DE3542271C1

DE3542271C1 - Apparatus for heat recovery and removing dusts from hot exhaust gases

Info

Publication number: DE3542271C1
Application number: DE19853542271
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr-Ing Hartwig; Herbert Dipl-Ing Klein; Michael Dipl-Ing Koschowitz; Chapar Dr-Ing Mostofizadeh
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: KOSCHOWITZ, MICHAEL, DIPL.-ING., 4250 BOTTROP, DE
Priority date: 1985-11-29
Filing date: 1985-11-29
Publication date: 1987-06-25

Abstract

An apparatus for heat recovery and removing dusts from hot exhaust gases is described which is composed of a reaction section (2), a heat exchanger (4) and at least one cyclone (6), the reaction section (2) being connected to a solids metering device (11). In addition, possibilities for configuring the heat exchanger (4) are described. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärme rückgewinnung und zur Entfernung von Stäuben aus heißen Abgasen.The invention relates to a device for heat recovery and for the removal of dusts are called exhaust gases.

Abgase haben je nach ihrer Bildung unterschiedliche Temperaturen, Zusammensetzungen und Staubgehalte. So enthalten die bei der Herstellung von Zement und kalkhaltigen Baustoffen anfallenden Abgase neben staubförmigen Silicaten insbesondere anorganische Verbindungen, wie Na₂O, K₂O, KCL, CaCL₂, NaCl, CaSO₄ und Na₂SO₄. Die Desublimationstemperatur dieser anor ganischen Verbindungen hängt von ihrem Partialdruck ab und liegt in den meisten Fällen zwischen 400 und 900°C. Die Staubkonzentration in diesen Abgasen schwankt zwischen 50 und 500 g/Nm³ Abgas. Ferner ist bekannt, daß Abgase, die bei der Verbrennung fossi ler Brennstoffe anfallen, größere Mengen Schwefel verbindungen (Schwefeldioxid, Schwefeltrioxid, Sul fate und Disulfate der Alkalimetalle) enthalten, die in einer Wärmerückgewinnungsanlage Korrosions schäden verursachen oder die sich in dieser Anlage als fester Niederschlag ablagern, der durch aufwen dige Reinigungsmaßnahmen entfernt werden muß. Exhaust gases have different temperatures, compositions and dust levels depending on their formation. For example, in addition to dust-like silicates, the exhaust gases produced in the production of cement and lime-containing building materials contain, in particular, inorganic compounds such as Na ₂ O, K ₂ O, KCL, CaCL ₂ , NaCl, CaSO ₄ and Na ₂ SO ₄ . The desublimation temperature of these inorganic compounds depends on their partial pressure and is in most cases between 400 and 900 ° C. The dust concentration in these exhaust gases fluctuates between 50 and 500 g / Nm ³ exhaust gas. It is also known that exhaust gases that occur during the combustion of fossil fuels, larger amounts of sulfur compounds (sulfur dioxide, sulfur trioxide, sulphates and disulphates of alkali metals) which cause corrosion damage in a heat recovery system or which cause solid precipitation in this system deposit, which must be removed by elaborate cleaning measures.

Zur Abtrennung von Schefelverbindungen aus Abgasen wird daher in der DE-OS 33 43 639 ein Verfahren vor geschlagen, bei welchem dem heißen Abgas vor dem Eintritt in die Wärmerückgewinnungsanlage Natrium aluminiumsilicate mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 bis 50 µm in einer Menge von 0,5 bis 3 kg/20 000 Nm³ Abgas/h zugesetzt werden und bei dem die anfallenden pulverförmigen Produkte aus den Rohren der Wärmerückgewinnungsanlage entfernt wer den. Bei diesem Verfahren wird also zur Entfernung der Schwefelverbindungen eine Flugstaubwolke er zeugt, der in einem Wärmeaustauscher die Wärme ent zogen und die in ihre Bestandteile zerlegt wird. Nach der DE-OS 33 43 639 sollen die anfallenden pulverförmigen Substanzen durch einen einmaligen Druckluftstoß periodisch im Abstand von mehreren Tagen aus den Wärmeaustauscherrohren ausgeblasen werden. Das aus der DE-OS 33 43 639 bekannte Ver fahren hat den Nachteil, daß die Abscheidung der Feststoffe aus der Flugstaubwolke zumindest teil weise bereits in der Wärmerückgewinnungsanlage er folgt, wodurch eine Reinigung der Wärmerückgewin nungsanlage mit Druckluft in periodischen Abständen erforderlich ist.For the separation of sulfur compounds from exhaust gases, a process is proposed in DE-OS 33 43 639 in which the hot exhaust gas before entering the heat recovery system sodium aluminosilicate with an average particle size of 0.5 to 50 microns in an amount of 0 , 5 to 3 kg / 20,000 Nm ^{3 of} exhaust gas / h are added and in which the resulting powdery products are removed from the tubes of the heat recovery system. In this process, a cloud of dust is generated to remove the sulfur compounds, which removes the heat in a heat exchanger and which is broken down into its components. According to DE-OS 33 43 639, the resulting powdery substances are to be blown out of the heat exchanger tubes periodically by a single burst of compressed air at intervals of several days. Known from DE-OS 33 43 639 Ver drive has the disadvantage that the separation of the solids from the cloud of dust, at least partially, it already follows in the heat recovery system, whereby cleaning of the heat recovery system with compressed air is required at periodic intervals.

