【発明の詳細な説明】
煙道ガスダクトおよび煙道ガス用回収熱交換器
本発明の課題は、凝縮点の危険領域で作動する、煙道ガスダクトおよび煙道ガ
ス用の回収熱交換器である。
ボイラーの燃料燃焼プラントにおける経済効率の関心事は、熱損失をできる限
り低く抑えることにある。それに関して、最大の熱損失は今なお廃棄ガスの逸失
である。廃棄ガスの逸失が低ければ、熱のより良好な利用をもたらすばかりか、
地下燃料の燃焼中に必然的に生じる汚染物質の放出を少なくして、二酸化炭素の
放出にまで至る。廃棄ガスの逸失を減らす努力は、煙道ガスの水および酸の含量
が凝縮点を上げるほど限界に達している。強い腐触性である湿潤沈殿物が形成さ
れ、それに加えて、器壁の温度が凝縮点以下に下がれば重大な汚染物が生じてし
まう。硫化物含量がより多い燃料からの廃棄ガスが従来、より高い廃棄ガス温度
を必要とするように、特に酸の含量が増えるなら凝縮点は高くなる。
その間に用いられる脱硫プラントを利用することにより、煙道ガスの酸性成分
はかなり洗い流される。しかしながら、湿潤煙道ガスの脱硫プラントでは、煙道
ガスを非常に冷却して水蒸気で飽和することが要求される。従って、ボイラーの
燃料燃焼プラントの経済効率を改善するために、たとえば大気中に入れる前に小
滴入りの清浄なガスを乾燥、再加熱したり、あるいは熱デカップリングによる加
工熱を直接使用することにより、利用できる熱を用いる試みがなされている。
しかしながら、熱を使用する際に、煙道ガスダクト、熱交換器および他の構造
部材が凝縮点の危険領域で作動して、酸凝縮物が供給されることは避けられない
。清浄なガスにより移動する小滴もまた、その塩含量やガス中に残っている残留
酸のためにまだなお強い腐触性であるので、これらの部分の煙道ガスダクトや熱
交換器、構造部材も凝縮点の危険領域で作動している。
特殊な鋼もしくは耐酸ゴム被膜を用いることにより、酸水溶液の領域における
腐触を回避することができる一方で、これまでは煙道ガスの凝縮点の危険領域、
すなわち７０〜１５０℃の温度範囲では、腐触に対する保護として弗素化炭化水
素重合体を使用することによってのみ作動することができた。従来より、これら
の部分の煙道ガスダクト並びに回収熱交換器のライニングは特に、ポリ（テトラ
フルオロエチレン）（テフロン）、ペルフルオロアルキルオキシ重合体（ＰＦＡ
およびＰＶＤＦ）によってなされている。従って、回収熱交換器は特に、これら
プラスチック材料の管状被膜で被覆されたそのようなプラスチック管もしくは鋼
管でできている。それ自体非常に耐酸性のニッケル基礎合金ですら、はびこって
いる腐触においては有効寿命があまりに短いので、高温で使用することができな
い。さらに、これらの材料およびそれらの加工が非常に高価であり、またこのよ
うな材料は機械的損傷に極めて敏感であるので、これらの問題のより良いかつ安
価な解決が要求されている。さらにまた、この場合に、これらの弗素化炭化水素
重合体は比較的低い熱伝導率を有し、そしてその微孔質ゆえに小さい酸分子に対
してはまだある一定の通気性を有する。従って、これら重合体のあまりに薄い層
は、酸攻撃に対して下にある金属層を完全に保護するのには適していない。
蓄熱熱交換器の中では、導入された本体によって熱が取り出され、貯蔵され、
再び放出され、そしてガスによって周囲に流れるのであるが、交換器は一定の漏
れを伴って作動し、それゆえに常に加熱すべきガスと冷却すべきガスとの間に一
定の滑り損を有する。煙道ガスの脱硫プラントの蓄熱熱交換器の場合には、この
ことは、常に一定量の不純な煙道ガスが既に清浄化された煙道ガスと混ぜ合わさ
れるという事実をもたらすことになる。従って、これらの蓄熱熱交換器は、放出
に関する要求があまり高くなく、かつまた酸含量が比較的低い場合にのみ使用す
ることができる。これら蓄熱熱交換器は、特に冷却面を耐酸性にエナメル化でき
る、相互に圧縮された非常に表面の大きな極薄い変形シートで構成されている。
この場合に強い機械的応力は生じないので、金属シートの厚さは一般に、およそ
たったの０．５〜１．０ｍｍである。この場合に、熱交換はとりわけ一方では本
体の機能であり、他方では交換器の表面部分の機能である。
しかしながら、煙道ガスダクトおよび回収熱交換器、特に多管交換器はまた比
較的強い機械的応力、特に加圧応力にさらされる。従って、煙道ガスダクトの器
壁の厚さは一般に少なくとも５ｍｍもしくはそれ以上である。しかしながら、そ
のように強い金属シートはＤＩＮ１６２３に従ってエナメル化することができな
い。というのは、このＤＩＮ法は全てを含めて３ｍｍの厚さまでしか有効ではな
く、４ｍｍまでの例外的な厚さだけが製造者の同意によりエナメル化が認められ
ている。しかしながら、多管交換器の管はそのような薄い金属シートから作るこ
とができ、その長さゆえに管は非常に嵩高くなる。同じことが、煙道ガスダクト
の金属シートの従来より採用されている寸法においても事実である。エナメルは
金属シート上にスラッジとしてあるいは静電的に設けられ、８２０〜８６０℃の
温度で焼き付けられなければならないので、相応じて大きな寸法の燃焼炉が必要
である。さらに、最終のエナメル化された金属シートは、たとえ弗素化炭化水素
重合体で被覆されるかまたはそのようなライニングが設けられた取付け金属シー
トほど敏感ではないとしても、少なくとも衝撃や震動に対して敏感であるので、
非常に注意深く取り扱わなければならない。従って、煙道ガスダクトおよび回収
熱交換器、特に回収多管交換器は、エナメル化された形態ではまだ煙道ガスに用
いられていない。
それにもかかわらず、凝縮点の危険領域で作動する煙道ガスダクトおよび煙道
ガス用の回収熱交換器を組立式部材で組み立てるならば、煙道ガスダクトおよび
回収熱交換器を耐酸エナメル鋼から作る、特にＤＩＮ１６２３に従うエナメル化
に適した鋼であって、たった３ｍｍの壁厚の鋼から作ることができることが今や
判明した。このようにして、通常の耐酸封止物もしくは封止剤によって構造部材
相互の接点および他の隣接部分との接点を封止することができる。これに特に適
しているのは、弗素化炭化水素重合体からなる封止物、並びにファイバーファッ
クス・クレバー（Fiberfax Kleber）１０００およびリマテックス（Rematex）２
８０７／ＨＳの商品名で市販品として提供されている耐酸封止剤である。必要な
らば、これらの封止剤は装置技術においてエナメル化された部分を修理するのに
も適している。
従って、本発明に係る煙道ガスダクトは、裏面に補剛物を有する、平らもしく
は中低そりの（皿状の）、長方形、台形もしくは三角形の金属シートのような構
造部材から構成される。このような構造部材は、薄い壁厚にもかかわらず機械的
に安定していて、エナメル層の損傷に至ることなく±６０ミリバール以上の煙道
ガスダクト内の圧力変化も吸収できる。これらの補剛された構造部材は相互の間
および他の構造部材に向けて、弗素化炭化水素重合体からなる固形封止物あるい
はまた市販の耐酸封止剤で封止される。個々の構造部材は、これら構造部材の重
量を支えられるばかりか圧力変化による機械的応力をも吸収できる、−外側に位
置する−支持枠によって支えられる。
本発明に係る回収熱交換器は、鋼でできた継目溶接の管で、ＤＩＮ１６２３に
従って外側がその後エナメル化された管でできているのが好ましい。それに関し
ては、エナメルを静電的にまたはスラッジの形で設けて、そして管がそれから引
き出されるかあるいは管の上を移動する環状の加熱装置によって焼き付けること
ができる。特に、この加熱装置は誘導によっても加熱することができる。という
のはこのような誘導加熱器はうまい具合に調節することができるからである。し
かしながら、エナメルの焼付けには他の環状炉も用いることができる。次いで、
エナメル化した管を、たとえば加熱媒体または冷却媒体を充填した箱内で両端で
終わりとすることにより、回収熱交換器の構造部材として使用する。必要なら、
このような箱の煙道ガスに面する基板も前もってエナメル化することができる。
しかしながら、先立ってこれら基板にエナメル化した管が通せる貫通孔を設けた
