AT394954B - Verfahren und einrichtung zum waschen eines abgasstromes - Google Patents
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Description
AT 394 954 B
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zum Waschen von Abgas in Abgasströmen von Naßverfahren-Zementöfen.
Die Reaktionen zwischen Wasser und den bei einer Verbrennung entstehenden Oxiden des Schwefels und des Stickstoffes sind in der chemischen Literatur eingehend beschrieben. Es ist auch seit Jahren bekannt, Alkalien und alkalische Lösungen zum Waschen und Reinigen von Abgasen zu verwenden. Generell entstehen durch die Reaktionen zwischen Wasser, Luft und den Oxiden des Schwefels und des Stickstoffes Säuren einschließlich Schwefelsäure, schweflige Säure, Salpetersäure und salpetrige Säure. Mit Alkalien oder Alkalilösungen können solche Säuren unter Bildung eines Salzes und Wasser neutralisiert werden.
Bei den bekannten Gaswäschern stellen vor allem die hohen Anlagekosten, die Kosten für die Alkalimaterialien und die Energie, die nötig ist, um einen ausreichenden Kontakt zwischen den Alkalien oder Alkalilösungen und den Abgasen zu gewährleisten, erhebliche Probleme dar. Beim Einsprühen von Wasser oder Kalksuspensionen in den Abgasstrom eines Naßverfahren-Zementofens stellt die dabei auftretende Abkühlung des Abgases, die zu einer Kondensation eines hohen Prozentsatzes des Wassers im Gas führen kann, ein zusätzliches Problem dar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Waschverfahren und eine Wascheinrichtung anzugeben, die sich durch verhältnismäßig niedrige Anlagekosten, niedrigen Energiebedarf und niedrige Materialkosten auszeichnen, eine minimale Abkühlung des Abgases verursachen und eine wesentlicheReduzierung von Schadstoffen im Abgas gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Abgasstrom, während er aus dem Ofen austritt und in einen stromabwärts angeordneten Staubsammler eintritt, ein feinteiliger Nebel aus einer wässerigen Lösung eines leichtlöslichen alkalischen Materials in einer gerade ausreichenden Menge bezüglich der Konzentration der Oxide des Schwefels und des Stickstoffs eingeführt wird, um die Säuren, die bei der Reaktion des im Nebel enthaltenen Wassers mit den genannten Oxiden entstehen, augenblicklich zu neutralisieren, während die Lösung vollständig verdampft, wobei trockene Salze in Form von Teilchen entstehen, die zusammen mit dem Staub im Staubsammler gesammelt werden können, und wobei der Abgasstrom so wenig wie möglich gekühlt wird, und daß die wässerige Lösung durch Auslaugen von in der Hauptsache Kaliumverbindungen enthaltendem Alkalimaterial von Abfallstaub, der bei der Zementherstellung anfällt, gewonnen wird.
Zur Durchführung dieses Verfahrens wird erfindungsgemäß eine Einrichtung vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch - eine Vorrichtung zum Herstellen einer hauptsächlich Kaliumverbindungen enthaltenden wässerigen Lösung durch Auslaugen von Abfallstaub, der bei der Zementherstellung anfällt, mit einem Behälter zum Speichern der Lösung, - eine Anordnung von Düsen, die unmittelbar stromaufwärts vom Staubsammler hinter dem Auslaßende des Ofens angeordnet ist, - eine Pumpvorrichtung zum Fördern der Lösung aus dem Behälter zu den Düsen und Ausstößen aus diesen in den Abgasstrom in Form eines (einteiligen Nebels.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen unter Schutz gestellt.
