DE2128775A1

DE2128775A1 - Abhitzegewinnungssystem

Info

Publication number: DE2128775A1
Application number: DE19712128775
Authority: DE
Inventors: William H Woodside N Y Nebgen (V St A)
Original assignee: Treadwell Corp
Current assignee: Treadwell Corp
Priority date: 1970-06-09
Filing date: 1971-06-09
Publication date: 1971-12-16
Also published as: GB1328929A; ZA712250B; ES391580A1; NL7107712A; FR2096080A5; BE768304A; AU2862571A

Description

PATENTANWÄLTE ·

ORL MAAS

DRW. PFEIFFER

DR. F. V0ITHENLE4TNER

8 MÜNCHEN 23

TR-12

Treadwell Corporation, New York, N.Y.« V.St.A. Abhlt zegewlnnungs sys tent

Die Dampfmenge, die ein heißes Verfahrensgas In einem Abhitzekessel erzeugen kann, ist durch die Wärmemenge begrenzt/ die von dem Verfahrensgas abgegeben wird, wenn es sich von der Temperatur, mit der es in den Abhitzekessel eintritt, auf die Temperatur abkühlt, mit der es den Kessel verläßt.

Bei vielen Verfahren hat das Verfahrensgas eine Anfangstemperatur, die aus verschiedenen Gründen für die direkte Verwendung des Gases in einem Abhitzekessel zu hoch sein kann. Es ist bekannt, das Verfahrensgas durch Abschrecken mit Wasser oder mit Gas (Luft) Umgebungstemperatur oder mit Wasserdampf abzukühlen.

Feste oder flüssige .Kohlenwasserstoffbrennstoffe werden beispielsweise durch ein Verfahren, das sich einer partiellen Verbrennung mit einer begrenzten Menge Sauerstoff bedient, in gasförmigen Brennstoff übergeführt. Die Produktgase verlassen den Reaktor mit einer Temperatur über 1100 Grad C (2000 Grad F.) und bestehen hauptsächlich

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aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf. Die Gase können teilchenförmige Stoffe enthalten, zum Beispiel Mineralasche, die aus dem rohen Brennstoff stammen. Wenn der Brennstoff Schwefel enthält, enthalten die Produktgase Schwefelwasserstoff, der für Metalle bei der Temperatur, mit der die Gase den Reaktor verlassen, außerordentlich korrodierend ist. Diese sehr heißen Gase müssen zuerst abgekühlt werden, beispielsweise auf etwa 455 Grad C (85O Grad F.), bevor ein Kofitakt " des Schwefelwasserstoffs mit den Metallaustauschflächen eines Abhitzekessels zugelassen werden kann. Nachdem die unreinen Produktgase den Reaktor verlassen haben, werden sie abgeschreckt, gewöhnlich mit Wasser, in einem Abhitzekessel abgekühlt, weiter abgekühlt und zur Entfernung der teilchenförmigen Stoffe gewaschen und anschließend nötigenfalls zur Entfernung unerwünschter gasförmiger Verunreinigungen behandelt.

Die gasförmigen Produkte, die aus einem Kupferkonverfc®r austreten, enthalten große Mengen Staub und Schwefeldioxid. Das Schwefeldioxid ist ein Produkt der Um- | Setzung zwischen dem Schwefel, der in der geschmolzenen Konverterbeschickung enthalten ist, und dem Sauerstoff, der in der komprimierten Luft enthalten ist, die durch die Beschickung geblasen wird. Die Gase, die aus dem Konverter austreten, bestehen hauptsächlich aus Schwefeldioxid und dem Stickstoff, der den Sauerstoff der Blasluft begleitet. Die ausströmenden Konvertergase sind sehr heiß, nämlich etwa 1315 Grad C {2400 Grad P), xaid bei dieser Temperatur ist der mitgeschleppte Staub ziemlich klebrig. Um den Druck an der Mündung des Konverters etwas unter Atmosphärendruck zu halten, wird ein Gebläse verwendet und es wird der Zutritt einer großen Menge Umgebungsluft und ihre Vermischung mit den ausströmenden

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Konvertergasen zugelassen« so dad diese auf eine Temperatur abgeschreckt werden, bei der der Staub nicht länger klebrig ist (etwa 430 Grad C; 800 Grad F.).

