-
Die Erfindung betrifft einen Ammoniak-Verbrennungs-
-
ofen mit Abhitzekessel, bestehend aus einem Haubenteil, einem daran
angeflanschten, einen stehenden Rauchrohrkessel enthaltenden Behälterunterteil und
einem im Behälter anströmseitig des Rauchrohrkessels angeordneten Korb mit Füllkörpern,
auf denen Kontaktnetze angeordnet sind.
-
Zur großtechnischen Herstellung von Salpetersäure wird Ammoniak mit
Luft katalytisch zu Stickoxid und Wasserdampf gemäß der Gleichung 4 NH3 + 5 °2 zu
4 NO + 6 H20 + 215,6 Kcal verbrannt. Als Katalysator dienen im allgemeinen gewebte
Netze aus Platin mit einem Zusatz von maximal 10 * Rhodium, die die Stickoxidbildung
entsprechend der angegebenen Reaktion gegenüber anderen Verbrennungsprodukten des
Ammoniaks begünstigen. Die Reaktionstemperatur liegt bei etwa 850 °C, und man kann
drucklos oder bei Drucken bis zu maximal 10 bar arbeiten. Die beträchtliche freiwerdende
Reaktionswärme wird in einem der katalytischen Oxidation nachgeschalteten Abhitzekessel
zur Dampferzeugung und ggfs. Dampfüberhitsung, Speisewasservorwärmnng oder Yerbrennungsluftvorwärmung
ausgenutzt. Kontaktteil und Abhitzekessel sind üblicherweise hintereinander im gleichen
Behälter untergebracht, der häufig aus einem oberen Haubenteil und einem an diesen
angeflanschen
Behälterunterteil besteht. Das Behälterunterteil
kann seinerseits aus mehreren Behälterschüssen zusammengesetzt sein.
-
Es ist bekannt, in dem Behälterunterteil einen von den heißen Verbrennungsgasen
umströmten Wasserrohrkessel mit Zwangsumlauf (La-Mont-Kessel) anzuordnen. Diese
Kessel sind relativ teuer. Um zu vermeiden, daß der Behältermantel und die Flanschverbindung
zwischen Haube und Unterteil durch die heißen Verbrennungsgase zu stark thermisch
beansprucht werden, muß eine Wandberohrung vorgesehen werden, die sich sogar bis
in den Bereich des Kessels fortsetzt.
-
Der Korb mit den Füllkörpern und den darauf liegenden Kontaktnetzen
ist durch Balken abgestützt, die von den heißen Gasen umströmt werden und daher
durch Hindurchleiten eines Kühlmittels gekühlt werden müssen. Derartige Kontaktöfen
mit La-Nont-Kessel sind daher verhältnismäßig kostspielig.
-
Es sind auch bereits Ammoniak-Vorbrennungsöfen mit eingebautem stehenden
Rauchrohrkessel eingesetzt worden.
-
Bei diesen ist die Ofenwandung, soweit sie von den heißen Verbrennungsgasen
bestrichen wird, d.h. zwischen den Kontaktnetzen und den Eingang der Rauchrohre,
ausgemauert, wobei die Ausmauerung auch über die Flanschverbindung zwischen
Haube
und Unterteil hinausreicht. Derartige Öfen werden durch die Ausmauerung erheblich
verteuert, und der Ofenraum zwischen der Tragkonstruktion für die Kontaktnetze und
dem Kessel wird nur unzureichend ausgenutzt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Anoniak-Verbrennungsofen
mit Rauchrohrabhitzekessel zu schaffen, bei dem die Ofenwandung in Bereich der Kontaktnetze
und des sich in Gasströmungsrichtung anschließenden Bereiches thermisch nur schwach
beansprucht wird, ohne daß eine Ausmauerung oder Wandberohrung in diesem Bereich
erforderlich ist. Darüber hinaus sollen die unzureichende Raumausnutzung zwischen
Kontakt und Abhitzekessel sowie eine besondere gekühlte Tragkonstruktion für den
der Abstützung der Kontaktnetze dienenden Füllkörperkorb vermieden werden.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Ammoniak-Verbrennungsofen
mit Rauchrohrkessel dadurch gelöst, daß der unterhalb der Flanschverbindung befindliche
Korb mit seiner Seitenwandung von der Seitenwandung des Behälterunterteils unter
Ausbildung eines Ringraumes auf Abstand gehalten ist, der obere Rohrboden des Rauchrohrkessels
mit seinem Rand in den Ringraum hochgesogen und dort mit der Seitenwandung des Behälterunterteils
verschweißt
ist und an dieser Behälterseitenwandung unterhalb der Schweißverbindung ein oder
mehrere Austrittsstutzen des Rauchrohrkessels angeordnet sind. Der Rauchrohrkessel
ist so unter Bildung eines dampfseitigen, die heiße Kontaktzone umgebenden Ringraumes
nach oben gezogen. Die Behälterseitenwandung und die Flanschverbindung wird durch
das aus dem Rauchrohrkessel in den Ringraum aufsteigende und zum Austrittsstutzen
strömende Wasser/Wasserdampf-Genisch von der in der Kontaktnetzschicht und der Füllkörperschicht
herrschenden hohen Reaktionstemperatur abgeschirmt und gekühlt. Dabei reicht dieser
Kühlmantel zweckmäßigerweise bis dicht an die Flanschverbindung herauf, während
die Kontaktnetzschicht ein beträchtliches Stück unterhalb des oberen Endes des Kühlmantels
liegt. Die aus der Kontaktzone an die Flanschverbindung gelangende Wärme wird so
weitgehend von dem durch den ringförmigen Kühlmantel störenden Wasser/Wasserdampf-Gemisch
aufgenommen und abgefiihrt.
