DE4117848A1 - Verfahren zum entfernen von gasfoermigen schadstoffen aus abgasen, insbesondere aus rauchgasen von waermeerzeugungs- und industriellen feuerungsanlagen sowie thermischen muellverbrennungsanlagen und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von gasför­ migen Schadstoffen aus Abgasen, insbesondere aus Rauchgasen von Wärmeerzeugungs- und industriellen Feuerungsanlagen sowie ther­ mischen Müllverbrennungsanlagen, mit den Merkmalen des Oberbe­ griffs des Patentanspruches 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchfuhrung dieses Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbe­ griffs des Patentanspruches 6.

Die Abgase, z. B. Rauchgase von Kesselanlagen, Brennofen für Ziegel oder dgl. sowie von Prozessgasen müssen entsprechend den gesetzlichen Vorschriften vor Abgabe in die Umwelt gereinigt werden. Die Schadstoffe in diesen Abgasen werden an Ad-/Absor­ benzien gebunden. Reinigungsanlagen können u. a. eine Schutt­ schicht aus körnigem Material enthalten. Jedes Korn selbst oder aber eine darauf angebrachte Reaktionsschicht kann Schadstoffe binden. Zur Bindung von Schadstoffen, z. B. Schwefeldioxid, wird vorzugsweise als Reaktionsschicht Calciumhydroxyd (Ca(OH)₂) verwendet. Für andere Schadstoffe sind andere Reaktionsmittel bekannt. Die Affinität der Reaktionsmittel zu den jeweiligen Schadstoffen hängt zum wesentlichen Teil von der Reaktionstem­ peratur ab. Sie ist z. B. bei Schwefeldioxid (SO₂) im Rauchgas um so größer, je optimaler der Taupunktabstand vom jeweiligen Taupunkt des Wasserdampfes ist. Der Taupunktabstand ist somit möglichst gering zu halten. Andererseits ist bekannt, daß bei Unterschreiten der Taupunkttemperatur der im Abgas enthaltene Wasserdampf auskondensiert. Es bildet sich im Zusammenwirken mit dem Schadstoffanteil, z. B. bei Schwefeldioxid (SO₂) Schwe­ felsäure, die metallische Bestandteile der Apparatur angreift und rasch zerstört.

Es ist bekannt, die Abgase, z. B. Rauchgase, vor Eintritt in die Ad-/Adsorbervorrichtung mittels Wassereinsprühung (Quenchküh­ lung) oder durch einen Abgaswarmeaustauscher (ECO) abzukühlen und so einem möglichst geringen Taupunktabstand zum Wassertau­ punkt anzustreben.

Ungünstig bei der Konditionierung der Rauchgase mit Wasser (Quenchkühlung) ist die Abhängigkeit von der Mindestdurchströ­ mungsgeschwindigkeit der zu kühlenden Gase durch einen Kondi­ tionierungsteil. Bei deren Unterschreitung ist die Gefahr von Ablagerungen und Anbackungen bis hin zu vorzeitigen Korrosionen gegeben. Nachteil der unmittelbaren Kühlung durch einen dem Reaktor vorgeschalteten Abgaswärmetauscher (ECO) ist in den meisten Fällen eine Abhängigkeit des Kühlmediums (z. B. Ruck­ laufwasser aus einer Heizanlage (von der minimal erzielbaren Gastemperatur infolge des notwendigen Temperaturgefälles. Da­ durch wird die Abkühlmöglichkeit der Abgase begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen, insbesondere Rauch­ gasen, zu schaffen, welche die optimale Affinität des Reaktionsmittels der Schüttschicht zum Schadstoffanteil des Abgases gewährleistet, dabei eine Korrosionsgefahr für die Adsorbervorrichtung vermeidet. Außerdem soll ein Austritt des Schadstoffes in die Umwelt unabhängig von den Betriebsphasen der die Abgase abgebenden Einrichtung weitgehenst vermieden werden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merk­ malen der Patentansprüche 1 und 6.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß die gasreinigende Schütt­ schicht über einen Wärmetauscher unmittelbar erwärmt oder ge­ kühlt werden kann. Somit besteht die Möglichkeit, z. B. vor Anfahren einer Anlage die eine beträchtliche Nässe bildende Schüttschicht vorzuheizen. Eine Schadstoffabgabe an die Umwelt wird somit auch in der Anfahrphase der Anlage vermieden. Wäh­ rend der Betriebsphase kann durch Kühlen der Schüttschicht unter Verwendung eines Wärmetauschers verhältnismäßig unmittel­ bar die optimale Reaktionstemperatur geregelt beeinflußt wer­ den. Eine optimale Anpassung der Schüttschichttemperatur an die Temperatur des Abgases, z. B. Rauchgases oder Prozessgases, unter Berücksichtigung von Affinität der verwendeten Ad-/Ab­ sorbenzien und Taupunkttemperatur, ist möglich.

