DE19858675A1 - Verfahren zum Abscheiden von gasförmigen Alkaliverbindungen und/oder flüssigen, aufgeschmolzenen oder klebrigen Feststoffteilchen aus heißen Gasströmen - Google Patents
Verfahren zum Abscheiden von gasförmigen Alkaliverbindungen und/oder flüssigen, aufgeschmolzenen oder klebrigen Feststoffteilchen aus heißen GasströmenInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von gasförmigen Alkaliverbindungen und/oder flüssigen, angeschmolzenen oder klebrigen Feststoffteilchen aus einem heißen Gasstrom, umfassend das Einleiten des heißen, die Alkaliverbindungen und/oder Feststoffteilchen enthaltenden Gasstroms in einen Mischreaktor und das In-Kontakt-Bringen des Gasstroms in diesem Mischreaktor mit einem partikelförmigen Feststoff. Der Feststoff kann sodann in einem Schwerkraft-, Fliehkraft- oder Trägheitsabscheider, z. B. einem Zyklon, in wesentlichen Teilen aus dem heißen Gas abgetrennt werden; hieran kann sich ein weiterer Entstaubungsschritt anschließen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Abtrennung von
Alkaliverbindungen sowie die Feststoffabscheidung aus Gasströmen
von solch hohen Temperaturen, bei denen zumindest ein Teil der
Feststoffteilchen klebrig, partiell angeschmolzen oder
vollständig schmelzflüssig vorliegt und/oder die
Alkaliverbindungen zumindest teilweise gasförmig sind. Die
Erfindung ist z. B. anwendbar auf die Reinigung von Rauch- oder
Synthesegasen im Bereich von Raumdrücken bis zu etwa 25 bar,
unter Umständen sogar bis zu etwa 100 bar.
Die Energiegewinnung aus Kohle kann über eine Reihe von
Verfahren erfolgen. Beispielsweise wird beim GUD-Verfahren die
Kohle nicht wie herkömmlich verbrannt, sondern in einer ersten
Stufe unterstöchiometrisch vergast, und anschließend wird das
erzeugte Gas in einer Turbine vollständig verbrannt. Ein anderes
Prinzip ist die sogenannte Druckkohlenstaubfeuerung. Hier wird
Kohle unter hohem Druck vollständig verbrannt, und die
entstandenen Rauchgase werden in einer nachgeschalteten Turbine
entspannt, bevor das Gas einem Dampferzeuger zugeleitet wird.
Diesem und ähnlichen Verfahren ist gemeinsam, daß sie besonders
hohe Wirkungsgrade erreichen, daß jedoch als Primärprodukte mit
Partikeln und Alkalien verunreinigte Gase entstehen. Das
Einleiten dieser Gase in ungereinigter oder nur schlecht
gereinigter Form in die erwähnten Turbinen würde diese äußerst
schnell zerstören, da die Turbinen bei hohen Temperaturen
betrieben werden und insbesondere die Turbinenbeschaufelung
anfällig gegen Korrosion (unter anderem durch Alkalien), Erosion
(durch Staubpartikel) und Verschmutzung ist. Besonders die
Alkalien, deren Siedepunkte bei den meisten derartigen Verfahren
unterhalb der Schaufeloberflächentemperaturen liegen, wirken
intensiv auf das Schaufelmaterial ein. Während gasförmige
Alkalien bei den meisten GUD-Prozessen das größte Problem für
die Reinigung darstellen, da die Gastemperaturen etwa im Bereich
von 700 bis 1100°C liegen, kommt bei Verfahren, bei denen
heißere Gase erzeugt werden, z. B. bei der
Druckkohlenstaubfeuerung (aber auch z. B. bei GUD-Prozessen auf
Basis Flugstromvergasung (z. B. Krupp Koppers) von Kohle), ein
zweites Problem hinzu: Da die durch die Kohleverbrennung oder
dgl. gebildeten Gasströme Temperaturen im Bereich von etwa 1500
bis 1700°C aufweisen, liegen die mitgerissenen Asche- und
sonstigen Partikel je nach Druck, Temperatur und
Verfahrensführung in klebriger, teilweise angeschmolzener oder
vollständig flüssiger Form vor. Da die erzeugten Gase bei den
genannten und ähnlichen Verfahren in möglichst heißem Zustand
der Turbine zugeführt werden sollen, sind die Anforderungen an
ihren Reinheitsgrad sehr hoch und nehmen weiter zu. Denn eine
Abkühlung bedeutet Exergieverlust, der nach Möglichkeit
vermieden werden soll; bei den möglichen oder gewünschten
Temperaturen von derzeit bis zu etwa 1350°C des in die Turbine
eintretenden Gases sind die Turbinenschaufeln jedoch äußerst
empfindlich gegenüber Verunreinigungen, insbesondere gegenüber
Alkalien. Bisher ist es nämlich nicht gelungen, hiergegen bei
solch hohen Temperaturen widerstandsfähige Materialien für die
Turbinenschaufeln zu entwickeln.
