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Die Erfindung betrifft ein Sprühsystem und ein Verfahren zur
Behandlung eines Rauchgases.
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Es ist bekannt Rauchgasen bzw. Verbrennungsgasen, welche
beispielsweise von Verbrennungsofenanlagen stammen, zur Senkung der
Rauchgastemperatur oder zur Verminderung der Menge an
abgegebenen Substanzen, welche für die Umwelt schädlich sind, Wasser
zuzusetzen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird Wasser oder eine
wäßrige Lösung in die Rauchgase gesprüht, falls nötig, nach
vorangegangener Behandlung der Gase in einem Wirbelbett. Indem man
die für die Verdampfung erforderliche Wärme entzieht, vermindert
sich die Temperatur der Rauchgase, was zu einer verminderten
thermischen Belastung für die Umwelt führt. Dieser
Temperaturabfall ist oft auch in Verbindung mit einer wahlweisen
nachfolgenden Behandlung der Rauchgase erforderlich, beispielsweise
einer Filtrierung. Die Filtrationsausrüstung ist oft gegenüber
der Temperatur der unbehandelten Rauchgase nicht temperaturfest.
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Es ist allgemein üblich, Wasser oder eine wäßrige Lösung in die
Rauchgase mittels Sprühern unterschiedlichen Typs zu sprühen. Es
ist beispielsweise bekannt, Zwei-Phasen-Sprüher, wie
Ultraschallsprüher, zu verwenden. Es ist ferner möglich, Sprüher zu
verwenden, welche auf einer Sprühwirkung basieren, die durch
eine unter Hochdruck zugeführte Flüssigkeit hervorgerufen wird.
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Die Verwendung unterschiedlicher Typen von Sprühern führt oft zu
dem Problem, daß Korrosion und / oder Abnützung die Sprüher
schnell verschleißen. Falls Sprüher zur Behandlung von
Rauchgasen verwendet werden, welche eine Temperatur aufweisen, die nahe
dem Säuretaupunkt der Rauchgase liegt, werden diejenigen Teile
des Sprühers, welche mit den Rauchgasen in Berührung kommen,
unter Kondensationbedingungen leicht korrodieren. Dies ist
insbesondere der Fall bei Rauchgasen, welche eine relativ
niedrigere Temperatur aufweisen. Korrosion kann auch für den Fall
auftreten, daß saure Bestandteile des Rauchgases auf den
Metallteilen des Sprühers infolge der niedrigen Temperatur dieser
Metallteile kondensieren. Es ist möglich, dieses Problem
teilweise zu lösen, indem man teure korrosionswiderstandsfähige
Materialien, wie Nickelstahl und dergleichen, verwendet. Dies
führt jedoch zu sehr hohen Kosten, während das Problem dadurch
nicht adäquat gelöst wird.
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Während der Behandlung der Rauchgase, welche mit
Festkörperpartikeln kontaminiert sind, beispielsweise in Folge einer
vorangegangenen Behandlung in einem Bett aus Festkörperpartikeln,
wie einem Wirbelbett, tritt der Verschleiß des Sprühkopfes oft
infolge eines verminderten Druckes auf, welcher sich nahe dem
Sprühkopf bildet, was dazu führt, daß die Festkörper aus den
Rauchgasen zu dem Kopf hingezogen werden.
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Es besteht daher ein Bedarf nach einem Sprühsystem, welches
weniger empfindlich für Korrosion ist, die durch die sauren
Bestandteile des zu behandelnden Rauchgases hervorgerufen wird.
Es besteht ferner ein Bedarf nach einem Sprühsystem, welches
weniger empfindlich für Verschleiß des Sprühkopfes ist.
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Die Erfindung schafft ein Sprühsystem zum Sprühen einer
Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, welches in einer Anlage zur
Behandlung von Rauchgasen verwendbar ist, mit wenigstens einer
Flüssigkeitszuführleitung, einem Sprühkörper und einem
Sprühkopf, wobei der Sprühkörper und die Zuführleitung mit einem
Gehäuse umgeben sind, welches thermisch den Sprühkörper und die
Zuführleitung von der Umgebung isoliert, wobei der Sprühkörper
an das Gehäuse der Zuführleitung befestigt ist, wobei die
Befestigung so ausgelegt ist, daß wenig Wärmetransport von dem
Sprühkörper zu dem Gehäuse erfolgt, und wobei das Gehäuse nahe
dem Sprühkörper in einer Entfernung von diesem angeordnet ist.
