DE2217131A1 - Verfahren und vorrichtung zum chemischen konditionieren eines partikel mitfuehrenden gasstroms - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum chemischen Konditionieren eines Partikel mitführenden Gasstroms Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum chemischen Konditionieren eines Partikel mitführenden Gasstroms zwecks Verbesserung der Ausfäll-Charakteristiken der mitgeführten Partikel.
• Die Erfindung bezieht sich also generell auf Gasabscheidung und betrifft insbesondere Verfahren zur Gasabscheidung, bei denen Gase und Dämpfe elektrischen Feldern zugeführt werden.
• Zum Sammeln von Staubteilchen in einem Gasstrom, der diese Teilchen mitführt, ist es üblich, eine elektrostatische Ausfäll-Vorrichtung zu verwenden. In einer solchen Vorrichtung werden die Teilchen bzw. Partikel durch eine elektrische Sprühentladung ionisiert, wenn sie ein Ionisationsfeld passieren, das von einer Anzahl parallel zu einer geerdeten Sammel-Elektrodenplatte aufgehängter elektrischer Entladungsdrähte gebildet wird. Die ionisierten Teilchen werden von der Elektrodenplatte angezogen, von der sie durch Schütteln oder Klopfen der Platte entfernt werden können. Beispiele einer solchen Ausfäll-Vorrichtung finden sich in den US-Patenten Staubteilchen haben je nac ihrer Herkunft unterschiedliche Ausfäll-Charakteristiken. Eine solche Charakteristik ist der spezifische elektrische Widerstand, der in Ohm cm gemessen wird. Rühren die Teilchen beispielsweise von einem Eoiler mit Kohlefeuerung her, so besteht im allgemeinen eine vorhersagbare Beziehung zwischen der Art der verfeuerten Kohle und dem spezifischen Widerstand der Teilchen. So erzeugt Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt, nämlich unter 1% Schwefel, Teilchen mit hohem spezifischen Widerstand, z.B. io13 Ohm cm; Kohle mit 3 - 5% Schwefel erzeugt Teilchen mit 108 ~ 1010 Ohm cm Widerstand; und Kohle mit geringem Heizwert ergibt Teilchen mit 10 - 105 Ohm cm Widerstand.
• Es wurde bereits gefunden, daß die wirksamste Sammlung bzw.
• Ausfällung von Teilchen erfolgt, wenn ihr spezifischer Widerstand etwa 108 Ohm cm beträgt. Ist der spezifische Widerstand höher, so wird der Ausfäll-Vorgang behindert, weil die Teilchen ihre Ladung zu behalten scheinen; auf der Elektrodenplatte in einer Schicht angesammelte Teilchen scheinen negativ geladen zu bleiben, so daß nachfolgend im Gasstrom auftretende Teilchen nicht mehr von der Elektrodenplatte angezogen werden, wodurch der Wirkungsgrad der Vorrichtung absinkt. Wenn dagegen umgekehrt der spezifische Widerstand niedriger als 108 Ohm cm ist, scheinen die Teilchen ihre Ladung bei Berührung mit der Elektrodenplatte rasch zu verlieren, wodurch es schwierig wird, die Teilchen an der Elektrodenplatte festzuhalten, so daß diese wieder von dem Gasstrom mitgerissen werden, wodurch wiederum der Wirkungsgrad der Vorrichtung erheblich beeinträchtigt wird. Haben die Teilchen dagegen den günstigsten Widerstand, so ergibt sich als Mittelweg zwischen zu stark oder zu gering geladenen Teilchen ein entsprechender Anstieg des Wirkungsgrades beim Ausfällen.
• Der spezifische Gesamtwiderstand von zu konditionierenden Partikeln kann gewünschtenfalls durch Messung des spezifischen Gesamtwiderstands einer Probe dieser Partikel nach der Vorschrift des American Society of Mechanical Engineers Power Test Code No. 28 (ASME PTC28) mit dem Titel Determining the Properties of Fine Particulate Matter" ermittelt werden (Abschnitt 4.05 beschreibt die Measurement of Resistivity (Messung des spezifischen Widerstands)" und Fig. 7 - 10 im Anhang beschreiben die zum Messen des spezifischen Widerstands verwendete Vorrichtung). Obwohl durch einen solchen Versuch der spezifische Gesamtwiderstand der Partikel zu ermitteln ist, braucht eine solche Widerstandsmessung für die praktische Ausführung der vorliegenden Erfindung nicht durchgeführt zu werden, weil das Konditionie rein der Partikel gemäß der Erfindung unabhängig vom Gesamtwiderstand der Partikel ist, weil die Menge des gewählten Konditioniermittels nicht von dem ursprünglichen spezifischen Gesamtwiderstand der Partikel abhängig ist.
