ESTER, Helmuth (Christopherusweg 10, Ratingen, 40885, DE)
KLEIN, Christian (Beuthener Strasse 55, Ratingen, 40883, DE)
LEIBACHER, Ulrich (Rütihofweg 2, 8340 Hinwil, CH)
ESTER, Helmuth (Christopherusweg 10, Ratingen, 40885, DE)
KLEIN, Christian (Beuthener Strasse 55, Ratingen, 40883, DE)
Patentansprüche:
1 ) Verfahren zur Reinigung, insbesondere Entstaubung, eines Rauchgases einer metallurgischen Anlage (1), das die Schritte aufweist: a) Einleiten des Rauchgases in einen Gaswäscher (2), wobei der Rauch- gasstrom im Gaswäscher (2) mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit
Wasser, in Kontakt gebracht wird, um Partikel aus dem Rauchgas in die Flüssigkeit zu überführen, und b) Zuleiten des im Gaswäscher (2) vorgereinigten Rauchgases in einen E- lektro-Staubabscheider (3), wobei der Rauchgasstrom im Nass- Elektrofilter (3) weiter von Partikeln aus dem Rauchgas befreit wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas vom Gaswäscher (2) unmittelbar in den Elektro-Staubabscheider (3) geleitet wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas auf seinem Weg von der metallurgischen Anlage (1 ) zum Gaswäscher (2) gekühlt wird.
4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas hinter dem Elektro-Staubabscheider (3) in einen Kamin (4) geleitet und in diesem abgefackelt wird. Auch die Gewinnung von Pro- zessgas mit chemischem Heizwert (z.B. CO) ist möglich (z.B. LT-
Stahlgasverfahren)
5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas im Gaswäscher (2) gekühlt wird.
6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Rauchgases im Gaswäscher (2) bis auf Sättigungstemperatur erfolgt.
7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauchgas im Gaswäscher (2) so gereinigt wird, dass es diesen mit einer Staubmenge vorzugsweise unter 1 ,0 g/Nm3 verlässt. 8) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektro-Staubabscheider (3) mindestens eine Niederschlagselektrode aufweist, wobei die Reinigung der mindestens einen Niederschlagselektrode durch Spülung mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, erfolgt. 9) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die schmelzmetallurgische Anlage (1 ) ein Konverter, ein Hochofen oder ein Elektroofen ist.
10)Rauchgasreinigungsvorrichtung einer metallurgischen Anlage (1 ), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die aufweist: a) einen über eine Verbindungsleitung (5) mit der metallurgischen Anlage (1 ) verbundenen Gaswäscher (2) und b) einen über eine weitere Verbindungsleitung (6) mit dem Gaswäscher (2) verbundenen Elektro-Staubabscheider (3). 11 )Rauchgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (5) zwischen der metallurgischen Anlage (1) und dem Gaswäscher (2) zumindest abschnittsweise als Kühlkamin ausgebildet ist. 12)Rauchgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeich- net, dass hinter dem Elektro-Staubabscheider (3) ein Kamin (4) mit oder ohne eine Abfackeleinrichtung (7) angeordnet ist.
13)Rauchgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Verbindungsleitung (8) zwischen dem Elektro- Staubabscheider (3) und dem Kamin (4) ein Gebläse (9) angeordnet ist. 14)Rauchgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die schmelzmetallurgische Anlage (1) ein Konverter, ein Hochofen oder ein Elektroofen ist. |
Verfahren zur Reinigung eines Rauchgases einer metallurgischen Anlage und Rauchgasreinigungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Rauchgases einer metallurgischen Anlage. Des Weiteren betrifft die Erfindung einer Rauchgasreinigungsvorrichtung.
Das in einer metallurgischen Anlage, wie beispielsweise in einem Konverter oder in einem Elektroofen, entstehende Rauchgas muss vor der Abgabe an die Umgebung hinreichend entstaubt werden, um Umweltverschmutzung zu vermeiden. Bekannt ist es, hierfür Nasswäscher (z.B. DE 1176099 B) einzusetzen, wofür verschiedene Bauarten möglich sind. Mit solchen Gaswäschern kann eine Entstaubung des Rauchgases erfolgen.