-
Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Boden
des Korbes und der obere Rohrboden des Rauchrohrkessels in gleicher Form, vorzugsweise
in Form eines Klöpperbodens gewölbt. Durch diese formschlüssige Anpassung der beiden
Böden ergibt sich nicht nur eine optimale
Raumausnutzung, sondern
das Einströmen des Wasser/ Wasserdampf-Gemisches aus dem Rauchrohrkessel in den
die Kontaktzone umgebenden Kühlmantel wird wesentlich erleichtert. Die in Gasströmungsrichtung
konkave Wölbung der beiden Böden ist nicht auf eine bestimmte geometrische Form
der Wölbung beschränkt. So können die Böden beispielsweise auch nach Art von Tonnen-
oder Tankböden gewölbt sein.
-
Vorzugsweise hat der Boden des die Füllkörper enthaltenden Korbes
einen geringen Abstand, vorzugsweise einen Abstand von 1 bis 10 mm von dem oberen
Rohrboden des Rauchrohrkessels, so daß der Korbboden bei den während der Verbrennung
herrschenden Temperaturen auf dem Rohrboden zur Anlage kommt. Damit übernimmt der
obere Rohrboden eine Stützfunktion für den Korb, und es kann auf besondere gekühlte
Tragbalken unter dem Korb verzichtet werden, wodurch sich eine weitere Kostenersparnis
ergibt. Der Abstand zwischen den beiden Böden in der Kälte ist so zu wählen, daß
der Korbboden infolge seiner thermischen Ausdehnung bei der Reaktionstemperatur
von z.B. 800 bis 900 0C auf dem oberen Rohrboden aufsitzt.
-
Zweckmäßigerweise sind die Seitenwandung des Korbes und der hochgezogene
Rand des oberen Rohrbodens mit geringem
Abstand voneinander zylinderförmig
ausgebildet. Der Abstand zwischen der Korbseitenwand und dem hochgezogenen Rohrbodenrand
soll möglichst gering sein, damit die gühlwirkung des durch den Ringraum zu den
Austrittsstutzen strömenden Wasser/Wasserdampf-Gemisches auf die Korbwandung nicht
durch einen zu breiten Gasspalt beeinträchtigt wird. Andererseits ist eine gewisse
Spaltbreite wegen der thermischen Radialausdehnung des Korbes erforderlich. Da auch
die Seitenwandung des Behälterunterteils zylindrisch ist, ergibt sich durch die
zylindrische Ausbildung des hochgezogenen Rohrbodenrandes zwischen beiden ein Ringraum,
der über den gesamten Behälterumfang einen gleichbleibenden Querschnitt hat. Es
herrschen in ihm somit überall im wesentlichen gleiche Strömungsverhältnisse und
gleiche Kühlwirkung.
-
Zweckmäßigerweise ist der die Füllkörper und die Kontaktnetze aufnehmende
Korb in die Flanschverbindung eingespannt. Somit besteht die Möglichkeit, nach Lösen
der Flanschverbindung und Abheben der Haube den Korb zwecks Reparatur oder Austausch
der Kontaktnetze oder Füllkörper in einfacher Weise heraus zu ziehen.
-
Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß im unteren Bereich des
Ringraumes an der Seitenwandung des Behälterunterteils
ein mit
Abstand von dem Rohrbodenrand und der Seitenwand des Behälterunterteils in den Ringraum
ragendes Umlenkblech eingeschweißt ist und der Austrittsstutzen oberhalb der Einschweißnaht
des Umlenkbleches angeordnet ist. Dadurch, daß das Wasser/Wasserdampf-Gemisch zunächst
durch den verringerten Querschnitt zwischen dem Umlenkblech und dem hochgezogenen
Rohrbodenrand strömen muß, ergibt sich eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit und
bessere Kühlwirkung durch den Rohrbodenrand auf die Seitenwandung des Korbes. Das
in den Ringraum ragende Umlenkblech ist zweckmäßigerweise ebenfalls zylinderförmig
und hat von dem Rohrbodenrand und dem Mantel des Behälterunterteils gleichen Abstand.
