DE2335725A1 - Verfahren zur entfernung von brennstoffasche aus abscheidersystemen - Google Patents

Description

9123-73/Dr.U./wo
U.S. Serial No. 271,
Piled July 13, 1972

NEW ENGLAND POWER COMPANY

20 Turnpike Road, Westboro,

Massachusetts / USA

"Verfahren zur Entfernung von Brennstoffasehe aus Abscheidersystemen"

Die vorliegende Erfindung betrifft die Entfernung von Asche aus Rauchgasen, und insbesondere ein Naßverfahren zur Entfernung der Asche aus Abscheidern.

Es ist aus ökologischen Gründen von Wichtigkeit, die Asche aus Rauch- bzw. Abgasen, wie z.B. von Rauchgasen aus öl- oder Kohlen- beheizten Kraftwerken, die in die Atmosphäre abgeführt werden, abzutrennen, um eine dadurch bedingte Verunreinigung der Erdatmosphäre zu verhindern. Normalerweise wird eine derartige Abtrennung durch Niederschlagen

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oder Absetzen der Asche in elektrostatischen Abscheidern, Rieseltürmen, Aschengruben, und dergl. bewirkt, die hier ganz allgemein als "Abscheider" bezeichnet werden. Die Asche muß ihrerseits aus den abscheidenden Anlagen wieder entfernt werden, und dies wurde durch Sammeln der Asche in Wasser bewirkt, welche diese aus dem Abscheider herausträgt.

Obwohl der Prozentgehalt der Asche im Brennstoff, und insbesondere in öl niedrig ist, ist die im Laufe der Zeit abgetrennte Menge der Asche beträchtlich und kann in großen Kraftwerken bis zu mehreren t pro Tag betragen. Wenn man die niedergeschlagene Asche in den Unterteilen der Abscheider eine längere Zeit hindurch verweilen läßt, setzt sich diese an den Böden und deren Seitenwänden ab und bildet nach dem Abkühlen einen harten Niederschlag, von einer Härte, daß es oftmals erforderlich ist, diesen mit Aufreißhämmern herauszubrechen, um die Bodenteile zu säubern. Außerdem tritt ein Absitzen der Asche in dem Ausgangsleitungssystem und den Verbindungsleitungen von den Unterteilen der Abscheider und eine dadurch bedingte Verschmutzung auf, wenn die Aschenkonzentration ausreichend hoch ist.

Die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten können behoben werden, indem man das die Asche von den Böden der Abscheider aufnehmende Wasser mit einer eingeplanten Frequenz abschlackt,

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derart, daß ein solches Absitzen von Asche in den Unterteilen und den Verbindungsleitungen verhindert wird. Jedoch erfordert eine derartige Praxis Unmengen von Wasser, die man keinesfalls in irgendeinem wesentlichen Ausmaß in den Kreislauf zurückführen kann, ohne daß man sie zur Entfernung der Asche behandelt, da ihre Aschen-Konzentration andernfalls bald zu hoch sein würde. Vorschläge für die Reinigung von Kreislaufwasser aus Abscheiderböden mit Absetztanks (vgl. z.B. US-Patentschrift 3 509 695) oder Zentrifugen oder Filtern (vgl. z.B. US-Patentschriften 2 142 406 und 3 444 668) haben sich für Asche als nicht brauchbar erwiesen. Die Verwendung von Absetztanks bringt ähnliche Probleme der Verunreinigung mit sich, wie sie bei den Böden der Abscheider selbst angetroffen werden und sie benötigen außerdem größere Bodenflächen. Zentrifugen und Filter sind bei den niedrigen Konzentrationen der Asche bei der Aschebeseitigung schwierig wirksam zu betreiben, und sie sind darüberhinaus sehr kostspielig und erfordern eine manuelle überwachung. Es wird daher ganz allgemein in der Praxis so gehandhabt, daß man das durch die Unterteile bzw. Böden der Abscheider zirkulierende Wasser mit oder ohne Lagunenlagerung in das Meer oder die Flüsse zurückführt, trotz des nachteiligen Einflusses einer derartigen Praxis auf die Ökologie.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein

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Verfahren zur Entfernung von Asche aus Abscheidern zu schaffen, indem man Wasser durch deren Unterteile mit einer Geschwindigkeit zirkulieren läßt, die ausreichend ist, eine verschmutzende Anhäufung von Asche in den Böden zu verhindern, Behandeln des Wassers zur Entfernung der Asche in einem ausreichenden Ausmaß daraus, um die Aschen-Konzentration unterhalb desjenigen Wertes zu halten, bei welchem eine Verunreinigung der Unterteile und der Rohrleitungen erfolgt und Rückführen des behandelten V/assers in die Unterteile der Abscheider.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein solches Verfahren zu schaffen, bei dem die Hauptmenge des verwendeten Wassers im Kreis geführt und die benötigte Anlage relativ billig hinsichtlich der Kapital- und Betriebskosten ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein solches Verfahren zu schaffen, bei welchem nahezu das gesamte verwendete V/asser im Kreis geführt wird, wobei die Aschenabtrennung durch zumindest Primärstufen- und Sekundärstufen-Behandlungen bewirkt wird, und wobei das behandelte Wasser aus jeder Stufe in den Kreis zurückgeführt wird.

Wieder eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht

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darin, ein solches Verfahren zu schaffen, in welchem wertvolle Komponenten der Asche abgetrennt und zurückgewonnen werden.

Es wurde im Rahmen von Untersuchungen festgestellt, daß Hydrozyklone ganz besonders für die Regelung der Aschen-Konzentration der beteiligten, im Kreis geführten Abs'cheiderunterteil-Wässer geeignet sind, insbesondere in einer primären Behandlungsstufe, jedoch gleichfalls auch in einer sekundären Behandlungsstufe, falls eine solche angewandt wird, wobei bevorzugte Hydrozyklone in ihrer Konstruktion und Arbeitsweise ähnlich denjenigen sind, wie sie in der Papierindustrie für die Abtrennung von Schmutz und anderen Premdsubstanzen aus der für die Papierherstellung verwendeten Paser in wässeriger Suspension angewandt werden.

