DE69125007T2

DE69125007T2 - Verfahren, vorrichtung und system für die behandlung von rauchgas

Info

Publication number: DE69125007T2
Application number: DE69125007T
Authority: DE
Inventors: Yun Seuk 110-207 Juco Apartment Keikido Yang
Original assignee: SANKO IND CORP; Sanko Industry Corp
Current assignee: SANKO IND CORP; Sanko Industry Corp
Priority date: 1990-08-03
Filing date: 1991-07-31
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2011-08-01
Also published as: DE69125007D1; EP0540743B1; AU637926B2; US5281245A; CA2067490C; DK0540743T3; EP0540743A4; GR3023245T3; JP2647743B2; ATE149375T1; AU8295691A; CA2067490A1; ES2101749T3; EP0540743A1; WO1992002292A1; US5405420A

Description

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rauchgasbehandlungsvorrichtung und ein Rauchgasbehandlungssystem, die beide zur Verwendung bei der Behandlung von Rauchgas geeignet sind, in dem aus feinen Feststoffpartikeln bestehende Schadstoffe und gasförmige Schadstoffe gemischt vorliegen, sowie ein Verfahren zur Behandlung von Rauchgas.

Stand der Technik

Im Rauchgas sind in fester Form vorliegende Substanzen, wie beispielsweise Stäube, üblicherweise zusätzlich mit Luftschadstoffen gemischt, die in gasförmiger Form, z.B. als NOx, vorliegen.
Bei bekannten Einrichtungen werden zur Entfernung feiner Feststoffpartikel aus dem Rauchgas als Fliehkraftabscheider dienende Zyklone sowie Gewebefilter verwendet.
Alle diese Einrichtungen werden eingesetzt, um lediglich die feinen Feststoffpartikel aus dem Rauchgas abzutrennen und aufzufangen. Mit ihnen können gasförmige Luftschadstoffe nicht abgetrennt werden, so daß die meisten dieser gasförmigen Schadstoffe in die Atmosphäre gelangen.
Um diese gasförmigen Luftschadstoffe zu beseitigen, ist zusätzlich eine chemische Einrichtung erforderlich, bei der eine wäßrige Lösung verwendet wird, die diese Luftschadstoffe zu absorbieren vermag. Neben einem Reaktor, in dem die gasförmigen Schadstoffe mit der wäßrigen Lösung reagieren, ist diese chemische Einrichtung ferner mit einer Vorrichtung zur Rückführung der wäßrigen Lösung innerhalb der Einrichtung, einer Vorrichtung zur Zuführung von frischer wäßriger Lösung, einer Vorrichtung zur Behandlung der wäßrigen Lösung etc. ausgerüstet.
Zur Behandlung von Rauchgas, das in fester Form vorliegende Schadstoffe und Luftschadstoffe in gasförmiger Form enthält, wurde bisher allgemein ein System verwendet, das eine Kombinatiön aus einem Staubabscheider, beispielsweise einem Zyklon, und einer chemischen Einrichtung darstellt.
Derartige herkömmliche Rauchgasbehandlungssysteme haben jedoch den Nachteil, daß eine sehr große chemische Einrichtung erforderlich ist. Des weiteren führt die Notwendigkeit, die Korrosionsbeständigkeit gegenüber der wäßrigen Lösung mit zu berücksichtigen, zu höheren Anschaffungskosten für das System, und die Notwendigkeit, die wäßrige Lösung zuzuführen und zu behandeln, bringt höhere Bestriebskosten mit sich.
In der Industrie, beispielsweise in der chemischen und der Stahlindustrie, wo große Volumina an Rauchgasen bei der Herstellung von Erzeugnissen und dergl. anfallen, bestand ein erhebliches Bedürfnis nach Entwicklung eines Rauchgasbehandlungssystems, mit dem gasförmige Luftschadstoffe ohne den Einsatz einer chemischen Einrichtung beseitigt werden können.
Auf technischen Gebieten, auf denen Vorrichtungen wie beipielsweise kleine Verbrennungsanlagen oder Dampferzeuger verwendet werden, ist ein derartiges Rauchgasbehandlungssystem zu groß und zu kostspielig. Die gegenwärtige Situation ist so, daß trotz der großen Besorgnis über die Umweltverschmutzung in diesen Fällen dennoch keine Rauchgasbehandlungssysteme oder Rauchgasbehandlungsvorrichtungen installiert werden.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme mit den herkömmlichen Techniken entwickelt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zur Behandlung von Rauchgas anzugeben, für die keine chemische Einrichtung erforderlich ist, die hohe Anschaffungskosten und hohe Betriebskosten mit sich bringt.
Zur Lösung der obengenannten Aufgabe gibt die vorliegende Erfindung eine Rauchgasbehandlungsvorrichtung an, die umfaßt:
- einen geschlossenen Trichter mit einer oberen Abdeckung,
- einen Einlaßabschnitt zum Ansaugen von Rauchgas, der im oberen Teil des Trichters vorgesehen ist,
- eine oder mehrere Strahldüsen zum Ausblasen eines verdichteten Gases, vorzugsweise Luft, entlang des oberen inneren Umfangs der Wand des Trichters und
- eine Ablaßöffnung, die im unteren Teil des Trichters vorgesehen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gibt die vorliegende Erfindung eine Rauchgasbehandlungsvorrichtung an, die dadurch gekennzeichnet ist, daß
