Rohrförmiger Einspritzkühler zum Ab-
schrecken von heißen agressiven Gasen
Die Erfindung betrifft einen.rohrförmigen ?,inspritzkühler
zum
.#,Ischrecken von 600 bis 1600 0 C heißen agressiven,
insbesondere
auch oxydierenden Gasen, wobei der Einspritzkühler so ausge-
bildet ist, daß in das den Einspritzkühler durchströmende heiße
Gas eine Kühlflüssigkeit einzuspritzen ist.
Es ist bekannt, hochtemperierte und chemisch agressive
Gase
dadurch zu kühlen.. daß man sie in. thermisch und chemisch
beständigen Hohlräumen durch Einspritzen relativ kühler
üs s gke iten behandelt. Diese
Methode w4-d dann notwendig,
"lern die indirekte '#,lärmeabfuh.,# durch Gut wärmeleitende
Trenn-
-jände von dem heißen Gas an einen kUhlen S)toff z.B. wegen
;--roßer Verschmutzung, weger zu starken Korrosionsangriffe
und wegen mangelnder thermischer Beständigkeit der Trenn-
,de n*"ht mU--'Lich ist.
mit der, heißer Gazen in der -Johlraum eingebrachten Wärme-
-er werder bei der Sirspritzkühlung nicht nach außen abge-
lühr sondern die Tf#inpe2#",#itursenkun- erfolgt durch Verteilung
,jar bui hohem -Te-npera-L-,urriveau eingebrachten ',iärmemengen
auf
.'rUßere Stoffmenger, wobei das Temperaturniveau durch Aufheizen
tind li#-rdampfen der- zusätzlich mit relativ niedriger Tempe-
absinkt.
üieses an s-ich bewUrte Kählverfahren kann mitunter zu
,(-hw-*L#-1--r,i#-,-k(,i-'t,-o,r füh-repp (la thermisch und
chemisch ausreichend
Werkstoffn, fUr die Herstellung eines Hohlkörpers,
.jen#I vori de <7:ius Kostengründen vielfach nieht in Frage
von Ijorj(](-rI-er"-ierunper, absieht, oft nur
in. Form von Steinen verfügbar sind. Infolge unvermeidlicher Wärmespannungen
beim An- und Abstellen der aus Steinen aufgebauten Ein.spritzkühler und auch als
Folge von Spannungen, die durch die im Betrieb ständig vorhandenen großen Temperaturunterschiede
zwischen. den heißen.und den kühlen Zonen auftreten, ergeben sich leicht Risse im
Mauerwerk, die zu schweren Beschädigungen desselben und zum Zutritt chemisch agressiver
Stoffe zu der chemisch oft nicht beständigen" beispielsweise metallischen Außenhaut
führen können. Andere keramische Werkstoffe, die in.thermischer und chemischer Hir.sicht
ausreichend beständig sind, erweisen sich bei dem großen Temperaturgefälle zwischen
Innen- und Außenseite als unbrauchbar. Es wurde nun gefunden, daß sich ein unter
der Markenbezeichnung "Diabon" bekannter Werkstoff unter gewissen Voraussetzungen
und bei Durchführung bestimmter Maßnahmen, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung
bilden, zur Herstellung eines Einspritzkühlers auch für die vorgesehenen schwierigen.Betriebsbedingungen
eignet. Es handelt sich hierbei um einen säurefesten, z# hitze- und korrosionsbeständigen
graphitischen Werkstoff, der durch Imprägnierung mit einem Kunstharz gas- und flüssigkeitsdicht
gemacht ist und sich durch gute Wärmeleitfähigkeit bei verhältnismäßig geringe,-
Sprödigkeit auszeichnet. Die für diesen D zi Werkstoff zulässige Höchsttemperatur
liegt bei etwa 160 0 C und ist kurzfristig auf höchstens etwa 220
0 0 begrenzt. Durch eine besondere Nachbehardlung gelingt es, den Werkstoff
bis zu Druckdifferenzen von etwa 0,1 atü gas- und flüssigkeitsdicht zu machen,.
In einer oxydierenden Atmosphäre liegt jedoch auch dann die obere Grenze für die
thermische Beanspruchung bei etwa 500 OC. Bei Verwendung dieses Werkstoffs
wird der Einspritzkühler im wesentlichen als monolithisches Formstück ausgeführtg
damit das Vorhan.den,sein von Fugen, Kerben uaw. als Folge unterschiedlicher Wärmedehn.ungen
nicht Spannungsspitzer hervorruft, die zu einem Bruch des Werkstoffs führen könnten.
