EP2924384A1 - Gegenstrom Wärmetauscher mit erzwungener Gas/Luft-Führung - Google Patents

Gegenstrom Wärmetauscher mit erzwungener Gas/Luft-Führung Download PDF

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EP2924384A1
EP2924384A1 EP14161227.5A EP14161227A EP2924384A1 EP 2924384 A1 EP2924384 A1 EP 2924384A1 EP 14161227 A EP14161227 A EP 14161227A EP 2924384 A1 EP2924384 A1 EP 2924384A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
exhaust gas
cooling gas
countercurrent
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14161227.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Schmiedberger
Dietmar Steiner
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.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria filed Critical Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
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Priority to RU2016137902A priority patent/RU2677555C2/ru
Priority to CN201580016010.7A priority patent/CN106461358A/zh
Priority to PCT/EP2015/056171 priority patent/WO2015144651A2/de
Priority to TR2019/09188T priority patent/TR201909188T4/tr
Priority to EP15741781.7A priority patent/EP3123092B1/de
Publication of EP2924384A1 publication Critical patent/EP2924384A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1607—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • 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
    • F28G7/00—Cleaning by vibration or pressure waves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/102—Particular pattern of flow of the heat exchange media with change of flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/104—Particular pattern of flow of the heat exchange media with parallel flow

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling exhaust gas, wherein the exhaust gas is cooled by a cooling gas by means of indirect heat transfer, and a device for carrying out the method.
  • Dust-laden exhaust gas from industrial processes often has a high temperature.
  • gas cleaning filter systems are often used, which have only a limited temperature resistance.
  • exhaust gas streams whose temperature is above the maximum sustainable temperature of the filter systems, cooled in cooling units before they are fed to the filter units.
  • This is known, for example, in steel mill dedusting the use of cooling methods in which by direct heat transfer in a Verdampfungskühler- also called Quenching tower-, or by indirect heat transfer in a Warzugkühlerauch called Hairpin cooler - or in a tube or plate heat exchanger - also called forced draft cooler - Is cooled with cross flow principle.
  • Another unfavorable aspect are due to thermal stresses in the material of the cooling unit existing restrictions on the temperature of the exhaust gas when entering the cooling unit, which may make an upstream cooling step necessary.
  • common plate heat exchangers in which ambient air is used as a cooling medium, can be used only up to about 650 ° C exhaust gas temperature at the inlet of the exhaust gas.
  • This object is achieved by a method for cooling exhaust gas, wherein the exhaust gas is cooled by a cooling gas by means of indirect heat transfer, characterized in that for the cooling gas, the flow direction changed at least once, preferably reversed, and the exhaust gas is cooled countercurrently ,
  • the refrigerant gas after reversal flows in the opposite direction compared to its direction of flow before the reversal.
  • the cooling gas may flow first from top to bottom and after the reversal from bottom to top.
  • the hottest - ie the entering into the cooling unit - exhaust gas meets by already carried out indirect heat transfer maximum preheated cooling gas.
  • the temperature differences to which the material of the cooling unit is exposed when the exhaust gas enters are reduced.
  • they can be used for higher exhaust gas temperatures than previously used heat exchangers with crossflow of the cooling gas or natural draft coolers with indirect heat transfer.
  • conventional cross-flow heat exchangers can be used, for example, only up to about 650.degree. C.
  • the process control according to the invention allows safe operation at inlet temperatures of up to about 750.degree.
  • the temperature difference between two media determines the efficiency of heat transfer between them.
  • the amount of temperature difference over a long distance is favorable for efficient heat transfer. Accordingly, can be cooled more efficiently with the countercurrent principle than, for example, in a cross-flow heat exchanger of the cooling gas.
  • the cooling according to the invention uses less cooling gas. This is hotter at the exit than at cross-storm cooling. Since less but hotter cooling gas is produced, the cooling gas is also better usable elsewhere.
  • the cooling gas is supplied to the cooling of the exhaust gas use of its heat content.
  • the cooling according to the invention is effective in comparison with cooling with crossflow with less cooling gas. This is hotter at the exit than at
  • the supply of cooling gas is controlled continuously.
  • the supply of cooling gas can be fine-tuned to the actual needs of cooling gas. This reduces the consumption of cooling gas and the consumption of energy for the supply of cooling gas, for example, compared to a common in plate heat exchangers with cross flow of the cooling gas discrete control - overall, the process is more efficient.
  • the cooling gas is air. Air is readily available cheaply with reasonable temperatures without effort.
  • the exhaust gas originates from a metallurgical plant.
  • Metallurgical plants such as converters, electric arc furnace, AOD, ladle furnace, sintering belt, blast furnace and other reduction units. It can also come from combinations or from several such metallurgical plants. Preferably it comes from a steel plant.
