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Vorrichtung zur Gewinnung von Schwefel durch Teilverbrennung von H2
S-Gas Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gewinnung von Schwefel
durch Teilverbrennung von H2 S-Gas in einer Brennkammer mit anschließender Rauchgasabkühlung
in einem Dampfkessel, der aus einem vorderen und hinteren Röhrenkessel besteht,
zwischen denen ein Überhitzer angeordnet sein kann, zumindest der vordere Röhrenkessel
am Gaseintritt eine aus Wasserrohren bestehende Heizfläche besitzt und die beiden
Röhrenkessel durch große Rauch- und Wasserrohre und in bekannter Weise über eine
Obertrommel mittels Fall- und Steigrohren miteinander verbunden sind.
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An Stelle der Obertrommel kann auch eine Dampfsammlertrommel zur Anwendung
kommen. Dann werden die beiden Röhrenkessel mit der Dampfsammlertrommel durch überströmrohre
und die Röhrenkessel durch große innen- oder außenliegende Wasserrohre verbunden.
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Es ist ein H2 S-Gas-Dampfkessel in zweiteiliger Ausführung bekanntgeworden.
Für den vorderen wurden etwa vier Flammrohre von je 1000 mm Durchmesser und für
den hinteren Teil etwa siebenhundertfünfzig Rauchrohre von 76@mm äußerem Durchmesser
in Vorschlag gebracht. Die beiden Teile stehen durch eine Obertrommel miteinander
in Verbindung.
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Eine aus Wasserrohren bestehende Heizfläche ist nicht vorgeschaltet.
Der vordere Flammrohrteil im Boden wird mit der Flammentemperatur beaufschlagt,
was eine hohe Rohrwandtemperatur zur Folge hat, die zu Schwefeleisenbildung führt.
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Die kleinsten Flammrohre, die von den Walzwerken hergestellt werden,
haben 700 bis 800 mm Durchmesser. Nach den »Werkstoff- und Bauvorschriften für Dampfkessel«
soll die Höchstwanddicke aller Flammrohre nicht mehr als 20 mm betragen. Hierbei
ist der erzielbare Betriebsdruck geringer als bei der Wahl normaler Rauchrohre.
Bei Kesseln mit vier Flammrohren, wie bekannt, können nur niedrige Betriebsdrücke
zugelassen werden, da die großen Flammrohre, die neben- und übereinander Anordnung
finden, große Kesseldurchmesser mit starker Wanddicke erfordern, was weder konstrukiv
noch kostenmäßig vertretbar ist. Die Rohrwandtemperatur, die durch die hohe Flammentemperatur
und das Fehlen einer aus Wasserrohren bestehenden Heizfläche einen hohen Wert annimmt,
steigt bei hohen Betriebsdrücken durch die Wassertemperatur, starken Wanddicken
von Flammrohr und Flammrohrboden an, selbst wenn letzterer und der vordere Teil
des Flammrohres durch Keramiksteine geschützt sein sollten.
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Werden an Stelle von Flamin- Glattrohre gewählt, so ist der erzielbare
Betriebsdruck noch geringer. Bekannt wurde ferner ein H2 S-Gas-Dampfkessel in einteiliger
Ausführung als Röhrenkessel. Die Rauchrohre sind sehr lang. Sie werden an mehreren
Stellen gelagert, um Durchbiegungen zu verhindern. Die aus Wasserrohren bestehende
vorgeschaltete Heizfläche fehlt, so daß die gleichen Nachteile, wie bei vorstehender
Ausführung beschrieben, auftreten.
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Der Kessel besitzt keinen überhitzer. Wenn ein solcher vorgesehen
werden soll, muß er hinter dem Kessel Anordnung finden bei einer Abgastemperatur
von etwa 320°C. Letztere ist in dieser Höhe mit Rücksicht auf den Taupunkt der Rauchgase
gewählt. Hierbei läßt sich nur eine geringe Überhitzung erzielen, selbst wenn eine
große Heizfläche Anordnung findet. Den überhitzer vor dem Kessel, also im Flammenraum
anzuordnen, ist wegen der hohen Flammentemperatur, mit der die überhitzerschlangen
beaufschlagt würden, nicht empfehlenswert. Sie müßten aus einem Werkstoff gefertigt
werden, der außer einer hohen Hitzebeständigkeit eine hohe Beständigkeit gegen schwefelhaltige
Gase besitzt, was mit hohen Kosten verbunden ist.
