DE3240863A1 - Verfahren zur wiedergewinnung von waerme aus gasen, die heizflaechen verschmutzende stoffe enthalten - Google Patents

Verfahren zur wiedergewinnung von waerme aus gasen, die heizflaechen verschmutzende stoffe enthalten

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DE3240863A1 DE19823240863 DE3240863A DE3240863A1 DE 3240863 A1 DE3240863 A1 DE 3240863A1 DE 19823240863 DE19823240863 DE 19823240863 DE 3240863 A DE3240863 A DE 3240863A DE 3240863 A1 DE3240863 A1 DE 3240863A1
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Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. Walter Kubora". '.'" ,1 .: .*".
Dipl.-Phys. Dr.Peter PaI9(Jn \'": · · 2 . .".
4 Düsseldorf
MulvanystraiSO 2
Telolon 632727
Verfahren zur Wiedergewinnung von Wärme aus Gasen die Heizflächen verschmutzende Stoffe enthalten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Wärme aus verdampfte, flüssige und eutektische Komponenten enthaltendem Gas, indem es mit den Heizflächen des Wärmeübertragers in Berührung gebracht wird.
Die Prozessindustrie erzeugt grosse Mengen von Heissgasen, bei denen die Wiedergewinnung von Wärme durch die in den-Gasen enthaltenen, die Heizflächen stark verschmutzenden verdampften oder flüssigen Komponenten wesentlich erschwert wird. Ein typisches Beispiel sind die Abgase der pyrometallurgischen Industrie. Die Reinhaltung von Heizflächen ist mit den derzeit angewandten Methoden oft ein unüberwindliches Problem, das eine Verringerung der Verfügbarkeit und dadurch hohe Kosten zur Folge hat.
Erfahrungsgemäss sind die Reinigungsprobleme am grössten in einem, für den jeweiligen Prozess eigenen Temperaturbereich, wo sich ein Teil der festen Verbindungen in eutektischen Zustand befindet. Bei nicht-eisenmetallurgischen (nonferrous) Schmelzprozessen z.B. genügen oft geringen Zn-, As- und Pb-Gehalte, um den gesamten Staub in einen eutektischen Zustand zu bringen. Der in eutektischem Zustand befindliche Staub setzt sich an den Heizflächen an und bildet insbesondere beim Kristallisieren eine Schmutzschicht, deren Beseitigung mit den bekannten Reinigungsverfahren (pneumatischen oder mechanischen Reinigungsverfahren) in einigen Fälle eine unmögliche Aufgabe darstellt. Felduntersuchungen haben gezeigt, dass die besten Verfügbarkeitswerte mit Dampfkesseln erreicht wurden, in denen - durch den Charakter des Prozesses bestimmt - eine natürliche Erosion der Ablagerungen beobachtet wurde. Anhand der Form der Schmutzschicht hat man auch feststellen können, dass nicht einmal mit wirkungsvollen pneumatischen oder mechanischen Reinigungsvorrichtungen die
Schmutzablagerungen merklich beeinflusst werden konnten. Die Erosion dagegen hat die der Strömungsrichtung parallelen Heizflächen verhältnismässig rein gehalten.
Auf diesen Beobachtungen beruht der Gedanke, gelenkte Erosion bei der Reinigung von Heizflächen auszunützen, die sich anderenfalls nur schwerlich sauber halten lassen. Das im folgenden beschriebene, auf gelenkter Erosion basierende Verfahren zur Wärmewiedergewinnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gastemperatur vor dem Wärmeübertrager unter den eutektischen Temperaturbereich der Schmelztropfen gesenkt wird, indem dem Gas im Wärmeübertrager abgekühlte, vom Gas getrennte zirkulierte und eventuell auch andere Feststoffpartikeln beigemischt werden.
Die Figur zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Wärmewiedergewinnungsverfahrens.
Bei der in der Figur dargestellten Vorrichtung durchfliesst das heisse, verdampfte und flüssige Komponenten enthaltende Gas einen mit Strahlungsflächen bestückten Kanal 1. Die Gasrtemperatur ist beim Nahen des Wärmeübertragers 2 nahe der oberen Grenze des eutektischen Bereichs. Die Temperatur nach dem Wärmeübertrager wird ausreichend unterhalb des eutektischen Temperaturbereichs gewählt, d.h. dass der im Gas enthaltene Staub pulverförmig ist und keine Ablagerungen auf den Heizflächen zur Folge hat. Der für die Reinhaltung der Heizflächen erforderliche Reinigungseffekt wird erreicht, indem in den Wärmeübertrager so viel reinigenden Staub aufbereitet wird, dass er durch Vermischen in Pos. 3 mit dem in den Wärmeübertrager hinein strömenden staubhaltigen Gas die Temperatur des Gemisches nahe der Grenze des eutektischen Bereichs senkt.
Nach dem in Pos. 3 erfolgten Vermischen und Temperaturabfall strömt die genügend schleifende Partikeln i-nthal i nrsck· Suspension durch den Wärmeübortrfiger 2, wobei sie durch die Erosion eine Zunahme der Ablagerungen auf den Hei·/!.lachen