後、板に十分な厚さの弗素化炭化水素重合体の薄膜を被覆する方が簡単である。
それにより、これらの層は同時にまたエナメル化した管と基板の貫通孔の壁との
間の封止としても作用する。
本発明に係るこのような回収多管交換器は十分に安定したものなので、冷却ま
たは加熱媒体として水で１００℃以上の温度範囲で満たすこともできるように、
約２５バールの圧力下で水が充填できる。このような回収多管交換器の利点は、
エナメル化した管に腐触による損傷が生じた場合に、最悪でも水が管から煙道ガ
スに入って、それにより漏れ量が制限されてそれ以上の損傷が生じないことにあ
る。このような損傷を受けた管はまた、熱交換器を全体として修理する必要なし
に閉鎖することができる。その際に、エナメル層の損傷による起こりうる腐触損
傷は、用いた冷却または加熱媒体の水および／または圧力損失によって容易に知
ることができる。
しかしながら、このことが回収熱交換器の場合におけるように、不純煙道ガス
と清浄なガスとの間の滑り損をもたらすことはない。
本発明に従って使用される構造部材のエナメル化は、蓄熱熱交換器でもうまく
いくことが証明されている、既に公知の非常に耐酸性のエナメルを用いて行なわ
れる。しかしながら、圧力または圧力変化による高い機械的負荷ゆえに、厳密に
気泡なしにあるいは非多孔質にエナメルを設けて焼き付けることには注意を払わ
なければならない。エナメル層の起こりうる損傷の場合に、その際無制限にさら
された鋼に腐触は非常に急速に生じるので、そのような損傷は迅速に観察するこ
とができる。しかしながら、構造部材の寸法および重量のために比較的簡単に取
り扱える、比較的小さい構造部材のみ交換すればよいという事実によって、修理
は容易になり簡略化される。
本発明によれば、既に知られているように一方向にのみ、すなわち備えられた
揮発性液体から蒸気の再凝縮の場所に向かって熱を移送しうる熱パイプも、回収
熱交換器として使用することができる。再凝縮の場所が液体の収集箇所より熱く
なるやいなや、熱移送は中断されることになる。ＤＩＮ１６２３に従って少なく
とも外側がエナメル化された、本発明に従う鋼から構成される実際に保守不要の
密閉系に関するものである。凝縮点の危険領域で煙道ガスに適用できるためには
、熱パイプの充填物は６０℃以下、少なくとも８０℃以下の沸点を有するべきで
ある。
凝縮点の危険領域における煙道ガスは特に、高濃度の硫酸（硫酸の濃度は８０
〜１２０℃で５８〜７５％である）を含む凝縮物をもたらすのに、エナメルは硫
酸並びに塩酸に対してこれら酸の高い濃度でより安定になるので、エナメルはそ
れ自体最適な腐触防止物であり、一方、タンタル、チタン、クロム−ニッケル鋼
および、ハステロイ（HastelloyR）などのニッケル基礎合金のような材料の腐触
は、酸の高い濃度で減少する。それにもかかわらず、強い付加的な機械的応力に
ために、今日に至るまで、凝縮点の危険領域での耐酸エナメル鋼でできた煙道ガ
スダクトおよび煙道ガス用の回収熱交換器を作ることは可能ではなかった。しか
しながら、今や本発明によればこれが可能になり、それにより従来公知の使用可
能な材料だけ、すなわち弗素化炭化水素重合体から見ると相当な費用を節約する
ことができ、またそれによってより良好な熱輸送並びにより高い効率を生み出す
。
煙道ガスダクト用の典型的な構造部材は、縁の長さが８０〜１６０ｃｍの寸法
である。回収熱交換器用の典型的な管は、直径が２〜８ｃｍである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Flue gas ducts and recovery heat exchangers for flue gas An object of the invention is a recovery heat exchanger for flue gas ducts and flue gas which operates in the danger zone of the condensation point. An economic efficiency concern in boiler fuel combustion plants is to keep heat losses as low as possible. In that respect, the greatest heat loss is still the loss of waste gas. Low waste gas losses not only lead to better utilization of heat, but also to the emission of carbon dioxide, which reduces the emission of pollutants that are inevitably produced during the burning of underground fuels. Efforts to reduce waste gas losses are reaching their limits as the water and acid content of flue gases rises to the condensation point. The formation of wet precipitates, which are strongly corrosive, is accompanied by significant contamination when the wall temperature drops below the condensation point. As waste gas from fuels with higher sulphide content traditionally requires higher waste gas temperatures, the condensation point will be higher, especially if the acid content is increased. By utilizing the desulfurization plant used in the meantime, the acidic components of the flue gas are considerably washed out. However, wet flue gas desulfurization plants require that the flue gas be highly cooled and saturated with water vapor. Therefore, in order to improve the economic efficiency of the boiler fuel combustion plant, for example, the clean gas with droplets is dried, reheated before being put into the atmosphere, or the heat of processing by thermal decoupling is used directly. Have attempted to use the heat available. However, when using heat, it is unavoidable that flue gas ducts, heat exchangers and other structural components operate in the danger zone of the condensation point and are supplied with acid condensate. Droplets carried by clean gas are also still strongly corrosive due to their salt content and residual acid remaining