Die Zentrifugalkraft-Abtrennung durch die Hydrozyklone ist in einer primären Behandlungsstufe relativ niedrig mit Bezug auf die insgesamt entfernten suspendierten Peststoffe, insbesondere am Anfang nach der Inbetriebnahme mit neuem Wasser, wenn die Aschen-Konzentration noch extrem niedrig ist. Jedoch neigt die Aschen-Konzentration des durch die Hydrozyklone und die Unterteile bzw. Böden im Kreis geführten Wassers, obwohl sie während eines Zeitraums nach der Inbetriebnahme ansteigt, dazu, sich im wesentlichen für ständig

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zu stabilisieren, bei oder unterhalb eines Prozentgehaltes, der niedrig genug ist, um das Absetzen der Asche und das Verschmutzen der Böden, wie vorstehend beschrieben, zu verhindern. Im Falle von öl-Asehe kann dieser Prozentgehalt unterhalb von 3 Gew.-^ liegen. Die Gründe für eine derartige Stabilisierung können bei einer kontinuierlichen Abtrennungsarbeitsweise in der Ausbildung eines Gleichgewichtes zwischen der Menge der aus den Abscheidern eintretenden Aschenteilchen und der Entfernungsgeschwindigkeit durch die Hydrozyklone plus einer Wechselwirkung zwischen Feststoffen in Lösung und suspendierten Feststoffen liegen.

Außer den vorerwähnten Vorteilen können Hydroryklone wirksam bei sehr niedrigen Abzugsgeschwindigkeiten betrieben werden, so daß der Ablauf aus einer Primärstufe in eine sekundäre Behandlungsstufe oder die Beseitigung lediglich einen kleinen Prozentsatz, beispielsweise 5 % oder darunter, des gesamten Durchflusses beträgt. Dies bedeutet im Wechsel wiederum, daß der Austrag der ersten Stufe so gering und so relativ konzentriert ist, daß er leicht in weiteren, konzentrierenden oder Beseitigungssystemen gehandhabt werden kann.

Bei einer bevorzugten praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung wird Wasser konstant in den Boden des Nieder-

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Schlagsapparates zur Aufnahme der Asche von dort und Mitführen derselben zirkuliert. Die Gesamtmenge oder ein Teil, gewöhnlieh weniger als die Gesamtmenge» wie beispielsweise 30 bis TO %,des Asche-enthaltenden Wassers aus den Unterteilen wird in parallelem Strom durch eine Batterie von Primärstuf en-Hydrozyklonen geführt, die mit einer niedrigen, volumetrischen Abzugsgeschwindigkeit, z.B. etwa 2 %, der konzentrierten Asche-Peststoffe und des Wassers, arbeiten. Der überlauf aus den Hydrozyklonen wird zusammen mit einem beliebigen Bruchteil des Wassers aus den Unterteilen der Abscheider, das noch nicht in den Hydrozyklonen behandelt worden war, in die Unterteile im Kreis zurückgeführt. Der Abzug, der die durch die äußere Wand des Hydrozyklons durch die Zentrifugalkraft abgetrennten, konzentrierten Aschen-Peststoff teilchen enthält, wird durch eine Batterie von parallel geschalteten Sekundärstufen-Hydrozyklonen geführt, welche die gleiche oder eine etwas höhere Abzugsgeschwindigkeit als in der Primärstufe besitzen können, z.B. bis zu etwa 10 %.

Der überlauf aus den Sekundärstufen-Hydrozyklonen wird in die Unterteile der Abscheider im Kreis zurückgeführt. Der Atizug aus den sekundären Hydrozyklonen ist ein sehr kleiner Prozentsatz der gesamten Kreislaufmenge in die Unterteile (z.B. weniger als etwa 0,5 %) und er hat eine hohe Konzen-

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tration an Asche-Feststoffteilchen, im Vergleich mit dem Abzug aus den Primärstufen-Hydrozyklonen. Er ist daher leicht mit oder ohne weitere Behandlung zu beseitigen. Vorzugsweise wird der Abzug aus den Sekundärstufen-Hydrozyklonen noch zu einer weiteren Konzentrierung der Aschen-Peststoffteilchen behandelt, wie z.B. in einer oder in mehreren Zentrifugen oder Filtern, wobei der Überlauf aus dieser Tertiärstufen-Behandlung in die Abscheiderunterteile im Kreis zurückgeführt wird, wohingegen der Abzug beseitigt wird, wie z.B. durch Auskippen im Freien zum Ausfüllen von Bodenmulden.

Wenn eine Tertiärstufen-Abtrennung durchgeführt wird, ist die Menge an Zusatzwasser, welches zu dem Gesamtkreislauf durch die Abscheiderunterteile zugesetzt werden muß, verhältnismäßig so gering, daß das System abzüglich der entfernten Feststoffe als nahezu totales Rezirkulationssystem zu betrachten ist. Es können jedoch die Tertiärstufen-Behandlung und sogar eine Sekundärstufen-Behandlung weggelassen werden. Der Abzug aus der Sekundärstufe ist im Vergleich zu der gesamten, im Kreis geführten Menge verhältnismäßig so klein, daß er in vielen Fällen ohne Schwierigkeiten als solcher beseitigt werden kann. Insbesondere ist der Abzug aus der Primärstufe bei Kleinanlagen noch genügend niedrig, um eine befriedigende Beseitigung ohne eine weitere Behandlung zu ermöglichen.

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Die Geschwindigkeit der Kreisführung in die Abscheider-Unterteile ist vorzugsweise derart, daß die Konzentration der durch das Wasser aus den Abscheidern bei jedem Durchgang aufgenommenen Peststoffe niedrig ist, beispielsweise weniger als 0,1 Gev.-%. Bei derartigen niedrigen Konzentrationen haben die Hydrozyklone einen relativ niedrigen Peststoff gehalt im Abzug, jedoch erhöht sich die Peststoffentfernung in den Hydrozyklonen, wenn die Peststoffkonzentration steigt und die Feststoffkonzentration neigt dazu, sich unterhalb des gewünschten Maximum zu stabilisieren.