• Versuche zum Beeinflussen bzw. Steuern des spezifischen Widerstands der Partikel sind bisher ohne Erfolg gemacht worden. Z.B. wurden schon verschiedene Chemikalien in die Gasströmung injiziert, beispielsweise Wasser; wasserfreier Ammoniak; Wasser und Ammoniak; Schwefelsäure; Schwefel trioxyd; und Phosphorsäure. Diese Chemikalien wurden stets injiziert zur Reaktion an Ort und Stelle mit anderen natürlicherweise im Gas strom enthaltenen Chemikalien in der Hoffnung, dadurch ein Konditioniermittel innerhalb des Gasstroms zu bilden. Das Ergebnis war eine ungeordnete und unkontrollierbare Verteilung -des spezifischen Widerstands der Partikel im Gas mit vollkommener Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung des Gases und/oder der Partikel im Gas. Beispiele von und Hinweise auf in einen Gasstrom injizierte Chemikalien und die dadurch gebildeten Konditioniermittel lassen sich beispielsweise in den nachstehend aufgeführten Patenten für die gleichfalls nachstehend aufgeführten injizierten zusätze finden: Wasser - U.S.2,746,56 G.B. 932,895; Ammoniak - U.S. 1,291,745, U.S. 2,356,717; Wasser und Ammoniak - U.S. 2,501,435, U.S. 3,523,407; Schwefelsäure - U.S. 2,746,563, G.B. 932,895, U.S. 2,602,734; Schwefeltrioxyd - U.S. 2,746,563, G.B. 932,895, G.B. 933,286; und Phosphorsäure - U.S. 3,284,990.
• Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher, ein verbessertes und kontrollierbares Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zum Konditionieren eines Partikel führenden Gasstromes zu schaffen, durch das die Ausfäll-Charakteristiken der mitgeführten Partikel verbessert werden,und insbesondere den spezifischen elektrischen Widerstand der Partikel zu beeinflussen unabhängig davon, ob diese ursprünglich hohen oder niedrigen spezifischen Widerstand aufweisen, wobei dieses Verfahren außerdem unabhängig von den chemischen Charakteristiken des Gases oder der Partikel im Gas erfolgreich durchführbar ist.
• Es wurde nämlich gefunden, daß ein Partikel-führender Gasstrom zum Verbessern der elektrostatischen Sammelcharakteristiken der Partikel dadurch beeinflußt werden kann, daß vorbestimmte Mengen eines Konditioniermittels in den Gas strom injiziert werden, bevor dieser in die elektrostatische Ausfäll-Vorrichtung eintritt. Das Konditioniermittel besteht aus einer Salzlösung wie z.B. eine Lösung von Ammoniumsulfat r(NH4)2 S04 )2 SO, 7 oder eine Lösung von Ammoniumbisulfat (NH4HSO4). Die Injektion erfolgt vorzugsweise in eine Gasleitung, welche die Gasquelle mit der Ausfäll-Vorrichtung verbindet. Falls die Gasleitung einen Luftvorwärmer enthält, erfolgt die Injektion vorzugsweise stromabwärts von diesem Vorwärmer.
• Das Konditioniermittel besteht vorzugsweise aus einer wässrigen Lösung, welche 10 - 20 Gewichtsprozent von dem Salz und in Ergänzung 90 - 80 Gewichtsprozent Wasser enthält.
• Die bevorzugte Menge dieser in den Gasstrom zu injizierenden Salzlösung liegt zwischen 10 und 20 Volumenteilen des Konditioniermittels auf 1 Million Volumenteile des zu konditionierenden Gases. Da das Wasser in der Lösung lediglich als Träger dient, muß eine ausreichende Menge der wässrigen Lösung injiziert werden um zu gewährleisten, daß 10 - 20 Teile des Ammoniumsulfats bzw. Salzes auf 1 Million Teile des Gases, wie vorstehend angegeben, tatsächlich in den Gasstrom injiziert werden. Demgemäß bedeutet im folgenden jeder Hinweis auf die Menge injizierter Konditionierlösung, daß eine ausreichende Menge wässriger Lösung injiziert wird, um die bevorzugte Menge an injiziertem Ammoniumsulfat oder Ammoniumbisulfat zu erreichen.
• Vorzugsweise wird die Partikel-fuhrende Gasströmung der Konditionierlösung für nicht weniger als 0,25 Sek. bei einer Temperatur des Gases zwischen 240 und 8000F (etwa 115 - 4260C) ausgesetzt, bevor die mitgeführten Partikel von der elektrostatischen Ausfäll-Vorrichtung gesammelt werden. Diese Einwirkungszeit des Konditioniermittels auf den Gas strom wird nachstehend als Wirkzeit bezeichnet.
• Eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Injizieren eines Konditioniermittels weist mindestens eine an die Gasleitung angeschlossene Düse auf sowie einen Vorratsbehälter für das Konditioniermittel, eine Energiequelle zum Injizieren des Konditioniermittels in flüssiger Form (vorzugsweise zerstäubt) und eine Meßeinrichtung zum Steuern der injizierten Menge im Verhältnis zum Volumen oder Gewicht des Gases, in das injiziert wird.
• Das vorstehend angegebene Verfahren verbessert die Ausfäll-Charakteristiken generell und unabhängig von den ursprünglichen Charakteristiken des Gases und der Partikel. Insbesondere wird der spezifische Widerstand der Partikel auf etwa 106 - 101° Ohm cm eingesteuert, unabhängig davon, ob die Partikel normalerweise niedrigen oder hohen spezifischen Widerstand haben. Weiter wird aufgrund der Tatsache,daß eine Reaktion mit den Chemikalien an Ort und Stelle nicht erforderlich ist, eine Verbesserung der Ausfäll-Charakteristiken erzielt, ohne daß eine Abhängigkeit von den chemischen Charakteristiken des Gasstromes oder der in diesem mitgeführten Partikel besteht.
