DE1916345U

DE1916345U - HEAT RECYCLING DEVICE FOR AMMONIA BURNING.

Info

Publication number: DE1916345U
Application number: DE1963P0022694
Authority: DE
Original assignee: Pintsch Bamag AG
Current assignee: Pintsch Bamag AG
Priority date: 1963-12-19
Filing date: 1963-12-19
Publication date: 1965-05-26

Description

RÄrB025705 15.3.65RÄrB025705 15.3.65

PUSriSOH BMKAQr AktiengesellschaftPUSriSOH BMKAQr Aktiengesellschaft

Berlin 21, Reuehlinstraße 10 - 17 ^1X11(1 Butzbaeh, Wetzlarer Straße 113Berlin 21, Reuehlinstrasse 10 - 17 ^{1X11 (1} Butzbaeh, Wetzlarer Strasse 113

„Abhitzeverwertungsapparat für die Aimaoniakver brennung¹'"Waste heat recovery apparatus for Aimaoniak incineration ¹ '

Bie Feuerung betrifft einen Abhitzeverwertungsapparat für die heißen Gase der Ammoniakverbrennung mit zylindrischem Mantel und eckigem Querschnitt des Abgasschachtes.The furnace concerns a waste heat recovery apparatus for the hot gases of ammonia combustion with cylindrical Shell and angular cross-section of the exhaust duct.

Bei der Verbrennung eines Ammoniak-Iiuft gemisch es entstehen G-astemperaturen von ca· 85O⁰G.In the combustion of ammonia Iiuft mixture is produced G-astemperaturen of about 85O ⁰ · G.

Die Abkühlung dieser Gase zur wirtschaftlichen Ausnutzung der Wärme geschieht in Apparaten, welche von oben nach unten vom Gas durchströmt werden. In den Strömungsweg der Gase sind Rohrsehlangen angeordnet, welche von einem wärmeaustauschenden Medium, z.B. Dampf-Wasser-Gemisch, durchströmt werden. Der äußere Mantel der Apparate wird durch eine Ausmauerung oder dureh Kühlschlangen vor den auftretenden höheren Temperaturen geschützt, wobei es bekannt ist, daß die Kühlung.z.B. durch Heizrohre eines Zwangsumlaufkessels erfolgt. Bs ist weiter bekannt, den gebildeten kreisrunden Abgasschacht mit Rohrschlangen auszufüllen, dabei ergibt sich jedoch der Wachteil, daß viele Anschlüsse für die Hauptrohrschlangen durch die zylindrische Behälterwand geführt werden müssen, weil der kreisrunde Querschnitt vollständig von den runden Schlangen ausgefüllt ist. Dieses ist besonders dann von lachteil, wenn der Metallmantel als Druekbehälterteil ausgeführt ist. Es ergeben sieh auch große Schwierigkeiten bei einem Auswechseln von einzelnen Schlangen, weil hierbei das gesamte Sehlangenpaket ausgebaut werden muß. Die Terwendung einer Ausmauerung geschieht meistens bei Verwendung eines Abgasschachtes mit mehreekigem Querschnitt. Der mehreckige Querschnitt, z.B. als Tier-, Sechs- oder Achteck, erlaubt eine Ausfüllung des Abgassehaehtes mit Rohrpaketen einfacher Bauart, z.B. dureh nebeneinander angeordnete haarnadelförmig gebogene Schlangenrohre. Diese Rohre lassen sichThe cooling of these gases for the economic utilization of the heat takes place in apparatus, which from the top to are flowed through by the gas below. In the flow path of the gases pipe lengths are arranged, which are from a heat-exchanging Medium, e.g. steam-water mixture, flows through will. The outer jacket of the apparatus is raised by a brick lining or by cooling coils in front of the occurring Temperatures protected, it is known that the Kühl.z.B. through heating pipes of a forced circulation boiler he follows. It is also known to fill the formed circular exhaust shaft with pipe coils, this results however, the downside is that there are many connections for the main coils have to be guided through the cylindrical container wall because the circular cross-section is completely different from the round snakes. This is particularly disadvantageous when the metal jacket is used as a part of the pressure vessel is executed. There are also great difficulties when replacing individual snakes, because the entire string package must be removed. The application A brick lining is usually done when using an exhaust duct with a mehreekigem cross-section. The polygonal one Cross-section, e.g. as an animal, hexagon or octagon, allows the exhaust cap to be filled with pipe packages simple design, e.g. hairpin-shaped arranged side by side curved coiled pipes. These tubes can be

