DE102013016208A1

DE102013016208A1 - Verfahren zur Reinigung von Rauchgas insbesondere aus Müll- oder Klärschlammverbrennungsanlagen mit einstufigem Wäscher und Sättiger im rauchgasseitigen Eintritt. Die Flüssigkeit für den Sättiger wird mittels Hydrozyklonen aus der Wäschersuspension aufbereitet.

Info

Publication number: DE102013016208A1
Application number: DE201310016208
Authority: DE
Inventors: Klaus Niemann; Martin Gutjahr
Original assignee: TIEDE- & NIEMANN INGENIEURGESELLSCHAFT MBH; TIEDE & NIEMANN INGENIEURGMBH; WANDSCHNEIDER & GUTJAHR INGENIEURGMBH; WANDSCHNEIDER and GUTJAHR INGENIEURGESELLSCHAFT MBH
Current assignee: TIEDE- & NIEMANN INGENIEURGESELLSCHAFT MBH; TIEDE & NIEMANN INGENIEURGMBH; WANDSCHNEIDER & GUTJAHR INGENIEURGMBH; WANDSCHNEIDER and GUTJAHR INGENIEURGESELLSCHAFT MBH
Priority date: 2013-09-28
Filing date: 2013-09-28
Publication date: 2015-04-02

Abstract

Verfahren zur Reinigung von Rauchgas insbesondere aus Müll- oder Klärschlammverbrennungsanlagen, bei dem in einem einstufigen Wäscher saure Schadstoffe entfernt werden und bei dem im rauchgasseitigen Eintritt ein Sättiger angeordnet ist. Die im Sättiger eingesetzte Flüssigkeit wird aus der Wäschersuspension bereitet unter Verwendung eines Hydrozyklons oder einer Gruppe von Hydrozyklonen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Rauchgas, insbesondere aus Müllverbrennungs- oder Klärschlammverbrennungsanlagen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Rauchgase aus Müll- oder Klärschlammverbrennungsanlagen werden in einer Rauchgasreinigungsanlage von Schadstoffen befreit. Eine bekannte Variante derartiger Rauchgasreinigungsanlagen besteht aus einem Sprühtrockner, einer Entstaubung und zwei in Reihe geschalteten Wäschern, von denen der erste Halogenwasserstoffe und der zweite Schwefeloxide aus den Rauchgasen entfernt. In diesen Wäschern wird jeweils eine Waschflüssigkeit im Kreislauf geführt. Im Inneren eines Wäschers wird z. B. durch Zerstäubung der Waschflüssigkeit eine Kontaktfläche zwischen der Waschflüssigkeit und dem zu reinigenden Rauchgas aufgebaut. Durch diese Kontaktflächen (Phasengrenzflächen) treten die sauren Schadstoffkomponenten in die Flüssigkeit ein und vollziehen mit einem zuvor zugesetzten Neutralisationsmittel Neutralisationsreaktionen unter Bildung entsprechender Reaktionssalze wie z. B. Chloride, Sulfite oder Sulfate, die teilweise wasserlöslich sind, teilweise aber auch auskristallisieren.
Nach dem Durchtritt durch die Wäscher schließen sich weitere Verfahrensschritte an, z. B. die Entfernung von Stickoxiden und organischen Spurenstoffen.
In anderen Varianten wird das aus dem Kessel stammende Rauchgas zunächst entstaubt und anschließend die Abscheidung von Halogenwasserstoffen und Schwefeloxiden in einem einzelnen Rauchgaswäscher vorgenommen. Hierbei treten regelmäßig verschiedene Probleme auf. Zum Einen tritt in einstufigen Wäschern auf, dass die Rauchgase nach dem Austritt aus dem Entstauber noch über eine hohe Temperatur (z. B. 170°C) verfügen. Die Rauchgase sind bei dem in den Apparaten herrschenden Druck von etwa 1 bar noch nicht mit Wasserdampf gesättigt. An der Stelle des ersten Kontakts der noch heißen Rauchgase mit der Wäscherflüssigkeit kommt es zu einer spontanen Verdampfung von Wäscherflüssigkeit. Da diese