Zur Reinigung von der Turbine zuzuführenden Gase im GUD-Prozeß
ist bereits vorgeschlagen worden, Alkalisorbentien direkt in den
Reaktionsraum einzugeben. Hier wurden vor allem
Gettermaterialien wie Tonerde, Quarzsand, Eisen-Bauxit-Mi
schungen, Bauxit mit Quarzsand und dergleichen vorgeschlagen
(siehe F. Pintsch et al., VGB Kraftwerkstechnik 71, Seiten 469
bis 474 (1991)). Für die Reinigung der bei der
Druckkohlenstaubfeuerung entstehenden Rauchgasströme hat man
bisher keine zufriedenstellenden Konzepte entwickeln können.
K. Hannes, VDI-Berichte Nr. 1280, Seiten 451 bis 471 (1996)
berichtet über bisherige Versuche, die Reinigung von Rauchgasen
bis auf Turbinenverträglichkeit (3 bis 5 mg/m3 i. N.
(Reingaspartikelgehalt) durchzuführen. Hier gibt es den
Vorschlag, hinter der Brennkammer zuerst einen
Flüssigascheabscheider anzuordnen, der beispielsweise als
Schlackensammelring ausgebildet ist. Weiterhin sind zur
Partikelabscheidung filternde Abscheider (z. B. keramische
Filter) und Massekraftabscheider (Hochtemperatur-Schlacke-Ven
turiwäscher, Zyklone) bekannt. In der Versuchsanlage in
Dorsten, von der der genannte VDI-Bericht handelt, soll sich an
den Flüssigascheabscheider ein Alkaliabscheider anschließen. In
bezug auf die Abscheidung der Alkaliverbindungen lagen zum
Veröffentlichungszeitpunkt noch keine konkreten Vorschläge für
eine sinnvolle Realisation vor; die bisherigen Untersuchungen
konzentrierten sich auf die chemische Einbindung der Alkalien in
Gettermaterialien. Hierfür wird einmal vorgeschlagen, die
Gettersubstanzen in reiner Form oder als Gemische bei der
Verbrennung selbst dem Brennstoff zuzusetzen. Des weiteren wird
vorgeschlagen, die Gettermaterialien in rauchgasberührte
Anlagenteile einzubinden. Hierbei wurden Gettermaterialien
entweder nachträglich auf geeignete Trägermaterialien
aufgebracht oder Keramikkörper verwendet, die aufgrund ihrer
chemischen Zusammensetzung einen beträchtlichen Gettereffekt
zeigen. Allerdings können die eingesetzten Materialien im
Betrieb nicht ausgetauscht werden. Ihre Kapazität ist daher
relativ schnell erschöpft. Darüberhinaus verändern sie durch die
chemische Anbindung der Alkaliverbindungen auch ihre
physikalische Struktur und können weich oder schaumig oder
dergleichen werden und ihre Aktivität verlieren. Schließlich
sind sie selber Ursache für den Eintritt weiterer
Verunreinigungen in das zu reinigende Rauchgas. Die im VDI-Be
richt genannten Werte von 3-5 mg/m3 Rauchgaspartikelgehalt
lassen sich laut persönlicher Mitteilung von Mitarbeitern bisher
nicht annähernd erreichen; realisierbar sind derzeit etwa
0,1 g/m3 Staub sowie etwa 1 mg/m3 Alkalien. Erwünscht in
Hinblick auf die steigenden Anforderungen an die
Turbinenverträglichkeit sind dagegen nicht mehr als 0,03 mg
Alkalien und ca. 5 mg Staub pro Kubikmeter Gas.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
bereitzustellen, mit dem die genannten Verunreinigungen aus
heißen Gasströmen einfach und effektiver entfernt werden können.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die den Reaktionsraum (z. B.