BAD ORfQSNAL
verhindert.
Hinter dem Wärmeübertrager 2 ist die Suspension unter den eutektischen Bereich abgekühlt, und sie wird tangential durch einen Kanal 4 einem Durchströmungszyklon 5 zugeführt, wovon die nahezu staubfreien Gase sich über ein Mittelrohr 6 verlassen und der abgeschiedene Feststoff über ein Rohr 7 zurück zum Gasstrom im Kanal 1, Pos. 3, vor dem Wärmeübertrager geführt wird. Für das Rücklaufrohr 7 wird für den zirkulierenden Feststoff eine Anzapfung 8 vorgesehen, womit sich Feststoffstrom und Erosionswirkung verstellen lassen. Als Umlaufmaterial kann bevorzugt prozesseigener Feststoff oder ein anderes billiges Material, wie z.B. Sand, verwendet werden, das über ein Rohr 9 der Anlage aufgegeben wird.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren werden folgende Vorteile erreicht:
1. Durch die gelenkte Erosionswirkung werden die Heizflächen rein gehalten.
2. Das Vermischen hat einen schnellen Temperaturabfall zur Folge.
3. Es wird ein sog. Trockenwäsche-Effekt erzielt, weil die zirkulierenden Feststoffpartikeln die in der Dampfphase auf der Oberfläche angesetzten Verbindungen kondensieren.
4. Schwefelemissionen können z.B. durch Umlaufmaterial auf Ca-Basis-herabgesetzt werden.
5. Strahlungs- und Konvektionswarmeubergang werden wirksamer.
Das erfindungsgemässe Verfahren weist folgende Funktionsbereiche auf:
Gasgeschwindigkeit 3-20 m/s
Partikelgehalt des Gases 10 - 500 g/mol
Gaseintrittstemperatur 300 - 15Q0 0C
Gasaustrittstemperatur 500 - 1200 0C
Mittlerer Durchschnitt der Partikeln 100 - 2000 ym
240-86-3
Beispiel 1
Abgaswerte einer Cu-Schmelzerei:
Gasstrom mol/s 17 40
Staubgehalt g/mol 2.7
Temperatur 0C 1400
Die Abgase werden durch Strahlungskühlung im Kanal 1 auf ca. 900 C abgekühlt, womit ein, hinsichtlich der Verschmutzung von Heizflächen schwieriger Bereich erreicht wird. Die Temperaturkapazität des staubhaltigen Abgases beträgt ca 1.7 kJ (Nm 0C) = 38 J/(mol°C), mit anderen Worten: der Wärmekapazitätsstrom beläuft sich auf 66.1 kW/ C. Vorzugsweise beträgt die Temperatur vor den Heizflächen des Wärmeübertragers 2 700 C und danach 550 C. Der zirkulierende Wii ι mekapazi tat sstrom ist hiermit 88.1 kW/ C. Die spezifische -Wä-rmekapazität des Umlaufmaterials beträgt schätzungsweise ca. 0.8 kJ (kg C), woraus sich für den umlaufenden Massenstrom der Wert 110 kg/s ergibt, d.h. dass nach der Beimischung ein Feststoffgehalt des Gases von 63 g/mol (= 2.81 kg/(Nm ) erreicht wird. In der Praxis hat man bei Reaktoren mit zirkulierendem Wirbelschicht Feststoffgehalte zwischen 900 und 1400 g/mol eingesetzt. Als Umlaufmaterial kann auf Schmelzanlagen Anreicherungsgut, Sand oder deren Gemisch verwendet werden. Zusätzlich werden im Kühlkreislauf in den Abgasen enthaltene Partikel angereicht.
Beispiel 2
Der Schwarzlauge-Strom eines Sodakessels beträgt 5.6 kg/ε und dessen Trockenstoffgehalt 0.60. Im folgenden eine typische Analyse der Trockenstoffe:
(von der Masse)
C 35.5
Na 20.8
S 5.2
O 35.1
H 3.4
BAD ORIGINAL
Wird die Verbrennung in einem gewöhnlichen Sodakessels vorgenommen, führen die Rauchgase ca. 30 % des aufgegebenen Schwefels und 10 % des aufgegebenen Natriums aus der Brennkammer teilweise als gasförmige Verbindungen und teilweise als winzige Schmelztropfen mit. Vollzieht sich die Verbrennung in einer getrennten Brennkammer, können die Rauchgase nach der Verbrennungszone sogar 50 % des Schwefels und 30 % des Natriums enthalten. Beim Abkühlen der Rauchgase bilden die anorganischen Chemikalien in ersten Linie Natriumsulfat, Natriumkarbonat und Schwefeldioxid. Je nach Zusammensetzung der Lauge und Betriebsverhältnissen kann dies in einigen Fällen die Bildung einer problematischen Natriumpyrosulfat-Ablagerung auf den Heizflächen zur Folge haben.
Im Falle der oben genannten Brennkammer sind die Abgaswerte wie folgt:
Gasstrom mol/s 840
Na-SLrom ino 1 / s 4.56
S-Strom mol/s 2.7 5
Temperatur °C 900
Staub (kond.) g/mol 0.23
0.23 {10.3 g/Nm3).
Wärinekapazitätstrom des Gases 29.4 kW/°C GnKtomperaturen:
vor dem übertragen 870 C
nach dem Beimischung 700 C
nach dem übertrager 550 0C
Umlaufender Wärmekapazitstsstrom 33.0 kW/ C
Umlaufender Mnssenstrom (0.8 kJ/kg°C) " 41.7 kg/s
Staubgehalt des Gases im übertrager 50 g/mol
Der Umlaufstrom besteht aus dem Na-CO^-basierte Staub der Rauchgase sowie aus den bei Pos. 3 zugegebenen Na^CO-. bzw. Na3SO4.
BAD ORfGiNAL

