EP1799331A1 - Rauchgasreinigungsanlage - Google Patents

Rauchgasreinigungsanlage

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Publication number
EP1799331A1
EP1799331A1 EP04765467A EP04765467A EP1799331A1 EP 1799331 A1 EP1799331 A1 EP 1799331A1 EP 04765467 A EP04765467 A EP 04765467A EP 04765467 A EP04765467 A EP 04765467A EP 1799331 A1 EP1799331 A1 EP 1799331A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flue gas
fluidized bed
bed reactor
cleaning system
gas cleaning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04765467A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Sauer
Frank Leuschke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Doosan Lentjes GmbH
Original Assignee
Lentjes GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lentjes GmbH filed Critical Lentjes GmbH
Publication of EP1799331A1 publication Critical patent/EP1799331A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/06—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with moving adsorbents, e.g. rotating beds
    • B01D53/10—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with moving adsorbents, e.g. rotating beds with dispersed adsorbents
    • B01D53/12—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with moving adsorbents, e.g. rotating beds with dispersed adsorbents according to the "fluidised technique"
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/81—Solid phase processes
    • B01D53/83—Solid phase processes with moving reactants

Definitions

  • the invention relates to a flue gas purification plant with a fluidized bed reactor and a downstream of the fluidized bed reactor separation unit.
  • Such flue gas cleaning plants serve to carry out processes for the separation of noxious gases such.
  • HCl, HF, SO 2 and the addition of absorbents such as hearth furnace coke or activated carbon and dioxins, furans and heavy metals, z.
  • a flue gas is fed to a fluidized bed reactor via a feed line corresponding cross section.
  • a sorbent is in the reactor or is supplied to this.
  • the dimensionless numbers Re, Fr, Ar forms a fluidized bed.
  • the reactor is operated with a circulating fluidized bed or by the fly-flow method.
  • the flue gas and the sorbent react with each other. These reactions can be harmful gases from the flue gas to be deposited.
  • the flue gas is passed along with the entrained Abscheidungs Wegdesignn via a transition piece from the fluidized bed reactor to a downstream deposition unit, such as a fiber filter or electric filter. In this separation unit, the residues are separated from the flue gas.
  • the cleaned flue gas can be released into the atmosphere, while the separated solids are returned to the fluidized bed reactor or collected and disposed of or reused.
  • the known from the prior art for flue gas purification reactors are designed for flow reasons, to obtain a symmetrical distribution of solids, with a circular flow area.
  • the cross-sectional size of the reactor is determined by the volume flow of the flue gas to be purified and the flow rate required in the reactor.
  • the flue gas ducts entering and exiting the reactor usually have a rectangular cross-section.
  • the reactor upstream or downstream units, such as boiler or filter, also have a rectangular flow area.
  • transition pieces are used by which the required cross-sectional transitions from round to square or from square to round are made possible. Disadvantageously, the use of such transition pieces causes increased material consumption and leads to a general increase in the cost of a flue gas cleaning system.
  • deposition units with a large cross-section are used within the flue gas purification plant, such as large-scale electrostatic precipitators, a uniform flow of the filter over its entire cross-sectional area can be ensured only with difficulty when using a reactor with a round reactor cross-section of predetermined geometry.
  • the invention is based on the invention to propose a generic flue gas cleaning system, which consumes less material over the prior art, saves costs and can be realized or retrofitted especially for use in confined spaces.
  • a flue gas cleaning system in which the reactor space of the fluidized bed reactor has a substantially rectangular cross-section orthogonal to the flow direction, whose width-to-depth ratio can be variably determined as a function of the cross-sectional size required for the flue gas volume flow to be cleaned.
  • the geometry of such a reactor is advantageously variable at a constant cross-section and can be adapted to tight spaces well. Due to the cross-sectional shape of each required flow area can be realized by means of different depth / width ratios of the reactor cross-section, whereby the reactor according to the request requirements, for example, with shallow depth and large width or with small width and large depth can be performed. By varying the dimensions of the flow cross-section of the reactor there is the possibility that, for example in the context of retrofitting already existing equipment such as filters can be used, which leads to further cost savings.
  • Reactors with reactor chambers of rectangular cross-section are simple and inexpensive to produce.
  • a fluidized bed reactor with rectangular cross-section advantageously eliminated the previously necessary _ _
  • Transition pieces of rectangular cross sections of flue gas ducts or boiler or separation units on the round cross-section of the reactor are possible.
  • the flow of the separation units is considerably improved by the rectangular cross-sectional shape of the reactor space.
  • a uniform formation of the traversed by the flue gas cross section is to strive for the entire flue gas cleaning system.
  • unnecessary turbulence and dead flow areas in the flue gas path are largely avoided.
  • the entire system can be made more compact and flexible due to the rectangular cross-sectional shape of the reactor space, which also savings in steel construction are possible.
  • the fluidized bed reactor has a substantially rectangular outer contour corresponding to the reactor space.