Erfindungsgenäß werden ausströmende Reaktorgase mit hoher Temperatur vor dem Eintritt in einen Abhitzekessel durch Mischen «dt einem großen Kreislaufstrom der gleichen Gase_r die in dem Abhitzekessel abgekühlt worden sind, abgeschreckt. Die Abschreckwirkung der Kreislaufgase beruht nur auf ihrer Kapazität für fühlbare Wärme, so daß die gesamte, ursprünglich in den mit hoher Temperatur ausströmenden Reaktorgasen enthaltene Wärme mit der Abschreckteaperatur zur Verfügung steht und zur Erzeugung von Dampf Bit verhältnismäßig hohem Druck verwendet wird.

Wenn in bekannter Weise Wasser zum Abschrecken verwendet wird, steht die latente Verdampfungswärme nicht zur Erzeugung von Dampf in dem Kessel zur Verfügung. Wenn Dampf mit verhältnismäßig niederem Druck zum Abschrecken verwendet wird, muß ein großer Teil der ursprünglichen fühlbaren Warne zum Verdampfen des Wassers, aus dem der Niederdruckdampf erzeugt wird, verwendet werden, und diese Wärme ist nicht zur Erzeugung von Hochdruckdampf verfügbar.

In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform werden die erflndungegeioäßen Maßnahmen mit einer partiellen Verbrennung zur mdlung von "schmutzigen" Brennstoffen, zum Beispiel bestimmten Kohlensorten und Brennölen, die beträchtliche Mengen an störenden Stoffen wie Schwefel, Nickelverbindungen, Vanadiumverbindungen und Verbindungen anderer Minerale enthalten, in sauberen gasförmigen Brennstoff kombiniert. Die korrodierenden, erodierenden Hochtenperaturproduktgase der partiellen Verbrennung werden. auf eine mittlere Temperatur abgeschreckt, die von den

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Werkstoffen des Abhitzesystems vertragen werden kann, indem sie mit einer großen Menge Kreislaufproduktgas vermischt werden, das in einem Abhitzekessel abgekühlt worden ist. Eine kleine Menge der gekühlten Produktgase (entsprechend dem Ausstoß des partiellen Verbrennungsverfahrens ) wird weiter abgekühlt, wenn sie im Gegenstrom Kesselspeisewasser aufheizt. Nach Verlassen des Speisewassererhitzers werden die gekühlten Gase zur Entfernung teilchenförmiger Stoffe gewaschen. Weitere Verunreinigungen, zum Beispiel Schwefelwasserstoff, werden in üblichen Gasreinigungsanlagen entfernt, in denen die Gase auf Temperaturen abgekühlt werden, die nicht wesentlich über der Umgebungstemperatur liegen.

Es ist zweckmäßig, Luft statt reinen Sauerstoff in dem partiellen Verbrennungsverfahren zu verwenden, um damit eine sehr kostspielige Lufttrennungsanlage einzusparen. Wenn jedoch Luft verwendet wird, haben die Produktgase einen verhältnismäßig niederen Heizwert, (pro cbm ; cu. ft.), weil sie mit dem Stickstoff verdünnt sind, der den Sauerstoff begleitet, welcher für die partielle Verbrennung verwendet wird. Diese verdünnten Brennstoffgase haben eine Flammentemperatur, die weit W niedriger als bei den stärker konzentrierten Brennstoffen ist. Wenn konzentrierte Brennstoffe in einer offenen Brayton-Kreisprozeßmaschine verwendet werden, ist es erforderlich, die Verbrennungegase mit sehr hoher Temperatur mit einem Luftüberschuß abzukühlen, bevor man die Gase in den Expander eintreten lassen kann. Da die Expandergrenztemperatur niedriger ist als die Flammentemperatur, die selbst mit den verdünnten Gasen mit niederem Heizwert erzeugt werden kann, wird der wirtschaftliche Betrieb der Brayton-Kreisprozeßmaschine durch die Verwendung dieser verdünnten Brennstoffgase nicht beeinträchttigt. Das allgemeine Erfindungsprlzip, das ein verbessertes

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Abhitzegewinnungesystesi betrifft, wird also mit einem partiellen Verbrennungssystem kombiniert, in dem Luft verwendet wird. Die verdünnten gereinigten Produktgaee werden ihrerseits in einer offenen Brayton-Kreisprozeßmaschine verwendet, und in einer besonderen Ausführungsform liegt eine solche Kombination im Rahmen der Erfindung. Selbst wenn im Waschabschnitt der Gasreinigungsstufe die Temperatur der gereinigten Gase etwas unter die Temperatur gesenkt wird, mit der sie den Speisewasser-

erhitzer verlassen, gibt es keine Wärmeverluste, weil der Brayton-Kreisprozeß einen Rekuperator enthalten soll, der die Wärme aus den Abgasen des Brayton-Expanders zum Aufheizen der Brennstoffgase ausnutzt, bevor sie verbrannt werden. Die Wärme in den Brayton-Kreisprozeßexpanderabgasen ist ebenfalls eine Form von Abhitze, so daß kein Nettoverlust eintritt.

