EP0029933B1 - Vorrichtung und Verfahren zum periodischen Abreinigen von Wärmeaustauscherrohren von Feststoffablagerungen und Verwendung dieser Vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum periodischen Abreinigen von Wärmeaustauscherrohren von Feststoffablagerungen und Verwendung dieser Vorrichtung Download PDF

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EP0029933B1
EP0029933B1 EP80106863A EP80106863A EP0029933B1 EP 0029933 B1 EP0029933 B1 EP 0029933B1 EP 80106863 A EP80106863 A EP 80106863A EP 80106863 A EP80106863 A EP 80106863A EP 0029933 B1 EP0029933 B1 EP 0029933B1
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EP
European Patent Office
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gas
pipes
cleaning
heat exchanger
line
Prior art date
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Expired
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EP80106863A
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English (en)
French (fr)
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EP0029933A2 (de
EP0029933A3 (en
Inventor
Hans Dieter Dr. Korte
Gustav Mück
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Degussa GmbH
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Publication date
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Publication of EP0029933A3 publication Critical patent/EP0029933A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G1/00—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances
    • F28G1/16—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances using jets of fluid for removing debris
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G9/00—Cleaning by flushing or washing, e.g. with chemical solvents

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the periodic cleaning of the tubes through which a process gas flows and of a heat exchanger used for heat dissipation from a hot, finely dispersed process gas stream containing deposits of the solid and the use of this device.
  • the task is to add the heat carried by the transport gas withdraw in order to be able to separate the solid matter in bag filters or other devices and to be able to return the heat dissipated to the production process.
  • the heat is usually extracted via heat exchangers, the exchange elements of which consist of tube bundles or individual tubes through which the transport or process gas is passed.
  • a device for cleaning the pipes through which a process gas flows is known from a heat exchanger used to remove heat from a hot solid gas containing process gas from deposits of the solid.
  • a line provided with at least one shut-off device for the periodic supply of a cleaning gas which is overpressure the process gas in connection with jet nozzles is provided centrally above the gas outlet openings of the heat exchanger tubes. The counterflow of process gas and cleaning gas is essential for a good cleaning effect.
  • the invention has for its object to provide a device for the same purpose, with which the risk of blockages of the blow nozzles or the process gas pipes in the blow nozzle area by the solid particles suspended in the process gas and the braking of the process gas flow by the purge gas jet can be avoided.
  • the device should be structurally compact and insensitive to thermal stresses and should allow a simple cleaning of a limited number of tubes of the heat exchanger to avoid major pressure fluctuations in systems in which the heat exchanger is integrated.
  • the device is characterized in that the jet nozzles above the gas inlet openings of the process gas pipes and the supply lines for the cleaning gas are each arranged on a line of pipes, at least two of these supply lines lying one above the other and the lower, shorter line on the outside and the upper line internal nozzles supplied and the length of the external and internal jet nozzles are dimensioned such that their outlet openings open in the same plane.
  • the jet nozzles are arranged at a distance above the gas inlet mouths of the heat exchanger tubes so that the gas jet, which is intended to clean off the solid deposits in the process of being prepared, attains its full cross section at the gas inlet mouth of each tube. Since the jet nozzles emit a fan-shaped gas jet, their outlet cross-section also has a distance-determining effect.
  • the cross section of the nozzle orifices is significantly smaller than the inlet cross section of the exchanger tubes and can e.g. have a ratio of 1: 9.4 in tube bundle heat exchangers used in furnace black systems. With such a design, nozzle spacings between 90 and 150 mm have proven to be favorable.
  • shut-off devices switched on in the purge gas supply lines serve to specifically limit the supply of purge gas to certain purge gas supply lines. This means that the heat is cleaned off in series or in succession exchanger tubes enabled. As a result, the cleaning periods do not interfere with the continuous process in which the heat exchanger works.
  • the supply lines for the cleaning gas which are led through the process gas inflow pipe on the heat exchanger, can be rigid with the inflow pipe, e.g. connected by welding, and the uppermost supply line can be divided into two line sections which are closed at the end and are at a short distance from one another. Each section of the uppermost line thus spans half of the relevant inflow pipe cross section and carries a shut-off device at its outer end. It is also advantageous if the closed ends of these two line sections are received in a sliding guide, because this avoids thermal stresses and the line arrangement becomes insensitive to vibration.
