DE3534060A1 - Verfahren zum betreiben von rauchgas-sammlern bei verminderter temperatur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung der Rauchgas-Teilchen-Sammlung bei verminderter Tempera­ tur.

Zum hochwirksamen Sammeln von Flugasche aus mit Kohle befeuerten Kesseln (Boilern) werden nahezu ausschließ­ lich elektrostatische Präzipitatoren und Gewebefilter verwendet. Dabei werden sie im allgemeinen bei Tempera­ turen über 121°C (250°F), in der Regel bei 149°C (300°F) betrieben. Obgleich ein Betrieb bei einer niedrigeren Temperatur sowohl im Hinblick auf die Energieausnutzung als auch im Hinblick auf die Größe der Apparatur vorteil­ haft wäre, ist dies normalerweise nicht möglich wegen des Schwefelsäure-Taupunktes; wenn Rauchgas (Abgas) un­ ter den Säure-Taupunkt abgekühlt wird, entsteht ein Säurenebel, der anschließend die stromabwärts gelegene Apparatur angreift. Bei Verwendung eines mit Kohle be­ feuerten Kessels (Boilers) wird der Säure-Taupunkt be­ stimmt durch die Konzentration an Schwefeltrioxid in dem Rauchgas, die in dem Bereich von 5 bis 30 ppm liegen kann.

Es ist bekannt, Rauchgase (Abgase) mit einem Alkali zu behandeln, indem man beispielsweise Calciumverbindungen in das Rauchgas oder in den Kessel (Boiler) injiziert, und Beispiele für Patentschriften, in denen solche Verfah­ ren beschrieben sind, sind die US-PS 34 81 289, 35 20 649, 41 85 080 und 43 09 393.

Es ist auch bekannt, Rauchgase (Abgase) durch Herabset­ zung der Gastemperatur durch Wassereinspritzung oder durch Kesselvorwärmer oder beide zu behandeln, und Bei­ spiele für Patentschriften, in denen solche Verfahren beschrieben sind, sind die US-PS 13 29 737, 13 29 818, 35 23 407 und 42 08 383.

Die vorliegende Erfindung kann allgemein zusammengefaßt werden als Verfahren zum Betreiben von Abgas-Sammlern bei verminderter Temperatur, das umfaßt die Behandlung des Verbrennungssystems oder des heißen Rauchgases (Abgases) mit einem Alkali in einer Menge, die mindestens ausreicht, um die Bildung von oder die Entfernung des Schwefeltrioxids vor dem Teilchen-Sammler zu verhindern. Zusammen mit der Eliminierung oder wesentlichen Verrin­ gerung des Schwefeltrioxids wird das Rauchgas (Abgas) auf eine Temperatur von weniger als etwa 121°C (250°F), vorzugsweise von etwa 60 bis 66°C (140-150°F), abgekühlt. Nachdem das Rauchgas (Abgas) behandelt und abgekühlt wor­ den ist, wird es einer Teilchen-Sammlung unterworfen bei­ spielsweise in einem elektrostatischen Präzipitator (Abscheider) oder Sackfilter.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Systems zum Sammeln von Teilchen aus Rauchgasen (Abgasen) bei niederer Temperatur; und

Fig. 2 eine schematische Ansicht ähnlich derjeni­ gen der Fig. 1 eines modifizierten Systems zum Sammeln von Teilchen in Rauchgasen (Abgasen) bei niederer Temperatur.

