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Die vorliegende Erfindung betrifft Gaswäscher, die zum Entfernen von Schwefeloxiden und
anderen Verunreinigungen geeignet sein können, welche in Abgasen enthalten sind, die während
der Verbrennung von fossilen Brennstoffen (wie z.B. Kohle, Öl, Erdöl oder Koks) gebildet werden
und/oder Abfallmaterialien, die durch elektrische Energie erzeugende Anlagen, Abfall-zu-Energie-
Anlagen und andere industrielle Prozesse verbrannt werden.
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Frühere Vorschläge zum Entfernen von Schwefeloxiden und/oder anderen
Verunreinigungen aus einem Heißverbrennungsabgas, um zum Beispiel den Bundes- und
Staatsemissionserfordernissen zu entsprechen, weisen auf:
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1. das Benutzen von fossilen Brennstoffen mit niedrigem Schwefelgehalt und/oder anderen
Verunreinigungen, wobei der Hauptnachteil dieser Maßnahme in erhöhten Brennstoff- und
Frachtkosten besteht, die jeweils durch Lieferung/Bedarf und die Nähe zum Endverbraucher
diktiert werden.
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2. Verringerung des Schwefelgehalts und/oder anderer Verunreinigungen in dem
Brennstoff vor der Verbrennung über mechanische und/oder chemische Prozesse, wobei der
Hauptnachteil in der Kosteneffektivität des mechanischen und/oder chemischen Prozesses liegt,
der nötig ist, um das erforderliche, verringerte Niveau an Schwefel und/oder anderen
Verunreinigungen zu erreichen.
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3. Das Mischen von trockenem Alkalimaterial mit dem Brennstoff vor der Verbrennung
oder das Einspritzen von pulverisiertem Alkalimaterial direkt in die Heißverbrennungsgase, um
Schwefeloxide und/oder andere Verunreinigungen über Adsorption zu entfernen (z.B. LIMB- und
Kühlseitetechnologien wie durch die vorliegenden Anmelder und andere dargestellt wird), wobei
die Hauptnachteile in einer niedrigen bis mäßigen Entfernungseffizienz, schwacher
Reagenzienausnutzung und erhöhten Partikelbelastungen in dem Abgas bestehen, wodurch weitere
Abgasbehandlungen erforderlich werden (wie z.B. Befeuchtungs- oder Schwefeltrioxidinjektion),
wenn der Injektionsprozess aufstromig von einem elektrostatischen Abscheider bzw. Separator
(ESP) geführt wird.
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4. Ein nasses, chemisches Adsorptionsverfahren (nämlich Naßwaschen), wobei das
Heißgas in typischer Weise in einer Flüssigkontaktvorrichtung für Aufwärtsflußgas mit einer
wässrigen, alkalischen Lösung oder Schlamm bzw. Aufschlämmung gewaschen wird, um
Schwefeloxide und/oder andere Verunreinigungen zu entfernen, wobei die Hauptnachteile in dem
Flüssigkeitsverlust sowohl in die Atmosphäre (aufgrund der Sättigung des Abgases und
Feuchtigkeitsüberträgers) als auch bei dem in dem Verfahren erzeugten Schlamm und in der
Wirtschaftlichkeit liegen, die mit den Konstruktionsmaterialien für das Absorbermodul und allen
damit zusammenhängenden abstromigen Hilfsausrüstungen verbunden sind (wie z.B.
primäre/sekundäre Entwässerungs- und Abwasserbehandlungsuntersysteme). Der vorliegenden
Anmelder ist einer der verschiedenen Hersteller von Naßwäschern.
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5. Chemische Sprühtrocknungsabsorption (nämlich Trockenwaschen), wobei eine
wässrige, alkalische Lösung oder Schlamm in typischer Weise über chemische Pulverisatoren
bzw. Zerstäuber vom Dualfluid- oder Rotationsbechertyp fein zerstäubt wird und in ein heißes
Abgas gesprüht wird, um Schwefeloxide und andere Verunreinigungen zu entfernen, wobei die
Hauptnachteile der mäßige bis hohe Druckabfall über dem Gaseinlaß der Verteilungsvorrichtung
des Sprühtrockners und die Beschränkung auf die Heruntersprühtemperatur sind (nämlich die
Annäherung an die Sättigungstemperatur des Abgases), um gesteuerte Tätigkeiten aufrecht zu
erhalten.