  • An advantageous variant of the invention which can be applied to all embodiments of the device described so far, consists in that the individual supply lines for the cleaning gas are combined to form a main line and a pressure pulse generator for registering the cleaning periods is installed in the main line, the latter in the area of a or a venturi tube installed in the main line is connected.
  • a particularly preferred embodiment of the device according to the invention provides that the jet nozzles are designed as Laval nozzles with which gas inflow velocities above the speed of sound can be achieved.
  • tubes of a heat exchanger charged with a hot, finely dispersed solid containing process gas stream can be easily and effectively cleaned from the inevitable deposits of the solid by periodically abruptly directing the tubes during the continuous process operation with a centrically directed into the gas inlet mouths of the tubes released and briefly maintained gas jet flushes at high speed.
  • the purge gas jet should suddenly, i.e. Unleash its full strength in less than 3 seconds.
  • the duration of the rinsing period is of course influenced by the type of solid to be cleaned, its tendency to adhere and aggregate.
  • the cleaning effect increases with the speed of the flushing gas jet, which is why a variant of the method according to the invention provides that the gas jet has a supersonic speed. This can be achieved with Laval nozzles.
  • a preferred variant of the method provides for flushing the tubes of the heat exchanger in series during a cleaning cycle by means of the shut-off elements assigned to the cleaning gas in order to keep the effects on the parallel heat exchange and the effects on the overall process as low as possible.
  • the duration of the breaks between the cleaning periods is also of particular importance. It has proven to be useful. to choose an empirically determined time interval for the cleaning period, in which none of the heat exchanger tubes can overgrow with solids.
  • tube bundle exchangers With tube bundle exchangers, one can proceed in such a way that the jacket temperature of the outer tubes, which has been found to be most at risk of clogging, is monitored and the flushing process is triggered when the empirically or mathematically determined threshold value is undershot. As an alternative to this, the temperature of the process gas flowing out of the external heat exchanger tubes can also be monitored and the purging process triggered if a predetermined value is exceeded.
  • the choice of the purge gas generally depends on the type of process gas that transports the solid particles. It is important, however, that the gas is dry, so that the separated solid does not stick or clump together. In the furnace black process, the use of hot steam at a temperature that is above the gas outlet temperature of the heat exchanger to be cleaned has proven itself.
  • the purge gas can also be supplied to the jet nozzles in a pulsating manner.
  • the intermittent gas jet pulses transmitted into the exchanger tubes amplify the detachment or degradation of the solid layers due to a kind of cavitation effect.
  • an object of the invention is the use of the cleaning device using the cleaning method for heat dissipation from the process exhaust gas of the production of carbon black or pyrogenic inorganic oxides, such as silicon dioxide or else titanium dioxide, aluminum oxide, Al-Si mixed oxides and oxide mixtures.
  • the cleaning device is installed in the process exhaust gas inflow pipe 6 of a tube bundle heat exchanger which is switched on in the furnace black process in front of the filter system for soot separation.
  • the inflow pipe 6 is connected via flanges 12 to the jacket of the heat exchanger; however, it could also be part of the heat exchanger.
  • Whose exchange tubes 2 with a 43.1 mm clear opening with their inlet openings for the soot particle-containing process exhaust gas in the bores of a holding and distribution plate 13 and are with this is connected by welding.
  • jet nozzles 5 with a nozzle diameter of 14 mm open out.
  • the nozzles 5 for the inner tubes are located on the upper feed lines 4 for the cleaning gas, the nozzles 5 'for the outer tubes on the lower purge gas feed lines 4'.
  • the lines 4 ' each with their rear sections guided through the inflow tube 6 and rigidly connected to it, are firmly connected on their upper side to the underside of the lines 4 by welding.
  • Opposing lines 4 span approximately half the cross-section of the inflow tube 6 and are accommodated at their closed end in a sliding sleeve 7, one line end each being firmly connected to the sleeve and the corresponding line end being slidably inserted into the sleeve.
  • a blocking element 3 is provided outside the inflow pipe for controlling the purging gas flow.
  • the individual supply lines for the cleaning gas are combined to form a main line 9, in which a pressure pulse generator 10 is connected in the area of a Venturi tube 11.
  • the routing of the collecting and main line shown in FIG. 2 and curved around the inflow pipe not only reduces the space requirement, but also simplifies, above all, thermal protection measures against the formation of condensate within the pipe system.