Wenn die aus dem Reaktor für die partielle Verbrennung abströmenden Gase beispielsweise eine typische Temperatur von etwa 1290 Grad C (2350 Grad F.) haben, müssen erfindungsgemäß etwa 10 Mol Kreislaufgase mit 370 Grad C (700 Grad-F.) zum Abschrecken von 1 Mol der aus dem Reaktor strömenden Gase auf 455 Grad C (850 Grad F) verwendet werden. Die Wärme, die zur Dampferzeugung zur Verfügung steht, ist die Wärme, die von 11 (10+1) Mol der vereinigten abgeschreckten Gase abgegeben wird, wenn sie sich von 455 Grad C (850 Grad F.) auf 370 Grad C (700 Grad F.) abkühlen. Im Vergleich dazu werden bei Verwendung von Wasser mit 38 Grad C (100 Grad F.) zum Ab- * schrecken nur 0,42 Mol Wasser zum Abschrecken der aus dem Reaktor strömenden Gase auf 455 Grad C (850 Grad F.) benötigt und die Wärme, die zur Dampferzeugung zur Verfügung steht, ist die Wärme, die von nur 1,42 Mol vereinigter abgeschreckter Gase abgegeben wird, wenn sie sich

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von 455 Grad C (850 Grad F.) auf 370 Grad C (700 Grad F.) abkühlen. Die Dampfmenge, die erfindungegemÄß mtsmvgt wird«* ist deshalb die 7,75-fache Meng« an Wasserdampf, dlJ bei Verwendung von Wasser zum Abschrecken erzfcvgt wird. Daraus ist die beträchtliche Leistungserhöhung ersichtlich, die erfindungsgemäß erzielt wird.

Wie bereits oben angegeben wurde, sind die kühlen, gereinigten verdünnten Gase, die einen ziemlich hohen . Druck haben können, wegen der niederen Flammentemperatur und des großen Gasvolumens (mit den damit verbundenen . großen Kaminverlusten), die sich aus der unvermeidlichen StickstoffVerdünnung ergeben, kein besonders vorteilhafter Brennstoff zur Verbrennung in einem gewöhnlichen Dampfkessel. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden diese gereinigten Gaee jedoch in einem Rekuperator, der von den heißen Abgasen gespeist wird, die aus dem Expander einer Brayton-Kreisprozeßmaschine austreten, im Gegenstrom erwärmt. Die heißen gereinigten Gase werden dann mit heißer komprimierter Luft verbrannt, die ebenfalls durch die heißen Abgase aus dem Expander erwärmt worden ist. Der Luftkompressor der Brayton-Kreisprozeßmaschine liefert die Luft, die zur Verbrennung der vorgewärmten gereinigten Gase erforderlich ist, sowie die Luft, die für die partielle Verbrennung des schmutzigen Brennstoffs benötigt wird. Diese gesamte Luft wird in dem Rekuperator der Brayton-Kreisprozeßmaschine stark vorgewärmt .

Bei einer anderen Kombination wird das verbesserte. Abhitzegewinnungssystem nach der Erfindung zur Erzeugung von Dampf aus der Wärme verwendet, die in den gasförmigen Produkten enthalten ist, welche aus einem Kupferkonverter ausströmen. Diese Produkte bestehen hauptsächlich aus Schwefeldioxid und Stickstoff und führen große Mengen an Staub mit sich, der bei 1315 Grad C (2400 Grad F.),