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Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, H, S-Gas-Dampfkessel zur Erzeugung
von überhitztem Dampf aus einem vorderen und hinteren Röhrenkessel mit dazwischenliegendem
Überhitzer und gemeinsamer Obertrommel auszubilden, beim vorderen die Rauchrohre
im Durchmesser größer oder gleich und die Länge kleiner oder gleich als beim hinteren
Kessel zu wählen, um den rauchgasseitigen Druckverlust auch im vorderen Kessel in
normalen Grenzen zu halten. Die kurze Ausführung des vorderen
Kessels
hat den Vorteil .eines kleineren Materialaufwandes, wodurch die Möglichkeit besteht,
einen Austauschkessel auf Lager zu legen, der eingebaut werden kann, wenn an dem
in Betrieb befindlichen vorderen Kessel Schäden auftreten. Eine Auswechslung ist
nach kurzer Betriebsunterbrechung möglich. Die erforderliche Reparatur läßt sich
nach dem Ausbau werkstattgerecht durchführen.
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Ferner wird vorgeschlagen, vor den beiden Röhrenkesseln, zumindest
vor dem vorderen, eine aus Wasserrohren bestehende Heizfläche anzuordnen, die die
Temperatur im Strahlraum und demzufolge die Rohrwandtemperatur an dieser Stelle
auf einen solchen Wert abkühlt, daß die kritische Rohrwandtemperatur, die zu Schwefeleisenbildung
führt, nicht auftreten kann. Hierdurch wird es möglich, die Strahlungsverluste zu
verringern und die Umfassungswände dünner auszuführen.
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Durch die Anordnung der Fallrohre zwischen Obertrommel und Röhrenkesseln
und der Steigrohre zwischen Röhrenkesseln und Obertrommel wird ein einwandfreier
Wasserumlauf im gesamten System erzielt, wobei die Obertrommel oberhalb der Röhrenkessel
so untergebracht ist, daß sie mittig oder auf einer der beiden Seiten Platz findet,
um die erforderlichen Fall- und Steigrohre anordnen zu können.
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Die Röhrenkessel erhalten größere Rauchrohre, um gegebenenfalls Überhitzungstemperatur
und Abgastemperatur beeinflussen zu können.
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Für große Einheiten ohne Überhitzer wählt man ebenfalls einen zweiteiligen
Röhrenkessel, wie vorstehend beschrieben. Die Entfernung zwischen vorderem und hinterem
Röhrenkessel ist so groß zu bemessen, daß man durch eine Einsteigetür in den Raum
gelangen und Reparaturen an den Heizflächen ausführen kann.
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Damit die Röhrenkessel im Durchmesser klein bemessen werden können,
wird vorgeschlagen, den niedrigsten Wasserstand in die Obertrommel zu verlegen,
wie in Abb. 1 angedeutet. Wasserstände, Dampfabsperrventil und Speisewasserregler
kommen bei dieser Ausführung an die Obertrommel zu sitzen.
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Falls die Obertrommel durch einen Dampfsammler ersetzt wird oder letzterer
in Fortfall kommt, ist der niedrigste Wasserstand in die Röhrenkessel zu verlegen,
wie in Abb. 2 dargestellt und in Abb. 1 angedeutet. Das für den hinteren Röhrenkessel
benötigte Speisewasser wird durch große Wasserrohre demselben zugeführt. Hierdurch
entfallen Speiseventile und Speisewasserregler am hinteren Röhrenkessel.
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Bei kleineren Einheiten ohne überhitzer kann ein einteiliger Röhrenkessel
mit großem Rauchrohr und eine aus Wasserrohren bestehende Heizfläche vor dem Kessel
gewählt und die Obertrommel über demselben, wie bereits beschrieben, angeordnet
werden.
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Die Abb. 1, 2 und 3 veranschaulichen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes.
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Abb.1 stellt einen Längsschnitt für eine Anlage mit Dampfsammlertrommel
oder angedeuteter Obertrommel dar; Abb.2 zeigt einen Längenschnitt durch eine Anlage
mit Dampfsammlertrommel; Abb.3 weist die vordere Ansicht von Abb. 2 mit Dampfsammlertrommel
aus.
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Eine Teilmenge H., S-Gas wird, nachdem im Brenner l die erforderliche
Verbrennungsluft für die Teilverbrennung zugeführt wurde, verbrannt zur Gewinnung
von Schwefel. Als Abschluß zwischen Flammenraum 2 und Strahlraum 3 wird vorzugsweise
eine Gitterwand 24 aus Schamottesteinen angeordnet, damit eine gute Durchmischung
der Reaktionsgase erreicht wird und Strähnenbildungen vermieden werden.