Weiterhin
wird die Temperatur der mit den heißen, chemisch agreseiven und evtl. oxydierend
wirkenden Gasen in Berührung kommenden inneren Oberfläche des Einspritzkühleißdurch
äußere Kühlung so weit herabgesetzt, daß 'sie noch unter der für oxydierende Beanspruchung
kritischen Grenze von etwa 500 0 C oder sogar unter der für die gaadichte
Imprägnierung genannten Grenze von etwa 160 0 C bleibt. Um diese zusätzliche
äußere Kühlung sicherzustellen, besteht der Einspritzkühler erfindungsgemäß im wesentlichen
aus einem aus graphitischem Werkstoff aufgebauten und als Monolith ausgebildeten
sowie zylindrisch gestalteten Hohlkörper mit mehreren über seine Länge verteilten
Rohrstutzen für die Kühlflüssigkeit und einem solchen für einen Temperaturfühler
sowie aus einem den Hohlkörper und die Rohrstutzen je für sich unter Bildung
je eines Ringraumes um den Hohlkörper und um die Rohrstutzen für die Kühlflüssigkeit
konzentrisch umhüllenden Metallmantel, der einen Züi- und Ablauf für die Kühlflüssigkeit
besitzt. Die eigentliche Kühlung der heißen Gase erfolgt in bekannter Weise im Innern
des z.B. zylindrischen Hohlkörpers durch Behandlung der Gase mit einer eingedüsten
kalten Flüssigkeit. Die erfindungsgemäße Außenkühlung des graphitischen Werkstoffs
verfolgt demgegenüber lediglich der- Zweck, die Wandtemperaturen des beispielsweise
zylindrischen Hohlkörpers, insbesondere an der Innenwand, niedrig. zu halten. Es
wird also in der Weise gekühlt, daß man das Temperaturniveau des Hauptstromes der
von den heißen Gasen transportierten Wärmemenge durch Vermischung.dieser Gase mit
einem Hilfs-Stoffstrom relativ niedriger TemperatuT verringert, während ein kleiner
Teilstrom de-.--. von den heißen Gasen transportierten Wärmemenge durch äußere Kühlung
des graphitischen, im wesentlichen monolithischen Hohlkörpers abgeführt wird. Damit
durch die unterschiedlichen zwischen den aus verschiedenartigen Werkstoffen bestehenden
Teilen, insbesondere zwischendem z.B. zylindrischet Hohlkörper aus graphitischem
Werkstoff und dem ihn umFebenden Metallmantel, nicht zusätzlich #.lärmespannungen
entstel-en können, ist diesen Teilen nach einem
weiteren Erfindungsgedanken
die Möglichkeit einer Relativbewegung gegeneinander gegeben. Zu diesem Zweck ist
der zylindrische, beispielsweise senkrecht -angeordnete Hohlkörper am oberen Ende
mittels eines angearbeiteten Kragens formschlüssig und flüssigkeitsdicht auf einem
Pls Fixpunkt dienenden, an feststehenden Bauteilen angebrachten Flansch aufgelagert,
an dem zugleich das obere Ende des Metallmantels flüssigkeitsdicht befestigt ist,
während das untere Ende des Metallmantels flüssigkeitsdicht mit einem stopfbüchsenartig
ausgebildeten glan.sch verbunden ist, du-(,ch dessen.Bohrung der beispielsweise
zylin.drische Hohlkörper unter Zwischenlage einer Dichtung flüssigkeitsdicht und
gleitend hindurchgeht, wobei das am unteren Ende des beispielsweise zylindrischen
Hohlkörpers angesetzte, sich nach unten verjüngende Endstück formschlüssig auf einem
Flansch aufsitzt, der auf Federn, beispielsweise Tellerfedern ruht, und, durch Schrauben
an dem den Metallmantel unten.abschließenden Flansch aufgehängt ist. Die Anordnung
kann bei den gleichen Erfindungsmerkmalen auch so getroffen sein, daß de'r Einspritzkühler
mit seinem unteren Ende auf einem Fixpunkt ruht, wobei die Wärmedehnungen nach oben
gerichtete längenänderungen der Bauteile bewirken. Die zur Einführung der Verdüsungseinrichtungen
und der Temperaturfühler in das Innere des Einspritzkühlers vorgesehenen Rohrstutzen
sind in an sich bekannter Weise seitlich, beispielsweise radial am zylindrischen
Hohlkörper angesetzt. Pie sind wie dieser ebenfalls aus graphitischem Werkstoff
hergestellt und sind nach der vorliegenden Erfindung mit Abstand von einem aus Metall,
beispielsweise aus Stahl, bestehenden Mantel umgeben. Der dadurch jeweils gebildete
'Ungraum steht strömungsmäßig mit dem den zylindrischen Hohlkörper umgebenden in
Verbindung und ist nach außen, am freien Erde, durch eine über den betreffenden
Rohrstutzen gezogene , einerseits am Mantel des Rohrstutzers und andererseits
an diesem Rohrstutzen selbst befestigte, elastisch nachgiebige, beispielsweise aus
Gummi bestehende Manschette von li-förmigem Querrchnitt keitsdicht abgeschlossen.