Bei einem Alternativverfahren zur praktischen Durchführung der Erfindung, das jedoch nicht bevorzugt wird, kann Wasser intermittierend im Kreis durch die Abscheider-Unterteile geführt werden. Beispielsweise können die Unterteile mit Wasser gefüllt und geleert und nacheinander gespült werden, nachdem ein jeder eine vorherbestimmte Maximalkonzentration, unterhalb der gefährlichen Absetz-Konzentration, erreicht hat. In einem derartigen System können die Unterteile mit mechanischen Rührern zur Herabsetzung des Peststoffabsetzens versehen werden und die Rührer können ferner so ausgestattet sein, daß sie ein Signal für das Entleeren und Spülen geben, wenn der Torsionswiderstand des Rührers ein vorherbestimmtes Maximum erreicht. Oder es können die Unterteile in einer vorherbestimmten zeitlichen Sequenz geleert und gespült werden,

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Der Abzug aus einer beliebigen Stufe kann zur Wiedergewinnung von wertvollen Komponenten der Asche, wie beispielsweise durch chemische Fällung oder Agglomeration, behandelt werden. Jedoch sei bemerkt, daß gewisse wertvolle Komponenten, wie z.B. Vanadinpentoxid und Nickelsalze im Falle von gewissen Typen von Öl-Asche dazu neigen, sich in dem Kreiswasser zu konzentrieren, insbesondere, wenn diese Komponenten in einem gewissen Ausmaß wasserlöslich sind. Wenn es die Menge dieser wertvollen Komponenten rechtfertigt, schließt das erfindungsgemäße Verfahren einen kontinuierlichen oder intermittierenden. Umleitungsrezirkulationsfluß aus der ersten Stufe zur Behandlung für die Wiedergewinnung der gewünschten wertvollen Komponenten, wie z.B. durch chemische Ausfällung, ein.

Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Entfernung von Brennstoffasehe aus Abscheider-Unterteilen, wobei Wasser durch die Unterteile zum Wegtragen der Asche zirkuliert, und dann das Wasser zumindest zum Teil durch eine Hydrozyklon-Abtrennstufe zur Herstellung einer Hauptüberlauffraktion mit verringertem Feststoffgehalt und einer Neben-Abzugsfraktion mit erhöhtem Feststoffgehalt geführt wird, und das von den Unterteilen abgezogene Wasser abzüglich der Abzugsfraktion zurück durch die Unterteile mit einer Geschwindigkeit im Kreis geführt wird, um die Feststoffkonzentration auf einen niedrigeren Wert aufrecht zu erhalten,

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als dem Wert entspricht, bei dem ein wesentliches Absetzen der Feststoffteilchen erfolgt. Vorzugsweise ist die Rezirkulation kontinuierlich und der Abzug von der Hydrozyklon-Abtrennstufe wird einer sekundären Hydrozyklon-Abtrennstufe unterviorfen, aus welcher der Abzug wiederum einer tertiären Stufe zur Abtrennung der Peststoffe unterworfen werden kann₃ wobei der überlauf aus einer oder aus den beiden weiteren Abtrennstufen im Kreis geführt wird.

In den Zeichnungen ist

Fig. 1 ein Fließschema des Verfahrens in einer Primärstuf en-Behandlungj mit gewissen, in gepunkteten Linien angegebenen wahlweisen Möglichkeiten;

Fig. 2 eine Erläuterung eines Teilquerschnittes eines Systems von im Kreis geführtem Wasser zu den Abscheider-Unterteilen des Fließschemas von Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Fließschema, das eine Sekundärstufen-Behandlung zeigt, welche mit der Primärstufe von Fig. 1 verwendet werden kann, und ferner eine TertiärStufen-Behandlung;

Fig. 4 ist die Erläuterung eines Teilquerschnitts eines modifizierten System für das im Kreis geführte Wasser zu den Abscheider-Unterteilen; und

Fig. 5 ist ein Diagramm, das den Prozentgehalt an Feststoffen in der Beschickung für eine Primärstufe des Verfahrens gemäß Fig. 1 über eine 100-stündige Betriebsdauer

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ab Betriebsbeginn zeigt. In dem Fließschema der Primärstufe von Fig. 1 sind die Abscheider-Unterteile durch ein so beschriftetes Rechteck angedeutet. Wasser wird aus all den Unterteilen zu einer Kopfleitung 10 im Kreis geführt, die das Wasser in einen Beruhigungstank 12 austrägt. Die Leitung I^ vom Bodenausgang des Tanks 12 führt zur Saugseite der Pumpe 16, welche durch die Rohrleitung 18, die zur Eingangsseite der Abscheider-Unterteile über ein Ventil 20 führt, die Flüssigkeit umwälzt. Eine Zweigleitung 22 führt von der Rohrleitung 18 zwischen dem Ventil 20 und der Pumpe 16 zu einem variierbaren Stromverteilungs-drei-Weg-Ventil 2*J, das zwei Ausgangsleitungen 26 und 28 aufweist. Zweigleitungen von der Leitung 26 sind mit den Eingängen einer Batterie von Hydrozyklonen, allgemein als 30 bezeichnet, verbunden, während die Leitung 28 eine Rückleitung zum Tank 12 ist.

Der überlauf oder die Ausgänge der Hydrozyklone sind mit einer Kopfleitung 32 verbunden, die als durchgezogene Linie eingezeichnet ist, wenn sie den überlauf in den Tank 12 zurückführt. Der Abzug oder die Ausgangsleitungen aus den Hydrozyklonen werden in einen Behälter oder einen Trog 3^ geführt und daraus durch die Rohrleitung 36 zu einer Pumpe 38, welche durch eine Rohrleitung zur Sekundärstufen-Abtrennung oder zur Beseitigung führt, wie dies durch ein Schild "Zur Sekundärstufe oder Beseitigung" angegeben ist. Die in Fig.

