CH689633A5 - Verfahren zur Kuehlung und Reinigung von Rauchgasen. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung und Reinigung von Rauchgasen gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. 



  Den Müllverbrennungsanlagen kommt heute die Funktion der Abfallbehandlung zu. Unter Nutzung der thermischen Energie, die im Abfall enthalten ist, werden die Abfälle weitgehend mineralisiert. Dabei stellen sich zwei vorrangige Probleme: Das eine ist die möglichst vollständige Energierückgewinnung aus den heissen Rauchgasen, das andere die Rauchgasreinigung, d.h. die Entfernung von Umwelt-Problemstoffen aus den heissen Rauchgasen. 



  Aus der Vielzahl der im Abfall enthaltenen Stoffe entstehen bei der Verbrennung eine grosse Zahl von Schadstoffen. Als wichtigste gasförmige Schadstoffe im Rauchgas sind zu nennen: Salzsäure HCl (sowie Cl2) aus der Verbrennung von PVC-haltigen Abfällen, sowie Schwefeldioxid SO2 aus der Verbrennung von Gummi, Klärschlamm, Papier und Farbstoffen. Dabei entstehen im Unterschied zu anderen Brennstoffen wie z.B. Kohle sehr grosse Mengen an HCl. 



  Für die Emission dieser Schadstoffe sind heute in den meisten Ländern vom Gesetzgeber strenge Emissionsgrenzwerte vorgeschrieben. So z.B. in der Schweiz durch die Luftreinhalteverordnung (LRV), in Deutschland durch die Bundes-Imissions-Schutz-Verordnung (BImSchV) und im EG-Raum durch die Richtlinien zur Verbrennung von Siedlungsmüll. So schreibt die 17. BImSchV in Deutschland  einen Reingas-Grenzwert von 10 mg/Nm<3> für HCl vor (bezogen auf trockenes Rauchgas mit 11% O2-Anteil). 



  Eine typische Müllverbrennungsanlage ist wie folgt aufgebaut: Die Abfallstoffe werden in einer Feuerungsanlage mit Nachbrennkammer verbrannt. Die bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase durchströmen den der Feuerung nachgeschalteten Abhitze-Kessel zur Wärmerückgewinnung und treten dann in die nachgeschalteten Rauchgasreinigungseinrichtungen ein, wo bei niedrigen Temperaturen die Abscheidung der Schadstoffe erfolgt. Dabei werden zur Rauchgasreinigung am häufigsten "Nass-Verfahren" angewendet, d.h. die Behandlung der Rauchgase in einem ein- oder mehrstufigen Nasswäscher. Zum Teil werden auch "Trocken-Verfahren" angewendet, bei denen die gasförmigen Schadstoffe an feinkörnigen, festen Sorptionsmitteln sorbiert werden. Diese Feststoffe werden dazu in geeigneter Weise in Kontakt mit dem Rauchgasstrom gebracht. 



  Dieser typische Aufbau einer Müllverbrennungsanlage bringt einige Nachteile mit sich. Da die Rauchgasreinigung erst nach Kesselende erfolgt, durchströmen die sehr aggressiven Schadstoffe den Kessel, wo sie zu schwerwiegenden Korrosionsproblemen führen. Die grössten Korrosionsraten treten dabei an den heissesten Wärmeübertragungsflächen, d.h. an den Überhitzerheizflächen auf. Dabei gibt es zwei hauptsächliche Mechanismen: Der eine ist die direkte Hochtemperaturkorrosion der Wärmeübertragungsflächen durch korrosive Substanzen im Rauchgas, insbesondere durch HCl; der andere die Belagsbildung auf den Wärmeübertragungsflächen durch klebrige, korrosive Substanzen enthaltende Flugasche aus der Feuerung mit starker Korrosion unter diesen Belägen. Dabei spielt wiederum HCl eine dominierende Rolle.

   Diese  starken Korrosionserscheinungen an heissen Wärmeübertragungsflächen beschränken die erreichbaren Dampftemperaturen und damit, falls der Dampf zur Stromerzeugung genutzt wird, den elektrischen Wirkungsgrad der Verbrennungsanlage. Zudem führen sie zu periodischen Stillständen der Anlage und aufwendigen Kesselrevisionen mit grossem Aufwand zur Entfernung der Beläge auf den Wärmeübertragungsflächen. 



  Die Anordnung von Trockenreinigungsverfahren nach dem Kessel hat den weiteren Nachteil, dass bei den dort herrschenden niedrigen Temperaturen aus reaktionskinetischen Gründen nur mit grossen Sorptionsmittelüberschüssen eine genügende SO2-Abscheidung erreicht werden kann. 



