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Verfahren zur Verhinderung von Taupunktserscheinungen an Wärmeaustauschflächen bei der Abkühlung von heissen Gasen und
Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens
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Dampf nicht immer zur Verfügung steht bzw. seine Erzeugung die Errichtung einer eigenen An- lage erfordert, eine elektrische Beheizung kompliziert und unwirtschaftlich ist, eine Verbrennung von Fremdstoffen in der Frischluft entweder Schutzmassnahmen zur Verhütung des Durchschlagens von Flammen erfordert, wenn die Verbrennung unmittelbar in der Frischluft erfolgt, oder aber zusätzliche Einrichtungen notwendig macht, wenn die Verbrennungswärme mittelbar auf die Frischluft übertragen wird ;
bei einer Warmwasservorwärmung der Frischluft ist eine Steuerung der erforderlichen
Temperatur nur schwer möglich und eine Zurückführung von beim Wärmeaustausch mit den heissen Ab- gasen bereits erwärmter Luft in die Frischluft erhöht die Ventilatorleistung beträchtlich und gibt gleich- falls praktisch keine Möglichkeit für eine brauchbare Temperatureinregelung. Alle die angeführten Nach- teile gelten in gleicher Weise dann, wenn die erwähnten Massnahmen einer Zufuhr von Dampf, einer elektrischen Beheizung und einer Verbrennung von Fremdstoffen statt für eine Erhöhung der Temperatur der Frischluft, für eine Steigerung der Temperatur der Abgase angewendet werden.
Diese Nachteile sind sehr schwerwiegend und es ist auch dann, wenn sie in Kauf genommen werden, ein Auftreten von Tau- punktserscheinungen an den Wärmeaustauschflächen keineswegs mit Sicherheit zu vermeiden. Nach einem weiteren, nicht zum Stande der Technik gehörigen Vorschlag sollen bei Regenerativ-Luftvor- wärmern Regeleinrichtungen vorgesehen werden, die beim Auftreten von Kondensationserscheinungen in dem System Massnahmen zu einer Erhöhung der Temperatur an den betreffenden Stellen des Systems ein- leiten,. z. B. die Wärmeaustauschflächen selbst erhitzen ; durch derartige Massnahmen kann zwar die Ge- fahr des Auftretens von Taupunktserscheinungen herabgemindert werden, doch sind die erforderlichen Einrichtungen sehr umfangreich und kostspielig.
Bekannt ist ferner, aus einem abzukühlenden Gas Wärme mittels eines Wärmeaustauschmediums abzuführen, wobei dieses Wärmeaustauschmedium seinerseits durch ein weiteres Wärmeaustauschmedium gekühlt wird.
Zusammenfassend kann somit gesagt werden, dass alle die angeführten Verfahren, die prinzipiell für Rekuperativsysteme ebenso Geltung haben wie für Regenerativsysteme, Taupunktserscheinungennicht mit Sicherheit verhindern können bzw. verhältnismässig kompliziert sind und umfangreiche Kontrolleinrichtungen erfordern, die den apparativen Aufwand beträchtlich erhöhen.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein einfaches und sicheres Verfahren zur Verhinderung von Taupunktserscheinungen an Wärmeaustauschflächen bei der Abkühlung von heissen Gasen, insbesondere Abgasen, mit einem Gehalt an Staub, und gegebenenfalls andern feinstverteilten Begleitstoffen, wie Nebel oder Rauch zu schaffen, wobei die Gase mit Hilfe eines Wärmeaustauschmediums, das Wärme aus den heissen Gasen abführt und seinerseits durch ein weiteres Wärmeaustauschmedium gekühlt wird, abgekühlt werden und wobei die Temperatur des ersten Wärmeaustauschmediums vor dem Kontakt mit den Wärmeaustauschflächen während des ganzen Prozesses und insbesondere der Anfahrperiode derart geregelt wird, dass es auf einer solchen in der Nähe des Taupunktes des abzukühlenden Gases bzw. Abgases liegenden Temperatur gehalten wird, dass sich die mit dem Gas bzw.
Abgas in Berührung stehenden Wände immer auf einer über dem Taupunkt des Gases bzw. Abgases gelegenen Temperatur befinden. Erfindungsgemäss wird hiebei das erste Wärmeaustauschmedium, vorzugsweise Luft, in einem geschlossenen Kreislauf geführt.
Die als Wärmeaustauschmedium vorzugsweise verwendete Luft wird in Hinblick auf ihre Führung im Kreislauf im folgenden als Umluft bezeichnet. Als ein anderes geeignetes Wärmeaustauschmedium kann Wasser genannt werden.
Dadurch, dass beim Verfahren gemäss der Erfindung das Wärmeaustauschmedium in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird, also unverändert ständig das gleiche Medium in gleicher Menge belassen wird und nur von Zeit zu Zeit im Bedarfsfall eine Ergänzung oder gegebenenfalls eine Verminderung desselben erfolgt, ist lediglich eine einmalige Reinigung des Mediums, nämlich vor dem Einbringen in das System, erforderlich. Auf Grund der gleichbleibenden Zusammensetzung des Wärmeaustauschmediums ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass immer mit den gleichen physikalischen Daten gerechnet werden kann.
Die Erfindung hat nicht nur vom Gesichtspunkt der Sicherung eines guten Wärmeaustausches und eines klaglosen Betriebes des-verwendeten Wärmeaustauschsystems Bedeutung, sondern ist auch deshalb - und dies ganz besonders-von Interesse, weil es dadurch möglich ist, die Temperatur von in der Technik anfallenden wichtigen Abgasen, die eine weitere Behandlung erfordern, unter Vermeidung von Taupunktserscheinungen auf einen für diese Behandlung optimal geeigneten Wert herabzusetzen.