Außerdem kann erreicht werden, daß in der Ad-/Absorbervorrich­ tung keine unter dem Taupunkt liegende Temperatur auftritt, die dazu führen wurde, daß der im Abgas enthaltene Wasserdampf auskondensiert. Das kondensierte Wasser wurde in Verbindung mit den im Abgas enthaltenen Schadstoffen, wie Schwefeldioxid, Chlor, Fluor oder dgl. entsprechende Säuren, z. B. Schwefelsäure oder dgl. bilden. Eine Korrosionsgefahr wird somit weitgehend vermieden.

Das Abgas kann dabei ohne oder mit vorgeschaltetem Abgaswärme­ tauscher der Ad-/Absorbervorrichtung zugeleitet werden.

Durch den Einsatz der zusätzlichen Kühlstufe oder Wärmetauscher innerhalb des Schüttbettes ist bei konventionell vorhandenem, dem Ad-/Adsorbervorrichtung vorgeschalteten Wärmetauscher auch die sonst verlorene Restwärme unterhalb des gegebenen Niveaus noch wirtschaftlich nutzbar. Diese kann beispielsweise für Vor­ wärmezwecke oder als Wärmequelle einer Wärmepumpe dienen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Fließschema einer Ad-/Absorbervorrichtung für eine Kesselanlage und

Fig. 2 einen vertikalen Längsschnitt der Ad-/Absorbervorrich­ tung.

Die Ad-/Absorbervorrichtung 1 ist nach Fig. 1 z. B. an eine Kesselanlage 2 angeschlossen, die z. B. durch Kohle befeuert wird. Das von der Kesselanlage 2 abgezogene Rohgas wird über die Rohrleitung 3, in die eine Absperrklappe 4 eingeschaltet ist, der Ad-/Absorbervorrichtung 1 zugeleitet. Das von der Ad- /Absorbervorrichtung kommende Reingas wird über die Rohrleitung 5 über eine Absperrklappe 6 zum Kamin 7 geführt.

Für Reparaturzwecke der Ad-/Absorbervorrichtung 1 erfolgt nach Absperren durch die Absperrklappe 4 eine Umleitung des Rohgases über eine absperrbare By-pass-Leitung 8 direkt zur Leitung 5 und zum Kamin 7.

Das Schüttschichtmaterial, z. B. ein Calciumkarbonat-Granulat (CACO₃), wird über einen Silo-LKW 9 in ein Vorratssilo 10 ein­ gebracht. Von diesem gelangt das Schüttschichtmaterial über eine Rohrleitung 11 zum Aufgabeteil 12 der Ad-/Absorbervorrich­ tung 1.