Flüssigkeiten aber mit Reaktionssalzen gesättigt sind, kommt es zu einer lokalen Übersättigung mit Salzen und infolge dessen zu einer Bildung von Salzniederschlägen, die speziell im Bereich des Eintritts der Rauchgase in den Wäscher längerfristig zu massiven Krustenbildungen führen, die im weiteren Betrieb zu einer ungünstigen Veränderung der Rauchgasströmung führen, die die Wirkungsweise des Wäschers einschränken. Zur Vermeidung dieser Krustenbildungen wird in einigen Anlagen dem Wäscher ein sog. Sättiger vorgeschaltet. Es handelt sich dabei um einen Apparat oder um Einbauten in den Eintrittskanal, in dem Wasser zerstäubt wird in der Absicht, durch die Verdunstung/Verdampfung von Wasser eine Abkühlung der Rauchgase bis auf die Betriebstemperatur des Wäschers zu erreichen und hierdurch eine Wasserdampfsättigung des Rauchgasstroms zu erreichen. Zum Anderen besteht bei dieser Technik ein auftretendes Problem darin, dass durch eine inhomogene Zerstäubung der Waschflüssigkeit im Inneren des Wäschers eine sog. Strähnenbildung auftritt. Es handelt sich dabei um Bahnen der Rauchgasströmung, die nur unzureichend intensiven Kontakt des Rauchgases mit der Wäscherflüssigkeit aufweisen. Infolgedessen tritt in diesen Teilvolumenströmen des Rauchgases nur eine unzureichende Abscheidung der sauren Schadstoffe auf, die den Gesamtabscheidegrad des Wäschers limitiert. Dieser prinzipielle Effekt führte in der Vergangenheit häufig dazu, dass zweistufige Rauchgaswäscher gebaut wurden, die gegenüber den einstufigen Wäschern zwar einen besseren Abscheidegrad aufweisen können, gleichzeitig aber in Herstellung und Betrieb teurer sind.
Ein weiteres Problem beim Betrieb einstufiger Wäscher mit vorgeschaltetem Sättiger besteht darin, das im Sättiger eingesetzte Wasser zur Verfügung zu stellen: die Verwendung von frischem Prozesswasser verbietet sich aus thermophysikalischen Gründen. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, dass die erforderliche Menge an zu zerstäubendem Wasser größer ist als die im Sättiger verdampfende Menge an Wasser. Es verbleibt also ein Überschuss, der im praktischen Betrieb größer ist als die über die Abflutung des Hauptwäschers auszuschleusende Wassermenge. Dies bedeutet, dass bei Verwendung von frischem Prozesswasser der Wäscher überlaufen würde. Durch diesen Effekt ist die einzusetzende Menge an frischem Prozesswasser regelmäßig begrenzt.
Im praktischen Betrieb wird durch dieses Phänomen die maximale Feststoffkonzentration des Neutralisationsmittels und seiner Reaktionsprodukte im Wäscher begrenzt. Im Sinne einer guten Ausnutzung des Reaktionsmittels würden aber hohe Feststoffkonzentrationen im Wäscher wünschenswert sein, da mit steigender Feststoffkonzentration die durchschnittliche Verweilzeit des Neutralisationsmittels und seiner Reaktionssalze ansteigt.
Bei direkter Verwendung von Wäscherumlaufflüssigkeit zur Versorgung des Sättigers tritt das Problem auf, dass bei hohen Feststoffgehalten die Zerstäubung der Flüssigkeit im Sättiger unzufriedenstellend ist. Hohe Feststoffgehalte in der Wäscherflüssigkeit erhöhen nämlich die Viskosität der Flüssigkeit. In Folge dessen lassen sich bei der Zerstäubung im Sättiger nur vergleichsweise große Tropfen erzeugen, die eine kleinere spezifische Oberfläche besitzen. Aus Gründen eines verbesserten Stoffübergangs (Verdampfung von Wasser, Vorabscheidung saurer Schadstoffe im Bereich des Sättigers) sind aber möglichst kleine Tropfen mit entsprechend hoher spezifischer Oberfläche erwünscht.