  Die Trockenabscheidung von SO2 und HCl ist bekannt. Als Sorptionsmittel kommen die im natürlichen Kalkstein enthaltenen Stoffe Calciumcarbonat CaCO3 und Dolomit CaMg(CO3)2, sowie auch Calciumoxid CaO und Calciumhydroxid Ca(OH)2 sowie die analogen Erdalkaliverbindungen (beispielsweise MgO, Mg(OH)2 etc.) in Frage. Als Produkte der Abscheidung entstehen CaSO4 und CaCl2. Typische Konzentrationen der Schadstoffe im ungereinigten Rauchgas sind 1000 mg/Nm<3> HCl und 300 mg/Nm<3> SO2. Eine typische Rauchgaszusammensetzung bei der Hausmüllverbrennung ist 70% N2, 11% CO2, 7% O2 und 12% H2O. 



  Aus H. Michele: Rauchgasreinigung mit trockenen Sorbentien - Möglichkeiten und Grenzen, Chem.-Ing.-Tech. 56 (1984) Nr. 11 S. 819-829 sind Gleichgewichtslage und Kinetik der für die Abscheidung relevanten Reaktionen bekannt. Das Edukt Calciumhydroxid Ca(OH)2 zersetzt sich bei Temperaturen grösser 400 DEG C in einer Dehydratisierung genannten Reaktion zu Calciumoxid CaO. Das Edukt  Calciumcarbonat CaCO3 zersetzt sich bei einer Temperatur grösser 750 DEG C in einer Decarbonisierung genannten Reaktion zu Calciumoxid CaO. Für eine Reingas-Konzentration von 100 mg/Nm<3> HCl beträgt die Gleichgewichts-Temperatur der Reaktion von HCl mit den Sorbentien bei 5 bis 20% Wassergehalt in den Rauchgasen zwischen 570 DEG C und 540 DEG C. Bei höheren Temperaturen ist daher eine genügende Abscheidung nicht mehr gegeben.

   Die Abscheidung von SO2 verläuft bei Temperaturen unter 600 DEG C mit ungenügender Reaktionsgeschwindigkeit. 



  Aus C. Weinell et al.: Hydrogen Chloride Reaction with Lime and Limestone: Kinetics and Sorption Capacity, Ind.Eng.Chem.Res. 1992, 31, 164-171 ist bekannt, dass die Abscheidung von HCl reversibel verläuft, d.h. bereits abgeschiedenes HCl wird bei Temperaturen grösser 600 DEG C wieder freigesetzt. 



  Aus DE 3 023 480 ist ein Verfahren zur Heissentschwefelung von Brenn- oder Reduktionsgasen mit Kalk oder Dolomit bzw. den entsprechenden gebrannten Produkten (Entschwefelungsmittel) bekannt, bei dem man die Brenn- oder Reduktionsgase als Fluidisierungsgas in einen Wirbelschichtreaktor, der die Entschwefelungsmittel enthält, einleitet. Im Wirbelschichtreaktor wird eine Temperatur von 700 DEG C bis 1100 DEG C und ein stöchiometrisches Verhältnis von 1,2 bis 2,0 (berechnet als Ca:S) eingestellt. Die mit den Rauchgasen aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragenen Feststoffe werden in einem Staubabscheider abgeschieden und wieder in den Wirbelschichtreaktor zurückgeleitet, so dass eine zirkulierende Wirbelschicht entsteht.

   Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass bei der gewählten Temperatur und dem gewählten stöchiometrischen Verhältnis nur eine für die Hausmüllverbrennung ungenügende HCl-Menge abgeschieden werden könnte. Für typische Schad stoffkonzentrationen von 1000 mg/Nm<3> HCl und 300 mg/Nm<3> SO2 im Rauchgas entspricht das stöchiometrische Verhältnis von 2,0 berechnet als Ca:S einem stöchiometrischen Verhältnis von 0,5 berechnet als Ca:(S + 0.5 Cl), d.h. es stünde für die kombinierte Abscheidung von SO2 und HCl viel zu wenig Sorptionsmittel zur Verfügung. Insbesondere verhindert jedoch die ungünstige Gleichgewichtslage der Sorptionsreaktion, die sich bei höheren Temperaturen auf die Seite des gasförmigen Eduktes HCl verschiebt, eine genügende HCl-Abscheidung.

   So beträgt die Gleichgewichtskonzentration von HCl in der Gasphase bei 700 DEG C und 5% Wassergehalt bereits 450 mg/Nm<3>, d.h. es wird nur eine unbedeutende HCl-Menge abgeschieden. 