  • the exhaust gas has a high temperature, which makes the cooling consuming and difficult.
  • the inventive method is as described above for exhaust gases with high temperatures particularly well suited.
  • the flow direction is changed at least once for the exhaust gas, preferably vice versa.
  • the exhaust gas can follow the reversal of the flow direction of the cooling gas well and a large Ensure area for heat transfer, which improves the cooling effect.
  • baffles are preferably installed at the point of change or reversal point.
  • Baffles in the countercurrent exhaust duct also increase the heat exchange surface and thereby contribute to improved cooling. In addition, they reduce the pressure loss when flowing through the channels.
  • the exhaust gas is supplied to the cooling at a temperature above 600 ° C., preferably above 650 ° C., very particularly preferably above 680 ° C., very preferably above 700 ° C.
  • a temperature above 600 ° C. preferably above 650 ° C., most preferably above 680 ° C, most preferably above 700 ° C.
  • temperatures of up to 750 ° C can be controlled.
  • a temperature range which is customary for crossflow cooling for the inlet temperature of exhaust gas to be cooled from 300 to 600 ° C. can be extended to 300 to 750 ° C.
  • the at least two sections of the counterflow cooling gas channel with different oriented longitudinal directions are largely vertical. In this way, the savings of required footprint can be maximized.
  • the countercurrent cooling gas duct opens into a cooling gas discharge line. This makes it easy to supply the heated cooling gas to use its heat content of other use.
  • the cooling gas supply line comprises devices for the continuous regulation of the flow of cooling gas.
  • a plurality of horizontally juxtaposed, countercurrent cooling gas ducts are present, and there are a plurality of cooling gas supply ducts, each lead into its own countercurrent cooling gas channel.
  • the device is erected standing on a floor, wherein the cooling gas supply line at least one fan, preferably only a blower, characterized in that the blower is mounted at the level of the floor.
  • the cooling gas supply line at least one fan, preferably only a blower, characterized in that the blower is mounted at the level of the floor.
  • the countercurrent exhaust gas channel also has at least two sections with differently oriented longitudinal directions, which are preferably parallel.
  • the at least two sections of the countercurrent exhaust gas duct with differently oriented longitudinal directions are largely vertical.
  • a transition section between the at least two sections of the countercurrent exhaust gas duct with different oriented longitudinal directions comprising a dust discharge device.
  • Dust in the exhaust gas for example coarse particles entrained in the exhaust gas, will preferably be deposited in regions of the countercurrent exhaust gas duct, in the vicinity of which a change in the direction of flow takes place.
  • the provision of dust discharge devices in such locations facilitates the removal of this dust from the counterflow exhaust passage;
  • Staubaustragsvorraumen lie at the lowest point of the countercurrent exhaust duct, for example, where there is a reversal of the flow direction.
  • sparks carried along by the exhaust gas are also deposited in regions of the countercurrent exhaust gas duct, in the environment of which a change in the direction of flow takes place.
  • the Staubaustragsvoriques may be, for example, a rotary valve or a screw or a chain conveyor.
  • a forced draft condenser according to the invention can thus also be regarded as a spark arrester.
  • cooling baffles may be provided in the counterflow exhaust passage and / or countercurrent cooling gas passage.
  • several devices may be present. For example, two, three or more such devices are then flowed through in parallel by exhaust gas, it being preferred to supply them with exhaust gas, for example via a common exhaust pipe. From this exhaust pipe then the respective exhaust gas supply lines of the individual devices can go out. Accordingly, it is also preferred in such a case to let the exhaust gas discharge lines of the individual devices lead into a discharge. This reduces the construction costs.
  • FIG. 1 schematically shows a device 1 according to the invention with an exhaust gas supply line 2, an exhaust discharge line 3, a cooling gas supply line 4. It is characterized in that the cooling gas supply line 4 opens into a countercurrent cooling gas channel 5, the exhaust gas supply line opens into a counterflow exhaust passage 6, and the counterflow exhaust passage 6 opens into the exhaust gas discharge line 3.
  • the countercurrent cooling gas duct 5 and countercurrent exhaust duct 6 are designed for mutual indirect countercurrent gas-gas heat transfer.
  • the countercurrent cooling gas channel 5 here has two sections 7, 8, each of which is vertical and parallel to one another, with different oriented longitudinal directions.
  • the exhaust gas represented by corrugated arrows, by the cooling gas - in the present case, air serves as a cooling gas, ie cooling air - represented by transparent arrows, cooled by indirect heat transfer.
  • a cooling gas ie cooling air - represented by transparent arrows
  • the transition between the sections 7,8 is shown with dashed border as he in the representation of FIG. 1 at a height with a portion of the counterflow exhaust passage 6 extends.