- ein äußerer Zylinder vorgesehen ist, der mindestens den oberen Teil des Trichters umschließt, und
- der Einlaßabschnitt ein Zwischenraum ist, der zwischen der in Umfangsrichtung verlaufenden Kante am oberen Ende des Trichters und der in Umfangsrichtung verlaufenden Kante am unteren Ende der Abdeckung gebildet ist.
Der Zwischenraum leitet das Rauchgas, das in den äußeren Zylinder geströmt ist, in den inneren Trichter.
In der Rauchgasbehandlungsvorrichtung kann eine Gasansaugöffnung zwischen der Innenseite der Wand des äußeren Zylinders und der Außenseite der Wand des Trichters in dessen unterem Teil vorgesehen sein.
Eine weitere bevorzugte Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist durch eines oder mehrere der folgenden Merkmale gekennzeichnet:
- eine ungerade Zahl von Strahldüsen ist vorgesehen,
- die Strahldüsen sind in gleichen Winkelabständen am ringförmigen Umfang der Abdeckung angeordnet,
- die Strahldüsen sind so angeordnet, daß die Ausblasrichtung tangential ist, bezogen auf den inneren Umfang der Wand des Trichters, und
- der Ausblaswinkel jeder Strahldüse ist so eingestellt, daß die äußerste Grenze der ausgeblasenen Luft im wesentlichen die benachbarte Strahldüse erreicht.
Zur Lösung der obigen Aufgabe gibt die vorliegende Erfindung ferner ein Rauchgasbehandlungssystem an, das die oben angegebene Rauchgasbehandlungsvorrichtung, deren Einlaßabschnitt mit einer Rauchgasquelle verbunden ist, und eine Quelle für verdichtetes Gas aufweist, das einer oder mehreren Strahldüsen zugeführt wird.
Mehrere derartige Rauchgasbehandlungsvorrichtungen können in Reihe und/oder parallel mit der Rauchgasquelle verbunden sein. Des weiteren kann ein Zyklon als Fliehkraft- Staubabscheider stromauf und/oder stromab von der Rauchgasbehandlungsvorrichtung vorgesehen sein.
Die vorliegende Erfindung gibt ferner ein Verfahren zur Behandlung von Rauchgas an, das feine Feststoffpartikel enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Rauchgas zusainmen mit einem verdichteten, eingeblasenen Gas, vorzugsweise Luft, entlang des oberen inneren Umfangs der Wand des Trichters unter Bildung einer Wirbelströmung in den oberen Teil eines mit einer Abdeckung versehenen Trichters so eingebracht wird, daß der Druck infolge des Einbringens der verdichteten Luft erhöht wird und die Temperatur aufgrund der adiabatischen Ausdehnung des verdichteten Gases abgesenkt wird, wobei flüssiges Wasser gebildet wird, das zusainmen mit feinen Feststoffpartikeln aus dem unteren Teil des Trichters abgelassen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit einer der oben angegebenen Vorrichtungen oder mit einem erfindungsgemäßen System durchgeführt.
Als Ergebnis mehrerer Versuche und ausgedehnter Untersuchungen ist im Rahmen der Erfindung festgestellt worden, daß, wie oben beschrieben, gasförmige und aus feinen Feststoffpartikeln bestehende Schadstoffe im Rauchgas mit einem relativ einfachen System beseitigt werden können, ohne daß die Notwendigkeit besteht, eine chemische Einrichtung vorzusehen, obwohl einige Einzelheiten seiner Wirkungsweise bisher noch nicht vollständig geklärt sind.
Das System wird im folgenden kurz beschrieben. Ein verdichtetes Gas wird gegen einen konischen inneren Zylinder geblasen; durch das verdichtete Gas entsteht im Inneren des inneren Zylinders eine Wirbelströmung, und feste Schadstoffe werden durch die resultierende Zentrifugalkraft entfernt. Gleichzeitig wird die Temperatur durch einen Druckanstieg infolge des Einlassens des verdichteten Gases in den inneren Zylinder und der adiabatischen Ausdehnung des verdichteten Gases und dergl. abgesenkt, so daß die gasförmigen Schadstoffe in eine flüssige Phase gelangen. Die resultierenden "verflüssigten" Schadstoffe werden dann auf den festen Schadstoffen adsorbiert, so daß sie in dieser Weise beseitigt werden.
Bevor die vorliegende Erfindung im einzelnen beschrieben wird, wird zunächst das Prinzip beschrieben, auf dessen Basis in der vorliegenden Erfindung die oben erwähnten Vorteile erzielt werden, wobei der Bequemlichkeit halber Stickstoffoxide als Beispiel gewählt werden.
Unter den für die Luftverschmutzung verantwortlichen Schadstoffen werden heute die Stickstoffoxide als die am meisten ernst zu nehmenden Schadstoffe angesehen. Unter ihnen ist Stickstoffdioxid, NO&sub2;, das Gas, das in den letzten Jahren besondere Besorgnis wegen der Verursachung des photochemischen "Smog"-Phänomens und seines störenden, ausgeprägten Geruchs hervorgerufen hat.