  • the cross-sectional width and / or cross-sectional depth of the reactor space of the fluidized bed reactor corresponds to the cross-sectional dimensions of flue gas ducts upstream and / or downstream units of the flue gas purification system. If the dimensions of the reactor space of the fluidized bed reactor and the dimensions of the flue gas ducts of units connected to the fluidized bed reactor of the flue gas cleaning system matched, so turbulence and dead flow areas within the flue gas path are largely avoided, which favors undisturbed operations of the flue gas cleaning system. In addition, the flow of all units is improved, whereby the use of transition pieces to increase or decrease the flow-through cross-section can be omitted, which in turn leads to cost savings and to a reduction in the required installation space of the flue gas cleaning system.
  • the fluidized-bed reactor has at least one diffuser nozzle, preferably with a round or rectangular cross-section.
  • the diffuser nozzles are advantageously arranged side by side in one or more rows.
  • a further embodiment of the invention advantageously provides that the diffuser nozzles are placed in a staggered arrangement. Due to the variable design of the arrangement of the diffuser nozzles almost any cross-sectional shapes of the reactor space are possible. By varying the number of diffuser nozzles, these possibilities are further improved.
  • the circulating fluid bed reactor is operable.
  • the reactor is an entrained flow absorber.
  • the separation unit is advantageously an electrostatic precipitator. Due to the good flow of the electrostatic precipitator due to coordinated cross-sectional geometries of the electrostatic filter is operated with good efficiency.
  • the invention can advantageously be flexibly adapted to the particular composition of the flue gas to be purified and the spatial arrangement of equipment.
  • electrostatic precipitators and bag filters as a separation unit, of course, the use of other separation units, such as deflecting, lamella or cyclones, possible.
  • a mechanical pre-separation device is arranged in a flue gas channel between the fluidized-bed reactor and the separation unit. By means of such a pre-separation device, the flue gas leaving the fluidized-bed reactor can be pre-cleaned before the actual filtration, whereby the service life of the filters used is prolonged.
  • a fiber filter is used as the deposition unit, which according to another embodiment can advantageously be arranged rotated by 90 ° about the vertical compared to its previous arrangement according to the prior art.
  • the fiber filter advantageously existing space can be better utilized. The space saved is available for the installation of the fluidized bed reactor with a rectangular cross section.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a flue gas cleaning system according to the prior art with a round reactor space cross-section
  • FIG. 2 is a schematic side view of the flue gas cleaning system of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a flue gas cleaning system according to the invention with a rectangular reactor space cross-section,
  • FIG. 4 is a schematic side view of the flue gas cleaning system of FIG. 3,
  • 5 is a schematic plan view of the arrangement of a filter according to the prior art
  • 6 is a schematic plan view of a 90 ° rotated arrangement of the filter according to the invention
  • Fig. 7 is a schematic representation of the arrangement of the diffuser nozzles according to the prior art.
  • FIG. 8a-c is a schematic representation of further various possible arrangements of the diffuser nozzles according to the present invention.
  • a boiler 1 which has two juxtaposed at the same height flue gas outlet 2, 3 has.
  • the resulting in a combustion in the boiler 1 flue gas flows through the flue gas outlet 2, 3 in a flue gas duct 16 and from this into a transition piece 4, which along the section line AA shown in FIGS. 1 and 2 has a rectangular cross section and along the section line BB having circular cross-section.
  • the unpurified flue gas flows into a fluidized bed reactor 5, which it flows through in the vertical direction, as indicated by the arrow C in Fig. 2, from bottom to top.
  • harmful gas components are separated from the unpurified flue gas by means of dry or quasi-dry deposition.
  • a sorbent located in the fluidized bed reactor, a sorbent, which is traversed by the flue gas to be cleaned.
  • a circulating fluidized bed within the fluidized bed reactor is formed.
  • the fluidized-bed reactor 5 is operated in the so-called fly-by-flow method.
  • the flue gas leaves the fluidized bed reactor 5 together with due to the flow velocity entrained sorbent particles and occupied sorbent particles via a transition piece 6.
  • the transition piece 6 has _ _
  • a round flow cross-section and in the section E-E has a rectangular cross-section.
  • the flue gas stream passes from the transition piece 6 via a hood 8 to a separation unit 7, in which the sorbent particles and occupied sorbent particles are separated from the flue gas stream.
  • the cleaned flue gas leaves the flue gas purification system, for example, via a suction draft, not shown, while the sorbent particles filtered out from the flue gas are collected and recycled or disposed of in the region of the precipitation unit 7.
  • a flue gas cleaning system according to the invention is shown.
  • 3 and 4 show a boiler 1, which flue gas outlet 2, 3 has.
  • the resulting, for example, in a combustion in the boiler 1 and pollutants flue gas leaves the boiler 1 via the flue gas outlet 2, 3 and passes directly into a fluidized bed reactor 5 with a rectangular reactor cross-section.
  • the fluidized-bed reactor 5 as described above with respect to the prior art in FIGS. 1 and 2, the sorbent is reacted with the flue gas to be purified in a known manner.
  • the flue gas leaves the fluidized bed reactor 5 together with entrained due to the flow velocity sorbent particles and occupied Sorptionsffenp sien and passes through a hood 8 to the separation unit 7.
  • the boiler-side end and the abscheideijn discoverede end of the fluidized bed reactor 5 are formed as inlet port 9 and outlet 10.