Brenn- oder Vergasungsraum) verlassenden, heißen Gase in einen
Mischreaktor überführt und dort mit partikelförmigen
Feststoffmaterialien in Kontakt gebracht (verwirbelt) werden.
Dabei werden in ein und demselben Schritt gasförmige
Alkaliverbindungen kondensiert und auf den Feststoffpartikeln
abgeschieden oder von deren Material ad-/absorbiert; die
klebenden oder flüssigen Teilchen heften sich an die
Feststoffpartikeln an, werden ggf. auch ganz von solchen
Partikeln umhüllt und lassen sich in Form größerer Teilchen
abscheiden.
Die Temperatur der "heißen Gase" liegt dabei in solchen
Bereichen, in denen zumindest ein Teil der Staub- oder
Aschepartikel oder dgl. bei den jeweils herrschenden Drücken
klebrig, angeschmolzen oder flüssig und/oder zumindest ein Teil
der Alkaliverbindungen gasförmig vorliegt. Natrium- und
Kaliumhydroxid und -chlorid haben im Bereich von ca. 1000°C bis
1200°C einen Dampfdruck von etwa 10-1 bar. Ascheteilchen
beginnen oberhalb von etwa 800-850°C klebrig zu werden.
Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren eignet sich
insbesondere für Kohleverbrennungsverfahren und
Kohlevergasungsverfahren, beispielsweise für die atmosphärische
Schmelzkammerfeuerung oder für die unter Druck erfolgende
Kohlenstaubfeuerung. Bei letzterer verläßt das Rauchgas mit etwa
1500-1700°C den Brennraum. Als Kohlevergasungsverfahren, auf die
das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist, seien
beispielsweise Wirbelbett- oder Flugstromvergasung genannt. Bei
letzterer verläßt das Gas den Reaktorraum mit etwa 1400°C und
unter sehr hohen Drücken (bis zu 100 bar). Andere Verfahren
liefern Gase mit etwas niedrigeren Temperaturen, so z. B. das
GUD-Wirbelbettverfahren ein Synthesegas von ca. 800-1100°C oder
das GUD-Festbettverfahren ein solches von ca. 800-1000°C.
Erfindungsgemäß wird der heiße, die Alkaliverbindungen und/oder
Feststoffteilchen enthaltende Gasstrom nach dem Verlassen des
Reaktorraumes in einen Mischreaktor eingeleitet. Dort wird er
mit einem partikelförmigen Feststoff umgesetzt. Wünschenswert
ist es, daß die Verweilzeit des Gases im Mischreaktor im Bereich
von 0,02-60 Sekunden, bevorzugt 0,02 bis 10 Sekunden beträgt.
Das Gas durchströmt den Reaktor vorzugsweise von unten nach oben
(andere Strömungsführungen sind jedoch ebenfalls möglich). In
einer vorteilhaften Ausgestaltung, wie sie beispielhaft in
Fig. 1 dargestellt ist, wird dem Reaktor hinter einer
Einschnürung ein Strom der Feststoffteilchen zugeführt. Dabei
ist festzuhalten, daß Fig. 1 sich auf das Prinzip der
Druckkohlenstaubfeuerung bezieht, diese Ausgestaltung des
Mischreaktors jedoch nicht darauf beschränkt sein soll.
Der in den Mischreaktor eingebrachte Feststoffstrom hat in einer
Ausgestaltung der Erfindung dieselbe oder im wesentlichen
dieselbe Temperatur wie das Gas. In einer anderen Ausgestaltung
weist er eine geringere Temperatur als das zu reinigende Gas
auf. Dadurch wird der zu reinigende Gasstrom gleichzeitig
gekühlt. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn die
Temperatur des erzeugten Gasstroms höher ist als die
Temperaturverträglichkeit der sich anschließenden Turbine.