in the gas, so flue gas ducts, heat exchangers, structural components in these parts Also operates in the danger zone of the condensation point. By using a special steel or acid-resistant rubber coating, corrosion in the area of the acid aqueous solution can be avoided, but until now, in the dangerous area of the condensation point of flue gas, that is, in the temperature range of 70 to 150 ° C. , Could only work by using fluorinated hydrocarbon polymers as protection against corrosion. Conventionally, the flue gas ducts in these parts as well as the lining of the recovery heat exchanger are made especially by poly (tetrafluoroethylene) (Teflon), perfluoroalkyloxy polymers (PFA and PVDF). Therefore, the recovery heat exchanger is made in particular of such plastic or steel tubes coated with a tubular coating of these plastic materials. Even nickel-base alloys, which are themselves very acid-resistant, cannot be used at high temperatures because they have a too short useful life in rampant corrosion. Moreover, these materials and their processing are very expensive, and because such materials are extremely sensitive to mechanical damage, there is a need for better and cheaper solutions to these problems. Furthermore, in this case, these fluorinated hydrocarbon polymers have a relatively low thermal conductivity and, due to their microporosity, still have a certain breathability for small acid molecules. Therefore, too thin layers of these polymers are not suitable for completely protecting the underlying metal layer against acid attack. In a heat storage heat exchanger, heat is extracted by the introduced body, stored, released again, and flows to the surroundings by gas, but the exchanger operates with a constant leakage, and therefore always There is a certain slip loss between the gas to be heated and the gas to be cooled. In the case of a heat storage heat exchanger of a flue gas desulfurization plant, this results in the fact that always a certain amount of impure flue gas is mixed with already cleaned flue gas. Therefore, these heat storage heat exchangers can only be used if the requirements for emissions are not very high and also the acid content is relatively low. These heat storage heat exchangers consist in particular of very thin, superficial, deformed sheets which are mutually compressed and which are able to enamell the cooling surface in an acid-resistant manner. The thickness of the metal sheet is generally around 0.5 to 1.0 mm, since no strong mechanical stresses occur in this case. In this case, heat exchange is, inter alia, a function of the body on the one hand and a surface part of the exchanger on the other hand. However, flue gas ducts and recovery heat exchangers, especially shell-and-tube exchangers, are also subject to relatively strong mechanical stresses, especially pressure stresses. Therefore, the wall thickness of the flue gas duct is generally at least 5 mm or more. However, such strong metal sheets cannot be enamelled according to DIN 1623. This DIN method is effective only up to a thickness of 3 mm including all, and only an exceptional thickness of up to 4 mm is allowed to be enamelled by the consent of the manufacturer. However, the tubes of multitubular exchangers can be made from such thin metal sheets, and their length makes them very bulky. The same is true for the conventionally adopted dimensions of the metal sheet of the flue gas duct. Since enamels are provided as sludge or electrostatically on metal sheets and have to