  • the flow-through of the flue gas cross section of the flue gas cleaning device of Fig. 3 and 4 has over its entire course on a rectangular cross-sectional shape. Because of this rectangular cross-sectional shape, unlike in the prior art, no in itself different cross-sectional shapes having transition pieces necessary.
  • the flue gas system shown in Fig. 3 and 4 therefore requires in comparison to the prior art of Fig. 1 and 2, a smaller space.
  • FIGS. 1 to 4 It can also be seen from FIGS. 1 to 4 that the use of a fluidized-bed reactor 5 with a rectangular reactor cross section is outstandingly suitable for retrofitting already existing flue gas purification systems. In such retrofitting, it is necessary to the fluidized bed reactor 5 in the _ _
  • the geometry of the fluidized bed reactor 5 can be adapted in such a retrofit case advantageous to this cramped space ratio, for example by the depth T of the reactor 5 is extended and by simultaneous broadening of the width F. of the reactor, the cross-sectional area of the flue gas traversed by the cross section remains constant (examples in Figures 8a to 8c)
  • FIGS. 5 and 6 show the arrangement of a fiber filter 11 according to the prior art.
  • the flue gas flows in the direction indicated by the fluidized bed reactor 5. From the fluidized bed reactor 5, the flue gas passes through the transition piece 6 and the hood 8 to the separation unit 7, which is a fiber filter 11 in this embodiment.
  • the flue gas passes from the hood 8 in arranged on both sides of the hood 8 filter units 12 of the fiber filter 11 and flows through these filter units in the direction of the drawing plane, as indicated in Fig. 5.
  • the filter units 12 Within the filter units 12, the entrained by the flue gas stream sorbent particles and occupied sorbent particles are separated from the flue gas, which leaves the fiber filter 11 via an outlet, not shown.
  • Fig. 6 shows the arrangement of the fiber filter 11 according to the present invention. It can be seen that the fiber filter 11 is arranged rotated relative to the fluidized bed reactor 5 by 90 ° in the plane of the drawing. Due to the rectangular cross-sectional shape of the fluidized bed reactor 5, it is possible by broadening the cross-sectional width over the hood 8 to arrange the feed channel 13 transversely, without having to modify the geometry of the flow-through cross section , As a result of the arrangement of the fiber filter 11 rotated by 90 °, more installation space is available for the installation of the fluidized-bed reactor 5 as part of retrofitting between an existing boiler 1 and an existing fiber filter 11. _ _
  • Fig. 7 shows the arrangement of diffuser nozzles 14 in a fluidized bed reactor 5 according to the prior art.
  • the fluidized bed reactor usually has only one diffuser nozzle.
  • Fig. 7 shows a fluidized bed reactor 5, which is designed for flue gas volume flows> 400,000 standard m 3 .
  • the exemplarily selected reactor space of the fluidized bed reactor 5 has a total cross section of 78.5 m 2 , for the arrangement of the diffuser nozzles is a diameter of 6.2 m available.
  • Fig. 8 illustrates various cross-sectional shapes of the reactor space of a fluidized bed reactor having a rectangular cross section, wherein the total cross sectional area of the rectangular fluidized bed reactor 5 corresponds to the cross sectional area of the fluidized bed reactor 5 shown in Fig. 7 having a round cross section.
  • the cross-sectional shapes shown in FIGS. 7 and 8 are thus suitable for the same flue gas volume flows.
  • Various arrangements of the diffuser nozzles 14 are shown in FIGS. 8a, b and c.
  • the dimensions of the reactor space and thus also the outer dimensions of the fluidized bed reactor 5 can be varied in a wider range for the same cross-sectional area and thus the same flue gas volume flow, so that the fluidized bed reactor 5 advantageously under different, cramped space conditions in existing flue gas cleaning systems can be retrofitted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rauchgasreinigungsanlage mit einem Wirbelschichtreaktor und einer dem Wirbelschichtreaktor nachgeschalteten Abscheideeinheit, wobei der Reaktorraum des Wirbelschichtreaktors orthogonal zur Durchströmungsrichtung einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, dessen Verhältnis von Breite zu Tiefe in Abhängigkeit von der für den zu reinigenden Rauchgasvolumenstrom erforderlichen Querschnittsgröße variabel festlegbar ist.

Description

Rauchgasreinigunqsanlaqe
Die Erfindung betrifft eine Rauchgasreinigungsanlage mit einem Wirbelschichtreaktor und einer dem Wirbelschichtreaktor nachgeschalteten Abscheideeinheit.