  • the arrow representing the cooling gas is shown surrounded by dashed lines in this transition.
  • the exhaust gas comes from a metallurgical plant, for example from a converter, and is supplied to the cooling at a temperature up to 700 ° C.
  • the exhaust gas is cooled countercurrently.
  • the counterflow exhaust passage 6 has two vertical, parallel sections with different oriented longitudinal directions; between these, the flow direction is reversed for the exhaust gas.
  • a transition section 9 between the two vertical sections of the countercurrent exhaust duct 6 comprises a dust discharge device 10, shown a rotary valve.
  • the countercurrent cooling gas channel 5 opens into a cooling gas discharge line 11. This makes it possible, after cooling the exhaust gas, the heated cooling gas for the use of his Heat content via the cooling gas discharge line 11 to supply a use of its heat content, which is not shown for clarity sake extra.
  • the supply of cooling gas is controlled continuously, including the cooling gas supply line 4 devices 12 for continuous control of the flow of cooling gas.
  • the cooling air could also be discreet, that is on / off, regulated.
  • baffles are indicated in the countercurrent cooling gas channel 5 and countercurrent exhaust duct 6, with which change in the flow direction and cooling effect are supported while reducing the pressure loss when flowing through the channels.
  • FIG. 2 schematically shows an overall spatial view of a device according to the invention, in which three lines of exhaust gas and cooling gas are flowed through side by side, being supplied via a common exhaust gas supply line 2 to be cooled exhaust gas.
  • the device is erected standing on a floor 14, wherein the cooling gas supply lines 13a, 13b, 13c each have a fan 15a, 15b, 15c, which are mounted at the level of the floor and are continuously or discretely adjustable.
  • the 3 blowers could be replaced by a single larger one. Then, the cooling air supply to this fan is split to the respective countercurrent refrigerant gas channels.

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Abstract

Verfahren zur Kühlung von Abgas, wobei das Abgas durch ein Kühlgas mittels indirekter Wärmeübertragung gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für das Kühlgas die Strömungsrichtung zumindest einmal geändert, vorzugsweise umgekehrt, wird, und das Abgas im Gegenstromprinzip gekühlt wird

Description

    Gebiet der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von Abgas, wobei das Abgas durch ein Kühlgas mittels indirekter Wärmeübertragung gekühlt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
    • Stand der Technik
  • Staubbeladenes Abgas aus industriellen Prozessen weist häufig eine hohe Temperatur auf. Für die Gasreinigung werden oft Filteranlagen eingesetzt, die nur eine begrenzte Temperaturbeständigkeit haben. Aus diesem Grund werden Abgasströme, deren Temperatur über der von den Filteranlagen maximal aushaltbaren Temperatur liegt, in Kühlaggregaten abgekühlt, bevor sie den Filteranlagen zugeführt werden. Bekannt ist dazu beispielsweise bei Stahlwerksentstaubung der Einsatz von Kühlverfahren, bei denen mittels direkter Wärmeübertragung in einem Verdampfungskühler- auch genannt Quenching tower-, oder mittels indirekter Wärmeübertragung in einem Naturzugkühlerauch genannt Hairpin cooler - oder in einem Röhren- oder Plattenwärmetauscher - auch genannt Forced draught cooler - mit Kreuzstromprinzip gekühlt wird. Problematisch sind bei solchen Kühlagreggaten unter anderem Platzbedarf, Lärmentwicklung, sowie eingeschränkte Möglichkeit zur weiteren Nutzung der bei der Kühlung entzogenen Wärme. Ein weiterer ungünstiger Aspekt sind aufgrund von Wärmespannungen im Material des Kühlaggregates bestehende Beschränkungen hinsichtlich der Temperatur des Abgases beim Eintritt in das Kühlaggregat, was unter Umständen einen vorgeschalteten Kühlschritt notwendig macht. Beispielsweise sind gängige Plattenwärmetauschern, bei denen Umgebungsluft als Kühlmedium genutzt wird, nur bis etwa 650°C Abgastemperatur beim Eintritt des Abgases einsetzbar.
    • Technische Aufgabe
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Kühlung von Abgas bereitzustellen, welche die genannten Probleme vermindert beziehungsweise löst.
    • Technische Lösung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Kühlung von Abgas, wobei das Abgas durch ein Kühlgas mittels indirekter Wärmeübertragung gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für das Kühlgas die Strömungsrichtung zumindest einmal geändert, vorzugsweise umgekehrt, wird, und das Abgas im Gegenstromprinzip gekühlt wird.
    • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Da bei der indirekten Wärmeübertragung die bei der Kühlung entzogene Wärme auf das Kühlmedium übertragen wird, welches nicht mit dem Abgas vermischt ist, ist ihre weitere Nutzung durch Verarbeitung des Kühlmediums grundsätzlich einfacher als bei einer Kühlung mittels direkter Wärmeübertragung.
