EP0122415B1

EP0122415B1 - Abkühlungseinrichtung

Info

Publication number: EP0122415B1
Application number: EP84102160A
Authority: EP
Inventors: Kurt Schuchardt; Harald Dr. Scholz; Hans Wilhelm Neuss; Georg Pech
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1983-03-17
Filing date: 1984-03-01
Publication date: 1988-10-12
Also published as: HU187988B; ZA841960B; EP0122415A3; US4552727A; NO841037L; JPS59173624A; HUT34071A; NO158699B; DE3474588D1; EP0122415A2; JPH0447210B2; DE3309576A1; NO158699C

Description

Die Erfindung betrifft eine Abkühlungseinrichtung (Quenche), in der durch Einspritzen von Flüssigkeit heiße korrosive Verbrennungsabgase abgekühlt werden, wie sie z. B. bei der Verbrennung von gasförmigen und/oder flüssigen chlorhaltigen Rückständen oder Chlorkohlenwasserstoffen entstehen.
Die konstruktive Ausführung einer solchen Quenche stellt ein schwieriges technisches Problem dar, weil einerseits die sichere Abkühlung der heißen korrosiven Gase erreicht und andererseits die Unterschiedlichen thermischen und korrosiven Belastungen, denen die Quenche in den verschiedenen Zonen ausgestezt ist, beherrscht werden müssen.
Im oberen Teil, in den die heißen Verbrennungsabgase mit Temperatur bis zu 1400° C eintreten, ist die Quenche vor allem thermisch belastet. Der Stahlmantel muß durch entsprechende Auskleidung vor Überhitzung geschützt werden (Heißzone).
Nach Quenchung der Abgase auf eine Temperatur unter 100°C mittels Wasser oder wässriger Salzsäure und teilweiser Absorption der korrosiven Bestandteile des Abgases in der Quenchflüssigkeit ist der Stahlmantel hauptsächlich gegen Korrosion zu schützen (Naßzone).
Die Auskleidung eines Stahlbehälters gegen Überhitzung, z. B. durch wärmedämmende keramische Steine, und gegen Korrosion, z. B durch Gummierung und keramische Platten, ist in der Technik bekannt.
Bei der beschriebenen Quenche besteht das Problem jedoch darin, daß sich die Heißzone und die Naßzone in der Praxis nicht scharf voneinander abgrenzen lassen. Der Bereich, wo die heißen Abgase und die Einspritzflüssigkeit aufeinandertreffen, ist von großer Turbulenz gekennzeichnet, was dazu führt, daß Flüssigkeit auch weit nach oben in die Heißzone verwirbelt wird, wärend andererseits die Wandung der Naßzone, besonders im Bereich der Düsen, nicht überall ausreichend benetzt und abgekühlt wird, so daß es zu örtlichen Überhitzungen kommt. Es gibt eine ziemlich ausgedehnte Übergangszone, in der der Stahlmantel gleichzeitig gegen Überhitzung und Korrosion geschützt werden muß.
Außerdem gibt es kein Material für die Auskleidung, das gleichzeitig ausreichend gegen Korrosion und Hitze schiltzt, Wärmedämmsteine sind nicht korrosionsbeständig und die Korrosionsschutz-Auskleidung durch Gummierung und keramische Platten ist hitzebeständing d. h, die Platten nehmen zwar selbst keinen Schaden, vermögen aber die Hitze nicht von Hartgummi fernzuhalten.
Alle betriebsbekannten Quenchen, bei denen der obere Teil des Stahlmantels nur gegen Überhitzung und der untere Teil nur gegen Korrosion geschützt ist, und bei denen die wärmedämmende keramische Auskleidung übergangslos an die gegen Korrosion schützende Auskleidung gemauert worden ist, halten den Anforderungen der Praxis nicht stand.
In der DE-PS-2 621 718 C3 wird eine Quenche beschrieben, bei der der gesamte Stahlmantel korrosionsbeständig ausgekleidet und diese hitzeempfindliche Auskleidung in der oberen Heißzone durch Vermauern von Wärmedämmsteinen geschützt ist. Eine mittlere Übergangszone, in der gleichzeitig Schutz gegen Hitze und Korrosion besteht, ist nicht vorhanden. Die Wärmedämmsteine sind nicht vor Korrosion und die Korrosionsschutzauskleidung der unteren Naßzone ist in ihrem oberen Bereich nicht vor Überhitzung geschützt.
Zusammenfassend weist diese bekannte Quenche folgende Nachteile auf:

