DE2805840A1

DE2805840A1 - Abhitzerueckgewinnungsverfahren

Info

Publication number: DE2805840A1
Application number: DE19782805840
Authority: DE
Inventors: William Bernard; Alfred Bruhn
Original assignee: American Hydrotherm Corp
Current assignee: American Hydrotherm Corp
Priority date: 1977-02-14
Filing date: 1978-02-11
Publication date: 1978-08-17
Also published as: DE2805840C2; CA1108852A; JPS53122609A; GB1585748A; JPS5920954B2

Description

18.497/8 Wkr 9. Februar 1978

American Hydrotherm Corporation
New York, N.Y. / USA

Abhitzerückgewinnungsverfahren

Die Erfindung betrifft die Abhitzerückgewinnung und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückgewinnung der Hitze aus Gasen hoher Temperatur.

Der Wärmeaustausch bildet einen wesentlichen Bestandteil bei nahezu allen Verfahrensschritten, gleich ob diese bei hoher oder niedriger Temperatur ablaufen. Aus wirtschaftlichen Gründen ist man natürlich an einer möglichst wirksamen Ausnutzung der Wärmeübertragungseinrichtung, was die Prozeßströme anbelangt, interessiert. Die Abhitzerückgewinnung bezieht sich im allgemeinen auf die Rückgewinnung der über dem Wärmegrundbedarf liegenden Hitze. So ist z.B. in jedem Dampferzeuger normalerweise eine Konvektionszone vorhanden, in der der Temperaturwert für die Dampferzeugung nicht ausreicht, der Temperaturwert jedoch so groß ist, daß*warme zur Abgabe und Weiterverwendung, z.B. zum Vorheizen des einem Dampfkessel zugeführten Wassers, zur Verfügung steht. Es gibt etliche Verfahren bzw. Verfahrensschritte, in denen die Wärme zur Rückgewinnung an sich zur Verfügung stehen würde, jedoch nicht in wirksamer Weise, wenn überhaupt, zurückgewonnen wird. Es wird hier nur beispielhaft auf den Betrieb eines Kupolofens verwiesen.

In einem typischen Gießereivorgang werden Koks, Kalkstein und ein metallischer Anteil, wie z.B. Roh- und Alteisen, durch eine Beladungstür in einen Kupolofen eingeführt. Kaltgebläseluft wird

* Eigen-

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durch eine Düsenreihe am Boden zugeführt, so daß für das Verbrennungsmedium für den Koks gesorgt ist. Durch einen Absaugventilator wird zusätzliche Luft durch die Beladungstür angesaugt. Oberhalb der Beladungstür angeordnete Nachbrenner bilden eine Zündquelle für das das Bett verlassende Kohlenmonoxid und sorgen im Kupolofen für Wärme, wenn der Kupolofen nicht in'Betrieb ist. Die in den Kupolofen als Gebläseluft und Nachbrennerluft sowie die als Beladungstürluft eintretende Luft ist normalerweise kalt und wird auf die Betriebstemperatur aufgeheizt, indem Brennstoff in den Nachbrennern oder Koks im unteren Abschnitt des Kupolofens verbrannt wird.

Heiße Gase mit einer Temperatur von etwa 980 bis etwa 12OO°C werden aus dem oberen Teil des Kupolofens abgezogen und im allgemeinen dann einer vertikal angeordneten Wasserberieselungseinrichtung zugeführt, in der das Gas vor dem Eintritt in einen Feststoffsammler, z.B. einen Uiederschlagsapparat oder ein Sackhaus, auf

ο η

eine Temperatur von 200 C bis 260 C abgekühlt wird. Bei der direkten Wasserkühlung und -berieselung entsteht eine große Menge an Dampf, die das Gasvolumen durch die abströmseitige Einrichtung erhöht.