  • 3 rinsing jets are let out of the nozzles 5, 5 'within a predetermined time interval or on the basis of a temperature signal taken from the jackets or gas outlet openings by suddenly opening shut-off elements. They generate a strong gas acceleration in the tubes 2, whereby the fine soot particles adhering to the tube walls are detached and discharged.
  • not all nozzles are put into operation at the same time, but in series or in succession. This ensures that a flushing process practically does not interfere with the operation of the heat exchanger and that the flushing gas supply lines can be economically dimensioned.
  • a powdered carbon black is produced in a plant for the production of furnace black with the following test data: Particle diameter electron micro Color strength
  • This soot is produced by generating a stream of hot combustion gases by converting air with fuel (e.g. fuel gas) and spraying a highly aromatic soot raw material into the hot combustion gases. After the soot formation, water is sprayed in and the soot-containing exhaust gas flow is first passed through a system of heat exchangers and then through filters which separate the soot from the exhaust gas.
  • fuel e.g. fuel gas
  • the soot exhaust gas mixture is cooled to 570 ° C by cooling with 3300 Nm l / h process air.
  • This heat exchanger was charged with 12,000 Nm 3 / h of air at 70 ° C on the cooling air side.
  • the exhaust-gas-carrying pipes (mostly two pipes at a time) were flushed with 0.83 kg of steam at 310 ° G for 3 seconds, the steam having an exit speed of 960 m / sec.
  • the rinse cycle was completed after 90 seconds, followed by a dead time of 7 minutes.
  • the heat exchanger cooled the soot-containing exhaust gas from 570 ° to 280 ° C.
  • the pressure loss in the heat exchanger was 65 mbar. A water injection behind the heat exchanger to lower the temperature to the permissible temperature of the subsequent bag filter was not necessary.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum periodischen Abreinigen der mit einem Prozessgas durchströmten Rohre eines zur Wärmeabfuhr aus einem heissen, feindispersen Feststoff enthaltenden Prozessgasstrom verwendeten Wärmeaustauschers von Ablagerungen des Feststoffs und Verwendung dieser Vorrichtung.
  • Bei der Abtrennung von feindispersen Feststoffen, die in einem thermischen Prozess, wie der Russerzeugung oder der Gewinnung pyrogener Kieselsäuren gebildet werden und von einem Gasstrom - in den genannten Fällen vom eigenen Prozessgasstrom - transportiert werden, stellt sich die Aufgabe, die vom Transportgas mitgeführte Wärme zu entziehen, um den Feststoff in Schlauchfiltern oder anderen Einrichtungen abscheiden zu können und die abgeführte Wärme dem Produktionsprozess wieder zuführen zu können. Die Wärme wird dabei meist über Wärmeaustauscher entzogen, deren Austauschorgane aus Rohrbündeln oder Einzelrohren bestehen, durch die das Transport- bzw. Prozessgas geleitet wird. Je nach Art des im Gasstrom enthaltenen festen Schwebestoffs kommt es im Laufe der Betriebsdauer zu Ablagerungen desselben an den Innenwänden der Rohre, wodurch einerseits der Gasdurchfluss und andererseits der Wärmeübergang vermindert wird. Dieser Vorgang kann zum vollständigen Zuwachsen einzelner Rohre führen, was eine Beschädigung des Wärmeaustauschers zur Folge haben kann. Wenn nämlich, wie üblich, die Rohrenden von Rohrbündel-Wärmetauschern an bzw. in den einander gegegenüberliegenden Stirnplatten des Austauschers befestigt sind, bewirkt das infolge zunehmender Wärmeisolation zustandekommende Kälterwerden verstopfter Rohre in der Nachbarschaft heisserer Rohre das Auftreten von Materialspannungen. Das zugesetzte, verkürzte Rohr kann dabei durch die es überdehnenden Nachbarrohre abgerissen werden.