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Die vorliegenden Anmelder haben gegenwärtig zwei handelsübliche, horizontale
Trockenwaschsysteme mit Gleichstrom an zwei elektrische Energie erzeugenden Anlagen in
Betrieb. Die vorliegenden Anmelder sind die einzigen bekannten Hersteller von horizontalen
Trockenwaschsystemen mit Gleichstrom für die Elektrizitätswerkindustrie. Es gibt mehrere größere
Hersteller von vertikalen Trockenwaschsystemen mit abstromigem Gleichstrom für die
Elektrizitätswerkindustrie.
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Figur 1 der beiliegenden Zeichnungen ist eine perspektivische Ansicht eines bekannten
horizontalen Trockenwaschsystems mit Gleichstrom, wobei Teile weggelassen wurden, das von
den vorliegenden Anmeldern erhältlich ist. Der Trockenwäscher weist ein Gehäuse 10 auf, das
einen Einlaß 12 für heißes Abgas und einen Auslaß 14 hat, um die Partikel enthaltenen Gase zu
einem Partikelsammler zu liefern. Schlamm bzw. Aufschlämmung wird durch einen Einlaß 16 zu
einer Vielzahl von Zerstäubern 18 geliefert, die auch Luft unter Druck durch einen Lufteinlaß 20
aufnehmen. Eine Vielzahl von Gasdiffusoren 22 arbeitet mit dem Auslaßende der Zerstäuber 18
zusammen, um zu helfen, daß der hereinkommende Gasfluß 24 mit dem Schlamm in einem
Sprühadsorptionsbereich 26 des Gehäuses 10 gemischt wird. Nicht gebrauchter Schlamm wird
durch das System durch einen Spülauslaß 28 zurückgeführt.
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Figur 2 ist eine vertikale Schnittansicht eines bekannten vertikalen Trockenwäschers mit
abstromigem Gleichstrom. Der vertikale Wäscher weist ein Gehäuse 30 mit einer auf dem Dach
befestigten Dispergiervorrichtung 32, zum Mischen des Abgases mit dem von einem Zerstäuber
33 abgegebenen Schlamm, auf..
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Das US-Patent US-A4 980 099 beschreibt einen horizontalen Trockenwäscher, der mit
Flügellanzenaufbauten versehen ist, von denen jeder angeordnet ist, ein fein zerstäubtes
Reagenz in den Abgasstrom zu sprühen.
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Die deutsche Patentanmeldung DE-A-26 17 053 beschreibt auch einen horizontalen
Trockenwäscher, der mit Düsen zum Sprühen des Reagenz in den Gasstrom versehen ist; in
diesem Fall sind die Düsen aufstromig und abstromig angeordnet, um unterschiedliche
Sprühbeträge zu haben, welche von der Gasstromgeschwindigkeit abhängen.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Trockenwäscher mit Gleichstrom geschaffen, um
eine Lösung oder Schlamm, die eine behandlungsbedürftige Gaszusammensetzung aufweisen,
in ein Abgas auszustoßen, wobei der Wäscher aufweist:
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ein Gehäuse, das eine Kammer definiert, die einen Abgaseinlaß hat, um Abgas
aufzunehmen, und einen Auslaß für behandeltes Gas, um behandeltes Gas aus der Kammer
auszustoßen; und
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mindestens eine Zerstäubergruppierung, die sich quer über die Kammer und in dem
Gehäuse erstreckt, wobei die Gruppierung ein Flügelteil aufweist mit einer Vorderkante von
größerem Radius, die entgegenkommendem Gas zugekehrt ist, das durch den Abgaseinlaß eintritt
und einer hinteren Kante mit kleinerem Radius, die der Vorderkante gegenüberliegt und
mindestens einen Zerstäuber, der entlang des Flügelteils mit Zwischenraum angeordnet ist, um
Schlamm von der hinteren Kante abzulassen;
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dadurch gekennzeichnet, daß
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sich die Kammer vertikal erstreckt, wobei sich der Abgaseinlaß über dem Auslaß für
behandeltes Gas befindet; und