  Aus DE 3 307 848 ist ein Verfahren zur Nachverbrennung und Reinigung von brennbare Bestandteile enthaltenden Prozessabgasen in der Metallurgie bekannt, bei dem das Prozessabgas und die zur Verbrennung erforderlichen sauerstoffhaltigen Gase getrennt in den Wirbelschichtreaktor einer zirkulierenden Wirbelschicht eingeleitet werden, worin das Prozessgas gleichzeitig nachverbrannt und gereinigt wird. Im Wirbelschichtreaktor wird eine Temperatur von 700 DEG C bis 1100 DEG C und ein stöchiometrisches Verhältnis von 1,2 bis 3,0 (berechnet als Ca:S) eingestellt. Die mit den Rauchgasen aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragenen Feststoffe werden in einem Staubabscheider abgeschieden und wieder in den Wirbelschichtreaktor zurückgeleitet, so dass eine zirkulierende Wirbelschicht entsteht.

   Auch dieses Verfahren hat den Nachteil, dass bei der gewählten Temperatur und dem gewählten stöchiometrischen Verhältnis viel zu wenig HCl abgeschieden wird. 



  Aus WO 88/08 741 ist es bekannt, heisse Prozessabgase in einer zirkulierenden Wirbelschicht zu kühlen, wobei das Prozessgas in einer Mischkammer mit rezirkuliertem gekühltem Feststoff und rezirkuliertem gekühltem Prozessgas gekühlt wird. Es findet jedoch keine Gasreinigung in der Wirbelschicht statt, und die Gasrückführung vergrössert die Rauchgasmenge, was nachteilig ist, da es eine Vergrösserung des Bauvolumens der nachgeschalteten Apparate bedeutet. Eine Vergrösserung der Rauchgasmenge bedeutet zudem eine Verkleinerung der im Kessel rückgewinnbaren Wärmemenge, da der Abluftwärmeverlust grösser wird. Dies verringert den Kesselwirkungsgrad. 



  Aus DE 4 023 060 ist es bekannt, heisse Prozessabgase durch eine zentrale \ffnung in eine wannenförmige, stationäre Wirbelschicht einzuleiten, wobei gekühlter Feststoff aus der Wirbelschicht über den inneren Rand der Wanne in den Prozessgasstrom fliesst und diesen kühlt. Auch hier findet keine Gasreinigung statt und es entsteht der Nachteil, dass die benötigte zusätzliche Fluidisierluft den Rauchgasstrom mit negativen Folgen vergrössert. 



  Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das sowohl eine optimale Rauchgasreinigung als auch eine effizientere Rauchgaskühlung ermöglicht, wobei gleichzeitig die Korrosionsgefahr an Wärmeübertragungsflächen weitgehend eliminiert wird. 



  Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. 



  Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass durch die zweistufige Gasreinigung deren erste Stufe in einer zirkulierenden Wirbelschicht erfolgt und die vorgegebene Temperaturführung eine optimale Abscheidung von sowohl SO2 als auch HCl bei gleichzeitiger optimaler Ausnutzung der Sorptionsmittel erreicht wird. 



  Da die Gas-Feststoff-Strömung sich durch einen viel besseren Wärmeübergang an Wände auszeichnet als eine Gasströmung, ermöglicht die Kombination von Trockengasreinigung und Wirbelschicht-Kessel zudem eine sehr effiziente Wärmeauskopplung. Dadurch kann das Bauvolumen des Kessels gegenüber einer konventionellen Anlage stark verkleinert werden. 



  Im Wirbelschichtreaktor der ersten Stufe werden die Wände als Wärmeübertragungsflächen ausgestaltet und eventuell zusätzlich Wärmeübertragungsflächen direkt in der Wirbelschicht angeordnet. 



  Zudem ermöglicht die Ausgestaltung als zirkulierende Wirbelschicht eine Lösung der Korrosionsprobleme. Einerseits verhindert die errosive Wirkung der Gas-Feststoff-Strömung das Entstehen von korrosiven Belägen auf den Wärmeübertragungsflächen in der Wirbelschicht. Andererseits verbinden sich in den Wirbelschichtreaktor eingetragene klebrige Flugstäube bereits mit dem zirkulierenden Feststoff bevor sie in Kontakt mit den Wärmeübertragungsflächen kommen. 