Stickstoffoxide entstehen bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, wie z.B. Kohle oder Erdöl, bei chemischen Prozessen zur Herstellung von Salpetersäure, und dergl.. Unter diesen Stickstoffoxiden wird Stickstoffmonoxid, NO, als Produkt einer direkten Reaktion von Sauerstoff mit Stickstoff bei der Verbrennung der obengenannten fossilen Brennstoffe gebildet, wohingegen Stickstoffdioxid, NO&sub2;, entsteht, wenn Stickstoffmonoxid weiter oxidiert wird. Bei der Abkühlung verbinden sich zwei NO&sub2; -Moleküle und werden zu farblosem, flüssigem Stickstofftetroxid (N&sub2;O&sub4;). Diese Reaktion kann wie folgt dargestellt werden:
2NO&sub2; E> N&sub2;O&sub4; + Q (1).
Diese Reaktion ist reversibel und exotherm. Wenn die Temperatur absinkt, verschiebt sich das Gleichgewicht (1) nach rechts, und bei 17 ºC sowie unter Atmosphärendruck sinkt der Mengenanteil des vorliegenden NO&sub2; auf Null ab, und das Stickstoffdioxid wird vollständig zu flüssigem Stickstofftetroxid N&sub2;O&sub4;.
Das Gleichgewicht (1) verschiebt sich auch nach rechts, wenn der Druck zunimmt. Daher ist es möglich, den Mengenanteil des vorliegenden NO&sub2; auf Null zu reduzieren, indem der Druck erhöht wird, auch wenn die Temperatur über 17 ºC liegt.
Einzelheiten der obigen Reaktion sind im Band "Air" der "Pollutant Analysis Guideline" beschrieben, die von der Kanto-Section der Analytical Chemical Society of Japan herausgegeben wurde.
Wenn feine Partikel in einer Atmosphäre vorhanden sind, in der, wie oben beschrieben, das NO&sub2; vollständig in flüssiges N&sub2;O&sub4; umgewandelt wurde, wird N&sub2;O&sub4;, auch wenn es nur spurenweise vorhanden ist, auf den feinen Partikeln adsorbiert und wird somit beseitigt.
Dieses Prinzip wird im folgenden unter Anwendung auf die erfindungsgemäße Rauchgasbehandlungsvorrichtung erläutert.
Rauchgas strömt von einer Rauchgasquelle durch die Gasansaugöffnung des äußeren Zylinders in den äußeren Zylinder. Wenn das Rauchgas durch den Zwischenraum zwischen dem äußeren Zylinder und dem inneren Trichter in den Zylinder strömt, bildet das Rauchgas infolge des verdichteten Gases, das durch die Strahldüsen eingeblasen wird, eine schnelle Wirbelströmung. Im inneren Trichter nimmt der Druck wegen des eingeführten verdichteten Gases zu, wohingegen die Temperatur wegen der adiabatischen Ausdehnung des verdichteten Gases abnimmt.
Gasförmige Schadstoffe im Rauchgas werden infolge des oben beschriebenen Druckanstiegs und Temperaturabfalls verflüssigt. Die so verflüssigten Luftschadstoffe stoßen in der schnellen Wirbelströmung mit den aus feinen Feststoffpartikeln bestehenden Schadstoffen zusammen, wobei die Luftschadstoffe an den als Partikel vorliegenden Schadstoffen adsorbiert werden. Diese feinen Feststoffpartikel werden unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft ausgetragen. Die Luftschadstoffe werden daher in auf den feinen Feststoffpartikeln adsorbierter Form zusammen mit den feinen Feststoffpartikeln aus dem Rauchgas abgetrennt und durch die Ablaßöffnung ausgetragen.
Um mit der vorliegenden Erfindung die oben beschriebenen Vorteile erzielen zu können, ist es jedoch erforderlich, die Anzahl der Strahldüsen, ihre Anordnung, den Ausblaswinkel des verdichteten Gases, die Form des konischen inneren Zylinders, die Form und Größe des Zwischenraums, um zu ermöglichen, daß Rauchgas in den Trichter strömt, den Durchsatz des Rauchgases, etc. auf geeignete Weise zu gestalten. Wenn diese Parameter nicht geeignet gewählt werden, können die oben beschriebenen Vorteile nicht in vollem Umfang erzielt werden. Erst im Rahmen der Erfindung war es als Ergebnis wiederholter Versuche, die über einen langen Zeitraum hinweg durchgeführt wurden, möglich, Korrelationen zwischen diesen Parametern zu finden.
Als Ergebnis mehrerer Verbrennungsversuche mit Industrieabfällen, z.B. verschiedenen synthetischen Harzen und Autoreifen, wurde im Rahmen der Erfindung darüber hinaus festgestellt, daß die erfindungsgemäße Rauchgasbehandlungsvorrichtung auch geruchsbeseitigend wirkt.
Soweit bis jetzt bereits bestätigt werden konnte, ist diese Geruchsbeseitigungswirkung das Ergebnis der Beseitigung gasförmiger Luftschadstoffe und der geruchsbeseitigenden Wirkung unverbrannter Kohlenstoffkomponenten, die in den feinen Feststoffpartikeln enthalten sind. Die Geruchsbeseitigungswirkung dieser unverbrannten Kohlenstoffkomponenten unterscheidet sich stark von der Geruchsbeseitigungswirkung von gewöhnlichem Kohlenstoff, da die Milieubedingungen und dergl. von denen bei der Geruchsbeseitigung durch gewöhnlichen Kohlenstoff verschieden sind.
Dies wird der Tatsache zugeschrieben, daß unverbrannter Kohlenstoff, da er eine kleine Teilchengröße aufweist, eine sehr große Oberfläche besitzt und sich das Mileu, in dem die Geruchsbeseitigung vor sich geht, unter erhöhtem Druck befindet.