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Überraschenderweise wurde herausgefunden, daß mit dem
Sprühsystem gemäß der Erfindung keine Korrosionsprobleme infolge der
Kondensation der sauren Bestandteile aus dem Rauchgas auftreten.
Zum Erreichen dieses Ergebnisses ist eine minimale Kontaktfläche
zwischen dem Sprühkörper und der Ummantelung, welche die
Zuführleitung umgibt, wesentlich, sodaß der Kältetransport zu dieser
Ummantelung so klein wie möglich ist. In der Praxis kann dieser
minimale Kontakt erreicht werden, indem man als Ummantelung ein
Metallrohr verwendet, an welches der Sprühkopf an zwei Punkten
befestigt ist, welche sich vorzugsweise am unteren und am oberen
Ende des Rohres befinden.
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Das Gehäuse setzt sich vorzugsweise aus zwei miteinander
verbundenen Ummantelungen zusammen, von denen eine die
Zuführleitung und die andere den Sprühkörper umgibt. Räume, welche durch
die Ummantelungsteile eingeschlossen sind, können miteinander
verbunden werden, damit ein einziger Gasraum gebildet wird. Die
Ummantelung um den Sprühkörper muß sich nicht in thermischem
Kontakt zu dem Sprühkörper befinden. Die aufbaumäßig
erforderlichen Stellen für Befestigungskontakt und gasdichten Abschluß
können falls gewünscht durch Verwendung hitzeisolierender
Dichtungen isoliert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
Sprühvorrichtung eine Zwei-Phasen-Sprühvorrichtung, genauer
gesagt, eine Ultraschall-Zwei-Phasen-Sprühvorrichtung. Natürlich
sind alle Sprühvorrichtungen nicht nur lediglich mit einer
Leitung zum Zuführen einer Flüssigkeit, wie Wasser, versehen,
sondern auch mit einer Leitung zum Zuführen eines Gases, wie Luft.
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Für den Fall, daß die Rauchgase mit Festkörpern kontaminiert
bzw. verunreinigt sind, kann das dann hervorgerufene
Abnutzungsproblem gelöst werden, indem man Vorrichtungen zur Erzeugung
eines im wesentlichen um den Sprühkopf herum ringförmigen
Luftflusses verwendet. Vorzugsweise bestehen diese Vorrichtungen
bzw. diese Vorrichtung aus mindestens einem ringförmigen Kanal
zur Erzeugung eines Gasstromes um den Sprühkopf herum und
darüberhinaus aus einer Führung für den Gasstrom, wobei diese
Führung sich wenigstens nahe zu dem Sprühkopf hin erstreckt.
Falls erforderlich kann eine zweite Führung zur Führung des
Gasstromes nahe um den Sprühkopf herum, vorgesehen werden. Die
Vorrichtung zur Erzeugung des Gasstromes besteht beispielsweise
aus einem Schlitz für das Gas, wobei sich dieser Schlitz
zwischen dem Sprühkörper und der Ummantelung befindet, welche den
Sprühkörper umgibt. Diese Vorrichtung kann auch aus einem
porösen Material bestehen, welches sich nahe dem Sprühkopf befindet,
wobei durch dieses poröse Material ein Gas strom hindurchgeführt
wird. Ein solches poröses Material kann beispielsweise ein
gesinteter Metallfilter sein.
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Das Gas zur Erzeugung des schützenden Gasstromes wird
vorzugsweise durch die Ummantelungen um die Zuführrohre bzw. das
Zuführrohr des Sprühkörpers herum zugeführt. Es ist nicht
notwendig eine getrennte Zuführleitung zu verwenden. In einem solchen
Falle kann es vorteilhaft sein, ein Erhitzungsgas zu verwenden,
welches dazu dient, die Temperatur der Ummantelungen so hoch zu
halten, daß keine Kondensation der Flüssigkeit auf den
Ummantelungen auftritt. Tatsächlich wird durch Aufrechterhalten der
Temperatur der Ummantelungen über dem Säuretaupunkt des Gases
das Korrosionsrisiko an "kalten Flecken" völlig ausgeschaltet.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Behandlung eines
Rauchgases, welches das Sprühen von Wasser oder einer wäßrigen
Flüssigkeit in das Rauchgas unter Verwendung des Sprühsystems
gemäß der Erfindung umfaßt.
