DD212575A5

DD212575A5 - Verfahren zur kuehlung eines heissen teilchenfuehrenden verfahrensstromes

Info

Publication number: DD212575A5
Application number: DD82240833A
Authority: DD
Inventors: Allan C Morgan
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1982-06-17
Publication date: 1984-08-15
Also published as: KR840000259A; SE8203768L; IE53299B1; CS276402B6; IE821452L; PL236994A1; DD239343A5; ES513258A0; AR228776A1; ES524480A0; PH24916A; ES8501243A1; SE457058B; AU556481B2; DK274382A; JPH0125513B2; FR2508155A1; NL8202333A; CA1198364A; ES8400036A1

Abstract

Ein heisser, teilchenfuehrender Verfahrensstrom wird vor dessen Tuchfiltration vermittels Hindurchleiten durch eine venturirohrfoermige Leitung gekuehlt, wobei diese Leitung dergestalt ausgelegt ist, dass der Strom auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,25 beschleunigt wird. Vermittels einer Vorrichtung wird eine Vielzahl von Fluessigwasserstrahlen innerhalb der Halsregion der venturirohrfoermigen Leitung in Querrichtung in den Verfahrensstrom eingespritzt, wobei die Gesamt-Durchflussmenge des so eingefuehrten Wassers ausreicht, um den Verfahrensstrom auf die erwuenschte Temperatur zu kuehlen.

Description

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Verfahren zur Kühlung eines heißen teilchenführenden Verfahrensströme s.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Kühlung von teilchenführenden Verfahrensströ'men, speziell besieht sie sich auf ein integriertes Verfahren,»

Charakteristik'der bekannten technischen Lösungen

In vielen industriellen Prozessen werden Produkte oder Nebenprodukte in suspendierter Teilchenform erzeugt, d* h, in Gestalt einer aus festen teilchenförmigen Material bestehenden Komponente, die in einer heißen Gasstrom-Komponente mitgeführt wird# Ss werden beispielsweise Ofenruße durch thermische Zersetzung und/oder teilweise Verbrennung kohlenwasserstoff reicher Einsatzinassen hergestellt und dabei normalerweise anfangs in Gestalt eines Aerosols oder einer Suspension des teilchenförmigen Rußproduktes in heißen Hebenprodukt-Ofengasen erzeugt· Der Fuß-Verfahrensstrom wird im Rußbildungsreaktor zwecks Beendigung der rußbildenden Reaktion abgelöscht, sodann gekühlt, um anschließend zwecks Sammlung des Rußproduktes einer Tuchfiltration unterzogen zu werden» Einige andere Beispiele für industrielle Verfahren in denen ein heißer teilchenführender Verfahrensstrom gekühlt wird, um dann einer Tuchfiltration unterzogen zu werden, in denen die vorliegende Erfindung also mit guter Wirkung angewendet werden kann, sind die Behandlung der Kesselfeuerungsabgase von Kohlekraft werken vor dem Abfiltrieren der in ihnen enthaltenen Teilchenlasten, das Kühlen von trockenen

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ZementkalziriieiTmgs-Verfahrensströmen, das Kühlen von gebranntes Erz- oder Gesteinsmehl enthaltenden Strömen und dergleichen*

Wenn der teilchenführende Terfahrensstrom einer Tuchfilteranlage zugeführt werden soll, ist es wichtig, daß der hineingeleitete teilchenführende Verfahrensstrom eine Temperatur aufweist, die den Tuchfilterelementen nicht schadet« Andererseits ist es ebenso wichtig, daß die Temperatur des in die !Filteranlage eingeleiteten Verfahrensstromes hoch genug ist, um die Atmosphäre innerhalb der Anlage oberhalb des Taupunktes der gasförmigen Komponente des Verfahrensstromes zu halten und so einer Kondensation kondensierbarer Stroinbestandteile entgegenzuwirken* Das Zulassen zu hoher Temperaturen führt·verständlicherweise zu starker Verkürzung der Lebensdauer der Pilterelemente; das Unterschreiten des geeigneten Temperaturbereiches kann dagegen zur Ansammlung von verschnittenem und/oder angefeuchtetem teilchenfö'rmigem Produkt und zum Zusetzen der Tuchfilterelemente führen» Im Falle von Ofenrujß beeinträchtigt die Ansammlung von feuchtem Huß in der Tuchfilteranlage nicht nur die Wirksamkeit des Sammlungsvorganges, sie kann darüber hinaus auch die Wirksamkeit und Qualität der stromab durchzuführenden Abschlußarbeiten, wie etwa des Pelletierens, des Kompaktierens oder der chemischen nachbehandlung des gesammelten Bußes und damit auch die Qualität und Gleichmäßigkeit des entstehenden finalen Rußpro-duktes verschlechtern.