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?der Temperatur, »it der die Gaae den Konverter verlassen, ziemlich klebrig ist. Bevor man die Gase in den Abhitzekessel eintreten lassen kann, nüssen sie zuerst auf eine Temperatur abgeschreckt werden, bei der der Staub nicht langer klebrig ist. Diese Temperatur hängt von der Art und Zusammensetzung der Konverterbeschickung ab, liegt jedoch durchschnittlich etwa bei 430 Grad C (800 Grad F.). Etwa 10,6 Mol Kreislaufgase mit' 340 Grad C (65O Grad F.) müssen zum Abschrecken von 1 Mol der aus dem Konverter mit 1315 Grad C (2400 Grad F.) abströmenden Gase auf 43O Grad C (800 Grad F.) verwendet werden. Die Wärme, die zur Dampferzeugung zur Verfügung steht, ist die Härme, die von 11,6 Mol der vereinigten abgeschreckten Gase abgegeben wird, wenn sie sich von 430 Grad C (8OO Grad F.) auf 340 Grad C (650 Grad F.) abkühlen. Im Vergleich dazu werden bei der bekannten Arbeitsweise 2,28 Mol Umgebungsluft mit 38 Grad C (1OO Grad F.) zum Abschrecken der abströmenden Gase auf 430 Grad C (800 Grad F.) verwendet und die Wanne, die zur Dampferzeugung zur Verfügung steht, 1st die Wärme, die von nur 3,28 Mol der vereinigten abgeschreckten Gase abgegeben wird. Die Dampfnenge, die erfindungsgemäß erzeugt wird, ist deshalb die 3,56-fache Menge an Dampf, der auf bekannte Weise bei Verwendung von ümgebungsluft als Abschreckmedium erzeugt wird. Außerdem betragen die Kamijiverluste bei der bekannten Arbeitsweise das 3,28-fache der Kaminverluste bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise.

Ein Kupferkonverter ist ein drehbarer horizontaler .,Zylinder, der mit feuerfestem Material ausgekleidet ist und eine öffnung hat, durch die die austretenden Gase strömen. Während die Konverterbeschickung mit Luft geblasen wird, verbindet eine Abzughaube die Auslaßöffnung mit einem Abhitzekessel. Während der Beschickungs- und

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Entleerungsphase des Zyklus wird die Auslaßöffnung von der Abzughaube weggedreht und durch die Öffnung wird Beschickung zugeführt oder Produkt ausgetragen. Den Konverterabzug dicht zu halten, bietet bei der bekannten Arbeitsweise nur geringe Vorteile, da man eine beträchtliche Menge an Raumluft irgendwie in das System einströmen lassen muß, wenn die aus dem Konverter abströmenden Gase ausreichend abgeschreckt werden sollen. Wenn daher die aus dem Konverter abströmenden Gase mit Umgebungsluft abgeschreckt werden, sinkt die Konzentration an SO₂, die zunächst etwa 12 % beträgt, wenn die Gase den Konverter verlassen, auf etwa 3,66 % und die Konzentration an O₂ , die zunächst fast 0 ist, steigt auf etwa 13,9 % an. Diese S0₂-Konzentration ist für eine Schwefelsäureanlage zu niedrig und es müssen aufwendige Methoden angewandt werden, um sie auf einen annehmbaren Wert von 8 % zu erhöhen. Außerdem ergibt der Sauerstoff, der als Teil der Abschreckluft eingeführt wird, einen SauerstoffÜberschuß, der die Bildung von S0_ begünstigt, welches bei Vereinigung mit Wasser sehr korrodierend für die Abhitzekesselwerkstoffe ist.

Erfindungsgemäß wird der Konverterabzug möglichst dicht W gehalten, um das Eindringen von Raumluft möglichst gering zu halten. Die S0₂~Konzentration bleibt bei etwa 12 %, es wird weniger SO₃ gebildet, es tritt weniger Korrosion auf und die abströmenden Gase können leicht zur Erzeugung von Schwefelsäure verwendet werden, oder das SO₂ kann sogar zu elementarem Schwefel reduziert werden. Dagegen ist es völlig unzweckmäßig, die Erzeugung von elementarem Schwefel aus einem bekannten Gas zu versuchen, das 3,66 % SO₂ und 13,9 % O₂ enthält, weil dieses Gas etwa die 4,8-fache Menge an Reduktionsmittel erfordert, als zur Reduktion des SO₂ allein benötigt würde.

Wenn der Konverterabzug bei der bekannten Arbeitsweise möglichst dicht gehalten wird, um das Eindringen von Luft

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möglichst gering zu halten' und dadurch eine möglichst hohe S0₂-Konzentration zu erzielen, muß der Abzug eine sehr komplizierte Konstruktion haben, selbst wenn er mit Wasser gekühlt wird, da er Gasen mit 1315 Grad C (2400 Grad F.)» die mit klebrigem Staub verunreinigt sind, ausgesetzt ist. Diese hohe Temperatur macht es außerdem sehr schwierig einen dichten Abzug herzustellen. Ferner wird durch späteres Abschrecken mit Wasser oder Dampf der Taupunkt der abgeschreckten Gase stark erhöht und ihre Korro- · sionswirkung beträchtlich vergrößert.