Hitζerückgewinnungssysteme sind "bisher nur in wenigen Anlagen entweder als rekuperative oder regenerative Systeme installiert worden. Bei dem rekuperativen Typ wird ein Wärmeaustauscher aus teurem, hochlegiertem Werkstoff zur Kühlung des heißen Gases durch Erhitzung der Gebläseluft verwendet. Dieser Wärmeaustauschertyp ist aber nicht nur wegen der Verwendung von teurem, hochlegiertem Werkstoff, der benötigt wird, um den hohen Metalltemperaturen (980°c bis 1200⁰G) standhalten zu können, sehr teuer, sondern auch wegen der großen Wärmeübertragungsfläche, die sich aufgrund des geringen Wärmeübertragungskoeffizienten zwischen dem heißen Gas und der kalten Luft ergibt. Der rekuperative Typ unterliegt in-

* Produktions-

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folge der häufigen großen Temperaturschwankungen zwischen 70O⁰C und 1100 C verhältnismäßig oft mechanischen Ausfällen, die "bis zu vierzehnmal am Tag bei von der Umgebungstemperatur bis 1100⁰C reichenden Schwankungen auftreten können, wie sie täglich bei Betrieb saufnähme und dem Betriebsschluß stattfinden.

Beim regenerativen Typ wird ein teures, rotierendes Maschenrad verwendet, das abwechselnd von dem heißen Gas aufgeheizt und durch die kalte Luft gekühlt wird. Dieser Wärmeaustauschertyp beansprucht sehr viel Raum und benötigt häufige Wartungsarbeiten und Stillegungen infolge von Dichtungsausfällen und Korrosion, weil sich aufgrund der kalten Luft Feuchtigkeit und Schwefeldioxyd aus dem heißen Gas niederschlägt.

Sowohl der ^ekuperative als auch der regenerative Typ von Abhitzerückgewinnungssystemen arbeiten nur wirksam, wenn sich die Anlage auf Betriebstemperatur befindet, d.h. zwischen 98O°C und 1100 C (Gastemperatur), wobei große Mengen an Gebläseluft benötigt werden. Während der Ruhezeit, wenn die Nachbrenner den Kupolofen auf etwa 700⁰C halten und keine Gebläseluft benötigt wird, wird nur sehr wenig Wärme zurückgewonnen. Die Ruhezeit kann bis zu acht Stunden oder gar 12 Stunden pro Tag betragen. Die entsprechende Schmelzzeit würde dann nur acht oder vier Stunden bei einer effektiven Abhitζerückgewinnungsζext von acht oder vier Stunden pro Tag betragen. Im allgemeinen sind solche Systeme darauf beschränkt, die zum Aufheizen der Verbrennungsluft zur Verringerung des Brennstoffbedarfs*zurückzugewinnen. Einige Verfahrensvorgänge benötigen eine Hilfsgasfeuerung, da die ölfeuerung schmutzige oder rußige Abgase produziert, die von dem Verfahrensvorgang nicht toleriert werden können.

Wie es oben kurz beschrieben worden ist, werden nach dem Stand der Technik Wärmeaustauscher für verschiedene Abhitzeaufgaben verwendet, wobei von den herkömmlichen Wärmeübertragunsmedien Gebrauch

* nötige Hitze

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gemacht wird. In der US-PS 3 4-26 733 ist ein geschlossenes Kreislaufsystem zur Hitzerückgewinnung angegeben, in dem Strömungsmittel für die Wärmeübertragung verwendet werden, wie z.B. eutektische Salzgemische, aromatische Wärmeübertragungsöle, Tetrachlorbiphenylzusammensetzungen und dergl., wobei jedoch erwähnt wird, daß solche Systeme aufgrund des geschlossenen Kreislaufs mit unvermeidlichen Schwierigkeiten verbunden sind.. In der US-PS 2 910 244 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer endothermischen chemischen Reaktion offenbart, wobei eine geschmolzene Salzmischung als Zwischenmedium für die Wärmeübertragung verwendet wird.