  • Unter Umkehrung der Strömungsrichtung ist zu verstehen, dass das Kühlgas nach der Umkehrung in die entgegengesetzte Richtung strömt im Vergleich zu seiner Strömungsrichtung vor der Umkehrung. Beispielsweise kann das Kühlgas zuerst von oben nach unten strömen und nach der Umkehrung von unten nach oben.
  • Durch die Änderung der Strömungsrichtung ist es möglich, die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - auch genannt Kühlaggregat - kompakter zu bauen, ohne die Austauschfläche zwischen Abgas und Kühlgas zu vermindern. Besonders ausgeprägt ist der platzsparende Effekt, wenn eine Umkehrung der Strömungsrichtung stattfindet.
  • Bei der Kühlung im Gegenstromprinzip trifft das heißeste - also das in das Kühlaggregat eintretende - Abgas auf durch bereits erfolgte indirekte Wärmeübertragung maximal vorgewärmtes Kühlgas. Im Vergleich zu einer Kühlung, bei dem das heißeste Abgas beim Eintritt in das Kühlaggregat auf wenig beziehungsweise nicht vorgewärmtes Kühlgas trifft, sind erfindungsgemäß die Temperaturunterschiede, denen das Material des Kühlaggregates beim Eintritt des Abgases ausgesetzt ist, vermindert. Dadurch sind sie für höhere Abgastemperaturen einsetzbar als bisher eingesetzte Wärmetauscher mit Kreuzstrom des Kühlgases oder Naturzugkühler mit indirekter Wärmeübertragung. Während gängige Wärmetauscher mit Kreuzstrom beispielsweise nur bis etwa 650°C einsetzbar sind, erlaubt die erfindungsgemäße Verfahrensführung sicheren Betrieb bei Eintrittstemperaturen von bis zu etwa 750°C.
  • Die Temperaturdifferenz zwischen zwei Medien bestimmt die Effizienz des Wärmeübergangs zwischen ihnen. Bei der Kühlung im Gegenstromprinzip ist der Betrag der Temperaturdifferenz über eine lange Strecke günstig für einen effizienten Wärmeübergang. Entsprechend kann mit dem Gegenstromprinzip effizienter gekühlt werden als beispielsweise bei einem Wärmetauscher mit Kreuzstrom des Kühlgases.
  • Entsprechend kann die für eine bestimmte Wärmeabfuhr benötigte
  • Austauschfläche zwischen Abgas und Kühlgas vermindert werden. Verminderung der Austauschfläche bedeutet Material und Gewichtseinsparung und kann den Flächenbedarf des Kühlaggregates vermindern.
  • Im Vergleich zu einer Kühlung mit Kreuzstrom kommt die erfindungsgemäße Kühlung mit weniger Kühlgas aus. Dieses ist beim Austritt heißer als bei Kreuzstorm-Kühlung. Da weniger aber heißeres Kühlgas anfällt, ist das Kühlgas auch besser anderweitig nutzbar.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das Kühlgas nach der Kühlung des Abgases einer Nutzung seines Wärmeinhaltes zugeführt wird.
  • Da für die indirekte Kühlung im Gegenstromprinzip mit Umkehrung der Strömungsrichtung Leitungen zur Führung von Abgas und Kühlgas notwendig sind, kann das Kühlgas nach der Kühlung des Abgases - also in erwärmtem Zustand - einfach einer Nutzung seines Wärmeinhaltes zugeleitet werden. Das hat den Vorteil, dass die dem Abgas entzogene Wärme nicht wie beispielsweise bei Naturzugkühlern oder Kreuzstromwärmetauschern an die Umwelt verloren geht.
  • Wie bereits erwähnt kommt die erfindungsgemäße Kühlung im Vergleich zu einer Kühlung mit Kreuzstrom mit weniger Kühlgas aus. Dieses ist beim Austritt heißer als bei
  • Kreuzstorm-Kühlung. Da weniger aber heißeres Kühlgas anfällt, ist das Kühlgas auch besser anderweitig zur Nutzung seines Wärmeinhaltes nutzbar.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Zufuhr von Kühlgas stetig geregelt.
  • Gegenüber einer diskreten Regelung - nur mit den Zuständen Ein und Aus - kann die Zufuhr des Kühlgases feiner auf die tatsächlichen Bedürfnisse nach Kühlgas angepasst werden. Das vermindert den Verbrauch von Kühlgas und den Verbrauch von Energie zur Zufuhr von Kühlgas, beispielsweise gegenüber einer bei Plattenwärmetauscher mit Kreuzstrom des Kühlgases gebräuchlicher diskreter Regelung - insgesamt wird das Verfahren effizienter.