Der BAUMCO-Wäscher ist, wie der Fachmann weiß, ein typischer Vertreter eines Nass-Entstaubungssystems, wie beispielsweise in Sauerstoff- Blaskonkonvertern schon seit Jahrzehnten Anwendung findet. Prinzipiell wird die Reinigung des Abgases in zwei Stufen durchgeführt, wobei in einem ersten Schritt in einem so genannten Quenscher der grobe Staub durch Einsprühen von Wasser in den Gasstrom ausgefällt wird und in einem zweiten Schritt die Feinreinigung durch eine Wirbelstrommischung aus Gas und Wäscherwasser in einer speziell gestalteten Wäschereinheit durchgeführt wird.
In Ringspalt-Wäschern, die ebenfalls wie dem Fachmann bekannt seit langem in der Rauchgasentstaubung metallurgischer Anlagen Verwendung finden, durchströmt üblichwerweise Heißwasser gemeinsam mit dem heißen Gas im Gleichstrom ein Rohr und entzieht dem heißen Gas fühlbare Wärme, wodurch eine große Dampfmenge gebildet wird und das Gas zumindest annähernd bis
an seine Sättigungsgrenze mit Wasserdampf angereichert wird. Hierdurch werden die vom Gas mitgeführten ultrafeinen Partikel zu einem großen Teil benetzt und bei einer in nachfolgenden Stufen erfolgenden Kondensation des Wassers als Keimzellen für die Tropfenbildung dienen. Hierbei werden dann die Partikel zusammen mit den Tropfen im Kondensat ausgeschieden.
Alternativ ist es auch bekannt, zur Entstaubung elektrostatische Staubabscheider einzusetzen. Derartige Elektrofilter gibt es in zwei Bauarten: Bei Trocken- Elektrofilter wird das Rauschgas in einem Konditionierungsturm mittels Verdampfung gekühlt und konditioniert. Anschliessend wird der Staub elektrosta- tisch abgeschieden. Der abgeschiedene Staub fällt in dieser Verfahrensvariante trocken an. Das Reinigen der im Abscheider benötigten Elektroden erfolgt durch mechanisches Klopfen.
Bei beiden Verfahrensvarianten kann das gereinigte Rauchgas, wenn es einen genügend grossen chemischen Heizwert besitzt, zur weiteren Nutzung aufge- fangen werden: bei Konverterstahlwerken dazu ein Trocken-Elektrofilter ein, spricht man vom sogenannten z.B. Lurgi-Thyssen Stahlgasverfahren. Hierbei werden Trocken-Elektrofilter in Rundbauweise zur Abgasreinigung eingesetzt. Mit diesem Elektrofiltertyp werden die in Nutzgas notwendigen niedrigen Rein- gasstaubmenge problemlos erreicht, wobei dieses Stahlgasverfahren entschei- dende Vorteile gegenüber konventionellen Wäschersystemen bietet, nämlich insbesondere einen geringeren Energiebedarf, eine trockene Staubabscheidung sowie niedrige Wartungskosten.
Darüber hinaus ist es bekannt Nass-Elektrofilter zur Rauchgasreinigung einzu- setzen. Bei Nass-Elektrofiltern wird das Abgas in einem ersten Schritt bis auf Sättigungstemperatur in einem Konditionierungsturm abgekühlt und anschliessend ebenfalls elektrostatisch abgeschieden. Die Reinigung der Elektroden erfolgt durch Spülen.
Diese vorbekannten Verfahren zur Reinigung des Rauchgases weisen verschiedene Nachteile auf:
Im Falle des Einsatzes eines Gaswäschers sind die strengen Grenzwerte für den Reinigungsgrad des gefilterten Rauchgases nur schwer zu erreichen und erfordern eine hohe Gebläseenergie wegen des benötigten Differentialdrucks. Im Falle des Einsatzes eines Elektrofilters ist eine aufwändige Konstruktion für den speziellen Anwendungsfall entzündlicher Gase notwendig . Die abgeschiedenen Stäube im Trocken-Elekrofilter sind zudem pyrophor. Hierdurch kann es zu Glimmbränden auf den Elektroden kommen, was die Standzeiten der Elektroden entsprechend reduziert. Für Nass-Elektrofilter gilt, dass diese grundsätzlich nicht für hohe Staubbelastungen geeignet sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so fortzubilden und eine Rauchgasreinigungsvor- richtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, leichter strenge Grenzwerte für die Entstaubung eines Rauchgases einzuhalten. Dies soll in einer energetisch günstigen Betriebsweise möglich werden. Zudem soll durch eine einfache Bauweise das Investitionsniveau so gering wie möglich gehalten und die Unterhaltskosten gesenkt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung zeichnet sich durch die folgenden Verfahrensschritte aus: a) Einleiten des Rauchgases in einen Gaswäscher, wobei der Rauchgasstrom im Gaswäscher mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, in Kontakt gebracht wird. Durch Gravitation sowie Benetzung mit Wasser werden Staubpartikel vom Gasstrom getrennt und mit dem Waschwasser ausgespült.