Mit der Erfindung wird nun ein Wärmeaustauschsystem geschaffen, bei dem eine geschmolzene Substanz, z.B. ein eutektisches Salzsystem, als Zwischenwärmeübertragungsmedium für einen Verfahrensablauf, z.B. beim Betrieb eines Kupolofens, verwendet wird, bei dem Abgase mit Temperaturen von 260 G bis 1370 C erzeugt werden.

In einer anderen Ausführungsform werden mindestens zwei Wärmeaustauschrückgewinnungssysteme verwendet, in denen von Zwischenwärmeübertragungsmedien für einen Verfahrensablauf Gebrauch gemacht werden. Beim Gebrauch eines solchen Systems kann die Wärmeaustauschereinheit bzw. -einheiten aus herkömmlichen Werkstoffen anstelle der teureren, hochlegierten Werkstoffe hergestellt werden, wobei außerdem die Hitze bei wesentlich höheren Werten als im Falle von nur einem einzigen Zwischenwärmeübertragungsmedium, wie es in der ersten Ausführungsform beschrieben wird, zurückgewonnen werden kann.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einzelner Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den jeweils schematische Flußdiagramme zeigenden, beiliegenden Figuren.

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In Figur 1 ist ein zylinderförmiger Kupolofen 10 dargestellt, der einen mit einem oberen halbkugelförmigen Deckel 14 versehenen Kessel 12, eine Beladungstür 16, eine Düsenreihe 18 und eine Ablaßeinrichtung 20 für das geschmolzene Eisen aufweist. Der Kessel 12 ist mit einer Heißgebläseluftleitung 22 mit einer Beladungstür-Heißluftleitung 25 und einer Nachbrennerleitung 28 verbunden, wobei die Beladungstür nach außen hin durch die Leitung 26 offen ist. Der obere Abschnitt des Kessels 12 ist an einen Querkanal 50 angeschlossen, der in Strömungsmittelverbindung mit einem Wärmeaustauscher 33 des allgemein mit dem Bezugs zeichen 34- versehenen Hitzerückgewinnungssystems steht.

Das Hitzerückgewinnungssystem 34- weist einen Salstank 36 und eine Einrichtung 38 zur Verwendung der Wärme auf. Der Salztank 36 steht in Strömungsmittelverbindung mit der Saugseite einer Pumpe 42, die auf dem Tank 36 befestigt ist und stromabwärts über eine Leitung 44 in Strömungsmittelverbindung mit der Rohr- bzw. Mantelseite des Wärmeaustauschers 32 steht. Der Auslaß von der Flüssigkeitsseite des Wärmeaustauschers 32 steht über eine Leitung 46 mit der Einrichtung 38 zur Verwendung der Wärme in Strömungsmittelverbindung, die ihrerseits über eine Leitung 48 in Strömungsmittelverbindung mit dem Tank 36 steht. Der Salztank 36 ist ferner an eine Leitung 50 für die Betriebsunterbrechung angeschlossen, wie später noch im einzelnen erläutert wird. Wie oben angesprochen, weist die Einrichtung zur Verwendung der Wärme Gaswärmeaustauscher zum Vorheizen der durch die Leitungen 22, 24 und 28 strömenden Gase, einen Dampferzeuger zur Raumaufheizeung oder eine Dampfturbine zur Erzeugung von Elektrizität oder zum Komprimieren von in gasförmigem Zustand vorliegendem Kühlmittel auf.

Im Betrieb des Hitzerückgewinnungssystems 34 wird mit Hilfe der Zwischenwärmeübertragungsmedien bzw. Strömungsmittel die Hitze aus dem heißen Gas wiedergewonnen, wobei die Hitze während des zyklischen Ablaufs des Schmelzens und Ruhens gespeichert wird und

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die Hitze in vielfältiger Weise einschließlich des Aufheizens der Gebläseluft, der Brennerluft und der Beladungstürluft verwendet wird. Außerdem wird Dampf in einem Salz-Dampf-Wärmeaustauscher erzeugt.