Wenngleich es möglich ist, einen heißen teilchenführenden Verfahrensstrom mittels indirekter Wärmeaustauscher in dem vorgenannten Temperaturbereich au halten, erhebt sich hier das Problem der wirkungsvollen und wirtschaftlichen Betriebs-

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weise derartiger .Wärmeaustauscher« Normalerweise liegen die anzustrebenden !Temperaturen für einen teilchenführenden Verfahrens st rom, der durch Tuchfiltrierung behandelt v/erden soll, im Bereich zwischen etwa 149 ⁰C und etwa 371 ⁰C. Gewöhnlich ist ein indirekter Wärmeaustausch nur dann ein wirtschaftlicher Weg des Wärmeentzuges, wenn der zu erreichende Wärmeabfall verhältnismäßig groß ist, beispielsweise im Bereich von 300 ⁰C und darüber und wenn der zu kühlende heiße Verfahrensstrom eine Temperatur von deutlich über etwa 538 ⁰C aufweist· Um beispielsweise einen 538 ⁰C heißen teilchenführenden Verfahrensstrom mit einem indirekten Wärmeaustauscher auf etwa 260 ⁰C zu kühlen, bedarf es einer umfangreichen und kostspieligen Ausrüstung, wobei die Verfahrenskosten gewöhnlich auch dann nicht zu rechtfertigen sind, wenn eine vollständige Rückgewinnung der entzogenen Wärmeenergie unterstellt wird* Hinzu kommt, daß Vorrichtungen für den indirekten Wärmeaustausch gewöhnlich für das Arbeiten unter verhältnismäßig statischen Verfahrensbedingungem ausgelegt sind und daher eine hinlänglich genaue Steuerung in bezug auf sich 'verändernde Verfahrensbedingungen im allgemeinen nicht möglich ist. In Anbetracht der vorgenannten Mangel besteht die herkömmliche Praxis beim Fahren chemischer Anlagen somit darin, zunächst so viel Wärme durch indirekten Wärmeaustausch aus dem heißen Verfahrensstrom zu entziehen und zurückzugewinnen, als dies ökonomisch sinnvoll erscheint, um daran anschließend den Verfahrensstrom durch Eingabe von zerstäubtem Wasser weiter auf die geeigneten Tuchfiltrationstemperaturen abzulöschen,.

Dieses Ablöschen des Verfahrensstromes auf passende Tuchfiltrationstemperatüren erfolgt normalerweise durch Druck- oder Doppelfluß-Zerstäubung des flüssigen Wassers in den Verfah-

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rensstrom hinein an irgendeinem Punkt des Systems, der verhältnismäßig weit stromauf vom Einlauf des gekühlten Stromes in die Tuchfilteranlage gelegen ist* Das Zerstäuben erfolgt im Gegensatz zum Sprühen, um sehr kleine Tröpfchen zu erzeugen, die schneller verdampfen als die relativ größeren Tröpfchen, die durch die üblichen Sprühtechniken erzeugt werden können* Die zwischen dem Punkt der Kühlwasserzerstäubung in den Verfahrensstrom sowie der Filteranlage liegende Leitung ist so lang, daß eine hinreichend lange Zeitspanne für die vollständige Verdampfung des zerstäubten flüssigen Wassers vor dem Eintritt des gekühlten Yerfahrensstromes in die Tuchfilteranlage entsteht. Es ist offensichtlich, daß ein nicht vollständiges Verdampfen des Plüssigwassers im Verfahrensstrom zu ähnlichen Schwierigkeiten führen kann, wie die bereits diskutierte Kondensation des gasförmigen Terfahrensstromanteiles innerhalb der Tuchfilteranlage·

Die Gründe für eine verhältnismäßig lange Verweilzeit nach dem Zerstäuben des flüssigen Kühlwassers in den Verfahrensstrom sind nach Kenntnis des Anmelders die, daß in der industriellen Verfahrenstechnik gegenwärtig weder Doppelflußnoch Druckzerstäubungstechniken verfügbar sind, die. die Bildung sehr kleiner Tröpfchen über einen hinlänglich breiten Bereich von Verfahrensbedingungen gestatten und damit die rasche und vollständige Verdampfung dieser Tröpfchen innerhalb des Yerfahrensstromes garantieren· Bei der Druckzerstäubung wird Wasser durch eine Düse mit verjüngter Öffnung gepreßt, wobei die Wirksamkeit der Zerteilung des eingespeisten Wassers in Tröpfchen wie auch die Größe der auf diese Weise gebildeten Tröpfchen weitgehend von der Öffnungsweite der Zerstäuberdüse und dem Wirkdruck im Öffnungs-

