DD241464A1

DD241464A1 - CERAMIC CONTACT HEAT TRANSFER

Info

Publication number: DD241464A1
Application number: DD28133585A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Baum; Joachim Wilsdorf; Wilhelm Oertelt; Eberhard Krause; Guenter Ittner
Original assignee: Halle Energiekombinat
Priority date: 1985-10-02
Filing date: 1985-10-02
Publication date: 1986-12-10

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Waermerueckgewinnung und Schadstoffreduzierung bei vorzugsweise Verbrennungsabgasen, die mit gezielter Temperaturunterschreitung arbeiten. Das Ziel der Erfindung besteht darin, unter Einsatz einheimischer Werkstoffe einen Kontakt-Waermeuebertrager als Kernstueck von Waermerueckgewinnungs- und Entschwefelungsverfahren zu entwickeln, um den Aufwand bei Herstellung, Errichtung und Betrieb solcher Anlagen wesentlich zu senken und optimale Verfahrensparameter zu ermoeglichen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass maschinell geformte Keramikrohre als Grundelemente eingesetzt, mit seitlich angeordneten Oeffnungen oder manuell eingesetzten Anschlussoeffnungen fuer die Medienzu- und -abfuehrung versehen und mit Einbauten ausgestattet werden, eine selbsttragende Aufstellung ermoeglicht und als keramisches Material Steinzeug mit einer korrosions- und verschleissfester Glasur eingesetzt wird.The invention relates to methods for heat recovery and pollutant reduction in preferably combustion exhaust gases that work with targeted temperature undershooting. The aim of the invention is to develop, using native materials, a contact heat transfer medium as the core of heat recovery and desulphurization processes in order to substantially reduce the expense of producing, constructing and operating such plants and to enable optimum process parameters. According to the invention, the object is achieved by using machine-shaped ceramic tubes as basic elements, with laterally arranged openings or manually inserted connection openings for the supply and removal of media and equipped with internals, enabling a self-supporting installation and, as ceramic material, stoneware with a corrosive and wear-resistant glaze is used.

Description

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Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf die Wärmerückgewinnung und Schadstoffreduzierung bei vorzugsweise Verbrennungsabgasen im Temperaturgebiet unterhalb 250°C. Sie ermöglicht einfache technische Lösungen für Anlagen zur Rückgewinnung fühlbarer und latenter Wärme durch gezielte Tau punktunterschreitu ng sowie zur Schadstoff reduzierung, insbesondere in Verbindung mit der Rauchgasentschwefelung, vor allem bei Abgasen aus Industrieöfen, Dampf- und Heißwassererzeugern sowie aus ähnlichen Anlagen mit wasserdampfhaltigen Abgasen im industriellen, gewerblichen und kommunalen Bereich.The invention relates to heat recovery and pollutant reduction in preferably combustion exhaust gases in the temperature range below 250 ° C. It enables simple technical solutions for plants for the recovery of sensible and latent heat through targeted dew punktunterschreitu ng and to reduce pollutants, especially in connection with the flue gas desulfurization, especially in exhaust gases from industrial furnaces, steam and hot water generators and similar systems with water vapor-containing exhaust gases in the industrial , commercial and municipal sector.

Characteristic of the known technical solutions

Es sind Vorrichtungen zur Ausnutzung der Rauchgasenthalpie bei brennstoffbeheizten Heizungskesseln für Heiz- oder Brauchwasser bekannt (AS 2512233, WP 201493), bei denen in einem senkrechten Zylinder ein im Kreislauf geführten Rieselwasser durch die Rauchgas aufgewärmt wird, wobei beide Medien in Direktkontakt gebracht werden, das Rauchgas tangential eingeführt und über einen im Deckel des Zylinders angebrachten Rauchgasauslaß wieder ausgetragen wird. Die einfache Rieseltechnik ermöglicht nur Temperaturen von max. 45°C; da das Rieselwasser durch die Aufnahme löslicher Rauchgasbestandteile wie CO₂, SO₃ NO_x aggressiv wird, muß die Einrichtung aus nichtkorrodierendem, relativ teurem Material bestehen.There are devices for the utilization of the flue gas enthalpy in fuel-fired boilers for heating or service water known (AS 2512233, WP 201493), in which a circulating in a vertical water cooling water is heated by the flue gas, with both media are brought into direct contact, the Flue gas introduced tangentially and discharged via a mounted in the lid of the cylinder flue gas outlet again. The simple trickle technology allows only temperatures of max. 45 ° C; since the trickle water becomes aggressive by absorbing soluble flue gas components such as CO ₂ , SO ₃ NO _x , the device must consist of non-corrosive, relatively expensive material.