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durch vollständig ausgezogene Linien angegebene Anlage wird durch eine Eingangsleitung für Zusatzwasser in den Tank 12, wie dies durch ein entsprechendes Schild angegeben ist, vervollständigt.

Eine übliche Betriebsweise des in Fig. 1 mit vollständig ausgezogenen Linien gezeigten Systems besteht darin, daß man die Ventile 20 und 2k so einstellt, daß ein Teil der aus der Pumpe 16 im Rohr 18 ankommenden Strömung, beispielsweise 30 bis 70 % derselben, in das Rohr 22 umgelenkt und durch das Ventil 2k in die Leitung 26 gerichtet wird, wobei das Rohr 28 durch das Ventil 2k abgeschlossen ist. Diese Anordnung arbeitet gut, wenn die Geschwindigkeit der Aschenablagerung aus den Abscheider-Unterteilen in das im Kreis geführte Wasser und die Geschwindigkeit der Kreisführung des Wassers durch die Unterteile derart sind, daß die in einem einzelnen Durchgang durch die Böden in dem Wasser deponierte Festsubstanz einen niedrigen Prozentsatz Festsubstanz erzeugt, wie beispielsweise einen kleinen Bruchteil von 1 %. Wenn die Arbeitsweise fortgesetzt wird, steigt die Festsubstanz-Konzentration in dem im Kreis geführten Wasser, das in dem Behälter 12 aus dem Rohr 10 einströmt, an, jedoch ist es durch den Hydrozyklon-überlauf aus der Rohrleitung auf eine niedrigere Feststoff-Konzentration verdünnt. Wenn die Festsubstanz-Konzentration in der Beschickung der Hydro-

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Zyklone ansteigt, wächst die Menge der hierdurch in Tank 34, Leitung 36 und Pumpe 38 abgetrennten Festsubstanz gleichfalls an, bis sie dazu tendiert, sich in der Nähe eines Durchschnittswertes zu stabilisieren. Es kann wünschenswert sein, den pH-Wert der im Kreis geführten Flüssigkeit von Zeit zu Zeit durch Zugabe einer Chemikalie, wie z.B. Kalk, einzustellen. Eine derartige Chemikalienzugabe kann im Behälter durchgeführt werden und zu diesem Zweck wird dort in gepunkteten Linien ein Chemikalien-Vorratsbehälter 40 mit einer Ausgangsrohrleitung 42 zu einer Pumpe 44 und von dort in den Behälter 12, gezeigt. Die Pumpe 44 kann automatisch oder manuell durch überwachung eines pH-Wert-Meßgerätes im Behälter 12 gesteuert werden. Das Ventil 24 kann eine Einstellung besitzen, daß es den Bruchteil des Ausgangs aus Pumpe 16, der zur Leitung 22 führt, in den Behälter 12 über die Rohrleitung 28 zurückführt. Dies ermöglicht eine Trennung vom Kreisführungssystem der Hydrozyklone ohne Beendigung oder Veränderung der Kreisführung zu den Abscheider-Unterteilen oder durch Tank 12, was von Zeit zu Zeit wünschenswert sein kann.

Die Behandlung von lediglich einem Teil der im Kreis geführten Flüssigkeit hat gewisse Vorteile. Sie ermöglicht die Verwendung von verhältnismäßig mehr Wasser in dem gesamten

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Kreislauf, als für eine Kreisführung durch die Abscheider-

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Unterteile benötigt wird, was in wünschenswerter Weise die Festsubstanz-Konzentrationsschwankungen erniedrigt. Ebenso sind weniger Hydrozyklone erforderlich, als man zur Behandlung des gesamten Kreislaufstromes bei der gewünschten Betriebsbeschickungsgeschwindigkeit benötigen würde. Es kann jedoch dort, wo der Aschengehalt des in den Abscheidern behandelten Gases hoch ist (er ist gewöhnlich dann beträchtlich höher, wenn Kohle anstelle von öl als Brennstoff eingesetzt wird) wünschenswert sein, den gesamten, im Kreis geführten Strom zu den Abscheider-Unterteilen durch die Hydrozyklone zu führen. Dies kann auf konstanter oder intermittierender Basis erfolgen.

Fig. 1 gibt durch die gepunkteten Linien eine Anordnung wieder, welche eine Behandlung der gesamten, im Kreis geführten Strömung in Hydrozyklonen gestattet. Eine Rohrleitung 46 führt von der Hydrozyklonüberlauf-Kopfleitung 32 zur Rohrleitung 18. Ein Ventil 48 in der Leitung 32 kann zur Verhinderung eines darüber hinausgehenden Durchflusses durch die Leitung 32 verschlossen werden und so den gesamten überlauf aus den Hydrozyklonen durch die Leitung 46 in die Leitung 18 und von dort in die Abscheider-Unterteile umlenken. Das Ventil 20 kann geschlossen sein, so daß der gesamte Strom von der Pumpe 16 durch die Leitung 22, das Ventil 24 und die Leitung 26 in die Hydrozyklon-Eingänge geführt wird.

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Es können nach Bedarf zusätzliche Hydrozyklone vorgesehen werden, um den zusätzlichen Zufluß zu verarbeiten.

Wenn das Fließschema für eine konstante Behandlung von allen im Kreis geführten Strömen in den Hydrozyklonen bestimmt ist, ist das Rohr 26 direkt mit der Pumpe 16 verbunden, die Leitung 46 direkt mit den Abscheider-Unterteilen verbunden, und es sind die Rohrleitungen 18 und 22, die Ventile 20 und 24 und der Teil der Kopfleitung 32 jenseits der Rohrleitung 46 mit dem Ventil weggelassen.