  Um zusätzlich die Hochtemperaturkorrosion der Wärmeübertragungsflächen durch Kontakt mit korrosiven Substanzen im Rauchgas zu vermeiden, d.h. den Übergang zu höheren Dampftemperaturen zu ermöglichen, wird ein Teil  der Wärmeübertragungsfläche der ersten Stufe aus dem Rauchgasweg in einen externen Fliessbettkühler ausgelagert. Die Feststoffpartikel dienen als Zwischenmedium zur Wärmeübertragung aus dem Wirbelschichtreaktor in den Fliessbettkühler: Ein Teil des zirkulierenden Feststoffes wird in den Fliessbettkühler geleitet. Der gekühlte Feststoff aus dem Fliessbettkühler wird in den Wirbelschichtreaktor zurückgefördert, wo er Wärme aus dem Rauchgasstrom aufnimmt. Im Sinne der Erfindung werden nunmehr im Fliessbettkühler, also ausserhalb des Rauchgasweges, vorzugsweise die am stärksten von Korrosion betroffenen Wärmeübertragungsflächen angeordnet.

   Dies sind die heissesten Wärmeübertragungsflächen, also die Überhitzerflächen. Dadurch wird eine starke Verringerung der Korrosionsrate erreicht. Der nunmehrmögliche Übergang zu höheren Dampftemperaturen verbessert den elektrischen Wirkungsgrad der Verbrennungsanlage erheblich. Gleichzeitig verringern diese Massnahmen infolge der verringerten Tendenz zu Anbackungen und Korrosion den Revisionsaufwand, und erhöhen damit die Verfügbarkeit der Anlage. 



  Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. 



  Drei Varianten des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher beschrieben. 



  Es zeigen: 
 
   Fig. 1 ein Fliessschema einer ersten Verfahrensvariante; 
   Fig. 2 ein Fliessschema einer zweiten Verfahrensvariante; 
   Fig. 3 ein Fliessschema einer dritten Verfahrensvariante. 
 



  Gemäss Fig. 1 werden heisse Rauchgase aus einer in der Zeichnung nicht dargestellten Feuerung einer Anlage zur thermischen Behandlung von Abfall als Fluidisierungsgase in einen Wirbelschichtreaktor 6 eingeleitet (mit einem Pfeil 5 angedeutet). Die Wände des Wirbelschichtreaktors 6 sind als Wärmeübertragungsflächen ausgestaltet; eventuell können weitere Wärmeübertragungsflächen direkt in der Wirbelschicht angeordnet werden. Diese Kühlflächen sind in Fig. 1 gesamthaft symbolisch mit 7 bezeichnet.

   Der Wirbelschichtreaktor 6 wird mit einer derart grossen Gasgeschwindigkeit betrieben, dass zumindest ein Teil der Feststoffpartikel zusammen mit dem Rauchgasstrom aus dem Wirbelschichtreaktor 6 ausgetragen wird. Über eine Leitung 9 in einem Staubabscheider 10 angelangt, der beispielsweise als ein Zyklon, ein Staubfilter oder als Elektrofilter ausgebildet werden kann, werden die Feststoffpartikel vom Rauchgasstrom getrennt. Ein Teil der Feststoffe wird in den Wirbelschichtreaktor 6 zurückgeführt, so dass eine zirkulierende Wirbelschicht entsteht; dabei können die Feststoffe über eine Leitung 11 direkt oder zumindest teilweise über Leitung 12, einen externen Fliessbettkühler 15 und eine Leitung 14 in den Wirbelschichtreaktor 6 zurückgeleitet werden.

   Der über den Fliessbettkühler 15 geleitete Teil der Feststoffe wird in einer stationären Wirbelschicht (Fliessbett) durch direkte oder indirekte Wärmeübertragung abgekühlt; entsprechende Wärmeübertragungsflächen sind symbolisch mit 16 bezeichnet. Ein für den Betrieb des Fliessbettkühlers 15 benötigte Fluidisiergas wird dem Fliessbettkühler 15 über eine Leitung 17 zugeführt und oberhalb des Fliessbettes zur weiteren Ausnützung wieder abgezogen (Leitung 18). 



  Im Wirbelschichtreaktor 6 und diesem zugeordneten Staubabscheider 10 und Fliessbettkühler 15 erfolgt eine erste Stufe des erfindungsgemässen Verfahrens, die im Fliessschema nach Fig. 1 mit 1 bezeichnet, ist. Über eine Leitung 8 werden feinkörnige Trockensorptionsmittel in den Wirbelschichtreaktor 6 eingeführt und den Feststoffpartikeln der Wirbelschicht beigemischt. Die zirkulierende Wirbelschicht der ersten Stufe 1 zeichnet sich durch eine sehr gute Gas-Feststoff-Durchmischung aus. Zudem bewirkt der rezirkulierte Feststoff eine sehr homogene Temperaturverteilung im gesamten Wirbelschichtreaktor 6. Diese Voraussetzungen schaffen optimale Bedingungen für eine gute SO2-Abscheidung, die bei einer Temperatur von oberhalb 600 DEG C durchgeführt wird. Vorzugsweise wird die erste Stufe bei einer Temperatur zwischen 600 DEG C und 1200 DEG C betrieben.