  • Es bestand daher bei Prozessen, bei denen ein heisses Prozessgas bzw. -abgas ein feinteiliges Festprodukt mit sich führt, welches aus dem vorher abgekühlten Gasstrom abgeschieden werden muss, seit langem ein dringendes Bedürfnis, das Ansatzproblem in mit Rohren arbeitenden Wärmeaustauschern zu lösen, ohne den Betrieb des Wärmetauschers unterbrechen zu müssen oder Zuflucht zu aufwendigen und reparaturanfälligen mechanischen Reinigungsapparaturen zu nehmen. Besondere Probleme bereitete das Zusetzen von Wärmetauschern bei der Herstellung von Russen und pyrogenen Kieselsäuren, welche wegen ihrer hohen Oberflächenaktivität besonders stark zum Ansetzen und Aufwachsen neigen.
  • Nach der DE-A-1 501 477 ist eine Vorrichtung zum Abreinigen der mit einem Prozessgas durchströmten Rohre eines zur Wärmeabfuhr aus einem heissen, Feststoff enthaltenden Prozessgasstrom verwendeten Wärmeaustauschers von Ablagerungen des Feststoffs bekannt. Dabei ist zentrisch über den Gasaustrittsmündungen der Wärmeaustauscherrohre eine mit mindestens einem Absperrorgan versehene Leitung für die periodische Zufuhr eines gegenüber dem Prozessgas Überdruck aufweisenden Reinigungsgases in Verbindung mit Strahldüsen vorgesehen. Das einander Entgegenströmen von Prozessgas und Reinigungsgas ist wesentlich für eine gute Abreinigungswirkung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für denselben Zweck zu schaffen, mit der sich die Gefahrvon Verstopfungen der Blasdüsen bzw. der Prozessgasrohre im Blasdüsenbereich durch die im Prozessgas suspendierten Feststoffteilchen sowie die Abbremsung des Prozessgasstroms durch den Spülgasstrahl vermeiden lässt. Daneben sollte die Vorrichtung bauliche Kompaktheit und Unempfindlichkeit gegenüber Wärmespannungen aufweisen und auf einfache Weise eine aufeinanderfolgende Abreinigung jeweils einer begrenzten Rohrzahl des Wärmeaustauschers zur Vermeidung von grösseren Druckschwankungen in Anlagen, in welchen der Wärmeaustauscher eingebunden ist, ermöglichen.
  • Es wurde nun gefunden, dass man die geschilderten Probleme einfach und nachhaltig mit einer Vorrichtung lösen kann, welche lediglich in das Prozessgasanströmrohr eingebaut zu werden braucht und Strahldüsen benutzt, welche zentrisch über den auf einer Seite des Wärmeaustauschers befindlichen Mündungen der Prozessgasrohre justiert sind und mit einer mit Absperrorganen versehenen Leitung für die periodische Zufuhr eines gegenüber dem Prozessgas Überdruck aufweisenden Reinigungsgases in Verbindung stehen.
  • Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüsen über den Gaseintrittsmündungen der Prozessgasrohre und die Zufuhrleitungen für das Reinigungsgas jeweils über einer auf einer Linie liegenden Rohrserie angeordnet sind, wobei mindestens jeweils zwei dieser Zufuhrleitungen übereinander liegen und die untere, kürzere Leitung aussenliegende und die obere Leitung innenliegende Düsen versorgt und wobei die Länge der aussen- und innenliegenden Strahldüsen so bemessen sind, dass ihre Austrittsöffnungen in derselben Ebene münden.
  • Die Strahldüsen sind über den Gaseintrittsmündungen der Wärmeaustauscherrohre in einem Abstand angeordnet, dass der Gasstrahl, der die im Ansetzen begriffenen Feststoffbeläge abreinigen soll, an der Gaseintrittsmündung jedes Rohrs dessen vollen Querschnitt erlangt. Da die Strahldüsen einen fächerförmigen Gasstrahl aussenden, wirkt auch deren Austrittsquerschnitt abstandbestimmend. Im allgemeinen ist der Querschnitt der Düsenmündungen wesentlich geringer als der Eintrittsquerschnitt der Austauscherrohre und kann z.B. bei in Furnacerussanlagen verwendeten Rohrbündelwärmeaustauschern ein Verhältnis von 1 : 9,4 aufweisen. Bei einer solchen Auslegung haben sich Düsenabstände zwischen 90 und 150 mm als günstig erwiesen.
  • Die in den Spülgaszufuhrleitungen eingeschalteten Absperrorgane dienen dazu, die Zufuhr von Spülgas gezielt auf bestimmte Spülgaszufuhrleitungen zu beschränken. Es wird dadurch ein serienweises oder nacheinander erfolgendes Abreinigen der Wärmeaustauscherrohre ermöglicht. Dadurch beeinflussen die Abreinigungsperioden den kontinuierlichen Prozess, in dem der Wärmeaustauscher arbeitet, nicht störend.