Im Winter nimmt die SaIζtemperatur einen Minimalwert an, wodurch sich ein Maximum an Wärme zusammen mit dem erzeugten Dampf gewinnen läßt, der für die Raumheizung in der Anlage oder in benachbarten Büros und Wohnungen verwendet werden kann. Im Sommer wird die Salztemperatur auf einen Maximalwert zum Aufheizen der Gebläseluft, der Brennerluft und der Beladungstürluft und zum Erzeugen von Elektrizität in einem Standarddampfturbinengenerator festgesetzt, der Motoren der Anlage oder Klimaanlagen für das W_erk, die benachbarten Büros und Wohnungen antreibt.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, die Wärme beim Schmelzbetrieb des Kupolofens in dem Strömungsmittelsystem für die Wärmeübertragung zu speichern, wenn das heiße Gas aus dem Kupolofen mit einer Temperatur von 98O⁰C bis 110O⁰C abgezogen wird, und die Wärme abzustoßen, wenn das System in Ruhe ist bzw. leerläuft, die Nachbrenner angeschaltet sind und das heiße Gas sich auf einer Temperatur von 700⁰C befindet. Als typische Arbeitsweise kann ein 30-minütiges Schmelzen und ein 30-minütiger Leerlauf für eine Gesamtzeit von 16 Stunden pro Tag angesehen werden. Das Wärmerückgewinnungssystem wird als Speichersystem betrieben, wobei die SaIζtemperatur sich zwischen 200⁰C und 54-O⁰C bewegt. Die niedere Temperatur wird durch die niedrigste zulässige Temperatur bestimmt, die als maximal erlaubbare Temperatur für das Wärmeübertragungsmedium ausgewählt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Verwendung einer Salzmischung eine den Gas- und Koksbedarf reduzierende Hilfsfeuerung mit Brennstofföl erlaubt.

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Ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist in der Verwendung von heißer Beladungstürluft zu sehen. Die Beladungstür ist normalerweise eine öffnung in der Seite des Kupolofens, die zwecks Betriebserleiohterung immer offen ist und den Eintritt kalter Luft in den Kupolofen zuläßt. Hier wird vorgeschlagen, Luft, die durch das Gewinnungssystem aufgeheizt ist, an einem Punkt unterhalb der Beladungstür oder an einer der beiden Seiten der Beladungstür durch eine oder mehrere öffnungen zusätzlich zuzuführen. Eine derart heiße Luft würde die Menge der Kaltluft verringern, die durch die Beladungstür eintreten müßte, da die Heißluft den Rauch und das in dem unteren Abschnitt des Kupolofens erzeugte Gas an einem Austritt aus dem Kupolofen durch die Beladungstür hindern würde. Das Gas und der Bauch, die vertikal aufsteigen, wurden von der Beladungstür durch die heiße Beladungstürluft, die horizontal in den Kupolofen gerichtet wäre, weggedrängt werden.

Es sei z.B. angenommen, daß ein großer Kupolofen mit 566m Gebläseluft pro Minute sowie 566nr Beladungstür-Ansaugluft pro Minute * und bei 98O⁰C Essengastemperatur 6000 Stunden im Jahr arbeitet. Mit einem installierten Wärmerückgewinnungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Essengas auf 260⁰C abgekühlt, wobei die gewonnene Hitze zur Verringerung des Gas- und Koksverbrauches mit einem durchschnittlichen Kostenanteil von S 3 pro Millionen Btu verwendet wird, was eine jahrliche Ersparnis von über einer Million ft bringen würde.