• Die Verwendung des Konditioniermittels ist sogar dann von Vorteil, wenn der spezifische Mengenwiderstand der mitge-8 führten Partikel die bevorzugte Größe von etwa 108 Ohm cm hat, die als optimal für das Ausfällen von Partikeln aus einem Gas angesehen wird. Als Grund hierfür wird angesehen, daß der spezifische Gesamtwiderstand ein Durchschnittswert der Widerstände der einzelnen Partikel in der Menge ist, daß also die Menge der Partikel normalerweise einen großen Anteil an Partikeln mit hohem spezifischem Widerstand und einen großen Anteil mit geringem spezifischem Widerstand enthält, die bei der Feststellung des spezifischen Gesamtwiderstands einander aufheben und dadurch den spezifischen Gesamtwiderstand von 108 Ohm cm ergeben. Dagegen ist aber der Wirkungsgrad der Ausfällung vom spezifischen Widerstand der einzelnen Partikel abhängig. Der Fähigkeit des Konditioniermittels, den spezifischen Widerstand von Partikeln mit geringem spezifischem Widerstand anzuheben und den von Partikeln mit hohem spezifischem Widerstand herabzusetzen, kommt daher entscheidende Bedeutung zu im Gegensatz zu den bisher verwendeten Konditioniermitteln, die offenbar nur in der Lage waren, den spezifischen Widerstand von Partikeln mit hohem Widerstand herabzusetzen.
• Weitere Ziele und Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigen: Fig. 1 schematisch einen Boiler, der über eine Abgasleitung mit einer elektrostatischen Ausfäll- Vorrichtung verbunden ist, wobei in die Leitung ein Luftvorwärmer eingeschaltet ist; Fig. 2 schematisch eine geeignete Vorrichtung zum Injizieren des Konditioniermittels in den Abgas strom mit der bevorzugten Lage der Injektionsstelle ; Fig. 3 ein Diagramm, dem die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu entnehmen ist; und Fig 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2, der eine reihenweise Anordnung von Injektionsdüsen an der Abgasleitung zeigt.
• Gemäß der bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine vorbestimmte Menge einer Lösung von Ammoniumsulfat, (NH4)2 S04, in eine Gasströmung an einer Stelle vor dem Eintritt des Gases rund der mitgeführten Partikel in eine elektrostatische Ausfäll-Vorrichtung injiziert, um eine Wirkzeit von mindestens 0,25 Sek. zu gewährleisten, wobei das Injizieren vorzugsweise stromabwärts von einem Luftvorwärmer in die den Gas strom führende Leitung erfolgt, und zwar vorzugsweise an einer Stelle, wo das Gas eine Temperatur von mindestens etwa 2400F (etwa 1150C), aber höchstens etwa 8000F (etwa 426°C) hat. Vorzugsweise liegt die Menge der injizierten Lösung zwischen 10 und 20 VolumteilenSC je Million Volumteile des Gases, obwohl auch mit nur 5 Volumteilen oder aber sogar mit 30 Volumteilen/er Lösung je Million Volumteile des Gases gearbeitet werden kann. Weniger als 10 Teile des Konditioniermittels verbessern jedoch die Ausfäll-Charakteristiken der Partikel nicht wesentlich, während mehr als 20 Teile diese Charakteristiken nicht erheblich über das Maß hinaus verbessern, das mit 20 Teilen erreichbar ist. Es können auch die gleichen Mengen von *) des Konditioniermittels Ammoniumbisulfat, NH4HSO4, verwendet werden, aber Ammoniumsulfat ist wegen seiner niedrigeren Kosten und einfacheren Handhabung vorzuziehen.
• Die Erfindung wirkt sich in der Weise aus, daß der spezifische Widerstand von Partikeln mit normalerweise geringem Widerstand auf etwa das Optimum von 108 Ohm cm angehoben und andererseits der Widerstand von Partikeln mit normalerweise hohem Widerstand auf etwa den gleichen Wert von 108 Ohm cm gesenkt wird, also auf denjenigen spezifischen Widerstand, der den günstigsten Wert zum Ansammeln von Partikeln in einer elektrostatischen Ausfäll-Vorrichtung darstellt.
• Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Konditioniermittel unabhängig von dem chemischen Gehalt des Gases wirksam ist; d.h. die Wirksamkeit der Erfindung ist unabhängig davon, ob die Partikel oder das Gas ursprünglich irgendwelche besondere chemische Bestandteile enthalten, um an Ort und Stelle eine zur gewünschten Konditionierung führende chemische Reaktion zu ermöglichen. Diese Abhängigkeit von einer chemischen Reaktion stellt eine Unzulänglichkeit der bisher bekannten Verfahren dar, welche die Anwesenheit bestimmter Mengen anderer chemikalischer Bestandteile im Gasstrom erfordern. Da das Konditioniermittel nach der Erfindung in Lösungsform zur Anwendung gelangt, enthält es alle Elemente, die erforderlich sind, um die Staubteilchen bzw. Partikel im Gasstrom in der gewünschten Weise zu beeinflussen. Der Erfindung kommt daher heutzutage besondere Bedeutung zu, da ein allgemeiner Trend besteht, Kohle bzw. Heizmaterial mit geringem Schwefelgehalt zu verwenden.