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querschnitt abhängen« Andererseits ist die Durahflußmenge von Wasser durch eine Öffnung mit gegebenen Abmessungen eine Punktion des Wirkdruckes: je größer der Wirkdruck, desto höher ist die Durchflußmenge* Selbst eine geringfügige Veränderung eines der genannten Parameter hat einen starken Einfluß auf die Gleichförmigkeit und Größe der gebildeten Tröpfchen* Pur die meisten großtechnischen Chemieanlagen kann die Öffnungsweite einer gegebenen Druckzerstäuberdüse als ein invarianter Parameter angesehen werden« Dies ist normalerweise jedoch hinsichtlich der Durchflußmengen und Wirkdrücke nicht der Pail. Beim Fahren von großtechnischen Anlagen sind der Wasserleitungsdruck und die Durchflußmenge wie auch die Temperatur und Durchflußmenge des abzulöschenden Verfahrensströmes normalerweise beträchtlichen Änderungen ausgesetzt· Wird die Temperatur und/oder Durchflußmenge •des heißen Terfahrensstromes etwa infolge einer Veränderung der Heaktorbedingungen zwecks Änderung von Produkteigen- · schäften variiert, dann ist es gewöhnlich auch erforderlich, die Durchflußmenge des Ablöschwassers zu verändern, welches zwecks Erreichung der gewünschten Zieltemperatur bezüglich der Tuchfiltrationsbehandlung des Verfahrensstromes diesem durch Zerstäuben zugeführt wird* Somit kann es spontan oder konstruktiv bedingt zu erheblichen Variationen dea Wasserdruckes an den Zerstäuberdüsen kommen, was. zu Phasen beim Fahren des Prozesses führen kann, in denen die Druckzerstäubungsdüsen nicht bis zu ihren konstruktiv vorgegebenen Wirkdrücken und Durchflußmengen gefahren werden bzw* gefahren werden können* Unter derartigen Bedingungen können.die durch Druckzerstäubungstechniken erzeugten Tröpfchen stark vergrößert sowie die Tropfchengleichinäßigkeit verringert werden, wodurch beträchtlich verlängerte Verweilzeiten innerhalb des abgelöschten Verfahrensstromes erforderlich

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werden, wenn gesichert v/erden soll, daß das darin befindliche Wasser vollständig verdampft· Doppelfluß-Zerstäuberdüsen verwenden Treibgas zur Zerlegung eines Wasserstromes in sehr kleine Tröpfchen innerhalb der Düse sowie zur Übertragung der vom Treibgas mitgerissenen Tröpfchen in den Verfahrens-Gasstrom· Um effektiv zu arbeiten, verwenden derartige Doppelflußdüsen im allgemeinen relativ große Durchflußmengen des Treibgases, wobei dieses Gas nicht unbedingt für das Verfahren erforderlich ist und eine zusätzliche Gaslast im Verfahrensstrom darstellt, die durch die stromab gelegene Tuchfilteranlage verarbeitet werden muß·

Um die Verweilzeit des druck- oder doppelflußzerstäubten Ablöschwassers im Verfahrensstrom su maximieren, ist normalerweise, wie erwähnt, zwischen dem Punkt des Zerstäubens von Ablöschwasser in den Verfahrensstrom sowie der Tuchfiltrationsanlage ein großvolumiges Leitungsstück oder ein sog· "Dampfkamin" eingebaut. Bei verhältnismäßig großen Tröpfchengrößen des zerstäubten Ablöschwassers kann dessen Verdampfungsgeschwindigkeit innerhalb des durch den Dampfkamin fließenden Verfahrensstromes stark vermindert werden* Bei der Ofenrußaufbereitung können derartige verminderte Verdampfungsgeschwindigkeiten in verstärktem Maße dazu führen, daß sich die teilchenförmige Komponente des Verfahrensstromes innerhalb des Dampfkamins befeuchtet und agglomeriert und daß es zur Ansammlung eines Rußproduktes mit erheblichen Anteilen darin befindlicher harter und grober Agglomerate kommt« Darüber hinaus muß die Dampfkamin-Leitung in Anbetracht der Tatsache, daß der Verfahrensstrom häufig hoch korrosiv sein kann, in vielen Fällen aus hoch korrosionsfesten Legierungen hergestellt werden* Nichtsdestoweniger hat indes bislang die Notwendigkeit der Vermeidung

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des Vorhandenseins von !Flüssigkeiten innerhalb der Tuchfiltervorrichtung den hohen Kostenaufwand aufgewogen, der durch den Einbau und den Betrieb eines vorgeschalteten großvolumigen, aus korrosionsfester legierung bestehenden Dampfkamins sowie durch die Gefahr des darin zustandekommenden vorerwähnten Phänomens der Agglomeration der teilchenförmigen Komponente aufgetreten sind* Bisher hat die Industrie diese Nachteile im Interesse der Sicherung einer vollständigen Verdampfung des über einen breiten Bereich von Verfahrensbedingungen hinweg in den Verfahrensstrom eingespeisten Ablöschwassers widerwillig hingenommen«

Ziel der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, viele der vorerwähnten Schwierigkeiten entweder vollständig aufzuheben oder aber zumindest wesentlich zu verringern*

Darlegung des Wesens der Erfindung;

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines neuartigen Verfahrens zur Kühlung eines heißen, teilchenführenden Gasstromes,, i

Erfindungsgemäß ist zur lösung der Aufgabe das Verfahren zur Kühlung eines heißen, teilchenführenden Gasstromes während der Vorbereitung zum Sammeln der darin befindlichen teilchenförmigen Komponente, bestehend aus dem Zerstäuben von Flüssigwasser in den genannten Strom in einer solchen Menge, daß dem genannten Strom durch Verdampfen des in ihn