Bezüglich der Absolutwerte für die Temperatur des
Feststoffstroms bestehen keine notwendigen Vorgaben; desgleichen
nicht für die Temperaturdifferenz zum Gasstrom. Die Absolutwerte
errechnen sich aus der Menge der zuzugebenden Materialien pro
Rauchgasmengen-Einheit, der Wärmekapazität der beteiligten
Komponenten, der Temperaturdifferenz, die erreicht werden soll,
und der Ist-Temperatur des zu reinigenden Rauchgasstroms. Ist
beispielsweise ein Rauchgas zu reinigen, das bei der
Druckkohlenstaubfeuerung entsteht, so ist üblicherweise von
einer Temperatur des Rauchgases von etwa 1500 bis 1700°C
auszugehen. Da nach dem derzeitigen gängigen Stand der Technik
einer Turbine ein Gas mit einer Maximaltemperatur von etwa
1200°C zugeführt werden kann, im Extremfall mit bis zu 1350°C,
kann bzw. sollte in diesem Beispiel die Temperatur um mindestens
etwa 150 K und maximal etwa 500 K abgesenkt werden, um eine
optimale Gastemperatur für die Turbine zu erhalten.
Wie erwähnt, hängen die zu wählenden Temperaturen für den in den
Mischreaktor einzuführenden Feststoffstrom von einer Vielzahl
von Parametern ab. Zu den genannten physikalischen Parametern
treten solche der Verfahrensführung wie gewünschte Rückführrate
und Menge der eingesetzten Feststoffpartikel und die Temperatur,
bei der einzelne Schritte der Reinigung der wieder in den
Kreislauf einzuschleusenden Partikel ausgeführt werden können
oder müssen. Es läßt sich jedoch sagen, daß die Temperatur der
Feststoffpartikel bevorzugt mindestens um 100 K, stärker
bevorzugt um 400-500 K, ganz besonders bevorzugt mindestens um
800 K niedriger liegt als die des Rauch- oder sonstigen
Gasstroms. Sie kann auch um ca. 1400 K darunterliegen, wenn
nämlich Feststoffpartikel von Umgebungs- bzw. Raumtemperatur
oder nur wenig darüber eingebracht werden sollen.
Wenn der mit der Schmutzfracht beladene Feststoff in einem
Kreislauf rezykliert wird und relativ große Teile davon wieder
zum Einsatz gelangen, wird man bestrebt sein, den
Feststoffpartikeln während der Reinigung möglichst wenig
Wärmeenergie zu entziehen und sie mit relativ hoher Temperatur
wieder in den Mischreaktor einzuschleusen. Wenn dagegen ein
Großteil des zugesetzten Feststoffstroms aus erstmals
eingesetztem Material besteht, geht in die Energiebilanz auch
die zum Aufheizen dieses Stroms benötigte Wärme ein. Weiterhin
hängt die Menge des Feststoffstroms von den tatsächlichen
Verunreinigungen des Rauchgases, d. h. unter anderem von der
Zusammensetzung der zu verfeuernden Kohle, den gewählten
Verbrennungsverfahren sowie von anderen Parametern im
Verbrennungskessel ab. Selbstverständlich müssen ausreichende
Mengen an Feststoff zugesetzt werden, um die flüssigen oder
klebrigen Ascheteilchen und/oder die gasförmigen Alkalien
wirksam abzufangen. Wenn eine so große Menge an "neuem"
Feststoff eingebracht werden muß, daß dieser, würde er bei
Umgebungstemperatur eingesetzt, das Rauchgas auf eine den
Gesamtwirkungsgrad beeinträchtigende Temperatur absenken würde,
so ist es natürlich vorzuziehen, den Feststoff vor dem
Einbringen in den Mischreaktor auf eine geeignete Temperatur
vorzuwärmen.
Die gegebenenfalls erfolgende Gaskühlung erfolgt über einen
Temperaturausgleich zwischen fluider und fester Phase. Auf den
Oberflächen der "kühleren" Partikel des zugesetzten
Feststoffstroms kondensieren bzw. adsorbieren dabei die
"heißeren" alkalischen Verbindungen. Außerdem laufen an den
Feststoffoberflächen (insbesondere bei Gettermaterialien)
Sorptionsprozesse ab, die eine physikalische oder chemische
Einbindung der heißen Alkalien in die Gettermatrix bewirken.
Auch durch die bereits voranstehend beschriebene Abscheidung
klebriger oder flüssiger "heißer" Partikel erfolgt ein
Temperaturausgleich.
Als Materialien für den zuzusetzenden Feststoffstrom können
Inert- oder Gettermaterialien verwendet werden, wie sie bereits
aus dem Stand der Technik bekannt sind. Es handelt sich
beispielsweise um Silicium- und Aluminiumoxide wie Tonerde,
Bauxit, Dolomit, Quarzsand und dergleichen bzw. entsprechende
Mischungen hiervon. Insbesondere Aluminiumoxide reagieren mit
den im Gas vorliegenden Alkalien zu Substanzen, die keinen
bemerkenswerten Dampfdruck mehr besitzen. Außerdem können
katalytisch aktive Substanzen wie beispielsweise Eisen(III)-Oxid
eingebracht werden, die die Wirkung der Gettermaterialien
fördern und verbessern können.