Im Gegensatz dazu ist der dichte Abzug für die erfindungsgemäßen Zwecke von sehr einfacher Konstruktion, da er nur Gasen mit 430 Grad C (800 Grad F.), welche Staub enthalten, der nicht langer klebrig ist, ausgesetzt ist, und es ist ziemlich einfach, den Abzug bei 430 Grad C (800 Grad F.) dicht zu halten.

Es ist zu beachten, daß diese Verunreinigungen korrodierende Gase, zum Beispiel Schwefelwasserstoff, Feststoffe, zum Beispiel Asche aus dem Brennstoff, der mit Luft partiell verbrannt wird, Stoffe, welche unerwünschte Ablagerungen bilden, zum Beispiel die Stäube aus dem Kupferkonverter, die bei höheren Temperaturen klebrig sind, oder Vanadium- und Nickelverbindungen aus bestimmten ölen oder anderen Brennstoffen, welche die Brayton-Kreisprozeßexpanderschaufeln korrodieren, sein können. Die gasförmigen Verunreinigungen sind wegen ihrer Korrosionswirkung oder im Fall von Schwefeldioxid wegen seiner Reaktionsfähigkeit mit Sauerstoff unter Bildung korrodierender Stoffe oder wegen der Umweltverschmutzung, die sie verursachen !'^nnen, störend. Ascheteilchen sind unerwünscht, wenn .das Produktgas in einer Brayton-Kreisprozeßfiiaschine verwendet werden soll, in der ein Kontakt

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mit rasch bewegten Teilen stattfindet, weil sie Verschleiß oder Erosion verursachen. Da die Erfindung alle Schwierigkeiten, die durch diese Verunreinigungen verursacht werden, beseitigt, werden zur Vereinfachung diese Verunreinigungen als "korrodierend, erodierend oder schlackenbildend" bezeichnet. Diese Begriffe werden in dem oben erläuterten Sinn verwendet. Als typische und vorteilhafteste Form eines Abhitzegewinnungssystems wurde ein Abhitzekessel angegeben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese besondere Form eines Abhitzegewinnungssystems beschränkt.

Anhand der Figuren wird die Erfindung weiter erläutert.

Figur 1 zeigt ein schematisches Fließbild eines Systems, das schmutzigen Brennstoff partiell verbrennt, die Produktgase^ reinigt und sie in einem Brayton-Kreisprozeß verwendet, und

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kupferkonverters und Abhitzekessels.

Figur 1 erläutert die partielle Verbrennung eines schmutzigen Brennstoffs, der aus Kohle oder öl bestehen kann, die Schwefel und/oder erodierende oder schlackenbildende Feststoffe enthalten, zum Beispiel Vanadium- oder Nickelverbindungen im Fall eines ölbrennstoffs, mit Luft. Die Zeichnung ist schematisch, da die besondere Gestaltung oder Konstruktion der verwendeten Vorrichtung durch die Erfindung nicht verändert wird.

Schmutziger Brennstoff, entweder fest oder flüssig, wird in einem Reaktor .(1) partiell oxydiert. Dieser Reaktor erhält durch die Leitung (2) auf 430 Grad C (8OO Grad F.)

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erwärmte komprimierte Luft mit etwa 7 atü (100 psig). Die Luftmenge ist begrenzt, so daB partielle Oxydation stattfindet. Durch die Leitung (8) wird ferner etwas Dampf mit 7 atü (1OO psig) eingeführt, um die Vergasung oder partielle Oxydation des Brennstoffs zu unterstützen. Ein Produktgas mit etwa 1290 Grad C (2350 Grad P.) gelangt, nachdem es mit einem weit größeren Strom von kühlerem Produktgas aus der Leitung (12) im Verhältnis 10 Mol : 1 Mol vermischt worden ist, in den Abhitzekessel (3). Dadurch wird die Temperatur der Mischung wie angegeben auf etwa 455 Grad C (85O Grad F.) vermindert, eine Temperatur, die genügend niedrig ist, so daß Schwefelwasserstoff die Kesseloberflächen nicht korrodiert.