Die Oberfläche von unverbranntem Kohlenstoff ist nämlich groß, und der Druck in seiner Umgebung ist hoch. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit eines Kontaktes zwischen dem unverbrannten Kohlenstoff und den Geruchsmolekülen erhöht, wodurch die geruchsbeseitigenden Reaktionen rasch ablaufen können.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann ferner die Effizienz bei der Abscheidung feiner Feststoffpartikel so weit verbessert werden, daß sie höher ist als bei Verwendung von üblichen Zyklonen. Wenn das Rauchgas in den Trichter (den konischen Zylinder) eintritt, wird der Wasserdampf im Rauchgas infolge eines Temperaturabfalls verflüssigt, so daß sich Wasser bildet. Darüber hinaus entsteht Wasser auch bei der Erzeugung der Druckluft. Auf diesen Wasserpartikeln werden feine Feststoffpartikel adsorbiert, wodurch es möglich ist, daß sogar Partikel mit im wesentlichen kleiner Teilchengröße aufgenommen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 bis Fig. 5 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise Schnittdarstellung einer Rauchgasbehandlungsvorrichtung,
Fig. 2 eine Rauchgasbehandlungsvorrichtung im Querschnitt,
Fig. 3 die Rauchgasbehandlungsvorrichtung im Längsschnitt,
Fig. 4 Fließbild eines Rauchgasbehandlungssystems und
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Rauchgasbehandlungssystems.
Die Fig. 6 und 7 erläutern eine zweite Ausführungsform, wobei Fig. 6 ein Fließbild dieses Rauchgasbehandlungssystems und Fig. 7 eine Tabelle mit Meßergebnissen nach der Behandlung des Rauchgases zeigen.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezug auf Fig. 1 bis 7 beschrieben.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 1 bis 5 beschrieben.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, besteht das Rauchgasbehandlungssystem aus einem Kühler 2, der mit einem Rauchgas erzeugenden Dampferzeuger verbunden ist, um das Rauchgas zu kühlen, Gebläsen 3, 11 zur Einleitung des Rauchgases in Zyklone etc., den Zyklonen 4a, 4b, um feine Feststoffpartikel aus dem Rauchgas abzutrennen, das vom Gebläse 3 eingeleitet wird, ersten Hilfszyklonen 5a, 5b, zweiten Hilfszyklonen 7a, 7b, dritten Hilfszyklonen 8a, 8b, einem vierten Hilfszyklon 9, einem fünften Hilfszyklon 10, einem sechsten Hilfszyklon 13 und einem siebten Hilfszyklon 14, die alle dazu dienen, die feinen Feststoffpartikel zu abzutrennen, die von den stromauf angeordneten Zyklonen und dergl. nicht abgetrennt wurden, einem Mehrfachzyklon 12 zur Abtrennung feiner Feststoffpartikel aus dem Rauchgas, das durch das Gebläse 11 zugeleitet wird, Rauchgasbehandlungsvorrichtungen 15a, 15b zur Beseitigung gasförmiger und als feine Feststoffpartikel vorliegender Schadstoffe aus dem Rauchgas, einem Kompressor 21 zur Einleitung von Druckluft in die Rauchgasbehandlungsvorrichtungen 15a, 15b und eines angetriebenen Schneckenförderers 17 zur Förderung der feinen Feststoffpartikel, die aus den Zyklonen ausgetragen wurden, an einen gewünschten Ort.
Wie Fig. 1 zeigt, sind die Rauchgasbehandlungsvorrichtungen 15a, 15b jeweils mit einem inneren Trichter 27, einem äußeren Zylinder 28, der den inneren Trichter 27 umschließt, drei Strahldüsen 30a, 30b, 30c zum Einblasen von Druckluft entlang des oberen inneren Umfangs der Wand des inneren Trichters 27, einem Manometer 24 und einem Absperrventil 25 ausgestattet.
Im unteren Teil des inneren Trichters 27 ist eine Ablaßöffnung 27a angeordnet, durch die feine Feststoffpartikel und dergl. ausgetragen werden. Im unteren Teil des äußeren Zylinders 28 ist eine Gasansaugöffnung 28a vorgesehen, um das Rauchgas aus den Zyklonen 4a, 4b abzusieben. Die Gasansaugöffnung 28a ist über eine Verbindungsleitung 29 mit den Zyklonen 4a, 4b verbunden.
Am oberen Teil des äußeren Zylinders 28 ist eine zylindrische Abdeckung 26 befestigt, deren Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der oberen Kante des inneren Trichters 27 ist. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, liegt die in Umfangsrichtung verlaufende Kante am unteren Ende der Abdeckung 26 in der gleichen Ebene wie die in Umfangsrichtung verlaufende Kante am oberen Ende des inneren Trichters 27. Die in Umfangsrichtung verlaufende Kante am unteren Ende der Abdeckung 26 und die in Umfangsrichtung verlaufende Kante am oberen Ende des inneren Trichters 27 geben einen Zwischenraum 29a vor, durch den das Rauchgas, das in den äußeren Zylinder 28 geströmt ist, in den inneren Trichter 27 einströmt.
Die Größe δ dieses Zwischenraums 29a wird im folgenden beschrieben.
Der Durchsatz Vl des Rauchgases durch das Verbindungsrohr 29 kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:
V1 = A29 ν29 (1),
wobei bedeuten:
A29 die Querschnittsfläche der Verbindungsleitung 29 und ν29 die Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases durch die Verbindungsleitung 29.