• Was die Fähigkeit des Konditioniermittels anbelangt, den spezifischen Widerstand der Partikel zu erhöhen oder herabzusetzen, so wird diese Fähigkeit oder Eigenschaft hier der Einfachheit halber als solche bezeichnet, obwohl das Phänomen nicht voll erklärbar ist. Es wurde gefunden, daß Partikel aus Ammoniumsulfat in trocknem Zustand einen natürlichen Widerstand von 108 Ohm cm haben. Es wird angenommen, daß das injizierte Konditioniermittel den natürlichen oder normalen spezifischen Widerstand der Partikel dadurch beseitigt bzw.
• unterdrückt, daß die Partikel mit einem Film von Ammoniumsulfat überzogen werden. Auch ist von der Annahme ausgegangen worden, daß einige oder alle Partikel in dem Gasstrom an den injizierten Partikeln von Ammoniumsulfat haften können. Weiter wurde sogar vermutet, daß das Ammoniumsulfat eine Aglomeration der feinen Partikel, wie sie sich gewöhnlich im Gas finden, bewirkt, denn es ist allgemein bekannt, daß große aglomerierte Partikel grundsätzlich leichter durch elektrostatische Ausfällung zu sammeln sind als kleine Partikel. Es kann auch sein, daß das Ammoniumsulfat eine Art elektrischer Pufferwirkung hat, durch die trotz großer Unterschiede in der Zusammensetzung des Gases oder der darin mitgeführten Partikel ein bestimmter spezifischer Widerstand aufrechterhalten wird. Während das der Erfindung zugrundeliegende Phänomen nicht vollständig bekannt ist, sind ihre positiven Ergebnisse klar und überzeugend und im nachfolgenden wird hierauf generell als auf die Verbesserung der Ausfäll-Charakteristiken von Partikeln in einem Gasstrom Bezug genommen.
• Das Konditionieren erfordert keine extrem hohe Gastemperatur.
• Diese Eigenschaft ist von Vorteil, weil Kondensationserscheinungen leicht dort auftreten, wo Gase im Vorwärmer abgekühlt werden. Wenn irgendein Anfeuchten der Partikel erforderlich wäre, bevor das Gas durch einen üblichen Vorwärmer geführt wird, ergäbe die Kondensation eine Tendenz zum Verstopfen des Vorwärmers. Einige frühere Verfahren waren nur dann wirksam, wenn die Injektion in Gasströme erfolgte, deren Temperatur wesentlich höher lag, als die für die Erfindung erforderliche.
• Die Erfindung ist insofern überraschend, als bisher angenommen wurde - beispielsweise gemäß dem US-Patent 3 523 407 - daß die Anwesenheit von Ammoniumsulfat, (NH4)2 S04, in der Gasströmung durchaus schädlich sei und daher eine wirksame Maßnahme erfordere um zu gewährleisten, daß im Gasstrom Ammoniumbisulfat, NH4 HSO4, und nicht Ammoniumsulfat gebildet wird, und zu diesem Zweck wurde Ammonium und Wasser in die Gasleitung eingespritzt, und zwar an einer Stelle, wo die Gastemperatur vorzugsweise 4000F (etwa 204ob) betrug, gewöhnlich stromaufwärts vom Vorwärmer. Die Erfindung steht auch insofern im Gegensatz zur bisherigen Praxis, welche an Ort und Stelle, nämlich innerhalb des Gasstromes, eine chemische Reaktion von Ammonium und Wasser mit im Gas strom enthaltenen Chemikalien vorsah,weil diese Reaktion die Anwesenheit von Schwefeltrioxyd im Gasstrom für das Entstehen eines Reagenz zum Konditionieren der Partikel erforderte, wofür wiederum eine hohe Gastemperatur notwendig war. Da die höhere Gastemperatur gewöhnlich nur stromaufwärts vom Vorwärmer vorhanden ist, mußten gemäß der bisherigen Praxis die konditionierten Partikel mit der oben erwähnten Tendenz zu klumpen bzw. den Vorwärmer zu verstopfen durch diesen hindurchgeführt werden, insbesondere wenn eine hohe Temperatur aufrechtzuerhalten war. Da Ammoniumsulfat gemäß der Erfindung das Konditionieren der Partikel bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise 240 0F (etwa 115°C), ermöglicht, kann es injiziert werden, nachdem das Gas den Vorwärmer passiert hat, wodurch die Gefahr, diesen zu verstopfen, vermieden wird. Außerdem scheint das Verfahren nach der Erfindung trotz Injektion von Ammoniumsulfat in Lösungsform keine Bildung von Klumpen oder klebrigen Substanzen zu verursachen, die gewöhnlich für das Ausfällen schädlich sind.