Durch Eliminierung von Schwefeltrioxid wird das Säure- Taupunkt-Problem der Schwefeltrioxid enthaltenden Rauch­ gase beseitigt und sie erlaubt die weitere Abkühlung des aus einem typischen fossilen Brennstoff erzeugten Gases weit unter 121°C (250°F), vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 60 bis 66°C (140-150°F). Diese Abküh­ lung kann erzielt werden durch einen vergrößerten Luft­ vorwärmer, wodurch der thermische Wirkungsgrad der Anlage verbessert wird, oder durch Verdampfungskühlung durch Wasserinjektion in das Rauchgas (Abgas). Das zuletzt genannte Verfahren ist für die Retrofit-Situation besser geeignet und bietet zusätzliche Vorteile vom Standpunkt des Leistungsvermögens des elektrostatischen Präzipita­ tors oder des Gewebefilters aus betrachtet. Die Vorteile des Betriebs eines elektrostatischen Präzipitators oder Gewebefilters bei tieferer Temperatur und höherem Feuch­ tigkeitsgehalt sind insbesondere die folgenden:

Für den elektrostatischen Präzipitator:

• 1. Die niedrigere Temperatur führt zu einem niedrigeren Volumenstrom durch den Präzipitator, der seinerseits die spezifische Sammelfläche des Präzipitators (SCA), d.h. die Sammelfläche pro Volumeneinheit des Stromes erhöht. Der Präzipitator-Sammelwirkungsgrad hängt in einer exponen­ tiellen Beziehung direkt von der SCA ab.
• 2. Der niedrigere Volumenstrom führt zu einem geringeren Druckabfall innerhalb des Systems und demzufolge zu Energieeinsparungen.
• 3. Die tiefere Temperatur führt zu einer höheren Gas­ dichte, die ihrerseits das Anlegen einer entsprechend höheren elektrischen Feldstärke in dem Präzipitator erlaubt. Dies führt zu einem verbesserten Sammel-Wirkungs­ grad.
• 4. Die tiefere Temperatur in Kombination mit dem höheren Feuchtigkeitsgehalt führt zu einem mittleren spezifi­ schen Widerstand der Flugasche. Wenn nun der spezifi­ sche Widerstand bei der anfänglich höheren Temperatur hoch wäre, was einen unwirksamen Präzipitator-Betrieb hervorrufen würde, würde die Verdampfungskühlung zu einem weiteren Anstieg des Sammel-Wirkungsgrades durch Mäßigung des spezifischen Widerstandes führen.

Für den Gewebefilter:

• 1. Die tiefere Temperatur führt zu einem niedrigeren Volumenstrom durch die Sackfilter, d.h. zu einer Herabsetzung des Luft:Gewebe-Verhältnisses, was zu einer Energieeinsparungen durch Herabsetzung des Druck­ abfalls führt.
• 2. Zusätzlich zu der Volumenverminderung bewirkt die tiefere Temperatur eine Herabsetzung der Gasviskosität, die bei dem Strom durch die Sackfilter zu einer direk­ ten Abnahme des Druckabfalls führt.
• 3. Die niedrigere Strömungsrate durch die Sackfilter erhöht die Sackfilter-Lebensdauer und setzt die Pene­ tration herab.
• 4. Durch die Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes des Rauchgases (Abgases) wird die Porosität des Filterku­ chens beeinflußt und als Folge davon wird eine signifi­ kante Verminderung des Druckabfalls innerhalb des Filters hervorgerufen.

Als ein Beispiel für den Einfluß dieses Konzepts auf die elektrostatische Präzipitation wird ein Präzipita­ tor betrachtet, der bei 149°C (300°F) bei einem Sammel- Wirkungsgrad von 99% betrieben wird. Durch Abkühlen des Gasstroms auf 66°C (150°F) durch Verdampfungskühlung wird das Volumen um 14% vermindert (einschließlich des zusätzlichen Wasserdampfvolumens), was zu einer SCA-Zunahme von 16% führt. Dieser SCA-Effekt allein erhöht den Sammel-Wirkungsgrad auf 99,3%. Der zu­ sätzliche Effekt der erhöhten Feldstärke erlaubt eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades. Theoretisch kann die Feldstärke um 18% erhöht werden, was zu einem Sammel-Wirkungsgrad von 99,8% führen würde. Selbst bei einer Erhöhung der Feldstärke um nur 10% gegenüber dem Basiswert beträgt der neue Wirkungsgrad 99,6%. Diese Beispiele zeigen die signifikante Abnahme der Auslaß- Emissionen durch Anwendung dieses Konzepts, beispiels­ weise betragen die Emissionen bei einem Wirkungsgrad von 99,8% nur 1/5 derjenigen bei einem Wirkungsgrad von 99%.