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hinein zerstäubten Flüssigwassers Wärme entzogen und der Strom auf eine oberhalb seines Taupunktes liegende Temperatur gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße, teilchenführende Gasstrom durch eine relativ kompakte venturirohrförmige leitung hindurchgeleitet wird, wobei diese leitung aus einem stromauf gelegenen, sich verengenden Teil, einem stromab gelegenen, sich b'ffenden Teil und einer dazwischenliegenden Halsregion besteht· Der Yerfahrensstrom wird in der genannten Halsregion auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,25 beschleunigt und dem Strom ebenfalls in der genannten Halsregion das zu zerstäubende Kühlwasser im wesentlichen im Querrichtung in Gestalt einer Vielzahl von Strahlen zugesetzt·

Es kann auch von Vorteil sein, daß der heiße, teilchenführende Verfahrensstrom in der Halsregion auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,4 beschleunigt wird«

Das genannte Flüssigwasser wird vorteilhaft in Querrichtung sowie auswärts gerichtet aus einem zentral angeordneten Bauteil innerhalb der Halsregion in den Verfahrensstrom eingeführt, wobei das genannte Bauteil eine Vielzahl von radial ausgerichteten unverjungten Öffnungen aufweist·

Zweckmäßig ist die Geschwindigkeit des aus dem Bauteil eingeführten Wassers groß genug, um jeden der in den Verfahrensstrom abgegebenen Flüssigwasserstrahlen zumindest über eine kleine Strecke über die Oberfläche des Bauteils hinaus in den Strom treten zu lassen, bevor es zu seiner eigentlichen Zertrennung und Zerlegung kommt*

Der genannte stromab gelegene, sich öffende Abschnitt des

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Venturirohrs schließt einen Winkel im Bereich, von etwa 6 Ms etwa 14° ein*

Es kann vorteilhaft sein, daß zumindest der stromab gelegene und sich öffnende Abschnitt der venturirohrförmigen Leitung thermisch isoliert ist.

Ee ist zweckmäßig, wenn der Pluß des genannten heißen, teilchenführenden Verfahrensstromes unmittelbar vor seinem Einführen in den sich verjüngenden, stromauf gelegenen Abschnitt der venturirohrförmigen Leitung einer Ausrichtung unterzogen wird, um darin befindliche Wirbelströmungen und Turbulenzen au reduzieren»

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des Verfahrens, wenn es sich bei dem heißen, teilchenführenden Gasstrom um einen Ofenruß-Verfahrensstrom handelt·

Auaführun^sbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben« In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Pig· 1: im Fließschema in den durchgezogenen Linien einen in eine typische Ofenruß-Aufbereitungslinie integrierten erfindungsgemäßen Kühlapparat, während in den gestrichelten Linien eine maßstäblich vergleichbare herkömmliche Kühlanlage nach dem bisherigen Stand der Technik aufgezeichnet ist,

Pig· 2: einen schematischen Längsschnitt der in Pig· 1 gezeigten erfindungsgemäßen Kühlanlage,

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Pig· 3: einen schematischen Längsschnitt eines Seiles der in Pig. 2 gezeigten Kühlanlage*

Pig« 1 zeigt eine herkömmliche OfenruS-Terfahrenslinie, bestehend aus den Hauptbauteilen 1; 9; 14 und 15· Sine kohlenwasserst of frei ehe Sintragmasse, Yerbrennungsöl und ein gasförmiges Oxydationsmittel (gewöhnlich Luft) werden in einen Rußreaktor 1 geleitet· In diesem Reaktor wird im Brennraum das entstehende Gemisch gezündet, und das brennende Reaktionsgemisch wird in die feuerfest ausgekleidete Reaktionskammer 5 geleitet, in der die rußbildenden Bedingungen aufrechterhalten werden* Herkömmlicherweise wird die Temperatur innerhalb der Reaktionskammer 5 zwischen etwa 1315 ⁰C und etwa 1760 ⁰C gehalten, wobei der genaue Temperaturwert primär von den erwünschten Eigenschaften des Rußproduktes bestimmt wird* Die Steuerung der Temperatur innerhalb der Reaktionskammer 5 erfolgt gewöhnlich durch entsprechende Proportionierung des dem Reaktor 1 augeführten Oxydationsmittels, Brennstoffes und lintragstoffes. Das Beenden der rußbildenden Reaktion wird durch ein sogenanntes "primäres Ablöschen" eingeleitet, wobei Wasser durch die Düse β in dem Moment in das Reaktionsgemisch eingesprüht wird, da es durch den stromab gelegenen Teil der Reaktionskammer 5 hindurchtritt· Die Menge des in die Reaktionsmischung eingesprühten AbIöschwassers wird derart bemessen, daß die Temperatur des Verfahrensströmes rasch auf etwa 1204 ⁰C oder darunter verringert wird* Da an diesem Punkt die im Reaktionsgemisch vorhandene thermische Energie verhältnismäßig hoch ist, erfolgt eine schnelle Verdampfung des primären Ablöschwassers, das Betreiben der Ablöschdüse 6 ist normalerweise nicht kritisch*