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Ausführungsformen eines Sprühsystems gemäß der Erfindung werden
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Es zeigen:
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Fig. 1 einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform, und
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Fig. 2 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform.
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Das Sprühsystem gemäß Fig. 1 ist an einer (nicht gezeigten)
Wandung einer Anlage zur Behandlung von Rauchgasen befestigt. Das
Sprühsystem enthält einen Sprühkörper 5, welcher mit einem
mittig angeordneten axial verlaufenden Kanal 10 versehen ist,
welcher an eine Wasserzuführleitung 4 mittels eines transversen
Kanals 11 angschlossen ist. Das obere Ende des Sprühkörpers 5
enthält eine Gewindebohrung, in welche ein Sprühkopf 6
angeschraubt ist. Der Kopf 6 und der Körper 5 können auch unter
Verwendung einer anderen Methode miteinander verbunden werden,
beispielsweise mittels Kleben. Zwischen der inneren Wandung des
Sprühkörpers 6 und der äußeren Wandung des Rohrendes 13 des
Sprühkörpers 5 findet sich ein ringförmiger Kanal 14, welcher
unten mit der Gaszuführleitung 3 in Verbindung steht. Der
ringförmige Kanal 14 mündet in der Nähe des Endes des Sprühkopfes
in den Zentralkanal 10. Der Sprühkopf 6 ist mit einem zweiten
Sprühkopf 8 zur Förderung von Ultralschallsprühen versehen. Eine
Gas/Wasser-Nebelmischung tritt aus dem zweiten Sprühkopf 8 aus,
wie durch die Pfeile N angezeigt ist, und wird in den
Rauchgasstrom R eingeführt, welcher an dem Sprühsystem entlang
vorbeiführt.
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Das Sprühsystem wird durch ein Gehäuse vor Korrosion geschützt,
welches durch eine erste rohrförmige Ummantelung 1 gebildet ist,
welche die Gas- und Wasserzuführleitungen 3, 4 in einem gewissen
Abstand umschließt und an den Sprühkörper 5 lediglich an zwei
Stellen 15, 16 angeschlossen ist. Der Sprühkörper 5 wird durch
eine zweite Ummantelung 2 umschlossen, welche angesichts der
Montageerfordernisse aus zwei miteinander verbundenen
halbzylindrischen Schalen 17, 18 besteht, wobei deren Teilungsebene
senkrecht zu der Zeichnungsebene verläuft. Zwischen der Außenwandung
des Sprühkörpers 5 und der Innenwandung der zweiten Ummantelung
2 befindet sich ein ringförmiger Schlitz 19. Die Schale 17 ist
mit der ersten Ummantelung 1 verbunden, beispielsweise durch
Schweißen. Ein Kopf 20 mit einem dazwischengelegten O-förmigen
Ring 9, welcher den Schlitz 19 abdichtet, wird auf das obere
Ende der Schalen 17, 18 geschraubt.
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Der Kältetransport bzw. die Kälteleitung aus dem Sprühsystem zu
den Ummantelungen 1, 2 kann lediglich über die Kontaktstellen
15, 16 und den O-förmigen Ring, welcher selbstisolierend ist,
stattfinden.
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Die Ausführungsform, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist,
unterscheidet sich von der Ausführungsform, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist,
dadurch, daß der Kopf 20 durch einen diffusorförmigen
Führungsring 7 ersetzt ist, und der O-förmige Ring 9 durch einen porösen
gesinterten Metallring 9'. Durch diesen porösen Ring 9' kann ein
Gasstrom (siehe Pfeile B) aus dem Schlitz 19 erzeugt werden,
welcher den Sprühkopf 6, 8 umgibt, wobei dieser Gasstrom an dem
Führungsring 7 entlang vorbei führt und die Abnützung des
Sprühkopfes 6, 8 durch Festkörper verhindert, welche in dem
Rauchgasstrom R enthalten sind. Das schützende Gas G kann über den
Kanal, welcher durch die Ummantelung 1 festgelegt wird, entlang
der Zuleitungen 3, 4 zugeführt werden, durch den Schlitz 19
hindurchtreten und dann durch den porösen Ring 9' austreten. Bei
dem schützenden Gas B kann es sich um ein erhitztes Gas handeln.