Es ist auch bereits eine Vorrichtung zur Wärmerückge winnung und zur Entfernung von Stäuben aus heißen Ab gasen bekannt, die aus einer Reaktionsstrecke, einem Wärmeaustauscher und mindestens einem Feststoffab scheider besteht, wobei die Reaktionsstrecke mit einer Feststoffdosierungseinrichtung verbunden ist (US-PS 18 69 019). Es ist auch bereits bekannt, zur Fest stoffabscheidung ein Zyklon einzusetzen (DE-PS 27 02 693). Bei Vorrichtungen zur Feststoffabschei dung, bei denen Rohrbündelwärmeaustauscher verwen det werden, besteht jedoch die Gefahr, daß sich auf den oberen Rohrböden ausfallender Staub absetzt und die Funktion des Wärmeaustauschers beeinträchtigt.It is also a device for heat recovery and to remove dust from hot waste gases known from a reaction path, a Heat exchanger and at least one solid there is separator, the reaction path with a Solid dosing device is connected (US-PS 18 69 019). It is also already known for the festival use a cyclone (DE-PS 27 02 693). For devices for solids separation application in which shell-and-tube heat exchangers are used det be, however, there is a risk that precipitating dust from the upper tube plates and the function of the heat exchanger is impaired.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zu schaf fen, die diesen Nachteil beseitigt und ohne auf wendige Maßnahmen ein Absetzen von Staub auf den Rohrböden verhindert.The invention aims to create a device fen, which eliminates this disadvantage and without Precise measures to deposit dust on the Prevents tube sheets.

Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung wird die Gas-Feststoff-Suspension durch die Rohre des als Rohrbündelwärmeaustauscher ausgestalteten Wärme austauschers senkrecht von oben nach unten geführt. Dabei weisen 10 bis 50% der Rohre des Rohrbündel wärmeaustauschers am oberen Rohrboden, an welchem die Gas-Feststoff-Suspension den Rohrbündelwärme austauscher verläßt, 90°-Krümmung auf, wobei jede Krümmeröffnung auf mindestens eine Öffnung eines krümmerlosen Rohres gerichtet ist und die Krüm meröffnungen der benachbarten Krümmer voneinander abgewandt sind. Durch die erfindungsgemäße Verwen dung und Anordnung von 90°-Krümmern wird erreicht, daß auf dem oberen Rohrboden keine Feststoffab lagerungen auftreten. Außerdem kann die Flugstaub wolke durch die Rohre des Wärmeaustauschers mit hoher Geschwindigkeit hindurchgeführt werden, so daß sich die in der Flugstaubwolke enthaltenen Feststoffteilchen nicht an den Rohrwandungen ab setzen. Andererseits werden die aus den mit Krüm mern bestückten Rohren austretenden Teilströme der Flugstaubwolke so umgelenkt, daß in den Krümmern die Feststoffabscheidung einsetzt, was sich da durch zeigt, daß sich Feststoffahnen an den Krüm meröffnungen ausbilden. In a device according to the invention, the Gas-solid suspension through the pipes of the as Shell and tube heat exchangers designed heat exchanger vertically from top to bottom. 10 to 50% of the tubes of the tube bundle point heat exchanger on the upper tube plate, on which the gas-solid suspension the tube bundle heat exchanger leaves, 90 ° curvature, each Manifold opening on at least one opening of one manifoldless pipe is directed and the manifold openings of the neighboring manifolds from each other are turned away. By using the invention formation and arrangement of 90 ° elbows is achieved, that there is no solids on the upper tube plate bearings occur. It can also remove the dust cloud through the tubes of the heat exchanger be passed at high speed, so that the contained in the cloud of dust Solid particles do not stick to the pipe walls put. On the other hand, those with Krüm partial pipes emerging from the pipes Dust cloud deflected so that in the manifold the solids separation starts what is there by shows that solid traces on the crumb form openings.

