DE19651857C1 - Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffen aus staubbeladenen Abgasen, insbesondere von Verbrennungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffen aus staubbeladenen Abgasen, insbesondere von Verbrennungsanlagen, wobei die Feststoffe innerhalb eines Ab­ gaskanals durch Labyrinthabscheider zum Teil aus dem Abgas abgeschieden und in minde­ stens einen unterhalb der Labyrinthabscheider angeordneten Trichter abgeführt werden.

Vorrichtungen zur Abscheidung von Feststoffen aus staubbeladenen Abgasen, insbesondere von Verbrennungsanlagen, sind in mannigfacher Weise bekannt. Es werden je nach Anwen­ dungsbereich bzw. -erfordernissen Massenkraft-Abscheider, z. B. Schwerkraft/Umlenk- oder Fliehkraft-Abscheider, filternde Abscheider oder elektrische Abscheider zur Reinigung von Abgasen aus Verbrennungsanlagen eingesetzt.

Aus Druckschrift "Betriebserfahrungen mit den Müllverbrennungsanlagen Borsigstr. und Burg­ kirchen" aus BWK/TÜ/Umwelt-Special Oktober 1995, Seiten R4 bis R25, ist eine Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffen aus staubbeladenen Abgasen bekannt geworden, die zwi­ schen dem 3. und 4. Kesselzug einer Müllverbrennungsanlage installiert ist. Dabei werden in dem horizontalen Abgaskanalabschnitt annähernd vertikal angeordnete Fangrinnenabschei­ der, die als Labyrinthabscheider ausgebildet sind, eingesetzt. Der in den Fangrinnen verblei­ bende Feststoff fällt in einen Auffangtrichter, aus dem die Stäube abgezogen werden. Der Auffangtrichter ist mit einer Abdeckung ausgebildet, die Öffnungen korrespondierend zu den Fangrinnen aufweist, durch die der abgeschiedene Feststoff in den Trichter gelangen kann. Die in dieser Anlage eingesetzten Fangrinnen sind eine leicht modifizierte Art der bekannten U-Abscheider (U-beams), die gleichfalls häufig zum Einsatz kommen.

Bei weitergehenden Versuchen mit einer derartigen Vorrichtung wurde herausgefunden, daß sich durch die versetzten /U-Abscheiderprofile und den abgedeckten Trichter, dessen Abdec­ kung mit Durchtritten versehen ist, ein erhöhtes Druckniveau vor dem Labyrinthabscheider bildet, das zu stark erhöhten Gasgeschwindigkeiten zwischen den jeweiligen U-Abscheidern des Labyrinthabscheiders führt. Aufgefangene und bereits innerhalb der U-Profile nach unten geführte Feststoffpartikel werden größtenteils wieder aus dem Abscheiderprofil herausgeris­ sen und mit dem Abgasstrom mitgetragen. Eine effektive Abscheidung von Feststoffen aus staubbeladenen Abgasen durch Labyrinthabscheidung ist somit nicht gegeben.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Abscheidung von staubbeladenen Abgasen, insbesondere von Verbrennungsanlagen, die mit einem Labyrinth­ abscheider ausgebildet ist, zu schaffen, deren Feststoffabscheideleistung wesentlich verbes­ sert ist.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ergeben sich die folgenden Vorteile:

• - Wesentliche Verbesserung des Feststoffabscheidewirkungsgrades von Abscheidevor­ richtungen mit Labyrinthabscheidern,
• - besonders effizient einsetzbar im Rauchgasstrom hinter Müllverbrennungsanlagen, da bei diesen im Vergleich zu anderen Verbrennungsanlagen, z. B. zu zirkulierenden Wir­ belschichtanlagen, wesentlich kleinere Kornfraktionen des Feststoffes vorliegen.

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Schnitt C-C aus Fig. 2,

Fig. 2 den schematischen Querschnitt über die halbe Breite des Labyrinthabscheiders gemäß Schnitt A-A aus Fig. 1,

Fig. 3 den schematischen Querschnitt über die andere Hälfte des Labyrinthabscheiders ge­ mäß Schnitt B-B aus Fig. 1,

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt eines einzelnen /U-Abscheideprofils des Labyrinthab­ scheiders,

Fig. 5 die simulierte Strömungsverteilung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abschei­ dung von Feststoffen gemäß Schnitt D-D aus Fig. 2,

Fig. 6 dito, gemäß Schnitt E-E aus Fig. 2.