Ferner kann die Fläche des Zwischenraums 29a durch
π(d2² - d1²)/4 = π(δ² + d1δ)
ausgedrückt werden,
wobei d2 - d1 = 2δ ist und d1 den äußeren Durchmesser des unteren Endes der Abdeckung 26 und d2 den inneren Durchmesser des oberen Endes des inneren Trichters 27 bedeuten. Der Durchsatz V2 durch den Zwischenraum 29a kann daher durch die folgende Formel ausgedrückt werden:
V2 = π(δ² - d1δ) νδ (2),
wobei νδ die Strömungsgeschwindigkeit des Rauchgases durch den Zwischenraum 29a bedeutet.
Da der Durchsatz V1 des Rauchgases durch die Verbindungsleitung 29 und der Durchsatz V2 des Rauchgases durch die Verbindungsleitung 29 gleich sein müssen, ist V1 = V2. Aus den Formeln (1) und (2) kann die folgende Formel abgeleitet werden:
A29 ν29 = π(δ² + d1δ) νδ (3).
In Formel (3) kann der Wert der rechten Seite im wesentlichen aus dem Durchsatz des Rauchgases aus dem Dampferzeuger 1 bestimmt werden. Der Außendurchmesser d1 des unteren Endes der Abdeckung 26 und die Strömungsgeschwindigkeit νδ des Rauchgases durch den Zwischenraum 29a, die beide Variable sind, muß jedoch unter Bezug auf verschiedene Parameter, wie z.B. Temperatur und Druck zur Verflüssigung von gasförmigen Schadstoffen im Rauchgas und die Menge an feinen Feststoffpartikeln im Rauchgas, gestgelegt werden, so daß Standardwerte nicht angegeben werden können. Daher ist es zur Festlegung der Größe δ des Zwischenraums 29a notwendig, daß verschiedene Versuche durchgeführt werden.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind die drei Strahldüsen 30a, 30b, 30c in gleichen Winkelabständen am Kreisumfang der Abdeckung 26 angeordnet, und die Strahlrichtung jeder der Strahldüsen 30a, 30b, 30c ist relativ zur inneren Umfangswand des inneren Trichters 27 tangential. Darüber hinaus ist der Ausblaswinkel jeder Strahldüse 30a, 30b, 30c derart eingestellt, daß die äußerste Grenze der ausgeblasenen Luft im wesentlichen die benachbarte Strahldüse erreicht, wie in Fig. 2 durch die gestrichelten Linien angedeutet ist.
Die Querschnittsfläche der Leitung B vom Gebläse 3 zu den Zyklonen 4a, 4b ist auf etwa 3X/4 bis X/2festgelegt, wobei X die Querschnittsfläche der Leitung A vom Kühler 2 bis zum Gebläse 3 bedeutet. Dies dient dazu, die Strömungsgeschwindigkeit durch die Leitung B zu vergrößern, so daß ein ausreichender Durchsatz an Rauchgas für die Zyklone 4a, 4b gewährleistet werden kann. Die Querschnittsfläche der Leitung B wurde anhand von Strömungsversuchen bestimmt.
Zwischen den Zyklonen 5a, 5b, die stromab von den Zyklonen 4a, 4b angeordnet sind, und dem Schneckenförderer 17 sind Drehventile 16a, 16b vorgesehen, um zu verhindern, daß das Rauchgas in den ersten Hilfszyklonen 5a, 5b direkt in den Schneckenförderer 17 strömt.
Die Leitung C1 ist mit den ersten Hilfszyklonen 5a, 5b verbunden, um das Rauchgas wieder zur Leitung A zurückzuführen. Die zweiten Hilfszyklone 7a, 7b sind in der Leitung C1 vorgesehen. Stromab von den zweiten Hilfszyklonen 7a, 7b sind die dritten Hilfszyklone 8a, 8b angeordnet, die beide mit dem Schneckenförderer 17 verbunden sind.
Mit der Ablaßöffnung 27a jeder der Rauchgasbehandlungsvorrichtungen 15a, 15b ist eine Verbindungsleitung 22 verbunden, um feine Feststoffpartikel und Rauchgas, die durch die Ablaßöffnung 27a ausgetragen wurden, in den vierten Hilfszyklon 9 zu leiten. Der mit dem Schneckenförderer 17 verbundene fünfte Hilfszyklon 10 ist stromab vom vierten Hilfszyklon 9 angeordnet.
Das Gebläse 3, die ersten Hilfszyklone 5a, 5b, die zweiten Hilfszyklone 7a, 7b, die dritten Hilfszyklone 8a, 8b, der angetriebene Schneckenförderer 17, die Rauchgasbehandlungsvorrichtungen 15a, 15b, der vierte Hilfszyklon 9, der fünfte Hilfszyklon 10 und der Kompressor 21 stellen ein einziges System dar. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind zwei Systeme in einer parallelen Verbindung mit dem Dampferzeuger 1 vorgesehen. Diese Anordnung wurde aus dem Grunde vorgesehen, um verbesserte Behandlungsergebnisse für das Rauchgas zu erzielen. Für größere Mengen an Rauchgas, ist es nötig, noch mehr Systeme vorzusehen. Es ist hier anzumerken, daß bei der vorliegenden Ausführungsform das Gebläse 3, der angetriebene Schnekkenförderer 17, der vierte Hilfszyklon 9, der fünfte Hilfszyklon 10 und der Kompressor 21 von den einzelnen Systemen gemeinsam genutzt werden.
Mit einer gewünschten Stelle des Schneckenförderers 17 ist die Leitung E verbunden, um Rauchgas abzuführen, das im Schneckenförderer 17 verblieben ist. Das Gebläse 11 und der Mehrfachzyklon 12 sind stromab von der Leitung E angeordnet.