   In diesem Temperaturbereich verläuft die Sorption von SO2 mit genügender Reaktionsgeschwindigkeit. 



  Die erste Stufe 1 wird mit einem stöchiometrischen Verhältnis von mindestens 1,0 berechnet als Ca:(S + 0.5 Cl) betrieben. Bei typischen Schadstoffkonzentrationen von 1000 mg/Nm<3> HCl und 300 mg/Nm<3> SO2 im Rauchgas entspricht dies einem stöchiometrischen Verhältnis von mindestens 3,9 berechnet als Ca:S, d.h. in einem grossen Überschuss an Sorptionsmittel bezogen auf die in dieser Stufe hauptsächlich stattfindende SO2-Abscheidung. Dies ermöglicht eine ausgezeichnete SO2-Abscheidung. 



  Die den Staubabscheider 10 verlassenden Rauchgase werden in eine zweite Stufe 2a des Verfahrens eingeleitet, indem sie über eine Leitung 21 einem zweiten Wirbelschichtreaktor 20 als Fluidisierungsgase zugeführt werden, wo eine HCl-Abscheidung und weitere Kühlung der Rauchgase stattfindet. Der Wirbelschichtreaktor 20 ist  mit Wärmeübertragungs- bzw. Kühlflächen 22 ausgestattet, wobei wiederum die Wände als Wärmeübertragungsflächen ausgebildet oder zusätzliche Wärmeübertragungsflächen direkt in der Wirbelschicht angeordnet sind. Der Wirbelschichtreaktor 20 wird ebenfalls mit einer so hohen Gasgeschwindigkeit betrieben, dass mindestens ein Teil der Feststoffpartikel zusammen mit den Rauchgasen aus dem Wirbelschichtreaktor 20 ausgetragen und über eine Leitung 23 einem Staubabscheider 24 zugeführt wird.

   Dort wird der Feststoff vom Gasstrom abgetrennt und über eine Leitung 25 in den Wirbelschichtreaktor 20 rezirkuliert. Grundsätzlich besteht auch hier die Möglichkeit, einen externen Fliessbettkühler einzusetzen. 



  Ein kleinerer Teil des im Staubabscheider 10 der ersten Stufe 1 abgetrennten Feststoffes wird nicht rezirkuliert, sondern über eine Leitung 19 dem Wirbelschichtreaktor 20 der zweiten Stufe 2a zugeführt. Mit diesem Feststoff gelangt auch ein grosser Anteil unverbrauchter Sorptionsmittel aus der ersten Stufe 1 in die zweite Stufe 2a. Der Sorptionsmittelbedarf der zweiten Stufe 2a wird auf diese Weise gedeckt, da die erste Stufe bezüglich der SO2 Abscheidung mit einem grossen Überschuss betrieben wird. Die zirkulierende Wirbelschicht der zweiten Stufe 2a schafft mit der sehr guten Gas-Feststoff-Durchmischung und langen Verweilzeiten der Sorptionsmittel gute Voraussetzungen für die HCl-Abscheidung. Diese Stufe wird bei Temperaturen unter 600 DEG C betrieben, so dass genügende Abscheidung von HCl gewährleistet ist.

   Da keine Feststoffe aus der zweiten Stufe 2a zurück in die erste Stufe 1 gelangen können, ist auch die Gefahr eliminiert, dass bereits abgeschiedenes HCl infolge der reversiblen HCl-Sorption wieder freigesetzt wird. 



  Die gereinigten und gekühlten Rauchgase werden über eine Leitung 26 zu einem in der Zeichnung nicht dargestellten konventionellen Kessel geführt, in dem sie unter Wärmerückgewinnung auf die gewünschte Temperatur (vorzugsweise ca. 200 DEG C) abgekühlt werden, bevor sie einem ebenfalls nicht dargestellten Kamin zugeführt werden. Bei genügender Abkühlung in der zweiten Stufe kann allenfalls auf den konventionellen Kessel ganz verzichtet werden. 



  Bei der in Fig. 2 dargestellten Verfahrensvariante wird die erste Stufe 1 des Verfahrens in gleicher Weise wie bereits beschrieben durchgeführt. Die aus Fig. 1 bekannten und gleichbleibenden Elemente des Fliessschemas sind in Fig. 2 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in der zweiten Stufe 2b der Wirbelschichtreaktor 20 um einen externen Fliessbettkühler 27 erweitert, in dem mindestens ein Teil des im Staubabscheider 24 abgetrennten, über eine Leitung 28 zugeführten Feststoffes gekühlt wird. Über eine Leitung 29 wird dann ein Teil des gekühlten Feststoffes in den Wirbelschichtreaktor 20 zurückgeleitet. Ein für den Betrieb des Fliessbettkühlers 27 benötigte Fluidierungsgas wird über eine Leitung 41 dem Fliessbettkühler 27 zugeführt und über eine Leitung 42 oberhalb des Fliessbettes wieder abgezogen.