be baked at temperatures of 820-860 ° C, a correspondingly large-sized combustion furnace is required. Further, the final enamelled metal sheet is at least less sensitive to shock and vibration, even if it is not as sensitive as an attached metal sheet coated with a fluorinated hydrocarbon polymer or provided with such a lining. It is sensitive and must be handled very carefully. Therefore, flue gas ducts and recovery heat exchangers, in particular recovery shell-and-tube exchangers, have not yet been used in enamel form for flue gases. Nevertheless, if the flue gas duct operating in the danger zone of the condensation point and the recovery heat exchanger for the flue gas are assembled with prefabricated parts, the flue gas duct and the recovery heat exchanger are made of acid-resistant enamel steel, It has now been found that steel suitable for enamelling, in particular according to DIN 1623, can be made from steel with a wall thickness of only 3 mm. In this way, the contacts between the structural members and the contacts with other adjacent portions can be sealed with a normal acid-resistant sealant or sealant. Particularly suitable for this are encapsulations made of fluorinated hydrocarbon polymers and commercially available under the trade names Fiberfax Kleber 1000 and Rematex 2 807 / HS. Acid resistant sealant. If necessary, these encapsulants are also suitable for repairing enameled parts in device technology. Therefore, the flue gas duct according to the present invention is composed of a structural member such as a flat or medium low sled (dish-shaped), rectangular, trapezoidal or triangular metal sheet having a stiffener on the back surface. Such structural members are mechanically stable despite the thin wall thickness and can also absorb pressure changes in the flue gas duct of ± 60 mbar or more without damaging the enamel layer. These stiffened structural members are sealed to each other and to the other structural members with a solid encapsulant of fluorinated hydrocarbon polymer or also with a commercially available acid resistant sealant. The individual structural members are supported by support frames, which are located on the outside, which not only bear the weight of these structural members but also absorb the mechanical stresses due to pressure changes. The recovery heat exchanger according to the invention is preferably a seam-welded tube made of steel, the tube being then enameled on the outside according to DIN 1623. In that regard, the enamel can be provided electrostatically or in the form of sludge and the tube can be drawn from it or baked by means of an annular heating device which moves over the tube. In particular, this heating device can also be heated by induction. This is because such an induction heater can be adjusted in a good way. However, other ring furnaces can be used for baking the enamel. The enamelized tube is then used as a structural member of a recovery heat exchanger, for example by terminating at both ends in a box filled with heating or cooling medium. If desired, the flue gas-facing substrate of such a box can also be pre-enameled. However, it is simpler to first provide these substrates with through holes through which the enameled tubes can pass and then coat the plate with a thin film of the fluorinated hydrocarbon polymer of sufficient thickness. Thereby, these layers at the same time also act as a seal between the enamelled tube and the wall of the through hole of the substrate. Such a recovery shell-and-tube