Es kann in diesem Zusammenhang beispielsweise erwähnt werden, dass die beim Brennen von Magnesit in Drehrohröfen anfallenden Abgase, die einen beträchtlichen Gehalt an Flugstaub aufweisen und je nach der Länge des
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Ofens eine Temperatur von etwa 300 bis 4500C und im Falle von Drehöfen mit Lepolrost von etwa 180 C haben, aus wirtschaftlichen Gründen bei tieferen Temperaturen entstaubt werden müssen ; bei allen bisher angewendeten Verfahren zur Entstaubung ergeben sich jedoch Schwierigkeiten.
Bei Verwendung der üblichen Wärmeaustauscher von Multizyklonsystem, bei denen eine Kühlung mit Hilfe von Luft erfolgt, treten bereits beim Erreichen von Abgastemperaturen von etwa 1400C Taupunktserscheinungen auf, die nicht zu verhindern sind und einerseits dieleistung deswärmeaustauschersherabsetzen und anderseits die Wirksamkeit eines mechanischen Entstaubungsfilters in hohem Masse vermindern. Im Falle von Kühltürmen als Wärmeaustauscher können zwar an sich niedrigere Abgastemperaturen von über etwa 1000C erreicht werden, doch sind solche Anlagen äusserst unwirtschaftlich. Auf eine Temperatur von unter 1000C kann man aber in Kühltürmen nicht kommen und Abgase, die beim Brennen von Magnesit im Drehofen anfallen, oder sonstige stark staubhaltige Gase können in Kühltürmen überhaupt nicht abgekühlt werden, da ein zu starkes Anbacken erfolgt.
Gerade Abgastemperaturen von unter 1000C sind aber aus dem Grunde von Bedeutung, weil, wie Messungen gezeigt haben, die für gewisse Staubarten und insbesondere Magnesitstaub wirksamste Art der Entstaubung, nämlich die Elektroentstaubung, die besten Ergebnisse bei Temperaturen unter 1000C zeitigt.
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welchem zum Zwecke einer allenfalls nötigen Ergänzung des Wärmeaustauschmediums durch eine Leitung 19 mit einem Unterdruckventil 20 Kaltluft 17 zugeführt werden kann. Der Mischer 18 und das Unterdruckventil 20 dienen gleichfalls zur Regelung der Eintrittstemperatur te der Luft in den Wärmeaustauscher 6.
Der Wärmeaustauscher 6 kann aus verschiedenen Kammern bestehen, in denen die Luft abgestufte Temperaturen aufweist ; und die Abgase durchströmen diese Kammern dann der Reihe nach, so dass ihre Temperatur ohne Unterschreitung des Taupunktes stufenweise absinkt.
Bei Verwendung dieses Kreislaufsystems ist es dadurch, dass das gesamte System in Abhängigkeit vom
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erzielen, ohne die Temperaturen der Wandung des Wärmeaustauschers unter die Taupunktsgrenze zu bringen. Dadurch kann jedes Abgas mit grösster Wirtschaftlichkeit ausgenutzt werden, u. zw. nicht nur hinsichtlich seines Wärmeinhaltes, sondern auch hinsichtlich seiner sonstigen Eigenschaften, indem beispielsweise bei den in der Magnesitindustrie anfallenden Abgasen deren Wärmeenergie gewonnen werden kann und zudem bei einer Elektroentstaubung sehr hohe Entstaubungsgrade erreicht werden können.
Als Beispiel aus der Praxis kann die Behandlung eines beim Brennen von Magnesit im Lepolofen anfallenden Abgases mit einem Gehalt von 20 bis 25% C021 einem Taupunkt von 30 C, einer Temperatur von 160 C und einem Staubgehalt von 30 g/nm'erwähnt werden. Dieses Gas wurde in einer Menge von etwa 50000 nm3/h durch einen Wärmeaustauscher gemäss der Erfindung durchgesetzt, dessen Luft eine Eintrittstemperatur von 300C aufwies.
Nach dem Durchlaufen des Wärmeaustauschers hatte das Abgas eine Temperatur von 90 C, die-Luft eine Temperatur von 650C. Das abgekühlte Abgas konnte ohne jede weitere Behandlung in einem Elektrofilter mit ausgezeichnetem Erfolg bis auf einen Staubgehalt von 0, 1 g/nm3 entstaubt werden, wobei seine Austrittstemperatur aus dem Filter 700C betrug.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verhinderung von Taupunkterscheinungen an Wärmeaustauschflächen bei der Abkühlung von heissen Gasen, insbesondere Abgasen, mit einem Gehalt an Staub und gegebenenfalls andern feinstverteilten Begleitstoffen, wie Nebel oder Rauch, mittels eines Wärmeaustauschmediums, das Wärme aus den heissen Gasen abführt und seinerseits durch ein weiteres Wärmeaustauschmedium gekühlt wird, wobei die Temperatur des ersten Wärmeaustauschmediums vor dem Kontakt mit den Wärmeaustauschflächen während des ganzen Prozesses und insbesondere in der Anfahrperiode derart geregelt wird, dass es auf einer solchen in der Nähe des Taupunktes des abzukühlenden Gases bzw. Abgases liegenden Temperatur gehalten wird, dass sich die mit dem Gas bzw.
Abgas in Berührung stehenden Wände der Wärmeaustauschflächen immer auf einer über dem Taupunkt des Gases bzw. Abgases gelegenen Temperatur befinden, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wärmeaustauschmedium, vorzugsweise Luft (3), in einem geschlossenen Kreislauf (4) geführt wird.