Die Wünsche, im Wäscher hohe Feststoffgehalte fahren zu können und im Sättiger bereits einen hohen Stoffübergang zu erzielen schließen sich somit wegen der Physik der Flüssigkeitszerstäubung bei den bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik indirekt gegenseitig aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren derart zu gestalten, dass im Sättiger eine Flüssigkeit eingesetzt wird, deren Feststoffgehalt deutlich geringer ist als der Feststoffgehalt der im Wäscher umlaufenden Wäscherflüssigkeit. Hierdurch soll die Zerstäubung im Sättiger verbessert werden, was zu einer besseren Sättigung der Rauchgase mit Wasserdampf, eine bessere Vorabscheidung saurer Schadstoffe und eine verminderte Bildung von Salzablagerungen und Krusten im Eintrittsbereich des Wäschers führt.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Waschflüssigkeit, Neutralisationsmittel und Reaktionssalze bilden eine Suspension. Speziell bei einstufigen Wäschern unter Verwendung träger Neutralisationsmittel wie z. B. Kalksteinmehl ist es aus Gründen der geringen Reaktionsgeschwindigkeit erforderlich, vergleichsweise hohe Feststoffkonzentrationen in der im Wäscher umlaufenden Suspension einzustellen, da mit steigendem Feststoffanteil des Neutralisationsmittels die an der Neutralisationsreaktion beteiligte Oberfläche ansteigt. Diese Suspension wird nach dem Stand der Technik durch eine Umwälzpumpe Sprühdüsen zugeführt. Die Suspension wird zu Tropfen zerstäubt, die infolge der Schwerkraftwirkung nach unten fallen und sich im Sumpf des Wäschers sammeln, um über eine Pumpe erneut den Düsen zugeführt zu werden. Eine Beschreibung hierzu ist z. B. in DE 197 13 773 aufgeführt.
Erfindungsgemäß wird dem Sumpf des Wäschers über eine Pumpe Suspension entnommen und einem Hydrozyklon zugeführt. Dieser Hydrozyklon teilt den zulaufenden Suspensionsstrom in einen feststoffarmen Oberlauf und einen feststoffreichen Unterlauf auf. Der Unterlauf wird dem Sumpf des Wäschers erneut zugeführt. Der Oberlauf des Hydrozyklons enthält wenig Feststoffe und verfügt damit über eine signifikant niedrigere Viskosität als die im Umlauf des Wäschers befindliche Suspension. Der Oberlauf des Hydrozyklons wird erfindungsgemäß einem Sättiger zugeführt, der im Rauchgasweg installiert ist, der dem Wäscher vorgeschaltet ist. In diesem Sättiger befindet sich eine Zerstäubungseinrichtung. Die hier erzeugten Tropfen der feststoffarmen Flüssigkeit kommen mit dem Rauchgas in Kontakt. Hierdurch kommt es sowohl zu einer Verdampfung von Wasser einhergehend mit einer Abkühlung der Rauchgase als auch zu einer ersten Abscheidung von sauren Schadstoffanteilen wie z. B. Chlorwasserstoff (HCl) oder Schwefeldioxid (SO₂). Die Menge des Zulaufs an Hydrozyklon-Oberlauf zum Sättiger beträgt hierbei ein Vielfaches der im Sättiger verdampfenden Flüssigkeit. Die überschüssige Flüssigkeit gelangt gemeinsam mit den Rauchgasen über den Rauchgasweg in den Wäscher.
Ein Ausführungseispiel der Erfindung sei anhand der Zeichnung 1 näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Verfahrensschema zur erfindungsgemäßen Reinigung von Rauchgas.