• Gemäß der Erfindung liegt die bevorzugte Temperatur des Gasstroms an der Stelle, wo die Injektion erfolgt zwischen 240 und 8000F (etwa 115 und 4270C). Eine Injektion bei Temperaturen unterhalb von 24O0F ergibt nicht die große Verbesserung der Sammelcharakteristiken der Partikel, während bei Annäherung der Temperatur des Gasstroms an 8000F Ammonium aus dem Ammoniumsulfat frei werden kann. Diese Reaktion scheint beim Vorgang der Gasreinigung nicht reversibel zu sein, d.h. Ammonium vereinigt sich nicht wieder mit der Schwefelkomponente zu Ammoniumsulfat, wenn weiter stromabwärts eine Abkühlung des Gases erfolgt. Wenn der Gasstrom Schwefeltrioxyd enthält, ist es außerdem wahrscheinlich, daß das Ammonium mit diesem reagiert und Ammoniumbisulfat bildet, aber nicht so rasch, um mit diesem die Partikel zu konditionieren, ehe der Gasstrom noch in die Ausfäll-Vorrichtung eintritt.
• In Fig. 1 ist eine Vorrichtung nach der Erfindung schematisch als bei einem Kraftwerk angewendet dargestellt, das einen Boiler 10 mit Kohlefeuerung haben kann, dessen Abgas einer elektrostatischen Ausfäll-Vorrichtung 12 über Leitungen 16 und 18 durch einen Luftvorwärmer 14 hindurch zugeführt wird, der Wärme von dem Partikel führenden Abgas strom an die Frischluftzufuhr für den Beuler 10 abgibt.
• Die Ausfäll-Vorrichtung 12 enthält in üblicher Weise an einem Isolator 13 aufgehängte Entladungselektroden 11 und Kollektorelektroden 15, von denen nur eine gezeigt ist und die gleichfalls in üblicher Weise am Gehäuse der Vorrichtung abgestützt sind. Das vergleichsweise kühle Gas (300 - 4000F bzw. etwa 150 - 2050C) aus der Leitung 18 fließt gewöhnlich in einen Aufnahmeraum 17 und dann durch die Ausfäll-Vorrichtung 12 hindurch in einen Aufnahmeraum 19 und weiter in einen Abzug 21, von dem das gereinigte Gas an die Atmosphäre abgegeben wird.
• Der Vorwärmer 14 kann einer der verschiedenen bekannten Bauarten sein. Eine gebräuchliche Art weist ein zylindrisches Gehäuse auf, das um eine Achse 23 drehbar und mit einem Labyrinth von Metallgittern 25 angefüllt ist. Beim Drehen des Gehäuses kommt ein Teil der Gitter in Fluchtung mit den Leitungen 16 und 18. Das Abgas wird in dieses Gehäuse und durch die Gitter geleitet, die dabei erhitzt werden. Beim Weiterdrehen kommen die erhitzten Gitter in Fluchtung mit dem Lufteinlaß 20 und der Anschlußleitung 22. Die am Lufteinlaß 20 angesaugte Atmosphäre oder umgebende Luft strömt durch die erhitzten Gitter und wird dabei erwärmt. Die envärmte Luft wird über die Leitung 22 der Brennkammer des Boilers 10 zugeführt. Dichtungen 27 (Fig. 2) od. dgl. sind vorgesehen, damit der Vorwärmer 14 kontinuierlich arbeiten kann.
• Der Vorwärmer einer Kraftanlage erhält beispielsweise gewöhnlich Abgase, deren Temperatur bei etwa 65O0F (3430C) liegt.
• Das Gas tritt daher ziemlich kühl, gewöhnlich mit etwa 300 -4000F (150 - 2050C) in die Leitung 18 über. Die am Einlaß 20 angesaugte Luft wird im Vorwärmer 14 auf etwa 5000F (2600C) erwärmt und mit dieser Temperatur an die Leitung 22 weitergegeben.
• Die Konditionierlösung wird einfach aus gewöhnlichem Leitungswasser und handelsüblichem körnigem Ammoniumsulfat hergestellt.
• Vorzugsweise enthält die Lösung 10 - 20 Gewichtsprozent Ammoniumsulfat durch entsprechend 90 - 80 Gewichtsprozent Wasser zu 100% ergänzt. Der Anteil an Ammoniumsulfat kann jedoch wesentlich kleiner, etwa 5 Gewichtsprozent, und auch wesentlich größer, etwa 50 Gewichtsprozent, sein. Bei weniger als etwa 10% ist entsprechend mehr Wasser erforderlich, was unerwünscht ist. Bei mehr als 20% Ammoniumsulfat wird seine Lösung in der geringeren Wassermenge schwieriger. Die gewählte Konzentration ist eine Frage des Einzelfalls und hängt von den in der Lösung vorhandenen festen Bestandteilen ab, die u.U. zum Verstopfen der Düsen führen könnten. Bei schwacher Konzentration muß ein größeres Volumen der Lösung der Gas strömung beigegeben werden, um die gewünschte Menge von Ammoniumsulfat im Gasstrom zu erhalten.