In dem obengenannten Beispiel wird angenommen, daß der Basis-Betrieb bei 149°C (300°F) bei einem mäßigen spezifi­ schen Widerstand erfolgte. Wenn der spezifische Wider­ stand hoch wäre, würden noch größere Vergleichs-Vorteile erzielt werden durch Anwendung der Verdampfungskühlung wegen des zusätzlichen vorteilhaften Effekts der Abnahme des spezifischen Widerstands bei der tieferen Temperatur.

Die Anwendung dieses Konzepts ist von größerem prakti­ schen Wert als die einfache Erhöhung des Präzipitator- Wirkungsgrades. Sie ist auch wichtig in Situationen, in denen der Präzipitator-Wirkungsgrad aufrechterhalten werden soll, wenn ein Anstieg der Teilchenkonzentration erwartet wird, wenn ein Anstieg des spezifischen Wider­ standes erwartet wird oder wenn eine Erhöhung der Kapa­ zität der Anlage vorgesehen ist.

Ein Beispiel für den Wert dieses Konzepts bei der Anwen­ dung auf die Gewebefiltration ist folgendes: es wird ein Gewebefilter betrachtet, der bei 149°C (300°F) mit einem Druckabfall von 15,24 cm (6 inches) Wasser betrieben wird. Durch Verdampfungskühlung auf 66°C (150°F) wird das Gasvolumen um 14% vermindert und die Gasviskosität wird ebenfalls um 14% herabgesetzt. In dem Strom durch ein Gewebe ist der Druckabfall direkt proportional sowohl zur Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit als auch zur Viskosität. Deshalb beträgt die resultierende Verminde­ rung des Druckabfalls 26%. In bezug auf Energieein­ sparungen ist die Verminderung noch größer, weil die Energie eine Funktion sowohl des Druckabfalls als auch der Strömungsrate bzw. -geschwindigkeit ist. In diesem Falle betragen die Energieeinsparungen durch die Abküh­ lung allein 36%. Wie oben angegeben, werden zusätzliche Energieeinsparungen erzielt durch den verminderten Druck­ abfall, der aus dem Effekt der Feuchtigkeit auf die Porosität des Filterkuchens resultiert. In diesem Bei­ spiel steigt die relative Feuchtigkeit von etwa 2% auf 55%. Diese Zunahme des Feuchtigkeitsgehaltes kann eine 40%ige Verminderung des Druckabfalls bewirken. Wenn man diesen Effekt zu den durch die Abkühlung allein erziel­ ten Energieeinsparungen addiert, erhält man Gesamt-Ener­ gieeinsparungen gegenüber dem Basiswert von 62%.

Es ist keine Frage, daß die potentiellen Vorteile dieses Konzepts in bezug entweder auf den elektrostatischen Präzipitator- oder auf den Gewebefilter-Betrieb signifi­ kant sind. Der Schlüssel zur Realisierung dieser Vorteile liegt in der Fähigkeit, den Säure-Taupunkt des Rauchgases (Abgases) herabzusetzen, so daß eine Kühlung auftreten kann, ohne Rücksicht auf die Säure-Kondensation. Ein Ver­ fahren zur Erzielung dieses Ergebnisses ist die Injektion einer Alkaliverbindung in einer Menge, die ausreicht für die Reaktion mit dem Schwefeltrioxid an irgendeinem Punkt stromaufwärts des Gewebefilters oder des elektrosta­ tischen Präzipitators. Glücklicherweise ist Schwefeltri­ oxid reaktiver mit Alkali als andere Hauptkomponen­ ten des Rauchgas-Stromes, so daß es auf diese Weise leicht entfernt werden kann.

