DE3214958C2

DE3214958C2 - Regenerativer Gas-Gas-Wärmetauscher in Kolonnenbauweise mit wärmeübertragenden Elementen als Wirbelschicht

Info

Publication number: DE3214958C2
Application number: DE3214958A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1982-04-22
Filing date: 1982-04-22
Publication date: 1986-10-30
Also published as: FI822109A0; FI822109L; ZA824550B; JPS58187793A; NL8202466A; GB2118702B; FI74807C; FI74807B; US4732210A; GB2118702A; ATA219882A; US4598766A; FR2525758A1; AT373065B; SE8203535L; DE3214958A1

Abstract

Regenerativer Gas-Gas-Wärmetauscher in Kolonnenbauweise mit wärmeübertragenden Elementen, die in einem Heißgasstrom Wärme aufnehmen, in einem Kaltgasstrom Wärme abgeben und zyklisch von einem Gasstrom in den anderen transportiert werden, wobei die wärmeübertragenden Elemente während des Betriebes eine Wirbelschicht bilden, und diese sich im Verhältnis zum von unten nach oben durch die gasdurchlässigen Kolonnenböden strömenden Gase über diesen Kolonnenböden in einem Kreuz-Gegenstrom bewegt, und wobei der Wärmetauscher für die Wiederaufheizung von Gasen hinter nassen Abgaswäschen verwendet wird, und wobei die Wärmetauscherkolonnen zur Aufheizung des Reingases und/oder zur Wärmeaufnahme aus dem Rohgas im Wäscherkopf und/oder im unteren Teil des Wäschers integriert sind, und wobei das wiederaufgeheizte Reingas direkt aus dem der Wiederaufheizung dienenden Kolonnensegment in den darüber befindlichen Kamin geleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen regenerativen Gas-Gas-Wärmetauscher in Kolonnenbauweise entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Wärmetauscher ist z. B. aus der FR 24 52 689 bekannt

Regenerative Gas-Gas-Wärmetauscher sind in verschiedenen Bauarten bekannt. Neben den Rotationswärmetauschern mit rotierender Wärmespeichermasse oder rotierenden Gaskanälen sind auch zahlreiche Ausführungen mit Schüttschichten oder Wirbelschichten bekannt, bei denen die Wärme von einem heißen Gas auf Festkörperpartikel und von diesen auf das zu erwärmende Kaltgäs übertragen wird. Bei den bekannten Ausführungen dieser Art von Wärmetauschern lassen sich grundsätzlich zwei Gruppen unterscheiden. Bei der ersten Gruppe werden als wärmeübertragende Festkörperpartikel feinkörnige Teilchen wie Sand, Glaskügelchen oder ähnliches benutzt. Diese meist unter 1 mm, in einigen Fällen bis 5 oder 10 mm großen, kompakten Teilchen werden dem Gas meist im Gegenstrom zugeführt oder in Wirbelschichtbetten vom Gas durchströmt. Die Feststoffteilchen werden zugleich, in einigen Fällen über einen Zwischenspeicher, von der Heißgaszur Kaltgasseite und zurück transportiert. (Zum Beispiel GB15 00 231, FR 24 52 689, DE-OS 28 07 110. GB 20 10 463, GB13 75 238.)

In der zweiten Gruppe Finden als wärmeübertragende Elemente relativ große und schwere Partikel wie z. B. Steine, Metallkugeln o. ⁵L Verwendung. Diese Llemente bilden in den Koloiinensegmenten bzw. in den einzelnen Kammern des Wärmetauschers Schüttschichten, die

ίο von den Gasen durchströmt werden. Die Elemente werden ebenfalls zyklisch von einer Gasseite zur anderen transportiert (z. B. DE-CS 16 01 178).

Für bestimmte Anwendungsfälle sind die bekannten Systeme mit so großen Nachteilen verbunden, daß sie nicht zur Anwendung gelangen. Dies gilt z. B. für die regenerative Wiederaufheizung naß gereinigter Rauchgase. Schadstoffhaltige Abgase aus Verbrennungsanlagen oder aus anderen technischen Anlagen werden in zunehmendem Maße Rauchgaswischern zugeleitet.