  • Selbstverständlich muss die Zufuhr von Kühlgas nicht permanent erfolgen. Sie erfolgt nur, wenn Kühlbedarf besteht.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Kühlgas Luft. Luft ist mit brauchbaren Temperaturen ohne Aufwand leicht billig verfügbar.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stammt das Abgas aus einer metallurgischen Anlage. Metallurgische Anlagen wie beispielsweise Konverter, Elektrolichtbogenofen, AOD, Pfannenofen, Sinterband, Hochofen und andere Reduktionsaggregate. Es kann auch aus Kombinationen beziehungsweise aus mehreren solchen metallurgischen Anlagen stammen. Bevorzugt stammt es aus einem Stahlwerk. Bei solchen Quellen für das Abgas hat das Abgas eine hohe Temperatur, die die Kühlung aufwendig und schwierig macht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist wie vorab geschildert für Abgase mit hohen Temperaturen besonders gut geeignet.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird auch für das Abgas die Strömungsrichtung zumindest einmal geändert, vorzugsweise umgekehrt. Damit kann das Abgas der Umkehrung der Strömungsrichtung des Kühlgases gut folgen und eine große Fläche zur Wärmeübertragung sicherstellen, was die Kühlwirkung verbessert. Damit das Abgas einer Änderung der Strömungsrichtung, beispielsweise einer Umkehrung der Strömungsrichtung, gut folgen kann, werden bevorzugt an der Änderungsstelle beziehungswiese Umkehrstelle Leitbleche eingebaut.
  • Leitbleche im Gegenstrom-Abgaskanal erhöhen außerdem die Wärmeaustauschfläche und tragen dadurch zu verbesserter Kühlung bei. Außerdem reduzieren sie den Druckverlust beim Durchströmen der Kanäle.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das Abgas der Kühlung mit einer Temperatur über 600°C, bevorzugt über 650°C, ganz besonders bevorzugt über 680°C, äußerst bevorzugt über 700°C zugeführt. Derzeit werden bei Wärmetauschern mit Kreuzstrom Temperaturen von bis zu 600°C angewendet. Man würde dort erwarten, dass man mit einer Temperatur über 600°C, bevorzugt über 650°C, ganz besonders bevorzugt über 680°C, äußerst bevorzugt über 700°C, aufgrund auftretender Temperaturspannungen nicht langfristig sicher arbeiten kann. Erfindungsgemäß sind Temperaturen bis zu 750°C beherrschbar. Somit lässt sich beispielsweise ein bei Kreuzstrom-Kühlung üblicher Temperaturbereich für die Eintrittstemperatur von zu kühlendem Abgas von 300 bis 600°C auf 300 bis 750°C ausdehnen.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine
    • Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mit
    • zumindest einer Abgaszufuhrleitung,
    • zumindest einer Abgasabfuhrleitung,
    • zumindest einer Kühlgaszufuhrleitung,
    • die dadurch gekennzeichnet ist, dass
    • die Kühlgaszufuhrleitung in einen Gegenstrom-Kühlgaskanal einmündet,
    • die Abgaszufuhrleitung in einen Gegenstrom-Abgaskanal einmündet, und der Gegenstrom-Abgaskanal in die Abgasabfuhrleitung einmündet,
    • wobei Gegenstrom-Kühlgaskanal und Gegenstrom-Abgaskanal zur gegenseitigen indirekten Gegenstrom-Gas-Gas Wärmeübertragung ausgeführt sind,
    • und der Gegenstrom-Kühlgaskanal zumindest zwei Abschnitte mit verschiedenen orientierten Längsrichtungen aufweist, die vorzugsweise parallel stehen.
  • Dabei ist unter Längsrichtung die Richtung zu verstehen, in der das Kühlgas im Betrieb durch diese beiden Abschnitte des Gegenstrom-Kühlgaskanals strömt, also von der Kühlgaszufuhrleitung entlang des Gegenstrom-Kühlgaskanals aus gesehen. Zwei Abschnitte eines geraden Rohres, in dem das Kühlgas strömt, hätten beispielsweise keine verschieden orientierten Längsrichtungen. Zwei Abschnitte eines Rohres, das um 180° gebogen ist, so dass die beiden Abschnitte parallel stehen, haben verschieden orientierte Längsrichtungen; ebenso zwei Abschnitte eines anders gebogenen Rohres.