Wenn der Hydrozyklon-Abzugsausgang der Pumpe 38 zu einer sekundären Trennstufe, wie es bevorzugt wird, führt, kann der Ablauf aus dieser Stufe in dem im Kreis geführten Strom durch eine, durch die gepunktete Linie 50 angedeutete Rohrleitung zurückgeführt werden, die in den Behälter 12 führt. Wenn der Abzug aus der Sekundär-Stufenbehandlung in eine dritte Trennstufenbehandlung geht, wie dies in Fig. 3 gezeigt wird, kann der Überlauf aus dieser Stufe in den im Kreis geführten Strom über eine Rohrleitung, die durch die gepunktete Linie 52 angedeutet ist und die in den Behälter führt, zurückgeführt werden. Die gepunktete Verlängerung der Rohrleitung 32 mit einem Ventil 56, ermöglicht es, den Überlauf aus den Hydrozyklonen für eine Behandlung zwedcs Rückgewinnung von einer oder mehreren Komponenten aus der

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darin enthaltenen Asche, die von ausreichendem Wert und in ausreichender Menge zugegen sind, um eine derartige Behandlung zu rechtfertigen, umzulenken. Das Ventil 56 kann zur Umleitung eines kleinen Bruchteils des Stromes in der Rohrleitung 32 in die Rohrleitung 54 auf einer konstanten Basis eingestellt sein, oder es kann das Ventil 56 intermittierend für eine intermittierende Umlenkung des Überlaufes in die Rohrleitung 5^ geöffnet und geschlossen werden. Ein Ventil 58 in der Leitung 32 kann geschlossen sein, so daß der gesamte Hydrozyklon-überlauf intermittierend in die Rohrleitung 5k gelenkt werden kann.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung für das Im-Kreis-Pühren der Strömung in einer Aschen-aufnehmenden Exposition zu der durch die Abscheider ausgefällten Asche. Die Abscheider-Unterteile, teilweise mit 60 bezeichnet, welche die Form von umgekehrten abgestumpften hohlen Pyramiden oder Konen besitzen können, öffnen sich direkt nach oben durch das Oberteil eines horizontal angeordneten Rohres 62 mit großem Durchmesser [z.B. 12 inch(3O,48 cm)]. Das Rohr 62 wird mit der Kreislaufflüssigkeit von links nach rechts, wie dies durch den Pfeil angezeigt ist, derart beschickt, daß das Rohr nicht gefüllt wird, sondern vielmehr in einem Ausmaß beschickt, das ausreicht, das Rohr 62 etwa halbgefüllt zu halten. Der fließende Strom in dem Rohr 62 ist dementsprechend unterhalb der offenen

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Enden der Unterteile 60 angeordnet und nimmt die aus den Unterteilen herausfallende Asche auf. Die geneigten Seitenwände der Unterteile 60 werden vorzugsweise durch äußere mechanische Vorrichtungen (in der Zeichnung nicht eingezeichnet) geschüttelt oder vibriert, um sicherzustellen, daß die auf ihnen abgelagerte Asche in den fließenden Strom im Rohr 62 herabgleitet. In dem Fließschema von Fig. 1 ist das Rohr 62 durch die Rohrleitung 18 ersetzt und führt zur Rohrleitung 10.

In der Anordnung von Fig. 2 hat die von dem rasch sich bewegenden Wasserstrom aufgenommene Asche keine Gelegenheit zum Absetzen und sie wird anschließend durch die in dem Verfahren angewandten Bedingungen der raschen Rezirkulation auch weiter an einem Absetzen gehindert.

In Fig. 3 wird der Hydrozyklon-Abzug aus der Primärstufe durch die Pumpe 38 von Fig. 1 geliefert und ihre Ausgangsrohrleitung zu einem Eingangsrohr 70 mit vielfachen Verzweigungen, das Zweigverbindungen zu den Eingängen einer Batterie von Sekundär-Hydrozyklonen aufweist, die ganz allgemein mit 72 bezeichnet sind. Der Behälter J>k in Fig. 1 funktioniert als Beruhigungsbehälter für die Pumpe 38 und das Rohr 70 von Fig. 3 dient zur Sicherstellung einer konstant regulierten Beschickung für die Hydrozyklone 72 trotz der Schwankungen

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in dem Abzug aus der Primärstufe, oder zur Sicherstellung einer intermittierenden Arbeitsweise der Hydrozyklone 72, wenn der Abzug aus der Primärstufe zur konstanten Beschickung der Hydrozyklone 72 bei der gewünschten Betriebsgeschwindigkeit ungenügend ist.

Der überlauf aus den Hydrozyklonen 72 mündet in die Kopfleitung 73j welche den überlauf entweder in das Rezirkulationssystem von Fig. 1 durch die verbundene Leitung 50 von Fig.- 1 zurückführt oder zu dem Behälter 3*J für die Rezirkulation durch die Hydrozyklone 72 durch eine Verbindung (nicht gezeigt) von der Leitung 50 zum Behälter 3**. Der Abzug aus den liydrozyklonen 72 mündet in den Behälter oder Trog 7¹J, aus welchem die Entwässerungsleitung 76 zur Pumpe führt, die eine Ausgangsleitung 80 aufweist. In dieser Stufe ist der Hydrozyklon-Abzug von einem derartig relativ kleinen Volumen und einer hohen Konzentration an Festsubstanz (z.B. 10 % bis HO % oder höher), daß er in dem gewünschten Zustand für eine Beseitigung vorliegen kann, und, falls dies der Fall ist, wird er direkt aus der Leitung 80 über eine punktiert gezeichnete Verbindungsleitung 82 beseitigt (z.B. mittels eines Wagens oder eines Lastkahns.

Jedoch sind das Abzugsvolumen und die Konzentration der Sekundärstufe gleichfalls so, daß sie wirksam und relativ

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billig zu einem im wesentlichen trockenen Zustand entwässert werden kann, wie er häufig gewünscht wird. Zu diesem Zweck verbindet in dem Fließschema von Fig. 3 ein Rohr 84 das Rohr 80 mit dem Beschickungsrohr für eine kontinuierliche Zentrifuge 86. Der Abstrom oder der überlauf aus diesem Zentrifugalabscheider 86 der tertiären Stufe kann in das Rezirkulationssystem von Fig. 1 über die Rohrleitung 88j die in Verbindung mit dem Rohr 52 von Fig. 1 steht, zurückgeführt werden, oder er kann in den Behälter J>k oder den Behälter 74 durch Verbindungsleitungen (nicht gezeigt) aus der Rohrleitung 88 zurückgeführt werden. Der Festsubstanz-Ausstoß oder der Abzug aus der Zentrifuge geht, wie dies durch die beschriftete Linie gezeigt wird, zur Beseitigung, beispielsweise durch ein Fördergerät, zu einem Wagen oder einem Sammelbunker. Der Trog 74 kann als Beruhigungsbehälter verwendet werden, wenn der sekundäre Abzug nicht ausreicht, um eine kontinuierliche Betriebsweise der Zentrifuge zu ermöglichen.