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Der resultierende Yerfahrensstrom, bestehend aus in 7erfahrens-Ofengas suspendiertem Ruß, wird dann vom Reaktor 1 einem indirekten Wärmeaustauscher 9 zugeführt, in welchem der genannte Verfahrensstrom weiter abgekühlt wird, gewöhnlich auf eine Temperatur zwischen etwa 426 ⁰C und 648 ⁰C* Der indirekte Wärmeaustauscher 9 wird in herkömmlicher Weise durch das im Eußbildungsprozeß verwendete Verbrennungs-Qxydationsmittel gekühlt, wobei er selbiges vor der Einleitung in den Reaktor 1 vorwärmt und dabei eine beträchtliche Menge an Wärmeenergie wiederverwertet, die sonst als Abwärme verlorengegangen wäre· Auf diese Weise wird die thermische Effizienz des Gesamtverfahrens verbessert«

Wenn dieser Verfahrensstrom einer Tuchfiltervorrichtung 15 zugeführt werden soll, ist es zunächst erforderlich, den aus dem indirekten Wärmeaustauscher 9 austretenden und mit gewöhnlich etwa 149 bis 371 ⁰C noch immer verhältnismäßig heißen Verfahrensstrom weiter abzukühlen, wobei die genaue Zieltemperatur weitgehend unter Berücksichtigung des Taupunktes der gasförmigen Verfahrenskomponente sowie der thermischen Stabilität der in der Tuchfilteranlage 15 jeweils verwendeten Tuchfilterelemente festzulegen ist»

Herkömmlicherweise erfolgt dieses zusätzliche Kühlen oder "sekundäre Ablöschen" des Ofenruß—Verfahrensstromes vor seiner Tuchfiltration, indem der teilweise gekühlte Yerfahrensstrom vom indirekten Wärmeaustauscher 9 durch eine vertikale, lange und großvolumige Leitung 14, genannt Dampfkamin, geleitet wird, wobei gleichzeitig Wasser in dessen stromauf gelegenen Endteil hineingestäubt wird« Der Dampfkamin 14 besitzt im typischen Pail eine Länge von etwa 30 m und einen Durchmesser von etwa 1,5 m und ist gewöhnlich aus einer teuren korrosionsfesten Legierung hergestellt· Am stromauf ge-

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legenen Bndteil des Dampfkamins 14 sind eine oder mehrere Druckzerstäuber- oder Doppelflußzerstäuberdüsen 16 angeordnet, durch die das Ablöschwasser in einer Menge in den 7erfahrensstrom hinein gestäubt wird, welche ausreicht, den Verfahrensstrom auf die festgelegte Zieltemperatur abzukühlen« Der stromab von den Düsen 16 angeordnete verlängerte Teil des Dampfkamins 14 dient vornehmlich der Gewährleistung einer ausreichenden Verweilzeit des darin befindlichen abgelöschten Verfahrensstromes, um die Verdampfung des zerstäubten Ablöschwassers vor Eintreten des Verfahrensstromes in die Tuchfiltervorrichtung 15 zu gewährleisten* Sind die Tröpfchen des zerstäubten Wassers verhältnismäßig groß, etwa im Bereich von 300 ζ 10** m oder darüber, wird deren Verdampfungsgeschwindigkeit im Verfahrensstrom verhältnismäßig niedrig sein, wodurch eine wesentliche Gelegenheit zu massivem Kontakt der suspendierten teilchenförmigen Komponente Ruß mit flüssigem Wasser während der Hindurchleitung des Verfahrensstromes durch den Dampfkamin 14 geschaffen wird# Sollte es zu einem solchen Befeuchten der Rußteilchen kommen, dann kann es - wie bereits erwähnt - zum Kollidieren der befeuchteten Partikel unter Bildung von groben Agglomeraten kommen· Darüber hinaus können sich die befeuchteten Rußteilchen an der 7/andung des Dampfkamins 14 absetzen und damit ein Zusetzen des Rohres bzw· ein Anbacken von Ruß am Rohr verursachen*

Gemäß der vorliegenden Erfindung und unter Bezug auf den durchgezogenen gezeichneten Teil der Pig. 1 bzw· unter Bezug auf Mg« 2 und 3 wird der den indirekten Wärmeaustauscher verlassende verhältnismäßig heiße, teilchenführende Verfahrensstrom durch eine venturirohrförmige Leitung 20 geführt, deren geometrische Anordnung und Gestaltung so ausgelegt

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sind, den genannten Strom innerhalb ihrer Halsregion 24 auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,25 zu beschleunigen* Mit der "Mach-Zahl^M ist der dimensionalοse numerische Quotient der tatsächlichen Geschwindigkeit des Verfahrensstromes geteilt durch die lokale Schallgeschwindigkeit innerhalb des genannten Stromes gemeint* Somit ist die Mach-Zahl des Verfahrensstromes sowohl temperatur- als auch, zusamniensetzungsabhängig; sie kann leicht für jeden gegebenen Pail von Verfahrensumständen ermittelt werden, indem die Temperatur und Zusammensetzung des jeweiligen Verfahrensstromes in die Gesamtbetrachtung einbezogen werden.