Die Temperatur des großen Volumens von Gasen, näialich 11 Mol im Vergleich zu 1 Mol, das aus dem Reaktor für die partielle Oxydation kommt, erzeugt Dampf, der 1O5 atü (1500 psig) mit einer Sattigungstemperatur von 315 Grad C (6OO Grad F.) haben oder gewünschtenfalls überhitzt sein kann. Dieser Dampf tritt durch Leitung (6) aus, strömt durch eine Dampfturbine (7) und erzeugt Energie, wie ^lurch den Generator (9) angedeutet ist. Etwas Dampf wird aus der Turbine im Niederdruckabschnitt abgezweigt und wie bereits beschrieben durch die Leitung (8) zum Reaktor zurückgeführt. Die Verfahrensgase verlassen den Kessel (3) mit etwa 370 Grad C (700 Grad F.), strömen durch die Leitung (12), werden durch das Gebläse (4) durch einen Staubsammler (5) geblasen und dann aufgeteilt. Etwa 1 Mol wird zu einem Speisewassererhitzer (10) geführt, der den Abhitzekessel durch die Leitung (11) mit Speisewasser versorgt, und der größere Anteil, etwa IO Mol strömt weiter durch die Leitung (12) ,um die Produktgase mit hoher Temperatur abzuschrecken, die wie bereits beschrieben in den Abhitzekessel gelangen. Das zurückgeführte Volumen ist zwar im Vergleich zu dem

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durch die partielle Oxydation erzeugten Volumen sehr groß, diese Rückführung ergibt aber eine umlaufende Beladung.und in dem Speisewassererhitzer (10) wird schließlich etwa 1 Mol Produktgas abgekühlt. Es gibt keinen Wärmeverlust, da das große Volumen an zurückgeführten abgeschreckten Gasen seine fühlbare Wärme in dem Abhitzekessel (3) ohne wesentliche Verluste abgibt.

Der Ausstoß aus der Dampfturbine (7) wird in dem Kondensator (14) kondensiert und durch die Pumpe (15) über den Speisewassererhitzer (10) zurück zum Abhitzekessel (3) gepumpt. Auffüllwasser zum Ausgleich für den in der partiellen Oxydation verwendeten Dampf wird in üblicher Weise in dem Saugabschnitt der Pumpe (15) eingeführt. Dieses zusätzliche Wasser wird zwar benötigt, bildet aber kein Merkmal der Erfindung und ist deshalb in der Zeichnung nicht besonders angegeben.

In dem Speisewassererhitzer (10) wird das Produktgas mit 370 Grad C (700 Grad F.) auf etwa 66 Grad C (150 Grad F.) abgekühlt. Wie an vielen Stellen der Zeichnung, handelt es sich nur um eine ungefähre Temperatarangabe, wie durch das Symbol - angedeutet wird. Die Produktgase mit 66 Grad C (150 Grad F.) werden in de-a Teilchenwäscher (16) gewaschen, in dem Feststoffe, zum Beispiel Asche, Vanadium- und Nickelverbindungen un·! dergleichen, entfernt werden. Der Wäscher ist völlig schematisch dar gestellt, da er eine allgemein bekannte Vorrichtung ist und seine Konstruktion durch die Erfindung nicht ver ändert wird. Die Gase werden gewaschen, wodurch ihre Temperatur bis auf etwa Umgebungstemperatur gesenkt wird, und strömen dann durch eine übliche Schwefelwasserstoffentfernungsanlage (17) . Die Zeichnung stellt den Fall dar, daß der verunreinigte Brennstoff sowohl Schwefel als auch andere Stoffe enthält. Wenn ein Brennstoff keine

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wesentlichen Schwefelmengen enthält, kann selbstverständlich die Anlage (17) weggelassen werden. Das gereinigte Gas gelangt durch die Leitung (18) zum Rekuperator (19), der von Abgasen aus dem Brayton-Kreisprozeßexpander (21) geheizt wird. Das Gas wird bis auf etwa 430 Grad C (8CX) Grad F.) erwärmt und das Expanderabgas wird bis auf etwa 120 Grad C (250 Grad F.) abgekühlt und strömt dann durch die Abgasleitung (25).Parallel zu dem Rekuperator (19) ist ein Rekuperator (24) angeordnet, der ebenfalls mit einem Teil der heißen Abgase* aus dem Expander (21) gespeist wird. In diesen Rekuperator (24) tritt in dem Luftkompressor (22) komprimierte Luft durch die Leitung (23) ein und wird auf etwa 430 Grad C (800 Grad F.) erwärmt. Der Expander (21) erzeugt wie üblich mehr Energie, als von dem Kompressor (22) benötigt wird, und diese zusätzliche Energie wird als nutzbare Arbeit erhalten, wie durch den Generator (23) angedeutet ist. Der heiße komprimierte Luftstrom wird aufgeteilt, wobei ein Teil über die Leitung (2) wie beschrieben zu dem Reaktor für partielle Oxydation (1) und ein Teil in die Brayton-Kreisprozzeßverbrennungsvorrichtung (20) geführt wird, worin er mit dem durch den Rekuperator (19) vorgewärmten Brennstoffgas verbrennt.