b) Zuleiten des im Gaswäscher vorgereinigten Rauchgases in ein Nass-
Elektrofilter, wobei der Rauchgasstrom durch elektrostatische Abscheidung weiter von Partikeln aus dem Rauchgas befreit wird. Das Rauchgas wird vom Gaswäscher vorzugsweise unmittelbar in den Elektro- Staubabscheider geleitet. Das Rauchgas kann auf seinem Weg von der metal- lurgischen Anlage zum Gaswäscher gekühlt werden. Es kann hinter dem Elektro-Staubabscheider in einen Kamin geleitet werden, oder falls energetisch verwendbar der Gasgewinnung zugeführt werden.
Das Rauchgas wird vorzugsweise im Gaswäscher gekühlt. Die Kühlung des Rauchgases im Gaswäscher erfolgt dabei bevorzugt bis auf Sättigungstemperatur. Das Rauchgas wird im Gaswäscher so gereinigt, dass es diesen mit einer Staubmenge z.B. geringer als 1 ,0 g/Nm3 verlässt, um eine dauerhaft zufriedenstellende Leistung des Nass-Elektrofilters zu gewährleisten. Der Elektro-Staubabscheider weist mindestens eine Niederschlagselektrode auf, wobei die Reinigung der mindestens einen Niederschlagselektrode vorzugsweise durch Spülung mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, erfolgt.
Die schmelzmetallurgische Anlage ist bevorzugt ein Konverter, ein Hochofen oder ein Elektroofen.
Die vorgeschlagene Rauchgasreinigungsvorrichtung einer metallurgischen Anlage weist erfindungsgemäss einen über eine Verbindungsleitung mit der metallurgischen Anlage verbundenen Gaswäscher und einen über eine weitere Verbindungsleitung mit dem Gaswäscher verbundenen Nasselektrofilter auf.
Die Verbindungsleitung zwischen der metallurgischen Anlage und dem Gaswäscher kann dabei zumindest abschnittsweise als Kühlkamin ausgebildet sein. Hinter dem Nass-Elektrofilter kann ein Kamin mit einer Abfackeleinrichtung angeordnet sein. In einer Verbindungsleitung zwischen dem Nass-Elektrofilter und
dem Kamin kann ein Gebläse angeordnet werden. Wird eine Gasrückgewinnung angestrebt, kann zwischen Gebläse und Kamin eine Umschaltstation angeordnet werden.
Der Grundgedanke der Erfindung stellt also auf die Kombination zweier an sich bekannter Verfahren ab. Ein Gaswaschvorgang wird mit einem Elektro- Staubabscheidevorgang gekoppelt. Beide Techniken stärken sich durch die Kombination, d.h. die Vorteile der jeweiligen Verfahren werden verbessert genutzt und die jeweiligen Schwächen fallen nicht mehr ins Gewicht.
Der Gaswäscher dient nicht mehr der Entstaubung auf Reingasstaubgehalt, sondern der Vorreinigung und Konditionierung des Abgasstromes. Dies sind günstige Voraussetzungen für einen störungsfreien und effizienten Betrieb des nachfolgenden Nass-Elektrofilters. Der Gaswäscher reduziert also den Staubgehalt im Rauchgas nur soweit, als dass ein zuverlässiger Betrieb des nachfol- genden Elektro-Staubabscheiders gewährleistet werden kann. Der Gaswäscher kann daher mit geringerem Druckverlust betrieben werden. Insgesamt ergibt sich hierdurch ein geringerer Energieaufwand für das Gebläse. Somit können die Betriebskosten gesenkt werden.