In Figur 2 ist ein zylinderförmiger Kupolofen 110 dargestellt, der einen mit einem oberen halbkugelförmxgen Deckel 114· versehenen Kessel 112, eine Beladungstür 116, eine Düsenreihe 118 und eine Ablaßeinrichtung 120 für das geschmolzene Eisen aufweist. Der Kessel 112 ist mit einer Heißgebläseluftleitung 122, einer Beladungstürluftleitung 124, einer nach der Außenseite hin offenen Beladungstür-Zugleitung 126 und mit einer Nachbrennerleitung

♦(bezogen auf O⁰C und 760 mm Hg)

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128 verbunden. Der obere Abschnitt des Kessels 112 ist mit einem Querkanal 130 versehen, der ,jeweils in Strömungsmittelverbindung mit einem primären und einem sekundären Wärmeaustauscher 132 und des Hitzerückgewinnungssystems 136 steht.

Das Hitzerückgewinnungssystem 134· kann ebenfalls einen (nicht gezeigten) Salztank aufweisen, wie er in der oben genannten anhängigen Anmeldung beschrieben ist, wenn das geschmolzene Salz eines der Zwischenwärmeübertragungsmedien bilden sollte. Der primäre Wärmeaustauscher 132 steht über eine Leitung 140 und über Leitungen 142 und 144 in Strömungsmittelverbindung mit der Rohr- bzw. Mantelseite der jeweiligen Wärmeaustauscher 146 und 148. Die Auslässe aus der primären Wärmeübertragungsmediumseite der Wärmeaustauscher 146 und 148 stehen über die jeweiligen Leitungen 150 und 152 mit einer Leitung 154 und dem primären Wärmeaustauscher 132 in Strömungsmittelverbindung. Der sekundäre Wärmeaustauscher 134 steht über eine Leitung 156 und über die jeweiligen Leitungen 158 und 160 mit der Rohr- bzw.. Mantelseite der jeweiligen Wärmeaustauscher 162 und 164 in Strömungsmittelverbindung. Die Auslässe aus den Wärmeaustauschern 162 und 164 stehen über die jeweiligen Leitungen 166 und 168, die in einer Leitung 170 zusammenlaufen, für einen Rückfluß in Strömungsmittelverbindung mit dem sekundären Wärmeaustauscher 134. Eine ein aufzuheizendes Strömungsmittel enthaltende Leitung 180 steht mit den Wärmeaustauschern 164 und über die Leitung 182 mit dem Wärmeaustauscher 146 in Strömungsmittelverbindung, wobei die -Auslaßleitung 184 aus dem Wärmeaustauscher 146 sich in drei Leitungen 128, 124 und 122 aufspaltet. Eine ein zweites aufzuheizendes Strömungsmittel enthaltende Leitung 186 steht in Strömungsmittelverbindung mit dem Wärmeaustauscher 162 und über eine Leitung 188 mit dem Wärmeaustauscher 148, wobei der Auslaß aus dem Wärmeaustauscher 148 an eine Leitung 190 angeschlossen ist.

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Der Auslaß des sekundären Wärmeaustauschers 134 ist über eine Leitung 192 mit einer Naßberieselungseinrichtung 194· verbunden und wird über einen Abscheider bzw. einen Niederschlagsapparat 198 und ein Absauggebläse 100 durch die Leitung 196 entlüftet.

In der folgenden Tabelle I sind die Arbeitszustände eines Kupolofens angegeben, der mit 226 nr Gebläseluft pro Minute und 226 m Beladungstür-Ansaugluft pro Minute (jeweils bezogen auf 0⁰C und 760 mm Hg) und bei einer Essengastemperatur von 980 C 6000 Stunden pro Jahr betrieben wird. Der Einbau eines Hitzerückgewinnungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zur Abkühlung der Essengastemperatur auf 200⁰C, wobei die zurückgewonnene Wärme zur Erzeugung von Dampf und zur Verringerung des Gas- und Koksverbrauchs verwendet werden würde, würde eine jährliche Ersparnis von über $ 400 000 bringen. Das Zwischenwärmeübertragunsmedium in dem primären und dem sekundären Wärmeübertragungskessel 132 und 134· wird jeweils von einer Salzmischung und Wasser gebildet.