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der Auslaß für behandeltes Gas eine Leitung aufweist, die sich im wesentlichen senkrecht
zur Hauptachse der Kammer erstreckt und einen nach unten gerichteten Einlaß hat, um Gas und
getrockneten Schlamm aus der Kammer aufzunehmen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung strebt danach, die bestehende
Technologie von Trockenwäschern zu verbessern, indem die Druckverluste über die
Verteilungsvorrichtung für den Einlaß/Gasfluß verringert werden, indem gleichzeitig der Gas/Flüssigkontakt
durch homogenes Dispergieren des Sorbens in den Gasstrom verbessert wird, was in erhöhten
Entfernungsleistungen von Schwefeloxid/anderen Verunreinigungen, erhöhten
Reagenzausnutzungen und verbesserten Waschtätigkeiten resultiert.
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Die bevorzugte Ausführungsform weist ein vertikales Trockenwaschmodul mit abstromigem
Gleichstrom auf, das mit einer einzigen oder mit mehrfachen Gruppierungen bzw. Reihen von
Zerstäubern ausgestattet ist, die in Flügellanzenaufbauten vom in dem US-Patent US-A-4 980 099
beschriebenen Typ untergebracht sind. Heißes Abgas tritt in den Trockenwäscher durch den
Einlaßabschnitt ein und wird nach unten zu den Flügellanzenaufbauten geleitet, welche die
höchstmöglich aerodynamisch wirksame Form aufweisen, um sowohl den Gasfluß über die
Trockenwaschkammer gleichmäßig zu verteilen, indem Fließstörungen minimiert werden, als auch
eine einzelne oder mehrfache Gruppierung von Zerstäubern und ihre zugeordnete
Versorgungsleitung unterzubringen.
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Der Einlaßabschnitt mit niedrigem Druckabfall/Aufbauanordnung mit Flügellanze erlaubt
die gleichmäßige Verteilung des Gasflusses über die Sprühtrocknungskammer, wobei der Bedarf
nach dem weniger wirksamen Diffusor mit hohem Druckverlust, der in Figur 1 gezeigt ist, und
nach den auf dem Dach angebrachten Gasdispergiereinrichtungen ausgeschaltet ist, die
gegenwärtig für den Trockensprüheinlaß zur Gasverteilung verwendet werden, wie in Figur 2
gezeigt ist.
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Entsprechend schafft die bevorzugte Ausführungsform einen Trockenwäscher mit
geringem Druckverlust, der einfach in der Form, widerstandsfähig im Aufbau und wirtschaftlich in
der Herstellung ist.
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Die Erfindung wird jetzt als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind und in denen ist:
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Figur 1 eine pespektivische Ansicht mit abgeschnittenen Teilen eines bekannten
horizontalen Trockenwäschers;
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Figur 2 eine vertikale Schnittansicht eines bekannten vertikalen Trockenwäschers;
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Figur 3 eine vertikale Schnittansicht eines Trockenwäschers nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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Figur 4 eine Schnittansicht (entlang einer Linie 4-4 von Figur 5), welche die Ausführung
einer Flügellanzengruppierung zeigt, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
verwendet wird; und
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Figur 5 eine pespektivische Teilansicht der Flügellanzengruppierung von Figur 4, wobei
Teile weggeschnitten sind.
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Bezieht man sich auf Figur 3 der Zeichnungen, so weist ein vertikaler Trockenwäscher ein
Gehäuse 40 mit einem Einlaß 42 für Abgas auf, welches in die durch das Gehäuse 40 definierte
Kammer eintritt, und einen Auslaß 44 für das behandelte Gas.