Derartige Rauchgasreinigungsanlagen sind bekannt. Sie dienen zur Durchführung von Verfahren zur Abscheidung von Schadgasen wie z. B. HCl, HF, SO2 und bei Zugabe von Absorbentien wie Herdofenkoks oder Aktivkohle auch von Dioxinen, Furanen und Schwermetallen, z. B. Quecksilber mit hohen Wirkungsgraden. Bei derartigen Abgasreinigungsanlagen wird ein Rauchgas einem Wirbelschichtreaktor über eine Zuleitung entsprechenden Querschnitts zugeführt. Ein Sorptionsmittel befindet sich im Reaktor oder wird diesem zugeführt. In Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, wie beispielsweise der Gasströmungsgeschwindigkeit, der Teilchengröße und des Teilchengewichtes des Sorptionsmittels oder der Temperatur usw., beschrieben durch die dimensionslosen Kennzahlen Re, Fr, Ar bildet sich eine Wirbelschicht aus. Der Reaktor wird mit einer zirkulierenden Wirbelschicht oder im Flugstromverfahren betrieben. In der Wirbelschicht reagieren das Rauchgas und das Sorptionsmittel miteinander. Durch diese Reaktionen können Schadgase aus dem Rauchgas abgeschieden werden. Das Rauchgas wird zusammen mit den mitgeführten Abscheidungsrückständen über ein Übergangsstück vom Wirbelschichtreaktor zu einer nachgeschalteten Abscheideeinheit, wie beispielsweise einem Faserfilter oder elektrischem Filter, geleitet. In dieser Abscheideeinheit werden die Rückstände vom Rauchgas getrennt. Das gereinigte Rauchgas kann in die Atmosphäre abgelassen werden, während die abgeschiedenen Feststoffe zum Wirbelschichtreaktor zurückgeführt bzw. gesammelt und entsorgt werden oder einer Weiterverwendung zugeführt werden.
Die aus dem Stand der Technik zur Rauchgasreinigung bekannten Reaktoren werden aus strömungstechnischen Gründen, um eine symmetrische Feststoffverteilung zu erhalten, mit rundem Durchströmungsquerschnitt ausgeführt. Die Querschnittsgröße des Reaktors wird durch den Volumenstrom des zu reinigenden Rauchgases und die im Reaktor erforderliche Strömungsgeschwindigkeit festgelegt. Die in den Reaktor ein- und austretenden Rauchgaskanäle weisen üblicherweise einen rechteckigen Querschnitt auf. Dem Reaktor vor- oder nachgeschaltete Einheiten, wie beispielsweise Kessel oder Filter, weisen ebenfalls einen rechteckigen Durchströmungsquerschnitt auf. Zwischen den Rauchgaskanälen und dem Reaktor werden Übergangsstücke verwendet, durch welche die erforderlichen Querschnittsübergänge von rund auf eckig bzw. von eckig auf rund ermöglicht werden. Nachteiligerweise bewirkt die Verwendung derartiger Übergangsstücke einen erhöhten Materialverbrauch und führt zu einer allgemeinen Steigerung der Kosten einer Rauchgasreinigungsanlage.
Häufig stellt sich in der Praxis die Aufgabe, bei bereits bestehenden Kraftwerken oder Anlagen eine Rauchgasreinigungsanlage nachzurüsten. In einem solchen Fall ist das Aufstellen des Reaktors unter den im Kraftwerk oder in der Anlage gegebenen, teilweise beengten Platzverhältnissen aufgrund seiner fest vorgegebenen Querschnittsmaße nicht immer im vorhandenen Rauchgasweg möglich. Die dadurch notwendig werdenden Umbaumaßnahmen, wie ein Verlegen oder Austauschen funktionsfähiger, bereits vorhandener Aggregate führen zu einer erheblichen Steigerung der Kosten für einen nachträglichen Einbau einer Rauchgasreinigungsanlage.
Werden innerhalb der Rauchgasreinigungsanlage Abscheideeinheiten mit großem Querschnitt verwendet, wie beispielsweise großbauende Elektrofilter, so kann eine gleichmäßige Anströmung des Filters über dessen gesamte Querschnittsfläche bei Verwendung eines Reaktors mit runden Reaktorquerschnitt vorgegebener Geometrie nur noch unter Schwierigkeiten gewährleistet werden. Bei sehr großen _ _
Anlagen ist eine gleichmäßige Anströmung derartiger Abscheideeinheiten nur noch mit großem konstruktivem Aufwand zu gewährleisten. Insbesondere bewirkt die Verwendung von Reaktoren mit rundem Reaktorquerschnitt eine festliegende Anlagen-Aufstellung. Dieses verursacht Probleme sowohl bei einer Neugestaltung einer Rauchgasreinigungsanlage als auch bei der Nachrüstung von Rauchgasreinigungsanlagen. Durch die notwendige Verschiebung bzw. Verlagerung von Anlagenkomponenten entstehen erhöhte Kosten.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die A u f g a b e zugrunde, eine gattungsgemäße Rauchgasreinigungsanlage vorzuschlagen, welche gegenüber dem Stand der Technik weniger Material verbraucht, Kosten einspart und insbesondere auch für einen Einsatz unter beengten Platzverhältnissen realisiert bzw. nachgerüstet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Rauchgasreinigungsanlage g e I ö s t , bei welcher der Reaktorraum des Wirbelschichtreaktors orthogonal zur Durchströmungsrichtung einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, dessen Verhältnis von Breite zu Tiefe in Abhängigkeit von der für den zu reinigenden Rauchgasvolumenstrom erforderlichen Querschnittsgröße variabel festlegbar ist.