Das Verfahren und die Einrichtung gemäß der Erfindung sind vor allem für die Entfernung von Schwefeldioxid (SO2) und Stickoxiden (ΝΟχ) aus Abgasen bestimmt Schwefeltrioxid (SO3) läßt sich durch geeignete Rohmaterialzufuhr in einem Zementofen im Zuge des normalen Zementherstellungsprozesses wirksam entfernen.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Teiles einer kohlebefeuerten Naßverfahren-Zementfabrik, wobei insbesondere die Vorrichtungen zum Zufuhren von Luft und Flüssigkeit zu Sprühdüsen dargestellt sind, die im Abgasstrom des Ofenauslasses angeordnet sind, und Fig. 2 ein Querschnitt in einer Ebene (2-2) der Fig. 1.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf eine mit Kohlefeuerung arbeitende Naßverfahren-Zementfabrik beschrieben. Wegen des sehr hohen Wassergehaltes im Abgasstrom von einem Naßverfahren-Zementofen und den sich hieraus ergebenden Beschränkungen hinsichtlich der Möglichkeit, zusätzlich Wasser in den Abgasstrom einzuführen, liegen bei einer solchen Anlage wohl die ungünstigsten Voraussetzungen für eine wirkungsvolle Abgaswäsche vor. Der Waschprozeß muß eine effiziente Gaswäsche und gleichzeitig ein absolutes Minimum an Abkühlung des Abgases gewährleisten. Das vorliegende Verfahren und die vorliegende Einrichtung sind selbstverständlich nicht auf Anlagen mit Kohlefeuerung beschränkt, sondern können auch bei Zementöfen angewendet werden, die mit Kohle, Öl oder anderen Brennstoffen geheizt werden. Das vorliegende Verfahren und die vorliegende Einrichtung können auch zur Reinigung von anderen Abgasströmen als Abgasströmen von Zementwerken verwendet werden, beispielsweise in Verbindung mit Kalkbrennöfen oder anderen Systemen, bei denen Oxide des Schwefels und des Stickstoffes als Verunreinigungen im Abgasstrom auftreten und dieser einen sehr hohen Wassergehalt hat. Ein Haupterfordemis besteht darin, daß die Wäsche durchgeführt wird, bevor das Abgas zu den Staubabscheidervorrichtungen gelangt, wobei das Abgas nicht so weitabgekühlt wird, daß eine Kondensation in oder vor den Staubabscheidervorrichtungen ein treten kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden zu diesem Zweck Sprühdüsen, die innerhalb der vorhandenen Abgasstromleitung angeordnet sind, mit einer wässerigen Lösung eines sehr leicht löslichen Alkalimaterials und Druckluft gespeist. Das wässerige Alkalimaterial, in erster Linie eine wässerige Lösung aus Kaliumhydroxid, wird -2-
AT 394 954 B als feinteiliger Nebel in die Abgasleitung gesprüht, wo sie schnell mit den im Abgas vorhandenen Oxiden des Schwefels und des Stickstoffes reagiert Die Gesamtmenge des Wassers ist wegen der hohen Löslichkeit des Alkalimalmals minimal. Das unreagierte Wasser, das in Form sehr kleiner Tröpfchen mit kleinem Volumen und großem Verhältnis von Oberfläche zu Wasservolumen vorliegt verdampft schnell, wobei das Abgas nur minimal 5 abgekühlt wird. Das Wasser kondensiert dadurch nicht als Flüssigkeit und verursacht keine Probleme durch Benetzung und Zusetzen der Abgasleitung. Die Oxide des Schwefels und des Stickstoffes werden in trockene, feste Teilchen umgewandelt die durch die normalen Entstaubungsvorrichtungen stromabwärts vom Wäscher entfernt weiden können.