• Wenn Ammoniumbisulfat verwendet wird, kann dieses beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß 0, 454 kg AmmoniumsulfaS körner und etwa 0,33 kg konzentrierter Schwefelsäure in Wasser gelöst werden. Diese Mischung ergibt 0,785 kg Ammoniumbisulfat in Wasser. Die Bisulfatmenge in dem Wasser sollte ungefähr 10 - 20 Gewichtsprozent betragen bei entsprechend 90 - 80 Gewichtsprozent Wasser.
• Die Injektionsrate der Lösung muß berechnet werden, da es sich beim Konditionieren des Gases um einen dynamischen Vorgang handelt. Diese Rate ist für den Fachmann leicht zu bestimmen aufgrund der Lehre, daß 10 - 20 Volumenteile Ammoniumsulfat oder 10 - 20 Volumenteile Ammoniumbisulfat in 1 Million Volumenteile Gas injiziert werden sollen.
• Das Ammoniumsulfat scheint eine Affinität für Staubteilchen zu besitzen. Es wird angenommen, daß die meisten, wenn nicht gar alle dieser Partikel oder Teilchen, der Kohditionierwirkung des Ammoniumsulfats unterliegen. Eine Wirkzeit,während deren das Ammoniumsulfat die Gasströmung beeinflußt, ist erforderlich. Wenigstens 0,25 Sek., vorzugsweise 1,5 Sek. Zeit für das Beeinflussen oder Verweilen ist erforderlich, um das gewünschte Konditionierphänomen zu erreichen. Daher sollte eine Injektionsdüse 31 am Ende einer Zuleitung 26 für die Lösung an der Gasleitung 18 in genügendem Abstand vom Eingang zur Ausfäll-Vorrichtung 12 angebracht werden, um die gewünschte Wlrkzeit sicherzustellen, wobei natürlich die Geschwindigkeit der Gas strömung bei der Berechnung des Abstandes zu berücksichtigen ist.
• Obwohl in Fig. 2 nur eine einzige Düse 31 gezeigt ist, werden Düsen vorzugsweise reihenweise an der Leitung 18 vorgesehen.
• Ein Beispiel einer solchen Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt.
• Gegebenenfalls können die Düsen an mehr als einer Seite oder (ohne daß dies dargestellt ist) an allen vier Seiten der Leitung 18 vorgesehen werden. Die Reihenanordnung gewährleistet eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung des onditioniermittels in der Gasströmung.
• Auch ist es nützlich, wenn auch nicht wesentlich, die Düsen 31 der Leitung 18 so anzuordnen, daß während der iirkzeit das Gas nicht Krümmungen der Gasleitung, Umlenkblechen oder anderen Hindernissen ausgesetzt ist, die die Reaktion negativ beeinflussen könnten.
• Die Größe und die Bauart der Düsen ist nicht von entscheidendem Einfluß. Natürlich ist es wünschenswert, die Partikel so gründlich wie möglich mit der Ammoniumsulfatlösung in Berührung zu bringen. Zweckmäßig ist es daher, die Lösung mit dem Konditioniermittel einzusprühen, so daß sich einzelne kleine Tröpfchen ergeben.
• Es hat sich auch als zweckmäßig erwiesen, eine Pumpe 29 für die Forderung der Konditionierlösung aus einem Vorratsbehälter 24 (Fig. 2), ein nachgeschaltetes Ventil 28 und Meßgerät 30 sowie die Injektionsdüsen 31 aus Werkstoffen herzustellen, die mit Ammoniumsulfat verträglich sind, um die Möglichkeit von Korrosion, Verstopfung u.s.w. weitgehend auszuschalten.
• Beispielsweise ist Messing im allgemeinen mit Ammoniumsulfat nicht verträglich und sollte daher nicht verwendet werden.
• Andererseits ist rostfreier Stahl relativ unempJ indlich gegen Ammoniumsulfat und daher geeignet.
• Für die verschiedenen Gasleitungen, Aufnahmeräume und die Ausfäll-Vorrichtung können die hierfür üblichen Werkstoffe verwendet werden, wie etwa weicher Stahl. Sie unterliegen offenbar keiner Korrosion durch die konditionierten Partikel und, da es sich um weite Querschnitte handelt, ist auch eine Verstopfung nicht zu befürchten.