  • Die durch das Prozessgasanströmrohr am Wärmeaustauscher geführten Zufuhrleitungen für das Reinigungsgas können mit dem Anströmrohr starr, z.B. durch Einschweissen, verbunden und die zuoberste Zufuhrleitung in zwei am Ende geschlossene, in kleinem Abstand einander gegenüberliegende Leitungsabschnitte geteilt sein. Jeder Abschnitt der obersten Leitung überspannt hierbei also die Hälfte des betreffenden Anströmrohrquerschnitts und trägt an seinem äusseren Ende ein Absperrorgan. Von Vorteil ist ferner, wenn die geschlossenen Enden dieser beiden Leitungsabschnitte in einer Gleitführung aufgenommen sind, weil damit Wärmespannungen vermieden werden und die Leitungsanordnung schwingungsunempfindlich wird.
  • Eine vorteilhafte Variante der Erfindung, die sich auf alle bisher beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung anwenden lässt, besteht darin, dass die einzelnen Zufuhrleitungen für das Reinigungsgas zu einer Hauptleitung zusammengefasst sind und in der Hauptleitung ein Druckimpulsgeberzur Registrierung der Abreinigungsperioden eingebaut ist, wobei letzterer im Bereich einer in der Hauptleitung eingebauten Blende oder eines in der Hauptleitung eingebauten Venturirohrs angeschlossen ist.
  • Da die Abreinigungswirkung um so intensiver ist, je höher die Geschwindigkeit des Gasstrahls ist, sieht schliesslich eine besonders bevorzugte Ausbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung vor, dass die Strahldüsen als Lavaldüsen ausgebildet sind, mit denen sich Gasanströmgeschwindigkeiten oberhalb der Schallgeschwindigkeit erreichen lassen.
  • Mit der beschriebenen Vorrichtung lassen sich mit einem heissen, feindispersen Feststoff enthaltenden Prozessgasstrom beaufschlagte Rohre eines Wärmeaustauschers leicht und nachhaltig wirksam von den unvermeidlichen Ablagerungen des Feststoffs abreinigen, indem man die Rohre während des kontinuierlichen Prozessbetriebs periodisch mit einem zentrisch in die Gaseintrittsmündungen der Rohre gerichteten, schlagartig freigesetzten und kurzzeitig aufrechterhaltenen Gasstrahl hoher Geschwindigkeit spült.
  • Der Spülgasstrahl soll schlagartig, d.h. in einer Zeitspanne von weniger als 3 sec seine volle Stärke entfalten.
  • Die Dauer der Spülperiode wird natürlich von der Art des abzureinigenden Feststoffs, seiner Adhäsions- und Aggregationsneigung beeinflusst. Der Abreinigungseffekt wächst mit der Geschwindigkeit des spülenden Gasstrahls, weshalb eine Variante des erfindungsgemässen Verfahrens vorsieht, dass der Gasstrahl Überschallgeschwindigkeit aufweist. Diese lässt sich mit Lavaldüsen erzielen.
  • Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, die Rohre des Wärmeaustauschers während eines Abreinigungszyklus mittels der einzelnen Leitungen für das Reinigungsgas zugeordneten Absperrorgane serienweise zu spülen, um die Auswirkungen auf den parallellaufenden Wärmeaustausch und die Rückwirkungen auf den Gesamtprozess so gering wie möglich zu halten.
  • Besondere Bedeutung kommt auch der Dauer der Pausen zwischen den Abreinigungsperioden zu. Es hat sich als zweckmässig erwiesen. für die Abreinigungsperiode ein empirisch ermitteltes Zeitintervall zu wählen, in dem keines der Wärmeaustauscherrohre mit Feststoff zuwachsen kann.
  • Bei Rohrbündelaustauschern kann man so vorgehen, dass man die Manteltemperatur der - so wurde gefunden - am meisten verstopfungsgefährdeten Aussenrohre überwacht und bei Unterschreiten eines empirisch oder rechnerisch ermittelten Schwellenwertes den Spülvorgang auslöst. Alternativ hierzu kann man auch die Temperatur des aus den aussenliegenden Wärmeaustauscherrohren abströmenden Prozessgases überwachen und bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes den Spülvorgang auslösen.