Bei dem vorliegenden Verfahren zum Waschen eines Abgasstromes von einem Naßverfahren-Zementofen oder 10 ein«' ähnlichen Anlage wird also in den Abgasstrom, der aus dem Ofen austritt und in einen stromabwärtigen Staubabscheider eintritt, ein feinteiliger Nebel eingesprüht der eine wässerige Lösung eines hochlöslichen Alkalimaterials in ausreichender Menge bezüglich der Konzentration der Oxide des Schwefels und des Stickstoffes im Abgasstrom enthält um die durch die Reaktion des Wasseranteils des Nebels mit den Oxiden entstehenden Säuren augenblicklich zu neutralisieren und dabei trockene, feste Teilchen zu erzeugen, die zusammen mit dem Staub im IS Staubabscheider abgeschieden werden können. Die wässerige Lösung wird vorzugsweise durch Auslaugen eines Alkalimaterials, hauptsächlich Kaliumhydroxid, aus Abfallstaub, wie er beim Zementherstellungsprozeß anfällt hergestellt und die Lösung hat vorzugsweise einen pH-Wert im Bereich von 12,0 bis 123. Bei dem vorliegenden Verfahren und der vorliegenden Einrichtung werden keine trockenen Feststoffe, wie Kalkstein, zur Reaktion mit Schwefeltrioxid eingeführt. Ebensowenig wird Wasser zum Kühlen eingefiihrt. 20 Eine Einrichtung gemäß der Erfindung zum Waschen eines Abgasstromes von einem Naßverfahren-Zementofen vor dem Eintreten des Abgasstromes in einen Staubabscheider enthält erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Einfuhren eines feinteiligen Nebels einer wässerigen Lösung eines hochlöslichen Alkalimatcrials in den Abgasstrom unmittelbar stromaufwärts vom Staubabscheider in ausreichender Menge bezüglich der Konzentration der Oxide des Schwefels und des Stickstoffes im Abgasstrom, um die Säuren, die durch die Reaktion des im Nebel enthaltenen 25 Wassers mit den Oxiden entstehen, augenblicklich zu neutralisieren und trockene, feste Teilchen zu erzeugen, die zusammen mit dem Staub im Abscheider abgeschieden und gesammelt werden können.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird die Lösung durch Auslaugen eines Alkalimaterials, hauptsächlich Kaliumhydroxid, aus Abfallstaub hergestellt, der bei der Zementherstellung anfällt. Vorzugsweise ist ferner ein Behälter für die Lösung und eine Vorrichtung zum Pumpen der Lösung aus dem Behälter zu den Sprühdüsen 30 vorgesehen. Die Sprühdüsen zur Erzeugung des Nebels sind vorzugsweise in einer Gruppe oder sich quer über die
Abgasleitung erstreckenden Anordnung im Abgasstrom angeordnet und es sind Vorrichtungen vorgesehen, um eine oder mehrere Düsen nach Wunsch einzuschalten.
In Fig. 1 sind ein Behälter (10) für die Alkalilösung, eine Druckluftversorgung (30) und die Anordnung oder Position der Gruppe von Sprühdüsen (26) in einer Abgasleitung (50) unmittelbar im Anschluß an das Ende eines 35 Ofens (48) dargestellt.
Der Behälter (10) enthält eine Lösung mit einem pH-Wert von 12,0 bis 12,3, die durch Auslaugen eines Alkalimaterials aus Abfallstaub hergestellt wurde, wie er beim Zementherstellungsprozeß anfällt. Der Abfallstaub eines Zementofens enthält Oxide des Kaliums, Natriums und Calciums, die bei Reaktion mit Wasser Kalium-, Natrium- bzw. Calcium-Hydroxid ergeben. Die Hydroxide werden aus dem Abfallstaub ausgelaugt und zur späteren 40 Verwendung als Alkaliwaschflüssigkeit gespeichert. Die Alkalilösung kann auch aus anderen Quellen stammen und man kann auch mit anderen pH-Werten arbeiten, vorausgesetzt, daß die Konzentration an Alkali hoch genug ist, um eine ausreichende Entfernung von SO2 sowie ΝΟχ zu gewährleisten und gleichzeitig die Kühlung des Abgasstromes und die dabei mögliche Kondensation von Wasser aus dem Abgasstrom so klein wie möglich zu halten.