Obgleich bei normalen Rauchgas-Temperaturen und darunter das Gleichgewicht zwischen Schwefeltrioxid und Schwefel­ dioxid die Umwandlung des Dioxids in das Trioxid be­ günstigt, besteht keine Gefahr, daß das Trioxid regene­ riert wird, nachdem es durch Alkali entfernt worden ist und die Gastemperatur herabgesetzt worden ist, weil die Geschwindigkeit der Umwandlung des Dioxids in das Trioxid bei tiefen Temperaturen extrem gering ist. Innerhalb des Zeitrahmens des Gasdurchflusses durch die Teilchen-Sam­ meleinrichtung tritt somit, wenn das Schwefeltrioxid entfernt wird, beispielsweise durch Alkaliinjektion, es durch den Mechanismus der Oxidation des Dioxids nicht wieder auf.

Zu Beispielen für Alkali, die zur Entfernung von Schwefel­ trioxid verwendet werden können, gehören Calciumverbin­ dungen, wie z.B. Kalk oder Kalkstein; Natriumverbindungen, wie z.B. Natriumcarbonat oder -bicarbonat, Trona oder Nahcolite; oder Ammoniak. Die Calcium- oder Natriumverbin­ dungen können entweder als feinteilige Feststoffe oder in Form einer Aufschlämmung oder in Form von Lösungen injiziert werden. Das Ammoniak kann als Gas injiziert werden. Es ist wichtig, daß das Alkali in solchen Mengen und an einem Punkt in das System injiziert wird, wo die Temperatur nicht erlaubt, daß die Schwefeldioxidoxidation das für die Reaktion mit Schwefeltrioxid verfügbare Alkali übersteigt.

Ein weiterer Schlüssel für die erfolgreiche Durchführung der vorliegenden Erfindung ist die wirksame Ausnutzung des Wassers für die Verdampfung in den Fällen, in denen eine Verdampfungskühlung für die Herabsetzung der Temperatur angewendet wird. Im Idealfalle kann das Wasser vor dem Präzipitator oder dem Gewebefilter in die vorhandene Rauch­ gasanlage eingesprüht werden, so daß kein neues Gefäß oder keine Modifizierung der Rohrleitung für den Verdampfungs­ kühlungseffekt erforderlich ist. Um dieses Ideal zu er­ reichen, muß jedoch die Größe der Tröpfchen sehr gering sein, so daß eine vollständige Verdampfung in der kurzen Zeit auftritt, die vor der Teilchenentfernungsvorrichtung zur Verfügung steht und damit keine großen Tröpfchen in die Rauchgasanlage tropfen, die eine feuchte Zone hervor­ rufen.

Es wird angenommen, daß dann, wenn Tröpfchen, die einen Durchmesser von nicht mehr als 50 µm haben, injiziert werden, eine vollständige Verdampfung innerhalb von weni­ ger als einer halben Sekunde auftritt, was für die meisten Anwendungszwecke zufriedenstellend ist. Mit konventionel­ len Spraydüsen kann dieses Feinheitsniveau der Spraydisper­ sion nicht erzielt werden. Mit Ultraschalldüsen kann jedoch dieser Dispersionsgrad erzielt und überschritten werden. Deshalb ist es bei Verwendung von Ultraschalldüsen möglich, das Verdampfungskühlungsverfahren auf die meisten Retro­ fit-Situationen anzuwenden, ohne daß Zusätze oder größere Modifikationen der vorhandenen Rauchgasanlagen erforderlich sind. Die Alternative zur Verwendung einer Ultraschalldüse wäre die zusätzliche Verwendung eines Spraygefäßes oder die Expansion der Rauchgasanlage vor dem Präzipitator, um eine ausreichende Zeit für die Tröpfchenverdampfung zu erzielen.

Eine geeignete Ultraschallspraydüse wird hergestellt und vertrieben von der Firma Sono-Tek Corporation unter der Bezeichnung Sono-Tek Ultrasonic Atomizing Nozzle.