Tabelle I

Leitung	⁰C	Durchflußrate ■//- /hr.
130	980	75,791
14-0	4-50	372,000
154	370	372,000
156	200	78,700
170	150	78,700
122	400	36,624
124	400	18,312
128	400	2,812

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Die folgende Tabelle II gibt die Zustände eines solchen Kupolofens im Leerlaufbetrieb wieder.

Tabelle II

Leitung	⁰C	Durchflußrate ■// /hr
122	_	0
124	230	18,312
128	23O	10,163
130	700	47,807
140	300	372,000
154	260	372,000
156	165	78,700
170	150	78,700

Der Kupolofen I wird in ähnlicher Weise mit einem Zwischenwärmeübertragungsöl betrieben, das in dem primären und dem sekunaären Wärmeaustauscher verwendet wird. Die Bedingungen hierfür sind in der folgenden Tabelle III angegeben:

Tabelle III

Leitung	⁰C	Durchflußrate ■/-/- /hr
122	315	36,624
124	315	18,312
128	315	2,312
130	980	75,791
140	370	349,000
154	315	349,000
156	200	134,000
170	150	134,000

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Die Leerlaufsbedingungen sind in der folgenden Tabelle IV angegeben:

Tabelle IV

Leitung	⁰C	Durchflußrate -U- /hr
122	_	0
124	200	18,312
128	200	10,163
140	23O	432,000
154	200	432,000
156	165	142,000
170	150	142,000

Es kann festgestellt werden, daß die Temperaturen der Luftströme verschieden sind, wohingegen die Abgastemperatür und der Durchfluß gleich sind - die Differenz hängt von den Brennstoffbedarfsmengen ab.

Das Hitzerückgewinnungssystem der vorliegenden Erfindung wirkt sich in hohem Maße günstig auf den Aufbau, den Betrieb und die Wartung des Schadstoffemissionkontrollsystems aus (d.h. der Kaßreinigungs-bzw. der Bereiselungseinrichtung, des elektrostatischen Niederschlagsapparates, des Sackhauses oder des mechanischen Sammlers), das mit den verschiedenen Prozessen in Verbindung steht, da eine beträchtliche Verringerung des Gasvolumens erreicht wird.

Beim Einbau in eine bestehende Gießereikupolanlage mit einem Naßreinigungssystem wird durch die Eigenkühlung des Essengases vor dem Abbrausen in der Bereiselungseinrichtung der Wasserverbrauch wesentlich reduziert. Diese Verringerung der Verdampfung des Wassers hat eine beträchtliche Verringerung des Volumens und des Ge-

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wichtes des gesättigten Gases zur Folge, das durch das Systemgebläse bewältigt werden muß. Daher verringert sich das Durchflußvolumen durch die Abkühlung des Gases von 4-3O⁰C auf 260⁰C durch Wärmerückgewinnung anstelle direkter Sprühwasserkühlung um 31%.

Das Värmerückgewinnungssystem der vorliegenden Erfindung hat viele Vorteile:

1.)Die große Wärmekapazität eines Salzspeichersystems ermöglicht die Ansammlung und die Speicherung großer Wärmemengen. Die Wiederverwendung der zurückgewonnenen Energie kann entsprechend den Spitzenbelastungen zeitlich eingestellt werden oder in Abhängigkeit von anderen Anforderungen, die zeitlich nicht mit der Rückgewinnung der Abhitze übereinstimmen müssen.

2.) Der extrem hohe Wärmeübertragungskoeffizient zwischen dem Austauscher und dem geschmolzenen Salz ergibt eine gesamte Wärmeübertragungsleistung, die viel größer als bei einem Gas-Luft-Austauschersystem ist. Der Übertragungskoeffizient des Salzfilms ist etwa fünfzigmal größer als der eines Luftfilms in einem Gas-Luft-Austauscher. Die erforderliche Wärmeübertragungsfläche ist deshalb etwa halb so groß wie die im Falle eines Gas-Luft-Austauschers gleicher Leistung benötigte.