1. Die Wärmedämmsteine der oberen Heißzone sind nicht gegen Korrosion geschützt. Ihre Beschädigung führt infolge Überhitzung zur Zerstörung zuerst der Gummierung und schließlich des Stahlmantels, weil die keramische Plattenauflage auf der Gummierung allein keinen ausreichenden Korrosionsschutz bietet.
2. Die Wärmedämmschicht endet übergangslos in der Höhe der Düsen-Ebene, ohne daß die Lage und Ausdehnung der Sprüh- bzw. Übergangszone, in der thermischer und korrosiver Angriff erfolgt, genau bekannt ist.
3. Die Korrosionsschutzauskleidung der unteren Naßzone ist in ihrem oberen Bereich nicht gegen Überhitzung geschützt.
4. Die Einspritzung der Quenchflüssigkeit in nur einer Ebene und in einem Winkel um 60°C zur Gasströmungsrichtung setzt die Leistungsfähigkeit der Quenche herab und begünstigt örtliche Überhitzungen, weil die Sprühkegel der Einspritzdüsen bei einem üblichen Sprühwinkel von 90° in diesem Fall nicht den gesamten Querschnitt der Quenche erreichen und unbesprühte Abschnitte, sogenannte Heiß-Fenster, an der Wandung unterhalb der jeweiligen Düse freilassen.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Quenche vor, die den thermischen und korrosiven Belastungen standhält und für hohe Belastungen geeignet ist. Diese Quenche weist im wesentlichen folgende Merkmale auf:

1. Korrosionsschutz des gesamten Stahlmantels durch Gummierung und keramische Platten, wie aus der DE-PS-2 621 718 C3 an sich bekannt ist.
2. Schutz der hitzeempfindlichen Säureschutzauskleidung im Oberteil durch vorgemauerte Wärmedammsteine, wie aus der DE-PS-2 621 718 C3 an sich bekannt ist.
3. Ausführung der Wärmedämmschicht bis in die Naßzone hinunter, so daß eine ausgedehnte Übergangszone entsteht, in der der Stahlmantel gegen Hitze und Korrosion geschützt ist.
4. Schutz der Wärmedämmsteine vor Korrosion durch Vormauern von säurefesten keramischen Platten.
5. Eindüsen der Quenchflüssigkeit in 2 Ebenen. In der oberen Ebene wird durch mindestens 6, in der unteren Ebene durch mindestens 3 Düsen abgeschreckt. Dadurch wird eine hohe spezifische Raumbelastung (Kilojoule/m³) der Quenche erzielt und sogenannte Heiß-Fenster im Naßteil werden vermieden.
6. Die Düsenstöcke der 1. Ebene werden oberhalb der Krümmung des oberen gewölbten Bodens eingebaut, so daß die Achsen des Gaseingangsstutzens und der Düsenstöcke Winkel von ca. 30° bilden. Dadurch werden eine geringere Wirbelbildung, stabile Sprühkegel der Düsen und eine sichere, von Betriebsschwankungen ziemlich unabhängige Benetzung und Kühlung der Quenchwand erzielt. Auch die Bildung von Heiß-Fenstern wird auf diese Weise verhindert.
7. Die Quenche ist vorzugsweise so dimensioniert, daß die lineare Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsabgase 0,5 - 1,5 m/s, vorzugsweise 1,0 m/s (bei Normaldruck und 100°C) und die Verweilzeit 2 - 8 Sekunden, vorzugsweise 3 - 4 Sekunden, beträgt. Dabei wird die lineare Strömungsgeschwindigkeit durch den Durchmesser der Quenche, die Verweilzeit hingegen durch die Höhe der Quenche festgelegt, wobei ein Längenverhältnis Höhe/Durchmesser = 1,5 - 3 bevorzugt ist.
8. Der Durchmesser des Oberteils der Quenche ist um soviel größer als nötig ist, um die zusätzliche wärmedämmende Auskleidung so aufzunehmen, daß nach vollständiger Auskleidung ein zylindrischer Innenraum entsteht.