Es ist weiterhin bekannt, für solche Kontaktwärmeübertrager und die zugehörigen weiteren Einrichtungen silikatische Werkstoffe, vorzugsweise Technisches Glas, einzusetzen (WP 156197). Die Verwendung typizierter Standardbauteile erfordert den Einsatz zahl reicher Verbindungen mit aufwendiger Technik. Objektspezifische Anpassungen machen fertigungstechnische Sonderlösungen mit hohem materiellem und Arbeitszeitaufwand notwendig. Die Aufstellung ist nur mit Hilfe gesonderter, zusätzlich Platz beanspruchender Traggerüste möglich. Infolge der herstellungstechnisch bedingten Durchmesserbegrenzung auf 300 bis max. 600mm muß zur Bewältigung größerer Rauchgasmengen eine aufwendige Batteriebildung vorgesehen werden.It is also known, for such contact heat exchanger and the associated other facilities silicate materials, preferably technical glass to use (WP 156197). The use of typical standard components requires the use of numerous connections with complex technology. Object-specific adaptations make production-specific special solutions with high material and labor time expenditure necessary. The installation is only possible with the help of separate, additional space-demanding shoring. Due to the production-related diameter limitation to 300 to max. 600mm must be provided to handle larger quantities of flue gas a complex battery formation.

Als ein weiterer Alternativwerkstoff zu Edelstahl ist in jüngster Zeit Technische Keramik untersucht und probeweise eingesetzt worden. Es sind technische Lösungen für Wärmeübertrager in rekuperativer Bauart als Rohrbündelwärmeübertrager (EP 0118103, G 83231293, DE 333376411) oder mit gitterförmiger Struktur (EP 0037236) aus Keramik bekannt. Weiterhin ist eine Verbrennungs- und Heizeinrichtung mit einem keramischen Brennerkopf entwickelt worden, die mit einem in Folientechnik gebauten, schlitzförmige Strömungskanäle aufweisenden Rekuperator gekoppelt ist (DE 3014245C2). Diese Lösungen beschränken sich auf Oberflächenwärmeübertrager und erfordern hochwertige, teure, in größeren Mengen noch nicht immer verfügbare Materialien wie Magnesium-Aluminium-Titanat, Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid (EP 0037236) sowie komplizierte Fertigungstechnologien und Dichtungstechniken.As another alternative material to stainless steel, technical ceramics have recently been investigated and used on a trial basis. There are technical solutions for heat exchangers in recuperative design as shell and tube heat exchangers (EP 0118103, G 83231293, DE 333376411) or with lattice-shaped structure (EP 0037236) known from ceramic. Furthermore, a combustion and heating device has been developed with a ceramic burner head, which is coupled with a constructed in foil technology, slot-shaped flow channels recuperator (DE 3014245C2). These solutions are limited to surface heat exchangers and require high quality, expensive, but not always available in larger quantities materials such as magnesium aluminum titanate, silicon carbide or silicon nitride (EP 0037236) and complicated manufacturing technologies and sealing techniques.