Fig. 4 zeigt eine andere Anordnung der Abscheidungs-Unterteile. In dieser Anordnung sind die Unterteile kesselartig geformt, erstrecken sich unterhalb des gesamten Abscheider-Abschnittes, enthalten Wasser und haben keine geneigten Seiten wie in Fig. 2, um den freien Fall der ausgefällten Asche in das Wasser zu erschweren.

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In Pig. 4 können die Abscheider-Unterteile 90 bis zu einer gewünschten Höhe bis zu den Überlaufleitungen 92 über die Eingangskopfleitung 9^ und Zweigleitungen 96 mit den Ventilen 98 gefüllt werden. Die Unterteile können durch die Ausgangsleitungen 100 mit Ventilen 102 und in Verbindung stehend mit der Kopf rohrleitung 10¹J, entleert oder entwässert werden. Die Überlaufleitungen 92 sind gleichfalls mit einer Kopfleitung 10*1 verbunden, welche zu einem Beruhigungsbehälter, wie z.B. dem Behälter 12 von Pig. I führt, welche mehr als ausreichend Kapazität besitzt, um den Flüssigkeitsgehalt eines Unterteiles 90 zu halten. Die Unterteile sind mit Rührern 106 versehen, die Außenmotoren besitzen, wie dies durch die Blöcke M angedeutet ist.

Die Anordnung von Fig. ¹I kann mit intermittierendem Füllen und Entwässern eines jeden Unterteiles der Reihe nach angewandt werden. Um ein Unterteil zu entleeren und zu spülen, wird sein Ventil 102 derart geöffnet, daß der Inhalt durch die Leitungen 100 und 104 in den Beruhigungstank abläuft. Anschließend wird sein Ventil 98 geöffnet, wobei das Unterteil derartig gespült wird, daß das Wasser durch Leitung und die Rohrleitung 104 zu dem Beruhigungsbehälter fließt, so schnell, wie es in das Unterteil über die Eingangsleitung 96 zufließt. Der rasche Wasserdurchfluß durch das Unterteil spült die Festsubstanz heraus, die sich daran während der

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Zeit zwischen Füllen und Entleeren abgesetzt haben kann, und nimmt ferner die während der Fortsetzung des Spülvorganges herabfallenden Aschenteilchen auf und trägt sie hinweg. Wenn das Spülen beendet ist, wird ein Füllzyklus begonnen. Um ein Unterteil zu füllen, wird sein Ventil 102 geschlossen und sein Ventil 98 geöffnet, bis der Wasserspiegel in dem Unterteil eine vorherbestimmte Höhe unterhalb seiner überlaufleitung 92 erreicht, wie dies durch ein Schwimmerventil oder dergl. gemeldet werden kann, worauf das Ventil 98 geschlossen wird und zusammen mit dem Ventil geschlossen bleibt, bis der Entleer- und SpülzVklus wiederholt wird.

Die Anordnung von Fig. ¹J kann in dem Fließschema von Fig. verwendet werden, in welchem Falle die Rohrleitung 104 mit der Rohrleitung 10 von Fig. 1 und die Rohrleitung 9^ mit der Rohrleitung l8 von Fig. 1 (oder direkt mit der Rohrleitung h6, falls das System für ein Im-Kreis-Führen des gesamten Ausgangs der Pumpe l6 durch die Hydrozyklone aufgrund einer kontinuierlichen Basis vorgesehen ist) verbunden ist. Die Arbeitsweise des Verfahrens ist die gleiche, wie sie in dem Fließschema von Fig. 1 und auch in dem Fließschema von Fig. 3 gezeigt wurde, falls eine sekundäre Abtrennung angewandt wird, mit oder ohne eine tertiäre Stufe, mit der Ausnahme, daß das System die Inhalte eines Bodens auf einmal

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bearbeitet. Dementsprechend kann lediglich ein Teil des Ausgangs der Punkte 16 zu den Hydrozyklonen 30 im Kreis geführt werden, wobei der Rest zu dem zu spülenden Unterteil im Kreis geführt wird und der Ablauf des Hydrozyklons in den Tank 12 zurückgeführt wird. Wahlweise kann der gesamte Ausstoß der Pumpe 16 zu den Hydrozyklonen 30 gehen, wobei deren überlauf zur Spülung des Unterteiles rezirkuliert wird. Die besondere Kapazität des Behälters 12 ermöglicht eine kontinuierliche Betriebsweise des Systems bei im wesentlichen konstanten Durchsätzen.

Die Abscheider-Unterteile von Fig. *J können aufeinanderfolgend auf Basis einer einheitlichen Zeit gefüllt, entleert und gespült werden, in welcher Basis die Zeit zwischen Füllen und Entleeren eines jeden Bodens hinreichend kurz ist, so daß die Anhäufung von Festsubstanzen in dem Wasser darin keine Konzentration aufbaut derart, daß ein signifikantes Absetzen der Feststoffe unter Verschmutzung der Unterteile oder des restlichen Systems auftritt, wohingegen die Spülzeit ausreichend ist, um abgesetzte Feststoffsubstanzen von den Unterteilen zu entfernen und es den Hydrozyklonen zu ermöglichen, den Prozentsatz an Feststoffsubstanzen bis zu einem gewünschten niedrigen Spiegel zu reduzieren.