Die aus den Krümmern austretenden Teilströme der Flugstaubwolke treffen auf die Teilströme der Flug staubwolke, welche die krümmerlosen Rohre verlas sen, und hierbei kommt es zur Wirbelbildung, was die Ursache für die Vermeidung von Ablagerungen auf dem oberen Rohrboden ist. Da die verwirbelte Flugstaubwolke unmittelbar nach dem Verlassen des Rohrbündelwärmeaustauschers in mindestens ein Zyklon gelangt, wird dort eine nahezu quantitative Abscheidung der Feststoffe erreicht.The partial streams emerging from the manifolds Mist clouds hit the sub-streams of the flight dust cloud leaving the manifoldless pipes sen, and this leads to vortex formation what the cause of the avoidance of deposits is on the upper tube sheet. Because the swirled Dust cloud immediately after leaving the Shell and tube heat exchanger in at least one Cyclone arrives, there is an almost quantitative Solids separation achieved.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet besonders zuverlässig, wenn jeweils vier benachbarte Rohre mit 90°-Krümmern versehen sind, wobei die zum Rohr boden parallelen Mittelachsen der vier Krümmeröff nungen ein Quadrat oder ein Parallelogramm bilden. Der gleiche Effekt wird erreicht, wenn jeweils drei benachbarte Rohre mit 90°-Krümmern versehen sind, wobei die zum Rohrboden parallelen Mittelachsen der drei Krümmeröffnungen ein gleichseitiges Dreieck bilden. Diese beiden Krümmeranordnungen ermöglichen es, daß die aus den Krümmeröffnungen austretenden Teilströme der Flugstaubwolke eine große Wirkung auf die aus den krümmerlosen Rohren austretenden Teilströme der Flugstaubwolke ausüben.The device according to the invention works particularly well reliable if there are four adjacent pipes are provided with 90 ° elbows, the to the pipe parallel central axes of the four manifold openings form a square or a parallelogram. The same effect is achieved when there are three adjacent pipes are provided with 90 ° elbows, where the central axes parallel to the tube sheet three manifold openings form an equilateral triangle form. Allow these two manifold arrangements it that the exiting from the manifold openings Partial flows of the dust cloud have a great impact on those emerging from the manifoldless pipes Exercise partial flows of the dust cloud.

In vielen Fällen ist es aus konstruktiven Gründen (z. B. Vermeidung von sehr langen Leitungen) sinn voll, die Gas-Feststoff-Suspension nicht von unten nach oben, sondern von oben nach unten durch den Rohrbündelwärmeaustauscher zu führen. Bei einer solchen Vorrichtung, in der die Flugstaubwolke von oben nach unten durch den Rohrbündelwärmeaustauscher ge führt wird, hat es sich nach der Erfindung als be sonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Gas-Fest stoff-Suspension durch 90 bis 70% der Rohre von oben nach unten geführt wird, während durch die restlichen Rohre gereinigtes Abgas von unten nach oben strömt, wobei diese Rohre an dem auf dem obe ren Rohrboden mündenden Teil mit geschlitzten Kap pen versehen sind. Durch diese Gestaltung des Rohr bündelwärmeaustauschers wird erreicht, daß sich auf dem oberen Rohrboden keine Ablagerungen ansammeln und verfestigen, denn das aus den geschlitzten Kap pen kontinuierlich austretende gereinigte Abgas läßt Ablagerungen nicht entstehen.In many cases it is for design reasons (e.g. avoidance of very long cables) makes sense full, the gas-solid suspension does not come from below upwards, but from top to bottom through the To carry tube bundle heat exchanger. With one Device in which the dust cloud from above down through the shell and tube heat exchanger leads, it has according to the invention as be proven particularly beneficial when the gas-fest fabric suspension through 90 to 70% of the pipes from is led down while through the remaining pipes cleaned exhaust gas from below Flows at the top, these pipes on the one on the top Ren tube sheet opening part with slotted cap pen are provided. By designing the pipe bundle heat exchanger is achieved on do not collect any deposits on the upper tube plate and solidify, because that from the slit cape pen continuously escaping cleaned exhaust gas does not allow deposits to form.

Nach der Erfindung ist schließlich alternativ vor gesehen, den senkrecht von oben nach unten durch strömten Rohrbündelwärmeaustauscher so auszubilden, daß der obere Rohrboden als Hohlkörper gestaltet ist, der eine Gaszuleitung besitzt und dessen obere Platte Bohrungen aufweist, in denen jeweils ein T- förmiges Teil verankert ist. Durch die Gaszuleitung wird gereinigtes Abgas in den als Hohlkörper ge stalteten oberen Rohrboden eingeleitet, das durch die Bohrungen austritt, und dabei durch die in den Bohrungen angeordneten T-förmigen Teile so umge lenkt wird, daß es auf der oberen Platte nicht zur Bildung fester Ablagerungen kommt. Das aus dem Hohlkörper austretende Abgas wird zusammen mit der dem Rohrbündelwärmeaustauscher zugeführten Gas- Feststoff-Suspension über den unteren Rohrboden des Wärmeaustauschers abgeführt.Finally, according to the invention, there is an alternative seen the through from top to bottom flowed tube bundle heat exchangers to form that the upper tube plate is designed as a hollow body is that has a gas supply line and its upper Plate has holes in each of which a T- shaped part is anchored. Through the gas supply is cleaned exhaust gas in the ge as a hollow body designed upper tube sheet initiated by the holes emerges, and through the in the Bores arranged T-shaped parts so vice versa directs that it is not on the top plate Solid deposits are forming. That from the Exhaust gas escaping along with the gas fed to the shell-and-tube heat exchanger Solid suspension over the lower tube plate of the heat exchanger dissipated.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend an hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe subject of the invention is as follows hand of the drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 schematische Darstellung zur Wärmerückgewinnung und zum Ab scheiden von Staub aus einer Gas-Feststoff-Suspension mit einem Rohrbündelwärmeaus tauscher, Fig. 1 shows a schematic representation for heat recovery and for Ab separate dust from a gas-solid suspension with a Rohrbündelwärmeaus exchanger,

Fig. 2 Rohrbündelwärmeaustauscher, durch dessen Rohre die Gas- Feststoff-Suspension von unten nach oben geführt wird, Fig. 2 and tube heat exchanger, is passed through the tubes of the gas-solid suspension from the bottom upwards,

Fig. 3 Rohr des Rohrbündelwärmeaus tauschers nach Fig. 2 mit un gerundetem 90°-Krümmer, Fig. 3 of the tube Rohrbündelwärmeaus exchanger of FIG. 2 with rounded un 90 ° elbow,

Fig. 4 Rohr des Rohrbündelwärmeaus tauschers nach Fig. 2 mit gerundetem 90°-Krümmer, Fig. 4 of the tube Rohrbündelwärmeaus exchanger of FIG. 2 with a rounded 90 ° elbow,

Fig. 5 oberer Rohrboden des Rohrbün delwärmeaustauschers nach Fig. 2, an welchem die Gas- Feststoff-Suspension den Wärme austauscher verläßt, Fig. 5 upper tube plate of the Rohrbün delwärmeaustauschers according to Fig. 2, at which the gas-solids suspension exiting the heat exchanger,

Fig. 6 Anordnung von vier 90°-Krümmern auf dem oberen Rohrboden des Rohrbündelwärmeaustauschers nach Fig. 2, Fig. 6 arrangement of four quarter bends 90 on the upper tube plate of the tube bundle heat exchanger according to Fig. 2,

Fig. 7 Anordnung von drei 90°-Krümmern auf dem oberen Rohrboden des Rohrbündelwärmeaustauschers nach Fig. 2, Fig. 7 arrangement of three quarter bends 90 on the upper tube plate of the tube bundle heat exchanger according to Fig. 2,

Fig. 8 Rohrbündelwärmeaustauscher, bei dem die Gas-Feststoff-Sus pension durch einen Teil der Rohre von oben nach unten ge führt wird, während die rest lichen Rohre der Freispülung des oberen Rohrbodens dienen, Fig. 8 and tube heat exchangers, wherein the gas-solid Sus board, is passes through a part of the tubes from top to bottom while the residual ge tubes of the free flushing serve the upper tube plate,

Fig. 9 Spülrohr des Rohrbündelwärmeaus tauschers nach Fig. 8, das mit einer geschlitzten Kappe verschlossen ist, Fig. 9 of the washpipe Rohrbündelwärmeaus exchanger according to Fig. 8, which is closed by a slotted cap,

Fig. 10 Rohrbündelwärmeaustauscher, durch dessen Rohre die Gas-Feststoff- Suspension von oben nach unten ge führt wird und dessen oberer Rohr boden als Hohlkörper gestaltet ist,Is Fig. 10 and tube heat exchangers, passes through the tubes of the gas-solid suspension from the top to the bottom ge and the upper tube sheet is designed as a hollow body,

Fig. 11 als Hohlkörper gestalteter und mit Bohrungen versehener oberer Rohr boden des Rohrbündelwärmeaustauschers nach Fig. 10. Fig. 11 as a hollow body designed and provided with bores upper tube plate of the tube bundle heat exchanger according to Fig. 10.

Durch die Leitung 1 gelangt das heiße Abgas in die Reaktionsstrecke 2, die als rohrförmiger Reaktor aus geführt ist. In die Reaktionsstrecke 2 werden über die Leitung 12 Feststoffteilchen eingebracht, die einen mittleren Teilchendurchmesser d ₅₀ von 10 bis 50 µm haben. Die Zusammensetzung des Feststoffes ist der Zusammensetzung des jeweils zu behandelnden Gases anzupassen. Wenn beispielsweise aus dem Gas Alkali chloride oder Alkalisulfate durch Desublimation ab geschieden werden sollen, werden Feststoffe verwendet, die für diese Verbindungen als Kristallkeime wirken. Hierfür eignen sich insbesondere Natriumsilicate. Sollen aus den Gasen bestimmte Verbindungen, wie z. B. HF oder SO₃, entfernt werden, ist ein Feststoff zu verwenden, der mit diesen Verbindungen reagiert, z. B. CaO. In der Reaktionsstrecke 2 finden Wärmeaustausch prozesse, Phasenänderungen, chemische Reaktionen, Adsorptions reaktionen und/oder Kristallisationsvorgänge statt. Die in der Reaktionsstrecke 2 erzeugte Flugstaubwolke gelangt über die Leitung 3 in den Wärmeaustauscher 4.The hot exhaust gas passes through line 1 into reaction zone 2 , which is designed as a tubular reactor. Solid particles having an average particle diameter d ₅₀ of 10 to 50 μm are introduced into reaction zone 2 via line 12 . The composition of the solid must be adapted to the composition of the gas to be treated. If, for example, alkali chloride or alkali sulfates are to be separated from the gas by desublimation, solids are used which act as crystal nuclei for these compounds. Sodium silicates are particularly suitable for this. Should certain compounds from the gases, such as. As HF or SO _{3 are} removed, a solid is to be used which reacts with these compounds, e.g. B. CaO. Heat exchange processes, phase changes, chemical reactions, adsorption reactions and / or crystallization processes take place in reaction zone 2 . The airborne dust cloud generated in the reaction path 2 reaches the heat exchanger 4 via the line 3 .

Der Wärmeaustauscher 4 wird mit Wasser oder Luft als Kühlmittel betrieben. Wenn die Kühlung durch Wasser erfolgt, ist der Wärmeaustauscher 4 als Abhitzekessel ausgebildet, in dem Dampf erzeugt wird. Die Wahl des Kühlmittels wird von der Temperatur des zu kühlenden Abgases und von den Inhaltstoffen des Abgases be stimmt.The heat exchanger 4 is operated with water or air as a coolant. If the cooling is carried out by water, the heat exchanger 4 is designed as a waste heat boiler in which steam is generated. The choice of coolant is determined by the temperature of the exhaust gas to be cooled and the contents of the exhaust gas.

Die abgekühlte Flugstaubwolke wird umgehend nach dem Verlassen des Wärmeaustauschers 4 über die Lei tung 5 in das Zyklon 6 eingeleitet, wo die Trennung von Gas und Feststoff erfolgt. Das Zyklon 6 kann je nach Bedarf aus mehreren Einzelapparaten bestehen. Das feststofffreie und gekühlte Abgas wird aus dem Zyklon 6 über die Leitung 7 abgegeben, während der Feststoff über die Leitung 8 abgeführt wird. Ein Teilstrom des abgekühlten Feststoffs wird dem Kreis lauf über die Leitung 9 entnommen, und über die Lei tung 10 kann dem Verfahrenskreislauf unverbrauchter Feststoff zugeführt werden. Der im Kreislauf geführte und der unverbrauchte Feststoff werden in der Fest stoffdosierungseinrichtung 11 gemischt und über die Leitung 12 in die Reaktionsstrecke 2 eingebracht.The cooled cloud of airborne dust is introduced immediately after leaving the heat exchanger 4 via the line 5 in the cyclone 6 , where the separation of gas and solid takes place. The cyclone 6 can consist of several individual devices as required. The solid-free and cooled exhaust gas is discharged from the cyclone 6 via line 7 , while the solid is discharged via line 8 . A partial flow of the cooled solid is removed from the circuit via line 9 , and via line 10 , unused solid can be fed to the process circuit. The circulated and the unused solid are mixed in the solid metering device 11 and introduced via line 12 into the reaction zone 2 .

Die Wärmerückgewinnung und die Abscheidung der Fest stoffe gelingt dann besonders gut, wenn der Wärme austauscher 4 als Rohrbündelwärmeaustauscher 13 ge staltet ist, in den die Flugstaubwolke über die Leitung 3 eingebracht wird. Die Flugstaubwolke wird durch die Rohre 15 des Rohrbündelwärmeaustauschers 13 von unten nach oben geführt und verläßt den Rohr bündelwärmeaustauscher 13 über die Leitung 5. In den Rohren 15 und oberhalb des Rohrbodens 14 fallen nur sehr geringe Feststoffmengen aus der Flugstaubwolke aus, wodurch keine Betriebsstörungen verursacht werden.The heat recovery and the separation of the solid materials succeed particularly well when the heat exchanger 4 is designed as a shell-and-tube heat exchanger 13 , into which the dust cloud is introduced via line 3 . The flying dust cloud is passed through the tubes 15 of the tube bundle heat exchanger 13 from the bottom up and leaves the tube bundle heat exchanger 13 via line 5 . In the tubes 15 and above the tube sheet 14 , only very small amounts of solid precipitate out of the cloud of flying dust, as a result of which no malfunctions are caused.

Die aus den Rohren 15 am oberen Rohrboden 14 aus tretende Gas-Feststoff-Suspension wird teilweise durch die 90°-Krümmer 16, 18 in ihrer Strömungs richtung so umgelenkt, daß die aus den Krümmer öffnungen 17 austretenden Teilströme der Flugstaub wolke auf die aus den Öffnungen 19 der krümmerlosen Rohre 15 austretenden Teilströme senkrecht auftreffen, wodurch es zur Wirbelbildung kommt und eine Feststoff abscheidung vermieden wird. In den Krümmern 16, 18 wird die Feststoffabscheidung offenbar eingeleitet, denn an der Krümmeröffnung 17 wurden Feststoffahnen, beobachtet. Die 90°-Krümmer können ungerundet (Fig. 3) oder gerundet (Fig. 4) ausgebildet sein, wobei die ungerundeten Krümmer den Vorteil haben, daß sie direkt auf dem oberen Rohrboden 14 aufliegen, wodurch Tot räume vermieden werden.The emerging from the tubes 15 on the upper tube sheet 14 from gas-solid suspension is partially deflected by the 90 ° elbow 16, 18 in its flow direction so that the openings 17 emerging from the elbow part streams of the dust cloud on the from Openings 19 of the manifoldless pipes 15 exiting partial streams meet vertically, which leads to eddy formation and solids separation is avoided. The solids separation is apparently initiated in the elbows 16, 18 , because solids traces were observed at the elbow opening 17 . The 90 ° elbow can be non-rounded ( Fig. 3) or rounded ( Fig. 4), the non-rounded elbow having the advantage that they rest directly on the upper tube sheet 14 , whereby dead spaces are avoided.

In einem Rohrbündelwärmeaustauscher 13, in dem die Flugstaubwolke von unten nach oben geführt wird, werden besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn die Krümmer 16, 18 in Vierergruppen angeordnet sind, wie es die Fig. 5 und 6 zeigen. Hierbei bilden die Mittelachsen 20 der Krümmeröffnungen 17 ein Quadrat 21, das in Fig. 6 gezeigt wird. Die Teilströme, die aus den gemäß Fig. 6 angeordneten Krümmeröffnungen 17 austreten, können sich gegenseitig nicht behindern, da die Krümmeröffnungen nicht gegeneinander gerichtet sind. Es ist auch möglich, vier Krümmer 16, 18 so anzuordnen, daß die Mittelachsen 20 ein Parallelo gramm bilden, denn auch in dieser Stellung können sich die aus den Krümmeröffnungen 17 austretenden Teilströme der Flugstaubwolke nicht gegenseitig behindern. In einigen Fällen hat es sich als vor teilhaft erwiesen, wenn die Krümmer 16, 18 nicht in Vierergruppen, sondern in Dreiergruppen auf dem oberen Rohrboden 14 angeordnet werden, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Die Anordnung der Krümmer 16, 18 in Dreiergruppen ist so durchzuführen, daß die Mittelachsen 20 ein gleichseitiges Dreieck 22 bilden. Die auf dem oberen Rohrboden 14 mündenden Rohre 15 sind gleichmäßig mit Krümmergruppen zu versehen, so daß sich keine Toträume bilden, in denen es zu Feststoffablagerungen kommen kann.In a tube bundle heat exchanger 13 , in which the dust cloud is led from the bottom up, particularly good results are achieved if the elbows 16, 18 are arranged in groups of four, as shown in FIGS. 5 and 6. Here, the central axes 20 of the manifold openings 17 form a square 21 , which is shown in FIG. 6. The partial flows which emerge from the manifold openings 17 arranged according to FIG. 6 cannot interfere with one another, since the manifold openings are not directed towards one another. It is also possible to arrange four manifolds 16, 18 so that the central axes 20 form a parallelogram, because even in this position, the partial streams of the dust cloud emerging from the manifold openings 17 cannot impede one another. In some cases, it has proven to be advantageous if the bends 16, 18 are not arranged in groups of four, but in groups of three on the upper tube sheet 14 , as shown in FIG. 7. The arrangement of the manifolds 16, 18 in groups of three is to be carried out so that the central axes 20 form an equilateral triangle 22 . The pipes 15 opening onto the upper tube plate 14 are to be provided with manifold groups uniformly, so that no dead spaces form in which solid deposits can occur.

Aus betriebstechnischen Gründen ist es in vielen Fällen zweckmäßig, daß der Wärmeaustauscher 4 als Rohrbündelwärmeaustauscher 23 gestaltet ist, durch dessen Rohre 15 die Gas-Feststoff-Suspension senk recht von oben nach unten geführt wird. Ein der artiger Betrieb des Rohrbündelwärmeaustauschers 23 ist beispielsweise dann erforderlich, wenn die Leitungen 3, 5 möglichst kurz sein müssen, um Ab lagerungen bzw. Wärmeverluste in diesen Leitungen zu vermeiden. Fig. 8 zeigt einen solchen Rohr bündelwärmeaustauscher 23, dem die heiße Gas-Fest stoff-Suspension über die Leitung 3 von oben zuge führt wird. In den Rohren 15 erfolgt der Wärmeaus tausch, und die abgekühlte Gas-Feststoff-Suspension wird unten über die Leitung 5 aus dem Rohrbündel wärmeaustauscher 23 abgeführt. Um den oberen Rohr boden 14 von Ablagerungen frei zu halten, wird den Rohren 33 von unten gereinigtes Abgas über die Lei tung 24 zugeführt, das am oberen Rohrboden 14 aus den Rohren 33 austritt und so die Bildung von Ab lagerungen auf dem oberen Rohrboden 14 verhindert. Das gereinigte Abgas wird der Leitung 7 als Teilstrom ent nommen. Die Wirkung des durch die Rohre 33 zugeführten gereinigten Abgases kann dadurch wesentlich verbessert werden, daß auf die Öffnungen der Rohre 33, die im oberen Rohrboden 14 münden, geschlitzte Kappen 25 auf gesetzt sind, aus deren Schlitzen 26 das gereinigte Abgas so austritt, daß es parallel zum oberen Rohr boden 14 fließt. Hierdurch wird der obere Rohrboden 14 von eventuellen Ablagerungen freigehalten. Das durch die Rohre 33 zugeführte gereinigte Abgas wird zusammen mit der Flugstaubwolke über die Rohre 15 abgeleitet.For operational reasons, it is useful in many cases that the heat exchanger 4 is designed as a shell-and-tube heat exchanger 23 , through the pipes 15 of which the gas-solid suspension is guided vertically from top to bottom. Such operation of the tube heat exchanger 23 is required, for example, if the lines 3, 5 must be as short as possible to avoid deposits or heat losses in these lines. Fig. 8 shows such a tube bundle heat exchanger 23 , which leads to the hot gas-solid suspension via line 3 from above. In the tubes 15 , the heat exchange takes place, and the cooled gas-solid suspension is removed from the tube bundle heat exchanger 23 via line 5 below. To the upper tube plate 14 to hold deposits free, is supplied 24 to the tubes 33 processing of purified below the exhaust gas via the cable which emerges at the upper tube sheet 14 from the tubes 33 and so the formation of Ab deposits on the upper tube sheet 14 prevents . The cleaned exhaust gas is taken from line 7 as a partial stream. The effect of the cleaned exhaust gas supplied through the tubes 33 can be significantly improved in that slotted caps 25 are placed on the openings of the tubes 33 , which open into the upper tube sheet 14 , from whose slots 26 the cleaned exhaust gas exits so that it floor 14 flows parallel to the upper tube. As a result, the upper tube sheet 14 is kept free of any deposits. The cleaned exhaust gas supplied through the pipes 33 is discharged together with the cloud of dust from the pipes 15 .

Da die Rohre 33 im Rohrbündelwärmeaustauscher 23 einen gewissen Raum beanspruchen, hat es sich in vielen Fällen als vorteilhaft erwiesen, den Wärmeaustauscher 4 entsprechend Fig. 10 zu gestalten. Fig. 10 zeigt einen Rohrbündelwärmeaustauscher 34, dem durch die Leitung 3 die heiße Flugstaubwolke von oben zuge führt wird. In den Rohren 15 findet der Wärmeaustausch statt, und die abgekühlte Flugstaubwolke tritt über die Leitung 5 aus dem Rohrbündelwärmeaustauscher 34 aus. Um den oberen Rohrboden von eventuellen Ablage rungen frei zu halten, ist er als Hohlkörper 27 ge staltet, der mit einer Gaszuleitung 24 versehen ist. Über die Gaszuleitung 24 wird aus der Leitung 7 ein Teilstrom des gereinigten Abgases in den als Hohl körper 27 ausgebildeten oberen Rohrboden geführt. In der Wand 29 des Hohlkörpers 27 sind Bohrungen 28 angeordnet, aus denen das gereinigte Abgas ausströmt. Um diesen Abgasstrom so umzulenken, daß er den oberen Rohrboden mit einer maximalen Wirkung freispült, sind in den Bohrungen 28 T-förmige Teile 31 verankert, welche das ausströmende Abgas umlenken. Die T-förmigen Teile 31 haben etwa die Form eines Nagels mit ver größertem Kopf. Die obere Wand 29 und die untere Wand 30 schließen den Hohlraum 32 ein und bilden den Hohlkörper 27.Since the tubes 33 in the tube bundle heat exchanger 23 take up a certain space, it has proven to be advantageous in many cases to design the heat exchanger 4 according to FIG. 10. Fig. 10 shows a shell and tube heat exchanger 34 , which is fed through the line 3, the hot puff of dust from above. The heat exchange takes place in the tubes 15 , and the cooled cloud of airborne dust emerges from the tube bundle heat exchanger 34 via the line 5 . In order to keep the upper tube plate free from possible storage, it is designed as a hollow body 27 , which is provided with a gas supply line 24 . About the gas supply line 24 , a partial flow of the cleaned exhaust gas is guided from the line 7 into the upper tube plate 27 formed as a hollow body. In the wall 29 of the hollow body 27 there are bores 28 from which the cleaned exhaust gas flows out. In order to deflect this exhaust gas flow in such a way that it flushes the upper tube plate with a maximum effect, 28 T-shaped parts 31 are anchored in the bores, which deflect the outflowing exhaust gas. The T-shaped parts 31 have approximately the shape of a nail with an enlarged head. The upper wall 29 and the lower wall 30 enclose the cavity 32 and form the hollow body 27 .

