DE2835169A1

DE2835169A1 - Verfahren zur herstellung einer industriellen injektionssonde fuer schwefeltrioxidgas, und nach diesem verfahren hergestellte injektonssonde

Info

Publication number: DE2835169A1
Application number: DE19782835169
Authority: DE
Inventors: Wayne R Kozacka
Original assignee: Wahlco Inc
Current assignee: Wahlco Inc
Priority date: 1978-07-07
Filing date: 1978-08-11
Publication date: 1980-01-17
Also published as: GB2024666B; US4179071A; IT7827696A0; DE2835169C2; GB2024666A; FR2430267A1; IT1099065B; FR2430267B1

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. HARRY ROEVER j

68 MANNHEIM 51 (FEUDENHEIM) AM BOGEN 23 · POSTFACH 124 ί

9c August 1978 R/S

W a h 1 c o, Inc.

3600 West Segerstrom Avenue

Santa Ana, Californien /USA

Verfahren zur Herstellung einer industriellen Injektionssonde für Schwefeltrioxidgas,und nach diesem Verfahren hergestellte Injektionssonde

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Injektionssonde für industrielles Schwefeltrioxidgas und eine nach diesem Verfahren hergestellte Injektionssonde zur Einführung von Schwefeltrioxid (SO₃) in eine Gasströmung«

In vielen chemischen Prozessen, beispielsweise in Feuergas-Konditionierungs-Systemen, wie sie z» B„ in der USA-Patentschrift 3 993 429 der Anmelderin beschrieben sind, wird Schwefel verbrannt und auf katalytischem Wege umgewandelt, um SO₃-GaS' als Reaktans zu erzeugen. Bei dem genannten Beispiel, wie auch in anderen Anwendungsfällen, muß das

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SO₃-GaS auf einer Temperatur oberhalb seines Taupunkts zu halten, der etwa bei 260⁰C liegt, und zwar von der Stelle der Umwandlung bis zu der Stelle der Einführung als chemisches Reaktans. Wenn sich die SO₃-GaS-strömung nennenswert unter 26O⁰C abkühlt, bevor die nachfolgende Reaktion abläuft, so erfolgt eine Kondensation und die Bildung von Schwefelsäure (H₂SO₄). In letztgenanntem Falle kann eine beträchtliche Menge von H₂SO_{4 aus den} Injektionsdüsen austreten, die eine

Vielzahl von sehr nachteiligen Wirkungen haben kann,

beispielsweise Korrosion, unerwünschte chemische Reaktionen, Zusammenbruch des gesamten Prozesses und ähnliches. Dieses Problem wird weiter verstärkt bei industriellen Anwendungen von S0₃-Gas-Injektionssonden, bei welchen das Sp₃-GaS aus dem katalytischen Umwandler mit etwa 315⁰C austritt und dann durch eine verhältnismässig lange Sonde von beispielsweise 1,8-9 m bis zu der End-Auslaßdüse am freien Ende der Sonde fließen muß.

Industriell genutzte SO₃-Gas-Injekt1onssonden müssen zusätzlich korrosionsfest sein und Mittel aufweisen, um thermische Ausdehnung aufzunehmen, und zwar infolge

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der hohen Korrosion und der hohen Temperaturen beim Einsatz dieser Sonden. Bisher wurden solche Sonden hergestellt, indem zunächst ein Rohr aus rostfreiem Stahl mit seitlichen Düsenverlängerungen hergestellt und dieses Rohr anschliessend mit einer gewickelten Rohjr-Wärmeisolierung versehen wurde. Diese Rohr-Wärmeisolierung hat in der Praxis keine gleichmässigen Abmessungen; diese können vielmehr beträchtlich (d. h. . - etwa 12,5 mm im Enddurchmesser) schwanken. Die Rohrisolierung wurde nun anschliessend mit einer äußeren Netall umhüllung mit Gleitverbindungen versehen, um die Wärmedehnung zu ermöglichen. Infolge der Schwankungen des Durchmessers der Rohrisolierung war es erforderlich, die Umhüllung in Ihrer Form zu bringen und sie dann mit Längsnahten zu verschweißen. Diese Herstellungwelse 1st nicht nur zeltaufwendig, sondern kann auch eine Vielzahl von anderer Problemen mit sich bringen, beispielsweise ungleichmässige Isoliereigenschaften, potenzielle Schäden an den Längs-Schweif nähten und grössere Möglichkelten eines Bindens an den Gleitverbindungen bei thermischer Dehnung oder Schrumpfung.

Aufgabe der Erfindung 1st die Schaffung eines vereih-

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fachten Verfahrens zur Herstellung einer Injektionssonde der geschilderten Art, mittels dessen eine solche Sonde mit verbessertem Aufbau und auch verbesserten Isoliereigenschaften hergestellt werden kann.

