DE3715394A1

DE3715394A1 - Verfahren und vorrichtung zum verringern von staubansaetzen beim behandeln von gasen in einem schmelzofen

Info

Publication number: DE3715394A1
Application number: DE19873715394
Authority: DE
Inventors: Risto Uolevi Saarinen
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1986-05-09
Filing date: 1987-05-08
Publication date: 1987-11-12
Anticipated expiration: 2007-05-09
Also published as: FI74738B; US4908058A; FI861937A0; JPS62268987A; JPH0641836B2; CA1336861C; DE3715394C2; FI74738C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verringern von Staubansätzen beim Behandeln von Gasen in einem Schmelzofen, insbesondere in bezug auf die Behandlung von Schwefeldioxid enthaltenden Gasen.

Die von einem Schmelzofen, wie z. B. einem Suspensionsschmelzofen entlassenen, Schwefeldioxid enthaltenden Gase werden zuerst unter Verwendung von direktem Gasfluß in einen Abhitzekessel geleitet, der in zwei Teile, d. h. eine Strahlungskammer und eine Konvektionskammer unterteilt ist. Der Zweck der Strahlungskammer ist es, die Abgase abzukühlen, so daß die in dem Gas enthaltenen geschmolzenen Teilchen verfestigt werden und die Temperatur unter die Sintertemperatur der Teilchen fällt, bevor die Gase in die Konvektionskammer des Abhitzekessels geleitet werden. In der Konvektionskammer wird die verbleibende Gaswärme mit Hilfe einer Kühlverrohrung gewonnen.

Aufgrund des hohen Staubgehaltes der Abgase entstehen jedoch gewöhnlich in den mit dem Suspensionsschmelzen verbundenen Abhitzekesseln Staubansätze, und diese Staubansätze behindern nicht nur den Betrieb des Abhitzekessels, sondern den Suspensionsschmelzprozeß insgesamt. Hersteller erleiden unter Umständen beachtliche wirtschaftliche Verluste aufgrund von Produktionsunterbrechnungen, die durch diese Schwierigkeiten verursacht werden. Die durch das Auftreten von Staubansätzen entstehenden Schwierigkeiten sind im wesentlichen die folgenden: Die Konvektions-Kühlverrohrung in der Konvektionskammer des Abhitzekessels wird blockiert, das Rohr zwischen dem Abhitzekessel und dem angeschlossenen elektrischen Filter wird blockiert oder Ansätze werden an den Emissionselektroden des elektrischen Filters angesammelt.

Im Stand der Technik gab es verschiedene Versuche, Staubansätze zu vermindern. Das Reinigen des Kessels wurde mit Hilfe von Schüttelanordnungen intensiviert oder es wurden besondere Kühlpaneele parallel zum Gasfluß in die Strahlungskammer des Abhitzekessels eingebaut. Weitere Versuche zur Verminderung von Staubansätzen wurden dadurch unternommen, daß die Konstruktion des Abhitzekessels modifiziert wurde, z. B. in der finnischen Patentanmeldung 65 632, wo eine vertikale Strahlungskammer und eine entsprechende vertikale Reinigungskammer mit einer horizontalen Konvektionskammer verbunden sind. In der Ausführungsform des finnischen Patentes 66 488 ist das Dach der Strahlungskammer des Abhitzekessels so konstruiert, daß es sich allmählich senkt, so daß es schließlich mit dem Dach der Konvektionskammer verbunden wird, die sich an einem wesentlich niedrigeren Niveau befindet.

Weitere Versuche zumn Verringern der Staubansätze wurden durchgeführt durch Verändern der Zusammensetzung des in den Abgasen enthaltenen Stabes, z. B. gemäß dem durch das finnische Patent 61 572 eingeführte Verfahren, wo - auf der Grundlage des Gedankens, daß spröder Staub dazu neigt, weniger Ansätze an der Oberfläche der Konvektions-Kühlvorrohrung anzusammeln - dem Staub ein Versprödungsmittel, wie z. B. Calciumoxid zugesetzt wird, um ihn spröder zu machen. Insoweit haben sich die vorgeschlagenen Verfahren und Anordnungen zum Vermindern von Staubansätzen jedoch hauptsächlich darauf konzentriert, die Symptome zu beseitigen, es gab jedoch keinen Vorschlag, die Ursache der Schwierigkeiten zu beseitigen.