Das aus der Ad-/Absorbervorrichtung 1 ausgetragene, verun­ reinigte Schüttschichtmaterial wird über eine Zellenradschleuse 13, einem Rotationssichter 14 mit Trenner 15, einerseits einem Silo 16 für den nicht wieder aufbereitbaren Teil, schließlich einem LKW 17, und andererseits über eine Rohrleitung 18 für den aufbereiteten Schüttschichtmaterialteil der Ad-/Absorbervor­ richtung 1 zurückgeführt.

Die Ad-/Absorbervorrichtung 1 besitzt ein in Draufsicht langge­ strecktes, rechteckförmiges Gehäuse 20. Die parallelen Längs­ seitenwände 21, 22 sind an ihren Enden durch Stirnwände 23, 24 verbunden. Oben ist das Gehäuse 20 durch die Deckenwand 25 abgeschlossen. An der Gehäuseunterseite befinden sich in Längs­ richtung zur Mitte hin zulaufende Seitenwände 26, 27, mit deren Enden ein horizontales Bodenteil 28 verbunden ist. Das Unter­ teil 29 besitzt wieder parallele, vertikale, trapezförmige Stirnwände 30, 31, die mit den beiden Wänden 26, 27 verbunden sind. Das Gehäuse 20 ist über vier Bodenstützen 32, die an den Gehäuseecken angeordnet sind, am Boden abgestützt.

Das Unterteil 29 wird vom Gehäuseoberteil 33 durch einen durch­ gehenden Tragrost 34 getrennt. Der Tragrost 34 besteht aus zwei parallelen, an den Seiten und Stirnwänden 21, 22, 23 und 24 befestigten Rostteilen 35, 36. Die Rostteile 35, 36 sind dabei so ausgebildet, daß die Rostschlitze 37 bzw. Roststege 38 der beide Rostteile 35, 36 zueinander versetzt sind. Die Schlitze 37 des oberen Rostteiles 36 werden durch Stege 38 des unteren Rostteiles 35 abgedeckt. Zwischen den Rostteilen 35, 36 befin­ det sich ein ebenfalls Roststege aufweisender Rostschieber 39, der auf dem unteren Rostteil 35 aufliegend durch Antriebe, z. B. hydraulische oder pneumatische Einfach-Zylinder hin- und her bewegt wird. Die bei Betätigung des Rostschiebers 39 des Tragrostes 34 nach abwärts ausgetragenen Schüttschichtmateria­ lien werden am Boden des Unterteils 29 gesammelt. Dort ist ein Endloskettenförderer 43 mit querverlaufenden Mitnehmerleisten 44 angeordnet. Der Kettenförderer 43 besitzt Umlenkkettenräder 45, von denen das eine durch einen nicht dargestellten Antriebs­ motor angetrieben ist. Der sich in der angegebenen Pfeilrich­ tung bewegende Förderer 43 räumt mit seinem Untertrum 46 den Boden 28 frei und trägt das Filtermaterial in einem nach ab­ wärts gerichteten Schacht 47 aus, an dessen Boden sich eine Austragschnecke 48 befindet. Der Schachtfühler 49 schaltet von Zeit zu Zeit den nicht dargestellten Antrieb der Austrag­ schnecke 48 über eine vorbestimmbare Zeit ein.

Dem Raum unterhalb des Tragrostes 34 kann über einen nicht dargestellten Anschlußstutzen das zu filternde Rohgas zugelei­ tet werden.

Außerdem ist der Rohgasraum 50 mit einer in Fig. 2 strichliert angedeuteten Inspektionsöffnung 51 versehen.

Dem Gehäuseoberteil 33 wird über eine nicht dargestellte Lei­ tung in der angegebenen Pfeilrichtung Schüttschichtmaterial, z. B. granuliertes Calciumcarbonat (CaCO₃) (Kalksplitt von z. B. 2-20 mm Durchmesser) zugeleitet. Vorzugsweise ist der Kalk­ splitt mit einer Reaktionsschicht, z. B. von Calciumhydroxid und dgl. ummantelt. In dem durch die Querwand 52 gebildeten Füll­ schacht 53 befindet sich am oberen Ende eine Aufgabevorrichtung 54. Diese besitzt eine angetriebene Schnecke 55, die das zu­ geführte Schüttschichtmaterial gleichmäßig den Öffnungen 56 im darunter befindlichen, gewölbten Abschlußblech 57 zuleitet.

