.
In Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Entstaubung eines Gasstroms mit nachgeschalteten Wärmeaustauschern dargestellt. 1 ist der von einer Anlage angelieferte, mit Staubpartikeln beladene im wesentlichen horizontal in die Vorrichtung eintretende Gasstrom, während 2 sich auf den ebenfalls horizontal geführten, gereinigten und wenigstens teilweise abgekühlten austretenden Gasstrom bezieht. 3 stellt die den Gaskanal bildende Verschalung der Vorrichtung dar, die in der Regel als Blechkörper aus rostfreiem Stahl gefertigt ist, aber auch - wenigstens teilweise - aus keramischen Werkstoffen aufgebaut sein kann.
Bei der Wahl des Materials ist vor allem auf Zunderbeständigkeit, Hitzebeständigkeit, Widerstand gegen Hochtemperatur-Korrosion und - im tieferen Temperaturbereich - auch gegen Korrosion wässriger Lösungen zu achten. 5 bedeutet eine Gruppe von gemäss fallender Temperatur geometrisch in Bezug auf die Strömungsrichtung des zu entstaubenden Gases hintereinander angeordneten Wärmeaustauschern wie Dampfkessel (Dampferzeuger, Verdampfer), Überhitzer, Speisewasservorwärmer etc. 6 ist eine unterhalb der Wärmeaustauscher 5 angeordnete Gruppe von Aschebehältern zur Schwerkraft-Ablagerung und Ansammlung des abzuscheidenden Flugstaubes (Flugasche). Diese Behälter bestehen vorteilhafterweise aus korrosionsbeständigem Stahl. 19 stellt den entsprechenden Ascheaustrag aus den besagten Behältern 6 dar.
Die eigentliche Vorrichtung zur Entstaubung besteht aus dem umlaufenden endlosen Transportorgan 7, einer oberen Trommel 8, einer unteren Trommel 9 mit Haube 10 (Abdeckung) und dem eigentlichen endlosen Filterelement 11, welches auf dem Transportorgan kraftschlüssig aufliegt oder sonst auf irgend eine Weise auf letzterem befestigt ist. Der Staub lagert sich auf der Anströmseite des Filterelements 11 ab, wo er den Filterkuchen 12 bildet, der sukzessive nach unten wandert, zum Abplatzen gebracht wird (18) und in den Aschebehälter 6 herunterfällt. Das Filterelement 11 wird im Bereich der unteren Trommel 9 pneumatisch durch gereinigtes Gas selbst gereinigt.
Dazu wird im etwas tieferen Temperaturbereich bei 13 die Reinigungsgas-Entnahme vorgenommen, das Reinigungsgas über eine Leitung dem Gebläse 14 zugeführt und über ein zur Trommel 9 koaxiales Rohr 15 als eintretendes Reinigungsgas 16 den Düsen 17 zugeführt. Die Bauelemente 8, 9, 10, 14, 15 und 17 in diesem Bereich sind vorzugsweise aus korrosionsbeständigem warmfestem Stahl gefertigt. Vor allem bei der Materialwahl für das Transportorgan 7 ist auf zusätzliche Hochtemperatur-Ermüdungsfestigkeit und hohen Verschleisswiderstand Wert zu legen.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt (linkes Bild) und Längsschnitt (rechtes Bild) durch den unteren Teil der Vorrichtung zur Entstaubung. Das Transportorgan 7 - hier als Band dargestellt - umschlingt über einen Winkel von 180 DEG die mit versetzten Längsschlitzen 20 versehene untere Trommel 9, deren obere Hälfte durch die halbrunde Haube 10 abgedeckt ist. Auf dem Transportorgan 7 liegt das - ebenfalls als Band dargestellte - eigentliche Filterelement 11 kraftschlüssig auf. Im Inneren der Trommel 9 befindet sich das im Raum feststehende, durch Abstützungen 21 auf beiden Seiten fixierte, mit nach unten gerichteten Düsen 17 versehene koaxiale Rohr 15. Der ganze untere, der Staubentfernung dienende Teil der Vorrichtung ist zwischen den Seitenwänden 4 der Verschalung (Gaskanal) angeordnet. 22 sind die beidseitigen gasdichten Lager der Trommel 9.
Das eintretende Reinigungsgas 16 in das koaxiale Rohr 15 sowie der abgeplatzte Filterkuchen 18 sind durch Pfeile angedeutet.
Fig. 3 bezieht sich auf einen halbschematischen detaillierteren Querschnitt durch den unteren Teil der Vorrichtung mit Filterelement als endloses Band. Das Tronsportorgan 7 ist hier als endloses Geflecht ausgebildet, auf dem das eigentliche Filterelement 11 in Form einer endlosen Keramikmatte kraftschlüssig aufliegt. Das Ganze umschlingt kraftschlüssig den unteren Teil der mit auf dem Umfang in axialer Richtung versetzt angeordneten Längsschlitzen versehenen Trommel 9. Die Haube 10 reicht dicht an die Oberfläche der Trommel 9 heran. Das koaxiale Rohr 15 ist mit am Austritt verzweigten Düsen 17 versehen.
In Fig. 4 ist ein halbschematischer detaillierterer Querschnitt durch den unteren Teil der Vorrichtung mit Filterelement als Gliederkette dargestellt. Die Bezugszeichen 9, 20, 10, 15, 17 und 7 entsprechen genau denjenigen der Fig. 3. Das Filterelement 11 ist hier als Gliederkette ausgebildet, die aus einzelnen Segmenten von poröser, gasdurchlässiger Keramik bestehen, die sich als Polygonzug kraftschlüssig an die Rundung des auf der Trommel 9 aufliegenden Transportorgans 7 anschmiegt.
In Fig. 5 ist ein halbschematischer detaillierterer Querschnitt durch den unteren Teil der Vorrichtung mit Transportorgan als stumpfstossende Plattensegmente dargestellt. Die Bezugszeichen 9, 20, 10, 15 und 17 entsprechen genau denjenigen der Fig. 3. Das Filterelement 11 ist als endloses Metallgewebe ausgebildet, während das Transportorgan 7 hier als Kettengliederband mit Stumpfstössen (Plattensegmente) der einzelnen Glieder vorliegt.
Fig. 6 zeigt einen halbschematischen detaillierteren Querschnitt durch den unteren Teil der Vorrichtung mit Transportorgan als Kettengliederband und mit Filterelement als überlappend angeordnete Segmente. Die Bezugszeichen 9, 20, 10, 15 und 17 entsprechen genau denjenigen der Fig. 3. Das Transportorgan 7 ist als Kettengliederband mit durchbrochenen Elementen und das Filterelement 11 als Reihe von überlappend angeordneten Segmenten aus durchbrochenem Metall oder poröser Keramik ausgebildet.
Fig. 7 ist ein Längsschnitt durch Transportorgan in Form eines Geflechts oder Drahtrostes und Filterelement als endlose Matte. Das Transportorgan (Bezugszeichen 7 in Fig. 1 bis 6) ist mit Bezugszeichen 23 (oberer Bildteil) als Drahtgeflecht, mit Bezugszeichen 24 (unterer Bildteil) als Drahtrost ausgebildet. Als Werkstoff kommen nur warmfeste, zunderbeständige austenitische Eisen- oder Nickelbasislegierungen mit hohem Cr- und Ni-Gehalt und genügend hoher Ermüdungsfestigkeit in Frage. Um die Biegebeanspruchungen beim Lauf über die Trommeln 8 und 9 im Rahmen zu halten, sollte der Drahtdurchmesser höchstens 0,75 x 10<-><3> des Trommeldurchmessers sein. Das Filterelement (Bezugszeichen 11 in Fig. 1 bis 6) besteht aus einer endlosen Matte 25 aus Keramikfaser (Al2O3 oder Al2O3-Silikat).