  • Die Wahl des Spülgases richtet sich im allgemeinen nachder Art des Prozessgases, welcher die Feststoffteilchen transportiert. Wichtig ist aber, dass das Gas trocken ist, damit der abgeschiedene Feststoff nicht verklebt oder verklumpt. Beim Furnacerussverfahren hat sich die Anwendung von Heissdampf mit einer Temperatur, die über der Gasaustrittstemperatur des zu reinigenden Wärmeaustauschers liegt, bewährt.
  • Wo es das den sogenannten Prozessgasstrom liefernde Verfahren erlaubt, kann das Spülgas den Strahldüsen auch pulsierend zugeführt werden. Die dabei in die Austauscherrohre hinein übertragenen intermittierenden Gasstrahlimpulse verstärken durch eine Art Kavitationseffekt die Ablösung bzw. den Abbau von Ansatzschichten des Feststoffs.
  • Ein Gegenstand der Erfindung ist schliesslich die Verwendung der Abreinigungsvorrichtung unter Anwendung des Abreinigungsverfahrens bei der Wärmeabfuhr aus dem Prozessabgas der Gewinnung von Russen oder pyrogenen anorganischen Oxiden, wie Siliciumdioxid oder auch Titandioxid, Aluminiumoxid, Al-Si-Mischoxiden und -Oxidmischungen.
  • Aufbau und Verfahrensfunktion der erfindungsgemässen Vorrichtung werden im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1 eine Seitenansicht der im Anströmrohr eines Rohrbündelwärmeaustauschers angeordneten Abreinigungsvorrichtung mit fixen Strahldüsen im Schnitt A-A von Fig. 2;
    • Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 1.
  • Nach Fig. 1 und 2 ist die Abreinigungsvorrichtung in das Prozessabgasanströmrohr 6 eines im Furnacerussprozess vor der Filteranlage zur Russabscheidung eingeschalteten Rohrbündelwärmeaustauschers eingebaut.
  • Das Anströmrohr 6 ist über Flansche 12 mit dem Mantel des Wärmeaustauschers verbunden; es könnte indessen auch Teil des Wärmeaustauschers sein. Dessen Austauschrohre 2 mit 43,1 mm lichter Weise münden mit ihren Eintrittsöffnungen für das Russteilchen-haltige Prozessabgas in den Bohrungen einer Halte- und Verteilerplatte 13 und sind mit dieser durch Verschweissen verbunden. Zentrisch über den Gaseintrittsöffnungen 1 und in kleinem Abstand zu diesen (ca. 100 mm) münden Strahldüsen 5 mit einem Düsendurchmesser von 14 mm. Die Düsen 5 für die inneren Rohre sitzen an den oberen Zufuhrleitungen 4 für das Reinigungsgas, die Düsen 5' für die äusseren Rohre an den unteren Spülgaszufuhrleitungen 4'. Die jeweils mit ihrenn rückwärtigen Abschnitten durch das Anströmrohr 6 geführten und mit diesem starr verbundenen Leitungen 4' sind auf ihrer Oberseite mit der Unterseite der Leitungen 4 durch Anschweissen fest verbunden. Gegenüberliegende Leitungen 4 überspannen in etwa den halben Querschnitt des Anströmrohrs 6 und sind an ihrem verschlossenen Ende in einer Gleithülse 7 aufgenommen, wobei je ein Leitungsende mit der Hülse fest verbunden ist und das korrespondierende Leitungsende in die Hülse verschieblich eingesteckt ist.
  • In jede der Spülgaszufuhrleitungen ist ausserhalb des Anströmrohrs ein Ansperrorgan 3 für die Steuerung des Spülgasflusses vorgesehen. Die einzelnen Zufuhrleitungen für das Reinigungsgas sind zu einer Hauptleitung 9 zusammengefasst, in welcher im Bereich eines Venturirohrs 11 ein Druckimpulsgeber 10 angeschlossen ist. Die in Fig. 2 gezeigte, um das Anströmrohr gekrümmte Führung von Sammel- und Hauptleitung verringert nicht bloss den Platzbedarf, sondern vereinfacht vor allem Wärmeschutzmassnahmen gegen Kondensatbildung innerhalb des Rohrsystems.