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einfach einzeln auswechseln. Diese Anordnung gestattet auch den Einbau von einfachen ebenen Strahlungsblechen, welche den Wärmeübergang durch Strahlung verbessern und dadurch eine größere Heizflächenbelastung ermöglichen. Die Ausmauerung hat jedoch den lachteil, daß diese mit der Zeit brüchig wird, so daß heiße nitrose Gase an den Metallmantel gelangen können. Ss ergibt sich dann die Notwendigkeit einer Erneuerung der Ausmauerung, welche zu langen Betriebsstillständen und den damit verbundenen hohen Kosten führt. Die Yerwendung eines enggewiekelten Kühlschlangenmantels zur Kühlung der Mantelwandung ist demgegenüber betriebssicherer. Mese Ausführung hat sich deshalb besonders bei Apparaten, welche unter Innendruck stehen und einen kreisförmigen Querschnitt besitzen, in der Praxis eingeführt, wobei jedoch obige Saehteile in Kauf zu nehmen sind.simply replace one at a time. This arrangement also allows the installation of simple flat radiant panels, which improve the heat transfer through radiation and thereby enable a greater load on the heating surface. However, the brickwork has the disadvantage that it becomes brittle over time, so that hot nitrous gases can reach the metal jacket. This then results in the need to renew the brickwork, which leads to long downtimes and the associated high costs. The use of a tightly wound cooling coil jacket for cooling the jacket wall is, in contrast, more reliable. This design has therefore been introduced in practice, especially in apparatus which are under internal pressure and have a circular cross-section, although the above parts must be accepted.

Die Neuerung vermeidet diese lachteile und ermöglicht eine weitergehende Ausnutzung der speziell naeh der Ammoniakverbrennung noch entstehenden Reaktionswärme.The innovation avoids these drawbacks and enables a more extensive use of the special near the ammonia combustion heat of reaction still generated.

Der der leuerung zugrunde liegende laumformgedanke besteht bei der Ausgestaltung des Abhitzeverwertungsapparates für die Ammoniakverbrennung mit zylindrischem Metallmantel und im Abgassehacht angeordneten Rohrschlangen darin, daß der innenseitig befindliche Rohrmantel aus ein- oder mehrfach nebeneinander angeordneten schraubenlinienartig geführten Rohren besteht, die von einem Wärmeaustauschmedium durchflossen werden und innerhalb des Rohrmantels ein Abgasschacht mit einem mehreekigen Querschnitt eingesetzt ist, welcher einen Überhitzer und darunter angeordnete Verdampfer— pakete umschließt, deren .Haarnadelrohre von einem Wärmeaustauschmedium durchflossen werden.The laumform concept on which the control is based exists in the design of the waste heat recovery apparatus for the ammonia combustion with a cylindrical metal jacket and pipe coils arranged in the exhaust duct in that the pipe jacket on the inside made of single or multiple arranged next to each other helically guided tubes, which flowed through by a heat exchange medium and inside the pipe jacket an exhaust duct with a mehreekigen cross-section is inserted, which has a superheater and evaporator arranged below it - Packets enclosing their .Hapinrohre of a heat exchange medium are flowed through.

Dadurch wird einerseits eine betriebssichere Kühlung der Mantelwand und gleichzeitig die Verwendung von einfachen, leicht auszuwechselnden Rohrpaketen erreicht. Diese Rohrpakete können z.B. aus einzelnen haarnadeiförmig gebogenen Rohren bestehen, welehe zur möglichst engen Bepackung zueinander kreuzweise angeordnet sein können. Die einzelnenThis ensures, on the one hand, reliable cooling of the jacket wall and, at the same time, the use of simple, easily exchangeable tube packages achieved. These tube packages can e.g. consist of individual bent hairpin-shaped Pipes exist, which can be arranged crosswise to one another for the closest possible packing. The single ones

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Rohrelemente können auch als Rippenrohre ausgebildet sein.Tube elements can also be designed as finned tubes.

Die für die katalytisehe Terbrennung des Ammoniaks erforderliehen K^fcaktnetze besitzen einen kreisförmigen Querschnitt, so daß ein sich verjüngendes Übergangsstück von einem kreisflächigen zu einem mehreckigen-Querschnitt erforderlich ist, damit die gesamte G-asmenge durch die Rohrpakete geleitet wird. Is entsteht so ein nichtdurchströmter freier Raum zwischen Rohrmantel und Abgasschacht, welcher zum Zwecke des Druckausgleiches mit den heißen nitrosen S-asen in Verbindung steht. In diesem Raum lassen sich Sammler und Verteiler zu den einzelnen Rohrschlangen leicht unterbringen. Bei den bisher bekannten Ausführungen sind die Sammler und Verteiler für das wärmeaustansehende Medium über oder unter den Rohrschlangen angeordnet, so daß als Nachteil eine größere Bauhöhe entsteht. In anderen fällen sind die Sammler außerhalb des Mantels angebracht. Hierbei sind viele Rohre durch die gasdichte Behälterwand zu führen, wobei komplizierte Konstruktionen entstehen. Diese Nachteile werden durch die vorgeschlagene Anordnung vermieden.The ones required for the catalytic combustion of ammonia K ^ fcaktnetze have a circular cross-section, so that a tapered transition piece from a circular to a polygonal cross-section is necessary so that the entire amount of gas through the Pipe packages is routed. This creates a free space between the pipe jacket and the exhaust shaft, through which there is no flow, which for the purpose of pressure equalization is in connection with the hot nitrous saes. Leave in this room The collector and distributor for the individual pipe coils can easily be accommodated. In the previously known versions are the collectors and distributors for heat Medium arranged above or below the pipe coils, so that the disadvantage is a greater overall height. In other In some cases, the collectors are attached outside the jacket. There are many pipes through the gas-tight container wall to lead, resulting in complicated constructions. These disadvantages are alleviated by the proposed arrangement avoided.

Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit einer Ausnutzung von Reaktionswärme der nitrosen Gase, lach der Verbrennung des Ammoniaks reagiert das gebildete NQ mit O₂ zu NO₂* Diese exothermisehe Reaktion benötigt für die umsetzung eine von Druck und temperatur abhängige Zeitspanne.Another advantage is the possibility of utilizing the heat of reaction of the nitrous gases. After the ammonia burns, the NQ formed reacts with O ₂ to form NO ₂ * This exothermic reaction requires a period of time that depends on pressure and temperature.

Neuerungsgemäß läßt sieh für das Sas eine bestimmte Verweilzeit zum Ablauf der Reaktion zur Verfügung stellen, indem der durch den zylindrischen Mantel und den Abgasschaeht gebildete leere Raum von der Sasmenge durchströmt wird. Diese Durchströmung kann zeitIieh vor oder nach Passieren eines feiles des Rohrbündeis geschehen.According to the innovation, you leave a certain one for the Sas Make a residence time available for the reaction to proceed by passing through the cylindrical jacket and the exhaust gas valve The empty space formed is flowed through by the crowd. This flow can be before or after Passing a file of the pipe bundle happened.

Das G-as erwärmt sich während der zusätzlichen Verweilzeit und tritt mit einer höheren !Temperatur in das naehge schaltete Rohrpaket, wodurch eine größere Wärmemenge ausgenutzt werden kann.The gas heats up during the additional dwell time and enters the near-switched pipe package at a higher temperature, which means that a greater amount of heat is used can be.

Um die exotherme Reaktion möglichst weitgehend durchzuführen, ist es erforderlieh, eine Rückmisehung des bereits reagierten Gases zu verhindern. Dieses geschieht durch Verwirklichung einer Pfropfströmung, indem in dem leeren Raum zwischen Mantel und Abgassehaeht leitbleche angebracht werden. Auf diese Weise können z.B. bei einem Druck von 8 ata ca. 5 f* mehr Wärme zur Abhitzeverwertung ausgenutzt werden als ohne Benutzung der vorgeschlagenen Einrichtung. In order to carry out the exothermic reaction as extensively as possible, it is necessary to prevent the gas that has already reacted from flowing back. This is done by creating a plug flow by placing baffles in the empty space between the jacket and the exhaust hood. In this way, for example, at a pressure of 8 ata approx. 5 f * more heat can be used for waste heat recovery than without using the proposed device.

Auf der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform eines Abhitzeverwertungsapparates dargestellt, und zwar veranschaulicht sIn the drawing, an example embodiment of a waste heat recovery apparatus is shown, namely illustrates s

HG₄ 1 einen schematisehen Iiängsschnitt des Apparates, 2 einen Querschnitt nach Mnie AA der 1IS-.1·HG ₄ 1 a schematic longitudinal section of the apparatus, 2 a cross section according to Mnie AA of FIG. 1IS-1.

Der Apparat ist als Verdampf er- und tjberhit zerteil eines Zwangsumlaufkessels ausgebildet. Als Y/ärmeaustausehmedium strömt durch die Rohre ein Wasser-Dampf—Gemisch, während um die Rohre herum, beginnend bei a, das heiße unter erhöhtem Druck stehende Gas der Ammoniakverbrennung strömt.The apparatus is part of one as an evaporator Forced circulation boiler formed. A water-steam mixture flows through the pipes as a heat exchange medium around the pipes, starting at a, the hot pressurized gas of ammonia combustion flows.