exchanger according to the invention is sufficiently stable so that it can be filled with water as a cooling or heating medium in a temperature range of 100 ° C. or higher, under a pressure of about 25 bar. Can be filled. The advantage of such a recovery shell-and-tube exchanger is that in the event of corrosion damage to the enameled tube, at worst, water will enter the flue gas from the tube, thereby limiting leakage and further The damage does not occur. Such damaged tubes can also be closed without having to repair the heat exchanger as a whole. Possible corrosion damage due to damage to the enamel layer is then readily known by the water and / or pressure loss of the cooling or heating medium used. However, this does not lead to slip losses between the impure flue gas and the clean gas, as in the case of the recovery heat exchanger. The enamelling of the structural components used according to the invention is carried out with the already known very acid-resistant enamels which have proven successful in heat storage heat exchangers. However, due to the high mechanical loading due to pressure or pressure changes, care must be taken in enamel baking, strictly bubble-free or non-porous. In the case of possible damage to the enamel layer, corrosion occurs very rapidly in the steel which has been exposed indefinitely, so that such damage can be observed quickly. However, repairs are facilitated and simplified by the fact that only relatively small structural members need to be replaced, which is relatively easy to handle due to the size and weight of the structural members. According to the invention, heat pipes, which are already known, which can transfer heat only in one direction, i.e. from the provided volatile liquid towards the location of the vapor recondensation, are also used as recovery heat exchangers. can do. As soon as the recondensation site becomes hotter than the liquid collection site, the heat transfer will be interrupted. It concerns a virtually maintenance-free closed system made of steel according to the invention, which is at least externally enamelled according to DIN 1623. In order to be applicable to flue gases in the danger zone of the condensation point, the filling of the heat pipe should have a boiling point below 60 ° C, at least below 80 ° C. The flue gas in the danger zone of the condensation point in particular gives a condensate containing a high concentration of sulfuric acid (the concentration of sulfuric acid is 58-75% at 80-120 ° C.), whereas the enamel is since the more stable at these high acid concentration, enamel are themselves optimal Kusasawa prevention thereof, whereas, tantalum, titanium, chromium - nickel steel and, as a nickel basis alloys such as Hastelloy (Hastelloy R) The corrosion of the material is reduced at high acid concentrations. Nevertheless, to date, due to the strong additional mechanical stresses, to date make flue gas ducts made of acid-resistant enamel steel in the danger zone of the condensation point and recovery heat exchangers for flue gases. Was not possible. However, according to the present invention, this is now possible, which results in considerable savings in terms of only the materials known in the art, ie fluorinated hydrocarbon polymers, which are known in the art, and which are better. Produces heat transport as well as higher efficiency. A typical structural member for a flue gas duct measures 80-160 cm in edge length. Typical tubes for recovery heat exchangers are 2-8 cm in diameter.