   Bei dieser Variante können die zusätzlichen Kühlflächen in der Wirbelschicht entfallen, da der im Fliessbettkühler 27 gekühlte Feststoff die Wärme aus den immer noch heissen Rauchgasen aus der ersten Stufe 1 aufnimmt und für die Kühlung sorgt. 



  Dem Staubabscheider 24 ist ein vorzugsweise mehrstufiger Schwebegaskühler 30 nachgeschaltet, der mehrere Staubabscheiderstufen 31, 32, 33 aufweist. Bei den einzelnen Staubabscheiderstufen 31, 32, 33 kann es sich um Zyklone,  Staubfilter, Elektrofilter u.ä. handeln; in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist für die letzte Staubabscheiderstufe 33 z.B. ein Elektrofilter vorgesehen. 



  Selbstverständlich wäre eine andere Ausgestaltung oder eine andere Anzahl der einzelnen Staubabscheiderstufen 31, 32, 33 möglich. 



  Vom Staubabscheider 24 strömen die Rauchgase über eine Leitung 35 zu der ersten Staubabscheiderstufe 31; die weiteren Verbindungsleitungen zwischen den Staubabscheiderstufen 31, 32 bzw. 32, 33 sind mit 36, 37 bezeichnet. 



  Ein Teil des im Fliessbettkühler 27 gekühlten Feststoffes wird aus dem Fliessbettkühler 27 entnommen und über eine Leitung 38 unmittelbar vor der letzten Staubabscheiderstufe 33 in den Rauchgasstrom eingeleitet. Die die Rauchgase abkühlenden Feststoffpartikel werden vom Rauchgasstrom mitgerissen und über die Leitung 37 in die Staubabscheiderstufe 33 gefördert, dort von den Rauchgasen getrennt und in die Leitung 36 eingeführt, wo sie erneut vom Rauchgasstrom mitgenommen und zu der vorletzten Staubabscheiderstufe 32 gefördert werden. Dort abgeschieden gelangen sie wiederum mit dem Rauchgasstrom über die Leitung 35 in die Staubabscheiderstufe 31, von wo sie über eine Leitung 39 zurück in den Wirbelschichtreaktor 20 geführt werden. 



  Während also die Rauchgase jeweils der nächsten kälteren Staubabscheiderstufe zuströmen, wird der Feststoff jeweils zu der nächsten heisseren Stufe gefördert, bis er erneut im Fliessbettkühler 27 gekühlt wird. 



  Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante entfällt der aus Fig. 1 und 2 bekannte zweite Wirbelschichtreaktor 20. Zum Durchführen der zweiten Stufe 2c sind lediglich ein Fliessbettkühler 27c und ein Schwebegaswärmetauscher 30c vorhanden. Der Schwebegaswärmetauscher 30c ist wiederum vorzugsweise mehrstufig ausgebildet. Bei dem in    Fig. 3 dargestellten Auführungsbeispiel sind analog zu Fig. 2 drei Staubabscheiderstufen 31, 32, 33 dargestellt; auch hier ist jedoch die Anzahl und Ausführung der einzelnen Stufen je nach Bedarf frei wählbar. 



  Bei dieser Verfahrensvariante kann der Staubabscheider 10 der ersten Stufe 1 so ausgelegt werden, dass der mit den Rauchgasen über die Leitung 21 aus der ersten Stufe 1 ausgetragene Anteil an Sorptionsmitteln für die HCl-Abscheidung in der zweiten Stufe 2c ausreicht. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Teil des im Staubabscheider 10 abgetrennten Feststoffes samt unverbrauchter Sorptionsmittel dem Fliessbettkühler 27c zuzuführen (diese Feststoffzuführung ist in Fig. 3 gestrichelt dargestellt und mit 43 bezeichnet.) Auch im Schwebegaswärmetauscher 30c nach Fig. 3 werden analog zu der zweiten Verfahrensvariante nach Fig.

   2 die durch den aus dem Fliessbettkühler 27c stammenden Feststoff gekühlten Rauchgase jeweils in die nächste kältere Staubabscheiderstufe geleitet, während der Feststoff jeweils zu der nächsten heisseren Stufe gefördert wird, bis er erneut im Fliessbettkühler 27c abgekühlt wird. 