Aus Fig. 1 ist schematisch im Längsschnitt ein Abschnitt eines horizontalen Abgaskanales 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffen aus dem staubbe­ ladenen Abgas einer Verbrennungsanlage ersichtlich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem in einem Abgaskanal 1 befindlichen Labyrinthabscheider 2, einem darunter angeordneten Trichter 3, dessen Trichteraustritt 4 in einen darunter befindlichen Trichter 5 mündet sowie einem Rückführkanal 7, der den Trichter 5 mit dem Abgaskanal 1 verbindet und in diesen in Strömungsrichtung des Abgases gesehen hinter dem Labyrinthabscheider 2 einmündet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist derart ausgebildet, daß der Gesamtdurchströmungs- Widerstand, oder mit anderen Worten, der Gesamtdruckverlust der gesamten Durchtrittsöff­ nungen 14 (in der unteren Abgaskanalwand), der Trichter 3 und 5 sowie des Rückführkanales 7 einschließlich einer ggf. angeordneten Rückhalteeinrichtung 9 mediumseitig geringer ist als der des Labyrinthabscheiders 2. Damit ist ermöglicht, daß ein Teil des den Abgaskanal 1 durchströmenden Abgases durch die Durchtrittsöffnungen 14, die Trichter 3 und 5 und durch den Rückführkanal 7 strömt und stromabwärts des Labyrinthabscheiders 2 wieder in den Ab­ gaskanal 1 gelangt. Die Strömungsrichtung des Abgasmediums im Abgaskanal 1 ist in Fig. 1 durch Pfeil gekennzeichnet.

Innerhalb des Trichters 3 steigt die Gasgeschwindigkeit zum Trichteraustritt 4, bedingt durch die konvergierende Form, hin an und die Feststoffpartikel werden beschleunigt. Nach Durch­ strömen des Austritts 4 gelangt der Abgasteilstrom in den Trichter 5, der unmittelbar nach dem Austritt 4 die mehrfache Querschnittsfläche, vorzugsweise größer als die 2,5fache, des Austrit­ tes 4 besitzt. Durch die Querschnittsverengung am Austritt 4 erfolgt eine lokale Erhöhung der Gasgeschwindigkeit, bevor das Abgas um annähernd 180° umgelenkt wird und durch den Eintritt 8 in den Rückführkanal 7 und anschließend in den Abgaskanal 1 geführt wird. Dabei erfolgt im Trichter 5 eine Umlenk- bzw. Schwerkraftabscheidung der Feststoffpartikel, bei der der überwiegende Anteil der Feststoffe abgeschieden wird. Dieser Effekt wird in vorteilhafter Weise durch die Rückhalteeinrichtung 9, die vorzugsweise auf der Ebene des Trichteraustrit­ tes 4 bzw. Eintrittes 8 an der dem Trichteraustritt 4 gegenüberliegenden Wand des Rückführ­ kanales 7 angeordnet ist, verstärkt. Durch die Rückhalteeinrichtung 9 wird der Abgasstrom gezwungen, in einem engeren Umlenkradius in den Eintritt 8 des Rückführkanales 7 zu strö­ men. Damit wird in vorteilhafter Weise die Effizienz der Umlenkabscheidung noch erhöht. Der abgeschiedene Feststoff wird durch den Trichteraustritt 6 mittels bekannter Mittel, z. B. einer Fördereinrichtung, abgeführt. Die Rückhalteeinrichtung 9 kann auch ober- oder unterhalb des Eintrittes 8 in den Rückführkanal 7 in der dem Trichteraustritt 4 gegenüberliegenden Wand des Rückführkanales 7 angeordnet sein.

Zur Erzielung der bestmöglichen Schwerkraft- bzw. Umlenkabscheidung ist ferner der Quer­ schnitt des Trichteraustrittes 4 gegenüber dem Querschnitt des Eintrittes 8 in den Rückführ­ kanal 7 ausgebildet, dessen ungeachtet ob der Eintritt 8 mit oder ohne Rückhalteeinrichtung 9 ausgebildet ist. Damit wird verhindert, daß durch eine gegenüber dem Austritt 4 erhöhte Gas­ geschwindigkeit am Eintritt 8 Feststoffpartikel in den Rückführkanal 7 mitgerissen werden.

Gemäß Fig. 1 bis 3 besteht der Labyrinthabscheider 2 aus zwei hintereinander liegenden Rei­ hen Abscheiderprofilen 10, deren Profile untereinander versetzt sind und die in vielfältiger Art bekannt sind. Anstelle von zwei Reihen können auch mehrere Reihen Abscheiderprofile 10 angeordnet werden, die sämtlich durch die mit Durchtrittsöffnungen 14 ausgebildete untere Wand des Abgaskanals 1 in den Trichter 3 hineinragen. Die Abscheiderprofile 10 sind vor­ zugsweise vertikal, d. h. senkrecht zum Abgasstrom angeordnet. Sie können jedoch auch schräg angestellt sein.