Der
vörliegende Erfindungsgegenstand ist auf der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellt.
Der beispielsweise zylindrische Hohlkörper 19 in dem die eigentliche Kühlung
der heißen Gase erfolgtg Ist aus graphitischem Werkstoff hergestellt und mit Abstand
von einem Metallmantel 6 umgeben, so daß ein koaxialer Ringraum 14 entsteht,
durch den zur Senkung der Vlandtemperaturen von Teil 1, eintretend durch Anschlußstutzen
19 und austretend durch Anschlußstutzen 20, ein Kühlmittel, z.B. Wasserg
hindurchgeleitet wird. Der beispielsweise zylindris ' che Hohlkörper
1 ist am oberen Ende mit einem Kragen 5 versehen, dessen untere Kante
mit einer Abschrägung versehen istg mittels der er auf der ihr entsprechenden Abschrägung
der Bohrung eines Flansches 9
formschlüssig und flüssigkeitsdicht aufliegt.
Flansch 9 ist an feststehenden Bauteileng z.B. an der innen ausgemauerten
Reißgaszuleitung 22 befestigt und bildet einen Fixpunkt für die als Folge von Wärmedehnungen
des Einspritzkühlers relativ zum Metallrit,#,ntel zu erwartenden Längenänderungen
der einzelnen Teile. An der Unterseite von Flansch 9 ist das obere Ende des
Metallmantels 6 flüssigkeitsdichtg z.B. durch Schweißungj befestigt» während
sein unteres Ende'flüssigkeitsdichtg etwa wieder durch Schweißung, mit dem Flansch
10 verbunden ist. Die Bohrung von Flansch 10 ist so bemessen, daß
Teil 1 gleitend hindurchgeht. Durch Zwischenlage einer Dichtung 24 ist die
Durchführung nach Art einer Stopfbüchse flüssigkeitsdicht gemacht. Am unteren Ende
des beispielsweise zylindrischen Hohlkörpers 1
ist z.B. ein nach unten sich
verjüngendes Endstück 4 angesetzt, das formschlüssig in der Bohrung von Flansch
11 gehalten ist. Flansch 11 ruht auf Druckfedern 129 beispielsweise'Tellerfedern,'
die mittels Schrauben 13 an Flansch 10 aufgehängt sind. Durch diese
Anordnung gelingt es, die bei den verschiedenartigen Vlerkstoffen unterschiedlichen
Wärmedehnungen ohne das Auftreten
,nennenswerter Wärmespannungen
unschädlich aufzunehmen. Tubular Desuperheater for parting
fear of hot aggressive gases
The invention relates to a tubular?, Injection cooler for
. #, Horrors from 600 to 1600 0 C are called aggressive, in particular
also oxidizing gases, whereby the injection cooler is designed
forms is that in the hot flowing through the injection cooler
Gas a cooling liquid is to be injected.
It is known to have high-temperature and chemically aggressive gases
by cooling them .. by putting them in. thermally and chemically
Resistant cavities are relatively cooler by injection
üs s gke ith treated. This method w4-d is then necessary
"learn the indirect '#, noise reduction, # through good heat-conducting separating
- The hot gas would turn into a cool substance, for example because of it
- Big pollution, because of too strong corrosion attacks
and because of the lack of thermal resistance of the separating
, de n * "ht mU - 'Lich is.
with the, hot gauze in the -Johlraum brought heat-
- it is not cut off to the outside with the spray cooling
Instead, the Tf # inpe2 # ", # itursenkun takes place through distribution
, jar bui high -Te-npera-L-, urriveau introduced ', amounts of heat
.'rUßere amount of substance, whereby the temperature level by heating
tind li # -damping the- additionally with relatively low tempe-
sinks.