  Die Rauchgasgeschwindigkeit in der Leitung 21 sorgt auch hier dafür, dass keine Feststoffpartikel zurück in die erste Stufe 1 gelangen, so dass auch bei dieser Variante bereits abgeschiedenes HCl nicht wieder freigesetzt werden kann. 



  Selbstverständlich wäre es auch bei den Varianten nach Fig. 1 und 2 möglich, bei entsprechender Auslegung des Staubabscheiders 10 die unverbrauchten Sorptionsmittel aus der ersten Stufe 1 mit den Rauchgasen über die Leitung 21 in die zweite Stufe 2a bzw. 2b einzuleiten. Bei allen drei Varianten könnten allerdings die Sorptionsmittel in beide Stufen unabhängig voneinander eingeführt werden. 



  Als Sorptionsmittel werden beispielsweise die oben beschriebenen, bekannten feinkörnigen Stoffe für die Trockensorption von SO2, HCl oder Gemische solcher Stoffe verwendet. 

Claims (23)

1. Verfahren zur Kühlung und Reinigung von Rauchgasen nach der thermischen Behandlung von Abfall, wobei gasförmige Schadstoffe der Rauchgase an einem festen Sorptionsmittel sorbiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgase in einer ersten Stufe als Fluidisiergase in einer zirkulierenden Wirbelschicht (6) bei Temperaturen über 600 DEG C mit Sorptionsmittel in Berührung gebracht werden, wobei mindestens ein Teil der aus der Wirbelschicht (6) ausgetragenen Feststoffpartikel und Sorptionsmittel vom Rauchgasstrom abgetrennt und mindestens teilweise in die Wirbelschicht (6) zurückgeführt werden und die Rauchgase aus der ersten Stufe in einer zweiten Stufe (2a, 2b, 2c) bei Temperaturen unter 600 DEG C mit Sorptionsmittel in Berührung gebracht werden.

2.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sorptionsmittel im Überschuss, vorzugsweise in einem stöchiometrischen Verhältnis 1.0 bis 5.0, Ca: (S + 0.5 Cl), in der ersten Stufe eingesetzt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerrohrgeschwindigkeit der Rauchgase in der Wirbelschicht (6) 2-10 m/s beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der im Anschluss an die erste Stufe vom Rauchgasstrom abgetrennten Feststoffpartikel über einen Fliess bettkühler (15) in die Wirbelschicht (6) zurückgeleitet wird, wobei die Temperatur in der Wirbelschicht (6) durch den Eintrag des im Fliessbettkühler (15) gekühlten Feststoffes reguliert wird.

5.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stufe (2a, 2b) des Verfahrens in einer zweiten Wirbelschicht (20) durchgeführt wird, wobei die mit den Rauchgasen aus der Wirbelschicht (20) ausgetragenen Feststoffe zusammen mit dem unverbrauchten Sorptionsmittel in mindestens einer Abscheidungsstufe (24) vom Rauchgasstrom getrennt und mindestens teilweise in die zweite Wirbelschicht (20) zurückgeführt werden, so dass eine zirkulierende Wirbelschicht entsteht.

6.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der in der zweiten Stufe (2b) in der Abscheiderstufe (24) vom Rauchgasstrom abgetrennten Feststoffpartikel über einen Fliessbettkühler (27) in die zweite Wirbelschicht (20) zurückgeleitet wird, wobei die Temperatur in der Wirbelschicht (20) durch den Eintrag des im Fliessbettkühler (27) gekühlten Feststoffes reguliert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der nach der ersten Stufe (1) abgeschiedenen Feststoffpartikel zusammen mit dem unverbrauchten Sorptionsmittel in die zweite Wirbelschicht (20) der zweiten Stufe (2a, 2b) geleitet wird.

8.

Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgase nach der zweiten Wirbelschicht (20) und der Abscheiderstufe (24), durch mehrere Staubabscheiderstufen (31, 32, 33) geführt werden, wobei dem Rauchgasstrom ein Teil der im Fliessbettkühler (27) gekühlten Feststoffpartikel zugemischt wird, wodurch dieser abgekühlt wird und wonach die Feststoffpartikel in den Staubabscheiderstufen (31, 32, 33) aus dem Rauchgasstrom wieder abgeschieden in die zweite Wirbelschicht (20) zurückgefördert werden.

9.

Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die im Fliessbettkühler (27) abgekühlten Feststoffpartikel vor der letzten Staubabscheiderstufe (33) in den Rauchgasstrom eingeleitet werden und aus dieser abgeschieden erneut dem Rauchgasstrom derart zugeführt werden, dass während die Rauchgase von einer Staubabscheiderstufe zu der nächsten kälteren Staubabscheiderstufe, strömen, die Feststoffpartikel durch den Rauchgasstrom von einer Staubabscheiderstufe zu der nächsten, heisseren Staubabscheiderstufe gefördert werden.