Es ist zu ersehen, daß der Hauptteil der Energie in den Abgasen aus dem Expander (21) wirksam zum Vorwärmen von Luft und Brennstoff für die Brayton-Kreisprozeß-Verbrennungsvorrichtung und den Reaktor für partielle Oxydation genutzt wird. Die einzigen wesentlichen Energieverluste finden in der Abgasleitung (25) statt, die Abgas mit einer sehr viel niedrigeren Temperatur abgibt als aus einem gewöhnlichen Brayton-Kreisprozeß-Expander, und eine kleine Menge geht in den Teilchenwäscher (16) verloren. Dampf mit einem vorteilhaften

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Druck und einer vorteilhaften Temperatur wird wirtschaftlich durch den Abhitzekessel (3) aus dem großen Volumen abgeschreckter Verfahrensgase erzeugt und der Abhitzekessel arbeitet zuverlässig, weil die Eintrittstemperatur des Verfahrensgases auf einen so niederen Wert vermindert ist, daß eine Schädigung der Heizflächen des Abhitzekessels vermieden wird. Diese Abschreckung, wie sie oben beschrieben worden ist, führt zu keinerlei Wäroeverlusten, weil die fühlbare Wärme des großen Gasvolumens, das durch den Abhitzekessel strömt, praktisch völlig zur Erzeugung von Dampf ausgenutzt wird.

Figur 2 erläutert ein weiteres typisches Verfahren, in dem das Erfindungsprinzip angewandt wird. Figur 2 zeigt ebenfalls in schematischer Darstellung einen Kupferkonverter (26). Der Konverter, der wie üblich konstruiert ist, kann wie üblich in Beschickungs- und Austragsstellung gedreht werden. Der Konverter erhält Verbrennungsluft aus einer üblichen Quelle (nicht dargestellt) . Die Zeichnung zeigt den Konverter in der Blasstellung und einen zurückziehbaren Abzug (27), der in dieser Stellung einen dichten Abschluß bildet. Infolge dieses dichten Abschlußes muß der Abzug zum Beschicken und Entladen des Konverters zurückgezogen werden. Die heißen Abgase, die zur Verwendung in einen Abhitzekessel viel zu heiß sind und außerdem eine große Menge an Staub enthalten, der bei diesen höheren Temperaturen klebrig ist, werden mit einem großen Strom gekühlter Gase durch die Leitung (34) vermischt. Die heißen Gase werden so in sehr ähnlicher Weise wie bei der Abschreckung der Gase, die in den Abhitzekessel (3) in Figur 1 gelangen, abgeschreckt und es wird ein großes Volumen heißer Gase erzeugt. Die Leitung 29 ist ebenso wie die Rückführleitung (34) mit einen flexiblen Abschnitt {23) versehen.

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Dadurch kann der Abzug zurückgezogen werden, wenn der Konverter beschickt und/oder entladen wird.

Das große Volumen von Gasen strömt dann aus der Leitung (29) durch den Staubsammler (31) und anschließend in den Abhitzekessel (30), in dem Dampf erzeugt wird. Der Abhitzekessel ist wie üblich konstruiert, weshalb keine Einzelheiten dargestellt sind. Vor dem Durchgang durch den Abhitzekessel wird die große Menge an Staub in einem Staubsammler (31) gesammelt. Es ist zu beachten, daß die Temperatur der Gase, die in den Abhitzekessel (30) eintreten, unter der Temperatur liegt, bei der der Staub klebrig ist und daß daher keine Ablagerungen oder Schlackenbildungen auf den Heizflächen des Abhitzekessels stattfinden. Aus dem Staubsammler bläst ein Gebläse (32) einen Strom, dessen Hauptteil durch die Leitung (34) wie beschrieben zurückgeführt wird. Ein kleinerer Teil strömt durch die Leitung 33 zu einem Abschnitt, wo seine Wärme gewonnen werden kann, zum Beispiel in einem Heizer durch Erwärmung von Speisewasser für den Abhitzekessel (30) in ähnlicher Weise, wie es ausführlicher in Verbindung mit Figur 1 beschrieben wurde.