Wünschenswerter Weise werden Größe und geometrische Anordnung der venturirohrförmigen Leitung 20 so ausgewählt, daß der Verfahrensstrom innerhalb der Halsregion 24 auf eine Mach-Zahl von mindestens 0,4.beschleunigt wird*

Die venturirohrförmige Leitung 20 umfaßt einen sich verhältnismäßig rasch verjüngenden, stromauf gelegenen Abschnitt 22, einen Halsteil 24 und einen sich verhältnismäßig allmählich aufweitenden, stromab gelegenen Abschnitt 26, In der abgebildeten speziellen erfindungsgemäßen Ausführung ist eine Ver-' sorgungsleitung 25 zentral entlang der Längsmittellinie der Halsregion 24.angebracht, welche in einer Endkappe 27 ausläuft· Die Versorgungsleitung 25 wird in ihrer mittigen Stellung durch eine Strebe 28 gehalten, welche aus der Wandung des sich verjüngenden Abschnittes 22 der venturirohrförmigen Leitung 20 herausragt« Die Endkappe 27 enthält eine Vielzahl nicht eingeengter Öffnungen 29, welche im Verhältnis zur Längsmittellinie der venturirohrförmigen Leitung 20 radial ausgerichtet sind und durch welche das flüssige Ablöschwasser im wesentlichen quer in den die Halsregion 24 durchfließenden Ve rf ahrens strom eingeführt wird* Die Steuerung der Ablösc.h-

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wassermenge kann durch die Kombination des Wasserzulaufν entils 50 und der Steuervorrichtung 51 erfolgen* Die Steuervorrichtung 51 empfängt die Verfahrensstrom-Temperaturwerte vom Auslauf-Temperaturmeßfühler T , integriert die genannten Daten im Hinblick auf eine vorgewählte Ziel- oder Solltemperatur und reagiert durch das für die Erlangung der Sollwerttemperatur des abgelöschten Verfährensstromes erforderliche Einstellen des Wasserzufuhrventils 50. Da die vorliegende Erfindung primär von der kinetischen Energie des beschleunigten Yerfährensstromes abhängt, das Ablöschwasser in sehr kleine Tröpfchen zu zerlegen, und diese Tröpfchen innerhalb des genannten Stromes zu dispergieren, so ist/sind der/die Durchmesser der unverjüngten öffnungen 29 wie auch der Druck (oder die Durchflußmenge) des durchzusetzenden Ablöschwassers in hohem Maße variierbar und in bezug auf die Schaffung sehr kleiner, gleichmäßiger und rasch verdampfbarer Tröpfchen innerhalb des Verfahrensstromes normalerweise nicht von kritischem Charakter* Dieses nutzbringende Merkmal der vorliegenden Erfindung stellt eine deutliche Abweichung von den Schwierigkeiten dar, die den Einsatz von Druck- oder Doppelfloßzerstäuberdüsen in bisherigen Verfahrenslösungen normalerweise begleiten* Wünschenswerter Weise werden Anzahl und Durchmesser der Öffnungen 29 derart ausgewählt, daß im beabsichtigten Bereich der in das jeweilige Verfahren einbezogenen Ablöschwasser-Durchflußmengen an jeder der genannten Öffnungen 29 ein hinreichend hoher Druck entwickelt wird, um den entstehenden Ablöschwasserstrom dergestalt in den Verfahrensstrom zu richten, daß zumindest eine geringfügige Strahlstrecke von der Oberfläche der Endkappe 27 an erhalten bleibt, bevor der genannte Ablöschwasserstrom im wesentlichen zerlegt und zerkleinert wird*

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Der eingeschlossene Öffnungswinkel des sich öffnenden Abschnittes 26 der venturirohrförmigen Leitung 20 ist im allgemeinen nicht kritisch* Trotzdem wird ein Öffnungswinkel im Bereich von etwa 6 bis etwa 14 - besser noch im Bereich von etwa 7° bis etwa 10° - bevorzugt« Bei diesen bevorzugten Grenzen wirkt der sich.öffnende Abschnitt 26 generell als Verteiler, wodurch der über die Leitung 20 hinweg für eine gegebene Beschleunigung des Yerfahrensstromes erzeugte Druckabfall minimiert wird und es gleichzeitig zu einer Verlängerung jener Strecke kommt, über welche der genannte Verfahrensstrom seine hohe Geschwindigkeit beibehält. In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird zumindest der.sich öffnende Abschnitt 26 der venturirohrförmigen Leitung 20 thermisch isoliert, zum Beispiel durch Anbringen der Rohrisolierung 30* Diese Isolierung 30 dient der Verringerung thermischer, ein Absetzen fördernder Kräfte des heißen Verfahrensstromes, welche ande-rafalls dazu neigen könnten, zumindest eine gewisse Ablagerung der teilchenförmigen Komponente des Verfahrensstromes an den unmittelbar stromab der Halsregion 24 liegenden Oberflächen hervorzurufen»

In einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das stromauf gelegene Ende des sich verengenden Abschnittes 22 der venturirohrförmigen Leitung 20 durch ein kurzes Stück einer Leitung 18 ergänzt, welche mit Hilfsmitteln 19 zur Ausrichtung der Fließbewegung bestückt ist. Da3 Vorschalten derartiger, das Fließen ausrichtender Mittel unmittelbar vor der venturirohrförmigen Leitung 20 minimiert das Auftreten von Turbulenzen und Wirbelströmen innerhalb des Verfahrensstromes bei dessen Eintreten in die Leitung. 20, wodurch die effektive Beschleunigung des Verfahrensstromes gesichert wird·

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Angesichts der extrem..schnellen Zerkleinerung und Verdampfung des erfindungsgemäß in den Verfahrensstrom eingeführten Ablöschwassers können sowohl die ventürirohrförmige Leitung 20 als auch die Leitung 31» welche die Verbindung zwisehen dem stromab gelegenen Ende der genannten Leitung 20 und dem Einlauf zur Tuchfilteranlage 15 darstellen, wesentlich kompakter ausgelegt sein, als dies bei sekundären Dampfkamin-Ablöschsystemen bisheriger Bauart der Pail ist# Dies stellt einen erheblichen Vorteil der erfindungsgemäßen Praxis dar, da - wie vorstehend schon vermerkt - die sekundären Dampfkamin-Ablöschsysterne der bisherigen Bauart gewöhnlich Apparaturen von verhältnismäßig sehr großen Längen und Volumen umfassen« Bei Anwendung von Verfahren und Apparatur gemäß vorliegender Erfindung kann beispielsweise ein Ofenruß-Verfahrensstrom des in bezug auf die Größenbemessung des Dampfkamins 14 gleichen Typs, wie er vorstehend im Abschnitt "Stand der Technik" beschrieben wurde, effektiv in einer erfindungsgemäßen venturirohrförmigen Leitung 20 auf die Zieltemperatur heruntergekühlt werden, die Einlauf- und Auslaufdurchmesser von etwa 0,8m, einen Halsdurchmesser von etwa 0,4 m und eine Gesamtlänge von etwa 3₉6 m bis etwa 4,5 m aufweist. Darüber hinaus werden Länge oder Volumen der Leitung 31 im wesentlichen nur durch die Notwendigkeit einer flüssigkeitsdichten Überleitung des gekühlten Verfahrensstromes in die Tuchfilteranlage 15 bestimmt,. Außerdem muß die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht wie die Dampfkamine gemäß bisherigem Stand der Technik unbedingt vertikal ausgerichtet sein, sie kann vielmehr in jeder einer guten Raumausnutzung und vorteilhaften Konstruktion dienenden Ausrichtung eingebaut werden*

Hinzu kommt, daß die erfindungsgemäße Anlage eine beträchtlich geringere Empfindlichkeit gegenüber Änderungen der Ver-

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fahrensstroin-Einlauf temperatur aufweist, als dies bei. der mit Druckzerstäubung des AbIδschwassers arbeitenden bisherigen Dampf kamin-Technik der Fall ist» Bei Anwendung der letztgenannten konventionellen Technik reduziert beispielsweise eine Veränderung der Einlauf tempera tür des dem Dampfkamin 14 eingespeisten Verfahrensstroines um etwa 38 ⁰G die ' Wasserdurchflußmenge, die zur Druckzerstäubung in den Verfahrensstrom zwecks Erlangung der Zieltemperatur erforderlich ist, um etwa 20 %· Wird der Wasserdruck indes verringert, um die Wasserdurchflußmenge um 20 % zu senken, dann wird die mittlere Tröpfchengröße einer druckzerstäubten Sprühmenge deutlich gesteigert, wodurch die zur Verdampfung derartiger größerer Tröpfchen erforderliche Verweilzeit sowie das Volumen jener sich stromab anschließenden Leitung zunehmen, die erforderlich sind, um eine derart verlängerte Verweilzeit zu gewährleisten· Bei Anwendung von Verfahren und Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hat demgegenüber eine ähnliche Reduzierung der Einlauftemperatür des Verfahrensstromes und eine ähnliche Reduzierung der Ablöschwasser-Durchflußmenge lediglich eine geringfügige Zunahme der Tröpfchengröße und lediglich eine verhältnismäßig geringfügige Steigerung der zur vollständigen Verdampfung der Tröpfchen erforderlichen Verweilzeit zur Polge» Somit muß im Gegensatz zu bisherigen Dampfkaminsystemen nur wenig oder keine zusätzliche Länge bzw· nur wenig oder kein zusätzliches Volumen .an stromab führender Leitung in die erfindungsgemäße Anlage eingebaut werden, um einen ausreichenden Verweil zeitpuff er für die vollständige Ablöschwasser-Verdampfung in Abhängigkeit von Temperatur- und PIießSchwankungen in den Verfahrens- und Ablöschwasserströmen zu schaffen* Weil darüber hinaus das Abscheren und die Zerlegung des erfindungsgemäß in den Verfahrensstrom eingeführten Ablöschwassers