  • Bei der Durchführung des Abreinigungsverfahrens in der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 lässt man innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls oder anhand eines an den Mänteln oder Gasaustrittsmündungen äusserer Rohre abgenommenen Temperatursignals durch schlagartiges Öffnen von Absperrorganen 3 Spülstrahlen aus den Düsen 5, 5' austreten. Sie erzeugen in den Rohren 2 eine starke Gasbeschleunigung, wodurch die an den Rohrwandungen anhaftenden feinen Russteilchen abgelöst und ausgetragen werden. Obwohl grundsätzlich möglich, werden nicht gleichzeitig alle Düsen in Betrieb gesetzt, sondern serienweise oder nacheinander. Damit wird erreicht, dass ein Spülvorgang den Betrieb des Wärmetauschers praktisch nicht stört und die Spülgaszufuhrleitungen wirtschaftlich dimensioniert werden können.
    • Beispiel
  • In einer Anlage zur Herstellung von Furnaceruss wird ein pulverförmiger Russ mit folgenden Prüfdaten hergestellt:
    Figure imgb0001
    Teilchendurchmesser elektronenmikro-
    Figure imgb0002
    Farbstärke
    Figure imgb0003
  • Die Herstellung dieses Russes erfolgt durch Erzeugen eines Stromes heisser Verbrennungsgase durch Umsatz von Luft mit Brennstoff (z.B. Brenngas) und Einsprühen eines hocharomatischen Russrohstoffes in die heissen Verbrennungsabgase. Nach der Russbildung wird Wasser eingesprüht und der russhaltige Abgasstrom zuerst durch ein System von Wärmeaustauschern und dann durch Filter, die den Russ vom Abgas trennen, geschickt.
  • Im vorliegenden Fall wurde ein Abgasmengenstrom von 6250 Nm3/h mit einer Temperatur von 780°C in den ersten Wärmeaustauscher geschickt. In diesem wasserdampfhaltigen Abgasstrom waren ca. 1050 kg/h des oben definierten Russes enthalten. Das von Wasserdampf befreite Abgas hat folgende Zusammensetzung:
    Figure imgb0004
  • In dem ersten Wärmeaustauscher wird das Russ-Abgasgemisch durch Kühlung mit 3300 Nml/h Prozessluft auf 570°C abgekühlt.
  • Um nun das russhaltige Abgas einem mit Glasfilterschläuchen ausgestatteten Filter zuführen zu können, musste die Temperatur auf mindestens 280°C abgesenkt werden. Hierzu wurde das Abgas durch einen zweiten Wärmeaustauscher geschickt, der folgende Baudaten aufwies:
    • Abgasführende Rohre: 57 Stück
    43,1 mm Innendurchmesser 13060 mm Länge
  • Dieser Wärmeaustauscher wurde auf der Kühlluftseite mit 12 000 Nm3/h Luft von 70°C beschickt. Gleichzeitig wurden die abgasführenden Rohre (meistens jeweils 2 Rohre zugleich) 3 Sekunden stossweise mit 0,83 kg Dampf von 310° Ggespült, wobei der Dampf eine Austrittsgeschwindigkeit von 960 m/sec aufwies. Der Spülzyklus war nach 90 sec abgeschlossen, worauf eine Totzeit von 7 Minuten folgte. Bei dieser Arbeitsweise brachte der Wärmeaustauscher eine Abkühlung des russhaltigen Abgases von 570° auf 280°C. Der Druckverlust im Wärmeaustauscher betrug 65 mbar. Eine Wassereinspritzung hinter dem Wärmeaustauscher zur Absenkung der Temperatur auf die zulässige Temperatur des nachfolgenden Schlauchfilters war nicht erforderlich.
  • Zum Vergleich wurden die gleichen Bedingungen in der Russerzeugungsanlage und in der Wärmeaustauscher/Abscheideanlage beibehalten, jedoch die Dampfspülung abgestellt. Bereits nach 60 Minuten kühlte der Wärmeaustauscher das russhaltige Abgas nur noch von 570° auf 350°C ab und der Druckverlust stieg auf 95 mbar an.
  • Dieses Experiment zeigt für die erfindungsgemässe Arbeitsweise folgende Vorteile auf:
    • 1. Durch die Dampfspülung bleiben die Wärmeaustauscherrohre frei und bedingen einen geringen Druckabfall.