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Das Reaktionsgas strömt vom Flammenraum 2 in den Strahlraum 3, worin
die aus Wasserrohren bestehende Heizfläche 4 untergebracht ist. Nun werden die Rauchrohre
5 vom vorderen Röhrenkessel 6, der Überhitzer 7, die aus Wasserrohren bestehende
Heizfläche 8, die Rauchrohre 9 vom hinteren Röhrenkessel 10 von den Rauchgasen beaufschlagt
und treten durch den Stutzen 11 an der hinteren Kammer 12 aus zur Clausanlage.
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Zwischen dem vorderen und hinteren Röhrenkessel kommt, falls erforderlich,
der überhitzer in einem Temperaturgebiet, das hierfür als günstig anzusprechen ist,
zum Einbau, so daß keine hitzebeständigen Materialien für denselben erforderlich
werden. Will man mit einer kleinen überhitzer-Heizfläche eine möglichst hohe Überhitzungstemperatur
erzielen, so kann dies dadurch erreicht werden, daß die Heizfläche des vorderen
Röhrenkessels entsprechend bemessen wird.
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Die unteren Sammler 26 und 27 zu den aus Wasserrohren bestehenden
Heizflächen 4 und 8 erhalten vorzugsweise im Kesselinnern Verlängerungsrohre 28
und 29, die so ausgebildet sind, daß das Kesselwasser auf der ganzen Kessellänge
abgezogen wird, um am Wasserumlauf teilzunehmen, so daß im gesamten Kessel die gleiche
Wassertemperatur herrscht, wodurch Spannungen am Kesselkörper vermieden werden.
Dies ist von besonderem Vorteil, wenn die Anlage angeheizt wird. Durch den vorderen
Röhrenkessel 6 und hinteren Röhrenkessel 10 führen größere Rauchrohre 13, die vorzugsweise
so ausgebildet werden, daß ein Teilgasstrom aus den Rauchrohren 13 vor dem überhitzer
7 austreten kann, der die Überhitzungstemperatur nach entsprechender Einstellung
der Schieber 19 konstant hält.
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Wird die Anlage mit einem Dampfsammler ausgerüstet, so ist es möglich,
innen- oder außenliegende Wasserverbindungsrohre 14/18 vom vorderen 6 zum hinteren
Röhrenkessel 10 anzuordnen.
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Am Ende des hinteren Röhrenkessels 10 durchdringen größere Rauchrohre
13 den Kesselboden. Sie erhalten vorzugsweise einen Schieberverschluß 20, der es
gestattet, die Abgastemperatur so einzustellen, daß sie über dem Taupunkt der Rauchgase
bleibt, sich also kein Kondensat bilden kann, das Anfressungen an der hinteren Kammer
12 hervorruft.
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Der vordere Röhrenkessel 6, hintere Röhrenkessel 10 und die
aus Wasserrohren bestehenden Heizflächen 4 und 8, die durch eine Obertrommel 17
miteinander verbunden sind, erhalten Fallrohre 22 und 23 von der Obertrommel und
Steigrohre 15 und 16 vom Scheitelpunkt beider Röhrenkessel zur Obertrommel, wobei
letztere oberhalb des Wasserspiegels in die Obertrommel einmünden, um eine einwandfreie
Trennung von Wasser und Dampf zu erreichen mit dem Ziel technisch trockenen Dampf
zu erzeugen.
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Falls Steigrohre 15 und 16 unterhalb des niedrigsten Wasserstandes
in die Obertrommel münden, werden diese zweckmäßigerweise mit gebogenen Aufsteckrohren
21 versehen, damit das Dampfwassergemisch in den Dampfraum der Obertrommel gelangt
und hier sich der Dampf vom Wasser trennt.
Erhält die Anlage einen
Dampfsammler, so werden überströmrohre von den beiden Röhrenkesseln zur Dampfsammlertrommel,
wie in Abb.3 dargestellt, angeordnet.
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Der Flammenraum erhält eine Explosionsklappe 25, um Drucküberschreitungen
in demselben zu vermeiden.
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Die Anlage wird mit Gefälle nach hinten verlegt, damit der flüssige
Schwefel im unteren Stutzen an der hinteren Kammer ablaufen kann.