Es gibt eine sehr wichtige Klasse von Spezialfällen der vorliegenden Erfindung. Diese liegen vor in den Situationen, in denen Alkali stromaufwärts des Teilchen-Sammlers zuge­ geben wird zum Zwecke der Schwefeldioxid-Kontrolle. Da Schwefeldioxid in viel größeren Mengen in dem Rauchgas (Abgas) vorhanden ist als Schwefeltrioxid und weil es we­ niger reaktiv ist als Schwefeltrioxid, ist die Menge an für die Schwefeldioxid-Kontrolle injiziertem Alkali viel größer als für die vollständige Entfernung des Schwefel­ trioxids erforderlich. Daher kann in jedem dieser Verfah­ ren das Rauchgas, das in den Präzipitator oder in den Ge­ webefilter eingeführt wird, abgekühlt werden ohne Rück­ sicht auf einen Säure-Taupunkt.

Die signifikantesten dieser Spezialfälle sind die Wir­ belschicht-Verbrennung, die Trockennatriuminjektion und die Kesselkalksteininjektion. Bei der Wirbeschicht-Ver­ brennung wird Kohle in einer Wirbelschicht (einem Wirbel­ bett) aus einem Alkalimaterial, wie z.B. Dolomit, ver­ brannt. Die Schicht- bzw. Bettemperatur ist niedrig, verglichen mit der konventionellen Verbrennung, so daß die Stickstoffoxid-Emissionen vermindert werden zusätzlich zur Entfernung eines Großteils des Schwefeldioxids durch Umsetzung mit dem Alkali.

Die Trockennatrium-Injektion ist einfach die Injektion einer gepulverten Natriumverbindung, wie z.B. Trona oder Nahcolite vor dem Teilchensammler zum Zwecke der Um­ setzung mit und zur Entfernung von Schwefeldioxid. Es ist auch bekannt, daß eine signifikante Entfernung von Schwe­ feldioxid durch Injektion von Natriumverbindungen zwischen dem Luftvorwärmer und einem Gewebefilter auftritt und es ist daher zu erwarten, daß die Injektion von Alkali an die­ sem Punkt höchst wirksam ist in bezug auf die Entfernung von Schwefeltrioxid.

Das dritte Verfahren, die Kessel-Kalksteininjektion, ist wahrscheinlich das signifikanteste zum Zwecke sowohl der Schwefeldioxid- als auch der Stickstoffoxid-Kontrolle bei der Retrofit-Anwendung auf mit Kohle befeuerte Kessel. Als solches ist es sehr wichtig in Plänen zur Verwirkli­ chung der Kontrolle bzw. Bekämpfung des sauren Regens. Die Anwendung der Kessel-Kalksteininjektion erschwert jedoch den Betrieb des stromabwärts gelegenen Präzipi­ tators durch Erhöhung des spezifischen Widerstands der Teilchen und Beladung des Präzipitators durch die Teil­ chen. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Schlüssel für die praktische Anwendung der Kessel- Kalksteininjektion in Retrofit-Situationen sein.

Der Mechanismus, nach dem die Kessel-Kalksteininjektion wirksam ist in bezug auf die SO₂-Entfernung ist die Umset­ zung des injizierten Kalksteins mit dem SO₂ unter Bildung von Calciumsulfit, das dann weiter oxidiert wird zu Cal­ ciumsulfat. Etwa 50% der SO₂-Entfernung können in den derzeit konzipierten Systemen erzielt werden. Die Calcium­ verbindungen werden in Form von mitgerissenen Teilchen in das Rauchgas (Abgas) überführt und stromabwärts zusam­ men mit der Flugasche in der Teilchen-Sammelvorrichtung gesammelt. In praktisch allen Retrofit-Situationen, in denen dies verwirklicht werden könnte, ist der Teilchen- Sammler ein elektrostatischer Präzipitator.

In den derzeit konzipierten Kessel-Kalksteininjektions- Verfahren wird eine NO _x -Verminderung um etwa 50% erzielt als Folge der stufenförmigen Verbrennung, die zu einer niedrigeren Flammentemperatur als die normale Verbrennung führt.