Es ist zu beachten, daß Figur 2 einen verhältnismäßig dichten Abschluß des zurückziehbaren Abzugs (27) zeigt. Es findet mit anderen Worten kein wesentliches Einströmen von Luft statt. Dagegen war bei Kupferkonvertern, wie sie bisher verwendet wurden, absichtlich ein loser Abschluß des Abzugs vorgesehen und es wurde eine große Menge von Umgebungsluft oder eines anderen kühlen Mediums eingeführt, um die Temperatur bis zu dem Punkt zu senken, bei dem der Staub nicht länger klebrig war und zur Bildung von Ablagerungen auf den Heizflächen des Abhitzekessels (30) neigte. Wenn Luft zum Abschrecken verwendet wird, wie es bisher geschehen ist und oben erwähnt wurde, geht die

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Wärme, die zum Erwärmen der Luft von Umgebungstemperatur auf die Temperatur, mit der die Gase sicher in den Abhitzekessel (30) eingeführt werden können, völlig verloren und außerdem führt die erhöhte Menge an Sauerstoff zu einer stärkeren Bildung von Schwefeltrioxid, das sehr stark korrodierend auf den Abhitzekessel wirken kann.

Ein bedeutender. Vorteil der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ist, daß der Schwefeldioxidgehalt der Gase, die den Konverter verlassen, nicht wesentlich verdünnt ist und bei einem Wert bleibt, der für eine wirksame Ausnutzung des SO₂ entweder in einer Schwefelsäureanlage oder sogar zur Erzeugung von elementarem Schwefel genügend hoch ist. Eine derartige Verarbeitung w?r bei dem verdünnten SO₃, das bei Abschreckung mit Luft oder anderen Gasen erzeugt wird, unzweckmäßig. Durch die Erfindung werden daher gleichzeitig zwei vorteilhafte Wirkungen erzielt, nämlich daß das Schwefeldioxid nicht verdünnt wird und daß kein wesentlicher Verlust an Abschreckwärme stattfindet, da diese praktisch vollständig durch den Abhitzekessel als fühlbare Wärme in den abjeschreckten Gasen geführt wird, die durch die Leitu.ig (29) strömen. Wie in Figur 1 stellt die verhältnismäßig große Menge an gekühlten Gasen, die durch die Leitung (34) strömen, selbstverständlich eine umlaufende Beladung aar, un \ führt zu keinen wesentlichen Verlusten.

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Claims

tentansprÜche

lJ Abhitzeverwertungssystem zur Gewinnung von Wärme us Verfahrensgasen, die mit einer Temperatur erzeugt werden, die zur Anwendung für die Abhitzeverwertung zu hoch ist, dadurch gekennzeichnet, daß man einen großen Teil an durch die Abhitzeverwertung gekühltem Gas zu den Verfahrensgasen zurückführt und deren Temperatur, auf eine Temperatur vermindert, die von dem Abhitzeverwertungssystem vertragen wird.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abhitzeverwertungssystem ein Abhitzedampfkessel ist.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleiner Teil der gekühlten Gase durch Wärmeta'usch mit dem Speisewassererhitzer für den Abhitzekessel weiter gekühlt wird.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahrensga.s aus der partiellen Verbrennung von Brennstoffen, die wenigstens einen Bestandteil enthalten, welcher aus einem korrodierendes Gas bildenden Material, erodierendem Material oder schlackenbildenden Material besteht, mit Luft stammt.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleiner .Teil der in dem Speisewassererhitzer abgekühlten Gase der Entfernung von Verunreinigungen unterworfen und als Brennstoff in einem offenen Brayton-Krelsprozeßsystem verwendet wird, das einen Rekuperator

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Cf

-is- 2Ϊ28775

enthält, der heiße Abgase aus dem Brayton-Kreisprozeßexpander erhält und in dem gereinigte kühle Brennstoffgase und Verbrennungsluft für die Verfahrensgase erwärmt werden.
6. System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff Schwefel enthält.
7. System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff ein öl ist, das Vanadium- und Nickelverbindungen enthält.
8. System nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensgase aus einem Kupferkonverter stammen und durch Rückführung von kühlen Gasen praktisch ohne Verdünnung mit Luft mit einer Volumenmenge der rückgeführten kühlen Gase abgeschreckt werden, die zur Verminderung der Temperatur der Gase aus dem Kupferkonverter auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur ausreicht, bei der Staub klebrig ist.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur, auf die die Konvertergase abgekühlt werden, etwa 430 Grad C (800 Grad F.) beträgt.

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Λ .

Lee r se ι te