Das nachfolgende Nass-Elektrofilter ist in seiner Bau- und Betriebsart auf den vorgereinigten und konditionierten Gasstrom ausgelegt. Dadurch kann er kleiner als herkömmliche Nass-Elektrofilter gebaut werden. Dessen Einbauten und Steuerung werden entsprechend der neuen Grosse optimiert. Der Elektro- Staubabscheider übernimmt die Reinigung des Rauchgases auf den endgülti- gen Staubgehalt des Reingases.
Vorteilhaft ist weiterhin die einfache Reinigung der Elektroden des Nass- Elektrofilters durch Spülen. Die Standzeit der Elektroden im Elektro- Staubabscheider wird durch die Vorreinigung des Gases im Gaswäscher er-
höht. Die Reinigung der Elektroden im Nass-Elektrofilter ist erheblich einfacher als im Trocken-Elektrofilter. Glimmbrände sind im Nass-Elektrofilter ausgeschlossen. Die Explosionsgefahr ist im mit Wasser gesättigten Rauchgas vermindert.
Die Grössenreduktion des Elektro-Staubabscheiders, die durch die reduzierte Gastemperatur in der Vorreinigung möglich wird, ergibt Vorteile bezüglich des Investitionsvolumens.
Vorteilhaft ist auch eine einfache Möglichkeit der Nachrüstung der erfindungs- gemässen Idee an bestehenden Anlagen. Neben der Ausrüstung von Neuanlagen ist es auch möglich, mit dem erfind ungsgemässen Konzept bestehende Anlagen, die nur mit einem Gaswäscher ausgerüstet sind, nachzurüsten. Der besondere Vorteil liegt hierbei darin, dass die vorhandenen Komponenten der bestehenden Anlage, wie z.B. Gebläse und die Wasserwirtschaft, weiter ver- wendet werden können.
Die bevorzugte Anwendung der vorgeschlagenen Idee ist die Gasreinigung bei Stahlwerken, insbesondere die Reinigung der Abgase von metallurgischen Ge- fässen wie Konvertern und Elektroofen. Dies gilt für die Herstellung von Nor- malstählen und Edelstahlen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch den Aufbau einer Rauchgasreinigungsvorrichtung für eine metallurgische Anlage.
Die dargestellte Rauchgasreinigungsvorrichtung dient der Reinigung des Rauchgases, das von einer metallurgischen Anlage 1 stammt. Das Rauchgas wird über eine Verbindungsleitung 5 in Form eines Kamins der Reinigungsvor-
richtung zugeführt. Die Verbindungsleitung 5 ist bereits als Kühlstrecke für das zu reinigende Rauchgas ausgelegt. Das vorgekühlte Gas wird im Gaswäscher 2 vorgereinigt, wobei ein Reingasstaubgehalt von vorzugsweise weniger als 1 g/Nm3 (Gramm pro Normkubikmeter) angestrebt wird.
Die Rauchgasreinigungsvorrichtung besteht im Wesentlichen aus zwei direkt miteinander verbundenen Filteranlagen, nämlich aus einem Gaswäscher 2, der über eine Verbindungsleitung 6 mit einem Elektro-Staubabscheider 3 verbunden ist. Der Elektro-Staubabscheider 3 ist als Nass-Elektrofilter ausgebildet. Die Wasserwirtschaft 10 versorgt das System mit der Zu- und Ableitung des Was- sers bzw. Waschflüssigkeit.
Sowohl der Gaswäscher 2 als auch das Nass-Elektrofilter 3 arbeiten in bekannter Weise.
Im Gaswäscher 2 wird der zu reinigende Gasstrom mit einem Flüssigkeitsstrom in Kontakt gebracht, um Bestandteile des Gasstroms in der Flüssigkeit aufzunehmen. Bei den übergehenden Bestandteilen des Gasstromes kann es sich um feste, flüssige oder gasförmige Bestandteile handeln. Als Waschflüssigkeit können reine Lösungsmittel wie Wasser aber auch Suspensionen eingesetzt werden.