    Vorteile ergeben sich analog zur Diskussion der Vorteile beim Verfahrens-Hauptanspruch.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform stehen die zumindest zwei Abschnitte des Gegenstrom-Kühlgaskanals mit verschiedenen orientierten Längsrichtungen weitgehend vertikal. Auf diese Weise kann die Einsparung von benötigter Grundfläche maximiert werden.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mündet der GegenstromKühlgaskanal in eine Kühlgasabfuhrleitung. Dadurch ist es einfach möglich, das erwärmte Kühlgas zur Nutzung seines Wärmeinhaltes anderer Nutzung zuzuführen.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kühlgaszufuhrleitung Vorrichtungen zur stetigen Regelung des Kühlgasflusses.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mehrere, horizontal nebeneinander angeordnete, Gegenstrom-Kühlgaskanäle vorhanden, und sind mehrere Kühlgaszufuhrleitungen vorhanden,
    die jeweils in einen eigenen Gegenstrom-Kühlgaskanal einmünden.
    Eine solche mehrzügige Bauweise reduziert die für eine bestimmte Austauschfläche benötigte Bauhöhe.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung auf einem Boden stehend errichtet, wobei die Kühlgaszufuhrleitung zumindest ein Gebläse, bevorzugt nur ein Gebläse, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse auf dem Niveau des Bodens angebracht ist. Im Vergleich zu Wärmetauscher mit Kreuzstrom des Kühlgases, bei denen die Gebläse seitlich auf Höhe der Kühlpakete angebracht unterstützt werden müssen, ist der Bauaufwand an Stahlkonstruktion geringer, wodurch die Vorrichtung resourcenschonender errichtet und wirtschaftlicher betrieben werden kann.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist auch der GegenstromAbgaskanal zumindest zwei Abschnitte mit verschieden orientierten Längsrichtungen auf, die vorzugsweise parallel stehen.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stehen die zumindest zwei Abschnitte des Gegenstrom-Abgaskanals mit verschieden orientierten Längsrichtungen weitgehend vertikal.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Übergangsabschnitt zwischen den zumindest zwei Abschnitte des Gegenstrom-Abgaskanals mit verschiedenen orientierten Längsrichtungen vorhanden, der eine Staubaustragsvorrichtung umfasst. Staub im Abgas, beispielsweise im Abgas mitgeführte Grobteilchen, wird sich bevorzugt in Bereichen des Gegenstrom-Abgaskanals ablagern, in deren Umfeld eine Änderung der Strömungsrichtung erfolgt. Das Vorsehen von Staubaustragsvorrichtungen an solchen Stellen erleichtert die Entfernung dieses Staubes aus dem Gegenstrom-Abgaskanal; bevorzugt liegen solche Staubaustragsvorrichtungen am tiefsten Punkt des GegenstromAbgaskanals, beispielsweise dort, wo eine Umkehrung der Strömungsrichtung erfolgt. Günstigerweise werden in Bereichen des Gegenstrom-Abgaskanals, in deren Umfeld eine Änderung der Strömungsrichtung erfolgt, auch vom Abgas mitgeführte Funken abgeschieden.
  • Die Staubaustragsvorrichtung kann beispielsweise eine Zellradschleuse oder eine Schnecke oder ein Kettenförderer sein.
  • Das ist besonders ausgeprägt, wenn eine Umkehrung der Strömungsrichtung ausgehend von von oben nach unten strömend zu von unten nach oben strömend stattfindet; besonders dann kann infolge der unten liegenden Umkehrung der dortige Bereich des Gegenstrom-Abgaskanals als Grobteilchenabscheider wirken.
  • Bei Abgasquellen mit hoher Staubbeladung, beispielsweise Abgas einer metallurgischen Anlage, ist eine solche Grobteilchenabscheidung - also Abscheidung von Teilchen größer 100 µm besonders vorteilhaft, weshalb die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren für derartige Abgase besonders gut geeignet ist.
    Ein erfindungsgemäßer forced-draught-Kühler kann somit auch als Funkenabscheider betrachtet werden.
  • Zur Optimierung der Betriebsparameter und Effizienz der Kühlung können im Gegenstrom-Abgaskanal und/oder Gegenstrom-Kühlgaskanal Leitbleche vorgesehen sein.
  • Je nach anfallender Menge von Abgas können mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen vorhanden sein. Es werden dann beispielsweise zwei, drei oder mehr solche Vorrichtungen parallel von Abgas durchströmt, wobei es bevorzugt ist, sie beispielsweise über eine gemeinsame Abgasleitung mit Abgas zu versorgen. Von dieser Abgasleitung können dann die jeweiligen Abgaszufuhrleitungen der einzelnen Vorrichtungen ausgehen. Entsprechend ist es auch bevorzugt, in so einem Fall die Abgasabfuhrleitungen der einzelnen Vorrichtungen in eine Ableitung münden zu lassen. Das reduziert den baulichen Aufwand.