-
Auf der Innenseite der Seitenwandung des Korbes ist eine Einspannvorrichtung
für Stütznetze und die darauf aufliegenden Kontaktnetze angebracht. Durch die Einspannung
wird vermieden, daß die Netze sich gegenseitig verschieben, verbiegen oder in Schwingungen
geraten, wodurch die Kontaktwirkung beeinträchtigt würde.
-
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen
Figur 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Ammoniak-Verbrennungsofens in schematischer Darstellung; Figur
2 einen Axial-Teilschnitt des inFigur 1 gezeigten Ofens, aus dem die wesentlichen
Merkmale der Erfindung deutlicher erkennbar sind und Figur 3 die Einspannvorrichtung
für die Kontakt-und Stütznetze in vergrößertem Maßstab.
-
Nach Figur 1 umfaßt der erfindungsgemäße Ammoniak-Verbrennungsofen
ein haubenartiges Behälteroberteil 1, an das sich nach unten mittels einer Flanschverbindung
3 ein Behälterunterteil 2 anschließt. Das Unterteil 2 enthält einen Rauchrohrkessel
4, in dem das durch Stutzen 5 zugeführte Wasser teilweise verdampft wird. Das Wasser/Wasserdampf-Gemisch
tritt durch die über den Umfang verteilten Stutzen 6 aus, von denen nur einer dargestellt
ist. Im unteren Teil des Ofens befindet sich noch ein Speisewasservorwärmer 7, in
den das den Rauchrohrkessel 4 verlassende Verbrennungsgas weiter abgekühlt wird.
Das Gas verläßt den Ofen anschließend durch Stutzen 8 mit beispielsweise 410 0C
und einer NO-Konzentration von etwa 10 Vol.-%, während
es mit
etwa 850 OC in den Rauchrohrkessel eintritt.
-
Wie aus Figur 2 deutlicher erkennbar ist, ist der obere Rohrboden
11 des Rauchrohrkessels 4 zum Rande hin aufwärts gewölbt. Der Rand 11a ist in zylindrischer
Form aufwärts bis an die Flanschverbindung 3 gezogen. In die Flanschverbindung 3
ist ein Korb 13 aus hitzebeständigem Stahl eingehängt, dessen Boden 13a gelocht
ist. Der Korb 13 enthält eine Füllkörperschüttung 14, auf der Stütznetze und darüber
Kontaktnetze 15 aufliegen. Die Einspannung der Kontaktnetze und Stütznetze ist bei
20 schematisch angedeutet. Die Seitenwandung 13b des Korbes 13 ist ebenfalls zylindrisch
und verläuft in geringem Abstand von dem hochgezogenen Rand 11a des Rohrbodens 11.
Der Korbboden 13a hat in der Kälte einen geringen Abstand von dem Rohrboden 11.
Bei der Reaktionstemperatur von etwa 850 OC senkt sich der Korbboden 13a infolge
thermischer Ausdehnung und setst auf dem kälteren Rohrboden 11 auf. Die Seitenwandung
12 des Behälterunterteils 2 ist im oberen Bereich unter Ausbildung eines Ringraumes
16 aufgeweitet. An der Seitenwandung 12 ist ein ebenfalls im wesentlichen zylindrisches
Umlenkblech 17 angeschweißt, das in den Ringraum 16 ragt und das aus dem Rauchrohrkessel
4 in den Ringraum 16 aufsteigende Wasser/Wasserdampf-Gemisch zunächst an dem
hochgezogenen
Rohrbodenrand 11a vorbeiführt und dann zum Austrittsstutzen 6 umlenkt. Auf diese
Weise wird eine gute Kühlung des Rohrbodenrandes 11a, des Flansches 3 und der Außenwand
12 des Behälterunterteils erreicht. Der an den Spalt zwischen dem hochgezogenen
Rand 11a und der Korbseitenwand 13b führende Stutzen 18 dient ggfs. zur Lüftung
oder Spülung des Spaltes.
-
Figur 3 zeigt die Einspannung der Kontaktnetze 15 genauer. An der
Korbseitenwandung 13b ist eine ringförmige Konsole 21 eingeschweißt. Die Stütznetze
18 mit den darauf liegenden Kontaktnetzen 15 liegen auf der Konsole 21 und der Füllkörperschicht
14. Auf den Netzen 15,18 liegt nahe der Wandung 13b ein Spannring, der mittels mehrerer
Schrauben 23, von denen nur eine dargestellt ist, auf die Netze 15,18 gepresst wird.
Eine Verschiebung oder Durchbiegung der Netze wird somit vermieden.