This counting method, which is known to me, can sometimes be too
, (- hw- * L # -1 - r, i # -, - k (, i-'t, -o, r füh-repp (la thermally and chemically sufficient
Materials for the production of a hollow body,
.jen # I vori de <7: For reasons of cost, it is often out of the question
from Ijorj (] (- rI-er "-ierunper, apart from that, often only
in. The form of stones are available. As a result of unavoidable thermal stresses when switching on and off the injection cooler made of stones and also as a result of stresses caused by the large temperature differences between. the hot and the cool zones occur, cracks in the masonry easily arise, which can lead to severe damage to the same and to the ingress of chemically aggressive substances to the chemically often non-resistant "for example metallic outer skin. Other ceramic materials, which in.thermischer and chemical Hir.sicht are sufficiently resistant, turn out to be unusable with the large temperature gradient between the inside and the outside Form present invention, for the production of an injection cooler is also suitable for the intended difficult operating conditions. It is an acid-resistant, heat-resistant and corrosion-resistant graphitic material, which is made gas- and liquid-tight by impregnation with a synthetic resin and has good properties Warmth t ability with relatively low, - brittleness. The maximum temperature permissible for this D zi material is around 160 ° C. and is temporarily limited to a maximum of around 220 0 0 . A special post-treatment makes it possible to make the material gas- and liquid-tight up to a pressure difference of about 0.1 atm. In an oxidizing atmosphere, however, the upper limit for the thermal stress is around 500 OC. When using this material, the injection cooler is essentially designed as a monolithic molding, so that the presence of joints, notches, etc. does not cause stress peaks as a result of different thermal expansion, which could lead to breakage of the material. Furthermore, the temperature of the inner surface of the injection cooling system coming into contact with the hot, chemically aggressive and possibly oxidizing gases is reduced by external cooling to such an extent that it is still below the limit of about 500 ° C. or even below the critical limit for oxidizing stress for the absolutely tight impregnation mentioned limit of about 160 0 C remains. In order to ensure this additional external cooling, the injection cooler according to the invention consists essentially of a hollow body made of graphitic material and designed as a monolith and also cylindrically shaped with several pipe sockets distributed over its length for the cooling liquid and one for a temperature sensor as well as one the hollow body and the pipe sockets each for itself to form a respective annular space around the hollow body and the pipe connection for the cooling liquid concentrically enveloping metal shell, which has a Züi- and outlet for the cooling liquid. The actual cooling of the hot gases takes place in a known manner in the interior of the, for example, cylindrical hollow body by treating the gases with an injected cold liquid. In contrast, the external cooling of the graphitic material according to the invention only pursues the purpose of keeping the wall temperatures of the, for example, cylindrical hollow body, in particular on the internal wall, low. to keep. It is therefore cooled in such a way that the temperature level of the main flow of the amount of heat transported by the hot gases is reduced by mixing these gases with an auxiliary material flow at a relatively low temperature, while a small partial flow de -.--. The amount of heat transported by the hot gases is dissipated by external cooling of the graphitic, essentially monolithic hollow body. So that the different parts made of different materials, in particular between the e.g. cylindrical hollow body made of graphitic material and the metal jacket surrounding it, do not cause additional noise stresses, these parts are given the possibility of relative movement against each other according to a further idea of the invention. For this purpose, the cylindrical, for example vertically arranged hollow body is supported at the upper end by means of an attached collar in a form-fitting and liquid-tight manner on a Pls fixed point, attached to fixed components, to which the upper end of the metal jacket is also fastened in a liquid-tight manner, while the lower The end of the metal jacket is connected in a liquid-tight manner to a gland-like, glan The end piece tapering at the bottom sits positively on a flange which rests on springs, for example disc springs, and is suspended by screws on the flange that closes the metal jacket at the bottom be that de'r injection cooler rests with its lower end on a fixed point, the thermal expansion causing upward changes in length of the components. The pipe sockets provided for introducing the atomizing devices and the temperature sensors into the interior of the injection cooler are attached laterally, for example radially, to the cylindrical hollow body in a manner known per se. Pie are also made of graphitic material like this and are, according to the present invention, surrounded at a distance by a jacket made of metal, for example steel. The resulting 'ungap' is fluidly connected to the surrounding cylindrical hollow body and is elastically flexible to the outside, on the open ground, by a drawn over the relevant pipe socket , on the one hand to the jacket of the pipe socket and on the other hand to this pipe socket itself, for example Cuff made of rubber with a li-shaped cross-section that is tightly closed. The present subject matter of the invention is shown schematically in the accompanying drawing. The, for example, cylindrical hollow body 19 in which the actual cooling of the hot gases takes place is made of graphitic material and surrounded at a distance by a metal jacket 6 , so that a coaxial annular space 14 is created through which, to lower the Vland temperatures of part 1, enters through connecting pieces 19 and exiting through connection piece 20, a coolant, for example water, is passed through. The example zylindris' che hollow body 1 is provided at the upper end with a collar 5, whose lower edge ISTG provided with a bevel by means of which it rests a flange 9 form-locking and liquid tight in its corresponding chamfer of the bore. Flange 9 is attached to stationary components, for example the internally lined tear gas feed line 22, and forms a fixed point for the changes in length of the individual parts to be expected as a result of thermal expansion of the injection cooler relative to the metal rite. On the underside of flange 9 , the upper end of the metal jacket 6 is fastened in a liquid-tight manner, for example by welding, while its lower end, in a liquid-tight manner, is connected to the flange 10 again, for example by welding. The bore of flange 10 is sized so that part 1 slidably passes through it. By interposing a seal 24, the bushing is made liquid-tight in the manner of a stuffing box. At the lower end of the hollow body 1, which is cylindrical, for example, a downwardly tapering end piece 4 is attached, which is held in the bore of flange 11 in a form-fitting manner. Flange 11 rests on compression springs 129, for example 'disc springs', which are suspended from flange 10 by means of screws 13. This arrangement makes it possible to take up the different thermal expansions of the different types of non-toxic materials without the occurrence of significant thermal stresses.