  • Die Verwendung erfindungsgemäßer Vorrichtungen ist besonders vorteilhaft im Umfeld von Stahlwerken und Hüttenwerken, da dort Abgase mit hoher Temperatur auftreten. Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich bei solcher Verwendung gegenüber herkömmlichen Kühlaggregaten Energieeinsparungen von etwa 20% realisieren.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand einer schematischen Figur beispielhaft beschrieben.
    • Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Seitenansicht im Schnitt.
    • Figur 2 zeigt schematisch eine räumliche Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
    Beschreibung der Ausführungsformen Beispiele
  • Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit einer Abgaszufuhrleitung 2, einer Abgasabfuhrleitung 3, einer Kühlgaszufuhrleitung 4. Sie ist dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kühlgaszufuhrleitung 4 in einen GegenstromKühlgaskanal 5 einmündet, die Abgaszufuhrleitung in einen Gegenstrom-Abgaskanal 6 einmündet, und der Gegenstrom-Abgaskanal 6 in die Abgasabfuhrleitung 3 einmündet. Dabei sind der Gegenstrom-Kühlgaskanal 5 und Gegenstrom-Abgaskanal 6 zur gegenseitigen indirekten Gegenstrom-Gas-Gas Wärmeübertragung ausgeführt. Der Gegenstrom-Kühlgaskanal 5 weist hier zwei jeweils vertikal und parallel zueinander stehenden Abschnitte 7,8 mit verschiedenen orientierten Längsrichtungen auf. Das Abgas, dargestellt durch gewellte Pfeile, wird durch das Kühlgas - im vorliegenden Fall dient Luft als Kühlgas, also Kühlluft -, dargestellt durch transparente Pfeile, mittels indirekter Wärmeübertragung gekühlt. Dabei wird für das Kühlgas die Strömungsrichtung zwischen den beiden Abschnitten 7,8 umgekehrt. Der Übergang zwischen den Abschnitten 7,8 ist mit strichlierter Begrenzung dargestellt da er in der Darstellung der Figur 1 auf einer Höhe mit einem Teil des Gegenstrom-Abgaskanals 6 verläuft. Ebenso ist der das Kühlgas repräsentierende Pfeil in diesem Übergang strichliert umrandet dargestellt.
  • Das Abgas stammt aus einer metallurgischen Anlage, beispielsweise aus einem Konverter, und wird der Kühlung mit einer Temperatur bis zu 700°C zugeführt. Das Abgas wird im Gegenstromprinzip gekühlt. Auch der Gegenstrom-Abgaskanal 6 weist zwei vertikale, parallel stehende Abschnitte mit verschiedenen orientierten Längsrichtungen auf; zwischen diesen wird auch für das Abgas die Strömungsrichtung umgekehrt.
  • Ein Übergangsabschnitt 9 zwischen den beiden vertikalen Abschnitten des GegenstromAbgaskanals 6 umfasst eine Staubaustragsvorrichtung 10, dargestellt eine Zellradschleuse.
  • Der Gegenstrom-Kühlgaskanal 5 mündet in eine Kühlgasabfuhrleitung 11. Dadurch ist es einfach möglich, nach Kühlung des Abgases das erwärmte Kühlgas zur Nutzung seines Wärmeinhaltes über die Kühlgasabfuhrleitung 11 einer Nutzung seines Wärmeinhaltes zuzuführen, was der Übersichtlichkeit halber nicht extra dargestellt ist.
  • Die Zufuhr von Kühlgas erfolgt stetig geregelt, wozu die Kühlgaszufuhrleitung 4 Vorrichtungen 12 zur stetigen Regelung des Kühlgasflusses umfasst. Die Kühlluft könnte aber auch diskret, das heißt ein/aus, geregelt werden.
  • In Figur 1 sind im Gegenstrom-Kühlgaskanal 5 und Gegenstrom-Abgaskanal 6 Leitbleche angedeutet, mit denen Änderung der Strömungsrichtung und Kühlwirkung unterstützt werden bei gleichzeitiger Reduzierung des Druckverlustes beim Durchströmen der Kanäle.
  • Figur 2 zeigt schematisch eine räumliche Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der nebeneinander drei Leitungszüge von Abgas und Kühlgas durchströmt werden, wobei sie über eine gemeinsame Abgaszufuhrleitung 2 mit zu kühlendem Abgas versorgt werden. Es sind mehrere, horizontal nebeneinander angeordnete, GegenstromKühlgaskanäle vorhanden, und sind mehrere Kühlgaszufuhrleitungen 13a,13b,13c vorhanden, die jeweils in einen eigenen Gegenstrom-Kühlgaskanal einmünden. Die Vorrichtung auf einem Boden 14 stehend errichtet, wobei die Kühlgaszufuhrleitungen 13a, 13b, 13c jeweils ein Gebläse 15a, 15b, 15c aufweisen, die auf dem Niveau des Bodens angebracht sind und stetig oder diskret regelbar sind. Natürlich könnten die 3 Gebläse durch ein einziges größeres ersetzt werden. Dann wird die Kühlluftzufuhr nach diesem Gebläse auf die jeweiligen Gegenstrom-Kühlgaskanäle aufgeteilt.