In Fig. 8 ist ein Längsschnitt durch Transportorgan in Form eines Geflechts und Filterelement als stumpfstossendes Plattensegment dargestellt. Das Transportorgan (Bezugszeichen 7 in Fig. 1 bis 6) besteht hier aus einem Drahtgeflecht, für welches das unter Fig. 7 Gesagte gilt. Das Filterelement (Bezugszeichen 11 in Fig. 1 bis 6) besteht entweder aus plattenförmigen Segmenten 26 aus porös-körniger Keramik (oberer Bildteil) oder aus plattenförmigen Segmenten 27 aus schaumartiger Keramik mit durchgehenden Kanälen (unterer Bildteil) in Stumpfstoss-Anordnung.
In Fig. 9 ist ein Längsschnitt durch Transportorgan in Form von Plattensegmenten und Filterelement als endloses Metalldrahtgewebe oder stumpfstossende Metallsegmente dargestellt. Das Transportorgan (Bezugszeichen 7 in Fig. 1 bis 6) besteht aus einem Kettengliederband plattenförmiger, durchbrochener, gegossener oder geschmiedeter Elemente 28 aus einer zunderbeständigen Hochtemperaturlegierung, die stumpf aneinanderstossen. Das Filterelement (Bezugszeichen 11 in Fig. 1 bis 6) ist aus plattenförmigen Segmenten 29 aus feinmaschigem Metallgewebe (oberer Bildteil) oder aus plattenförmigen Segmenten 30 aus feinporigem Metallschaum mit durchgehenden Kanälen (unterer Bildteil) in Stumpfstoss-Anordnung gefertigt.
Die Segmente 29 bzw. 30 bestehen aus zunderbeständigem und hochtemperaturkorrosionsfestem Material (Eisen- oder Nickelbasislegierung) und sind kraftschlüssig mit den Elementen 28 verbunden.
Fig. 10 bezieht sich auf einen Längsschnitt durch Transportorgan in Form von Blechsegmenten und Filterelement als überlappende Segmente aus formstabiler Matte. Das Transportorgan (Bezugszeichen 7 in Fig. 1 bis 6) besteht aus einem Kettengliederband plattenförmiger durchbrochener Blech-Elemente 31 aus einer zunderbeständigen Hochtemperaturlegierung hinreichender Warmfestigkeit, die über Gelenke teilweise überlappend aneinandergehängt sind. Das Filterelement (Bezugszeichen 11 in Fig. 1 bis 6) ist aus plattenförmigen Segmenten 32 aus einer harten formstabilen Matte aus Keramikfaser (Al2O3-Basis) hergestellt, die seinerseits überlappend aneinandergefügt sind.
Ausführungsbeispiel 1:
Siehe Fig. 1, 2, 3, 7
Die Vorrichtung zur Entstaubung eines Gasstroms 1, im vorliegenden Fall des Rauchgasstroms einer Müllverbrennungsanlage mit nachgeschalteten Wärmeaustauschern 5 (Dampfkessel, Überhitzer, Speisewasservorwärmer) und Aschebehältern 6 ist für die nachfolgenden Betriebsparameter ausgelegt:
Rauchgasvolumenstrom (1)
EMI14.1
= 50 000 m<3>/h = 13,8 m<3>/s bei 650 DEG C
Rauchgaskanal
Breite: BK = 3000 mm
Höhe HK = 5500 mm
Fläche: FK = 16,5 m<2>
Rauchgasgeschwindigkeit im Kanal: nu K = 0,84 m/s
Ascheinhalt im Rauchgas a = 4000 mg/m<3>
Aschepartikel-Grösse 3-5 mu Anteil 20%, 5-20 mu Anteil 50%, 20-100 mu Anteil 30%
spezifisch.
Aschegewicht = 700 kg/m<3>
Filterelement/Band (11)
Breite: BE = 2950 mm
Totale Länge: LE = 12 510 mm
Wirksame Höhe: HE = 4600 mm
Wirksame Anströmfläche: FE = 13,6 m<2>
Anströmgeschwindigkeit des Gases auf Filter: nu E = 1,02m/s
Trommeln (8, 9) Durchmesser: DT = 800 mm
Länge: LT = 2 950 mm
Achsenabstand der Trommeln AA = 5000 mm
Reinigungsgasmenge
EMI14.2
= 1000 m<3>/h = 0,277 m<3>/s bei 580 DEG C
Reinigungsgasrohr Durchmesser:
DA = 300 mm
Totale Aschenmenge im Rauchgas A = 200 kg/h = 55,6 g/s
Filterkuchendichte (virtuelles Raumgewicht) = 250 kg/m<3>
Zulässige Dicke des Filterkuchens = 4 mm
Abscheidegrad = 80%
Abzuscheidendes Aschenvolumen/Zeiteinheit = 0,8 m<3>/h = 222 cm<3>/s
Querschnittsfläche des gesamten Filterkuchens AF = 118 cm<2>
Filterbandgeschwindigkeit vertikal nu F = 67,9 m/h = 1,88 cm/s
Ascheverweilzeit auf Filterband tF = 245 s
Mittlere Druckdifferenz (vor und nach Filter) p = 2000 Pa (200 mm WS)
Zusätzliche Antriebsenergie für
den Saugzug-Ventilator N = 14 kWel
Drehzahl des Antriebsgetriebes (variable) 1500 U/min
Fördermenge des Ventilators (Normalbedingungen): 4,4 Nm<3>/s
Die Verschalung (Gaskanal) 3 der ganzen Entstaubungs- und Wärmenutzungsanlage ist im Hinblick auf die korrodierenden Eigenschaften des eintretenden Gasstroms 1 (650 DEG C) und des austretenden Gasstroms 2 (300 DEG C) durchgehend aus korrosions- und zunderbeständigem Cr/Ni-Stahl gefertigt. Das gleiche gilt mindestens teilweise für die Aschebehälter 6, wo entsprechend Konzentration der Schadstoffe und Abkühlung (ev. unter den Taupunkt) mit erhöhter Korrosion gerechnet werden muss. Um Verformungen durch Temperaturschwankungen zu begegnen sind insbesondere die Seitenwände 4 der Verschalung im Bereich der Entstaubungsvorrichtung mit grösserer Dicke ausgeführt und mit senkrecht und horizontal stehenden Rippen (nicht gezeichnet) verstärkt.
Das Transportorgan 7 (Fig. 1, 2, 3) besteht im vorliegenden Fall aus einem endlosen Drahtgeflecht 23 (Fig. 7) mit Drahtdurchmesser = 0,6 mm aus einem zunderbeständigen warmfesten höher legierten Cr/Ni-Spezialstahl mit hoher Ermüdungsfestigkeit. Auf dem Transportorgan 7 liegt als eigent liches Filterelement 11 (Fig. 1, 2, 3) eine endlose Matte 25 (Fig. 7) aus Keramikfaser auf der Basis von Al2O3 mit einer Dicke von 4 mm auf. Die Trommeln 8 und 9 sind aus 4 mm dickem Blech aus korrosionsbeständigem Cr/Ni-Stahl gefertigt, ebenso die halbrunde, als Abdeckung dienende Haube 10. Die Reinigungsgas-Entnahme 13 erfolgt bei ca. 580 DEG C hinter dem ersten Wärmeaustauscher 5 über eine Leitung aus rostfreiem Stahl von 300 mm Durchmesser. Das Gebläse 14 hat eine Leistung von 4 kW.
Das sich in der mit versetzten Längsschlitzen 20 versehenen unteren Trommel 9 befindliche koaxiale Rohr 15 hat einen Durchmesser von 320 mm und ist mit 16 sich verjüngenden Düsen 17 versehen, die radial nach unten gerichtet sind, um den Filterkuchen zum Abplatzen (18) zu bringen. Die Geschwindigkeit des Reinigungsgases beträgt am Düsenaustritt ca. 15 m/s. Diese Elemente sind ebenfalls aus rostfreiem Stahl gefertigt. Das koaxiale Rohr 15 ist ausserhalb der Seitenwände 4 beidseitig abgestützt (21). Koaxial dazu sind die für erhöhte Temperatur ausgeführten Lager 22 der unteren Trommel 9 angeordnet. Die Durchführungen der Trommel 9 und die Lager 22 sind rauchgasdicht und abnehmbar ausgebildet. Der Ascheaustrag 19 mit den Aschebehältern 6 erfolgt in herkömmlicher Weise über Schleusen (nicht gezeichnet).
Die obere Trommel 8 ist mit einem elektrischen Antrieb (Leistung 1 kW) ausserhalb der Seitenwand 4 und mit einer Spannvorrichtung zum Nachspannen sowie mit einer automatischen Geradführung des Transportorgans 7 ausgerüstet (nicht gezeichnet).
Im Verlaufe des Betriebs während eines Jahres (8760 h) erfährt das Transportorgan 7 an den Trommeln 8 und 9 ca. 100 000 Lastwechsel zwischen einseitiger Biegung und Streckung. In Anbetracht der hohen Zeitfestigkeit des für das Drahtgeflecht 23 gewählten hochlegierten Materials kann somit mit einer Lebensdauer von mehreren Jahren gerechnet werden. Es ist eine jährliche Reinigung des Transportorgans 7 und des eigentlichen Filterelements 11 (ev. Ersatz im Falle von Defekten) während der Revisionszeit vorgesehen.
Ausführungsbeispiel 2:
Siehe Fig. 1, 2, 3, 7
Die Vorrichtung zur Entstaubung eines Gasstroms 1 einer Müllverbrennungsanlage mit nachgeschalteten Wärmeaustauschern 5 und Aschebehältern 6 ist für die genau gleichen Betriebsparameter wie in Beispiel 1 ausgelegt.
Das Transportorgan 7 (Fig. 1, 2, 3) besteht im vorliegenden Fall aus einem endlosen Drahtrost (Netz) 24 (Fig. 7) mit Drahtdurchmesser 0,5 mm aus einem zunderbeständigen, der Aufschwefelung trotzenden, warmfesten höher legierten Cr-Spezialstahl mit hoher Ermüdungsfestigkeit. Auf dem Transportorgan 7 liegt als eigentliches Filterelement 11 (Fig. 1, 2, 3) eine endlose Matte 25 (Fig. 7 aus Keramikfaser auf der Basis von 3Al2O3 . 2SiO2 (Mullit) mit einer Dicke von 5 mm auf. Mullit zeichnet sich durch gute Beständigkeit gegen S- und Cl-haltige chemische Verbindungen aus.
Alle übrigen Bezugszeichen und deren Charakteristiken entsprechen genau denjenigen im Beispiel 1.
Ausführungsbeispiel 3:
Siehe Fig. 1, 2, 4, 8
Die Betriebsparameter der Vorrichtung zur Entstaubung eines Gasstroms 1 entsprechen genau denjenigen in Beispiel 1.
Das Transportorgan 7 (Fig. 1, 2, 4) besteht im vorliegenden Fall aus einem endlosen Drahtgeflecht 23 (Fig. 8) mit Drahtdurchmesser = 0,65 mm aus einem zunderbeständigen warmfesten höher legierten Cr/Ni-Spezialstahl mit hoher Ermüdungsfestigkeit. Auf dem Transportorgan 7 liegt als eigentliches Filterelement 11 (Fig. 1, 2, 3) ein bandförmiger Körper auf, der aus einzelnen plattenförmigen Segmenten 26 (Fig. 8) aus porös-körniger Keramik (Siliziumkarbid SiC) besteht. Die Segmente 26 haben eine Dicke von 8 mm, eine Breite von 80 mm und eine Länge von 600 mm und weisen durchgehende Kanäle (offene Porosität) von durchschnittlich 120 bis 150 mu Durchmesser auf. Sie berühre sich stirnseitig im ebenen Teil des Transportorgans 23 mittels Stumpfstoss und sind auf letzterem flexibel befestigt.
Alle übrigen Bezugszeichen und deren Eigenschaften entsprechen genau denjenigen im Beispiel 1.
Ausführungsbeispiel 4:
Siehe Fig. 1, 2, 4, 8
Die Betriebsparameter der Vorrichtung zur Entstaubung eines Gasstroms 1 entsprechen genau denjenigen in Beispiel 1.
Das Transportorgan 7 (Fig. 1, 2, 4) besteht im vorliegenden Fall aus einem endlosen Drahtgeflecht 13 (Fig. 8) mit Drahtdurchmesser = 0,65 mm aus einem zunderbeständigen warmfesten höher legierten Cr/Ni-Spezialstahl mit hoher Ermüdungsfestigkeit. Auf dem Transportorgan 7 liegt als eigentliches Filterelement 11 (Fig. 1, 2, 4) ein bandförmiger Körper auf, der aus einzelnen plattenförmigen Segmenten 27 (Fig. 8) aus poröser schaumartiger Keramik (Korund Al2O3) besteht. Die Segmente 27 haben eine Dicke von 6 mm, eine Breite von 50 mm und eine Länge von 300 mm und weisen durchgehende Kanäle (offene Porosität) von durchschnittlich 150 bis 200 mu Durchmesser auf. Sie berühren sich stirnseitig im ebenen Teil des Transportorgans 23 mittels Stumpfstoss und sind auf letzterem flexibel befestigt.
Alle übrigen Bezugszeichen und deren Eigenschaften entsprechen genau denjenigen im Beispiel 1.
Ausführungsbeispiel 5:
Siehe Fig. 1, 2, 5, 9
Die Vorrichtung zur Entstaubung eines Gasstroms 1, im vorliegenden Fall des Rauchgasstroms eines Müllheizkraftwerks mit Wärmeaustauschern 5 (Dampf- und Wasserkessel, Überhitzer) und Aschebehältern 6 ist für die nachfolgenden Betriebsparameter ausgelegt:
Rauchgasvolumenstrom (1)
EMI19.1
= 30000 m<3>/h = 8, 33 m<3>/s
Rauchgaskanal Breite:
BK = 2500 mm
Höhe: HK = 5000 mm
Fläche: FK = 12,5 m<2>
Rauchgasgeschwindigkeit im Kanal: vK = 0,66 m/s
Ascheinhalt im Rauchgas a = 3000 n g/m<3>
Aschepartikel-Grösse 3-5 mu Anteil 15%, 5-20 mu Anteil 45%, 20-100 mu Anteil 40%
Spezifisches Aschegewicht = 600 kg/m<3>
Filterelement/Band (11) Breite: BE = 2450 mm
Totale Länge: LE = 11 560 mm
Wirksame Höhe: HE = 4225 mm
Wirksame Anströmfläche: FE = 10,3 m<2>
Anströmgeschwindigkeit des Gases auf Filter: vE = 0,81 m/s
Trommeln (8, 9)
Durchmesser: DT = 750 mm
Länge:
LT = 2450 mm
Achsenabstand der Trommeln: AA = 4600 mm
Reinigungsgasmenge
EMI20.1
= 800 m<3>/h = 0,222 m<3>/C bei 580 DEG C
Reinigungsgasrohr Durchmesser: DA = 300 mm
Totale Aschenmenge im Rauchgas A = 90 kg/h = 25 g/s
Filterkuchendichte (virtuelles Raumgewicht) = 200 kg/m<3>
Zulässige Dicke des Filterkuchens = 5 mm
Abscheidegrad = 83%
Abzuscheidendes Aschevolumen/Zeiteinheit = 0,45 m<3>/h = 125 cm<3>/s
Querschnittsfläche des gesamten Filterkuchens AF = 122 cm<2>
Filterbandgeschwindigkeit vertikal vF = 36,8 m/h = 1,02 cm/s
Ascheverweilzeit auf Filterband tF = 415 s
Mittlere Druckdifferenz (vor und nach Filter) p = 1800 Pa (180 mm WS)
Antriebsenergie für Saugzug-Ventilator N = 12 kWel
Drehzahl des Antriebsgetriebes 1500 U/min.
Fördermenge des Ventilators (Normalbedingungen): 4 Nm<3>/s
Für die Verschalung 3, die Aschebehälter 6, den eintretenden und austretenden Gasstrom 1 bzw. 2 sowie für die Seitenwände 4 der Verschalung gilt das unter Beispiel 1 Gesagte.
Das Transportorgan 7 (Fig. 1, 2, 5) besteht im vorliegenden Fall aus einem Kettengliederband, dessen einzelne Glieder aus plattenförmigen gegossenen Elementen 28 (Fig. 9) aus einem zunderbeständigen warmfesten höher legierten Cr-Spezialstahl mit hoher Verschleissfestigkeit aufgebaut sind. Die Elemente 28 haben eine Dicke von 12 mm, eine Breite von 120 mm und eine Länge von 350 mm und weisen in Strömungsrichtung des Gases verlaufende Kanäle rechteckigen Querschnitts von 2 mm Weite auf. Sie sind an ihren Längs-Stirnseiten über zylindrische Bolzen aus einem zunderbeständigen, warm- und verschleissfesten Cr/W-Spezialstahl hoher Ermüdungsfestigkeit gegenseitig miteinander gelenkig verbunden.
Auf dem Transportorgan 7 liegt als eigentliches Filterelement 11 (Fig. 1, 2, 5) ein bandförmiger Körper auf, der aus einzelnen plattenförmigen Segmenten 29 (Fig. 9) aus feinmaschigem, mehrschichtigem Metallgewebe aus einem Cr/Ni-Spezialstahl mit einer Maschenweite von 0,2 mm besteht. Die 3 mm dicken, 120 mm breiten und 815 mm langen Segmente 29 berühren sich stirnseitig im ebenen Teil des Transportorgans 28 mittels Stumpfstoss und sind auf letzterem flexibel befestigt.
Ausführungsbeispiel 6:
Siehe Fig. 1, 2, 5, 9
Die Betriebsparameter der Vorrichtung zur Entstaubung eines Gasstroms 1 entsprechen genau denjenigen in Beispiel 5.
Das Transportorgan 7 (Fig. 1, 2, 5) besteht im vorliegenden Fall aus einem Kettengliederband analog Beispiel 5, dessen einzelne Glieder aus plattenförmigen geschmiedeten Elementen 28 (Fig. 9) aus einem zunderbeständigen warmfesten höher legierten Cr/Ni-Spezialstahl aufgebaut sind. Auf dem Transportorgan 7 liegt als eigentliches Filterelement 11 (Fig. 1, 2, 5) ein bandförmiger Körper auf, der aus einzelnen plattenförmigen Segmenten 30 (Fig. 9) aus feinporigem Metallschaum aus einem zunderbeständigen Cr/Ni-Spezialstahl besteht. Die Segmente 30 haben eine Dicke von 4 mm, eine Breite von 120 mm und eine Länge von 490 mm und weisen durchgehende Kanäle (offene Porosität) von durchschnittlich 150 bis 180 mu Durchmesser auf. Sie berühren sich stirnseitig im ebenen Teil des Transportorgans 28 mittels Stumpfstoss und sind auf letzterem flexibel befestigt.
Alle übrigen Bezugszeichen und deren Eigenschaften entsprechen genau denjenigen im Beispiel 5.
Ausführungsbeispiel 7:
Siehe Fig. 1, 2, 6, 10
Die Betriebsparameter der Vorrichtung zur Entstaubung eines Gasstroms 1 entsprechen genau denjenigen von Beispiel 5.
Das Transportorgan 7 (Fig. 1, 2, 6) besteht im vorliegenden Fall aus einem Kettengliederband, dessen einzelne Glieder aus plattenförmigen durchbrochenen Blech-Elementen 31 (Fig. 10) aus einem zunderbeständigen warmfesten höher legierten Cr-Spezialstahl mit hoher Verschleissfestigkeit aufgebaut sind. Die Elemente 31 haben eine Blechstärke von 3,5 mm, eine Dicke über alles von 15 mm, eine Breite von 100 mm und eine Länge von 350 mm und weisen in Strömungsrichtung des Gases verlaufende Kanäle rechteckigen Querschnitts von 2 mm Weite auf. Sie sind an ihren Längs-Stirnseiten über zylindrische Bolzen aus einem zunderbeständigen Cr/W-Spezialstahl hoher Verschleiss- und Ermüdungsfestigkeit gegenseitig gelenkig miteinander verbunden.
Auf dem Transportorgan 7 liegt als eigentliches Filterelement 11 (Fig. 1, 2, 6) ein bandförmiger Körper auf, der aus einzelnen plattenförmigen Segmenten 32 (Fig. 10) aus harter formstabiler poröser Matte aus Keramikfaser (Al2O3-Silikat) besteht. Die Segmente 32 haben eine Dicke von 3 mm, eine Breite von 102 mm und eine Länge von 350 mm und weisen durchgehende Kanäle (offene Porosität) von durchschnittlich 150 bis 200 mu Durchmesser auf. Im ebenen Teil des Transportorgans 31 greifen die Segmente 32 überlappend übereinander und sind auf ersterem flexibel befestigt.
Alle übrigen Bezugszeichen und deren Eigenschaften entsprechen genau denjenigen im Beispiel 5.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die Vorrichtung zur Entstaubung eines Gasstroms 1 durch Hochtemperatur-Filtration bei Temperaturen bis 700 DEG C besteht aus einem vertikal angeordneten, über 2 horizontalachsige, langsam rotierende Trommeln 8; 9 geführten flächenförmigen endlosen Transportorgan 7, das auf seiner Aussenseite mit einem metallischen und/oder keramischen eigentlichen Filterelement 11 abgedeckt ist, welches auf der sich abwärts bewegenden Seite annähernd senkrecht zu seiner Oberfläche vom zu entstaubenden eintretenden Gasstrom 1 beaufschlagt wird, wobei im Inneren der unteren horizontalachsigen Trommel 9 Mittel 15;
17 zur Reinigung des Filterelements 11 durch kontinuierliche oder intermittierende Druckgasbeaufschlagung in Form eines koaxial angeordneten Rohres 15 vorgesehen sind, das auf seiner ganzen Länge mit nach abwärts gerichteten Düsen 17 zur Führung des eintretenden Reinigungsgases 16 versehen ist und die Trommel 9 selbst mit einer Vielzahl von gegeneinander versetzten, über die ganze Länge angebrachten Längsschlitzen 20 zur Beaufschlagung durch das Reinigungsgas ausgerüstet ist.
In vorteilhafter Weise ist die Aussenseite der unteren Trommel 9 auf ihrem oberen Teil durch eine koaxiale, bis nahe an die Innenseite des Transportorgans heranreichende halbrunde Haube 10 abgedeckt.
In einer speziellen Ausbildung besteht das Transportorgan 7 aus einem Wandergitter in Form eines biegsamen endlosen Rostes 24 oder Geflechts 23 aus Draht aus einer hitzebeständigen und zunderfesten Eisen- oder Nickelbasislegierung, oder aus einem aus einzelnen beweglichen plattenförmigen durchbrochenen Elementen 28; 31 bestehenden Kettengliederband aus einer hitzebeständigen und zunderfesten Legierung.
Vorzugsweise besteht das eigentliche Filterelement 11 aus einer endlosen, zusammenhängenden, biegsamen, gasdurchlässigen Matte 25 aus hitzebeständiger Glasfaser oder Keramikfaser auf SiO2-, Al2O3- oder Silikatbasis, die auf dem als Träger wirkenden Transportorgan 7 kraftschlüssig aufliegt, oder aus einer Vielzahl von schmalen streifen- oder plattenförmigen stumpf aneinander stossenden oder sich überlappenden einzelnen segmentartigen Teilen aus gasdurchlässiger weicher oder harter, formstabiler Matte 32 aus Glasfaser oder Keramikfaser oder aus porösem körnigem 26 oder schaumartigem 27 Keramikmaterial. Dabei sind in vorteilhafter Weise die segmentartigen Teile 32; 26; 27 aus Korund, Siliziumkarbid oder Mullit in Form von Fasern und/oder Körnern aufgebaut.
In einer weiteren Ausbildung besteht das eigentliche Filterelement 11 aus einer Vielzahl aus schmalen streifen- oder plattenförmigen, stumpf aneinander stossenden oder sich gegenseitig überlappenden einzelnen segmentartigen Teilen aus gasdurchlässigem weichen oder harten feinmaschigen Gewebe 29, Geflecht oder feinporigen Schaum 30 aus einer Eisen- oder Nickelbasislegierung oder einer Titanlegierung.
Vorteile der Erfindung:
- Kontinuierliche kostengünstige Entstaubung des Gasstroms in Kraftwerken, insbesondere in Müllheizkraftwerken zwecks Entlastung der Verschmutzung, Krustenbildung und vorzeitigen korrosiven Zerstörung der Wärmeaustauscherrohre.
- Dadurch längere Standzeiten (Zwischenüberholzeiten) und geringere Wartungskosten für Wärmeaustauscher.
- Verringerung der Stillstandzeiten der Kraftwerke mit entsprechendem Ausfall an thermischer und elektrischer Energie, bisher bedingt durch Revisions- und Reparaturarbeiten an Wärmeaustauschern.
- Besserer durchschnittlicher Wärmeübergang über die gesamte Betriebszeit der Wärmeaustauscher und damit höherer Wirkungsgrad der Energieumsetzung des Kraftwerks.
Technical field
Gas cleaning. Removal of unwanted and harmful fiber from a gas stream.
The invention relates to the removal of solid particles carried as a suspension in a hot gas stream, such as ash components (flying dust), soot, etc. It can be both a flue gas (combustion gas) from an incineration plant (grate firing of power plants, waste incineration, etc.) as well as trade a useful gas from a gasification plant (wood gasification, coal gasification, waste gasification).
In the narrower sense, the invention relates to a device for dedusting a gas stream by high-temperature filtration at temperatures up to 700 ° C.
State of the art
In the conventional steam power plants, waste incineration plants and waste-to-energy plants currently in operation, the flue gas generated in the grate furnace is not cleaned - or only partially - in the high-temperature range, i.e. not in front of the heat exchangers, in the high-temperature range, i.e. not in front of the heat exchangers . In particular, the dedusting does not take place, or only in rare cases before the heat exchanger used for energy use. Ceramic high-temperature gas filters already exist, but due to their high price, they are hardly used in general. The dedusting and detoxification of the gases is only carried out in the lower temperature range - usually below 300 ° C.
This means that the heat exchangers (steam and water boilers, steam generators, superheaters, air preheaters, etc.) are in their working temperature range from the pollutants contained in the gas stream, as there are corrosive chemical substances such as S and Cl and their compounds as well as from the entrained fly dust (fly ash) be fully charged. This requires a corresponding undesirable deposition and crust formation on the heat exchanger tubes, which are usually arranged in the form of bundles and flow across or obliquely.
The currently used filters can be classified as follows:
- Electrostatic filters in numerous variants up to approx. 300 DEG C: practically unlimited degree of separation and any small size of particles to be separated (far below 1 μm). Also designed as a wet filter. Large volume required, expensive (investment).
- Cyclones, also multicyclones up to 1000 ° C: Particle size limited downwards: 2-3 µm.
- Bed layer filter: up to approx. 350 DEG C.
- Fabric filter: Up to approx. 250 ° C. With counter-compressed air pulse cleaning intermittently: filter cake is "chipped".
- Washer: Numerous types of wet filters. Also designed as a spray absorber.
- Ceramic hot gas filter up to approx. 1000 ° C made of plate or hollow cylinder filter elements, which are cleaned periodically (intermittently) by back pressure air blast.
High degree of separation (over 99%), deepest particle size 0.1 μm to be removed. Large volume expenditure because of very low inflow speeds.
Roll belt filters are known among other things in exhaust gas dedusting. They mostly work as wet filters with fog or spray application, so they can only be used at low temperatures.
Devices for the separation of flue dust, which are not to be regarded as actual filters, are separating grids and the similar geometry of the tube bundles of the heat exchangers connected downstream in the gas flow for utilizing useful heat. Grids and tube bundles are provided with knocking devices which periodically knock off the deposited dust.
The current conventional dedusting requires comparatively voluminous sedimentation chambers in which the gas flow has to be delayed. Furthermore, thermodynamically not optimally dimensioned and arranged tube bundles of the heat exchangers and thus larger heat exchanger surfaces, additional poor utilization due to deposits, contamination and crust formation, which leads to a deterioration in the heat transfer figures and finally more frequent downtimes for manual cleaning of the heat exchangers. In addition, an increased corrosive attack due to the catalytic effect of the deposited flying dust must be expected. The effort to be deducted for the dedusting of the gas flow can currently make up 20 to 30% of the investment costs of the entire system.
Also not to be overlooked are the increasing personnel costs of such systems due to maintenance and business interruption.
The following publications are cited regarding the prior art:
Recknagel-Sprenger, Taschenbuch Heizung und Klima, 92/93, pp. 1015-1017; Pp. 1020-1031
Karl J. Thomé-Kozmiensky, Waste Incineration, EF Publishing House, Berlin 1985, pp. 32-37; Pp. 488-491; Pp. 490-497; Pp. 578-583
Karl J. Thomé-Kozmiensky, Waste Incineration and Environment 2, EF Verlag, Berlin 1987, pp. 54-65; Pp. 332-337
Karl J. Thomé-Kozmiensky, Waste Incineration and Environment 3, EF Publishing House, Berlin, pp. 8-13
Lurgi: cleaning of useful and exhaust gases.
In view of the fact that the predominant number of conventional methods and devices for gas purification, especially in the upper temperature range, do not or only inadequately meet the task, there is a great need for further development and improvement of the systems associated with dedusting.
Presentation of the invention
The invention has for its object to provide a device for dedusting a gas stream at temperatures up to 700 ° C, which automatically and continuously separates most of the solid particles suspended in the gas stream without high mechanical flow losses and their deposition, crust formation and reaction on and with prevents the pipes of the downstream heat exchangers. The device should be provided with an automatic, continuously or intermittently operating cleaning device, be inexpensive in relation to the overall system of the combustion / combustion / gasification facility and be able to be operated with the lowest possible maintenance and wear and tear.
Furthermore, the device should be designed and constructed in such a way that it enables its additional assembly in existing thermal power plants without costly changes.
This object is achieved in that in the device mentioned at the outset there is a vertically arranged, sheet-like endless transport member which is guided by 2 horizontal-axis, rotating drums and which is covered on the outside with a metallic and / or ceramic actual filter element which is located on the downward side Moving side almost perpendicular to its surface is acted upon by the incoming gas stream to be dedusted, that means for cleaning the filter element by continuous or intermittent pressurized gas are provided in the lower horizontal-axis drum, and that at least one ash container below said drum for receiving the chipped filter cake in the drum area and for the removal of the ashes.
Way of carrying out the invention
The invention is described with reference to the following exemplary embodiments, which are explained in more detail by means of figures.
It shows:
1 shows a schematic longitudinal section through a device for dedusting a gas stream with downstream heat exchangers,
2 shows a schematic cross section and longitudinal section through the lower part of the dedusting device,
3 shows a semi-schematic, more detailed cross section through the lower part of the device with filter element as an endless belt,
4 shows a semi-schematic, more detailed cross section through the lower part of the device with a filter element as a link chain,
5 shows a semi-schematic, more detailed cross-section through the lower part of the device with the transport member as butt-jointing plate segments,
Fig.
6 shows a semi-schematic, more detailed cross-section through the lower part of the device with a transport element as a chain link belt and with a filter element as overlapping segments,
7 shows a longitudinal section through the transport member in the form of a mesh or wire mesh and filter element as an endless mat,
8 shows a longitudinal section through the transport member in the form of a mesh and filter element as a butt-jointing plate segment,
9 shows a longitudinal section through the transport member in the form of plate segments and filter element as an endless metal wire mesh or butt-jointing metal foam segments,
Fig. 10 is a longitudinal section through the transport member in the form of sheet metal segments and filter element as overlapping segments made of dimensionally stable mat.
In Fig. 1 is a schematic longitudinal section through a device for dedusting a gas stream with downstream heat exchangers is shown. 1 is the gas flow supplied by a system and loaded with dust particles essentially horizontally entering the device, while 2 relates to the likewise horizontally guided, cleaned and at least partially cooled exiting gas flow. 3 shows the casing of the device forming the gas channel, which is generally made of stainless steel as a sheet metal body, but can also - at least in part - be constructed from ceramic materials.
When choosing the material, particular attention should be paid to scale resistance, heat resistance, resistance to high-temperature corrosion and - in the lower temperature range - also to corrosion of aqueous solutions. 5 means a group of heat exchangers, such as steam boilers (steam generators, evaporators), superheaters, feed water preheaters etc. arranged geometrically in relation to the direction of flow of the gas to be dedusted, 6 is a group of ash containers arranged below the heat exchanger 5 for gravity deposition and Accumulation of the fly dust to be separated (fly ash). These containers are advantageously made of corrosion-resistant steel. 19 shows the corresponding ash discharge from said containers 6.
The actual device for dedusting consists of the rotating endless transport member 7, an upper drum 8, a lower drum 9 with a hood 10 (cover) and the actual endless filter element 11, which rests non-positively on the transport member or is otherwise attached to the latter in some way is. The dust is deposited on the upstream side of the filter element 11, where it forms the filter cake 12, which gradually moves downwards, is chipped (18) and falls into the ash container 6. The filter element 11 is pneumatically cleaned in the region of the lower drum 9 by cleaned gas itself.
For this purpose, the cleaning gas is removed in the somewhat lower temperature range at 13, the cleaning gas is fed to the blower 14 via a line and is fed to the nozzles 17 via a pipe 15 coaxial with the drum 9 as the incoming cleaning gas 16. The components 8, 9, 10, 14, 15 and 17 in this area are preferably made of corrosion-resistant, heat-resistant steel. Especially when choosing the material for the transport member 7, additional high-temperature fatigue strength and high wear resistance are important.
Fig. 2 shows a schematic cross section (left picture) and longitudinal section (right picture) through the lower part of the device for dedusting. The transport member 7 - shown here as a belt - wraps around the lower drum 9, which is provided with offset longitudinal slots 20, at an angle of 180 °, the upper half of which is covered by the semicircular hood 10. The actual filter element 11 - also shown as a band - lies non-positively on the transport member 7. Inside the drum 9 there is the coaxial pipe 15, which is fixed in space and is fixed by supports 21 on both sides and provided with downwardly directed nozzles 17. The entire lower part of the device which serves to remove dust is between the side walls 4 of the casing (gas duct ) arranged. 22 are the gas-tight bearings of the drum 9 on both sides.
The entering cleaning gas 16 into the coaxial tube 15 and the chipped filter cake 18 are indicated by arrows.
Fig. 3 relates to a semi-schematic, more detailed cross-section through the lower part of the device with filter element as an endless belt. The transport organ 7 is designed here as an endless braid, on which the actual filter element 11 lies non-positively in the form of an endless ceramic mat. The whole thing wraps around the lower part of the drum 9 provided with longitudinal slots offset on the circumference in the axial direction. The hood 10 extends close to the surface of the drum 9. The coaxial tube 15 is provided with nozzles 17 branched at the outlet.
4 shows a semi-schematic, more detailed cross section through the lower part of the device with a filter element as a link chain. The reference numerals 9, 20, 10, 15, 17 and 7 correspond exactly to those of Fig. 3. The filter element 11 is formed here as a link chain, which consist of individual segments of porous, gas-permeable ceramic, which as a polygonal force fit the rounding of the nestling on the drum 9 transport member 7.
FIG. 5 shows a semi-schematic, more detailed cross section through the lower part of the device with the transport member as a butt-jointing plate segment. The reference numerals 9, 20, 10, 15 and 17 correspond exactly to those in FIG. 3. The filter element 11 is designed as an endless metal mesh, while the transport element 7 is here in the form of a chain link belt with butt joints (plate segments) of the individual links.
6 shows a semi-schematic, more detailed cross section through the lower part of the device with the transport element as a chain link belt and with the filter element as overlapping segments. The reference numerals 9, 20, 10, 15 and 17 correspond exactly to those in FIG. 3. The transport member 7 is designed as a chain link belt with openwork elements and the filter element 11 as a series of overlapping segments made of openwork metal or porous ceramic.
Fig. 7 is a longitudinal section through the transport member in the form of a mesh or wire mesh and filter element as an endless mat. The transport element (reference number 7 in FIGS. 1 to 6) is designed as a wire mesh with reference number 23 (upper part of the figure) and as wire rack with reference number 24 (lower part of the figure). Only heat-resistant, scaling-resistant austenitic iron or nickel-based alloys with a high Cr and Ni content and sufficiently high fatigue strength are suitable as materials. In order to keep the bending stresses when running over the drums 8 and 9 in the frame, the wire diameter should not exceed 0.75 x 10 <-> <3> of the drum diameter. The filter element (reference number 11 in FIGS. 1 to 6) consists of an endless mat 25 made of ceramic fiber (Al2O3 or Al2O3 silicate).
8 shows a longitudinal section through the transport member in the form of a mesh and filter element as a butt-jointing plate segment. The transport element (reference number 7 in FIGS. 1 to 6) here consists of a wire mesh, to which the statements made under FIG. 7 apply. The filter element (reference number 11 in FIGS. 1 to 6) consists either of plate-shaped segments 26 made of porous-granular ceramic (upper part of the picture) or of plate-shaped segments 27 made of foam-like ceramic with continuous channels (lower part of the picture) in a butt joint arrangement.
9 shows a longitudinal section through the transport member in the form of plate segments and filter element as an endless metal wire mesh or butt-butting metal segments. The transport member (reference numeral 7 in Fig. 1 to 6) consists of a chain link belt of plate-shaped, perforated, cast or forged elements 28 made of a scale-resistant high-temperature alloy that butt against one another. The filter element (reference numeral 11 in Fig. 1 to 6) is made of plate-shaped segments 29 made of fine-mesh metal fabric (upper part of the picture) or of plate-shaped segments 30 made of fine-pored metal foam with continuous channels (lower part of the picture) in a butt joint arrangement.
The segments 29 and 30 consist of scale-resistant and high-temperature corrosion-resistant material (iron or nickel-based alloy) and are non-positively connected to the elements 28.
Fig. 10 relates to a longitudinal section through the transport member in the form of sheet metal segments and filter element as overlapping segments made of dimensionally stable mat. The transport member (reference numeral 7 in Fig. 1 to 6) consists of a chain link belt of plate-shaped perforated sheet metal elements 31 made of a scale-resistant high-temperature alloy of sufficient heat resistance, which are partially overlapped by hinges. The filter element (reference numeral 11 in Fig. 1 to 6) is made of plate-shaped segments 32 made of a hard dimensionally stable mat made of ceramic fiber (Al2O3 base), which in turn are overlapped together.
Example 1:
See Figs. 1, 2, 3, 7
The device for dedusting a gas stream 1, in the present case the flue gas stream of a waste incineration plant with downstream heat exchangers 5 (steam boiler, superheater, feed water preheater) and ash container 6, is designed for the following operating parameters:
Flue gas volume flow (1)
EMI14.1
= 50,000 m <3> / h = 13.8 m <3> / s at 650 ° C
Flue gas duct
Width: BK = 3000 mm
Height HK = 5500 mm
Area: FK = 16.5 m <2>
Flue gas velocity in the duct: nu K = 0.84 m / s
Apparent content in the flue gas a = 4000 mg / m <3>
Ash particle size 3-5 mu share 20%, 5-20 mu share 50%, 20-100 mu share 30%
specific.
Ash weight = 700 kg / m <3>
Filter element / band (11)
Width: BE = 2950 mm
Total length: LE = 12 510 mm
Effective height: HE = 4600 mm
Effective inflow area: FE = 13.6 m <2>
Flow velocity of the gas on the filter: nu E = 1.02m / s
Drums (8, 9) diameter: DT = 800 mm
Length: LT = 2 950 mm
Axis distance of the drums AA = 5000 mm
Amount of cleaning gas
EMI14.2
= 1000 m <3> / h = 0.277 m <3> / s at 580 ° C
Cleaning gas pipe diameter:
DA = 300 mm
Total amount of ash in the flue gas A = 200 kg / h = 55.6 g / s
Filter cake density (virtual density) = 250 kg / m <3>
Permissible thickness of the filter cake = 4 mm
Degree of separation = 80%
Ash volume to be separated / unit of time = 0.8 m <3> / h = 222 cm <3> / s
Cross-sectional area of the entire filter cake AF = 118 cm <2>
Vertical filter belt speed nu F = 67.9 m / h = 1.88 cm / s
Ash dwell time on filter belt tF = 245 s
Average pressure difference (before and after filter) p = 2000 Pa (200 mm WS)
Additional drive energy for
the induced draft fan N = 14 kWel
Drive gear speed (variable) 1500 rpm
Flow rate of the fan (normal conditions): 4.4 Nm <3> / s
With regard to the corrosive properties of the incoming gas stream 1 (650 ° C) and the emerging gas stream 2 (300 ° C), the casing (gas duct) 3 of the entire dedusting and heat utilization system is made entirely of corrosion-resistant and scale-resistant Cr / Ni steel . The same applies at least in part to the ash container 6, where increased corrosion must be expected in accordance with the concentration of the pollutants and cooling (possibly below the dew point). In order to counteract deformations due to temperature fluctuations, in particular the side walls 4 of the casing in the area of the dedusting device are made thicker and reinforced with vertically and horizontally standing ribs (not shown).
The transport member 7 (Fig. 1, 2, 3) in the present case consists of an endless wire mesh 23 (Fig. 7) with a wire diameter = 0.6 mm made of a scale-resistant, heat-resistant, higher-alloyed Cr / Ni special steel with high fatigue strength. An endless mat 25 (FIG. 7) made of ceramic fiber based on Al 2 O 3 with a thickness of 4 mm rests on the transport member 7 as the actual filter element 11 (FIGS. 1, 2, 3). The drums 8 and 9 are made of 4 mm thick sheet of corrosion-resistant Cr / Ni steel, as is the semicircular hood 10 which serves as a cover. The cleaning gas is withdrawn 13 at about 580 ° C. behind the first heat exchanger 5 via a line made of stainless steel with a diameter of 300 mm. The blower 14 has an output of 4 kW.
The coaxial tube 15 located in the lower drum 9 provided with offset longitudinal slots 20 has a diameter of 320 mm and is provided with 16 tapering nozzles 17 which are directed radially downwards in order to cause the filter cake to flake off (18). The speed of the cleaning gas at the nozzle outlet is approx. 15 m / s. These elements are also made of stainless steel. The coaxial tube 15 is supported on both sides outside the side walls 4 (21). The bearings 22 of the lower drum 9 designed for elevated temperature are arranged coaxially with this. The feedthroughs of the drum 9 and the bearings 22 are smoke-tight and removable. The ash discharge 19 with the ash container 6 takes place in a conventional manner via locks (not shown).
The upper drum 8 is equipped with an electric drive (power 1 kW) outside the side wall 4 and with a tensioning device for re-tensioning and with an automatic straight guide of the transport member 7 (not shown).
In the course of operation during one year (8760 h), the transport member 7 experiences about 100,000 load changes between one-sided bending and extension on the drums 8 and 9. In view of the high fatigue strength of the high-alloy material selected for the wire mesh 23, a service life of several years can thus be expected. An annual cleaning of the transport member 7 and the actual filter element 11 (possibly replacement in the event of defects) is provided during the inspection period.
Example 2:
See Figs. 1, 2, 3, 7
The device for dedusting a gas stream 1 from a waste incineration plant with downstream heat exchangers 5 and ash containers 6 is designed for the exact same operating parameters as in Example 1.
The transport member 7 (Fig. 1, 2, 3) consists in the present case of an endless wire rack (network) 24 (Fig. 7) with a wire diameter of 0.5 mm made of a scale-resistant heat-resistant, higher-alloyed Cr special steel with defying the sulfurization high fatigue strength. An endless mat 25 (FIG. 7 made of ceramic fiber based on 3Al2O3. 2SiO2 (mullite) with a thickness of 5 mm lies on the transport element 7 as the actual filter element 11 (FIGS. 1, 2, 3). Mullite is characterized by good resistance to chemical compounds containing S and Cl.
All other reference symbols and their characteristics correspond exactly to those in Example 1.
Example 3:
See Figs. 1, 2, 4, 8
The operating parameters of the device for dedusting a gas stream 1 correspond exactly to those in Example 1.
The transport member 7 (Fig. 1, 2, 4) in the present case consists of an endless wire mesh 23 (Fig. 8) with a wire diameter = 0.65 mm made of a scale-resistant, heat-resistant, higher-alloy Cr / Ni special steel with high fatigue strength. As the actual filter element 11 (FIGS. 1, 2, 3), a band-shaped body rests on the transport member 7 and consists of individual plate-shaped segments 26 (FIG. 8) made of porous-granular ceramic (silicon carbide SiC). The segments 26 have a thickness of 8 mm, a width of 80 mm and a length of 600 mm and have continuous channels (open porosity) with an average diameter of 120 to 150 μm. They touch each other in the flat part of the transport member 23 by means of a butt joint and are flexibly attached to the latter.
All other reference symbols and their properties correspond exactly to those in Example 1.
Example 4:
See Figs. 1, 2, 4, 8
The operating parameters of the device for dedusting a gas stream 1 correspond exactly to those in Example 1.
The transport member 7 (Fig. 1, 2, 4) in the present case consists of an endless wire mesh 13 (Fig. 8) with a wire diameter = 0.65 mm made of a scale-resistant, heat-resistant, higher-alloy Cr / Ni special steel with high fatigue strength. On the transport element 7, as the actual filter element 11 (FIGS. 1, 2, 4), there is a band-shaped body, which consists of individual plate-shaped segments 27 (FIG. 8) made of porous foam-like ceramic (corundum Al2O3). The segments 27 have a thickness of 6 mm, a width of 50 mm and a length of 300 mm and have continuous channels (open porosity) with an average diameter of 150 to 200 μm. They touch each other in the flat part of the transport member 23 by means of a butt joint and are flexibly attached to the latter.
All other reference symbols and their properties correspond exactly to those in Example 1.
Example 5:
See Figs. 1, 2, 5, 9
The device for dedusting a gas stream 1, in the present case the flue gas stream of a waste-to-energy plant with heat exchangers 5 (steam and water boilers, superheaters) and ash containers 6, is designed for the following operating parameters:
Flue gas volume flow (1)
EMI19.1
= 30000 m <3> / h = 8, 33 m <3> / s
Flue gas duct width:
BK = 2500 mm
Height: HK = 5000 mm
Area: FK = 12.5 m <2>
Flue gas velocity in the duct: vK = 0.66 m / s
Apparent content in the flue gas a = 3000 n g / m <3>
Ash particle size 3-5 mu share 15%, 5-20 mu share 45%, 20-100 mu share 40%
Specific ash weight = 600 kg / m <3>
Filter element / belt (11) Width: BE = 2450 mm
Total length: LE = 11 560 mm
Effective height: HE = 4225 mm
Effective inflow area: FE = 10.3 m <2>
Flow velocity of the gas on the filter: vE = 0.81 m / s
Drums (8, 9)
Diameter: DT = 750 mm
Length:
LT = 2450 mm
Center distance of the drums: AA = 4600 mm
Amount of cleaning gas
EMI20.1
= 800 m <3> / h = 0.222 m <3> / C at 580 ° C
Cleaning gas pipe diameter: DA = 300 mm
Total amount of ash in the flue gas A = 90 kg / h = 25 g / s
Filter cake density (virtual density) = 200 kg / m <3>
Permissible thickness of the filter cake = 5 mm
Degree of separation = 83%
Ash volume to be separated / unit of time = 0.45 m <3> / h = 125 cm <3> / s
Cross-sectional area of the entire filter cake AF = 122 cm <2>
Vertical filter belt speed vF = 36.8 m / h = 1.02 cm / s
Ash dwell time on filter belt tF = 415 s
Average pressure difference (before and after filter) p = 1800 Pa (180 mm WS)
Drive energy for induced draft fan N = 12 kWel
Speed of the drive gear 1500 rpm.
Flow rate of the fan (normal conditions): 4 Nm <3> / s
For the casing 3, the ash container 6, the entering and exiting gas stream 1 or 2 and for the side walls 4 of the casing, the statements made in Example 1 apply.
The transport member 7 (Fig. 1, 2, 5) in the present case consists of a chain link belt, the individual links of plate-shaped cast elements 28 (Fig. 9) are made of a scale-resistant, heat-resistant, higher-alloyed Cr special steel with high wear resistance. The elements 28 have a thickness of 12 mm, a width of 120 mm and a length of 350 mm and have channels of rectangular cross-section with a width of 2 mm running in the direction of flow of the gas. They are mutually articulated on their longitudinal end faces via cylindrical bolts made of a scalable, heat and wear-resistant Cr / W special steel with high fatigue strength.
On the transport element 7, as the actual filter element 11 (FIGS. 1, 2, 5), a band-shaped body rests, which consists of individual plate-shaped segments 29 (FIG. 9) made of fine-mesh, multilayer metal fabric made of a Cr / Ni special steel with a mesh size of 0.2 mm. The 3 mm thick, 120 mm wide and 815 mm long segments 29 touch each other in the flat part of the transport member 28 by means of a butt joint and are flexibly attached to the latter.
Example 6:
See Figs. 1, 2, 5, 9
The operating parameters of the device for dedusting a gas stream 1 correspond exactly to those in Example 5.
The transport member 7 (Fig. 1, 2, 5) consists in the present case of a chain link belt analogous to Example 5, the individual links of plate-shaped forged elements 28 (Fig. 9) are made of a scale-resistant, heat-resistant, higher alloyed Cr / Ni special steel. As the actual filter element 11 (FIGS. 1, 2, 5), a band-shaped body rests on the transport member 7, which consists of individual plate-shaped segments 30 (FIG. 9) made of fine-pored metal foam made of a scale-resistant Cr / Ni special steel. The segments 30 have a thickness of 4 mm, a width of 120 mm and a length of 490 mm and have continuous channels (open porosity) with an average diameter of 150 to 180 μm. They touch each other in the flat part of the transport member 28 by means of a butt joint and are flexibly attached to the latter.
All other reference symbols and their properties correspond exactly to those in Example 5.
Example 7:
See Figs. 1, 2, 6, 10
The operating parameters of the device for dedusting a gas stream 1 correspond exactly to those of Example 5.
The transport member 7 (Fig. 1, 2, 6) in the present case consists of a chain link belt, the individual links of plate-shaped perforated sheet metal elements 31 (Fig. 10) are made of a scale-resistant, heat-resistant, higher-alloyed Cr special steel with high wear resistance. The elements 31 have a sheet thickness of 3.5 mm, a total thickness of 15 mm, a width of 100 mm and a length of 350 mm and have channels of rectangular cross-section of 2 mm in width, which run in the direction of flow of the gas. They are connected to one another in an articulated manner on their longitudinal end faces by means of cylindrical bolts made of a scale-resistant Cr / W special steel with high wear and fatigue strength.
As the actual filter element 11 (FIGS. 1, 2, 6), a band-shaped body lies on the transport member 7, which consists of individual plate-shaped segments 32 (FIG. 10) made of hard, dimensionally stable, porous mat made of ceramic fiber (Al2O3 silicate). The segments 32 have a thickness of 3 mm, a width of 102 mm and a length of 350 mm and have continuous channels (open porosity) with an average diameter of 150 to 200 μm. In the flat part of the transport member 31, the segments 32 overlap and are flexibly attached to the former.
All other reference symbols and their properties correspond exactly to those in Example 5.
The invention is not restricted to the exemplary embodiments.
The device for dedusting a gas stream 1 by high-temperature filtration at temperatures up to 700 ° C. consists of a vertically arranged, slowly rotating drum 8 over two horizontal axes; 9 guided sheet-like endless transport member 7, which is covered on its outside with a metallic and / or ceramic actual filter element 11, which is acted upon on the downward moving side approximately perpendicular to its surface by the incoming gas stream 1 to be dedusted, the inside of the lower one horizontal-axis drum 9 means 15;
17 for cleaning the filter element 11 by continuous or intermittent pressurization of gas in the form of a coaxially arranged tube 15 are provided, which is provided over its entire length with downwardly directed nozzles 17 for guiding the incoming cleaning gas 16 and the drum 9 itself with a plurality of against each other offset, along the entire length of the longitudinal slots 20 is equipped for exposure to the cleaning gas.
Advantageously, the outside of the lower drum 9 is covered on its upper part by a coaxial semicircular hood 10 which extends close to the inside of the transport member.
In a special embodiment, the transport member 7 consists of a traveling grille in the form of a flexible endless grate 24 or mesh 23 made of wire made of a heat-resistant and scale-resistant iron or nickel-based alloy, or of a single movable plate-shaped perforated element 28; 31 existing chain link belt made of a heat-resistant and scale-resistant alloy.
The actual filter element 11 preferably consists of an endless, coherent, flexible, gas-permeable mat 25 made of heat-resistant glass fiber or ceramic fiber based on SiO2, Al2O3 or silicate, which rests non-positively on the transport element 7 acting as a carrier, or from a large number of narrow strips or plate-like butt-jointed or overlapping individual segment-like parts made of gas-permeable soft or hard, dimensionally stable mat 32 made of glass fiber or ceramic fiber or made of porous granular 26 or foam-like 27 ceramic material. The segment-like parts 32; 26; 27 made of corundum, silicon carbide or mullite in the form of fibers and / or grains.
In a further embodiment, the actual filter element 11 consists of a large number of narrow strip-like or plate-shaped, butt-jointed or mutually overlapping individual segment-like parts made of gas-permeable soft or hard fine-mesh fabric 29, braid or fine-pored foam 30 made of an iron or nickel-based alloy or a titanium alloy.
Advantages of the invention:
- Continuous cost-effective dedusting of the gas flow in power plants, in particular in waste-to-energy plants in order to relieve pollution, crust formation and premature corrosive destruction of the heat exchanger tubes.
- As a result, longer downtimes (intermediate overhaul times) and lower maintenance costs for heat exchangers.
- Reduction of the downtimes of the power plants with a corresponding loss of thermal and electrical energy, previously caused by revision and repair work on heat exchangers.
- Better average heat transfer over the entire operating time of the heat exchanger and thus higher efficiency of the energy conversion of the power plant.