Es ist deswegen die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verringern der Staubansätze zu liefern, die bei der Gasbehandlung beim Suspensionsschmelzen gebildet werden, auch in bezug auf die Ursachen, die zur Bildung der Ansätze führen. Die wesentlichen neuen Merkmale der Erfindung sind aus den angefügten Patentansprüchen ersichtlich.

Es sollen zunächst der Flugstaub, der beim Suspensionsschmelzen von Kupfer erhalten wird und die durch diesen Staub gebildeten Ansätze betrachtet werden. Ein normaler Bestandteil dieser Ansätze ist Kupfersulfat, weswegen ersichtlich ist, daß das Sulfatieren des Staubs mit der Bildung von Ansätzen verbunden ist. Die zur Bildung von Kupfersulfat führende Reaktion ist die folgende:

CuO + 1/2 O₂ + SO₂ → CuSO₄ (1)

und das Gleichgewicht der Reaktion (1) bei verschiedenen Temperaturen kann aus Fig. 2 entnommen werden, wo die stabilen Kupfersulfat/Kupferoxid-Gleichgewichte als Funktion der Temperatur in unterschiedlichen Teilen des Abhitzekessels als Partialdruckparameter von Schwefeldioxid beschrieben werden. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, ist bei Temperaturen unterhalb von 800°C die Anwesenheit von Kupfersulfat immer mit sehr geringen Sauerstoffgehalten verknüpft. Fig. 2 zeigt weiter, wie das Reaktionsgebiet A der Sulfatierung sich auf die Strahlungskammer zu bewegt, wenn der Sauerstoffdruck wächst. Weil die Reaktion (1) exotherm ist, erhöht die durch die Reaktion gebildete Wärme die Temperatur des Produktes und es werden aufgrund des niedrigen Schmelzpunktes, d. h. 770°C, von Kupfersulfat leicht Ansätze gebildet. Die gebildeten Ansätze dienen andererseits gewissermaßen als Substrat für neue Staubansätze.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, herrschen die zum Sulfatieren und zur Bildung von Ansätzen günstigen Bedingungen in der Nähe des Anfangs der Konvektionskammer oder in der Nähe des Endes der Strahlungskammer vor. Wenn infolgedessen das Blockieren der Gasbehandlungsleitung begonnen hat, führt dies zu einem höheren Unterdruck sowohl im nach dem Abhitzekessel angeordneten elektrischen Filter als auch in der Konvektionskammer des Abhitzekessels, um die Beseitigung des Gases aus dem Suspensionsschmelzofen zu ermöglichen. Dies wiederum führt zum Anwachsen des Sauerstoffdrucks aufgrund der zugenommenen Luftmenge, die in den Abhitzekessel leckt und weiter zu einer beschleunigenden Blockierungsgeschwindigkeit, hervorgerufen durch die Staubansätze und zu ihrer Ausdehnung weiter hinein in die Konvektionskammer wie auch in die nachfolgende Gasleitung und den elektrischen Filter.

Es war eine allgemeine Praxis, beim Suspensionsschmelzverfahren eine geringe Menge von Überschußsauerstoff für die Brenner des Vorherdes (settler) zu verwenden, in welchem Falle der Sauerstoff für die Sulfatreaktion bereits vom Ofen her eingeführt wird. Jedoch bringt dieses Verfahren einige Nachteile: Die Gasmenge wächst, weil eine zusätzliche Luftmenge verwendet und mit zusätzlichem Öl beheizt wird. Es kann auch vorkommen, daß sich die Strahlungskammer infolgedessen als unzureichend erweist, wenn die Temperatur des Abgases und des Staubes selbst nach der Strahlungskammer oberhalb von 800°C bleibt, in welchem Falle das Sulfatieren, d. h. die Bildung von Staubansätzen, nur in der Konvektionskammer stattfindet. Weiter wurde zum Steuern der Bildung von Ansätzen eine Gasrückführung verwendet, in welchem Falle die Abgase in den Abhitzekessel rückgeführt werden. Dies bringt jedoch einen wesentlichen Fluß von warmem Gas mit sich, jedoch führt das geführte Gas gleichzeitig nicht genügend Sauerstoff in die Strahlungskammer des Abhitzekessels ein.