Die Geometrie eines solchen Reaktors ist vorteilhafterweise bei konstantem Querschnitt variierbar und kann beengten Platzverhältnissen gut angepaßt werden. Durch die Querschnittsform kann der jeweils erforderte Durchströmungsquerschnitt mittels unterschiedlicher Tiefe/Breiteverhältnisse des Reaktorquerschnitts realisiert werden, wodurch der Reaktor den Anfordernissen entsprechend beispielsweise mit geringer Tiefe und großer Breite oder mit geringer Breite und großer Tiefe ausgeführt werden kann. Durch eine Variation der Abmessungen des Durchströmungsquerschnitts des Reaktors besteht die Möglichkeit, daß beispielsweise im Rahmen einer Nachrüstung bereits vorhandenes Equipment wie Filter weiterverwendet werden kann, was zu weiteren Kosteneinsparungen führt.
Reaktoren mit Reaktorräumen rechteckigen Querschnitts sind einfach und kostengünstig herstellbar. Bei der Verwendung eines Wirbelschichtreaktors mit rechteckigem Querschnitt entfallen vorteilhafterweise die bisher notwendigen _ _
Übergangsstücke von rechteckigen Querschnitten von Rauchgaskanälen bzw. Kessel- oder Abscheideeinheiten auf den runden Querschnitt des Reaktors. Durch die damit verbundene Materialeinsparung wird eine erhebliche Kosteneinsparung ermöglicht.
Zusätzlich wird durch die rechteckige Querschnittsform des Reaktorraumes die Anströmung der Abscheideeinheiten erheblich verbessert. Eine gleichmäßige Ausbildung des vom Rauchgas durchströmten Querschnitts ist über die gesamte Rauchgasreinigungsanlage anzustreben. Durch die Vermeidung von Änderungen der Querschnittsform werden unnötige Verwirbelungen und Totstromgebiete im Rauchgasweg weitgehend vermieden. Das gesamte System kann aufgrund der rechteckigen Querschnittsform des Reaktorraumes kompakter und flexibler gestaltet werden, wodurch auch Einsparungen beim Stahlbau möglich sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Wirbelschichtreaktor eine dem Reaktorraum entsprechende im wesentlichen rechteckige Außenkontur auf.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht die Querschnittsbreite und/oder Querschnittstiefe des Reaktorraumes des Wirbelschichtreaktors den Querschnittsabmessungen von Rauchgaskanälen von dem Reaktor vor- und/oder nachgeschalteten Einheiten der Rauchgasreinigungsanlage. Werden die Abmessungen des Reaktorraumes des Wirbelschichtreaktors und die Abmessungen der Rauchgaskanäle von mit dem Wirbelschichtreaktor verbundenen Einheiten der Rauchgasreinigungsanlage aufeinander abgestimmt, so werden Verwirbelungen und Totstromgebiete innerhalb des Rauchgasweges weitgehend vermieden, was einen ungestörten Betriebe der Rauchgasreinigungsanlage begünstigt. Darüber hinaus wird die Anströmung sämtlicher Einheiten verbessert, wodurch die Verwendung von Übergangsstücken zur Vergrößerung oder Verringerung des durchströmten Querschnittes entfallen kann, was wiederum zu einer Kosteneinsparung sowie zu einer Verringerung des benötigten Bauraums der Rauchgasreinigungsanlage führt.
Nach einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Wirbelschichtreaktor wenigstens eine Diffusordüse vorzugsweise mit rundem oder rechteckigem Querschnitt auf. Bei einer weiteren Ausführungsform, welche _ _
besonders gut für größere Reaktoren geeignet ist, sind die Diffusordüsen vorteilhafterweise in einer oder mehreren Reihen nebeneinander angeordnet. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vorteilhafterweise vor, daß die Diffusordüsen in einer versetzten Anordnung plaziert sind. Durch die variable Gestaltung der Anordnung der Diffusordüsen werden nahezu beliebige Querschnittsformen des Reaktorraumes ermöglicht. Durch eine Variation der Anzahl der Diffusordüsen werden diese Möglichkeiten noch verbessert. Im Gegensatz zum runden Wirbelschichtreaktor, bei welchem entweder eine Einzeldüse oder sieben Düsen verwendet werden, da sich mit diesen Düsenzahlen strömungsgünstige Anordnungen der Düsen im Reaktorquerschnitt realisieren lassen, ist die Anzahl und Anordnung der Diffusordüsen bei einem Reaktor einer erfindungsgemäßen Rauchgasreinigungsanlage mit rechteckigem Querschnitt sowie der Düsenvolumenstrom gemäß den jeweiligen Erfordernissen unter wirtschaftlichen Aspekten flexibel auswählbar.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Reaktor mit zirkulierender Wirbelschicht betreibbar. Eine alternative Ausführungsform sieht vor, daß der Reaktor ein Flugstromabsorber ist. Durch die Verwendung von Wirbelschichtreaktoren mit zirkulierender Wirbelschicht bzw. Flugstromabsorbern ist die Erfindung vorteilhafterweise in einem großen Strömungsgeschwindigkeitsbereich verwendbar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Abscheideeinheit vorteilhafterweise um einen Elektrofilter. Durch die gute Anströmung des Elektrofilters aufgrund von aufeinander abgestimmten Querschnittsgeometrien wird der Elektrofilter mit gutem Wirkungsgrad betrieben. Durch eine Verwendung unterschiedlicher Filtermechanismen kann die Erfindung mit Vorteil flexibel auf die jeweilige Zusammensetzung des zu reinigenden Rauchgases und die räumliche Anlagenanordnung angepaßt werden. Neben einer Verwendung von Elektrofiltern und Schlauchfiltern als Abscheideeinheit ist selbstverständlich auch die Verwendung anderer Abscheideeinheiten, wie beispielsweise von Umlenkabscheidern, Lamellenabscheidern oder Zyklonen, möglich. Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist in einem Rauchgaskanal zwischen Wirbelschichtreaktor und der Abscheideeinheit eine mechanische Vorabscheidevorrichtung angeordnet. Mittels einer derartigen Vorabscheidevorrichtung kann das aus dem Wirbelschichtreaktor austretende Rauchgas vor der eigentlichen Filterung vorgereinigt werden, wodurch die Lebensdauer der verwendeten Filter verlängert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Abscheideeinheit ein Faserfilter verwendet, welches gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Vorteil verglichen zu seiner bisherigen Anordnung nach dem Stand der Technik um 90° um die Vertikale gedreht angeordnet werden kann. Durch diese Anordnung des Faserfilters kann vorteilhaft vorhandener Bauraum besser ausgenutzt werden. Der eingesparte Bauraum steht für den Einbau des Wirbelschichtreaktors mit rechteckigem Querschnitt zur Verfügung.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung der Zeichnungen und von Beispielen einer bevorzugten, nicht beschränkenden Ausführungsform. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf eine Rauchgasreinigungsanlage nach dem Stand der Technik mit rundem Reaktorraumquerschnitt,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht auf die Rauchgasreinigungsanlage aus Fig. 1 ,
Fig. 3 eine schematische Aufsicht auf eine Rauchgasreinigungsanlage gemäß der Erfindung mit rechteckigem Reaktorraumquerschnitt,
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht auf die Rauchgasreinigungsanlage aus Fig. 3,
Fig. 5 eine schematische Aufsicht auf die Anordnung eines Filters nach dem Stand der Technik, Fig. 6 eine schematische Aufsicht auf eine um 90° gedrehte Anordnung des Filters gemäß der Erfindung,
Fig. 7 eine schematische Darstellung der Anordnung der Diffusordüsen nach dem Stand der Technik und
Fig. 8a-c eine schematische Darstellung weiterer verschiedener möglicher Anordnungen der Diffusordüsen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Rauchgasreinigungsanlage nach dem Stand der Technik weist einen Kessel 1 auf, welcher zwei nebeneinander in gleicher Höhe befindliche Rauchgasauslaßöffnungen 2, 3 besitzt. Das bei einer Verbrennung in dem Kessel 1 entstehende Rauchgas strömt durch die Rauchgasauslaßöffnungen 2, 3 in eine Rauchgasleitung 16 und von dieser in ein Übergangsstück 4, welches entlang der in Fig. 1 und 2 dargestellten Schnittlinie A-A einen rechteckigen Querschnitt und entlang der Schnittlinie B-B einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Von dem Übergangsstück 4 strömt das ungereinigte Rauchgas in einen Wirbelschichtreaktor 5, welchen es in vertikaler Richtung, wie durch den Pfeil C in Fig. 2 gekennzeichnet, von unten nach oben durchströmt.
In dem Wirbelschichtreaktor 5 werden aus dem ungereinigten Rauchgas Schadgaskomponenten mittels trockener oder quasi-trockener Abscheideverfahren abgeschieden. Zu diesem Zweck befindet sich im Wirbelschichtreaktor ein Sorptionsmittel, welches vom zu reinigenden Rauchgas durchströmt wird. In Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des zu reinigenden Rauchgases und der Partikelgröße bildet sich eine zirkulierende Wirbelschicht innerhalb des Wirbelschichtreaktors aus. Bei einer Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases wird der Wirbelschichtreaktor 5 im sogenannten Flugstromverfahren betrieben. Innerhalb der Wirbelschicht oder innerhalb des Flugstromes erfolgt eine Reaktion zwischen den im zu reinigenden Rauchgas enthaltenen Schadgasen und dem Sorptionsmittel.
Das Rauchgas verläßt den Wirbelschichtreaktor 5 zusammen mit aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit mitgeführten Sorptionsmittelpartikeln und belegten Sorptionsmittelpartikeln über ein Übergangsstück 6. Das Übergangsstück 6 weist _ _
in dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Schnitt D-D einen runden Durchströmungsquerschnitt und in dem Schnitt E-E einen rechteckigen Querschnitt auf. Der Rauchgasstrom gelangt vom Übergangsstück 6 über eine Haube 8 zu einer Abscheideeinheit 7, in welcher die Sorptionsmittelpartikel und belegten Sorptionsmittelpartikel vom Rauchgasstrom getrennt werden. Das gereinigte Rauchgas verläßt die Rauchgasreinigungsanlage beispielsweise über einen nicht dargestellten Saugzug, während die aus dem Rauchgas herausgefilterten Sorptionsmittelpartikel im Bereich der Abscheideeinheit 7 gesammelt und rückgeführt bzw. entsorgt werden.