Die ideale Retrofit-Situation wäre die Installation einer Kessel-Kalksteininjektion zur Erzielung der erforderlichen SO₂- und NO _x -Reduktion ohne weitere Zusatzapparaturen oder Änderungen in der Energie erzeugenden Anlage. Da je­ doch der Kalkstein in das Verfahren und in die dabei erhal­ tenen Reaktionsprodukte eingeführt wird, steigt die Teil­ chen-Beladung des stromabwärts gelegenen Präzipitators. Diese Zunahme der Beladung kann um einen Faktor 2 oder 3 erfolgen, je nach Schwefelgehalt der Kohle und der angewen­ deten Stöchiometrie. Da ein elektrostatischer Präzipitator ein Sammler vom konstanten Wirkungsgrad-Typ ist, führt eine Erhöhung der Einlaß-Beladung zu einer entsprechenden Zunahme der Auslaß-Emissionen. Eine Verdopplung der Einlaß- Beladung als Folge der Kessel-Kalksteininjektion würde somit zu einer Verdopplung der Emissionen aus dem Präzi­ pitator führen (wobei angenommen wird, daß die Teilchen­ größenverteilung ähnlich derjenigen der Flugasche ist).

Dieses Problem wird weiter kompliziert durch die Tatsache, daß wegen der hohen zusätzlichen Beladung der Calciumverbin­ dungen der spezifische Widerstand der Teilchen in dem Präzipitator steigen würde, was zu einer Verschlechterung des Präzipitator-Wirkungsgrades führen würde. In der Regel könnte diese Verschlechterung (Abnahme) von 99% Sammelwirkungsgrad ohne Kessel-Kalksteininjektion auf 95% mit Kessel-Kalksteininjektion betragen. Kombiniert mit der Verdopplung der Präzipitatoreinlaß-Beladung bedeutet dies eine mögliche Nettozunahme der Teilchen- Emissionen um einen Faktor 10. Dies ist eindeutig nicht tolerierbar.

Eine Lösung dieses Problems könnte die Aschekonditionie­ rung zur Herabsetzung des spezifischen Widerstands der Teilchen und die Erhöhung der Präzipitator-Sammelfläche zur Aufnahme der erhöhten Beladung sein. Dadurch wird jedoch die Einfachheit des Kessel-Kalksteininjektions- Verfahrens zerstört, dieses Verfahren ist kostspielig und in vielen Fällen kann die Verwirklichung schwierig oder unmöglich sein wegen der räumlichen Begrenzungen bei spezifischen Anlagen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden beide Probleme des hohen spezifischen Widerstands und der erhöhten Bela­ dung des Präzipitators in einem Einstufen-Verfahren der Verdampfungskühlung des Rauchgases (Abgases) vor dem Prä­ zipitator gelöst. Der Grad der Kühlung, der erforderlich ist, hängt von spezifischen Fällen ab, es ist jedoch zu erwarten, daß in den meisten Fällen eine Abkühlung in der Größenordnung von 66°C (150°F) erforderlich ist. Das Gesamtergebnis des Verfahrens besteht darin, daß die Kessel-Kalksteininjektion in Retrofit-Situationen für die SO₂- und NO _x -Kontrolle verwirklicht werden kann ohne Änderungen an der stromabwärts gelegenen Apparatur mit Ausnahme der Vorsehung einer Befeuchtungseinrichtung für den Gasstrom.

Nachstehend wird ein Beispiel beschrieben, das zeigt, wie das erfindungsgemäße Verfahren in einer Retrofit- Kessel-Kalksteininjektions-Situation angewendet werden kann zur Aufrechterhaltung der Teilchenemissions-Werte, ohne daß zusätzliche Präzipitatorfläche erforderlich ist.