Für eine mit der Rauchgaswärmerückgewinnung gekoppelte Schadstoffreduzierung mit Hilfe von Naßverfahren sind für den Kontaktapparat noch keine Lösungen mit einfachen, korrosionsbeständigen Materialien bekanntgeworden.For a coupled with the flue gas heat recovery pollutant reduction by means of wet process for the contact still no solutions have become known with simple, corrosion-resistant materials.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, unter Einsatz materialökonomisch günstiger, einheimischer Werkstoffe einen Kontakt-Wärmeübertrager als Kernstück von vorzugsweise Wärmerückgewinnungs- und Entschwefelungsanlagen für Rauch- und Abgase in einfacher, materialgerechter und multivalent einsetzbarer Konstruktion zu entwickeln und in Verbindung damit ein effektives Herstellungsverfahren anzuwenden, um gegenüber den bisher bekannten Lösungen den Aufwand bei Herstellung, Errichtung und Betrieb solcher Anlagen wesentlich zu senken, die Betriebssicherheit zu erhöhen und optimale Verfahrensparameter bei der Wärmerückgewinnung und Schadstoffreduzierung zu ermöglichen.The aim of the invention is to develop a contact heat exchanger as the core of preferably heat recovery and desulphurization systems for smoke and exhaust gases in simple, material-appropriate and multivalent usable construction using materials economically favorable, native materials and to apply in conjunction with an effective manufacturing process, in order to significantly reduce the expense of manufacturing, construction and operation of such systems compared to the previously known solutions to increase the reliability and to allow optimal process parameters in the heat recovery and emission reduction.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktive Lösung zu erarbeiten, die es gestattet, auf Basis materialökonomisch günstiger, einheimischer Werkstoffe eine Kontaktwärmeübertragung zwischen Rauchgas oder anderen gasförmigen Stoffen und einem flüssigen Zwischenmedium, die mit einer Schadstoff reduzierung gekoppelt sein kann, mit möglichst großer Ausnutzung der Rauchgasenthalpie und hoher Austrittstemperatur des Zwischenmediums zu realisieren, die dabei auftretenden Korrosions-, Verschleiß- und Verschmutzungsprobleme zu beherrschen, sowie in Verbindung damit ein effektives Verfahren zur Herstellung solcher Apparate mit variablen, anpassungsfähigen Maßen und Verbindungsmöglichkeiten mit herkömmlichen Leitungsanschlüssen anzuwendenThe invention has for its object to develop a constructive solution that allows, based on material economically favorable native materials a contact heat transfer between flue gas or other gaseous substances and a liquid intermediate medium, which may be coupled with a pollutant reduction, with maximum utilization to realize the flue gas enthalpy and high exit temperature of the intermediate medium, to control the occurring corrosion, wear and contamination problems, as well as to use in connection therewith an effective method for producing such apparatuses with variable, adaptable dimensions and connection possibilities with conventional line connections

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß According to the invention the object is achieved in that

— maschinell geformte Keramikrohre als Grundelemente für den Kontakt-Wärmeübertrager eingesetzt, diese zur Aufnahme von Anschlußleitungen für gasförmige und flüssige Medien mit seitlich angeordneten Öffnungen oder in radialer Richtung eingeschobenen Rohrelementen versehen und anschließend gebrannt werden,- Mechanically shaped ceramic tubes used as basic elements for the contact heat exchanger, these are provided for receiving connecting lines for gaseous and liquid media with laterally disposed openings or inserted radially tubular elements and then fired,

— der Kontakt-Wärmeübertrager aus einem Teil bestehen kann, im allgemeinen aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist und durch eine entsprechende Gestaltung der unteren Abschlußplatte in Verbindung mit dem Tragfundament eine selbsttragende Aufstellung ermöglicht wird,- The contact heat exchanger can consist of one part, is generally composed of several parts and is made possible by a corresponding design of the lower end plate in conjunction with the supporting foundation a self-supporting installation,

— die Einzelteile durch ein Klebemittel oder eine selbstklemmende Dichtung bei zweckentsprechender Gestaltung der Teilenden sicher miteinander verbunden werden, diese Verbindung zu Wartungs- und Bedienungszwecken jedoch leicht wieder gelöst werden kann,- The items are securely connected to each other by an adhesive or a self-locking seal with appropriate design of the dividend ends, but this connection can be easily solved again for maintenance and service purposes,