Eine beispielhafte Ausführung:
Der Gaswäscher hat häufig sechs Bereiche: Im Sumpf des Gaswäschers sammelt sich die Waschflüssigkeit und wird abgezogen, im Gaszulauf wird das Gas aufgegeben und durch Einbauten eine gleichmässige Belastung des Innenraumes erreicht, in der Kontaktstrecke findet das Auswaschen der sich im Gasstrom befindenden Bestandteile statt, in der Waschflüssigkeitsaufgabe wird die Waschflüssigkeit aufgegeben und verteilt, im Tropfenfänger werden mitgerisse-
ne Bestandteile der Waschflüssigkeit abgeschieden und im Auslassbereich ver- lässt der gereinigte Gasstrom den Gaswäscher.
Die Waschflüssigkeit wird mit hoher Geschwindigkeit und in kleinen Tropfen durch das Gas gesprüht. Das Gas muss durch die Waschflüssigkeit wie durch einen Vorhang hindurch treten. Sind die Tropfen der Waschflüssigkeit schnell genug, so können die Partikel im Gasstrom nicht mehr den Tropfen ausweichen und verschmelzen mit ihnen zu grosseren Tropfen. Diese grosseren Tropfen können anschliessend mit dem Tropfenfänger abgeschieden werden.
Der sonst bei Trocken-Elektrofiltern notwendige Konditionierturm entfällt. Zudem kann der Elektro-Staubabscheider 3 relativ klein ausgeführt werden.
Das Nass-Elektrofilter 3 ist gleichermassen eine Anlage zur Abscheidung von Partikeln aus Gasen, die auf dem elektrostatischen Prinzip beruht. Die Ab- Scheidung im Elektrofilter erfolgt zumeist in fünf Phasen: Zunächst erfolgt die Erzeugung der elektrischen Ladungen, dann findet die Aufladung der Staubpartikel im elektrischen Feld statt. Anschliessend erfolgt der Transport der geladenen Staubteilchen zu der Niederschlagselektrode. Die Staubpartikel haften daraufhin an der Niederschlagselektrode an. Schliesslich erfolgt die Abreinigung der Staubschicht von den Elektroden durch die Waschflüssigkeit.
Der Nass-Elektrofilter kann deutlich kleiner ausgeführt werden, als dies der Fall wäre, wenn auf den vorgeschalteten Gaswäscher 2 verzichtet würde. Ferner wird der Verschleiss der Elektroden durch die abrasiven Stäube dadurch reduziert, dass schon vorgereinigtes Gas eingeleitet wird.
Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Systems bei Anlagen, die im Batch- Betrieb gefahren werden - z.B. ein Konverterstahlwerk, liegt darin, dass während der Prozessphase, in der heisses staubbeladenes Rauchgas entsteht, die
Waschflüssigkeit für den Gaswäscher genutzt wird. In der Phase, in der kein Rauchgas entsteht, kann die zur Verfügung stehende Waschflüssigkeit zur Ab- reinigung der Elektroden ins Nass-Elektrofilter umgeleitet werden.
Hinter dem Nass-Elektrofilter 3 wird der nunmehr gereinigte Gasstrom über eine Verbindungsleitung 8 in einen Kamin 4 geleitet, an dessen oberen Ende eine Abfackeleinrichtung 7 angeordnet ist. Vor der Abfackeleinrichtung kann eine Gas-Umschaltstation installiert sein, die - je nach Prozessphase -Prozessgase mit chemischem Heizwert in einen Gasbehälter umleitet. Der Transport des Gases wird von einem Gebläse 9 bewerkstelligt, das in die Leitung 8 integriert ist. Wird eine Gasrückgewinnung angestrebt, ist zwischen dem Gebläse 9 und dem Kamin 4 eine Umschaltstation angeordnet.
Die vorgeschlagene Hydro-Hybrid-Filteranlage ist also eine weiterentwickelte Entstaubungstechnologie.
Bezugszeichenliste:
(1 ) metallurgische Anlage (metallurgisches Gefäss)
(2) Gaswäscher (3) Elektro-Staubabscheider
(4) Kamin
(5) Verbindungsleitung (Kühlkamin)
(6) Verbindungsleitung
(7) Kamin; Abfackelvorrichtung falls technisch erforderlich (8) Verbindungsleitung
(9) Gebläse
(10) Wasserwirtschaft