Mit dem Mehrfachzyklon 12 ist die Leitung F verbunden, um das Rauchgas vom Mehrfachzyklon 12 zum sechsten Zyklon 13 zu leiten. Darüber hinaus ist im oberen Teil des Mehrfachzyklons 12 ein Entlüftungsrohr 12a angeordnet, um das gereinigte Rauchgas abzuführen Der siebte Zyklon 14 ist stromab vom sechsten Zyklon 13 angeordnet.
Der Betrieb dieser Ausführungsform wird im folgenden beschrieben. Rauchgas vom Dampferzeuger 1 wird durch den Kühler 2 gekühlt und dann durch die Leitung A, das Gebläse 3 und die Leitung B den Zyklonen 4a, 4b, zugeleitet.
Die feinen Feststoffpartikel einer Größe von etwa 1 µm und darüber werden in den Zyklonen 4a, 4b aufgefangen und zusammen mit einem Teil des Rauchgases nach unten den ersten Hilfszyklonen 5a, 5b zugeleitet. In den ersten Hilfszyklonen 5a, 5b, den zweiten Hilfszyklonen 7a, 7b und den dritten Hilfszyklonen 8a, 8b werden die feinen Feststoffpartikel auch von dem zugeführte Rauchgas abgetrennt und dem Schneckenförderer 17 zugeführt.
Die feinen Feststoffpartikel, die kleiner als etwa 1 µm sind, werden jedoch nicht in den Zyklonen 4a, 4b aufgefangen, sondern werden zusammen mit dem Rauchgas durch die Verbindungsleitungen 29 in die äußeren Zylinder 28 der Rauchgasbehandlungsvorrichtungen 15a, 15b geführt.
Das Rauchgas in jedem äußeren Zylinder 28 wird durch den Zwischenraum 26a von der Druckluft, die durch die Strahldüsen 30a, 30b, 30c eingeblasen wird, in den inneren Trichter 27 eingesaugt. Druck und Durchsatz der Druckluft werden unter Bezug auf die Temperatur im inneren Trichter 27, die Größe des inneren Trichters 27 und dergl. gesteuert. Diese Steuerung erfolgt, um eine Temperatur aufrechtzuerhalten, die benötigt wird, um die im Rauchgas im inneren Trichter 27 enthaltenen gasförmigen Schadstoffe zu verflüssigen, und auch, um eine Wirbelströmung zu haben, die sich im inneren Trichter 27 bildet und die sich, um Schwingungen zu verhinderen, nach und nach bis zur Ablaßöffnung 27a glättet. Der Druck der Druckluft wird derart gesteuert, daß er bei der vorliegenden Ausführungsform etwa 0,045 bis 0,07 MPa (4,5 bis 7,0 kg/cm²) beträgt.
Im inneren Trichter 27 steigt der Umgebungsdruck infolge der Einleitung von Druckluft auf einen bestimmten Druck an, und die Temperatur fällt auf einen bestimmten Wert ab. Dieser Temperaturabfall wird durch die adiabatische Expansion der Druckluft und auch durch die mit den Zyklonen verbundenen Effekte verursacht.
Infolge des Druckanstiegs und des Temperaturabfalls im inneren Trichter 27 werden die gasförmigen Schadstoffe im Rauchgas verflüssigt und dann auf feinen Feststoffpartikeln im Rauchgas adsorbiert. Im Verlauf ihrer Drehbewegung und des fortschreitenden Hinabsinkens unter der Einwirkung der Druckluft werden die feinen Feststoffpartikel der Zentrifugalkraft unterworfen und so aus dem Rauchgas abgetrennt.
Wenn das Rauchgas in den inneren Trichter 27 eintritt, wird der Wasserdampf im Rauchgas infolge des Temperaturabfalls des Rauchgases kondensiert. Wasser entsteht auch bei der Erzeugung der Druckluft. Die feinen Feststoffpartikel werden an diesen Wasserpartikeln adsorbiert. Dadurch ist es möglich, feine Feststoffpartikel einzufangen, die im wesentlichen kleine Partikelgrößen haben, so daß die Effizienz bei der Abtrennung feiner Feststoffpartikel verbessert werden kann.
Das verbleibende Rauchgas und dergl. werden in den vierten Hilfszyklonen 9 und den fünften Hilfszyklonen 10 eingeführt, wo die feinen Feststoffpartikel mit den darauf adsorbierten Schadstoffen vom verbleibenden Rauchgas abgetrennt und in den Schneckenförderer 17 ausgetragen werden.
Wie oben beschrieben, kann die vörliegende Ausführungsform gasförmige und feine feste, in Partikelform vorliegende Schadstoffe aus dem Rauchgas ohne eine chemische Einrichtung beseitigen, wodurch sich sowohl die Anschaffungskosten als auch die laufenden Betriebskosten verringern lassen.
In den Rauchgasbehandlungsvorrichtungen 15a, 15b wird neben der Behandlung zur Beseitigung kleiner, in festen Partikeln vorliegender und der gasförmigen Schadstoffe unter Verwendung der feinen Feststoffpartikel auch eine Geruchsbeseitigung bewirkt.
Im Rauchgas einer Verbrennungsanlage, z.B. des Dampferzeugers 1, ist unverbrannter Kohlenstoff enthalten. Dieser unverbrannte Kohlenstoff bewirkt die Geruchsbeseitigung. Die Geruchsbeseitigung in den Rauchgasbehandlungsvorrichtungen 15a, 15b geht unmittelbar dann vor sich, da sich der Druck der Atmosphäre erhöht und unverbrannter Kohlenstoff in Form feiner Feststoffpartikel von etwa 1 µm und kleiner enthalten ist.
Das verbleibende Rauchgas, aus dem die in Form feiner Feststoffpartikel vorliegenden und die gasförmigen Schadstoffe im wesentlichen beseitigt wurden, erreicht aus dem vierten Hilfszyklon 9 durch die Leitungen D und E das Gebläse 11 und wird dann in den Mehrfachzyklon 12 geblasen.