— an diesen Verbindungsstellen Einbauten zur Kontaktverbesserung zwischen Rauchgas und flüssigem Zwischenmedium und zur Tropfenabscheidung vor dem Rauchgasaustritt sowie an ausgewählten Anschlußstücken Vorrichtungen zur Rauchgas- und Flüssigkeitsverteilung angebracht werden können,- Installations for improving the contact between flue gas and liquid intermediate medium and for droplet deposition before the flue gas outlet and at selected fittings fittings for flue gas and liquid distribution can be attached to these joints,

— als keramisches Material für idie Rohre und Anschlußstücke sowie die Verbindung dieser Teile miteinander vorzugsweise Steinzeugmit säure- und verschleißfester Glasierung eingesetzt und damit bei Einsatz korrosionsaktiver und verschmutzter Wärmeübertragungsmedien neben der Korrosionsfestigkeit auch gleichzeitig ein Selbstreinigungseffekt erzielt wird.- Used as ceramic material for idie pipes and fittings and the connection of these parts together preferably stoneware with acid and wear-resistant glaze and thus at the same time a self-cleaning effect is achieved when using corrosion-active and polluted heat transfer media in addition to the corrosion resistance.

embodiment

Die Erfindung soll an nachstehendem Ausführungsbeipiel anhand Fig. 1 beschrieben werden.The invention will be described with reference to the following Ausführungsbeipiel with reference to FIG. 1.

Der keramische Kontakt-Wärmeübertrager ist in diesem Beispiel aus drei Einzelteilen zusammengesetzt. Das Unterteil 1 und das Oberteil 2 sind jeweils auf einer Seite mit einer ebenen Abschlußplatte 3 und auf der anderen Seite mit einer muffenförmigen Aufweitung 4 versehen. In diese Teile sind seitlich in radialer Richtung Anschlußstutzen 5 für die Abgaszuführung mit Einleitrohr 6, die Abgasabführung 7 sowie die Abführung des flüssigen Zwischenmediums 8 und des bei der Taupunktunterschreitung anfallendem Kondensates als Überlauf bzw. Reinigungsöffnung 9 eingesetzt.The ceramic contact heat exchanger is composed in this example of three individual parts. The lower part 1 and the upper part 2 are each provided on one side with a flat end plate 3 and on the other side with a sleeve-shaped expansion 4. In these parts are laterally in the radial direction connecting piece 5 for the exhaust gas inlet with inlet tube 6, the flue gas discharge 7 and the discharge of the liquid intermediate medium 8 and the accumulating at the dew point below condensate used as overflow or cleaning port 9.

Das Mittelteil 10 des Kontakt-Wärmeübertragers wird in die Muffen des Ober- und Unterteils eingepaßt und mit diesen durch die Dichtungen 11 verbunden. Diese Dichtungen gewährleisten zugleich einen sicheren Abschluß des Innenraumes, der je nach Fahrweise gegenüber der umgebenden Atmosphäre unter Über- oder Unterdruck stehen kann. Die im Mittelteil durch den Anschlußstutzen 12 eingebrachten Verteileinrichtung 13 für das Flüssigkeitsmedium wird in der gegenüberliegenden Halterungsöffnung 14 abgestützt, um eine insbesondere bei großen Apparatedurchmessern notwendige Stabilität zu sichern. Die Anschlußstücke können je nach Anwendungsfall in unterschiedlicher Anzahl, Höhe und Lage am Umfang angebracht sein; durch axiale Verdrehung der Wärmeübertragerteile gegeneinander ist eine zusätzliche Variabilität der Anschlußanpassung an örtliche Verhältnisse gegeben. Die Anschlußstücke aus maschinell vorgeformten Rohren werden vor dem Brennen manuell in das ebenfalls maschinell geformte Zentralteil eingesetzt. Sie können eine flanschartige Aufwertung 15 zum Anschluß an herkömmliche Leitungsausführungen besitzen; anderenfalls können andere Bundrohre zur Anbindung eingeführt und eingeklebt werden.The central part 10 of the contact heat exchanger is fitted in the sleeves of the upper and lower part and connected thereto by the seals 11. At the same time, these seals ensure a secure closure of the interior, which, depending on the driving style, can be under positive or negative pressure with respect to the surrounding atmosphere. The introduced in the middle part through the connecting piece 12 distribution device 13 for the liquid medium is supported in the opposite support opening 14 in order to secure a necessary in particular for large diameter equipment stability. The fittings can be mounted depending on the application in different numbers, height and location on the circumference; by axial rotation of the heat exchanger parts against each other, an additional variability of the connection adaptation to local conditions is given. The fittings of mechanically preformed pipes are manually inserted into the likewise machined central part before firing. They may have a flange-type upgrade 15 for connection to conventional line designs; otherwise, other collar pipes can be inserted and glued in for connection.