Der Feststoffstrom sollte bevorzugt aus relativ kleinen
Partikeln bestehen, beispielsweise im Bereich von 0,005 bis
10 mm, bevorzugt etwa 0,010 bis 0,5 mm. Je kleiner die Partikel
sind, desto größer ist die wirksame Oberfläche, die zur
Adsorption von gasförmigen Alkalien bzw. zur Einbindung
flüssiger oder klebriger Teilchen zur Verfügung steht. Aus dem
gleichen Grunde sind poröse Partikel besonders bevorzugt.
Insbesondere dann, wenn klebrige, partiell angeschmolzene oder
schmelzflüssige Partikel im Gas vorhanden sind, lassen sich
relativ kleine Feststoff-Partikel für deren physikalische
Adsorption mit guten Ergebnissen einsetzen, da die entstehenden
Teilchen durch die Klebrigkeit zu größeren Partikeln
agglomerieren.
In einer spezifischen Ausgestaltung der Erfindung werden
Gettermaterialien oder andere Substanzen, die auch für den
erfindungsgemäß einzusetzenden Feststoffstrom mit geringerer
Temperatur vorgesehen werden können, zusätzlich bereits vorab in
die erste oder einzige Brennkammer eindosiert. Auf diese Weise
kann die Anbindung von Alkalien in die Asche verbessert werden,
so daß ein verringerter Anteil der Alkaliverbindungen im
Rauchgas in gasförmiger Form vorliegt und im Mischreaktor
gebunden und abgeschieden werden muß.
Nach dem Passieren des Mischreaktors wird das feststoffbeladene
Gas in eine Abscheideeinrichtung geführt, um die Entfernung der
mit Alkalien und den zuvor klebrigen, partiell angeschmolzenen
oder flüssigen Feststoffteilchen beladenen Partikel des
zugesetzten Feststoffstroms aus dem Rauchgas zu bewirken. Auch
nichtklebende Partikel des Rauchgases werden, sofern vorhanden,
in dieser Stufe mitabgeschieden. Es handelt sich dabei bevorzugt
um einen Zyklon, wie in Fig. 1 dargestellt. Ein solcher eignet
sich bevorzugt als Abscheideeinrichtung bei langen
Betriebszeiten. Anstelle eines Zyklons können auch Schwerkraft-,
Trägheits- oder andere Fliehkraftabscheider eingesetzt werden.
Beispiele sind Sichter, Prallblech-, Lamellen- oder
Umlenkabscheider. Die genannten Abscheider können auch so
ausgelegt werden, daß sie mit hohem Abscheidegrad die mit
definierter Korngröße (monodispers) eingebrachten
Gettermaterialien aus dem Gasstrom abtrennen.
Je nach Wirkungsgrad des zuvor beschriebenen gewählten
Abscheiders ist es unter Umständen empfehlenswert, das Gas
anschließend in eine Entstaubungseinrichtung zu führen, um es
von restlichen Feinteilchen zu befreien und die Entstaubung auf
den geforderten Reinheitsgrad zu ermöglichen. Bei der
Entstaubungseinrichtung kann es sich um filternde Abscheider
handeln. So ist z. B. ein Kerzenfilter gut geeignet. Auch
Schüttschichtfilter, Wabenfilter und Schaumkeramiken sind
möglich. Je nach Kapazität dieser Entstaubungseinrichtung und
der Belastung des bei der Verbrennung entstandenen Rauchgases
kann dabei unter Umständen auf die oben beschriebene,
vorhergehende Abscheidung mittels Zyklon oder dergleichen
verzichtet oder in Bezug auf den Abscheidegrad eingeschränkt
werden. Dies ist insbesondere dann angebracht, wenn im
nachfolgenden Trennschritt mit Precoat-Effekten durch
Gettermaterialien gearbeitet werden soll.
Bei einer druckaufgeladenen Feuerung wie der
Druckkohlenstaubfeuerung wird das Gas, hier ein Rauchgas, als
nächstes in einer Turbine entspannt, bevor es in einen
Dampferzeuger geleitet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahrensprinzip ist in Fig. 1 anhand des
Schemas für die Rauchgasreinigung einer Druckkohlenstaub
feuerungsanlage dargestellt. Der Mischreaktor zum Vermischen von
Gas und Feststoffstrom ist mit 1 bezeichnet, der bevorzugt eine
Einschnürung 14 aufweist, hinter der die Einspeisung des
Feststoffstroms erfolgt. Mit 2 ist ein Zyklon bezeichnet, mit 3
ein Kerzenfilter. Nach Durchströmen des Kerzenfilters wird das
Rauchgas zum Entspannen der Turbine 4 zugeführt und anschließend
in den Dampferzeuger 5 geleitet. Fig. 1 zeigt weiterhin
schematisch einen vollständigen Kreislauf der
Feststoffmaterialien, innerhalb dessen eine Reihe von
Reinigungsschritten vorgesehen ist. Der im Zyklon 2 und im
Kerzenfilter 3 abgeschiedene Feststoff kann mittels beliebiger
Feststoffaustragskomponenten, die mit 6a und 6b bezeichnet sind,
in einen Feststoffkühler 7 geführt und dort auf beispielsweise
100 bis 1000°C abgekühlt werden. Dazu können z. B. Rieselbett-,
Wanderbett- oder Fließbettkühler eingesetzt werden. Wird ein
Wirbelbettkühler eingesetzt, kann als Wirbelluft Rauchgas bzw.
kalte oder vorgewärmte Frischluft verwendet werden, die
anschließend als Rezirkulationsluft bzw. Sekundärluft in den
Reaktor 1 eingeleitet wird. Der Kühlkreislauf kann dagegen mit
dem Wasserkreislauf bzw. Dampferzeuger 5 gekoppelt werden, indem
beispielsweise Dampf in den Tauchheizflächen überhitzt wird. Es
ist aber auch eine Kühlung mit Wasser realisierbar, so daß im
Vergleich zur Dampfüberhitzung tiefere Feststofftemperaturen
erzielt werden können und damit eine niedrigere
Feststoffbelastung des Reaktors 1 möglich ist.
Der gekühlte Feststoff wird dann über einen Klassiervorgang von
Grobkorn (insbesondere agglomerierten Partikeln) und Feinkorn
(insbesondere Abrieb, Feinstäuben) befreit. Dies ist in der
Fig. 1 unter dem Bezugszeichen 8 dargestellt. Vor oder hinter
der Klassierung wird ein Teil des Feststoffstroms vorzugsweise
durch Frischmaterial ersetzt (in der Figur ist der
Feststoffaustausch mit den Pfeilen von und zur Ziffer 9
angedeutet). Zum Ausgleich von Lastwechseln und zum An- und
Abfahren der Anlage ist vorzugsweise zudem ein
Rezirkulationssilo vorgesehen, welches an beliebiger Stelle vor,
zwischen oder hinter der Reihe von Vorrichtungen zur
Klassierung 8 und zum Feststoffaustausch 9 eingeordnet werden
kann. Auf das Rezirkulationssilo kann verzichtet werden, wenn
der Fließbettkühler so ausgestaltet wird, daß er die Aufgaben
zur Steuerung des Massenstrom- und Temperaturhaushaltes
übernehmen kann. Ebenso kann im Fließbettkühler, aber auch an
jeder anderen Stelle des Feststoffkreislaufes, die Feststoff
ein- und -ausschleusung stattfinden.
Bei unter Druck stehenden Feuerungsverfahren besteht außerdem
die alternative Möglichkeit, den Feststoffstrom nach Verlassen
der Feststoffaustragskomponenten (6a und 6b in der Fig. 1) zu
entspannen, um eine Desorption von Alkaliverbindungen in die
Gasatmosphäre zu bewirken. Entsprechend ist in Fig. 1 eine mit
11 bezeichnete Entspannungseinheit dargestellt. In diesem Fall
besteht dann die Möglichkeit, einen oder mehrere der
nachfolgenden Vorrichtungsteile atmosphärisch zu betreiben,
bevor spätestens vor der Feststoffeintragseinrichtung (in
Fig. 1 mit 13 bezeichnet) eine Druckaufbaueinheit anzuordnen
ist (in Fig. 1 mit 12 bezeichnet), da der Feststoffeintrag in
den Mischreaktor erfindungsgemäß nicht mit Hilfe eines
Trägergases erfolgt. Der Eintrag in den Mischreaktor kann dann
mit Hilfe eines unter Druck stehenden Feststoffzuteilers,
beispielsweise einer Schnecke oder dergleichen, bewirkt werden.
Die Komponenten 9, 11 und 12 können gegebenenfalls auch als
Doppelkammerschleuse ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Zugabe eines Feststoffs mit einer deutlich
geringeren Temperatur als der des Rauchgases bewirkt in
vorteilhafter Weise eine erwünschte Kühlung des Rauchgases, die
physikalische und/oder chemische Ad- bzw. Absorption
alkalischer, gasförmiger Verbindungen sowie die Abscheidung
insbesondere klebriger, partiell angeschmolzener oder
schmelzflüssiger Partikel.
Nachstehend soll die vorliegende Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Beispielhaft werden Rauchgasströme betrachtet, die in einer
atmosphärischen oder druckaufgeladenen Feuerung (beispielsweise
Schmelzkammerfeuerung oder Druckkohlenstaubfeuerung) entstehen,
Partikel und alkalische Bestandteile (vor allem Natrium- und
Kaliumverbindungen) enthalten sowie eine Temperatur von etwa
1600°C aufweisen.
Aus einer vereinfachten Energiebilanz kann für die Abkühlung
eines derartigen Rauchgases um 300 K der benötigte
Gettermaterialstrom abgeschätzt werden. Unter der Annahme, daß
als Gettermaterial Quarzsand mit einer Eintrittstemperatur von
600°C verwendet wird, benötigt man 0,75 kg Quarzsand pro
Kilogramm Rauchgas.
Soll ein anderes Material als Quarzsand verwendet werden, so
berechnet sich die zuzusetzende Menge entsprechend, wobei eine
möglicherweise andere Wärmekapazität dieses Materials zu
berücksichtigen ist.
Claims (14)
1. Verfahren zum Abscheiden von gasförmigen
Alkaliverbindungen und/oder flüssigen, angeschmolzenen
oder klebrigen Feststoffteilchen aus einem heißen
Gasstrom, umfassend das Einleiten des heißen, die
Alkaliverbindungen und/oder Feststoffteilchen enthaltenden
Gasstroms in einen Mischreaktor und das In-Kontakt-Bringen
des Gasstroms in diesem Mischreaktor mit einem
partikelförmigen Feststoff.
2. Abscheideverfahren nach Anspruch l, weiterhin umfassend
das darauf folgende Abt rennen wesentlicher Teile der
Feststofffracht durch Überführen des feststoffbeladenen
Gasstroms in einen Schwerkraft-, Fliehkraft- oder
Trägheitsabscheider, insbesondere in einen Zyklon,
Prallblech-, Lamellen- oder Umlenkabscheider.
3. Abscheideverfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
weiterhin umfassend das anschließende Überführen des
erhaltenen Gasstromes in eine filternde
Entstaubungseinrichtung, insbesondere ausgewählt unter
Kerzenfiltern, Wabenfiltern, Schüttschichtabscheidern und
Schaumkeramiken.
4. Abscheideverfahren nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der partikelförmige
Feststoff mindestens eine um etwa 50 K oder mindestens
eine um etwa 400 K oder mindestens eine um etwa 800 K oder
mindestens eine um etwa 1000 K niedrigere Temperatur
aufweist als der Gasstrom.
5. Abscheideverfahren nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel des
Feststoffs einen durchschnittlichen Durchmesser zwischen
0,01 und 0,5 mm aufweisen.
6. Abscheideverfahren nach einem der voranstehenden
Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der
partikelförmige Feststoff im wesentlichen aus Oxiden des
Siliciums und/oder Aluminiums besteht.
7. Abscheideverfahren nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der partikelförmige Feststoff im
wesentlichen aus Quarzsand und/oder Bauxit besteht.
8. Abscheideverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der partikelförmige Feststoff
weiterhin mindestens eine gegenüber Bestandteilen der
Alkaliverbindungen und/oder flüssigen, angeschmolzenen
oder klebrigen Teilchen katalytisch wirksame Substanz,
vorzugsweise ein Eisenoxid, enthält.
