CH683321A5

CH683321A5 - Verfahren zum Entfernen von Staub aus einem Gasstrom und Entstaubungsanlage.

Info

Publication number: CH683321A5
Application number: CH2819/90A
Authority: CH
Inventors: Michael Dr Hirth; Edmund Dr Fleck; Harald Dr Jodeit; Oliver Dr Riccius
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1990-08-30
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 1994-02-28
Also published as: AU8288491A; DE4104923A1; CA2067388A1; EP0498862A1; KR920702254A; JPH05501678A; WO1992004122A1

Description

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Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zum Entfernen von Staub aus einem Gasstrom und einer Entstaubungsanlage nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 5.

STAND DER TECHNIK

Mit den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5 nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der US-A 4 478 613 bekannt ist. Dort werden Verbrennungsgase eines Dieselmotors zur Entfernung von Partikeln und Aerosolen nacheinander durch einen Koagulator und ein Zyklon geschickt. In der geerdeten Koagulatorkammer sind mehrere Stapel mit scheibenförmigen Sprühelektroden auf negativem Potential angeordnet. Der Koagulator kann auch in dem Zyklon eingebaut sein. Um Ablagerungen an der Koagulatorkammerwand zu vermeiden, wird diese mit hoher Geschwindigkeit vom Abgas überströmt oder mechanischen Stössen oder Vibrationen ausgesetzt.

Aus der Tagungsveröffentlichung: AIAA-81-0393 von R. R. Boericke et al., Electrocyclone for High Temperature, High Pressure Dust Removal, AIAA 19th AEROSPACE SCIENCES MEETING, January 12-15, 1981/St. Louis, Missouri, ist es bekannt, zur Abscheidung von Staub aus dem Heissgasstrom eines Kraftwerkes mit Druckwirbelschichtfeuerung mehrere Elektrozyklone in Reihe zu schalten. In den oberen Teil der Elektrozyklone ragen stabförmi-ge Hochspannungselektroden, die eine maximale elektrische Feldstärke von 500 kV/m erzeugen. Ein Vorteil dieser Einrichtung ist es, dass die elektrischen Kräfte, die auf die Partikel einwirken, unabhängig von der Zyklongrösse und dem Volumenstrom im Zyklon gewählt werden können. Demgegenüber fallen die sonst bei der Abscheidung wirksamen Trägheitskräfte mit sinkendem Volumenstrom und mit steigender Zyklongrösse ab. Ist der Ladungsgrad der Partikel gering, so werden die Vorteile der Elektrozyklone unwirksam. Durch die sehr kurze Verweilzeit der Partikeln in dem für die Partikelaufladung vorgesehenen Teil des ersten Elektrozyklons ist dies der Fall.

Die Druckwirbelschichtfeuerung ist eine erfolgversprechende neue Verbrennungstechnik zur effizienten, umweltfreundlichen Erzeugung von Strom aus Kohle. Bei der Verbrennung entstehendes SO2 kann durch Zugabe von Kalkverbindungen zur Kohle direkt gebunden werden. Die NOx-Biidung ist auf Grund der niedrigen Verbrennungstemperatur von 850°C gering. Strom wird üblicherweise über einen Dampfprozess erzeugt. Eine wesentliche Steigerung des Wirkungsgrades kann aber erreicht werden, wenn die Abgase, die bei Vollast eine Temperatur von 850°C und einen Druck von 16 bar aufweisen, auf eine Gasturbine geleitet werden. Um die Gasturbinenschaufeln vor Erosion zu schützen, werden die Abgase mittels 2- oder mehrstufiger Zyklone von Partikeln gereinigt. Mit dem bekannten Verfahren werden vor allem grosse Partikel (> 5 um), die eine Turbinenschaufel beim Aufschlag beschädigen können, aus dem Abgas entfernt. Für die Entfernung kleinerer Partikel gibt es noch keine zufriedenstellende Lösung.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 5 definiert ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren und eine Entstaubungsanlage zur vollständigeren Entfernung von kleinen und grossen Partikeln aus einem Gasstrom anzugeben.

Ein Vorteil der Erfindung liegt in der geringeren Umweltbelastung durch Staub. Mit relativ einfachen Mitteln wird ein verbesserter Staubabscheidungsgrad erreicht.

Ein weiterer Vorteil liegt in dem geringen Druck-und Temperaturverlust des Agglomerators bzw. Koagulators.

Bei einer Venwendung in Kraftwerken zur Stromerzeugung kann die Lebensdauer von Gasturbinenschaufeln erhöht und die Wirtschaftlichkeit gesteigert werden.

Ein weiterer Vorteil liegt in dem äusserst geringen Platzbedarf im Vergleich zu filternden Abscheidern bei einem gegebenen Abgasvolumenstrom. Der geringe Platzbedarf ermöglicht bei der Anwendung in einem Druckwirbelschichtkraftwerk die Unterbringung innerhalb des Druckgefässes für die Brennkammer.

Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Entfernung der kleinen Partikeln in einem als Koagulator und Partikelladegerät modifizierten Eiektrofilter, der in Strömungsrichtung angeordnet ist, in Kombination mit einem nachfolgenden Elektrozyklon vorzunehmen. Der modifizierte Eiektrofilter wird dabei einerseits so betrieben, dass die Flugaschepartikeln in einem Wechselspiel von Abscheidung und Wiedereintrag zu grossen Partikeln koagulieren, so dass insbesondere kleine Teilchen in einem nachfolgenden Zyklon abgeschieden werden können. Andererseits verhilft die durch das Wechselspiel bedingte hohe Verweilzeit der Partikeln im Eiektrofilter denselben zu einem sehr hohen Grad an elektrostatischer Aufladung, so dass die anschliessende Verwendung eines Elektrozyklons sehr wirkungsvoll ist. Dies steigert die Abscheidewirkung insgesamt und vor allem bei kleinen Partikeln von < 5 um wesentlich. Im Eiektrofilter wird das Grössenspektrum zu grossen Partikeln verschoben, was eine nachfolgende Träg-heitsabscheidung vereinfacht. Auf diese Weise werden die Vorteile des Elektrofilters genutzt, und zwar die einfache und robuste Konstruktion mit geringem Wartungsbedarf, der sehr geringe Druckverlust, die hohe Niederschlagsgeschwindigkeit der Partikeln bei hoher Temperatur und hohem Druck sowie die kleine Bauausführung bei hohem Druck. Gleichzeitig kann durch die im Eiektrofilter gegebene hohe Verweilzeit der Partikeln deren Ladungsgrad maxi-miert werden, wodurch anschliessend die Vorteile eines Elektrozyklons genutzt werden können.

Die erfindungsgemässe Entstaubungsanlage kann z.B. auch bei der Kohlevergasung angewandt werden.

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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Entstaubungsanlage mit einem Koagulator, der mehrere durch Platten getrennte Koa-gulatorkammern aufweist und dem 2 in Reihe geschaltete Zyklone nachgeordnet sind,

Fig. 2 eine Entstaubungsanlage gemäss Fig. 1, jedoch mit einem Koagulator, der aus mehreren Koagulatorrohren mit Vibratoren aufgebaut ist und hrv Hr*rr^ 1 7\/Hnn 0in Flpktro-

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deelektroden (3) in der Mitte von mehreren rohrför-migen Koagulator-Partikeiladekammern bzw. Koa-gulator-Partikelladerohren (5) des Koagulator-Parti-kelladers (4) verbunden ist. An jedem Koagulator-5 Partikelladerohr ist ein Vibrator (6) angebracht, um an Wandungen der Koagulator-Partikelladerohre (5) abgeschiedene Agglomerate wieder in den Heiss-luftstrom einzutragen bzw. eine Ablösung zu unterstützen. Die Koagulator-Partikeiladekammern (5) 10 sind mit einem Erdpotential (12) verbunden; sie haben einen Durchmesser im Bereich von 4 cm - 50 cm, insbesondere im Bereich von 5 cm - 25 cm, vorzuasweise von 25 cm. und eine Länge im Be-

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der Partikel mit einem Durchmesser kleiner als 5,8 jim liegt bei ausgeschaltetem Koagulator-Parti-kellader (4) bei etwa 15% der Gesamtmasse aller Partikel. Mit eingeschaltetem Koagulator-Partikella-der (4) kann dieser Anteil auf etwa 7% reduziert werden.

Es versteht sich, dass bei einem Grosskraftwerk mehrere Entstaubungsanlagen (4, 8, 9) parallel vorgesehen sein können. Die Gastemperatur kann dabei im Bereich von 500°C - 1200°C und der Druck im Bereich von 5-20 bar liegen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Entfernen von Staub aus einem Gasstrom (1),

a) wobei ein staubbeladener Gasstrom (1) erst parallel durch mehrere Koagulatorkammern (5) eines Koagulators (4) zur gegenseitigen Anlagerung von Staubpartikeln und b) danach durch mindestens einen 1. Zyklon (8) zur Abscheidung von Staub (13) aus dem Gasstrom befördert wird, dadurch gekennzeichnet,

c) dass der staubbeladene Gasstrom (1) mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 1 m/s - 20 m/s durch den Koagulator (4) befördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der staubbeladene Gasstrom (1) mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 5 m/s -10 m/s durch den Koagulator (4) befördert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im 1. Zyklon (8) ein elektrisches Feld zur besseren Staubabscheidung aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

a) dass der staubbeladene Gasstrom (1) ein Heissgasstrom aus der Brennkammer eines Kraftwerkes ist,

b) insbesondere, dass der Heissgasstrom (1) eine Temperatur im Bereich von 500°C - 1200°G und einen Druck im Bereich von 5 bar - 20 bar aufweist.

5. Entstaubungsanlage (4, 8, 9) zur Abscheidung von Staub aus einem Gasstrom (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche a) mit einem Koagulator (4), der mindestens 2 Koagulatorkammern (5) mit je einer Koagulatorelektrode (3) und einer die Koagula-torelektrode umgebenden Wand aufweist,

b) wobei jede Koagulatorelektrode (3) als zentraler Entladungsdraht innerhalb der jeweiligen Koa-gulatorkammer (5) ausgebildet ist und c) der Abstand der Koagulatorelektrode (3) von der Wandung der Koagulatorkammer (5) im Bereich von 1,5 cm - 25 cm liegt, sowie d) mit einem dem Koagulator nachgeordneten 1. Zyklon (8), dadurch gekennzeichnet,

e) dass die Länge der Koagulatorkammer (4) im Bereich zwischen 3 m und 7 m liegt.

6. Entstaubungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

a) dass der Abstand der Koagulatorelektrode (3) von der Wandung der Koagulatorkammer (5) im Bereich von 2,5 cm - 12 cm liegt und b) dass die Länge der Koagulatorkammer (4) im

Bereich zwischen 4 m und 6 m liegt.

7. Entstaubungsanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der 1. Zyklon (8) mindestens eine Zyklonelektrode (11) aufweist.

8. Entstaubungsanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem 1. Zyklon (8) mindestens ein 2. Zyklon (9) ohne Zyklonelektrode nachgeschaltet ist.

9. Entstaubungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Koagulatorelektro-den (3) und eine bzw. die Zyklonelektrode (11) auf einem negativen Hochspannungspotential gehalten werden.

10. Entstaubungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Koagulatorelektro-den (3) alternierend auf positives und negatives Potential gebracht werden.

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