Zwischen Mittel- und Unterteil des Kontakt-Wärmeübertragers befindet sich eine Trageinrichtung 16 zur Aufnahme der Kontakteinbauten 17, die beispielsweise aus keramischen Füilkörpern bestehen können, zwischen Mittel-oder Oberteil eine gleichartige Trageinrichtung zur Aufnahme der Tropfenfängerschicht 18.Between the middle and lower part of the contact heat exchanger is a support means 16 for receiving the contact inserts 17, which may for example consist of ceramic Füilkörpern, between the middle or upper part of a similar support means for receiving the drip layer 18th

Die Einzelteile des Kontakt-Wärmeübertragers sowie alle Anschlußstutzen bestehen aus Steinzeug; sie werden auf der Innenseite mit einer säure- und verschleißfesten Glasur, auf der Außenseite mit einer Schutzglasur versehen und in der vorgefertigten Form komplett gebrannt. Die Gestaltung der Abschlußplatte des Unterteils gestattet in Verbindung mit einer zweckentsprechenden Ausführung des Fundamentes 19 eine selbsttragende Aufstellung des gesamten Wärmeübertragers. Bei Aufstellung in Freiluftbauweise wird eine zusätzliche Außenisolierung zur Wärmedämmung und als Berührungsschutz angebracht.The individual parts of the contact heat exchanger and all connecting pieces are made of stoneware; they are provided on the inside with an acid and wear-resistant glaze, on the outside with a protective glaze and completely burned in the prefabricated form. The design of the end plate of the base allows in conjunction with a purpose-appropriate execution of the foundation 19 a self-supporting installation of the entire heat exchanger. When installed in open-air construction, an additional external insulation is applied for thermal insulation and as protection against contact.

Claims

Invention claim:

1. Ceramic contact heat exchanger for heat recovery from water vapor-containing waste and combustion gases with targeted dew point and pollutant reduction, characterized in that this is one or more parts of machined tubes, this with laterally arranged openings or in the radial direction manually inserted tube elements (5th ) are provided for receiving connecting lines for gaseous and liquid media and in the interior have means for improving the contact heat and -stoff transmission (17) and the droplet deposition (18).

2. Ceramic contact heat exchanger according to claim !, characterized in that the horizontal bottom design in the lower part (3) in conjunction with the support foundation (19) and with the self-clamping or adhesive-acting seals (11) ensures a vertical, self-supporting installation in multi-part design ,

3. Ceramic contact heat exchanger according to claim 1, characterized in that all connecting pieces for the supply and discharge gesförmiger and liquid media (5) by adhesive seals a frictional or by an outer flange-like approach allow a positive connection with conventional line designs and by axial rotation the heat exchanger parts a variable connection adaptation is achieved.

4. Ceramic contact heat exchanger according to claim 1 and 2, characterized in that in the connection points between the heat exchanger parts carrying means (16) are introduced for internals to improve the contact heat or -Stoffübertragung and for droplet deposition.

5. Ceramic contact heat exchanger according to claim 1 to 3, characterized in that between the connection piece for the Abgaszu- and -abführung a liquid distributor (13) with a lateral connection (12) and an opposite support opening (14) is introduced.

6. Ceramic contact heat exchanger according to claim 1 to 5, characterized in that the ceramic material for the pipes and connecting pieces and the connection of these parts together consists of stoneware, which can be provided with a corrosion and wear-resistant glaze, in particular during use Corrosion-resistant and polluted or solids-containing, batch-forming heat transfer media corrosion resistance and a self-cleaning effect during operation guaranteed.