Rauchgas aus einer Feuerungsanlage z. B. einer Klärschlammverbrennungsanlage wird in einem nicht eingezeichneten Entstauber entstaubt und tritt als entstaubtes Rauchgas 1 über einen Rauchgaskanal in einen Sättiger 2 ein. Diesem Sättiger wird ein Flüssigkeitsstrom 3 zugeführt und mittels Zerstäuberdüsen, die sich im Sättiger 2 befinden zerstäubt. Das abgekühlte Rauchgas tritt über einen Rauchgaskanal 4 in einen Wäscher 5 ein. Im Sumpf 6 des Wäschers 5 befindet sich eine Suspension, die aus Wasser, Kalk (oder einem anderen Neutralisationsmittel) und Reaktionsprodukten besteht. Ein Teil dieser Reaktionsprodukte liegt in Form gelöster Salze (z. B. Calciumchlorid CaCl₂) vor, ein anderer Teil als Feststoff (Calciumsulfat CaSO₄). Diese Suspension wird über eine Pumpe 7 und eine Rohrleitung 8 einem Zerstäubersystem 9 zugeführt, das sich im Inneren des Wäschers 5 befindet. Ein Teilstrom des von der Pumpe 7 angesaugten Flüssigkeitsstromes wird als Nebenstrom 10 mittels einer weiteren Pumpe 11 (Boosterpumpe) einem Hydrozyklon 12 zugeführt. Dieser trennt den eintretenden Flüssigkeitsstrom in einen Oberlauf 3 und einen Unterlauf 13. Der Feststoffgehalt des Oberlaufs 3 ist geringer als der des Zulaufs 10, der Feststoffgehalt des Stroms 13 ist höher als der des Zulaufs 10.
Zur Vervollständigung des Verfahrens sind noch weitere Stoffströme eingezeichnet. Es handelt sich dabei um die Zufuhr eines Neutralistionsmittels 14 z. B. Kalkstein oder einer Kalksuspension. Das Neutralisationsmittel wird geregelt zugeführt nach Maßgabe des pH-Wertes im Wäscher. Ferner ist die Zufuhr von Prozesswasser 15 dargestellt, das nach Maßgabe des Füllstandes im Wäscher zugeführt wird. Schließlich ist die Abflutung 16 dargestellt. Über diesen Stoffstrom wird Suspension aus dem Wäscher nach Maßgabe der Dichte bzw. des Feststoffgehaltes der Flüssigkeit im Sumpf 6 oder in der Rohrleitung 8 aus dem Prozess ausgeschleust. Die gereinigten Rauchgase verlassen den Wäscher über einen Rauchgaskanal 17, der am Kopf des Wäschers 3 angebracht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19713773 [0011]

Claims

Verfahren zum Reinigen von Rauchgas, insbesondere aus Müllverbrennungsanlagen oder Klärschlammverbrennungsanlagen, bei dem das Rauchgas in einem einstufigen Wäscher von Halogenwasserstoffen und Schwefeloxiden befreit wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor Eintritt der Rauchgase in den Wäscher ein Sättiger durchströmt wird, der sich im rauchgasseitigen Zulauf des Wäschers befindet und in dem eine Flüssigkeit zerstäubt wird, die aus der Wäschersuspension bereitet wird unter Verwendung eines Hydrozyklons und diese im Sättiger zu zerstäubende Flüssigkeit dem Oberlauf eines Hydrozyklons entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Sättiger zu zerstäubende Flüssigkeit den Oberläufen einer Gruppe parallel geschalteter Hydrozyklone entnommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Prozess zugeführte Prozesswasser dem Sättiger zugeführt wird und in diesem mittels ein oder mehrerer Düsen zerstäubt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Prozess zugeführte Prozesswasser mit dem Oberlauf des Hydrozyklons oder den Oberläufen der Hydrozyklongruppe vermischt wird und gemeinsam im Sättiger zerstäubt wird.