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Eine einzige oder mehrfache Gruppierung 48 von an einem Flügel befestigten
Doppelfluidzerstäubern oder -lanzen sprühen eine homogene Verteilung einer fein zerstäubten
Alkalilösung oder eines Reagenz in Schlammform in den heißen Abgasstrom, um Schwefeloxide
und/oder andere Verunreinigungen zu absorbieren. Innerhalb von Sekunden läßt die latente
Wärme des Abgases die Flüssigkeit aus den Schlammtröpfchen verdunsten bzw. verdampfen,
was die Auslaßtemperatur des Gases senkt und ein trockenes Produkt schafft. Während Figur 3
die Flügellanzengruppierung 48 beschreibt, die nach unten in einer ebenen Anordnung gerichtet
ist, ist es selbstverständlich, daß die Flügellanzen in andere Richtungen wie zum Beispiel gegen
eine Wand des Gehäuses 40 gerichtet sein können und nicht eben sein müssen, zum Beispiel
versetzt sein können. Eine geeignete alternative Anordnung könnte eine oder mehrere
Flügellanzen haben, die vertikal von den anderen Lanzen versetzt sind.
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Das behandelte Gas nimmt weiter seinen Weg nach unten an der Zerstäubergruppierung
48 mit Flügellanze vorbei und verläßt die Trockenwaschkammer durch den Auslaß 44, senkrecht
zu der nach unten gerichteten Fließrichtung. Etwas des sprühgetrockneten Produktes sammelt
sich in einem Trichter 52, der an der Basis des Gehäuses 40 angeordnet ist und wird danach
durch einen Abfallauslaß 46 in ein Ascheentfernungssystem entleert. Für einige
Ausführungsformen können mindestens eine ableitende Schaufel 41 oder eine andere
Luftverteilugnsvorrichtung in der Kammer zwischen dem Einlaß 42 und der Flügellanzengruppierung 48 vorgesehen
sein, um das Abgas umzuleiten und zu verteilen. Der Auslaß 44 hat einen von der Kammer nach
unten gericheten Einlaß 50.
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Weil die alkalische Lösung oder das Schlammreagenz homogen in den Gasstrom verteilt
wird, sind niedrigere Heruntersprühtemperaturen (nämlich eine niedrigere Annäherung an die
Sättigung) als bei den bisherigen Wäscherformen erreichbar, was die Reagenzausnutzung und
die Entfernungseffizienzen bezüglich der Schwefeloxide und anderer Verunreinigungen verbessert.
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Die Figuren 4 und 5, welche jeweils den Figuren 2 und 3 in dem US-Patent US-A-4 980
099 entsprechen, zeigen eine typische Lanzenzerstäubergruppierung 48.
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Wasser oder Sorbens, die zerstäubt werden sollen, tritt in einen inneren Sammelverteiler
60 bei einer Öffnung 61 ein. Der innere Sammelverteiler 60 liefert das Wasser oder das Sorbens
zu einer oder mehreren Zerstäubermischkammern 65 über einen jeweiligen inneren Zylinder 62.
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Der innere Sammelverteiler 60 ist durch Abstandshalter 64 konzentrisch in einem äußeren
Sammelverteiler 63 positioniert, der die vordere Kante der Flügellanzenvorrichtung bildet.
Zerstäubendes Gas tritt in eine seitliche Betriebsversorgung 72 durch eine Einlaßöffnung 82 für
zerstäubendes Gas ein, welche die Luft zu einem ringförmigen Raum 74 leitet, der zwischen dem
inneren Sammelverteiler 60 und dem äußeren Sammelverteiler 63 gebildet ist. Das Gas fließt
durch diesen ringförmigen Raum 74 und anschließend zu der Zerstäubermischkammer(n) 65,
indem es durch eine Einlaßöffnung 69 in einen weiteren ringförmigen Raum 66 eintritt, der
zwischen dem inneren Zylinder 62 und einem äußeren Zylinder 84 gebildet ist, die durch
Abstandhalter 80 in Fluchtlinie gehalten sind. Das homogenisierte Gemisch aus Gas, Flüssigkeit
und/oder Feststoffen verläßt die Zerstäubermischkammer 65 und anschließend Düsenöffnungen
76 einer Zerstäuberendkappe 86.