Das über die Öffnungen 56 zugeführte Schüttschichtmaterial 58 fällt über den Schacht 59 nach abwärts und bildet einen von der Stirnwand 23 weggerichteten Schüttkegel.

Parallel zum Tragrost 34 ist ein Endloskettenförderer 16 vor­ gesehen, dessen Endloskette 61 mit Mitnahmeleisten 62 über Umlenkräder 63 geführt ist, von denen ein Paar angetrieben ist. Der in der angegebenen Pfeilrichtung laufende Kettenförderer 60 nimmt mit seinem Untertrum Material vom Schüttkegel des Schütt­ schichtmaterials mit und verteilt es nach und nach über die gesamte Länge des Tragrostes 34 mit einer vorbestimmten Stärke h. Das Ende der gleichmäßig verteilten Schüttschicht 64 ist durch eine geteilte Abschlußwand 65 begrenzt. Der obere Wand­ teil 66 ist gegenüber der ortsfesten unteren Wand 67 in der Höhe einstellbar und feststellbar. Zugleich ist der Endloskettenförderer 60 in der Höhe ent­ sprechend der angegebenen Pfeilrichtung einstellbar.

Auch das untere Teil 68 der Querwand 52 ist zusammen mit dem Kettenförderer 60 und der Abschlußwand 64 höheneinstellbar. Hierdurch kann die Schüttschicht 64 auf eine gewünschte vor­ bestimmte Höhe eingestellt werden.

Hat der Kettenförderer 60 das Filtermaterial gleichmäßig über dem Tragrost verteilt, wird das überschießende Material über die Abschlußwand 65 mitgenommen, von wo es in einen tiefergezo­ genen Querkanal 69 fällt, in dem sich eine Austragschnecke 70 befindet. Auch in diesem Querkanal 69 befindet sich ein nicht dargestellter Fühler, der bei entsprechender ausgetragener Überschußmenge an Schüttschichtmaterial betätigt, den nicht dargestellten Antrieb für die Schnecke 70 einschaltet, welche das im Querkanal 69 befindliche Schüttschichtmaterial austrägt, von wo es wieder zu einem Vorratssilo, z. B. Silo 10, nach Fig. 1, zuruckgefördert wird. Zugleich wird aber durch diesen Fühler der Antrieb des Kettenförderers 60 abgeschaltet. Der Antrieb des Kettenförderers 60 wird wieder eingeschaltet, wenn der Tragrost 34 mittels seines Rostschiebers 39 für eine vorbestimmte Zeit verbrauchtes, verschmutztes Schüttschicht­ material an der Unterseite der Schüttschicht 64 über eine vor­ bestimmte Zeit ausgetragen hat.

Unmittelbar oberhalb der Schüttschicht 64 befindet sich der am Oberteil 33 des Gehäuses 20 begrenzte Freiraum 71, in dem sich das Reingas sammelt, welches über einen nicht dargestellten Abschlußstutzen am Qberteil 33 des Gehäuses 20 abgezogen wird.

In die Ad-/Absorbervorrichtung 1 ist ein Wärmetauscher 80 ein­ gebaut. Dieser besteht aus Taschen 81, die sich üsber die Breite der Ad-/Absorbervorrichtung 1 erstrecken. Sie durchqueren die Schüttschicht 64 vertikal. Vorzugsweise sind sie über den Rost­ stegen 38 angeordnet. Zwischen den Taschen 81 bilden sich Lücken 82. Durch diese strömt das Schüttschichtmaterial Schlitzen im Tragrost 34 zu.