Zur Einführung der Verdüsungseinrichtungen für die vorgesehene Kühlflüssigkeit
in das Innere des Hohlkörpem 1 sind z.B. seitlich angesetzte Rohrstutzen
2 aus dem gleichen graphitischen Werkstoff vorgesehen. Jeder von Ihnen ist mit Abstand
koaxial von einem Metallmantel 7 derart umgeben, daß der zustandekommende
Ringraum 15 mit dem Ringraum 14 strömungsmäßig in Verbindung steht. Der z.B..für
die Einführung eines Temperaturfühlers vorgesehene Rohrstutzen 3 ist in gleichartiger
Weise mit Abstand von einem Me tallmantel 8 umgeben, wodurch der Ringraum
16 entsteht. Um die Ringräume 15 und 16 nach außen abzuschließen,
sind Manschetten 23 aus einem elastisch nachgiebigen Werkstoff, etwa aus
Gummi, von beispielsweise L-förmigem Querschnitt vorgesehen, deren einer Schenkel
auf den Rohrstutzen 2, 3
gezogen und dort durch eine Rohrschelle 21 festgehalten
istg während der andere Schenkel zwischen zwei Flanschen 17 und
18
gehalten ist, von denen der eine, 17, am Metallmantel
7, 89
z.B. festgeschweißt und der andere, 18, lose aufgesetzt ist.
Der Einspritzkühler nach der vorliegenden Erfindung hat sich beispielsweise bei
der abschreckenden Kühlung von mit Temperaturen von 600 bis 1600 OC
eingefahrenen ohlorwasserstoffhaltigen und sauerstoffhaltigen Gasen mit kalter,
wässriger Salzsäure gut bewährt. Bei Kühlwassertemperaturen von 22 bis
28 0.C wurde die Temperatur des graphitisohen Werkstoffs an der Innenwand
des eigentlichen Kühlraumes zu 1000C ermittelt. Der Temperaturgradient innerhalb
der aus dem graphitischen Werks-toff bestehenden Wandung ist somit sehr gering.To introduce the atomization devices for the cooling liquid provided into the interior of the hollow body 1 , for example, laterally attached pipe sockets 2 made of the same graphitic material are provided. Each of them is coaxially surrounded at a distance by a metal jacket 7 in such a way that the resulting annular space 15 is in flow connection with the annular space 14. The zB.für the introduction of a temperature sensor provided pipe connection 3 is surrounded in a similar way with distance from a Me tallmantel 8, is produced whereby the annular space sixteenth To close the annular spaces 15 and 16 to the outside, cuffs 23 made of an elastically resilient material, such as rubber, for example with an L-shaped cross-section, are provided, one leg of which is pulled onto the pipe socket 2, 3 and held there by a pipe clamp 21 during the other leg is held between two flanges 17 and 18 , of which one, 17, is welded to the metal jacket 7, 89, for example, and the other, 18, is loosely attached. The injection cooler according to the present invention has proven itself, for example, in the deterrent cooling of hydrogen chloride-containing and oxygen-containing gases with cold, aqueous hydrochloric acid , which are introduced at temperatures of 600 to 1600 OC. At cooling water temperatures of 22 to 28 0.C, the temperature of the graphite-like material on the inner wall of the actual cooling room was determined to be 1000C. The temperature gradient within the wall made of the graphitic material is therefore very small.