Dabei werden gemäß Fig. 1 bis 4 als Abscheiderprofile 10 bevorzugt U-Profile (U-beams) ein­ gesetzt, deren offene Profile gegen die Strömungsrichtung gerichtet sind und in weiterer be­ vorzugter Ausbildung an den Enden der Schenkel 11 mit nach innen angeordneten Schenkel­ leisten 12 gemäß Fig. 4 ausgebildet sind. Zwischen den Schenkelleisten 12 verbleibt der Ein­ trittsquerschnitt 13. Durch diese Ausbildung des Abscheiderprofiles 10 wird ein hoher Ab­ scheidegrad erzielt, da gegenüber U-Profilen ohne Schenkelleisten 12 ein engerer Umlenkra­ dius des Abgasstroms innerhalb des U-Profiles und damit eine effizientere Umlenkabschei­ dung erzielt wird. Zudem wird die Eindringtiefe des Abgasstroms in das U-Profil verringert, was ein Mitreißen von kleinen Feststoffpartikeln aus dem U-Profil weitgehend verhindert.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 4 konnten anhand von Simulati­ onsstudien der Gesamtabscheidegrad für 100-µm-Feststoff-Partikel von ca. 15% auf 100% und für 50-µm-Feststoff-Partikel von < 5% auf 35% verbessert werden.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der über die Breite des Abgaskanales 1 jeweils ein Trichter 3, ein Trichter 5 und ein Rückführkanal 7 angeordnet sind. Es können über größere Breiten des Abgaskanales 1 jedoch auch zwei oder mehrere Trichter 3, 5 sowie Rückführkanäle 7 angeordnet werden.

In vorteilhafter Weise ist der Rückführkanal 7 der Außenkontur des Trichters 3 angepaßt und liegt an diesem an. Ein von der Außenkontur des Trichters 3 unabhängiger Rückführkanal 7 kann jedoch ebenfalls gebildet sein.

Fig. 5 und 6 zeigen die Strömungsverteilung des Abgases innerhalb der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung bei durchgeführten numerischen Simulationsstudien. Aus Fig. 5 ist die Um­ lenkung und Abscheidung durch die erste Reihe des Labyrinthabscheiders 2 und anschlie­ ßend im Trichter 5 ersichtlich, aus Fig. 6 das gleiche aus der zweiten Reihe des Labyrinthab­ scheiders 2.

Bezugszeichenliste

1 Abgaskanal
2 Labyrinthabscheider
3 Trichter
4 Trichteraustritt
5 Trichter
6 Trichteraustritt
7 Rückführkanal
8 Eintritt in Rückführkanal
9 Rückhalteeinrichtung
10 Abscheiderprofil
11 Schenkel
12 Schenkelleiste
13 Eintrittsquerschnitt
14 Durchtrittsöffnung für Abscheiderprofil

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffen aus staubbeladenen Abgasen, insbeson­ dere von Verbrennungsanlagen, wobei die Feststoffe innerhalb eines Abgaskanals durch Labyrinthabscheider zum Teil aus dem Abgas abgeschieden und in mindestens einen unterhalb der Labyrinthabscheider angeordneten Trichter abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des bzw. der Trichter (3) jeweils mindestens ein mit ei­ nem Trichterauslauf (6) ausgebildeter Trichter (5) angeordnet ist, der mediumseitig durch den Trichteraustritt (4) mit dem Trichter (3) verbunden ist und der Trichter (5) mit dem Abgaskanal (1) stromabwärts der Labyrinthabscheider (2) jeweils durch mindestens ei­ nen eine Strömungsumlenkung herbeiführenden Rückführkanal (7) mediumseitig verbunden ist und wobei die gesamten Durchtritts­ öffnungen (14), die Trichter (3, 5) und der Rückführkanal (7) mediumseitig mit einem ge­ ringeren Gesamtdurchströmungs-Widerstand ausgebildet sind als der Labyrinthabschei­ der (2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführkanal (7) der Außenkontur des Trichters (3) im wesentlichen angepaßt ist und räumlich am Trichter (3) anliegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführkanal (7) an der dem Trichteraustritt (4) gegenüberliegenden Wand des Rückführkanales (7) mit einer Rückhalteeinrichtung (9) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückhalteeinrichtung (9) im wesentlichen auf der Ebene des Trichteraustrittes (4) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Trichteraustrittes (4) dem Querschnitt des Eintrittes (8) des Rückführ­ kanales (7) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Trichters (5) in Strömungsrichtung gesehen unmittelbar nach dem Austritt (4) die mehrfache Querschnittsfläche des Austrittes (4) beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Labyrinthabscheider (2) aus in Durchströmungsrichtung des Abgases gesehen minde­ stens zwei hintereinander angeordnete Reihen von zueinander versetzten Abscheider­ profilen (10) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheiderprofile (10) als U-Profile ausgebildet sind und das Profil gegen die Strömungsrichtung des Abgases hin offen ist, wobei das U-Profil an dessen Schenkel (11) jeweils mit einer nach innen angeordneten Schenkelleiste (12) derart ausgebildet ist, daß zwischen den Schenkellei­ sten (12) ein freier Eintrittsquerschnitt (13) verbleibt.