3.) Der oben angesprochene große Wärmeübertragungskoeffizient hält die Austauscheroberflächentemperatur innerhalb verhältnismässig weniger Grade der Temperatur des geschmolzenen Salzes aufrecht. Im Falle einer Hochtemperatur-Anwendung können die Metallflächen des Austauschers vom Salztyp 500⁰C kühler als die Metallflächen eines Gas-Luft-Austauschers sein. Diese geringere Metalltemperatur trägt zur Wirtschaftlichkeit der Anlage und zur Betriebszuverlässigkeit bei. Herkömmliche Werkstoffe können für die Austauscher des Salztyps anstelle der für einen Gas-Luft-Austauscher benötigten hochlegierten Werkstoffe verwendet werden.

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4l·.} Aufgrund der großen Annäherung (nahezu Gleichheit) der Temperaturen des Austauschers und des Salzes zusammen mit der grossen Wärmekapazität des zirkulierenden Salzes ist die Austauscheroberfläche weitgehend frei von schnellen Essengastemperaturfluktationen. Der Austauscher vom Salztyp unterliegt daher nicht schädlichen Metalltemperaturfluktationen, wie sie beim Gas-Luft-Austauscher auftreten.

5.) Das Salzverdünnungssystem ist sehr flexibel, was die Art und Weise sowie die Schnelligkeit der Wiederverwendung der zurückgewonnenen Wärme anbelangt. Die Wärme kann zur Vorheizung der Arbeitsluft, unmittelbar als Prozeßhitze usw. verwendet werden. Andere Abhitzerückgewinnungssysteme weisen nicht eine solche Flexibilität auf.

6.) Mehrere Abhitzequellen, z.B. im Falle mehrerer Kupolöfen in einer großen Gießerei, können mit einem einzigen Salzspeicherund Umlaufsystem bewältigt werden, was sich für die Wirtschaftlichkeit der Kontroll-, Umlauf- und Wiederverwendungssysteme sehr günstig auswirkt.

7.) Geschmolzenes Salz ist nicht entflammbar und nicht korrosiv, und darauf basierende Systeme können unter Atmosphärendruck plus einem statischen Wert betrieben werden. Außerdem ist Salz bis 54-O⁰C thermisch stabil.

8.) Durch Verwendung der Salzverdünnungstechniken (d.h. Wasserkonzentrierung oder Verdünnung bei Betriebsunterbrechung oder Betriebsaufnahme) werden Zufrierprobleme bei der Betriebsaufnahme oder Unterbrechung vermieden.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines Wärmerückgewinnungssystems in Verbindung mit einer Kupolanlage beschrieben worden ist, versteht es sich, daß dieses System bei allen metallurgischen und chemischen Prozessen sowie bei allen Raffinerieprozessen verwen-

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det werden kann und insbesondere bei Prozessen nützlich ist, in denen heiße, schmutzige Gase abgegeben werden, die feine Teilchen enthalten, welche vor der Abgabe an die Atmosphäre in einer Staubentfernungseinrichtung zurückgehalten werden müssen. Da vor dem Durchgang durch die Staubentfernungseinrichtung das heiße, Schmutzige Gas auf 200°C bis 260°C abgekühlt werden muß, wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung eine in wirtschaftlicher Hinsicht besonders attraktive Alternative zu den bestehenden Techniken geschaffen.

Ferner können mehr als zwei Wärmeaustauscher hintereinander angeordnet werden, in denen die Zwischenwärmeübertragungsmedien bei verschiedenen Temperaturen verwendet werden, z.B. geschmolzenes Salz, öl und Wasser, oder geschmolzenes Salz, öl und öl, usw. Die Betriebstemperatur der Wärmeübertragungsmedien hängt von der thermischen Stabilität des Salzes und des Öles.(normalerweise 54-O⁰C bzw. 315 C) sowie vom Dampfdruck des Wassers (normalerweise bei 200⁰C etwa 17 Bar) ab.