Bei der Lösung dieser Aufgabe werden zuerst das Rohr, die Düsen, die Umhüllung und die Gleitverbindungen hergestellt, und danach wird ein gießbares hitzebeständiges Material von geringem spezifischem Gewicht (Leichtgewichtsmaterial) innerhalb des Zusammenbaus eingegossen und erhärten gelassen, wodurch die oben geschilderten Probleme der bisher bekannten, industriell verwendeten SO^-Gas-Injektionssonden überwunden oder zumindest ganz erheblich gemindert werden. Insbesondere wird erreicht, daß die Isolierung nun einen gieichmässigen Durchmesser aufweist und daß die Neigung zum Entstehen von unregelmässigen Isö-. liereigenschaften beträchtlich herabgesetzt wird. Wenn gewünscht, kann die AußenhUile, statt durch Wickeln in die richtige Form gebracht zu werden, auch in Form eines aus rostfreiem Stahl bestehenden Rohrs aufgebracht werden, oder zumindest 1n Form eines mit Schweißnaht versehenen Rohrs, das aber mit gleichmässigem Außendurchmesser und unter besser steuerbaren

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Bedingungen aufgebracht wird. Weil keine Schwankungen im Außendurchmesser der Umhüllung auftreten, wird der Hang zum Anhaften an den Gleitverbindungen ganz ge beträchtlich herabgesetzt.

Durch die Erfindung wird also sowohl das Herstellungs* verfahren einer Injektionssonde der hier angesprochenen Art, als aber auch die nach diesem Verfahren hergestellte Injektionssonde verbessert.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Injektionssonde dargestellt.

Fig. 1 ist eine Längs-Seitenansicht, teilweise geschnitten, einer nach den Grundsätzen der Erfindung hergestellten und konstruierten industriellen SO^Gas-Injektionssonde.

Fig. 2 ist eine ebenfalls teilweise geschnittene

Ansicht der Injektionssonde nach Fig. 1, dieser Darstellung gegenüber um 90° um die Längsachse verdreht gezeichnet.

In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung ist eine industriell einsetzbare Schwefel-Trioxid (S0₃)-Gas-Injektionssonde 10 nach der Erfindung dargestellt, welche folgende Teile umfaßt: Eine langgestreckte Gaszufuhrleitung 12, eine Mehrzahl von Gruppen von Gas-Injektionsdüsen 14, die von der Leitung 12 getragen werden und in Längsrichtung der Längsmittellinie der Leitung 12 zueinander versetzt sind und quer hierzu nach aussen verlaufen, eine Umhüllung 16 koaxial zur Leitung 12 verlaufend, deren Innenfläche radial gegenüber dem Außenumfang der Leitung 12 versetzt ist, und einem Hitzeschutz 18, der zwischen den einander gegenüberliegenden Zylinderflächen der Leitung 12 und der Umhüllung 16 liegt.

Die Sonde 10 nach der Erfindung ist von derjenigen Art, die in industriellen Anwendungsfällen benutzt werden kann, beispielsweise zum Einsetzen in einen Fuchskanal oder in ein Kesselflammrohr, über welches das Feuergas einem elektrostatischen Abscheider zum Ausscheiden der Flugasche zugeführt wird. In einem solchen Anwendungsfall, bei dem die Länge der Sonde 10 sich im Bereich von 1,8. - 9 m bewegen kann, wird gasförmiges SO₃ von einer strömungsaufwärts liegeh-

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den Quelle in die Sonde 10 eingeleitet und tritt aus dieser durch die Düsen 14 aus, um eine Behandlung der Feuergasströmung in einer solchen Weise hervorzurufen, daß der spezifische elektrische Widerstand der in dieser Feuergasströmung enthaltenen Fluchasche vereinbar wird mit den diesbezüglichen Anforderungen des nachfolgenden elektrostatischen Abscheiders. Ein solcher Anwendungsfall für eine SOg-Injektionssonde, wie also der Sonde 10 nach vorliegender Erfindung, ist ausführlich 1n der bereits genannten USA-Patentschrift 3 993 429 beschrieben.

Die Atmosphäre, innerhalb welcher die Sonde 10 benutzt wird, wie aber auch das von dieser Sonde zugeführte Sp₃ können recht korrodierend sein. Dementsprechend sind bei dem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel der Erfindung sämtliche Werkstoffe der Sonde korrosionsbeständig; beispielsweise bestehen die metallischen Teile der Sonde 10 aus rostfreiem Stahl, und der hitzebeständige Werkstoff 18 ist nach seiner Aushärtung verhältnismässig chemisch Inert. Außerdem muß die Sonde 10 die Eigenschaft aufweisen, daß sie das darin fliessende gasförmige Sp₃ Insoweit wärme-

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isoliert, daß während des Durchgangs des SO₃ durch die Sonde die Temperatur dieses Gases nicht unter dessen Taupunkt fällt. Beispielsweise wird bei einem System, wie es in der bereits genannten USA-Patentschrift 3 993 429 geschildert ist, angenommen, daß das gasförmige SO₃ in die Sonde 10 mit einer Temperatur von 315⁰C eintritt. Wenn nun von einer Kessel abgastemperatur von ca. 150⁰C ausgegangen wird, so müssen die Zusammensetzung und die konstruktiven Maße der Isolierschicht 18 so sein, daß das durch die Sonde fliessende SO₃ bis zu seinem Auslaß aus der Sonde auf einer Temperatur oberhalb bon 260⁰C bleibt.

Wie dargestellt, setzt sich die Umhüllung 16 aus einer Mehrzahl von axial miteinander fluchtenden und im Abstand voneinander liegenden hohlen Rohrabschnitten 20 zusammen. Das hinterste Ende des Abschnitts 20 (in den Fig. 1 und 2 am rechten Ende) weist einen daran befestigten Befestigungsflansch 21 auf. Dieser Flansch 21 wird beim Einsatz der Sonde an einem Tragteil befestigt, beispielsweise an der Wandfläche eines (nicht dargestellten) Fuchskanals oder Kesselflammrohrs, und der Rest der Sonde 10 wird durch eine

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geeignete öffnung dieses Tragteils hineingeschoben. Der Flansch 21 weist eine koaxiale Bohrung 23 auf, durch welche hindurch das hintere Ende der Leitung 12 über den Flansch vorsteht, um diese Leitung mit der Lieferquelle für gasförmiges SO₃ verbinden zu können.

Zwischen den einander benachbarten und in axialem Abstand voneinander liegenden Abschnitten 20 der Umhüllung 16 ist ein Expansionsteil 22 vorgesehen.

Diese Expansionsteil 22 kann jegliche geeignete Formgebung aufweisen; bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht es aus einer Hülse, deren Innendurchmesser so groß ist, daß er die axialen Endteile der Abschnitte 20 verschiebbar aufzunehmen gestattet. In zusammengesetztem Zustand nimmt das eine Axialende des Expansionsteils 22 ein Axialende eines Abschnitts 20 auf und 1st mit dessen Außehumfang fest verbunden, beispielsweise durch Verschweißen, Verlöten oder dergl.. Das andere Axial ende des Expansionsteils 22 nimmt verschiebbar das Axialende des benachbarten Abschnitts 20 auf, wodurch die Gesamtheit der Umhüllung 16 dazu in der

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Lage ist, die durch thermische Expansion wie aber auch Kontaktion zu kompensieren. Ein zusätzliches Expansionsteil 22 ist in Nähe des vorderen, also des freien Endes der Umhüllung 16 vorgesehen. An dem vordersten Ende dieses vornliegenden Expansionsteils 22 ist eine Endkappe 24 befestigt, um die Geschlossenheit der Sonde 10 herzustellen.

Im zusammengebauten Zustand stellen die Düsen 14 eine Verbindung her zwischen dem Innenraum der Leitung 12 und dem Äußeren des Expansionsteils 22, und zwar in der Weise, daß die radial ganz innenliegenden Teile der Düsen 14 aufgenommen und getragen werden von Querbohrungen durch die rohrförmige Umhüllung 20, während deren radial am weitesten aussenliegenden Abschnitte sich durch radial dazu fluchtende öffnungen hindurch erstrecken, die innerhalb der zugehörigen Expansionsteile 22 vorgesehen sind. Auf diese Weise kann das SO₃-GaS von der (nicht dargestellten) Gasquelle durch die Gaszuleitung 12 fließen und aus der Sonde 10 über die Düsen 14 austreten.

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Bei der Herstellung einer Gas-Injektionssonde 10 nach der Erfindung wird das folgende, ebenfalls einen Bestandteil der Erfindung bildende Verfahren angewandt:

A*) Die Umhüllungseinheit mit der darin befindlichen Leitung und die dazwischen verlaufenden Düsen wird in der in der Zeichnung dargestellten Form hergestellt, mit Ausnahme entweder der Endkappe 24 oder des Flanschs 21; eines dieser Teile wird nicht angebracht.

B.) Die hergestellte Untereinheit wird vertikal gelagert, und ein geeignetes gießbares hitzebeständiges Material wird am offenen Ende eingeleitet, so daß es den Ringraum zwischen der Umhüllungseinheit 16 und der Leitungl2

völlig ausfüllt.