9. Abscheideverfahren nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas eine
Temperatur im Bereich von mindestens 1300°C, bevorzugt
mindestens 1500°C aufweist und/oder der partikelförmige
Feststoff eine Temperatur im Bereich von
Umgebungstemperatur bis 1000°C, bevorzugt von bis zu 600°C
aufweist und/oder daß die Temperaturerniedrigung des
Gasstroms durch Zusatz dieses Feststoffs mindestens etwa
100 K, bevorzugt mindestens etwa 300 K und maximal etwa
500 K beträgt.
10. Abscheideverfahren nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich bereits
vorab weiterer Feststoff in einen Reaktionsraum eindosiert
wird, in dem das zu reinigende Gas entsteht, wobei es sich
bei diesem Feststoff chemisch und physikalisch um einen
solchen handelt, wie er in einem der Ansprüche 5 bis 8
definiert ist.
11. Abscheideverfahren nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des
Gases im Mischreaktor 0,02 bis 10 Sekunden beträgt.
12. Vorrichtung zum Abscheiden von gasförmigen
Alkaliverbindungen und/oder flüssigen, angeschmolzenen
oder klebrigen Feststoffteilchen aus heißen Gasströmen,
umfassend:
- - einen Mischreaktor, in dem das Gas mit einem partikelförmigen Feststoffstrom in Kontakt gebracht werden kann, wobei der Mischreaktor eine Einschnürung sowie eine Feststoffzuführeinrichtung für Feststoffpartikel aufweist, die, in Richtung des Gasstroms gesehen, hinter der Einschnürung liegen, sowie
- - einen Schwerkraft-, Fliehkraft- oder Trägheitsabscheider, der so mit dem Mischreaktor in Verbindung steht, daß das mit dem Feststoff angereicherte Gas in den Abscheider eintreten kann, und/oder
- - eine Entstaubungseinrichtung, die dem Abscheider ggf. nachgeschaltet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
als Fliehkraftabscheider ein Zyklon vorgesehen ist und daß
als Entstaubungseinrichtung ein Kerzenfilter vorgesehen
ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schwerkraft-, Fliehkraft- oder
Trägheitsabscheider in den Mischreaktor integriert ist
oder sich unmittelbar an diesen anschließt.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19858675A DE19858675A1 (de) | 1998-07-27 | 1998-12-18 | Verfahren zum Abscheiden von gasförmigen Alkaliverbindungen und/oder flüssigen, aufgeschmolzenen oder klebrigen Feststoffteilchen aus heißen Gasströmen |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833773 | 1998-07-27 | ||
DE19857363 | 1998-12-11 | ||
DE19858675A DE19858675A1 (de) | 1998-07-27 | 1998-12-18 | Verfahren zum Abscheiden von gasförmigen Alkaliverbindungen und/oder flüssigen, aufgeschmolzenen oder klebrigen Feststoffteilchen aus heißen Gasströmen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19858675A1 true DE19858675A1 (de) | 2000-02-24 |
Family
ID=26047717
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19858675A Withdrawn DE19858675A1 (de) | 1998-07-27 | 1998-12-18 | Verfahren zum Abscheiden von gasförmigen Alkaliverbindungen und/oder flüssigen, aufgeschmolzenen oder klebrigen Feststoffteilchen aus heißen Gasströmen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19858675A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009042013A1 (de) * | 2009-09-21 | 2011-03-24 | Outotec Oyj | Zyklon für die Abscheidung klebriger Partikel aus Gasströmen |
CN106237830A (zh) * | 2016-08-30 | 2016-12-21 | 中国神华能源股份有限公司 | 一种石灰石输送***的注料控制方法及*** |
CN110559776A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-12-13 | 北京矿冶科技集团有限公司 | 一种电解质高温烟气的处理装置 |
-
1998
- 1998-12-18 DE DE19858675A patent/DE19858675A1/de not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009042013A1 (de) * | 2009-09-21 | 2011-03-24 | Outotec Oyj | Zyklon für die Abscheidung klebriger Partikel aus Gasströmen |
US8657934B2 (en) | 2009-09-21 | 2014-02-25 | Outotec Oyj | Cyclone for separating sticky particles from gas streams |
DE102009042013B4 (de) * | 2009-09-21 | 2015-05-07 | Outotec Oyj | Zyklon für die Abscheidung klebriger Partikel aus Gasströmen |
CN106237830A (zh) * | 2016-08-30 | 2016-12-21 | 中国神华能源股份有限公司 | 一种石灰石输送***的注料控制方法及*** |
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