Beim Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das Sulfatieren, d. h. die Bildung von Staubansätzen dadurch gesteuert, daß man von Temperatur und Sauerstoff Gebrauch macht. Erfindungsgemäß wird in die Strahlungskammer des Abhitzekessels durch Düsen und mit einer im wesentlichen hohen Geschwindigkeit von 20 bis 90 m/s, bevorzugt 40 bis 70 m/s, ein Sauerstoff tragendes Gas mit 10 bis 40 Vol.%, bevorzugt 15 bis 25 Vol.% der Menge des Abgases eingeblasen, so daß der Sauerstoffgehalt in den Abgasen zunimmt und das Sulfatieren, d. h. die Bildung von Ansätzen, weiter zur Strahlungskammer hin verschoben wird. Weil das Sauerstoff tragende, in die Strahlungskammer des Abhitzekessels geblasene Gas, wie z. B. Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Sauerstoff die Temperatur des in der Strahlungskammer enthaltenen Gases vorteilhaft senkt, bewegt sich das Reaktionsgebiet zur Strahlungskammer hinüber, von wo jegliche gebildete Staubansätze in einfacher Weise ohne schädliche Druckveränderungen entfernt werden können, die den Betrieb des Abhitzekessels beeinträchtigen könnten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorteilhaft wenigstens eine Düse zum Einblasen des Sauerstoff tragenden Gases auf, die vorteilhaft auf dem Dach des Abhitzekessels angeordnet ist, so daß das Düsenrohr sich bezüglich der Flußrichtung des Gases in geneigter Position befindet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen in weiteren Einzelheiten beschrieben; es zeigen:

Fig. 1: Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in teilweisem Schnitt, von der Seite gesehen;

Fig. 2: das Kupfersulfat/Kupferoxid-Gleichgewicht als Funktion der Temperatur bei veränderlichen Partialdrücken von Schwefeldioxid und Sauerstoff gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3: das Gleichgewicht von Fig. 2 in der Situation von Beispiel 1; und

Fig. 4: das Gleichgewicht von Fig. 2, wenn das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung gemäß Beispiel 2 angewandt werden.

Gemäß Fig. 1 ist auf einem Dach 10 einer Strahlungskammer eines Abhitzekessels, vorteilhaft am fernen Ende des Daches erfindungsgemäß eine Düse 11 angebracht, die über die Öffnung 12 durch das Dazwischensetzen des in der Düse 11 vorgesehenen Gebläserohrs 14 mit der Strahlungskammer 13 verbunden ist. Das Rohr 14 ist in geneigter Lage bezüglich des Gasflusses 15 eingebaut, der von dem Schmelzofen 16 in die Strahlungskammer 13 eintritt. Das Rohr 14 bildet einen Winkel von 5 bis 30°, vorteilhaft 10 bis 20° mit dem Lot auf den Gasfluß 15. Fig. 1 zeigt auch die Konvektionskammer 17 des Abhitzekessels und die darin enthaltenen Konvektions-Verrohrungen 18.

Durch die Düse 11 kann die Strahlungskammer 13 des Abhitzekessels ein Sauerstoff tragendes Gas, wie z. B. Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Sauerstoff eingeblasen werden, um das erfindungsgemäße Verfahren zu verwirklichen. Es können auf dem Dach 10 der Strahlungskammer auch mehrere Düsen 11 eingebaut sein, wenn es vorteilhaft ist, die benötigte Gasmenge in unterschiedliche Teile der Strahlungskammer einzublasen. Es ist jedoch eine vorteilhafte Anordnung der Düsen, wenn sie sich bezüglich der Längsrichtung des Daches an im wesentlichen demselben Punkt des Daches der Strahlungskammer befinden.