Anhand der (für die Größenverhältnisse nicht streng maßgerechten) Zeichnung seien die erfindungsgemäße Abkühlungsinrichtung und ihre Funktion wie folgt beschrieben:
Der äußere Stahlmantel der Quenche besteht aus 2 Stahlzylindern unterschiedlichen Durchmessers (1, 2), die mit einem Konus (3) zusammengeschweißt und oben und unten durch gewölbte Böden (4, 5) verschlossen sind.
Der obere zylindrische Teil (1) des Stahlmantels ist im Durchmesser um soviel größer, als notwendig ist, um die für die obere Heißzone zusätzlichen Ausmauerungslagen (6, 7) aufnehmen zu können, so daß sich vor und nach Auftragen der letzten inneren korrosionsbeständigen Auskleidung (8) ein zylindrischer Innenraum gleichen Durchmessers ergibt.
Am Stahlbehälter befindet sich oben der zentrische Gaseingangsstutzen (9), durch den die Verbrennungsabgase in die Quenche eingeleitet werden. Im unteren Drittel, dicht am unteren gewölbten Boden, ist der seitliche Gasausgangsstutzen (10), durch den gleichzeitig die Quenchflüssigkeit abläuft. Zu Entleerungs-und Reinigungszwecken bei Stillständen dient der unterste zentrische Stutzen (11). Er kann jedoch auch für das gesonderte Abziehen der Quenchflüssigkeit während des Betriebes benutzt werden. Seitlich am unteren zylindrischen Teil (2) des Stahlmantels befindet sich eine Reinigungs- und Montageöffnung (12). Um den Gaseingangsstutzen (9) sind mindestens 6 Stutzen (13) für die Düsenstöcke im gleichen Abstand so angeordnet, daß die Achsen der Düsenstöcke mit der Achse des Gaseintrittsstutzens (9) Winkel von ca. 30° bilden. Im oberen Bereich des Naßteils (zylindrischer Teil 2) sind mindestens 3 Stutzen (14) für die Düsenstöcke der 2. Ebene leicht abwärts gerichtet angebracht.
Auf den Gasausgangsstutzen (10) ist ein Stutzen (15) zur Aufnahme einer Quenchdüse als zusätzliche Sicherheit für die meist aus Kunststoff bestehenden angeschlossenen Leitungen und Vorrichtungen aufgesetzt.
Zum Schutz gegen Korrosion ist die gesamte Innenfläche des Stahlbehälters einschließlich aller Stutzen bis über die Dichtflächen der Flansche säurefest gummiert (16). Im erweiterten Oberteil (1, 4) ist die Gummierung zuerst mit säurefesten (6), dann mit wärmedämmenden (7) Keramikplatten bzw. -steinen verkleidet. Die Stutzen (10 - 15) sind mit den säurefesten Platten, der Gaseingangsstutzen (9) ist mit säurefesten und wärmedämmenden Platten ausgekleidet.
Der so vorbereitete Innenraum, der nun aus einem Zylinder gleichen Durchmessers sowie aus dem oberen und unteren gewölbten Boden besteht, wird insgesamt mit 1 - 2 Lagen Keramik (8) korrosionsbeständig ausgekleidet.
Die Temperatur der Gummierung sowie die Ausgangstemperatur des Gases wird auf übliche Weise mit Temperaturfühlern überwacht.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Abkühlungseinrichtung zur Abschreckung heißer, hochkorrosiver, chlor- und chlorwasserstoffhaltiger Verbrennungsgase, bestehend aus einem langgestreckten, oben und unten mit je einem gewölbten Boden versehenen zylindrischen Stehlbehälter, einem zentrischen Stutzen für die Gaszufuhr am oberen Ende des Stahlbehälters, mehreren im oberen Drittel des Stahlbehälters in einer horizontalen Ebene äquidistant angeordneten schrägen Stutzen zur Aufnahme von Düsen für die Verdüsung von im Kreislauf geführter Abschreckflüssigkeit, einem seitlichen Stutzen im unteren Drittel des Stahlbehälters, oberhalb des gewölbten Bodens, als Austrittsöffnung für die abgeschreckten Verbrennungsgase und Abschreckflüssigkeit, einem zentrischen Stutzen am unteren Ende des Stahlbehälters für Reinigungszwecke sowie als Abfluß für Abschreckflüssigkeit, einer säurefesten Hartgummiauskleidung auf den Innenflächen des Stahlbehälters und sämtlicher Stutzen, einer säurefesten keramischen Auskleidung auf der säurefesten Hartgummischicht und einer feuerfesten Auskleidung aus Wärmedämmsteinen auf der säurefesten Auskleidung im oberen Bereich des Stahlbehälters, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß der obere Teil (1) des Stahlbehälters auf, vom oberen gewölbten Boden gerechnet, 40 - 50 % der Gesamthöhe des Behälters einen gegenüber dem unteren Teil (2) größeren Durchmesser aufweist, die feuerfeste Auskleidung aus Wärmedämmsteinen (7) in dem Ringraum zwischen den beiden Durchmessern angeordnet ist, der gesamte Innenraum des Stahlbehälters einschließlich der Wärmedämmsteine mit einer zweiten säurefesten keramischen Auskleidung (8) in Form eines Zylindermantels gleichen Durchmessers versehen ist und im unteren Teil (2) des Stahlbehälters ein seitlicher, gerader Stutzen (12) für Montage- und Reparaturzwecke vorgesehen ist.
Die Abkühlungseinrichtung der Erfindung ist weiterhin wahlweise und bevorzugt dadurch gekennzeichnet, daß