Die Alkalilösung wird in einen Speichertank (12) gepumpt. Der Speichertank (12) kann auch aus einer Quelle 45 (14) für eine nichtalkalische Flüssigkeit für einen vorübergehenden Gebrauch oder Notbetrieb gespeist werden. Die Lösung wird aus dem Tank (12) durch eine von zwei Hochdruckpumpen (16,18), von denen jeweils eine als Ersatz für die andere dient durch ein Filter (20) bzw. (22) zu den Sprühdüsen (26) gepumpt. Das Verhältnis dar Strömung zu den Düsen (26) zur Strömung zu einer Rückführungsleitung zum Tank (12) läßt sich durch Ventile (24) einstellen. Durch Ventile (28) läßt sich das eine oder das andere System aus Pumpe (16) und Filter (20) bzw. Pumpe (18) und 50 Filter (22) abtrennen, so daß jeweils nur ein Strömungsweg im Betrieb ist und der andere als Ersatz zur Verfügung steht.
Der Luftkompressor(30)liefertverdichteteLuftan die Düsen(26),um diealkalischeFlüssigkeit(10)zu zerstäuben. Es ist außerdem eine Hilfsdruckluftzufuhr (52) vorgesehen, um den Kompressor (30) während des Betriebs des Wäschers warten zu können. Die Druckluftversorgung soll in diesem Falle bis zu etwa 3 N m3 (N = Normal-55 bedingungen) Luft pro Minute bei Drucken bis zu etwa 8,8.10^ Pa zu liefern vermögen. Der jeweils erforderliche
Luftdruck kann verschieden sein und hängt von dem Typ der verwendeten Düsen (26), der gewünschten Tröpfchengröße und der Anzahl der im Betrieb befindlichen Düsen (26) ab. Bei anderen Ausführungsformen und -3-
Claims (4)
- AT 394 954 B Anwendungen können der Druck und/oder das Volumen der Luft, die nötig sind, also größer oder kleiner sein. Fig. 2 zeigt das Auslaßende des Ofens (48), ferner die bei dieser Ausführungsform verwendeten zwölf Düsen (26), die Luftzuführungsleitung (32), die Hochdruck-Wasserleitung (34) und die Verteiler (36,38) für die Luft bzw. das Wasser. Ferner ist die Abgasleitung (40) dargestellt, an der die Röhren (42) zur Speisung der Düsen angebracht sind. Die zu den Düsen führenden Luft- und Wasserzufiihrungsleitungen sind jeweils mit einem Manometer (44) zur Anzeige des in der Leitung harschenden Druckes und mit Ventilen (46) zur Einstellung des Luft- und des Wasserdruckes versehen. Die bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendeten Sprühdüsen sind handelsüblich (Typ Swirl-Air (Wz) Nr. P/N 32163-2 der Firma Delavan Corporation, West Des Moines, Iowa, USA). Bei diesen Düsen wird die Zerstäubung der Flüssigkeit durch Luft unterstützt. Je nach den für eine spezielle Anwendung geforderten Flüssigkeitsvolumina und Tröpfchengrößen können auch andere Düsentypen verwendet werden, einschließlich solcher, die ohne Luftzufuhr arbeiten. Arbeitsweise; Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin, genügend kleine Flüssigkeitströpfchen direkt in den Abgasstrom in der Abgasleitung einzuführen, wobei (a) die Tröpfchengröße klein genug ist, um ein schnelles Verdampfen zu gewährleisten und eine Benetzung des mitgeführten Staubes oder des stromabwärtigen Leitungssystems zu verhindern; (b) die Gesamtoberfläche der Flüssigkeit genügend groß ist, um eine schnelle Reaktion zwischen der Waschflüssigkeit und dem Abgas zu gewährleisten; (c) die Alkalikonzentration hoch ist, um die eingeführte Wassermenge so klein wie möglich zu halten und (d) die Feststoffteilchen, die bei der Verdampfung der Waschflüssigkeit entstehen, genügend trocken sind, so daß sie aus dem Abgasstrom durch die gewöhnlichen Staubentfernungseinrichtungen abgeschieden und gesammelt werden können. Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Düsen (26) im Gasauslaß oder Speiseende (48) des Ofens stromaufwärts vom Staubabscheidesystem angeordnet. Die Tröpfchengröße der Flüssigkeit liegt im Bereich von 35 bis 100 Mikrometer. Bei anderen Anwendungen kann die Tröpfchengröße größer oder auch kleiner sein, was von der erforderlichen Waschflüssigkeit und der Art, dem Wassergehalt sowie der Temperatur des Abgases abhängt. Die für ein spezifisches System erforderlichen Parameter kämen vom Fachmann ohne weiteres ermittelt werden. Die Sprühdüsen können nach Wunsch oder entsprechend den Erfordernissen des Abgasbehandlungssystems selektiv eingeschaltet werden. Im vorliegenden Falle werden wegen der ausgeprägten Temperatuischichtung des Abgases und dessen hohen Wassergehaltes drei bis fünf Düsen gleichzeitig verwendet Wenn das Volumen oder die Temperatur des Abgases ansteigen oder absinken, können mehr oder weniger Düsen in Betrieb genommen werden. Der Waschwirkungsgrad des Verfahrens und der Einrichtung gemäß der Erfindung schwankt in Abhängigkeit von derTemperatur, dem Volumen und dem Wassergehalt des Abgases und von da- anfänglichen Konzentration der zu entfernenden chemischen Stoffe. Wenn die Temperatur und das Volumen des Abgases konstant sind, liegt die Grenze des maximalen Wasch-Vermögens beim stöchiometrischen Verhältnis zwischen dem Gewicht des Waschfluids und den zu entfernenden Abgasbestandteilen. Bei kohlebefeuerten Naßverfahren-Zementwerken ist Schwefeldioxid (SO2) das in erster Linie zu entfernende Oxid. Bei einem solchen Zementwerk wurde ein sechs Monate dauernder Versuch durchgeführt. Die Menge des SO2 im Abgasstrom schwankte im Bereich von etwa 13,5 kg pro Stunde bis etwa 454 kg pro Stunde für kurze Zeiten. Während eines 6 Monate dauernden Versuches betrug der Mittelwert im ungewaschenen Teil etwa 93,5 kg pro Stunde, während des gleichen Versuchs von 6 Monaten betrug der Mittelwert im gewaschenen Teil 38,6 kg pro Stunde. Der mittlere Wirkungsgrad für die Entfernung von SO2 ergab sich zu 58,74 %. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich selbstverständlich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Waschen eines Oxide des Schwefels und des Stickstoffs enthaltenden Abgasstromes eines Naßverfahren-Zementofens, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abgasstrom, während er aus dem Ofen austritt und in einen stromabwärts angeordneten Staubsammler eintritt, ein feinteiliger Nebel aus einer wässerigen Lösung -4- AT 394 954 B eines leichtlöslichen alkalischen Materials in einer gerade ausreichenden Menge bezüglich der Konzentration der Oxide des Schwefels und des Stickstoffs eingeführt wird, um die Säuren, die bei der Reaktion des im Nebel enthaltenen Wassers mit den genannten Oxiden entstehen, augenblicklich zu neutralisieren, während die Lösung vollständig verdampft, wobei trockene Salze in Form von Teilchen entstehen, die zusammen mit dem Staub im Staubsammler gesammelt werden können, und wobei der Abgasstrom so wenig wie möglich gekühlt wird, und daß die wässerige Lösung durch Auslaugen von in der Hauptsache Kaliumverbindungen enthaltendem Alkalimaterial von Abfallstaub, der bei der Zementherstellung anfällt, gewonnen wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung einen pH-Wert im Bereich von 12,0 bis 123 hat t
- 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch - eine Vorrichtung (10, 12) zum Herstellen einer hauptsächlich Kaliumverbindungen enthaltenden wässerigen Lösung durch Auslaugen von Abfallstaub, der bei der Zementherstellung anfällt, mit einem Behälter (12) zum Speichern der Lösung, - eine Anordnung von Düsen (26), die unmittelbar stromaufwärts vom Staubsammler hinter dem Auslaßende des Ofens (48) angeordnet ist, - eine Pumpvorrichtung (16,18) zum Fördern der Lösung aus dem Behälter (12) zu den Düsen (26) und Ausstößen aus diesen in den Abgasstrom in Form eines feinteiligen Nebels.
- 4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (46) zum wahlweisen Einschalten einer oder mehrerer Düsen (26). Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -5-
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