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als eine Art von Doppelflußzerstäubung angesehen werden kann, handelt es sich bei dem Treibgas für die Zerstäubung nicht um ein externes Verdünnungsmittel, der Verfahrensstrom und das Treibgas stellen vielmehr ein und dieselbe Einheit dar. Somit vermeidet das vorliegende Verfahren und die Vorrichtung die weitere Verdünnung des Verfahrensstromes sowie die Hotwendigkeit einer Steigerung der Gasdurchlaßkapazität der Tuchfiltervorrichtung 15»

Wenn auch im vorangegangenen Text die vorliegende Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung lediglich in bezug auf eine Ofenruß-Verfahrenslinie beschrieben wurde, so wird dochdeutlich, daß die vorliegende Erfindung auch in vielen anderen chemischen Verfahrenslinien nutzbringend angewendet werden kann, in denen es darauf ankommt, einen heißen gasförmigen Verfahrensstrom mit darin suspendierten teilchenförmigen Feststoffen.zu kühlen·

Wenn darüber hinaus die vorliegende Erfindung im bisherigen Text hinsichtlich bestimmter bevorzugter Ausführung beschrieben worden ist, so ist hierzu anzumerken, daß die vorstehende Beschreibung der Veranschaulichung dienen und die Erfindung in keiner Weise eingrenzen soll.

Während beispielsweise die gezeigte und beschriebene spezielle Vorrichtung eine mittig angeordnete Endkappe 27 innerhalb der Halsregion 24 der venturirohrförmigen leitung 20 aufweist, wobei die Endkappe 27 als das Endbauteil für die Einführung des Ablöschwassers in den Verfahrensstrom dient, so ist doch offensichtlich, daß auch andere funktionale Äquivalente dieser Anordnung gefunden werden können«

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Beispielsweise können die Hilfsmittel .zur Einleitung des Ablöschwassers auch, die Porm einer Vielzahl radialer Ablöschwasser-Öffnungen annehmen, welche durch die Wandung hindurchgehen und um die Peripherie der Halsregion 24 der venturirohrförmigen Leitung 20 herum angeordnet sind* Die genannten öffnungen können dann an eine gewöhnliche Verteilerleitung angeschlossen werden, die ihrerseits mit einer Wasserversorgungsleitung verbunden ist·

Claims

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1. Verfahren zur Kühlung eines heißen, teilchenführenden Verfahrensstromes während der Vorbereitung zum Sammeln der darin befindlichen teilchenförmigen Komponente, bestehend aus dem Zerstäuben von Plüssigwasser in den genannten Strom in einer solchen Menge, daß dem genannten Strom durch Verdampfen des in ihn hinein zerstäubten Flüssigwassers Wärme entzogen und der Strom auf eine oberhalb seines Taupunktes liegende Temperatur gekühlt wird, gekennzeichnet dadurch, daß der heiße, teilchenführende Terfahrensstrom durch eine relativ kompakte'venturi rohrförmi ge Leitung (20) geleitet wird, wobei diese Leitung aus einem stromauf gelegenen, sich verengenden Teil (22), einem stromab gelegenen, sich Öffnenden Teil (26) und einer dazwischenliegenden Halsregion (24) besteht, daß der Verfahrensstrom in der genannten Halsregion (24) auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,25 beschleunigt wird, und daß dem Strom ebenfalls in der genannten Halsregion (24) das zu zerstäubende Kühlwasser im wesentlichen in Querrichtung in Gestalt einer Vielzahl von Strahlen zugesetzt wird*

2* Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der heiße, teilchenführende Verfahrensstrom in der Halsregion (24) auf eine Mach-Zahl von mindestens etwa 0,4 beschleunigt wird·

3* Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das genannte Flüssigwasser im wesentlichen in Querrichtung sowie auswärts gerichtet aus einem zentral angeordneten Bauteil (27) innerhalb der Halsregion in den Verfahrensstrom eingeführt wird, wobei das genannte Bauteil (27) eine Vielzahl von radial ausgerichteten unver^üngten

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Öffnungen (29) aufweist*

4* Verfahren nach "Punkt 3* gekennzeichnet dadurch, daß die Geschwindigkeit des aus dem Bauteil (27) eingeführten Wassers groß genug ist, um jeden der in den Verfahrensstrom abgegebenen Plüssigwasserstrahlen zumindest über eine kleine Strecke über die Oberfläche des Teiles (27) hinaus in den Strom treten zu lassen, bevor es zu seiner eigentlichen Zertrennung und Zerlegung kommt*

5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der genannte stromab gelegene, sich öffnende Abschnitt (26) einen Winkel im Bereich von etwa 6 bis etwa 14° einschließt*

6* Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zumindest der stromab gelegene und sich öffnende Abschnitt (26) der venturirohrförmigen Leitung (20) thermisch isoliert ist,

7» Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Fluß des genannten heißen, teilchenführenden Verfahrensstrome β unmittelbar vor seinem Einführen in den sich verjüngenden stromauf gelegenen Abschnitt (22)- der venturirohrförmigen leitung (20) einer Ausrichtung unterzogen wird, um darin befindliche Wirbelströmungen und Turbulenzen zu reduzieren* .

8. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei dem heißen, teilchenführenden · Verfahrensstrom um einen Ofenruß-Verfahrensstrom ,handelt*

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen