DE4444152A1

DE4444152A1 - Process and device for cleaning the condensation of steam-gas mixtures

Info

Publication number: DE4444152A1
Application number: DE19944444152
Authority: DE
Original assignee: RALF GERHARD SCHENKE FA DR
Current assignee: RALF GERHARD SCHENKE FA DR
Priority date: 1994-12-12
Filing date: 1994-12-12
Publication date: 1996-06-13
Also published as: AU4303796A; WO1996018451A1

Abstract

The invention pertains to a process for condensation cleaning of steam-gas mixtures using a surface condenser (3) with inclined pipes (7) that have coolant flowing through them and the steam-gas mixture flowing essentially transverse to them, the inclination of the pipes, the flow velocity of the steam-gas mixture and the coolant temperature being set so that a condensation film forms around the pipes (7) and then flows off along the pipes essentially free of waves or drops. The invention also pertains to an apparatus for condensation cleaning of steam-gas mixtures.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kondensationsreinigung von Dampf-Gas-Gemischen.The invention relates to a method and a device for cleaning the condensation of steam-gas mixtures.

Unter "Dampf-Gas-Gemischen" werden Mischungen von Gasen und leicht kondensierenden Dämpfen verstanden, die neben diesen gasförmigen Bestandteilen noch flüssige in Tropfenform und feste in Form von Staubteilchen enthalten können. Insbeson dere werden hierunter Mischungen verstanden, die eine rela tive Feuchte (einschließlich Tropfenfeuchte) größer als 30% und einen nichtkondensierenden, im Kondensat im wesentli chen unlöslichen gasförmigen Anteil (z. B. Luft) von 5% bis 30% haben. Daneben können sie nichtkondensierende, aber im Kondensat gut lösliche Gase, wie z. B. Schwefelwasserstoff, enthalten. Die Staubteilchen können im Kondensat löslich und/oder unlöslich sein. Derartige Dampf-Gas-Gemische fal len beispielsweise als sog. Brüden in der Zucker-, Milch-, Leder- und Kosmetikindustrie und, allgemein, der chemischen Industrie an. Es kann sich bei ihnen aber auch um Verbren nungsgase, z. B. aus Kohle-, Öl- und Gasfeuerungen handeln, denen ggf. bei zu geringer Feuchte Heißdampf zugesetzt wird. Under "steam-gas mixtures" mixtures of gases and slightly condensing vapors understood alongside these gaseous components still liquid in drop form and may contain solid particles in the form of dust particles. In particular others are understood to mean mixtures which have a rela tive humidity (including drop moisture) greater than 30% and a non-condensing, in the condensate essentially Chen insoluble gaseous fraction (e.g. air) from 5% to Have 30%. In addition, they can be non-condensing, but in Condensate easily soluble gases, such as. B. hydrogen sulfide, contain. The dust particles can be soluble in the condensate and / or be insoluble. Such vapor-gas mixtures fal len, for example, as so-called vapors in the sugar, milk, Leather and cosmetics industry and, more generally, the chemical Industry. But they can also be scalded tion gases, e.g. B. act from coal, oil and gas firing, to which steam may be added if the humidity is too low becomes.

Zur Vermeidung von Umweltbelastungen und ggf. auch eines Verlusts an im Gemisch enthaltenen wertvollen Rohstoffen ist im Stand der Technik eine sog. feuchte Reinigung üb lich, bei der dem Dampf-Gas-Gemisch ein Zusatzstoff, z. B. ein Lösungsmittel, hinzugefügt wird, der im Gemisch ent haltene Stoffe aufnimmt, mit denen er dann wieder aus dem Gemisch entfernt wird. Die hierzu nötigen Vorrichtungen sind in Herstellung und Betrieb relativ aufwendig. Auch werden bei diesem Verfahren häufig in der Reinigungsvor richtung Tröpfchen mitgerissen, so daß es zu einem relativ hohen Tropfenfeuchteanteil am Ausgang kommt, der sogar über dem am Eingang liegen kann.To avoid environmental pollution and possibly one Loss of valuable raw materials contained in the mixture is known in the prior art, a so-called. Wet cleaning Lich, in which the steam-gas mixture an additive, for. B. a solvent is added, which ent in the mixture absorbs substances with which he then again from the Mixture is removed. The devices necessary for this are relatively expensive to manufacture and operate. Also are often used in the cleaning process in this process direction droplets entrained so that it becomes a relative high drop moisture content at the exit, which even over which can be at the entrance.

Aus der DE 36 31 656 A1 ist es bekannt, Rauchgase neben Gewebefiltern und einem Wäscher einer Kühlstrecke zuzufüh ren. Dies dient hauptsächlich einer Entfeuchtung der Rauch gase, daneben auch ihrer Nachreinigung durch Anlagerung von Schadstoffen an das Kondensat. Als Kühlstrecke wird bei einer Ausführungsform ein geneigtes Rohr, das innen vom Rauchgas durchströmt und außen gekühlt wird, und bei einer anderen Ausführungsform ein senkrechter Schornstein vor geschlagen. Zur bestmöglichen Entfeuchtung wird eine mög lichst effektive Kühlung angestrebt, um eine intensive Kondensatbildung zu erreichen. Das Kondensat wird daher entweder relativ dicke Filme, die beim Abfließen zur Wel lenbildung und folglich zum Filmriß neigen, oder Tropfen bilden, so daß Flüssigkeit relativ leicht vom strömenden Rauchgas mitgerissen werden kann. Bei der Kühlstrecke mit geneigtem Rohr sammelt sich das Kondensat an der Sohle des Rohres an und fließt dort ab, so daß die relative Oberflä che des Kondensats nur verhältnismäßig klein ist, sich also nur ein verhältnismäßig kleiner Anteil des Kondensats in unmittelbarer Nähe der Phasengrenze Kondensat-Dampf befin det. Die Führung der Rauchgase in einem Rohr in dessen Längsrichtung bedingt zudem neben einer relativ geringen Kondensationsrate einen relativ schlechten Übergang von Schadstoffen ins Kondensat. Der mit dieser bekannten Vor richtung durch Kondensation erzielte Reinigungseffekt ist also nicht optimal.From DE 36 31 656 A1 it is known to have flue gases in addition Feed fabric filters and a washer to a cooling section Ren. This mainly serves to dehumidify the smoke gases, as well as their post-cleaning by adding Pollutants to the condensate. As a cooling section at In one embodiment, an inclined tube that is inside the Flue gas flows through and is cooled outside, and at one another embodiment, a vertical chimney beaten. For the best possible dehumidification is possible Effective cooling sought to achieve an intensive To achieve condensation. The condensate is therefore either relatively thick films that flow to the Wel oil formation and consequently tend to tear or drop form so that liquid is relatively easy from flowing Flue gas can be carried away. With the cooling section with inclined pipe, the condensate collects on the bottom of the Tube and flows there, so that the relative surface surface of the condensate is only relatively small only a relatively small proportion of the condensate in in the immediate vicinity of the condensate-vapor phase boundary det. The guidance of the flue gases in a pipe in it Longitudinal direction also requires a relatively small one Condensation rate a relatively poor transition from Pollutants in the condensate. The one with this known front direction is achieved by condensation so not optimal.

Die Erfindung geht von dem technischen Problem aus, diese Nachteile zu überwinden.The invention is based on the technical problem, this Overcome disadvantages.

Sie löst dieses Problem durch ein Verfahren zur Kondensa tionsreinigung von Dampf-Gas-Gemischen, bei welchem man einen Oberflächenkondensator mit geneigten, kühlmittel durchströmten Rohren verwendet, und die Rohre im wesentli chen quer mit dem Dampf-Gas-Gemisch anströmt, wobei man die Rohrneigung, Strömungsgeschwindigkeit des Dampf-Gas-Gemi sches und Kühlmitteltemperatur so einrichtet, daß sich ein die Rohre umschließender Kondensatfilm ausbildet, der im wesentlichen wellen- und tropfenfrei entlang den Rohren abfließt (Anspruch 1). Als "Queranströmung" ist hierbei jede Strömung zu verstehen, deren Querkomponente gleich oder größer als die Parallelkomponente ist, also deren Winkel zum Rohr wenigstens 45° beträgt.It solves this problem with a condensation method tion cleaning of steam-gas mixtures, in which one a surface condenser with inclined coolant flowed tubes used, and the tubes essentially Chen flows across with the steam-gas mixture, whereby the Pipe slope, flow rate of the steam-gas mixture cal and coolant temperature so that a the pipes enclosing condensate film that in essentially free of waves and drops along the pipes drains (claim 1). The "cross flow" is here to understand each flow, the transverse component of which is the same or is greater than the parallel component, that is, its The angle to the pipe is at least 45 °.

Die Feuchte, Temperatur, Staub- und Tröpfchenbeladung des Dampf-Gas-Gemisches und der darin enthaltene Anteil nicht kondensierender Gase hängen von der jeweils vorgegebenen Quelle ab, sie können sich von Quelle zu Quelle stark un terscheiden. Entsprechend hängen die zu wählende Rohrnei gung, Abgasströmungsgeschwindigkeit und Kühlmitteltempera tur von der jeweiligen Quelle ab. Bei einer geringeren Feuchte wird man, um eine gleichmäßige Benetzung für das Umschließen der Rohre sicherzustellen, eine kleinere Rohr neigung wählen. Umgekehrt wird man bei höherer Feuchte eine größere Rohrneigung wählen, um eine ausreichend rasche Abfuhr des dann in größerer Menge anfallenden Kondensats zu erlauben, wobei allerdings eine Grenze durch Wellen- und Tropfenbildung bei zu großen Neigungen gegeben ist. Mit der Strömungsgeschwindigkeit des Dampf-Gas-Gemisches kann man neben der pro Zeiteinheit an das Rohr geführten Dampfmenge die von der Gemischströmung auf den Kondensatfilm ausgeüb ten Scherkräfte einstellen. Eine zu hohe Strömungsge schwindigkeit, mit der große Scherkräfte einhergehen, führt zu einer ungleichmäßigen Dickenverteilung des Kondensat films rings um den Rohrumfang, was eine Tropfenbildung und ein Mitnehmen von Flüssigkeitsteilchen durch die Strömung begünstigt. Schließlich kann man über die Kühlmitteltempe ratur die Menge des pro Zeiteinheit und Rohrabschnitt an fallenden Kondensats, die mit zunehmender Unterschreitung der Sättigungstemperatur des Dampfes zunimmt, einstellen.The humidity, temperature, dust and droplet loading of the Steam-gas mixture and the proportion contained therein not condensing gases depend on the given Source down, they can vary greatly from source to source differentiate. The pipe egg to be selected hangs accordingly supply, exhaust gas flow rate and coolant temperature depending on the source. With a smaller one One becomes moist in order to ensure an even wetting for the Wrapping the pipes ensures a smaller pipe choose inclination. Conversely, one becomes one at higher humidity Choose a larger pipe incline in order to be quick enough Removal of the condensate then accumulating in large quantities allow, however, a limit by wave and Drop formation is given when the inclinations are too great. With the One can control the flow rate of the steam-gas mixture in addition to the amount of steam fed to the pipe per unit of time exerted by the mixture flow on the condensate film Adjust the shear forces. Too high a flow dizziness associated with high shear forces to an uneven thickness distribution of the condensate films around the tube circumference, what a drop formation and entrainment of liquid particles by the flow favored. Finally, you can about the coolant temperature the amount per unit of time and pipe section falling condensate with increasing shortfall the saturation temperature of the steam increases.

Grundsätzlich ist es möglich, zur Durchführung des Verfah rens eine Vorrichtung zu verwenden, bei der die Rohrnei gung, die Strömungsgeschwindigkeit des Dampf-Gas-Gemisches und die Kühlmitteltemperatur verstellbar sind. Vorzugsweise legt man aber die Rohrneigung bereits bei der Konstruktion und Herstellung der Vorrichtung fest und gestaltet diese ggf. auch so, daß die Strömungsgeschwindigkeit nicht oder nicht wesentlich verstellbar ist (z. B. wenn man die Strö mung des Dampf-Gas-Gemisches nicht durch ein Gebläse, son dern allein durch Konvektion hervorruft). In diesem Fall kann man dann während des Betriebs der Vorrichtung auf die Ausbildung des Kondensatfilms über eine Verstellung der Kühlmitteltemperatur einwirken.In principle, it is possible to carry out the procedure rens to use a device in which the Rohrnei supply, the flow rate of the steam-gas mixture and the coolant temperature are adjustable. Preferably but you already set the pipe slope during construction and manufacture of the device and designed it if necessary also so that the flow velocity is not or is not significantly adjustable (e.g. if you adjust the currents the steam-gas mixture not by a blower, but caused by convection alone). In this case can then on the device during operation Formation of the condensate film by adjusting the Soak coolant temperature.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung mit Kondensation in Form eines die Rohre umschließenden, wellen- und tropfenfrei abfließenden Films sind Filmrisse und eine Anreicherung des Dampf-Gas-Gemisches mit Tropfenfeuchte aus dem Kondensat praktisch ausgeschlossen. In dieser Form hat das Kondensat auch eine optimal große relative Oberfläche und damit eine optimale Reinigungswirkung. Auch die Verwendung des quer angeströmten Kondensators mit kühlmitteldurchströmten Roh ren kommt der Reinigungswirkung zugute, denn dies bedingt eine stärkere Verwirbelung des Dampf-Gas-Gemisches, was der Ausbildung einer die Kondensatoroberfläche abdeckenden Schicht nicht kondensierenden Gases entgegenwirkt. Die Reinigungswirkung beruht darauf, daß kondensierbare Be standteile des Dampf-Gas-Gemisches durch Kondensation aus dem Gemisch entfernt werden, tröpfchenförmige und lösliche gas- und staubförmige Bestandteile in dem entstehenden Kondensatfilm aufgenommen werden (insbesondere durch Dünn schichtabsorption) und unlösliche staubförmige Bestandteile an ihm anhaften und mit ihm entlang der Rohre abgeführt werden. Darüberhinaus können - je nach Zusammensetzung des Dampf-Gas-Gemisches - bereits im Kondensatfilm und an des sen Phasengrenze chemische Reaktionen zwischen verschiede nen Bestandteilen des Dampf-Gas-Gemisches stattfinden (z. B. Na₂CO₃, SO₂, H₂S, O₂), welche schädliche Bestandteile in unschädliche Verbindungen überführen. Dabei kann die Film oberfläche selbst katalysierend wirken, so daß die Verwen dung weiterer Katalysatoren unnötig wird.In the solution according to the invention with condensation in the form one that surrounds the pipes, free of waves and drops flowing film are film tears and an enrichment of the Steam-gas mixture with droplet moisture from the condensate practically excluded. In this form the condensate has also an optimally large relative surface and thus one optimal cleaning effect. Even the use of the quer flowed on condenser with coolant-flowed raw The cleaning effect benefits because this requires a stronger swirl of the steam-gas mixture, which the Formation of a covering the capacitor surface Counteracts layer of non-condensing gas. The Cleaning effect is based on the fact that condensable Be components of the steam-gas mixture due to condensation the mixture are removed, droplet-shaped and soluble gaseous and dusty components in the resulting Condensate film can be absorbed (especially by thin layer absorption) and insoluble dust-like components adhere to it and dissipated along the pipes with it will. In addition - depending on the composition of the Steam-gas mixture - already in the condensate film and at the phase boundary chemical reactions between different components of the steam-gas mixture take place (e.g. Na₂CO₃, SO₂, H₂S, O₂), which harmful components in Convey harmless connections. The film surface catalyze itself, so that the use the need for additional catalysts.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat die folgenden Vorteile:The method according to the invention has the following advantages:

- it allows an effective cleaning of steam-gas Mixtures;
- The drop moisture in the residual gas is very low;
- It is relatively simple, especially elaborate Dry and wet filters not required;
- During cleaning, usable energy falls in the form of Heat of condensation on; and
- a chemical conversion of pollutants on the condensate satfilm can over the use of catalysts make fluid.

Insgesamt ermöglicht es eine höchst effektive Reinigung mit denkbar geringstem Aufwand.Overall, it enables highly effective cleaning with very little effort.

Vorteilhaft ist eine Ausbildung des Kondensatfilms, bei der dieser in einer laminaren Strömung abfließt. Bei Werten der Reynoldszahl (definiert als Produkt aus mittlerer Ge schwindigkeit des Kondensats, Filmdicke und inverser kine matischer Viskosität) zwischen 75 und 1200 erfolgt allmäh lich ein Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung. Besonders vorteilhaft ist daher die Reynoldszahl der Film strömung kleiner als 75, vorzugsweise beträgt sie zwischen 5 und 50 und besonders vorzugsweise zwischen 10 und 25 (Anspruch 2).It is advantageous to design the condensate film in which this flows off in a laminar flow. At values of Reynolds number (defined as a product of medium Ge speed of the condensate, film thickness and inverse kine matic viscosity) between 75 and 1200 takes place gradually Lich a transition from laminar to turbulent flow. The Reynolds number of the film is therefore particularly advantageous flow less than 75, preferably between 5 and 50 and particularly preferably between 10 and 25 (Claim 2).

Eine besonders gute Reinigungswirkung erzielt man mit sehr dünnen Kondensatfilmen, deren mittlere Filmdicke vorteil haft zwischen 0,1 und 10 µm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 µm und besonders vorzugsweise zwischen 1 und 3 µm beträgt (Anspruch 3).A very good cleaning effect can be achieved with very thin condensate films, whose average film thickness is advantageous adheres between 0.1 and 10 µm, preferably between 0.5 and 5 µm and particularly preferably between 1 and 3 µm (Claim 3).

Für die Ausbildung des die Rohre umschließenden, wellen- und tropfenfrei abfließenden Kondensatfilms liegt der Rohr neigungswinkel vorteilhaft zwischen 5° und 40°, vorzugs weise zwischen 10° und 30° zur Horizontalen (Anspruch 4) wobei - wie oben ausgeführt wurde - die Wahl eines be stimmten Wertes in diesen Bereichen von der Zusammensetzung des Dampf-Gas-Gemisches und den anderen zu wählenden Para metern abhängt.For the formation of the waves surrounding the pipes and The pipe lies on the drip-free condensate film angle of inclination advantageous between 5 ° and 40 °, preferred as between 10 ° and 30 ° to the horizontal (claim 4) whereby - as explained above - the choice of a be agreed value in these areas from the composition of the steam-gas mixture and the other para to be selected depends on meters.

Bei Kondensatoren im Stand der Technik legt man das Tempe raturniveau des Kondensators im allgemeinen möglichst tief und bildet entsprechend dessen Fläche relativ klein aus. Bei der Erfindung ist es zur Ausbildung des Kondensatfilms jedoch vorteilhaft, auf einem relativ hohen Temperaturni veau (mit entsprechend größerer Kondensatorfläche) zu ar beiten. Die Kühlmitteltemperatur am Eingang in den Konden sator beträgt vorteilhaft zwischen 15° und 40°C, vorzugs weise zwischen 20° und 30°C und besonders vorzugsweise zwischen 22° und 27°C (Anspruch 5). In der Produktion fällt häufig Wasser in diesem Temperaturbereich an. Dieses Wasser stellt oft ein Problem dar, denn es ist zu warm, um so in die Umwelt abgegeben werden zu können, und im all gemeinen zu kalt, um für Heizzwecke genutzt werden zu kön nen. Hier kann es jedoch als Kühlmittel genutzt werden. Nach Aufnahme der Kondensationswärme ist das Wasser im allgemeinen ausreichend warm (z. B. 5° bis 80°C), um z. B. Heizzwecken dienen zu können. Die Verwendung von relativ warmen Wasser als Kühlmittel kann also eine beträchtliche Aufwandsersparnis mit sich bringen.In the case of capacitors in the prior art, the temperature is set rature level of the capacitor generally as low as possible and forms relatively small according to its area. In the invention it is to form the condensate film however advantageous at a relatively high temperature veau (with a correspondingly larger capacitor area) to ar work. The coolant temperature at the entrance to the condensers sator is advantageously between 15 ° and 40 ° C, preferably as between 20 ° and 30 ° C and particularly preferably between 22 ° and 27 ° C (claim 5). In production water often accumulates in this temperature range. This Water is often a problem because it is too warm to to be released into the environment, and in space mean too cold to be used for heating purposes nen. Here, however, it can be used as a coolant. After the heat of condensation has been absorbed, the water is in the generally sufficiently warm (e.g. 5 ° to 80 ° C) to e.g. B. To serve heating purposes. The use of relative Warm water as a coolant can therefore be considerable Saving effort.

Die Anströmung der Rohre mit dem Dampf-Gas-Gemisch erfolgt vorzugsweise im wesentlichen von unten (Anspruch 6). Denn die Schwerkraft drängt den Kondensatfilm dazu, an der Rohr sohle seine größte und am Rohrscheitel seine kleinste Dicke anzunehmen, was ein Reißen des Films und Tropfenbildung begünstigt. Die von der Anströmung von unten herrührenden Scherkräfte wirken der Schwerkraft entgegen. Durch eine entsprechende Wahl der Strömungsgeschwindigkeit des Dampf- Gas-Gemisches kann man so eine um das Rohr herum im wesent lichen gleichmäßige Filmdicke einstellen. Die Anströmung von unten erfolgt bevorzugt in Vertikalrichtung; sie kann aber auch einen Winkel von bis zu 45° zur Vertikalen bil den.The steam / gas mixture flows onto the pipes preferably essentially from below (claim 6). Because gravity pushes the condensate film to the pipe sole its largest and at the top of the tube its smallest assume what a tear of the film and drop formation favored. Those resulting from the inflow from below Shear forces counteract gravity. By a appropriate choice of the flow rate of the steam Gas mixture can be essentially one around the pipe adjust uniform film thickness. The inflow from below preferably takes place in the vertical direction; she can but also an angle of up to 45 ° to the vertical bil the.

Vorteilhaft ruft man die Strömung des Dampf-Gas-Gemisches durch Konvektion hervor (Anspruch 7). Diese Maßnahme stellt eine bedeutende Vereinfachung dar, denn sie ermöglicht neben einem Verzicht auf ein (in der Regel sehr stark be anspruchtes) Gebläse auf einfache Weise eine Selbststeue rung der Strömung bei Temperatur- und Druckänderungen, die sogar gegenüber eruptionsartigen Druckanstiegen in der Dampf-Gas-Quelle robust ist.The flow of the steam-gas mixture is advantageously called by convection (claim 7). This measure represents a significant simplification because it enables in addition to a waiver of a (usually very strong used) fan easily self-control flow with temperature and pressure changes even against eruption-like pressure increases in the Steam gas source is robust.

Während bei Kondensatoren im Stand der Technik relativ hohe Geschwindigkeiten des Dampf-Gas-Gemisches am Ausgang von typischerweise 10 bis 20 m/s üblich sind, beträgt diese Geschwindigkeit hier vorteilhaft weniger als 10 m/s, vor zugsweise zwischen 1 und 6 m/s und besonders vorzugsweise zwischen 3 und 4 m/s (Anspruch 8). Diese kleineren Ge schwindigkeiten vermeiden, daß der Laminatfilm zerreißt und Tropfenfeuchte mitgerissen wird. Bei Anströmung von unten werden bei diesen Geschwindigkeiten ungefähr die Scherkräf te erzielt, die nötig sind, um gegen die Wirkung der Schwerkraft eine um das Rohr herum gleichmäßige Filmdicke zu erreichen. Sie liegen auch in dem Geschwindigkeitsbe reich, der auf einfache Weise durch Konvektion zugänglich ist.While in the prior art capacitors are relatively high Velocity of the steam-gas mixture at the exit from typically 10 to 20 m / s, this is Speed here advantageously less than 10 m / s preferably between 1 and 6 m / s and particularly preferably between 3 and 4 m / s (claim 8). These smaller ge Avoid speeds that the laminate film tears and Drip moisture is carried away. With flow from below become the shear forces at these speeds te achieved that are necessary to counteract the effect of Gravity a uniform film thickness around the tube to reach. They are also in the speed limit rich that is easily accessible by convection is.

Bei nicht genau senkrechter Anströmung der Rohre verläuft die Strömung des Dampf-Gas-Gemisches vorzugsweise gleich sinnig zu der zu ihr parallelen Komponente der Kühlmittel strömung (Anspruch 9). Bei Anströmung der Rohre von unten strömt das Kühlmittel in den geneigten Rohren dann also ebenfalls von unten nach oben.If the flow to the pipes is not exactly vertical, the the flow of the steam-gas mixture is preferably the same sensible to the parallel component of the coolant flow (claim 9). When the pipes flow from below the coolant then flows in the inclined pipes also from the bottom up.

Bei den Dampf-Gas-Gemischen handelt es sich vorzugsweise um die eingangs erwähnten Brüden mit Temperaturen am Eingangs des Kondensators zwischen 90° und 130°C, besonders vor zugsweise zwischen 95° und 115°C (Anspruch 10).The steam-gas mixtures are preferably the vapors mentioned at the beginning with temperatures at the entrance the capacitor between 90 ° and 130 ° C, especially before preferably between 95 ° and 115 ° C (claim 10).

Alternativ kann das Kondensationsreinigungsverfahren aber auch auf heißere Verbrennungsabgase mit im allgemeinen geringerer Feuchte angewendet werden. Um hierbei einen ausreichenden Anfall des der Reinigung dienenden Kondensats kann man ihnen zur Erzielung einer ausreichenden Feuchte (z. B. wenigstens 30%) vor Eintritt in den Kondensator über hitzten Wasserdampf zugegeben (Anspruch 11).Alternatively, the condensation cleaning process can also on hotter combustion gases with in general lower humidity can be applied. To get one sufficient accumulation of the condensate used for cleaning you can use them to achieve sufficient moisture (e.g. at least 30%) before entering the capacitor heated steam added (claim 11).

Die Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung zur Kondensa tionsreinigung von Dampf-Gas-Gemischen gerichtet, umfassend einen durch geneigte, kühlmitteldurchströmbare Rohre gebil deten Oberflächenkondensator und eine Dampf-Gas-Gemisch führung, mit der die Rohre im wesentlichen quer anströmbar sind, wobei die Rohrneigung und Dampf-Gas-Gemischführung in Abhängigkeit von einer bestimmten Dampf-Gas-Gemischquelle und Kühlmitteltemperatur so eingerichtet sind, daß sich ein die Rohre umschließender Kondensatfilm, der im wesentlichen wellen- und tropfenfrei entlang den Rohren abfließt, aus bildet (Anspruch 12). The invention is also based on a device for condensation tion cleaning of steam-gas mixtures directed, comprising one through inclined pipes through which coolant can flow Detected surface condenser and a steam-gas mixture guide with which the pipes can flow essentially transversely are, the pipe slope and steam-gas mixture guide in Dependence on a specific steam-gas mixture source and coolant temperature are set so that a the condensate film enclosing the pipes, which essentially flows along the pipes free of waves and drops forms (claim 12).

Wie bereits erwähnt wurde, mindert eine die Rohre umgebende Schicht nicht kondensierenden Gases den Kondensations- und Reinigungseffekt. Um dem entgegenwirken ist es besonders vorteilhaft, die Kühlrohre als Rohrbündel mit versetzter Rohranordnung auszubilden (Anspruch 16). Denn diese Maßnah me begünstigt eine Durchmischung des Dampf-Gas-Gemisches, insbesondere durch Bildung einer turbulenten Strömung.As already mentioned, one surrounding the pipes diminishes Layer of non-condensing gas the condensation and Cleaning effect. To counteract this, it is special advantageous, the cooling tubes as a tube bundle with offset Train pipe assembly (claim 16). Because this measure me favors mixing of the steam-gas mixture, especially by creating a turbulent flow.

Vorzugsweise betragen die Rohrbündel-Querteilung zwischen 1,2 und 3,0, besonders vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5, die Rohrbündel-Längsteilung vorzugsweise zwischen 1,0 und 2,5, besonders vorzugsweise zwischen 1,3 und 2,2, und das Verhältnis zwischen Quer- und Längsteilung vorzugsweise zwischen 1,0 und 1,8, besonders vorzugsweise zwischen 1,1 und 1,6 (Anspruch 17). Ein Verhältnis kleiner 1 bedingt eine besonders gute Durchmischung des strömenden Dampf-Gas- Gemisches. Die Größen "Querteilung" und "Längsteilung" sind definiert als das Verhältnis des Abstands der Mittelpunkte zweier quer bzw. längs zur Dampf-Gas-Strömungsrichtung benachbarter Rohre zum Rohraußendurchmesser.The tube bundle transverse division is preferably between 1.2 and 3.0, particularly preferably between 1.5 and 2.5, the tube bundle longitudinal division preferably between 1.0 and 2.5, particularly preferably between 1.3 and 2.2, and that Ratio between transverse and longitudinal division preferred between 1.0 and 1.8, particularly preferably between 1.1 and 1.6 (claim 17). A ratio less than 1 requires a particularly good mixing of the flowing steam-gas Mixture. The sizes "transverse division" and "longitudinal division" are defined as the ratio of the distance between the centers two across or along the steam-gas flow direction neighboring pipes to the pipe outside diameter.

Der Außendurchmesser der Kühlrohre beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 45 mm, besonders vorzugsweise zwischen 18 und 35 mm (Anspruch 18).The outer diameter of the cooling tubes is preferably between 10 and 45 mm, particularly preferably between 18 and 35 mm (claim 18).

Weitere bevorzugte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vor richtung sind in den übrigen Vorrichtungs-Unteransprüchen (Ansprüche 13-15 und 19-25) angegeben. Näheres hierzu fin det sich in den obigen Ausführungen zum Verfahren.Further preferred embodiments of the invention direction are in the other device sub-claims (Claims 13-15 and 19-25) indicated. More on this fin is in the above explanations of the procedure.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und der angefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is now based on exemplary embodiments and the attached schematic drawing explained in more detail. In the drawing shows:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer teilweise aufgeschnit tenen Vorrichtung zur Kondensationsreinigung; Figure 1 is a side view of a partially cut device for cleaning condensation.

Fig. 2 einen Querschnitt eines Teils von Fig. 1 entlang Linie II-II, der die Rohranordnung im Rohrbündel veranschaulicht; Fig. 2 is a cross section of part of Fig. 1 along line II-II, illustrating the tube arrangement in the tube bundle;

Fig. 3 ein Kühlrohr aus Fig. 2 in vergrößerter Darstel lung mit Kondensatfilm; und Fig. 3 is a cooling tube of Figure 2 in enlarged presen- tation with condensate film. and

Fig. 4 einen Abschnitt eines Kühlrohrs aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung mit Kondensatfilm. Fig. 4 shows a portion of a cooling tube from Fig. 1 in an enlarged view with condensate film.

Die Kondensationsreinigungs-Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 ist unmittelbar über einer hermetisch zur Atmosphäre abgedich teten Quelle 2 eines Dampf-Gas-Gemisches DGG angeordnet. Sie wird gebildet durch einen nach unten, zur Quelle 2 hin offenen Kondensator 3 mit geschlossener vertikaler Seiten wandung 4. Auf einer oberen Öffnung des Kondensators 3 sitzt ein trichterförmiger Abzug, gebildet durch eine Ab zugshaube 5 und ein am Ende zur Atmosphäre offenes Abzugs rohr 6, mit vertikal verlaufender Achse dicht auf. Allein durch Konvektion wird so (eine durch Pfeile gekennzeichne te) hervorgerufene Strömung des Dampf-Gas-Gemisches hervor gerufen, die den Kondensator 3 von unten im wesentlichen in vertikaler Richtung durchströmt.The condensation cleaning device 1 according to FIG. 1 is arranged directly above a hermetically sealed source 2 of a steam-gas mixture DGG. It is formed by a down to the source 2 open capacitor 3 with a closed vertical side wall 4th On an upper opening of the condenser 3 sits a funnel-shaped trigger, formed by a hood 5 and an exhaust pipe 6 open to the atmosphere at the end, with a vertically extending axis. Only by convection is so caused (a marked by arrows te) caused flow of the steam-gas mixture, which flows through the condenser 3 from below essentially in the vertical direction.

Der Kondensator 3 wird durch eine Vielzahl von Kühlrohren 7 gebildet, die in seinem Inneren zur Horizontalen geneigt und parallel zueinander verlaufen. Sie bilden ein Rohrbün del 8 mit versetzter Rohranordnung (siehe Fig. 2), das sich längs und quer zu der Strömungsrichtung des Dampf-Gas-Gemi sches erstreckt. Die Kühlrohre 7 des Rohrbündels 8 sind jeweils an ihren Enden parallel geschaltet. Sie kommuni zieren mit ihren tieferliegenden Enden mit einem Kühlmit teleingang 9 und mit ihren höherliegenden Enden mit einem Kühlmittelausgang 10. Der Kühlmitteleingang 9 liegt an der tiefsten Stelle des Kondensators 3, der Kühlmittelausgang 10 an dessen höchster Stelle. Die vertikale Komponente der Kühlmittelströmung in den Kühlrohren 7 verläuft also gleichsinnig mit dem von unten anströmenden Dampf-Gas-Ge misch. Bei anderen Ausführungsformen sind die Kühlrohre in Serie geschaltet, wobei auch Mischformen zwischen Serien- und Parallelschaltung möglich sind. An den tieferliegenden Enden der Rohre 7 wird das ablaufende Kondensat aufgefangen und über eine Kondensatableitung 12 nach außen abgeführt.The condenser 3 is formed by a multiplicity of cooling tubes 7 which are inclined to the horizontal in their interior and run parallel to one another. They form a Rohrbün del 8 with an offset pipe arrangement (see Fig. 2), which extends longitudinally and transversely to the flow direction of the steam-gas mixture. The cooling tubes 7 of the tube bundle 8 are connected in parallel at their ends. They communicate with their lower ends with a coolant inlet 9 and with their higher ends with a coolant outlet 10 . The coolant inlet 9 is located at the lowest point of the condenser 3 , the coolant outlet 10 at its highest point. The vertical component of the coolant flow in the cooling tubes 7 thus runs in the same direction with the steam-gas mixture flowing from below. In other embodiments, the cooling tubes are connected in series, and mixed forms between series and parallel connection are also possible. The draining condensate is collected at the lower ends of the pipes 7 and discharged to the outside via a condensate drain 12 .

Bei dem Beispiel gemäß Fig. 1 sind die Kühlrohre 7 in ihrer Neigung konstruktiv festgelegt, die Neigung ist also im Betrieb nicht veränderlich. Auch die Strömungsgeschwindig keit des Dampf-Gas-Gemisches ist im wesentlichen konstruk tiv vorgegeben und kann - abgesehen von einer Eingriffs möglichkeit durch eine im Abzugsrohr 6 angeordnete Dros selklappe (nicht gezeigt) abgesehen - nicht direkt gesteu ert werden. Eine direkte Steuerung der Vorrichtung 1 wäh rend des Betriebs zur Feineinstellung eines die Rohre 7 umschließenden, wellen- und tropfenfrei abfließenden Kon densatfilms ist hier durch eine Variation der Kühlmittel temperatur am Eingang 9 möglich. Hierzu kann beispielsweise dem Eingang 9 eine (nicht gezeigte) Beimischeinrichtung vorgeschaltet sein, die zur Verfügung stehendes kälteres und wärmeres Wasser zu Kühlwasser mit der jeweils für die Steuerung benötigten Temperatur mischt. Zur Prozeßkontrolle ist die Vorrichtung 1 mit verschiedenen Meßgeräten ausge rüstet: Druck-, Durchlauf- und Temperaturmeßgeräte 13 zur Messung des Kühlmitteldrucks, -durchlaufs und der Kühlmit teltemperatur am Eingang 9 und Ausgang 10; Temperatur-, Schadstoff- Staub- und Feuchtemesser 14 im Abzugsrohr 3 zur Messung der Temperatur, des Schadstoff- und Staubgehalts und der Feuchte des Dampf-Gas-Gemisches nach der Kondensa tionsreinigung.In the example according to FIG. 1, the cooling pipes 7 are structurally fixed in their inclination, so the inclination cannot be changed during operation. Also the flow rate of the steam-gas mixture is essentially given constructively and - apart from a possibility of intervention by a throttle valve arranged in the exhaust pipe 6 (not shown) apart - not directly controlled. Direct control of the device 1 during operation for the fine adjustment of a tube 7- enclosing, wave-free and drip-free Kon densat film is possible here by varying the coolant temperature at the input 9 . For this purpose, a mixing device (not shown) can be connected upstream of the input 9 , which mixes the available colder and warmer water into cooling water with the temperature required for the control. For process control, the device 1 is equipped with various measuring devices: pressure, flow and temperature measuring devices 13 for measuring the coolant pressure, flow and coolant temperature at the inlet 9 and outlet 10 ; Temperature, pollutant, dust and moisture meter 14 in the exhaust pipe 3 for measuring the temperature, the pollutant and dust content and the humidity of the steam-gas mixture after the condensation cleaning.

Bei dem Rohrbündel 8 gemäß Fig. 2 haben die im Querschnitt kreisringförmigen Kühlrohre 7 mit Außendurchmesser d in einer horizontal und senkrecht zu den Rohrachsen verlau fenden Richtung den Abstand D_quer (sog. Querabstand) und in einer dazu und zu den Rohrachsen senkrechten Richtung den Abstand D_längs (sog. Längsabstand), wobei diese Abstände je weils von Rohrmitte zu Rohrmitte gemessen sind. Im Beispiel gemäß Fig. 2 beträgt die sog. Querteilung, d. h. das Ver hältnis aus Querabstand D_quer zum Rohrdurchmesser d, ungefähr 2,2. Die entsprechend definierte Längsteilung beträgt unge fähr 1,5. Das Verhältnis zwischen Quer- und Längsteilung beträgt hier ungefähr 1,46. Die Rohre 7 bilden eine in Querrichtung versetzte Rohranordnung, wobei die Versetzung zwischen benachbarten Rohren 7 genau einen halben Querab stand D_quer beträgt. Jedes Rohr 7 liegt also genau mittig (bezogen auf die Querrichtung) in dem Zwischenraum, der von in Längsrichtung vor oder hinter ihm liegenden Rohrpaaren gebildet wird. Zur Veranschaulichung des sich daraus erge benden Flusses, welcher der Bildung von Schichten nicht kondensierenden Gases entgegenwirkt, sind in Fig. 2 schlan genlinienförmigen Strömungslinien DGG eingezeichnet. Eben falls eingezeichnet sind Strömungslinien DGG, welche die Rohre 7 jeweils eng umschließen und dann am Rohr 7 enden. Diese versinnbildlichen den Kondensationsvorgang.In the tube bundle 8 according to FIG. 2, the cooling tubes 7 , which are circular in cross section and have an outside diameter d in a direction horizontal and perpendicular to the tube axes, have the distance D _transverse (so-called transverse distance) and in a direction perpendicular thereto and to the tube axes the distance D _longitudinal (so-called longitudinal distance), these distances being measured from pipe center to pipe center. In the example according to FIG. 2, the so-called transverse division, ie the ratio of transverse distance D _across the pipe diameter d, is approximately 2.2. The correspondingly defined longitudinal division is approximately 1.5. The ratio between transverse and longitudinal division is approximately 1.46. The tubes 7 form a tube arrangement offset in the transverse direction, the offset between adjacent tubes 7 being exactly half a Querab D was _transverse . Each tube 7 thus lies exactly in the middle (in relation to the transverse direction) in the intermediate space which is formed by tube pairs lying in front of or behind it in the longitudinal direction. To illustrate the resulting flow, which counteracts the formation of layers of non-condensing gas, serpentine flow lines DGG are shown in Fig. 2. Also if drawn, flow lines DGG, which each closely surround the tubes 7 and then end on the tube 7 . These symbolize the condensation process.

Das jeweils in den Fig. 3 und 4 gezeigte einzelne Kühlrohr 7 ist von einem Kondensatfilm 11 umgeben, dessen Dicke relativ zum Rohrdurchmesser zur Veranschaulichung ungefähr um drei Größenordnungen zu groß dargestellt ist. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel überwiegen die von der Dampf-Gas- Strömung DGG auf den Film 11 ausgeübten, nach oben gerich teten Scherkräfte die nach unten gerichtete Schwerkraft F_g Dies verformt den im Gleichgewichtsfall im Querschnitt kreisringförmigen Kondensatfilm 11, so daß seine Dicke am Rohrscheitel größer ist als an der Rohrsohle, hier ungefähr viermal so groß. Eine derartige Verformung führt im all gemeinen noch nicht zu einer Wellen- oder Tropfenbildung. In dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel ist der Kondensat film 11 um das Rohr 7 herum gleichmäßig dick ausgebildet. Er fließt am Rohr 7 entlang nach unten ab, wobei er seine gleichmäßige, wellen- und tropfenfreie Form beibehält. The individual cooling tube 7 shown in FIGS. 3 and 4 is surrounded by a condensate film 11 , the thickness of which is shown too large relative to the tube diameter for illustration by approximately three orders of magnitude. In the example shown in FIG. 3, the upward-directed shear forces exerted by the steam-gas flow DGG on the film 11 outweigh the downward-directed gravitational force F _g. This deforms the condensate film 11 , which is circular in cross-section, so that its Thickness at the top of the pipe is greater than at the pipe bottom, here about four times as large. Such a deformation does not generally lead to the formation of waves or drops. In the example shown in Fig. 4, the condensate film 11 is formed around the tube 7 uniformly thick. It flows down along the pipe 7 , while maintaining its uniform, wave-free and drop-free shape.

In der folgenden Tabelle sind beispielhaft für zwei ver schiedene Quellen Parameter der Vorrichtung angegeben, mit denen sich ein dünner, die Rohre umschließender, wellen- und tropfenfrei laminar abfließender Kondensatfilm ausbil det. The following table are examples of two ver different sources specified parameters of the device with which a thin, the pipes enclosing, wave and drip-free laminar draining condensate film det.

Tabelle table

BezugszeichenlisteReference list

1 Kondensationsreinigungs-Vorrichtung
2 Quelle
3 Kondensator
4 Seitenwandung (des Kondensators)
5 Abzugshaube
6 Abzugsrohr
7(Kühl-)Rohr
8 (Kühl-)Rohrbündel
9 Kühlmitteleingang
10 Kühlmittelausgang
11 Kondensatfilm
12 Kondensatableitung
13 Meßgeräte am Kühlmitteleingang und -ausgang
14 Meßgeräte am Abzugsrohr
DGG Dampf-Gas-Gemisch
α Rohrneigungswinkel
d Kühlrohr-Außendurchmesser
D_quer Querabstand
D_längs Längsabstand
F_g Schwerkraft 1 condensation cleaning device
2 source
3 capacitor
4 side wall (of the condenser)
5 extractor hood
6 exhaust pipe
7 (cooling) pipe
8 (cooling) tube bundles
9 Coolant inlet
10 coolant outlet
11 condensate film
12 condensate drainage
13 measuring devices at the coolant inlet and outlet
14 measuring devices on the exhaust pipe
DGG steam-gas mixture
α pipe inclination angle
d Cooling tube outer diameter
D _transverse transverse distance
D _{along the} longitudinal distance
F _g gravity

Claims

1. Process for the condensation cleaning of steam-gas mixtures, in which one

- a surface condenser with inclined, cool medium-flow tubes used, and
the tubes flow essentially transversely with the steam-gas mixture,
- Where one sets up the pipe inclination, flow speed of the steam-gas mixture and coolant temperature so that a condensate film enclosing the pipes is formed, which flows along the pipes essentially without waves and drops.

2. The method of claim 1, wherein the condensate film flows in a laminar flow, the Rey nolds number is in particular less than 75, preferred way between 5 and 50 and particularly preferably is between 10 and 25.

3. The method according to claim 1 or 2, wherein the average film thickness between 0.1 and 10 µm, in particular between 0.5 and 5 µm and preferably between 1 and is 3 µm.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, in which chem the pipe inclination angle between 5 ° and 40 °, ins special be between 10 ° and 30 ° to the horizontal wearing.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, in which chem the coolant temperature at the entrance to the con capacitor between 15 ° and 40 ° C, especially between 20 ° and 30 ° C and preferably between 22 ° and 27 ° C is.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, in which chem the flow of the tubes essentially from done below.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, in which chem the flow of the steam-gas mixture through Kon vection is caused.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, in which chem the flow rate of the steam-gas mixture at the output of the capacitor less than 10 m / s, in particular between 1 and 6 m / s and preferably between between 3 and 4 m / s.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, in which chem the flow of the steam-gas mixture and a parallel component of the coolant flow run in the same direction.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, in which chem the temperature of the steam-gas mixture at the entrance the capacitor between 90 ° and 130 ° C, in particular is between 95 ° and 115 ° C.

11. The method according to any one of claims 1 to 9, in which chem the steam-gas mixture is combustion exhaust gas, the in the case of insufficient moisture before entering the con superheated steam was added.

12. Device for the condensation cleaning of steam-gas mixtures, with:

- A surface condenser ( 3 ) formed by inclined pipes ( 7 ) through which coolant can flow; and
- A steam-gas mixture guide, with which the tubes can be flowed substantially transversely;
- The pipe inclination (a) and steam-gas mixture management depending on a particular steam-gas mixture source ( 2 ) are set up so that the pipes ( 7 ) enclosing Kon condensate film ( 11 ), which essentially wave - and flows drop-free along the tubes ( 7 ), forms.

13. The apparatus of claim 12, wherein the condensate sat film ( 11 ) flows in a laminar flow, the Reynolds number is in particular less than 75, preferably between 5 and 50 and particularly preferably between 10 and 25.

14. The apparatus of claim 12 or 13, wherein the average film thickness between 0.1 and 10 µm, in particular between 0.5 and 5 µm and preferably between 1 and is 3 µm.

15. The device according to one of claims 12 to 14, at which the pipe inclination angle (α) between 5 ° and 40 °, especially between 10 ° and 30 ° to the horizon len is.

16. The device according to one of claims 12 to 15, wherein the cooling tubes ( 7 ) are designed as a tube bundle ( 8 ) with a displaced tube arrangement.

17. The apparatus of claim 16, wherein the tube bundle cross division between 1.2 and 3.0, in particular between 1.5 and 2.5, the tube bundle longitudinal division between 1.0 and 2.5, especially between 1.3 and 2.2, and the ratio between transverse and longitudinal part between 1.0 and 1.8, especially between 1.1 and 1.6.

18. Device according to one of claims 12 to 17, wherein the outer diameter (d) of the cooling tubes ( 7 ) is between 10 and 45 mm, in particular between 18 and 35 mm.

19. Device according to one of claims 12 to 18, which is set up so that the coolant temperature at the input ( 9 ) in the condenser ( 3 ) between 15 ° and 40 ° C, in particular between 20 ° and 30 ° C and before between 22 ° and 27 ° C.

20. Device according to one of claims 12 to 19, which che is designed so that the inflow of the tubes ( 7 ) takes place essentially from below.

21. Device according to one of claims 12 to 19, in which the flow of the steam-gas mixture is caused by convection, in particular with the aid of a discharge pipe ( 6 ) arranged after the condenser ( 3 ).

22. Device according to one of claims 12 to 21, which is set up so that the flow rate of the steam-gas mixture at the outlet of the condenser ( 3 ) is less than 10 m / s, in particular between 1 and 6 m / s and preferably between 3 and 4 m / s.

23. The device according to any one of claims 12 to 22, which is set up so that the flow of steam-gas Mixture and a parallel component of the cooling medium flow in the same direction.

24. Device according to one of claims 12 to 23, which is set up for a temperature of the steam-gas mixture at the inlet ( 9 ) of the condenser ( 3 ) between 90 ° and 130 ° C, in particular between 95 ° and 115 ° C.

25. The device according to any one of claims 12 to 23, which is equipped for cleaning the condensation of combustion exhaust gases with a device which admits steam to the exhaust gases before entering the condenser ( 3 ) superheated water.