a) im oberen gewölbten Boden (4) um den zentrischen Stutzen (9) herum mindestens sechs Stutzen (13) angebracht sind, welche mit der Längsachse des Behälters Winkel a = 25° 35° einschließen;
b) in den unteren Teil (2) des Stahlbehälters oberhalb des Stutzens (12) in einer zweiten horizontalen Ebene äquidistant mindestens drei schräg nach unten gerichtete und mit der Längsachse des Behälters Winkel β = 70° - 80° einschließende Stutzen (14) zur Aufnahme von Düsen für die Verdüsung von im Kreislauf geführter Abschreckflüssigkeit eingelassen sind;
c) dem Austrittsstutzen (10) für die abgeschreckten Verbrennungsgase und Abschreckflüssigkeit ein schräg gegen die Strömungsrichtung geneigter und mit der horizontalen Achse dieses Austrittsstutzens einen Winkel y = 50° - 70° bildender Stutzen (15) zur Aufnahme einer Düse für die Verdüsung von Abschreckflüssigkeit aufsitzt;
d) die säurefeste Auskleidung (8) des Innenraums aus einer doppelten Lage von in säurefestem Kitt verlegten keramischen Mantelplatten besteht;
e) die säurefeste Auskleidung (6) auf der säurefesten Hartgummischicht (16) innerhalb aller Stutzen und im Bereich des oberen Teils (1) und des oberen gewölbten Bodens (4) aus einer einfachen Lage von in säurefestem Kitt verlegten keramischen Mantelplatten oder Spaltriemchen besteht;
f) der Durchmesser des oberen Teils (1) des äußeren Stahlbehälters um 10 bis 20 % größer ist als der Durchmesser des unteren Teils (2);
g) der obere Teil (1) des äußeren Stahlbehälters mit einer konisch zulaufenden Abschrägung in dessen unteren Teil (2) übergeht;
h) der Stahlbehälter ein Längenverhältnis Höhe/Durchmesser zwischen 1,5 und 3 aufweist.