C.) Das hitzebeständige Material wird erhärten gelassen und die Endkappe 24 oder der Flansch je nachdem welches dieser Teile bei der Untereinheit weggealssen wurde, wird angebracht,

wodurch die Herstellung der Sonde 10 beendet i

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Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung wie auch die nach diesem Verfahren hergestellte Sonde weisen die der Aufgabenstellung entsprechenden gewünschten Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf dem Gebiet der industriell einsetzbaren SO₃ - Gas-Injektionssonden auf, und zwar bezüglich gleichmässigerer Wärmeisoliereigenschaften, bezüglich der Gewährleistung der thermischen Dehnungs- und Kontraktionsmöglichkeiten, der gesamten Gleichmässigkeit und der Dauerhaftigkeit.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist das im Augenblick bevorzugte Ausführuhngsbeispiel einer Industriell einsetzbaren Sp₃- Gas - Injektionssonde, die nach den Prinzipien der Erfindung ausge- bildet ist. Es sind jedoch zahlreiche Abwandlungen des dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiels durch einen Durchschnittsfachmann möglich, ohne daß dabei der in den Patentansprüchen gekennzeichnete Erfindungsgedanke verlassen wird. Beispielsweise: Die rohrförmigen Abschnitte 20 können aus einem von Schweißnähten freien dünnen RohP^dt£er auch aus einem geschweißten Teil bestehen; die Düsen 14 können zwischen der Leitung 12 und den rohrförmi-

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gen Abschnitten 20, statt zwischen der Leitung 12 und dem Expansionsteil 22 verlaufen; anders ausgebildete Expansionsanordnungen für die Umhüllung können gewählt werden; mehr als zwei rohrförmige Teile 20 können benutzt werden; wenn die Bedingungen dies ermöglichen oder vorschreiben, kann nur ein einziger rohrförmiger Abschnitt 20 benutzt werden.

ι ¹*

Leerseite

Claims

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Pate ntansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer industriellen Ihjektionssonde für Schwefeltrioxidgas mit einer langgestreckten, äußeren Metal!umhüllung und einer langgestreckten Gaszuführungsleitung, von der zumindest ein Hauptteil der Länge von der Umhüllung aufgenommen wird, und mit einer Mehrzahl von in Längsrichtung im Abstand von einander liegenden, quer verlaufenden Injektionsdüsen, welche den Innenraum der Leitung und das Äußere der Umhüllung miteinander verbinden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Herstellung einer Untereinheit der Umhüllung (16), der Leitung (12) und der Düsen (14), wobei

b) ein Ende dieser Untereinheit offengehalten wird,

c) so daß ein Ringraum zwischen den Umfangsflächen der Leitung (12) und der Umhüllung (16) frei-

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- 2 bleibt, wonach

d) die Untereinheit in etwa vertikaler Lage gebracht wird und sodann

e) ein gießbarer hitzebeständiger Werkstoff in das eine, offene Ende der Untereinheit eingegossen

wird, und

f) dieses eine, offene Ende der Untereinheit verschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch g e kennzeichnet, daß während der Herstellung die Umhüllung und die Leitung koaxial zueinander gehalten werden.

3. Industrielle Schwefeltrioxid-Gas-Injektionssonde, Insbesondere nach dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 hergestellt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Eine langgestreckte äußere Metall umhüllung (16);

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b) .· - 3' -
eine langgestreckte GaszufUhrungsleitung (12), C) von der zumindest ein Teil Ihrer Länge von der Umhüllung (16) aufgenommen wird; d) wobei der Außendurchmesser der Zuführungslei 5 tung (12) kleiner 1st als der Innendurchmes ser der Umhüllung (16), und e) ein hitzebeständiger Werkstoff (18) zwischen den einander zugekehrten Umfangsflachen der Leitung (12) und der Umhüllung (16) vorge 10 sehen 1st, wobei f) der Außendurchmesser dieses Körpers (18) aus hitzebeständigem Werkstoff über den größten Teil der Gesamtlänge desselben gleich 1st, und 15 <j) eine Mehrzahl von etwa quer zur Längsrichtung verlaufenden Injektionsdüsen (14) vorgesehen 1st, welche das Innere der Leitung (12) mit dem Xußeren der Sonde (10) verbinden.

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.4. Injektionssonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (16) und der davon umgebene Abschnitt der Leitung (12) koaxial zueinander liegen.

5. Injektionssonde nach Anspruch 4, dadurch

gekennzeichnet, daß mehrere Umhüllungsabschnitte (20), koaxial zueinander, und im Axialabstand voneinander liegend, vorgesehen sind.

6. Injektionssonde nach Anspruch 5, d a du r c h

gekennzeichnet, daß zwischen einander benachbarten Umhüllungsabschnitten (16) ein Längsexpansions-Ausgleichsteil (20) vorgesehen ist, welches eine relative Längsbewegung mindestens eines dieser Abschnitte gegenüber

dem anderen Abschnitt ermöglicht.

7. Injektionssonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung (12) zumindestens mit einem Teil koaxial von den beiden benachbarten Umhüllungsabschnit-

ten (20) und von dem Expansionsteil (22) um-

schlossen wird.

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