Aus diesen Wäschern treten die Gase naß gesättigt aus. Vor Einleitung in die Atmosphäre müssen diese Gase in vielen Fällen aufgeheizt werden. Es wäre technisch und wirtschaftlich sinnvoll, die hierfür notwendige Energie dem heißen Abgas vor dem Eintritt in die Wäscher zu entnehmen. Mit den bekannten Wärmetauschern ist dies aber problematisch. Zum einen führt das ungereinigte Rohgas Staubpartikel mit sich; ferner kann es bei Abkühlung dieses Gases im Wärmetauscher zu Unterschreitungen des Säuretaupunktes kommen und im Reingas werden Tröpfchen und Reste des im Wäscher verwendeten Absorptionsmittels mitgeführt Das Zusammenwirken dieser festen und flüssigen, vom Gas mitgeführten Inhaltsstoffe, führt zu Ablagerungen und Verkrustungen im Wärmetauscher. Bei den ohnehin technisch aufwendigen und entsprechend teuren Rotationswärmetauschern werden zusätzliche, z.T. recht komplizierte Reinigungsvorrichtungen erforderlich. Bei den oben beschriebenen Wärmetauschern mit feinkörnigem Material besteht die Gefahr, daß die Partikel verkrusten und zusammenkleben und der Wärmetauscher schließlich ausfällt Bei den mit Großpartikeln in Schüttschicht bestückten Wärmetauschern treten in jedem Falle hohe Druckverluste auf, bei großen Gasmengen, wie z.B. in Kohlekraftwerken mit bis zu 2 · 10⁶ITiVIi bereitet auch die gleichmäßige Gasverteilung auf die große Anströmungsfläche Schwierigkeiten.

In diese Gruppe von Regenerativ-Gas-Gas-Wärmeaustauschern ist auch eine aus der JP 5 67 987 bekannte Konstruktion einzuordnen. Danach besteht der Wärmeaustauscher aus einem vertikalen Behälter, dessen Innenraum in achsparalleler Richtung durch eine Trennwand in einen Heißgas- und einen Kaltgaskanal aufgeteilt ist Durch beide Kanäle sind eine oder mehrere gemeinsame, schräg geneigte Platten mit einem Lochsieb angeordnet. Der Heißgaskanal ist mit kugel- oder kornförmigen Speicherkörpern beschickt, die auf jeder Lochplatte eine Betthöhe von etwa 20 cm erreichen. Diese Speicherkörper werden durch heißes, von unten nach oben strömendes Gas unter Bildung eines Wirbel-

bettes erwärmt und ausschließend über eine öffnung in der Trennwand auf der Lochplatte in Richtung Kaltgasseite bewegt, wo sie, eine Schüttschicht bildend, die gespeicherte Wärme an ein im Gegenstrom zum Heißgas geführtes Kaltgas abgeben, ehe sie über eine öffnung den Behälter verlassen und mittels eines gesonderten Transportmittels gegebenenfalls über eine externe Reinigungsanlage, erneut dem Heißgaskanal zugeführt werden.

Von Nachteil dabei ist, daß aufgrund der im Gegenstrom geführten Gasströme nur in einem Gaskanal, meist in dem Heißgaskanal, ein den Wärmeaustausch intensivierendes Wirbelbett erzeugt werden kann, ein Umstand, der den kontinuierlichen Transport der Speicherkörper auf der Lochplatte durch den Behälter nicht gerade begünstigt

Ferner ist von Nachteil, daß eine zusätzlich zur Wirbelbett-Selbstreinigung erforderliche, externe Reinigung der durch Heißgasverunreinigungen stark verschmutzten Speicherkörper auf deren Weg zum Kaltgaskanal nicht möglich ist

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen regenerativen Gas-Gas-Wärmetauscher zu schaffen, der einen intensiven Wärmeaustausch zwischen Heiß- und Kaltgasströmen ermöglicht, ohne daß die geschilderten Nachteile der bekannten Wärmetauscher auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Mittel gelöst.