Die abschließende Staubabscheidung erfolgt im Mehrfachzyklon 12. Feine Feststoffpartikel werden durch ein Drehventil 16c in den Schneckenförderer 17 geführt, und das so gereinigte Rauchgas wird duch das Entlüftungsrohr 12a abgeführt.
In dieser Ausführungsform sind mehrere Rauchgasbehandlungsvorrichtungen 15a, 15b und mehrere Hilfszyklone 5a, 7a, ... vorgesehen. Die Anzahl dieser Einrichtungen ist in Abhängigkeit von der Menge des entstehenden Rauchgases und dem Grad seiner Verunreinigung festzulegen und stellt keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung dar.
Die zweite Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die Fig. 6 und 7 beschrieben.
In dieser Ausführungsform ist, wie in Fig. 6 gezeigt ist, eine Hilfsleitung über den zwei Rauchgasbehandlungsvorrichtungen 15a, 15b vorgesehen, die, anders ausgedrückt zu den freien Anschlüssen der Absperrventile 25, und die Hilfsleitung endet in einem Staubbeseitigungsfilter 60, so daß das Rauchgas wieder zur Rauchgasbehandlungsvorrichtung 15a rückgeführt werden kann. Um einen Teil des Rauchgases, das in die Rauchgasbehandlungsvorrichtungen 15a, 15b eingeführt wurde, in den Staubbeseitigungsfilter 60 einzuführen, und auch, um das Rauchgas zwangsweise vom Staubbeseitigungsfilter 60 in die Rauchgasbehandlungsvorrichtung 15a rückzuführen, sind in dieser Ausführungsform die Gebläse 61, 62 vorgesehen. Der übrige Aufbau ist gleich wie bei der ersten Ausführungsform Im allgemeinen ist die Menge des im Dampferzeuger 1 erzeugten Rauchgases nicht konstant. Dadurch, daß ein Staubbeseitigungsfilter 60 in dieser Ausführungsform vorgesehen ist, können die Absperrventile 25 der Rauchgasbehandlungsvorrichtungen 15a, 15b geöffnet werden, wenn die Rauchgasbehandlungsvorrichtungen 15a, 15b nicht das gesamte Rauchgas behandeln können, wodurch eventuell ankommendes weiteres Rauchgas im Staubbeseitigungsfilter 60 behandelt werden kann.
Da der grundlegende Aufbau dieser Ausführungsform im wesentlichen der gleiche ist wie in der ersten Ausführungsform, sind ihre Vorteile, mit Ausnahme des oben beschriebenen Vorteils, praktisch mit den Vorteilen der ersten Ausführungsform identisch.
Rauchgas, das bei der Verbrennung von Altreifen im Dampferzeuger 1 entstand, wurde unter Verwendung des Systems dieser Ausführungsform behandelt. Es wurden verschiedene Messungen vorgenommen, um die Wirksamkeit der Behandlung zu bestimmen. Dies wird im folgenden unter Bezug auf Fig. 7 beschrieben.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, nahm die Konzentration an Ruß und Staub von 16,2 g/m³N am Eingang des Systems auf 0,02 g/m³N am Ausgang des Systems ab. Es wird angenommen, daß die derart signifikante Ruß- und Staubbeseitigungswirkung der äußerst effektiven Auffangwirkung des Wassers zuzuschreiben ist, das durch die Verflüssigung von im Rauchgas enthaltenem Wasserdampf entsteht, das zusätzlich zur Beseitigung durch Zentrifugieren in den Rauchgasbehandlungseinrichtungen 15a, 15b und in den verschiedenen Zyklonen 5a, 5a, 7a, ... wirkt, wie oben beschrieben wurde.
Des weiteren nahm die Konzentration an Schwefeloxiden von 562 Vol.-ppm am Eingang des Systems auf 15 Vol.-ppm am Ausgang des Systems ab. Die Konzentration an Stickstoffoxiden nahm von 37 Vol.-ppm am Eingang des Systems auf 15 Vol.-ppm am Ausgang des Systems ab. Darüber hinaus wurde auch für Chlorwasserstoff, Schwefelwasserstoff, Methylsulfid und dergl. Abscheidewirkungen festgestellt. Im übrigen blieben die Konzentrationen an Schwefeloxiden, Stickstoffoxiden und Chlorwasserstoff innerhalb der jeweiligen Grenzwerte.
Der auf diese Weise abgetrennte Ruß und Staub wies folgende Zusammensetzung auf: As: 1,66 mg/kg; T-Hg: 0,024 mg/kg (Gehalt an Quecksilber einschließlich verschiedener Quecksilberverbindungen); Pb: 3080 mg/kg; Cd: 14,9 mg/kg; T-Cr: 53,0 mg/kg (Gehalt an Chrom einschließlich aller Chromverbindungen); SiO&sub2;: 1,08 %; CN: 21,1 mg/kg; polychlorierte Biphenyle (PCB): unter 0,0005 mg/kg; organisch gebundener Phosphor (CO-P): unter 0,05 mg/kg; C: 36 % und Wasser: 49,1 %.
Wie oben gezeigt wurde, können unter Verwendung der obigen Ausführungsform und der anderen Ausführungsformen feine Feststoffpartikel, nämlich Ruß und Staub, wirksam abgetrennt werden; ferner können auch verschiedene Luftschadstoffe beseitigt werden.
Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben beschrieben. In diesen Ausführungsformen war der Dampferzeuger beispielhaft als Rauchgasquelle angegeben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf Dampferzeuger beschränkt; sie kann auch bei beliebigen anderen Anlagen verwendet werden, die Rauchgas erzeugen, beispielsweise den Dieselmotoren von Schiffen, Fahrzeugen und dergl., bei Reaktoren in chemischen Anlagen, Müllverbrennungsanlagen, etc..