In Fig. 3 und 4 ist eine Rauchgasreinigungsanlage gemäß der Erfindung dargestellt. Fig. 3 und 4 zeigen einen Kessel 1, welcher Rauchgasauslaßöffnungen 2, 3 aufweist. Das beispielsweise bei einer Verbrennung im Kessel 1 entstehende und Schadstoffe enthaltene Rauchgas verläßt den Kessel 1 über die Rauchgasauslaßöffnungen 2, 3 und gelangt direkt in einen Wirbelschichtreaktor 5 mit rechteckigen Reaktorquerschnitt. Im Wirbelschichtreaktor 5 befindet sich, wie bereits zuvor bezüglich des Standes der Technik in Fig. 1 und 2 beschrieben, das Sorptionsmittel, welches mit dem zu reinigenden Rauchgas in bekannter Weise reagiert. Das Rauchgas verläßt den Wirbelschichtreaktor 5 zusammen mit aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit mitgerissenen Sorptionsmittelpartikeln und belegten Sorptionsmittelpartikeln und gelangt über eine Haube 8 zur Abscheideeinheit 7. Das kesselseitige Ende und das abscheideeinheitseitige Ende des Wirbelschichtreaktors 5 sind als Einlaßstutzen 9 und Auslaßstutzen 10 ausgebildet. Der vom Rauchgas durchströmte Querschnitt der Rauchgasreinigungsvorrichtung der Fig. 3 und 4 weist über seinen gesamten Verlauf eine rechteckige Querschnittsform auf. Aufgrund dieser rechteckigen Querschnittsform sind, anders als im Stand der Technik, keine in sich unterschiedliche Querschnittsformen aufweisende Übergangsstücke notwendig. Die in Fig. 3 und 4 dargestellte Rauchgasanlage benötigt daher im Vergleich zum Stand der Technik aus Fig. 1 und 2 einen kleineren Bauraum.
Den Fig. 1 bis 4 kann ebenfalls entnommen werden, daß sich die Verwendung eines Wirbelschichtreaktors 5 mit rechteckigem Reaktorquerschnitt hervorragend zur Nachrüstung bereits bestehender Rauchgasreinigungsanlagen eignet. Bei einer derartigen Nachrüstung ist es erforderlich, den Wirbelschichtreaktor 5 in den _ _
vorgegebenen Bauraum zwischen einem bereits vorhandenen Kessel 1 und einer bereits vorhandenen Abscheideeinheit 7 einzubauen. Die Geometrie des Wirbelschichtreaktors 5 kann in einem solchen Nachrüstungsfall vorteilhaft an diese beengten Platzverhältnisses angepaßt werden, indem beispielsweise die Tiefe T des Reaktors 5 verlängert wird und durch gleichzeitige Verbreiterung der Breite F. des Reaktors die Querschnittsfläche des vom Rauchgas durchströmten Querschnitts konstant bleibt (Beispiele in Fign. 8a bis 8c)
Eine weitere Möglichkeit, im Rahmen einer Nachrüstung einer Rauchgasreinigungsanlage bereits vorhandene Komponenten zu nutzen und gleichzeitig Bauraum einzusparen, ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Fig. 5 zeigt die Anordnung eines Faserfilters 11 nach dem Stand der Technik. Das Rauchgas strömt in der angedeuteten Richtung durch den Wirbelschichtreaktor 5. Vom Wirbelschichtreaktor 5 gelangt das Rauchgas über das Übergangsstück 6 und die Haube 8 zur Abscheideeinheit 7, die in dieser Ausführungsform ein Faserfilter 11 ist. Das Rauchgas gelangt von der Haube 8 in zu beiden Seiten der Haube 8 angeordnete Filtereinheiten 12 des Faserfilters 11 und durchströmt diese Filtereinheiten in Richtung der Zeichenebene, wie in Fig. 5 angedeutet ist. Innerhalb der Filtereinheiten 12 werden die vom Rauchgasstrom mitgerissenen Sorptionsmittelpartikel und belegten Sorptionsmittelpartikel vom Rauchgas getrennt, welches das Faserfilter 11 über einen nicht dargestellten Auslaß verläßt.
Fig. 6 zeigt die Anordnung des Faserfilters 11 gemäß der vorliegenden Erfindung. Man erkennt, daß das Faserfilter 11 relativ zum Wirbelschichtreaktor 5 um 90° in der Zeichenebene gedreht angeordnet ist. Das Faserfilter 11 besteht aus Filtereinheiten 12 und einer einen Zuführungskanal 13 bildenden Haube 8. Aufgrund der rechteckigen Querschnittsform des Wirbelschichtreaktors 5 ist es durch Verbreiterung der Querschnittsbreite über die Haube 8 möglich, den Zuführungskanal 13 quer anzuordnen, ohne dessen Geometrie des durchströmten Querschnitts abändern zu müssen. Durch die um 90° gedrehte Anordnung des Faserfilters 11 steht für den Einbau des Wirbelschichtreaktors 5 im Rahmen einer Nachrüstung zwischen einem bestehenden Kessel 1 und einem bestehenden Faserfilter 11 mehr Bauraum zu Verfügung. _ _
Fig. 7 zeigt die Anordnung von Diffusordüsen 14 in einem Wirbelschichtreaktor 5 nach dem Stand der Technik. Bei Rauchgasreinigungsanlagen mit verhältnismäßig geringem Rauchgasvolumenstrom bis zu einer Größenordnung von ca. 400.000 Norm-m3 weist der Wirbelschichtreaktor in der Regel nur eine Diffusordüse auf. Fig. 7 zeigt einen Wirbelschichtreaktor 5, welcher für Rauchgasvolumenströme > 400.000 Norm-m3 ausgelegt ist. Im runden Querschnitt des Wirbelschichtreaktors 5 sind sieben Diffusordüsen angeordnet, da mit dieser Anzahl Diffusordüsen die im Reaktor vorhandene Querschnittsfläche optimal genutzt wird. Der beispielhaft gewählte Reaktorraum des Wirbelschichtreaktors 5 weist einen Gesamtquerschnitt von 78,5 m2 auf, für die Anordnung der Diffusordüsen steht ein Durchmesser von 6,2 m zur Verfügung.