Der druekfeste Metallmantel 1 wird durch den zylindrischen Rohrmantel 2 vor einer stärkeren Erwärmung durch die heißen Gase geschützt. Der Rohrmantel 2 besteht aus eng nebeneinander liegenden schraubenlinienförmig geführten Rohren. Der Mantel des Abgasschachtes 3 weist einen sechseckigen Querschnitt auf, welcher im oberen !eil auf einen kreisflächigen Querschnitt übergeht. Im Abgasschaeht 3 ist im oberen Seil ein Rohrpaket 7 angeordnet, welches als Dampfüberhitzer dient.The pressure-resistant metal jacket 1 is through the cylindrical Pipe jacket 2 protected from excessive heating by the hot gases. The pipe jacket 2 consists of closely adjacent helical pipes. The jacket of the exhaust duct 3 has a hexagonal Cross-section, which in the upper part merges into a circular cross-section. In the exhaust gas section 3 a tube package 7 is arranged in the upper rope, which serves as a steam superheater.

Dieses Rohrpaket 7 besteht aus mehreren aufeinanderliegenden haarnadeiförmig gebogenen Rohrschlangen, welche in den außerhalb des Abgassehachtes 3 liegenden Sammlern 5 und 6 münden. Bei g tritt der zu überhitzende Dampf in den Apparat ein, bei h verläßt er ihn wieder. Im Abgassehacht 3 sind weiter angeordnet die Rohrsehlangenpakete 8 und 9, welche als Verdampferteil dienen. Diese bestehen aus vielen dicht nebeneinander aufgehängten haarnadelförmig gebogenen Rohrschlangen, welche, wie aus FIG.2 ersichtlich,This tube package 7 consists of several superimposed hairpin-shaped curved tube coils, which in the collectors 5 and 6 located outside the exhaust duct 3 flow out. At g the steam to be superheated enters the apparatus, at h it leaves it again. In the exhaust duct 3 are further arranged the pipe wire stacks 8 and 9, which serve as an evaporator part. These consist of many hairpin-shaped curved pipe coils, which, as can be seen from FIG. 2,

z.B. in den Sammlern 10, 11, 12 und 13 münden. Bei e tritt das Wasser ein. und bei f verläßt das Dampf-Wasser-G-emisch den Apparat.e.g. open into collectors 10, 11, 12 and 13. At e the water enters. and at f the steam-water-G-emic leaves the apparatus.

Im Abgassehacht 3 ist in der Mitte das Trennbleeh 4 angeordnet, welches den Sehaeht ganz abschließt. Hierdurch werden die Gase bei b gezwungen, durch eine Öffnung an der Seite des Schachtes in den leeren Raum zwischen Abgasschacht 3 und Rohrmantel 1 zu strömen. Auf der anderen Seite strömen sie durch eine öffnung unterhalb des Trennbleches 4 bei c wieder in den Schacht zurüek. Durch die hierdurch zusätzlich geschaffene Yerweilzeit erwärmt sich das Gas durch die frei werdende Eeaktionswärme und gelangt mit einer höheren Temperatur in das Rohrpaket 9· Dadurch ist eine Verwertung der frei gewordenen Reaktionswärme möglich. Bei d verläßt das Gas den Apparat.In the exhaust duct 3, the partition 4 is arranged in the middle, which completely closes the eye. As a result, the gases at b are forced through an opening the side of the shaft into the empty space between the exhaust shaft 3 and pipe jacket 1 to flow. On the other On the side, they flow through an opening below the separating plate 4 back into the shaft at c. The additional dwell time created thereby heats up the gas passes through the heat of reaction and arrives at a higher temperature in the tube package 9 · This means that the released heat of reaction is utilized possible. At d the gas leaves the apparatus.

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Claims

SÖHIIUISPSUCE

Waste heat recovery apparatus for ammonia burning with a cylindrical metal jacket and pipe coils arranged in the exhaust shaft, characterized in that the pipe jacket (2) located on the inside consists of pipes arranged one or more times next to one another, very out of line-like pipes, through which a heat exchange medium flows, and inside = half of the pipe jacket (2) an exhaust shaft (3) with a polygonal cross-section is inserted, which encloses a superheater (7) ~ ®ά & below arranged Yerdampfer = packages CS ¹³ ^ d 9), whose hairpin tubes are flowed through by a heat exchange medium «

HtIR * elsi Ote »Üntenoqe fataau * m Sehuftonspr.) Isf dte zulefzf eMg« rs! Shfe; They "&ch> con d" r +! m HrspfönqNoh submitted unledo ^ en. The legal meaning of the Ab-iVafchuru; isi ni. !>'·; Γτ · .- "** Jch» InQitntchfen Accidents are in ian Ämtsokien. You can j «ö & i:« ·' .- '' · ■ · ■ · ** & rwhHlclvsr »Inreresies free of charge» * On Antroo, FottAuiMt-i -> - »: ■ ^v * Φα toltchiü prices« are also delivered.. Oeutsghes Patentamt,