Die Vielzahl von Taschen 81, von denen in Fig. 1 nur eine sche­ matisch dargestellt ist, sind mit ihren Zu- und Ablaufen par­ allel geschaltet. Über die Zuleitung 83 wird eine Mediumflüs­ sigkeit oder Gas über eine nicht dargestellte Pumpe vom Wärme­ tauscher 84 dem Wärmetauscher 80 zugeleitet. In die zum Wärme­ tauscher 84 zurückführende Ableitung 85 ist ein temperaturge­ steuertes 3-Wege-Ventil 86 eingeschaltet.

Der von den Taschen 81 im Bereich der Schüttschicht 64 gebil­ dete Wärmetauscher 80 senkt in der Kühlphase die Temperatur der Körner der Schüttschicht 64 durch Wärmeleitung und Konvektion ab. Die Temperatur der Körner wird dabei vorzugsweise so ge­ wählt, daß ein optimaler Taupunktabstand erreicht wird. Hier­ durch wird es möglich, die Affinität des Schüttschichtmaterials gegenüber den Schadstoffen im Abgas beträchtlich zu erhöhen. Insbesondere ergibt sich diese erhöhte Affinität gegenüber schwefelhaltigen Schadstoffen bei Anwendung einer Reaktionsschicht aus Calciumhydroxyd (CA(OH)₂) auf einem Calci­ umkarbonat-Granulat (CACO₃). Die Regelung der Temperatur des Kühlmittels, welches die Taschen 81 durchströmt, vorzugsweise Wasser, erfolgt abhängig von der Reingastemperatur bzw. von der Temperatur des Schüttschichtmaterials und dgl. des Kraftwerkes 2, der Abgastemperatur des Durchsatzes an Filtermaterial und dgl. durch eine nicht dargestellte Steuereinrichtung, welche das dem Wärmeaustauscher 84 zugeleitete Primärmedium, z. B. Luft, steuert.

Selbstverständlich ist der Wassertaupunkt der Rauchgase abhän­ gig von der Feuerung der Kesselanlage bzw. von Prozessabgasen zu beachten.

Dadurch, daß die Rauchgasreinigungsanlage unter Beachtung eines Taupunktabstandes, wenn auch eines möglichst geringen, betrie­ ben wird, bleibt die Schüttschicht 64 der Ad-/Absorbervorrich­ tung 1 im wesentlichen trocken. Korrosionsgefahr für die metal­ lischen Bauteile, wie auch ein Zusammenbacken des Schütt­ schichtmaterials wird vermieden.

Es ist auch möglich, die Schüttschicht vor Anfahren einer Ab­ gase abgebenden Anlage zu erwärmen. Das durch den Wärmetauscher 80 geleitete Medium ist dann auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Ist die gewünschte Temperatur der Schüttschicht er­ reicht, kann die Anlage in Betrieb genommen werden.

Selbstverständlich kann z. B. die Kesselanlage mit Öl oder Gas beheizt werden. Die Erfindung kann auch z. B. bei Tunnelofen zum Brennen von Ziegeln sowie bei anderen Anwendungsfällen ange­ wandt werden, bei denen Prozeßgase abgegeben werden. Schließ­ lich können auch andere Schüttschichtmaterialien, wie auch andere Reaktionsbeläge als Ad-/Absorbenzien eingesetzt werden. Anstatt Schwefeldioxid (SO₂) können auch andere Schadstoffe aus den Abgasen entfernt werden.

Die Ad-/Absorbervorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Das Rohgas aus dem Rohgasraum 50 durchströmt die gleichmäßig verteilte, keine Hohlräume und keine Nester aufweisende, ge­ kühlte Schüttschicht 64, deren Temperatur einen möglichst engen Taupunktabstand aufweist, und gelangt in den Reingasraum 71. Nach einer vorbestimmten Zeit, wird eine bestimmte Schicht­ stärke an der Unterseite der Schüttschicht 64 mittels Hin- und Herbewegens des Rostschiebers 39 nach abwärts ausgetragen. Die weiter oben befindliche, noch gar nicht oder wenig verschmutzte Materialschicht gelangt dabei nach abwärts, in Richtung zum Tragrost 34 hin.