Fig. 8 stellt verschiedene Querschnittsformen des Reaktorraumes eines Wirbelschichtreaktors mit rechteckigem Querschnitt dar, wobei die Gesamtquerschnittsfläche des rechteckigen Wirbelschichtreaktors 5 der Querschnittsfläche des in Fig. 7 dargestellten Wirbelschichtreaktors 5 mit rundem Querschnitt entspricht. Die in Fig. 7 und 8 dargestellten Querschnittsformen eignen sich somit für gleiche Rauchgasvolumenströme. In den Figuren 8a, b und c sind verschiedene Anordnungen der Diffusordüsen 14 dargestellt. Man erkennt, daß in Abhängigkeit von der Anordnung der Diffusordüsen 14 die Abmessungen des Reaktorraumes und damit auch der äußeren Abmessungen des Wirbelschichtreaktors 5 bei gleicher Querschnittsfläche und somit gleichem Rauchgasvolumenstrom in einem weiteren Bereich variiert werden können, so daß der Wirbelschichtreaktor 5 vorteilhaft auch unter unterschiedlichen, beengten Raumverhältnissen in bereits bestehenden Rauchgasreinigungsanlagen nachgerüstet werden kann.
- -
Bezugszeicheniiste
1 Kessel
2 Rauchgasauslaßöffnung
3 Rauchgasauslaßöffnung
4 Übergangsstück eckig / rund
5 Wirbelschichtreaktor
6 Übergangsstück rund / eckig
7 Abscheideeinheit
8 Haube
9 Einlaßstutzen
10 Auslaßstutzen
11 Faserfilter
12 Filtereinheiten
13 Zuführungskanal
14 Diffusordüse
15 Vorabscheidevorrichtung
16 Rauchgasleitung
A-A Schnittverlauf
B-B Schnittverlauf
C Strömungsrichtung
D-D Schnittverlauf
E-E Schnittverlauf
B Breite des Wirbelschichtreaktors
T Tiefe des Wirbelschichtreaktors

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Rauchgasreinigungsanlage mit einem Wirbelschichtreaktor (5) und einer dem Wirbelschichtreaktor (5) nachgeschalteten Abscheideeinheit (7), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Reaktorraum des Wirbelschichtreaktors (5) orthogonal zur Durchströmungsrichtung (C) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, dessen Verhältnis von Breite (B) zu Tiefe (T) in Abhängigkeit von der für den zu reinigenden Rauchgasvolumenstrom erforderlichen Querschnittsgröße variabel festlegbar ist.
2. Rauchgasreinigunganlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtreaktor (5) eine im wesentlichen rechteckige Außenkontor aufweist.
3. Rauchgasreinigungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rechteckige Geometrie des Reaktorraumes den rechteckigen Abmessungen von Rauchgaskanälen vor- und/oder nachgeschalteten Einheiten der Rauchgasreinigungsanlage entsprechen.
4. Rauchgasreinigungsanlage nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtreaktor (5) wenigstens eine Diffusordüse (14) aufweist.
5. Rauchgasreinigungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtreaktor (5) in Reihe angeordnete Diffusordüsen (14) aufweist.
6. Rauchgasreinigungsanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusordüsen (14) in einer oder mehreren Reihen nebeneinander angeordnet sind.
7. Rauchgasreinigungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtreaktor (5) Diffusordüsen (14) in einer versetzten Anordnung aufweist. -
8. Rauchgasreinigungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusordüse (14) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
9. Rauchgasreinigungsanlage nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtreaktor (5) mit einer zirkulierenden Wirbelschicht betreibbar ist.
10. Rauchgasreinigungsanlage nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtreaktor (5) ein Flugstromabsorber ist.
11. Rauchgasreinigungsanlage nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideeinheit (7) ein Elektrofilter ist.
12. Rauchgasreinigungsanlage nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideeinheit (7) ein Faserfilter (11) ist.
13. Rauchgasreinigungsanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Rauchgaskanal (10) zwischen Wirbelschichtreaktor (5) und der Abscheideeinheit (7) eine mechanische Vorabscheidevorrichtung (15) angeordnet ist.
14. Rauchgasreinigungsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserfilter (11 ) gegenüber der Anordnung im Stand der Technik um 90° um die Vertikale gedreht angeordnet ist.
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