Claims

1. Abkühlungseinrichtung zur Abschreckung heißer, hochkorrosiver, chlor- und chlorwasserstoffhaltiger Verbrennungsgase, bestehend aus einem langgestreckten, oben und unten mit je einem gewölbten Boden versehenen zylindrischen Stahlbehälter, einem zentrischen Stutzen für die Gaszufuhr am oberen Ende des Stahlbehälters, mehreren im oberen Drittel des Stahlbehälters in einer horizontalen Ebene äquidistant angeordneten schrägen Stutzen zur Aufnahme von Düsen für die Verdüsung von im Kreislauf geführter Abschreckflüssigkeit, einem seitlichen Stutzen im unteren Drittel des Stahlbehälters, oberhalb des gewölbten Bodens, als Austrittsöffnung für die abgeschreckten Verbrennungsgase und Abschreckflüssigkeit, einem zentrischen Stutzen am unteren Ende des Stahlbehälters für Reinigungszwecke sowie als Abfluß für Abshreckflüssigkeit, einer säurefesten Hartgummiauskleidung auf den Innenflächen des Stahlbehälters und sämtlicher Stutzen, einer säurefesten keramischen Auskleidung auf der säurefesten Hartgummischicht und einer feuerfesten Auskleidung aus Wärmedämmsteineh auf der säurefesten Auskleidung im oberen Bereich des Stahlbehälters, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil (1) des Stahlbehälters auf, vom oberen gewölbten Boden gerechnet, 40 - 50 % der Gesamthöhe des Behälters einen gegenüber dem unteren Teil (2) größeren Durchmesser aufweist, die feuerfeste Auskleidung aus Wärmedämmsteinen (7) in dem Ringraum zwischen den beiden Durchmessern angeordnet ist, der gesamte Innenraum des Stahlbehälters einschließlich der Wärmedämmsteine mit einer zweiten säurefesten keramischen Auskleidung (8) in Form eines Zylindermantels gleichen Durchmessers versehen ist und im unteren Teil (2) des Stahlbehälters ein seitlicher, gerader Stutzen (12) für Montage- und Reparaturzwecke vorgesehen ist.

2. Abkühlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen gewölbten Boden (4) um den zentrischen Stutzen (9) herum mindestens sechs Stutzen (13) angebracht sind, welche mit der Längsachse des Behälters Winkel a = 25° - 35° einschließen.

3. Abkühlungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den unteren Teil (2) des Stahlbehälters oberhalb des Stutzens (12) in einer zweiten horizontalen Ebene äquidistant mindestens drei schräg nach unten gerichtete und mit der Längsachse des Behälters Winkel β = 70° - 80° einschließende Stutzen (14) zur Aufnahme von Düsen für die Verdüsung von im Kreislauf geführter Abschreckflüssigkeit eingelassen sind.

4. Abkühlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Austrittsstutzen (10) für die abgeschreckten Verbrennungsgase und Abschreckflüssigkeit ein schräg gegen die Strömungsrichtung geneigter und mit der horizontalen Achse dieses Austrittsstutzens einen Winkel y = 50° - 70° bildender Stutzen (15) zur Aufnahme einer Düse für die Verdilsung von Abschreckflüssigkeit aufsitzt.

5. Abkühlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die säurefeste Auskleidung (8) des Innenraums aus einer doppelten Lage von in säurefestem Kitt verlegten keramischen Mantelplatten besteht.

6. Abkühlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die säurefeste Auskleidung (6) auf der säurefesten Hartgummischicht (16) innerhalb aller Stutzen und im Bereich des oberen Teils (1) und des oberen gewölbten Bodens (4) aus einer einfachen Lage von in säurefestem Kitt verlegten keramischen Mantelplatten oder Spaltriemchen besteht.

7. Abkühlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des oberen Teils (1) des äußeren Stahlbehälters um 10 bis 20 % größer ist als der Durchmesser des unteren Teils (2).

8. Abkühlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil (1) des äußeren Stahlbehälters mit einer konisch zulaufenden Abschrägung in dessen unteren Teil (2) übergeht.

9. Abkühlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlbehälter ein Längenverhältnis Höhe/Durchmesser zwischen 1,5 und 3 aufweist.