Claims (5)

Patentanwälte Dlpl.-Ing. Walter KiifcMjrn: ·.** ·· ".j^ '\\m ' \ Dipl.-Phvs. Or.pp.ter Patgeä · * · \ ''.'..' 4'oiissrlaorf Mulvanyslraßa 2 Telefon 6327Ü7 Patentansprüche
1. Verfahren zur Wiedergewinnung von Wärme aus einem Schmelztropfen enthaltendem Gas, indem es mit den Heizflächen eines Wärmeübertragers in Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet , dass die Gastemperatur vor dem
Wärmeübertrager unterhalb des eutektischen Temperaturbereichs der Schmelztropfen gesenkt wird, indem dem Gas im Wärmeübertrager abgekühlte, vom Gas getrennte zirkulierte und eventuell auch andere Feststoffpartikeln beigemischt werden.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Abgases, einer Cu-Schmelzerei vor dem Wärmeübertrager auf ca. 700 C gesenkt wird.
3. Verfahren gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Umlaufstrom Sand zugegeben wird.
4. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Gases, das die Brennkammer eines Sodakessels verlässt, auf ca. 700 C gesenkt wird.
5. Verfahren gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Umlaufstrom Natriumsulfat und/oder Natriumkarbonat zugegeben wird.
DE3240863A 1981-11-23 1982-11-05 Verfahren zur Wiedergewinnung von Wärme aus einem Schmelztropfen enthaltenden Gas Expired DE3240863C2 (de)

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