In der Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung bezeichnet die Ziffer 10 allgemein eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung umfaßt ei­ nen Kessel 12, bei dem es sich um einen solchen eines Typs mit Kalksteininjektion bei 14 oder um einen solchen eines Wirbelschicht-Typs, bei dem Kohle und Kalkstein in die Wirbelschicht (das Wirbelbett) injiziert werden, handeln kann. Das Teilchen und Schwefel enthaltende Rauch­ gas (Abgas) und die Reaktionsprodukte von Schwefeltrioxid mit dem Alkalimaterial verlassen den Kessel durch die Rohrleitung 16 und gelangen in einen Kühler 18, der zur Injektion von Wasser in das Rauchgas (Abgas) verwendet werden kann. Das Rauchgas, das auf eine Temperatur minde­ stens unter 121°C (250°F) abgekühlt worden ist, strömt aus dem Kühler durch die Rohrleitung 16′ aus und gelangt in den Sammler 20. Der Sammler 20 kann ein elektrostati­ scher Präzipitator oder ein Sackfilter mit einem konventio­ nellen Aufbau sein. Das Rauchgas, aus dem die Teilchen ent­ fernt worden sind, gelangt durch eine Rohrleitung 22 in einen Schornstein 24.

Die Fig. 2 zeigt eine modifizierte Form der vorliegenden Erfindung, wobei die Ziffer 12′ einen mit Kohle befeuer­ ten Kessel darstellt, aus dem die heißen Abgase durch die Rohrleitung 16 a austreten. In der Rohrleitung 16 a befin­ det sich ein Alkaliinjektor-Abschnitt 26, in dem gemahle­ ner Kalk oder Kalkstein oder Natriumcarbonat oder -bicar­ bonat oder Ammoniak in den Gasstrom injiziert wird. Nach der Alkaliinjektion wird der Gasstrom durch Injektion von Wasser mittels eines Ultraschallinjektors, der allgemein durch die Ziffer 28 dargestellt ist, gekühlt. Das auf eine Temperatur unter 121°C (250°F) abgekühlte Rauchgas wird dann in den Teilchensammler 20′ eingeführt, der ein elektro­ statischer Präzipitator oder ein Sackfilter mit einem konventionellen Aufbau sein kann. Der Gasstrom, aus dem die Teilchen entfernt worden sind, strömt durch die Rohrlei­ tung 22′aus dem Sammler in einen Schornstein 24′.

Ausführungsbeispiel

Es wird angenommen, daß der Präzipitator vor dem Retrofit mit einer angelegten Spannung von 43 KV gut betrieben wird, wobei Asche mit einem mittleren spezifischen Widerstand gesammelt wird. Seine SCA beträgt 200 (ft.²/1000 scfm) und sein Sammel-Wirkungsgrad beträgt 99%. Die Rauchgas- Temperatur beträgt 149°C (300°F) bei einem Feuchtigkeitsge­ halt von 8%. Die Teilchen-Beladung des Präzipitators beträgt 4 g/scf bei Emissionen von 0,04 g/scf.

Nach dem Retrofit mit einer Kalk- oder Kalksteininjektion verdoppelt sich die Teilchenbeladung des Präzipitators auf 8 g/scf und sein spezifischer Widerstand steigt, was zu einem Abfall der Betriebsspannung auf 32 KV führt. Die Herabsetzung der Energie führt zu einer Abnahme des Sammel-Wirkungsgrades auf 95,3%. Dieser Wirkungsgrad­ verlust, gekoppelt mit der Verdopplung der Einlaßbeladung, führt zu einer Zunahme der Teilchen-Emissionen um einen Faktor von 9,4 auf 0,376 g/scf. Damit der Präzipitator den vorherigen Emissionswert von 0,04 g/scf aufrecht­ erhalten kann, müßte sein Wirkungsgrad auf 99,5% er­ höht werden. Unter den hohen spezifischen Widerstands- Bedingungen würde dies eine Erhöhung der Präzipitator- Größe um einen Faktor von 2,54 auf ein SCA von 508 erfor­ dern. Dies ist in den meisten Retrofit-Situationen eindeu­ tig nicht praktikabel. Bei Anwendung einer Gaskonditio­ nierung zur Herabsetzung des spezifischen Widerstandes auf seinen ursprünglichen Wert und bei Wiederherstellung des guten elektrischen Energiebetriebs muß der Präzipita­ tor um einen Faktor von 1,27 vergrößert werden auf ein SCA von 254, um den Emissionswert von 0,04 g/scf aufrecht­ zuerhalten. Obgleich dies im Bereich des Möglichen liegt, ist die Installation einer Gaskonditionierung und einer erhöhten Sammelfläche kostspielig in bezug auf die Kapitalkosten und dadurch werden die Betriebskosten erhöht.