Nach vorbestimmter Zeit oder aber bei Absenken auf eine vor­ bestimmte Höhe, wird der Kettenförderer 60 eingeschaltet und verteilt neues, reines Schüttschichtmaterial über die Oberseite der Schüttschicht. Auf diese Weise wird an der Unterseite ver­ brauchtes Granulat standig abgetragen und an der Oberseite neues, reines bzw. mit Absorbenzien beschichtetes Granulat im Gegenstrom zum Abgas zugeführt.

Die verschiedenen Bewegungen vom Rostschieber 39, Kettenförde­ rer 43 und Kettenförderer 60 sowie der Aufgabeschnecke 55 und der Austragschnecken 48, 70 sind zeitlich aufeinander abge­ stimmt und erfolgen vollständig automatisch.

Es ist auch möglich, übereinander unterschiedliche Schichten für die Schüttschicht 64 mittels des Kettenförderers 60 auf­ zubringen. So könnte z. B. an der Oberseite eine Schicht aufge­ bracht werden, die andere Bestandteile des Rohgases abscheidet, als die weiter unten liegende Schicht. Für eine solche Schicht könnte z. B. Aktivkohle oder Aktivkoks verwendet werden.

Auch im Reingasraum 71 kann, wie strichliert angedeutet, eine Inspektionsöffnung 72 vorgesehen sein.

Die Stege 38 des unteren Rostes 35 und/oder des oberen Rostes 36 und/oder des Schiebers 39 können mit nicht dargestellten Gasdurchtrittsöffnungen versehen sein.

Es können auch mehrere Ad-/Absorbervorrichtungen 1 hinterein­ ander in Strömungsrichtung des zu filternden Gases mit verschiedenen Schüttschichtmaterialien 58 mit einer jeweils optimalen Reaktionstemperatur angeordnet werden. Ein Durchmi­ schen von verschiedenen Schüttschichten wird dadurch sicher vermieden. Es ist auch möglich, vor der Ad-/Absorbervorrichtung 1 einen Kühler für die Abgase anzuordnen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Entfernen von gasförmigen Schadstoffen aus Abgasen, insbesondere aus Rauchgasen von Wärmeerzeugungs- und industriellen Feuerungsanlagen sowie thermischen Müll­ verbrennungsanlagen, bei dem die Rohgase durch eine Schüttschicht aus Körnern geleitet werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schüttschichtkörner unmittelbar gekühlt oder erwärmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Schüttschichtkörner auf einem optimalen Abstand zum Wasser­ taupunkt oder einem optimalen Wert abhängig von den Ad-/Ab­ sorbenzien der Schüttschicht gebracht und gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttschichtkörner über einen Wärmetauscher unter Ausnutzung der Wärmeleitung und Konvektion gekühlt oder erwärmt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wärmetausch­ ermediums geregelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich das Abgas vor Ein­ tritt in die Ad-/Absorbervorrichtung in ihrer Temperatur auf einen optimalen Abstand zum Wassertaupunkt geregelt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Schüttschicht, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schüttschicht (64) der Ad-/Absorbervorrichtung (1) ein Wärmetauscher (80) einge­ baut ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (80) von Taschen (81) gebildet ist, die oberhalb von Roststegen (38) eines Tragrostes (34) für die Schüttschicht (64) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Taschen (81) parallel zum Zu- und Ablauf (83, 85) für das Wärmetauschermedium ange­ ordnet und an einen Wärmetauscher (84) angeschlossen sind, sowie daß parallel zu den Taschen ein By-pass (87) über ein temperaturgesteuertes 3-Wege-Misch-Ventil (86) angeschlos­ sen ist.