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Claims

18.497/8 Wkr * ■■■■. rc - 9. Februar 1978 -JlS American Hydrotherm Corporation New York, N.Y. / USA Patent Ansprüche

1. Verfahren zum Betrieb eines Kupolofens, in dem Abgase mit einer Temperatur von 260⁰C bis 137O°C erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Abgase in indirekten Wärmeübertragungskontakt mit einer Salzmischung gebracht werden,

b) die erhitzte Salzmischung in indirekten Wärmeübertragungskontakt mit einem Luftstrom gebracht wird, der daraufhin in den Kupolofen eingeleitet wird, und

c) die auf diese Weise abgekühlte Salzmischung der Stufe (b) der Stufe (a) zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erhitzte Luftstrom der Stufe (b) als Gebläseluft, Beladungstürluft und Nachbrennerluft für den Kupolofen verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur im Bereich von 98O⁰C bis 1200⁰C liegt und* auf eine Temperatur von etwa 200⁰C bis 260°C abgekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupolofen in den Leerlaufbetrieb bzw. in Bereitschaft gebracht wird, und daß die Abgase mit einer Temperatur von etwa 700⁰C entnommen werden, wobei der Luftstrom einen

* das Abgas

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Nachbrennerluftstrom aufheizt.

5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzte Salzmischung während des Leerlaufbetriebs gespeichert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdünnungsmittel bei Betriebsunterbrechung der Salzmischung zugegeben wird.

7. Verfahren zur Rückgewinnung von Wärme aus einem Abgas, das sich auf einer Temperatur von 260⁰C bis 137O⁰C befindet, dadurch gekennzeichnet, daß

b) die erhitzte Salzmischung in indirekten Wärmeübertragungskontakt mit einem Wärmeübertragungsmedium zur Kühlung der erhitzten Salzmischung gebracht wird, und

c) die auf diese Weise gekühlte Salzmischung der Stufe (b) der Stufe (a) zurückgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur im Bereich zwischen 98O⁰C und 120O⁰C liegt, und daß das Abgas auf eine Temperatur von etwa 200⁰C bis 26O°C abgekühlt wird.

9. Verfahren zur Rückgewinnung von Wärme aus Abgasen mit einer Teaperatur zwischen 260⁰C und 137O⁰C, die in einem Betriebsvorgang erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Abgase in indirekten Wärmeübertragungskontakt mit Zwischenwärmeübertragungsmedien in mindestens zwei aufeinanderfolgenden, bei verschiedenen Temperaturen arbeitenden Wärmeaustauschzonen gebracht werden,

b) die Hitze aus den Zwischenwärmeübertragungsmedien bei verschiedenen Temperaturen zurückgewonnen wird, und

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c) das auf diese Weise abgekühlte Zwischenwärmeübertragungsmedium der Stufe (a) zurückgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Zwischenwärmeübertragungsmedium mit einer hohen Betriebstemperatur durch eine erste Wärmeübertragungszone und ein zweites Zwischenwärmeübertragungsmedium mit einer niedrigeren Betriebstemperatur durch eine nachfolgende Wärmezone geführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zurückgewonnene Wärme zur Vorheizung der in den Betriebsvorgang eingeleiteten Luft verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11 zum Betrieb eines Kupolofens, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgewärmte Luftstrom als Gebläseluft, Beladungstürluft und Nachbrennerluft für den Kupolofen verwendet wird.

13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperatur in einem Bereich zwischen 980⁰C und 1200⁰C liegt, und daß das Abgas auf eine Temperatur von etwa 200⁰C bis 260°C abgekühlt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13· zum Betrieb eines Kupolofens, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupolofen im Leerlaufbetrieb betrieben bzw. in einem Bereitschaftszustand gehalten wird, und daß die Abgase mit einer Temperatur von 700 C entnommen werden, wobei der Luftstrom einen Nachbrennerluftstrom aufheizt.

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