Wenn statt dessen das erfindungsgemäße Verfahren angewen­ det wird, wird das Rauchgas (Abgas) durch Verdampfungsküh­ lung auf 66°C (150°F) abgekühlt. Der Feuchtigkeitsgehalt des Rauchgases steigt auf 13%. Unter diesen Bedingungen wird der spezifische Widerstand der Teilchen auf den ur­ sprünglichen mittleren Wert wieder eingestellt. Das Gasvolu­ men, das die zusätzliche Einführung von Feuchtigkeit erlaubt, wird um 15% herabgesetzt, so daß die neue Präzipitator- SCA 232 beträgt. Wegen der erhöhten Gasdichte ist es ferner in diesem Falle möglich, die Präzipitator-Spannung um min­ destens 10% zu erhöhen. Wenn nun eine Steigerung der Spannung auf 47 KV angenommen wird, beträgt der Sammel- Wirkungsgrad unter diesen Bedingungen 99,6%, d.h. die Teilchenemission wird praktisch auf 0,03 g/scf herabgesetzt. Selbst wenn die Spannung nur auf 45 KV erhöht wird, be­ trägt der Präzipitator-Wirkungsgrad 99,5% entsprechend der ursprünglichen Emission von 0,04 g/scf.

Claims (12)

1. Verfahren zur Durchführung der Rauchgas-Teilchen­ sammlung bei verminderter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß man Schwefeltri­ oxid aus dem Rauchgas eliminiert, um dadurch den Säure-Taupunkt herabzusetzen, anschließend das Rauch­ gas auf eine Temperatur von weniger als 121°C (250°F) und vorzugsweise etwa 60 bis 66°C (140-150°F) abkühlt und dann das gekühlte Rauchgas der Teilchen-Sammlung unterwirft.

2. Verfahren zur Durchführung der Rauchgas-Teilchen- Sammlung bei verminderter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß man heißes Rauch­ gas behandelt mit einem Alkalimaterial in einer Menge, die mindestens ausreicht, um mit seinem Schwefeltri­ oxid-Gehalt zu reagieren oder um die Bildung von Schwe­ feltrioxid an erster Stelle durch die Alkalimaterial- Injektion in der Verbrennungszone zu verhindern; das behandelte Rauchgas auf eine Temperatur von weniger als 121°C (250°F), vorzugsweise von etwa 60 bis 66°C (140- 150°F), abkühlt und anschließend das gekühlte Rauchgas der Teilchensammlung unterwirft.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Rauchgas abkühlt durch Verdampfung von in das Rauchgas injiziertem Wasser.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Rauchgas abkühlt durch Verdampfung von in das Rauchgas injiziertem Wasser.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in Form eines Sprays aus sehr feinen Tröpfchen mit einem Durchmesser von weniger als 50 µm injiziert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Alkalimaterial um eine feinteilige Calciumverbindung, wie z.B. Kalk oder Kalkstein oder Dolomit, handelt.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Alkalimaterial um eine feinteilige Natriumverbindung, wie z.B. Natriumcarbonat oder Natri­ umbicarbonat, Trona oder Nahcolite, handelt.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Alkalimaterial um Ammoniak handelt.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimaterial in Form einer Lösung oder Auf­ schlämmung in dem zur Erzielung der Verdampfungskühlung verwendeten Wasser injiziert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas in einem Wärmeaustauscher, beispiels­ weise einem Luftvorwärmer, abgekühlt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas in einem Wärmeaustauscher, beispiels­ weise einem Luftvorwärmer, abgekühlt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in Form eines Sprays aus sehr feinen Tröpfchen mit einem Durchmesser von weniger als 50 µm injiziert wird.