  • Es ist auch bevorzugt, die Abgasabfuhrleitungen der einzelnen Leitungszüge in eine Ableitung münden zu lassen. Das reduziert den baulichen Aufwand.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
    • Liste der Bezugszeichen
    • 1
    Erfindungsgemäße Vorrichtung
    2
    Abgaszufuhrleitung
    3
    Kühlgaszufuhrleitung
    4
    Kühlgaszufuhrleitung
    5
    Gegenstrom-Kühlgaskanal
    6
    Gegenstrom-Abgaskanal
    7
    Abschnitt Gegenstrom-Kühlgaskanal
    8
    Abschnitt Gegenstrom-Kühlgaskanal
    9
    Übergangsabschnitt
    10
    Staubaustragsvorrichtung
    11
    Kühlgasabfuhrleitung
    12
    Vorrichtungen zur stetigen Regelung des Kühlgasflusses
    13a,13b,13c
    Kühlgaszufuhrleitungen
    14
    Boden
    15a,15b,15c
    Gebläse

Claims (16)

  1. Verfahren zur Kühlung von Abgas, wobei das Abgas durch ein Kühlgas mittels indirekter Wärmeübertragung gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für das Kühlgas die Strömungsrichtung zumindest einmal geändert, vorzugsweise umgekehrt, wird, und das Abgas im Gegenstromprinzip gekühlt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgas nach der Kühlung des Abgases einer Nutzung seines Wärmeinhaltes zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Kühlgas stetig geregelt erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgas Luft ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas aus einer metallurgischen Anlage stammt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auch für das Abgas die Strömungsrichtung zumindest einmal geändert, vorzugsweise umgekehrt, wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas der Kühlung mit einer Temperatur über 600°C, bevorzugt über 650°C, ganz besonders bevorzugt über 680°C, äußerst bevorzugt über 700°C, zugeführt wird.
  8. Vorrichtung (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, mit
    zumindest einer Abgaszufuhrleitung (2),
    zumindest einer Abgasabfuhrleitung (3),
    zumindest einer Kühlgaszufuhrleitung (4),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kühlgaszufuhrleitung (3) in einen Gegenstrom-Kühlgaskanal (5) einmündet,
    die Abgaszufuhrleitung (2) in einen Gegenstrom-Abgaskanal (6) einmündet, und der Gegenstrom-Abgaskanal (6) in die Abgasabfuhrleitung (3) einmündet,
    wobei Gegenstrom-Kühlgaskanal (5) und Gegenstrom-Abgaskanal (6) zur gegenseitigen indirekten Gegenstrom-Gas-Gas Wärmeübertragung ausgeführt sind,
    und der Gegenstrom-Kühlgaskanal (5) zumindest zwei Abschnitte (7,8) mit verschiedenen orientierten Längsrichtungen aufweist, die vorzugsweise parallel stehen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Abschnitte des Gegenstrom-Kühlgaskanals (5) mit verschiedenen orientierten Längsrichtungen weitgehend vertikal stehen.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstrom-Kühlgaskanal (5) in eine Kühlgasabfuhrleitung (11) mündet.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlgaszufuhrleitung (3) Vorrichtungen (12) zur stetigen Regelung des Kühlgasflusses umfasst.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, horizontal nebeneinander angeordnete, Gegenstrom-Kühlgaskanäle (5) vorhanden sind,
    und mehrere Kühlgaszufuhrleitungen (3) vorhanden sind,
    die jeweils in einen eigenen Gegenstrom-Kühlgaskanal (5) einmünden.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Vorrichtung auf einem Boden (14) stehend errichtet ist, wobei die Kühlgaszufuhrleitung (3) zumindest ein Gebläse (15a,15b,15c), bevorzugt nur ein Gebläse (15a,15b,15c), aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (15a,15b,15c) auf dem Niveau des Bodens (14) angebracht ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Gegenstrom-Abgaskanal (6) zumindest zwei Abschnitte mit verschieden orientierten Längsrichtungen auf weist, die vorzugsweise parallel stehen.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Abschnitte des Gegenstrom-Abgaskanals (6) mit verschieden orientierten Längsrichtungen weitgehend vertikal stehen.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergangsabschnitt (9) zwischen den zumindest zwei Abschnitten des GegenstromAbgaskanals (6) mit verschiedenen orientierten Längsrichtungen vorhanden ist, der eine Staubaustragsvorrichtung (10) umfasst.
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