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Die Motoren M der Rührer 106 können mit Torsionswiderstand-Meßvorrichtungen ausgerüstet sein, damit ein Signal gegeben werden kann, wenn die Peststoffgehalte des Wassers in einem beliebigen Unterteil einen unerwünscht hohen Prozentgehalt erreichen. Im Falle eines derartigen Signals kann das betreffende Unterteil außerhalb der Reihe entleert und gespült werden, wobei das Entleeren des nächsten Unterteils um die erforderliche Zeit verzögert, oder gleichzeitig mit dem Entleeren des signalisierenden Unterteils erfolgt, wenn die Kapazität des Behandlungssystems ausreicht, die Inhalte von zwei Unterteilen gleichzeitig zu verarbeiten. Wenn eine zeitliche Verzögerung zwischen dem Füllen des einen Unterteils und dem Entleeren des nächstfolgenden Unterteils vorliegt, kann der zurückbleibende Inhalt des Behälters 12 zu ihm über die Pumpe 16, die Rohre 18 und 22, das Ventil 24 und das Rohr 28 zurück im Kreis geführt werden, oder, falls diese Verbindungen nicht vorhanden sind, durch eine Nebenleitung, welche die Rohrleitungen 18 oder H6 mit der Leitung 10 verbindet.

Es ist offensichtlich, daß das Rezirkulationssystem von Fig. 4. auf einer kontinuierlichen, gleichzeitig spülenden Basis für alle Unterteile betrieben werden kann, und dies ist die bevorzugte Arbeitsweise. In einem derartigen Fall würde die Arbeitsweise ähnlich derjenigen von Fig. 2 sein.

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Bevorzugte Hydrozyklone sind von dem Typ, wie er in der Papierindustrie zum Reinigen der Papierpulpe verwendet wird, wie beispielsweise diejenigen Hydrozyklone, wie sie von der Bird Machine Company, Inc. unter dem Handelsnamen "Cyclean" verkauft werden, beispielsweise mit einem Durchmesser von 4 inch (10,16 cm) mit einem Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis in der Größenordnung von 6 : 1 bis 10 : 1, und

ρ die bei einem Druckabfall von etwa ¹IO psi (2,81 kg/cm ) arbeiten. Dieser Hydrozyklon-Typ macht sich die hohe Zentrifugalkraft zunutze, die durch den geringen Körperdurchmesser erzeugt wird. Die Eigenschaft des engen Konuswinkels eines Pulpen-Hydrozyklons befähigt die Einheit, die in der Brennstoffasehe gefundenen Teilchen mit niedriger Mikron-Klassierung zu trennen und zu konzentrieren, und wirksam mit einer niedrigen Abzugsgeschwindigkeit des Abzugs in der Primärstufe zu arbeiten, wenn es gewünscht wird.

"Fig. 5 zeigt die prozentuale Pestsubstanz der Primärbeschickung in einem Versuchsbetrieb über einen Zeitraum von 100 Stunden, wobei Öl-Asche von acht elektrostatischen Abscheider-Unterteilen entfernt wurde. Die Unterteile und die Wasserzirkulation zu und von denselben war wie in Fig. Das primäre Fließschema war wie in Fig. 1« Die Hälfte des Pumpenausgangs von 300 g/Min, aus "dem Beruhigungsbehälter wurde zu den Unterteilen rezirkuliert und zurück zu dem Be-

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ruhigungsbehälter, die andere Hälfte wurde parallel zu H 4-inch (10,16 cnO-Durchmesser-Hydrozyklonen des oben erwähnten Typs geführt. Der Abzug von den Primär-Hydrozyklonen von 3 g/Min, wurde einem einzelnen Sekundär-Hydrozyklon zugeführt, doch da dessen Volumen für eine konstante Beschickung des sekundären Hydrozyklons nicht ausreichend war₃ wurde es in einem Behälter gelagert und intermittierend dem Hydrozyklon zugeführt, wobei der Überlauf in den primären Beruhigungsbehälter zurückgeführt wurde. Die acht Abscheider-Unterteile hatten einen durchschnittlichen Ausgang von etwa 2,4 .pounds per hour (1,09 kg/Std.).

Das System wurde mit einer Mischung von frischem und Salzwasser angefahren. Nach einer Stunde war die Festsubstanz-Konzentration geringer als 0,1 %. Nach 50 Stunden hatte sie sich gerade über 1 % erhöht. Sie stieg dann rasch auf etwa 2 % und anschließend fiel sie ebenso rasch auf einen Wert in der Nähe von 1 % ab,und stellte sich auf einen Durchschnittswert zwischen 1 % und 1,5 % ein. Die prozentualen Schwankungen des Gehaltes an Festsubstanz waren wahrscheinlich zum größten Teil auf Schwankungen des Aschenausgangs aus den Abscheider-Unterteilen zurückzuführen. Der Abzug aus dem Sekundär-Hydrozyklon lag bei einem Wert von etwa 2 % der aufgegebenen Beschickung und hatte eine Festsubstanz-Konzentration von durchschnittlich leicht unterhalb 10 ί.

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Wenn der Pestsubstanz-Gehalt sich auf einen Spiegel einregulierte, erreichte das Hydrozyklon-System einen Gleichgewichtszustand, nämlich insofern, als das System pro Zeiteinheit annähernd die gleiche Menge Peststoffsubstanz ausstieß, das von den Abscheidern her in das Wasser eintrat .