Im folgenden werden sowohl für die Arbeitsweise des Standes der Technik als auch für die Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung in einem System von Industriegröße Beispiele gegeben.

Beispiel 1

Ein Fluß von Abgasen aus einem Schmelzofen wurde mit 30 000 Nm³/h in die Strahlungskammer eines Abhitzekessels geführt. Der Schwefeldioxidgehalt der Abgase betrug 26,7 Vol.%, der Sauerstoffgehalt 1,0 Vol.%. Bei der Arbeitsweise des Standes der Technik beträgt die Temperatur des Abgases nach der Strahlungskammer 750-800°C. Fig. 3 zeigt die Situation gemäß diesem Beispiel in einem Kupfersulfat/ Kupferoxid-Gleichgewichtssystem. Wie aus der Lage des Reaktionsgebietes A entnommen werden kann, ist die Sulfatierung, d. h. die Bildung von Ansätzen, am aktivsten innerhalb der ersten und teilweise der zweiten Verrohrungseinheit der Konvektionskammer. Daraus folgt ein allmähliches Blockieren, das zu einem erhöhten Sog am fernen Ende der Gasleitung und weiter zu einem beschleunigten Blockierungseffekt führt.

Beispiel 2

Erfindungsgemäß wurde in einen Abgasfluß ähnlich dem von Beispiel 1 am fernen Ende der Strahlungskammer durch eine auf dem Dach der Strahlungskammer des Abhitzekessels angebrachte Düse mit 6000 Nm³/h, d. h. mit 20 Vol.% der Gesamtgasmenge, Luft eingeblasen. Die gesamte, aus der Strahlungskammer entlassene Gasmenge betrug somit 36 000 Nm³/h. Der Schwefeldioxidgehalt des Gases betrug 22,2 Vol.%, der Sauerstoffgehalt 4,3 Vol.% und die Temperatur des Gases betrug 680 bis 700°C. Fig. 4 beschreibt die Situation gemäß diesem Beispiel. Wie aus Fig. 4 deutlich ist, hat sich das Reaktionsgebiet A deutlich zur Strahlungskammer hin bewegt, in welchem Falle dieses wesentliche Ausmaß an Sulfatierung, d. h. Ansatzbildung in der Strahlungskammer stattfindet und das System innerhalb der Konvektionskammer frei ist von jeder wesentlichen Ansatzbildung.

Claims

1. Verfahren zum Verringern von Staubansätzen beim Behandeln von Schwefeldioxid enthaltenden Abgasen in einem Schmelzofen durch Verändern der Zusammensetzung der Abgase dadurch gekennzeichnet, daß man in die Abgase in der Strahlungskammer (13) des Abhitzekessels ein Sauerstoff tragendes Gas einbläst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des eingeblasenen Sauerstoff tragenden Gasen 10 bis 40 Vol.%, bevorzugt 15 bis 25 Vol.% der Menge des Abgases beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasgeschwindigkeit des Gases im Bereich von 20 bis 90 m/s, bevorzugt von 40 bis 70 m/s liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoff tragende Gas Luft ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoff tragende Gas mit Sauerstoff angereicherte Luft ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoff tragende Gas Sauerstoff ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Dach (10) des Abhitzekessels mindestens eine Düse (11) in geneigter Stellung bezüglich des Lots auf die Gasflußrichtung (15) angeordnet ist, um das Sauerstoff tragende Gas in die Strahlungskammer (13) des Abhitzekessels zu leiten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen dem Lot auf die Gasflußrichtung (15) und der Düse (11) 5 bis 30°, bevorzugt 10 bis 20° beträgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (11) am entfernten Ende der Strahlungskammer bezüglich der Gasflußrichtung (15) angebracht ist.