    • 2. Durch den geringen Druckabfall können höhere Mengendurchsätze gefahren werden.
    • 3. Durch die Dampfspülung wird dem russhaltigen Abgas mehr Wärme entzogen, so dass direkt in ein Schlauchfilter gefahren werden kann.
    • 4. Ohne die Dampfspülung müsste hinter dem Wärmeaustauscher noch einmal Wasser eingespritzt werden, was durch Knötchenbildung zu einer Verschlechterung der Russqualität führt.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum periodischen Abreinigen der mit einem Prozessgas durchströmten Rohre eines zur Wärmeabfuhr aus einem heissen, feindispersen Feststoff enthaltenden Prozessgasstrom verwendeten Wärmeaustauschers von Ablagerungen des Feststoffs, wobei Strahldüsen (5) zentrisch über den auf einer Seite des Wärmeaustauschers befindlichen Mündungen der Prozessgasrohre (2) justiert sind und mit einer mit Absperrorganen (3) versehenen Leitung (4) für die periodische Zufuhr eines gegenüber dem Prozessgas Überdruck aufweisenden Reinigungsgases in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüsen über den Gaseintrittsmündungen der Prozessgasrohre und die Zufuhrleitungen (4) für das Reinigungsgas jeweils über einer auf einer Linie liegenden Rohrserie angeordnet sind, wobei mindestens jeweils zwei dieser Zufuhrleitungen übereinander liegen und die untere, kürzere Leitung (4') aussenliegende und die obere Leitung innenliegende Düsen versorgt und wobei die Länge der aussen- und innenliegenden Strahldüsen so bemessen ist, dass ihre Austrittsöffnungen in derselben Ebene münden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Prozessgasanströmrohr (6) am Wärmeaustauscher geführten Zufuhrleitungen (4, 4') für das Reinigungsgas mit dem Anströmrohr starr verbunden sind und die zuoberste Zufuhrleitung in zwei am Ende geschlossene, in kleinem Abstand einander gegenüberliegende Leitungsabschnitte geteilt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der beiden Leitungsabschnitte in einerGleitführung (7) aufgenommen sind.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Zufuhrleitungen für das Reinigungsgas zu einer Hauptleitung (9) zusammengefasst sind und in letzterer ein Druckimpulsgeber (10) zur Registrierung der Abreinigungsperioden eingebaut ist.
- 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckimpulsgeber (10) im Bereich einer in der Hauptleitung eingebauten Blende oder eines in der Hauptleitung eingebauten Venturirohrs (11) angeschlossen ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüsen (5) als Levaldüsen ausgebildet sind.
7. Verfahren zum Abreinigen der mit einem heissen, feindispersen Feststoff enthaltenden Prozessgasstrom beaufschlagten Rohre eines Wärmeaustauschers von Ablagerungen des Feststoffs mittels der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Rohre während des kontinuierlichen Prozessbetriebs periodisch mit einem zentrisch in die Gaseintrittsmündungen der Rohre gerichteten, schlagartig freigesetzten und kurzzeitig aufrechterhaltenen Gasstrahl hoher Geschwindigkeit spült.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahl Überschallgeschwindigkeit hat.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Rohre während eines Abreinigungszyklus mittels der einzelnen Leitungen für das Reinigungsgas zugeordneten Absperrorgane serienweise spült.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass man für die Abreinigungsperiode ein empirisch ermitteltes Zeitintervall wählt, in dem keines der Wärmeaustauscherrohre mit Feststoff zuwachsen kann.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 7 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass man die Manteltemperatur der Aussenrohre überwacht und bei Unterschreiten eines empirisch oder rechnerisch ermittelten Schwellenwertes den Spülvorgang auslöst.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 7 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass man die Temperatur des aus den aussenliegenden Wärmeaustauscherrohren abströmenden Prozessgases überwacht und bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes den Spülvorgang auslöst.
13, Verfahren nach den Ansprüchen 7 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass man mit Heissdampf oder Trockengasen spült.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 7 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass man mit einem pulsierenden Gasstrahl spült.
15. Verwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 - 6 zur Wärmeabfuhr aus dem Prozessabgas der Gewinnung von Russen oder pyrogenen anorganischen Oxiden, insbesondere Siliciumdioxid.
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