Es ist selbstverständlich, daß in großen Anlagen mit vielen Abscheidern, wie z.B. bei einem Kraftwerk von 1000 MW oder mehr, üblicherweise mehrere Anlagen gemäß dem Fließschema von Fig. 1 benötigt werden, zur parallelen Arbeitsweise an verschiedenen Sätzen oder Systemen von Abscheidern. Andernfalls würde-die Apparatur zur Behandlung des Fließvolumens für die Verarbeitung der gesamten Asche übermäßig groß werden. In einem derartigen Kraftwerk das vor kurzem auf das Verfahren umgestellt wurde, wurden getrennte Anlagen für die Aufarbeitung der Asche aus den Abscheider-Systemen von zwei ölbeheizten Kraftwerkeinheiten erstellt, von denen eines eine 65O MW-Einheit mit einer Auslegung des Abscheider-Systems von etwa 93 pounds (42,2 kg) Asche pro Stunde und das andere' eine 450 MW-Einheit mit einer Auslegung des Abscheider-Systems von etwa 80 pounds (36,3 kg) Asche pro Stunde war. Der zirkulierende Durchfluß zu dem 650 MW-Einheit-Abscheidersystem in einer Anordnung wie in Fig. 2 war etwa 2400 gallons (9O8O Liter) pro Minute oder

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etwa I¹IiJ 000 gallons (5^5 100 Liter) pro Stunde, und ein derartiger Durchfluß zu dem 450 MW-Einheit-Abseheidungssystem war etwa 2000 gallons (7570 Liter) pro Minute oder 120 000 gallons (k^k 000 Liter) pro Stunde mit einem gesamten Durchfluß für beide von 264 000 GPH (999 100 Liter/Std.) Es sei festgestellt, daß der Zirkulationsgrad für diese zwei Abscheidersysteme etwa 1500 oder mehr gallons (568O Liter) pro Stunde pro Pfund Asche des Systems betrug und es wird vorgezogen, daß der Zirkulationsgrad zumindest 1000 gallons pro pound pro Stunde (8290 Liter/kg.Std.) ist.

Andererseits ist der Abzug aus den Primärstufen-Hydrozyklonen relativ so niedrig, daß er in einer sekundären Hydrozyklon-Stufe wie in Fig. 2 verarbeitet werden kann, die einen einzigen Abzugsausgang, jedoch parallele Rückführleitungen zu den zwei Primärsystemen für den überlauf in dem oben erwähnten Fall besitzt. In diesem System wird der Abzug aus den Primäreinheiten etwa 36OO GPH (13 63O Liter/Std.) und von den Sekundäreinheiten lediglich 90 GPH (3^1 Liter/Std.) sein, das eine Fließkonzentration von etwa 3OOO : 1 bedeutet.

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Claims (15)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Entfernung von Brennstoffasche aus Abscheidersystemen, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Stufen umfaßt:

   Sammeln der Asche aus dem Abscheidersystem in damit in Berührung gebrachtem Wasser;

   Abziehen des Asche-enthaltenden Wassers aus dem System und Unterwerfen von zumindest einem Teil desselben einer Zentrxfugalabscheidung in einer Hydrozyklon-Trennstufe zur Schaffung eines größeren Überlauf-Anteils mit herabgesetztem Festsubstanz-Gehalt und einem kleineren Abzugsanteil mit erhöhtem Pestsubstanz-Gehalt;

   Rezirkulieren des abgezogenen Wassers abzüglich des Abzugsbruchteils zur Aufnahme von Asche aus dem System;

   Wiederholen der Stufen mit dem rezirkulierten Wasser bei einer Frequenz und einer solchen volumetrisehen Durchflußgeschwindigkeit, um die Pestsubstanz-Konzentration in dem Wasser, das dem Abscheidungssystem ausgesetzt war, unterhalb einer Konzentration zu halten, bei welcher ein wesentliches Absetzen von suspendierter Pestsubstanz erfolgt; und

   starkes Bewegen des abgezogenen, Asche-enthaltenden Wassers.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e -

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   kennzeichnet , daß die Abzugs- und Rezirkulationsstufen kontinuierlich sind und bei der gleichen volumetrischen Durchflußgeschwindigkeit durchgeführt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abzugs- und Rezirkulationsstufen aufeinanderfolgend und mehrfach auf verschiedene Abscheider-Unterteile des Systems angewandt v/erden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß etwa 30 bis 70 % des abgezogenen, Asche-enthaltenden V/assers der Zentrifugalabscheidung unterworfen wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Asche aus dem System in einem kontinuierlich fließenden Strom des damit in Berührung gebrachten Wassers gesammelt wird.
6. 6. Verfahren nacHAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der kleinere Abzugsanteil in der Größenordnung von 5 % oder darunter der Beschickung der ersten primären Hydrozyklon-Trennstufe ist.

   309884/0639 . ³¹~
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß es die weiteren Stufen einschließt, nämlich

   Unterwerfen des kleineren Abzugsanteils einer Zentrifugalabscheidung in einer sekundären Hydrozyklon-Trennstufe zur Schaffung eines größeren überlaufanteiIs mit herabgesetztem Festsubstanz-Gehalt und eines kleineren Abzugsanteils mit erhöhtem Festsubstanz-Gehalt; und

   Rezirkulieren des größeren Überlauf-Anteils der sekundären Hydrozyklon-Tre.nnstufe.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet j daß der kleinere Abzugsanteil der sekundären Hydrozyklon-Stufe in der Größenordnung von 2 bis 10 % der Beschickung der letztgenannten Stufe ist.
9. 9· Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß der kleinere Abzugsanteil der sekundären Hydrozyklon-Stufe kleiner als etwa 0,5 % des rezirkulierten abgezogenen Wassers ist.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet j daß es die weitere Stufe des Unterwerfens des kleineren Abzugsanteils der sekundären Hydrozyklon-Trennstufe einer dritten Behandlungsstufe der

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    Festsubstanz-Abtrennung zur Schaffung eines größeren Überlaufanteils mit vermindertem Festsubstanz-Gehalt und einem kleineren Abzugsanteil mit erhöhtem Festsubstanz-Gehalt, umfaßt.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der größere Überlaufanteil der tertiären Behandlungsstufe rezirkuliert wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Behandlung der tertiären Stufe Zentrifugieren ist.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Behandlung der tertiären Stufe Filtern ist.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es die weitere Stufe des Absonderns eines Teils des abgezogenen rezirkulierten Wassers für eine Behandlung zur Wiedergewinnung von Feststoffen daraus, einschließt.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es die weitere Stufe des Zu-

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    setzens von Chemikalien zu dem abgezogenen rezifkulierten Wasser einschließt.

    16". Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die volumetrische Durchflußgeschwindigkeit zumindest 1000 gallons pro Stunde pro pound (8290 1/kg.Std.) ausgetragener Asche aus dem Abscheidersystem beträgt.

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