• Der Wirkungsgrad einer elektrostatischen Ausfäll-Vorrichtung läßt sich nach dem Anteil von Partikeln oder Staub bestimmen, der noch vom Auslaß der Vorrichtung an die Atmosphäre abgegeben wird. Der Staubgehalt wird gewöhnlich in Grains je Kubikfuß Gas gemessen. Wie dem Diagramm der Fig. 3 zu entnehmen ist, hat ein typischer Flugasche-Ausfäller am Auslaß einen Staubgehalt von 0,4 Grains je Kubikfuß Gas von normaler Betriebstemperatur und normalem Betriebsdruck ohne die Verwendung eines Konditioniermittels. Die Kurven der Fig. 3 zeigen den Staubgehalt am Auslaß der Ausfäll-Vorrichtung als Funktion der injizierten Menge von Ammoniumsulfat. Wie ersichtlich, kann der Staubgehalt auf 0,15 Grains je Kubikfuß Gas durch Injektion von 15 Teilen Konditioniermittel je Million Volumteile Gas herabgesetzt werden; darüberhinaus läßt der Nutzeffekt von zusätzlichem Konditioniermittel bis zu 30 Teilen Konditioniermittel je Million Teile Gas nach, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Dabei darf nicht übersehen werden, daß verschiedene Variable wie Gastemperatur, Wirkzeit und die Menge von zu konditionierenden Partikeln oder Staubteilchen das Gesamtresultat beeinflussen. Daher liegt die Abnahme des Staubgehalts am Ausgang der Ausfäll-Vorrichtung gewöhnlich innerhalb des in Fig. 3 punktiert gezeigten Bereichs. Wenn der Staubgehalt am Ausgang normalerweise mehr oder weniger als 0,4 Grains je Kubikfuß Gas beträgt, liegt dessen Verminderung infolge Anwendung der vorliegenden Erfindung im wesentlichen proportional zu der in Fig. 3 wiedergegebenen Verminderung.
• Beim praktischen Betrieb der schematisch gezeigten Anlage wird der Beuler 10 befeuert und die Ausfäll-Vorrichtung 12 eingeschaltet. Wenn das den Vorwärmer 14 verlassende Abgas in der Leitung 18 die Temperatur von etwa 2400F (1150C) oder mehr erreicht, wird das Konditioniermittel durch Öffnen des Ventils 28 in die Gasströmung injiziert. Das Ventil wird entsprechend der gewünschten Menge von Konditioniermittel geöffnet, wobei die Menge durch Ablesen des Meßgeräts 30 feststellbar ist.
• Wie die genaue Ventileinstellung zu wählen ist, bestimmt sich nach dem Volumen der Gasströmung durch die Leitung 18. übliche (nicht gezeigte) Strömungsmesser können verwendet werden, um das in der Leitung 18 strömende Gasvolumen zu erfassen. Das konditionierte Gas wird über die Leitung 18 der Ausfäll-Vorrichtung 12 zugeführt, wo die meisten Partikel oder Staubteilchen in der üblichen Weise gesammelt werden. Der Vorwärmer 14 erhitzt, wie bereits erwähnt, die am Einlaß 20 aus der Atmosphäre angesaugte Luft und versorgt den Beuler 10 über die Leitung 22 mit vorgewärmter Luft zum Unterstützen der Verbrennung des Heizmaterials.
• Die der Gasmenge verhältig zuzugebende Menge an Konditioniermittel kann auf beliebige Weise bestimmt werden. Z.B. kann das Konditioniermittel im Verhältnis von 10 - 20 Volumteilen je 1 Million Volumteile Gasströmung oder, äquivalent, im Verhältnis von 43 - 87 Gewichtsteilen Konditioniermittel, je Million Gewichtsteile Gas zugegeben werden. In beiden Fällen ist es erforderlich, die an den Düsen 31 vorbeiströmende Gasmenge zu berechnen und dementsprechend Konditioniermittel zu injizieren.
• Gewünschtenfalls können übliche automatische Steuerungen vorgesehen werden, um das beispielsweise als Drosselklappe ausgebildete Ventil 28 zu öffnen, wenn das Abgas die gewünschte Betriebstemperatur erreicht und zu schließen, falls die Temperatur unter diesen Wert absinken sollte. Die automatische Steuerung kann auch zum Betätigen des Ventils für die Abgabe der proportional zum Volumen der Gasströmung in der Leitung 18 erforderliche Menge an Konditioniermittel ausgelegt werden.

Claims (19)

P a t e n t a n s p r üc h e :

1. Verfahren zum Konditionieren eines Partikel-führenden Gasstroms in einer Leitung zum Verbessern der'Ausfäll-Charakteristiken der Partikel, die dann in einer elektrostatischen Ausfäll-Vorrichtung gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine wässrige Lösung, die zwischen 5 und 50 Gewichtsanteilen eines Salz-Konditioniermittels enthält zum Konditionieren der Partikel in den Gasstrom injiziert wird, während der Gasstrom sich auf einer Temperatur zwischen 240 und 8000F (etwa 115 - 4270C) befindet und daß die Partikel der Einwirkung des Konditioniermittels für mindestens 0,25 Sek.

ausgesetzt werden und der Gasstrom mit den Partikeln dann zum Sammeln der Partikel der Ausfäll-Vorrichtung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Anteil der Partikel normalerweise einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand besitzt, bevor er der Einwirkung durch das Salz-Konditioniermittel ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teil der Partikel normalerweise einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand besitzt, bevor er der Einwirkung des Salz-Konditioniermittels ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel eine Mischung von Partikeln sind, von denen ein Teil einen normalerweise hohen spezifischen elektrischen Widerstand und ein anderer Teil einen normalerweise niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand besitzt, bevor er der Einwirkung des Salz-Konditioniermittels ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz-Konditioniermittel aus einer Lösung von Ammoniumsulfat besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz-Konditioniermittel aus einer Lösung von Ammoniumbisulfat besteht.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine wässrige Lösung eines Salz-Konditioniermittels injiziert wird mit einem Gehalt des Konditioniermittels von 5 - 30 Volumenanteilen auf 1 Million Volumenanteile des Gases bei der normalen Betriebstemperatur des Gasstroms.