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde das Abgas eines Zement-Drehrohrofens gereinigt und gekühlt, das den Drehrohrofen in einer Menge von 10 000 Nm³/h mit einer Temperatur von ca. 1000°C und einem Staubgehalt von ca. 100 g/Nm³ verließ. Der Abgasstrom wurde der Reaktionsstrecke 2 zuge führt und dort mit einem Natriumsilicat vermischt, das eine Teilchengröße d₅₀ von 20 µm hatte. Die in der Reaktionsstrecke 2 erzeugte Flugstaubwolke hatte eine Feststoffkonzentration von 1350 g/Nm³. Der Wärmeaustauscher wurde entsprechend Fig. 2 ge staltet. Vor dem Eintritt in den Rohrbündelwärmeaus tauscher 13 hatte die Flugstaubwolke eine Tempera tur von 600°C und oberhalb des Rohrbodens 14 be trug die Temperatur der Flugstaubwolke 250°C. Im Zyklon 6 wurde der Feststoff zu 99% abgeschieden. Aus dem Abgas konnten im Rohrbündelwärmeaustau scher 13 ca. 65% seines Wärmeinhalts zurückgewonnen werden. In den Rohren 15 des Rohrbündelwärmeaustauschers 13 wurden über einen Zeitraum von zwei Wochen keine Ab lagerungen beobachtet, die zur Verminderung des Wirkungsgrads des Rohrbündelwärmeaustauschers 13 führten. Das aus der Leitung 7 austretende gereinigte und gekühlte Abgas hatte eine Temperatur von ca. 150°C und einen Feststoffgehalt von 13,5 g/Nm³. Es wurde anschließend einer Feinentstaubung zugeführt.With the device according to the invention, the exhaust gas of a rotary cement kiln was cleaned and cooled, which left the rotary kiln in an amount of 10,000 Nm ³ / h at a temperature of about 1000 ° C and a dust content of about 100 g / Nm ³ . The exhaust gas stream was fed to reaction zone 2 and mixed there with a sodium silicate which had a particle size d ₅₀ of 20 μm. The fly dust cloud generated in reaction zone 2 had a solids concentration of 1350 g / Nm ³ . The heat exchanger was designed according to FIG. 2 ge. Before entering the tube bundle heat exchanger 13 , the dust cloud had a temperature of 600 ° C and above the tube sheet 14 , the temperature of the dust cloud was 250 ° C. 99% of the solid was separated off in cyclone 6 . Approx. 65% of its heat content could be recovered from the exhaust gas in the tube bundle heat exchanger 13 . In the tubes 15 of the tube heat exchanger 13 no deposits were observed over a period of two weeks, which led to a reduction in the efficiency of the tube heat exchanger 13 . The cleaned and cooled exhaust gas emerging from line 7 had a temperature of approximately 150 ° C. and a solids content of 13.5 g / Nm ³ . Fine dust removal was then carried out.

Claims

1. Device for heat recovery and for removal of dusts from hot exhaust gases, which consists of a reaction zone ( 2 ), a heat exchanger ( 4 ) and at least one cyclone ( 6 ), the reaction zone ( 2 ) having a solids metering device ( 11 ) and this is connected to the solids discharge line ( 8 ) of the cyclone ( 6 ) downstream of the heat exchanger ( 4 ), characterized in that the heat exchanger ( 4 ) is designed as a shell- and-tube heat exchanger ( 13 ), through the pipes ( 15 ) of which the gas Solid suspension is guided vertically from bottom to top, and that 10 to 50% of the tubes ( 15 ) of the tube bundle heat exchanger ( 13 ) at the top tube bottom ( 14 ), on which the gas-solid suspension leaves the tube bundle heat exchanger ( 13 ) , 90 ° elbow ( 16, 18 ), wherein each manifold opening ( 17 ) is directed to at least one opening ( 19 ) of a manifold-free pipe ( 15 ) and the manifold openings ( 17 ) of the bena Described manifold ( 16, 18 ) are facing away from each other.

2. Device according to claim 1, characterized in that in each case four adjacent tubes ( 15 ) with 90 ° elbows ( 16, 18 ) are provided, the central axes ( 20 ) parallel to the upper tube plate ( 14 ) ( 20 ) of the four elbow openings ( 17th ) form a square ( 22 ) or parallelogram.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that in each case three adjacent tubes ( 15 ) with 90 ° elbows ( 16, 18 ) are provided, wherein the central axes ( 20 ) of the three elbow openings ( 17 ) parallel to the upper tube plate ( 14 ) ) form an equilateral triangle ( 22 ).

4. Apparatus for heat recovery and for the removal of dusts from hot exhaust gases, which consist of a reaction section ( 2 ), a heat exchanger ( 4 ) and at least one cyclone ( 6 ), the reaction section ( 2 ) having a solids metering device ( 11 ) and this with the solids discharge line ( 8 ) of the heat exchanger ( 4 ) downstream cyclone ( 6 ) is connected, characterized in that the heat exchanger ( 4 ) is designed as a shell-and-tube heat exchanger ( 23 ) that the gas-solid suspension by 90 to 70% of the tubes ( 15 ) are guided vertically from top to bottom, while cleaned exhaust gas flows from bottom to top through the remaining tubes ( 33 ), and these tubes ( 33 ) are slotted on the part opening on the top tube plate ( 14 ) Caps ( 25 ) are provided.

5. The device according to claim 4, characterized in that the upper tube sheet is designed as a hollow body ( 27 ) having a gas feed line ( 24 ) and the upper plate ( 29 ) has bores ( 28 ), in each of which a T- shaped part ( 31 ) is anchored.