Claims

1. Rauchgasbehandlungsvorrichtung (15a, 15b), die umfaßt:

- einen geschlossenen Trichter (27) mit einer oberen Abdeckung (26),

- einen Einlaßabschnitt (29a) zum Ansaugen von Rauchgas, der im oberen Teil des Trichters (27) vorgesehen ist,

- eine oder mehrere Strahldüsen (30a, 30b, 30c) zum Ausblasen eines verdichteten Gases, vorzugsweise Luft, entlang des oberen inneren Umfangs der Wand des Trichters (27) und

- eine Ablaßöffnung (27a), die im unteren Teil des Trichters (27) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein äußerer Zylinder (28) vorgesehen ist, der mindestens den oberen Teil des Trichters (27) umschließt, und

- der Einlaßabschnitt ein Zwischenraum (29a) ist, der zwischen der im Umfangsrichtung verlaufenden Kante am oberen Ende des Trichters (27) und der in Umfangsrichtung verlaufenden Kante am unteren Ende der Abdeckung (26) gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenseite der Wand des äußeren Zylinders (28) und der Außenseite der Wand des Trichters (27) in dessen unterem Teil eine Gasansaugöffnung (28a) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, die durch eines oder mehrere der folgenden Merkmale gekennzeichnet ist:

- eine ungerade Zahl von Strahldüsen (30a, 30b, 30c) ist vorgesehen,

- die Strahldüsen (30a, 30b, 30c) sind in gleichen Winkelabständen am ringförmigen Umfang der Abdeckung (26) angeordnet,

- die Strahldüsen (30a, 30b, 30c) sind so angeordnet, daß die Ausblasrichtung tangential ist, bezogen auf den inneren Umfang der Wand des Trichters (27) und

- der Ausblaswinkel jeder Strahldüse (30a, 30b, 30c) ist so eingestellt, daß die äußerste Grenze der ausgeblasenen Luft im wesentlichen die benachbarte Strahidüse erreicht.

5. Rauchgasbehandlungssystem, das umfaßt:

- eine Rauchgasbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Einlaßabschnitt (29a) mit einer Rauchgasquelle (1) verbunden ist, und

- eine Quelle (21) für verdichtetes Gas, das den Strahldüsen (30a, 30b, 30c) zugeführt wird.

6. System nach Anspruch 5, wobei mehrere Rauchgasbehandlungsvorrichtungen (15a, 15b) in Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung mit der Rauchgasquelle (1) verbunden sind.

7. System nach Anspruch 5 und/oder 6, wobei ein oder mehrere Zyklone (4a, 4b, 9) auf der stromaufwärts und/oder stromabwärts gelegenen Seite der Rauchgasbehandlungsvorrichtungen (15a, 15b) vorgesehen sind.

8. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gaskühler (2) zur Kühlung des Rauchgases vorgesehen ist, bevor es in die Rauchgasbehandlungsvorrichtungen (15a, 15b) strömt.

9. Verfahren zur Behandlung von Rauchgas, das feine Feststoffpartikel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas zusammen mit einem verdichteten, eingeblasenen Gas, vorzugsweise Luft, entlang des oberen inneren Umfangs der Wand des Trichters unter Bildung einer turbulenten Strömung in den oberen Teil eines mit einer Abdeckung versehenen Trichters so eingeführt wird, daß der Druck infolge des Einleitens des verdichteten Gases erhöht und die Temperatur aufgrund der adiabatischen Ausdehung des verdichteten Gases abgesenkt wird, wobei flüssiges Wasser gebildet wird, das zusammen mit feinen Feststoffpartikeln aus dem unteren Teil des Trichters abgelassen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder ein System nach einem der Ansprüche 5 bis 8 verwendet wird.