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Der oder jeder äußere Zylinder 84 wird an dem äußeren Sammelverteiler 63 durch einen
jeweiligen Satz von einer Packungsstopfbüchse 79, einen O-Ring 70 und eine
Packungsstopfbüchsenmutter 71 gehalten.
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Zerstäuberschutzgas tritt durch eine Schutzgasöffnung 73 in einer Montageplatte 83 ein
und wird durch einen Durchgang geführt, der teilweise durch den äußeren Sammelverteiler 63 und
eine Flügelhaut 96 eingeschlossen ist, welche an dem äußeren Sammelverteiler 63 befestigt ist.
Anschließend fließt das Schutzgas über die Zerstäuberendkappe 86, indem es in einen
ringförmigen Raum 94 eintritt, der zwischen dem äußeren Zylinder 84 und einem Zellengehäuse
98 gebildet ist, das sich von einer hinteren Kante 97 der Flügelhaut 96 erstreckt. Die gleichförmige
Verteilung des Schutzgasflusses unter die Vielzahl der Zerstäuber wird durch den Gebrauch einer
besonders bemessenen Öffnung 90 für die Flußverteilung erreicht, welche in der Innenwand jedes
Zellengehäuses 98 angebracht ist.
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Die Vorteile der Anordnung weisen auf:
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1. Geringen Gasseitendruckverlust über den vertikalen Trockenwäscher mit abstromigem
Gleichstrom aufgrund der Verwendung des Flügellanzenkonzepts, um sowohl die Zerstäuber und
ihre zugeordnete Zuführleitung aerodynamisch unterzubringen als auch die Gasflußmenge in die
Trockenwaschkammer zu richten/zu verteilen.
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2. Die Fähigkeit, die Leistungen zum Entfernen von Schwefeloxiden und anderen
Verunreinigungen zu erhöhen und ebenso die Ausnutzung des Reagenz, indem bei niedrigeren
Auslaßgastemperaturen gearbeitet wird (d.h. eine geringere Sättigungsannäherung).
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3. Geringerer Gesamtdruckverlust, was geringere Betriebskosten zur Folge hat. Die
Lebenszykluskosten für ein 500- 600 MW FGD Kesselsystem werden in typischer Weise auf
500.000 US $ bis 1.500.000 US $ pro Zoll Wasserstandsmesser (250 Pa) des Druckabfalles
bewertet. Verringerungen des Druckabfalles von einem (1) bis zwei (2) Zoll Wasserstandsmesser
(250 bis 500 Pa) oder größer könnten für ein FGD System dieser Größe erwartet werden.
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4. Die Einfachheit der Form resultiert in niedrigeren Kapitalkosten, indem komplexe
Gasverteilungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Diffusoren oder Gasverteilungsvorrichtungen auf
dem Dach weggelassen werden, die gegenwärtig in Trockenwaschmodellen verwendet werden.
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5. Temperaturschichtung/Fließungleichgewichte des Abgases können besser angepaßt
werden, indem die zerstäubte Alkalilösung oder der Schlammfluß des Reagenz zu einzelnen
Düsen in der Zerstäubergruppierung gesteuert werden. Dieses Steuerkonzept kann automatisch
on line durchgeführt werden, indem der Gasfluß und das aufstromige oder abstromige
Temperaturprofil gemessen werden.
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6. Die Verwendung von leistungsfähigeren Düsen mit weniger Kapazität resultiert in einer
verbesserten Zerstäubungsqualität oder derselben Zerstäubungsqualität mit weniger
Engergiebedarf im Vergleich zu den konventionellen Trockenwaschzerstäubern.
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7. Man benötigt keine beweglichen inneren Teile.
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8. Die Vorrichtung ist einfach im Betrieb.