10.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe (1) verlassende Rauchgase in der zweiten Stufe (2c) einen vorzugsweise mehrstufigen Schwebegaswärmetauscher (30c) durchströmen, wobei in einer ersten Staubabscheiderstufe (31) abgeschiedene Feststoffpartikel in einem Fliessbettkühler (27c) gekühlt und dem Rauchgasstrom zugeführt werden, diesen abkühlen, und in vorzugsweise mehreren Staubabscheiderstufen (31, 32, 33) wieder abgeschieden in den Fliessbettkühler (27c) zurückgefördert werden.

11.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die im Fliessbettkühler (27c) abgekühlten Feststoffpartikel vor der letzten Staubabscheiderstufe (33) in den Rauchgasstrom eingeleitet werden und in dieser abgeschieden erneut dem Rauchgasstrom derart zugeführt werden, dass, während die Rauchgase von einer Staubabscheiderstufe zu der nächsten, kälteren Staubabscheiderstufe strömen, die Feststoffpartikel durch den Rauchgasstrom von einer Staubabscheiderstufe zu der nächsten heisseren Staubabscheiderstufe gefördert werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der im Staubabscheider (10) der ersten Stufe (1) abgeschiedener Feststoffpartikel zusammen mit dem unverbrauchten Sorptionsmittel in den Fliessbettkühler (27c) der zweiten Stufe (2c) eingeleitet wird.

13.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die in der ersten Stufe (1) unverbrauchten Sorptionsmittel mit dem Rauchgasstrom der zweiten Stufe (2c) zugeführt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Stufe SO2 und in der zweiten Stufe HCl am Sorptionsmittel sorbiert wird.

15.

Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste Stufe ein erster Wirbelschichtreaktor (6) mit einem nachgeschalteten ersten Staubabscheider (10) und für die zweite Stufe ein zweiter Wirbelschichtreaktor (20) mit einem nachgeschalteten zweiten Staubabscheider (24) vorgesehen sind, wobei eine Verbindung (21) zwischen dem ersten Staubabscheider (10) und dem zweiten Wirbelschichtreaktor (20) vorhanden ist zum Einleiten der von den Feststoffpartikeln befreiten Rauchgase in die zweite Wirbelschicht, wobei jeweils eine Rückverbindung (11, 25) des jeweiligen Staubabscheiders (10, 24) mit dem jeweiligen Wirbelschichtreaktor (6, 20) vorhanden ist zum Rezirkulieren der im Staubabscheider (9, 24) abgeschiedenen Feststoffpartikel.

16.

Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste Stufe ein erster Wirbelschichtreaktor (6) mit einem nachgeschalteten ersten Staubabscheider (10) und für die zweite Stufe ein mit einem Fliessbettkühler (27c) wirkverbundener Schwebegaswärmetauscher (30c) vorgesehen sind, wobei eine Verbindung (21) zwischen dem ersten Staubabscheider (10) und dem Schwebegaswärmetauscher (30c) vorhanden ist zum Einleiten der von den Feststoffpartikeln befreiten Rauchgase in den Schwebegaswärmetauscher (30c).

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwebegaswärmetauscher (30c) mehrere Staubabscheiderstufen (31, 32, 33) aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände des ersten Wirbelschichtreaktors (6) als Wärmeübertragungsflächen ausgestaltet sind.

19.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zum Rezirkulieren der im ersten Staubabscheider (10) abgeschiedenen Feststoffpartikel eine über einen externen Fliessbettkühler (15) zum ersten Wirbelschichtreaktor (6) führende Rückverbindung (12, 14) vorhanden ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände des zweiten Wirbelschichtreaktors (20) als Wärmeübertragungsflächen ausgestaltet sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass zum Rezirkulieren der im zweiten Staubabscheider (24) abgeschiedenen Feststoffpartikel eine über einen externen Fliessbettkühler (27) zum zweiten Wirbelschichtreaktor (20) führende Rückverbindung (28, 29) vorhanden ist.

22.

Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch einen mit dem Fliessbettkühler (27) und dem zweiten Wirbelschichtreaktor (20) wirkverbundenen Schwebegas wärmetauscher (30), wobei eine Rückverbindung (39) zwischen dem Schwebegaswärmetauscher (30) und dem zweiten Wirbelschichtreaktor (20) vorhanden ist zum Rezirkulieren der im Schwebegaswärmetauscher (30) abgeschiedenen Feststoffpartikel.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwebegaswärmetauscher (30) mehrere Staubabscheiderstufen (31, 32, 33) aufweist.