Die geeignete Wahl der wärmeübertragenden Elemente ist wichtig. Die Elemente müssen einerseits so leicht sein, daß sie über den gasdurchlässigen Kolonnenböden eine Wirbelschicht bilden, andererseits so schwer, daß die Energie beim Zusammenprall und bei der Reibung für eine ständige Selbstreinigung der Elemente währenddes Betriebes ausreicht

Bevorzugte Ausführungsformen von Wärme übertragenden Elementen sind nach Patentanspruch 4 Kugeln oder Hohlkugeln mit 20 bis 100 mm Durchmesser und sattelförmige Körper der gleichen Größenordnung. Das Gewicht der einzelnen Elemente liegt je nach Größe und Gasgeschwindigkeit vorzugsweise bei 2 bis 30 g. Für bestimmte Anwendungsiäiie, wie die Wiederaufheizung naß gereinigter Rauchgase von Kraftwerken, sind aufgrund des relativ niedrigen Temperaturniveaus von ca. 40 bis 150⁰C nach Patentanspruchs Elemente aus Kunststoff, die sich durch eine außerordentlich hohe Korrosionsbeständigkeit auszeichnen, besonders geeignet.

Die Zeichnungen zeigen einige Ausführungsformen der Erfindung.

F i g. 1 zeigt einen Kolonnenwärrs.etauscher mit dem vom Heißgas 3 durchströmten Kolonnensegment 1 und dem vom Kaltgas 4 durchströmten Kolonnensegment 2. Über den gasdurchlässigen Kolonnenboden 5 befinden sich die wärmeübertrag«jnden Elemente 6 in einer Wirbelschicht. Sie bewegen sich im Verhältnis zum Gas im Kreuzgegenstrom, verlassen die Kolonnensegmente 1 und 2 über Schleusen 7 und 8 und werden durch Transportkanäle 9 und 10 von einem Kolonnensegment zum anderen geführt

Die F i g. 2 und 3 zeigen die Anwendung eines Kolonnenwärmetauschers zum Wiederaufheizen naß gereinigter Rauchgase. Das heiße Rohgas 11 tritt über das Kolonnensegment 12 mit den Kolonnenboden 13 in den Wäscher 14. Es durchströmt den Wäscher 14 von unten nach oben und erreicht hinter dem Tropfenabscheider 15 das Kolonnensegment 16, in dem es die Wärme von den Elementen 17 aufnimmt und als wiederaufgeheiztes Reingas 18 dem Kamin 22 zugeführt wird. Während die Elemente 17 vom Koionnensegment 16 mittels Schwerkraft durch einen Kanal 21 einer Schleuse 19 und dem Kolonnensegment 12 zugeführt werden, erfolgt der Transport in umgekehrter Richtung durch die Leitung 20 pneumatisch durch einen Teilstrom des Rohgases.

Die Fig.2 und 3 ze^:?en auch, wie auf vorteilhafte Weise die Wiederaufheizung ganz oder teilweise in einen Gaswäscher integriert werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Regenerativer Gas-Gas-Wärmetauscher in Kolonnenbauweise, insbesondere zur Wiederaufheizung von Gasen hinter nassen Abgaswäschern mit wärmeübertragenden Elementen, die in einer im Heißgasstrom befindlichen Kolonne Wärme aufnehmen, in einer in einem Kaltgasstrom befindlichen Kolonne Wärme abgeben und zyklisch von einem Gasstrom in den anderen transportiert werden, wobei die wärmeübertragenden Elemente während des Betriebes in den Kolonnen eine Wirbelschicht bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht sich im Verhältnis zum von unten nach oben durch die gasdurchlässigen Kolonnenböden (5,13) strömenden Gas über den Kolonnenboden (5,13) ir einem Kreuzgegenstrom bewegt

2. Wärmeiauscher nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Kolonnen zur Aufheizung des Reingases und/oder zur Wärmeaufnahme aus dem Rohgas im Wäscherkopf und/oder im unteren Teil des Wäschers (14) integriert sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wiederaufgeheizte Reingas (18) direkt aus dem der Wiederaufheizung dienenden Kolonnensegment (16) in den darüber befindlichen Kamin (22) ableitbar ist

4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprücne, dadurch gekennzeichnet daß als wärmeübertragende Eiementt (6,17) Kugeln, Hohlkugeln oder sattelförmige Körper mit 2—30 g Gewicht und einem Durchmesser 3zw. einer Abmessung von 20—100 mm verwendet werden.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeübertragenden Elemente (6,17) aus einem Kunststoff gefertigt sind, der mit weiteren Materialien zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit und/oder der Wärmespeicherkapazität versetzt sein kann.