8. Verfahren zum Verbessern der Ausfäll-Charakteristiken von Partikeln, die in einem Gasstrom mitgeführt und in einer elektrostatischen Ausfäll-Vorrichtung gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom bei einer Temperatur zwischen 240 und 8000F (etwa 115 - 4270C) der Einwirkung einer wässrigen Lösung eines Salz-Konditioniermittels für mindestens 25 Sek. vor dem Eintritt des Gases in die Ausfäll-Vorrichtung ausgesetzt und dadurch der spezifische elektrische Gesamtwiderstand der Partikel auf 106 - 1010 Ohm cm gebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung der wässrigen Lösung in der Weise erfolgt, daß 5 - 30 Volumteile einer wässrigen Lösung,die mindestens 10 Gewichtsteile an Ammoniumsulfat enthält auf je 1 Million Volumteile des Gases in den Gasstrom injiziert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung der wässrigen Lösung in der Weise erfolgt, daß 5 - 30 Volumteile einer wässrigen Lösung, die mindestens 10 Gewichtsteile an Ammoniumbisulfat enthält, auf je 1 Million Volumteile des Gases in den Gas strom injiziert werden.

11. Verfahren zum Konditionieren eines Partikel-führenden Gases, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung des Gases bei einer Temperatur zwischen 240 und 8000F (etwa 115 -4270C) mit 5 - 30 Volumteilen einer wässrigen Lösung auf je 1 Million Volumteile des Gases für mindestens 0,25 Sek.

gebildet wird, wobei die wässrige Lösung 10 - 20 Gewichtsteile an Ammoniumsulfat enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Lösung 5 - 50 Gewichtsteile an Ammoniumbisulfat enthält.

13. Vorrichtung zum Verbessern der Ausfäll-Charakteristiken von Partikeln durch Konditionieren eines Partikel-führenden 0 Gasstroms von einer Temperatur von mindestens 240 F (115°C), der durch eine Gasleitung in eine elektrostatische Ausfäll-Vorrichtung strömt, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine wässrige Lösung eines Salz-Konditioniermittels aufnehmender Vorratsbehälter (24) vorgesehen ist, sowie eine an diesen Behälter angeschlossene, in der Gasleitung (18) vorgesehene Injektionseinrichtung (31), über die mindestens 5 Volumteile des Konditioniermittels auf je 1 Million Volumteile durch die Leitung(18)strömenden Gases in dieses Gas injizierbar sind, wobei der Abstand zwischen der Injiziereinrichtung(31)und der Ausfäll-Einrichtung (12) für eine Einwirkzeit des Konditioniermittels auf die Partikel von mindestens 0,25 Sek.

bemessen ist, und daß eine Steuereinrichtung (28, 30) zum Steuern der in das Gas injizierten Menge an Konditioniermittel vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts von der Ausfäll-Vorrichtung(12) ein Luftvorwärmer (14) an die Gasleitung (18) angeschlossen ist, und daß die Injiziereinrichtung (31) zwischen dem Vorwärmer (14) und der Ausfäll-Einrichtung (12) an die Gasleitung (18) angeschlossen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Injiziereinrichtung für eine im wesentlichengleichförmige Verteilung des Konditioniermittels in dem Gas einer Reihe von Injektionsdüsen(31) in der Gasleitung (18) enthält, die an den Vorratsbehälter (24) angeschlossen sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Injiziereinrichtung eine den Vorratsbehälter (24) mit der Gasleitung (18) verbindende Leitung (26) aufweist, in die eine das Konditioniermittel zur Gasleitung (18) fördernde Pumpe (29) eingeschaltet ist unter Zwischenschaltung einer Ventileinrichtung (28) zwischen die Pumpe und die Gasleitung, über die die Menge des der Gasleitung zugeführten Konditioniermittels steuerbar ist, sowie eine Anzeigeeinrichtung (30) für die Menge des zugeführten Konditioniermittels.

- Anspruch 17 - 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Steuerung vorgesehen ist, über die in Abhängigkeit von der Temperatur des Gasstroms das Ventil (28) in die Offenstellung bewegbar und die Pumpe (29) in Gang setzbar ist, wenn die Gastemperatur einen vorbestimmten Wert, zweckmäßig eine Temperatur von mindestens 2400F (1150C) erreicht hat.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 - 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Abhängigkeit von dem Volumen der Gasströmung durch die Gasleitung (18) arbeitende automatische Steuerung vorgesehen ist, über die das Ventil(28)zum Steuern des in das Gas injizierten Volumens an Konditioniermittel im Verhältnis zu dem durch die Gasleitung (18) strömenden Gasvolumen betätigbar ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß diese zur Verminderung des Partikelanteils im Gasstrom am Auslaß der Ausfäll-Einrichtung (12) im Verhältnis der durch das Diagramm der Fig. 3 gegebenen Grenzen proportional zum Volumen des je 1 Million Volumanteile des Gases injizierten Volumens an Konditioniermittel ausgelegt ist.