NO155467B

NO155467B - PROCEDURE FOR RECOVERING HEAT FROM A GAS CONTAINING MELTED INGREDIENTS.

Info

Publication number: NO155467B
Application number: NO831814A
Authority: NO
Inventors: Seppo Ruottu; Ari Halme
Original assignee: Ahlstroem Oy
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1986-12-22
Also published as: NO155467C; NO831814L

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved gjenvinning av varme fra en gass som inneholder fordampede, smeltede og eutektiske bestanddeler, ved at gassen bringes i kontakt med en varmevekslers varmeoverføringsflater. This invention relates to a method for recovering heat from a gas containing evaporated, molten and eutectic components, by bringing the gas into contact with the heat transfer surfaces of a heat exchanger.

I prosessindustrien dannes det store mengder varme gasser fra hvilke varmegjenvinningen forvanskes av de fordampede og smeltede bestanddeler som gassene inneholder, og som foru-renser varmeoverføringsflåtene. Som typiske eksempler på slike gasser kan nevnes den pyrometallurgiske industris av-gasser. Med de metoder som pr. idag er tilgjengelige, er det ytterst vanskelig å holde heteflåtene rene, hvilket medfører at anleggenes effektivitet avtar og omkostningene øker. In the process industry, large quantities of hot gases are formed from which the heat recovery is distorted by the evaporated and melted components that the gases contain, and which contaminate the heat transfer vessels. As typical examples of such gases, the off-gases of the pyrometallurgical industry can be mentioned. With the methods that per are available today, it is extremely difficult to keep the heating fleets clean, which means that the plants' efficiency decreases and costs increase.

Erfaringsmessig er rengjøringsproblemene størst i de From experience, the cleaning problems are greatest in them

for hver prosess spesifikke temperaturområder hvor endel av de faste bestanddeler befinner seg i en eutektisk tilstand. for each process specific temperature ranges where part of the solid components are in a eutectic state.

I for eksempel ikke-jern-metallurgiske smelteprosesser er In, for example, non-ferrous metallurgical smelting processes are

ofte ubetydelige innhold av Zn, As og Pb tilstrekkelige til at hele støvmengden vil forholde seg eutektisk. Støv i eutektisk tilstand fester seg til heteflåtene og danner, spesi-elt når det krystalliser,et belegg som det med kjente rengjør-ingsmetoder (sandblåsing og mekanisk rengjøring) i visse til-felle er umulig å fjerne. Undersøkelser i marken har vist at de beste resultater er blitt oppnådd i dampkjeler hvor det som følge av prosessens natur har forekommet en naturlig erosjon av belegget på heteflåtene. Man har sogar av beleggets form kunnet slutte seg til at man ikke engang med effektiv sandblåsing eller mekanisk rengjøring har kunnet påvirke belegget i nevneverdig grad. Erosjonen har derimot holdt heteflåtene i strømningsretningen relativt rene. often negligible contents of Zn, As and Pb sufficient for the entire amount of dust to be eutectic. Dust in the eutectic state adheres to the heating floats and forms, especially when it crystallizes, a coating that is impossible to remove with known cleaning methods (sandblasting and mechanical cleaning) in certain cases. Investigations in the field have shown that the best results have been achieved in steam boilers where, as a result of the nature of the process, natural erosion of the coating on the heating floats has occurred. One has even been able to conclude from the shape of the coating that even effective sandblasting or mechanical cleaning has not been able to affect the coating to any significant extent. Erosion, on the other hand, has kept the hot rafts in the flow direction relatively clean.

Disse iakttagelser har dannet basis for den idé å ut-nytte en kontrollert erosjon ved rengjøring av heteflater som ellers er vanskelige å holde rene. Følgelig tilveiebrin-ges en fremgangsmåte som innledningsvis angitt, som er sær-preget ved at gassens temperatur foran varmeveksleren senkes til under det eutektiske temperaturområde ved å iblande gassen avkjølte, sirkulerende, faste partikler, som kan være partikler som er blitt utskilt fra gassen eller eksternt tilførte partikler. These observations have formed the basis for the idea of using controlled erosion when cleaning hot surfaces that are otherwise difficult to keep clean. Consequently, a method is provided as indicated at the outset, which is characterized by the fact that the temperature of the gas in front of the heat exchanger is lowered to below the eutectic temperature range by mixing in the gas cooled, circulating, solid particles, which may be particles that have been separated from the gas or externally added particles.

t t

Figuren på den vedføyede tegning viser en utførelses-form av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. The figure in the attached drawing shows an embodiment of the method according to the invention.

I den pa figuren viste anordning strømmer en varm gass, som inneholder fordampede og smeltede bestanddeler, gjennom en med strålings flater forsynt kanal 1. Når gassen nærmer seg varmeveksleren 2, er dens témperatur nær det eutektiske områdes øvre grense. Temperaturen etter varmeveksleren velges slik at den ligger så langt under det eutektiske områdes nedre grense at støvet i gassen er pulverformig og ikke fester seg til heteflatene. Den sandblåsningseffekt som kreves for at heteflatene skal holdes rene, oppnåes ved å føre inn eroderende støv i varmeveksleren i en slik mengde at det, når det i sonen 3 foran varmeveksleren blander seg med den støvholdige gass som strømmer til varmeveksleren, senker temperaturen til'i nærheten av det eutektiske områdes nedre grense. In the device shown in the figure, a hot gas, which contains evaporated and melted components, flows through a channel 1 provided with radiation surfaces. When the gas approaches the heat exchanger 2, its temperature is close to the upper limit of the eutectic region. The temperature after the heat exchanger is chosen so that it lies so far below the lower limit of the eutectic region that the dust in the gas is powdery and does not stick to the hot surfaces. The sandblasting effect required to keep the hot surfaces clean is achieved by introducing erosive dust into the heat exchanger in such a quantity that, when it mixes in zone 3 in front of the heat exchanger with the dust-containing gas flowing to the heat exchanger, it lowers the temperature to near the lower limit of the eutectic region.

Etter innblandingen og temperaturfallet i sonen 3, strømmer suspensjonen, som inneholder en tilstrekkelig stor mengde slipende partikler til gjennom erosjon å hindre at belegget på heteflatene øker, gjennom varmeveksleren 2. After the mixing and temperature drop in zone 3, the suspension, which contains a sufficiently large amount of abrasive particles to prevent, through erosion, the coating on the hot surfaces from increasing, flows through the heat exchanger 2.

Etter varmeveksleren 2 har suspensjonens temperatur sun-ket til under det eutektiske område, og suspensjonen føres tangentielt gjennom en kanal 4 til en gjennomstrømnings-syklon 5, fra hvilken en praktisk talt støvfri gass føres ut gjennom et sentralt anordnet rør 6. Det utskilte faste stoff føres gjennom et rør 7 tilbake til gass-strømmen i kanalen l's sone 3 foran varmeveksleren. I tilbakeføringsrøret 7 After the heat exchanger 2, the suspension's temperature has fallen below the eutectic range, and the suspension is fed tangentially through a channel 4 to a flow-through cyclone 5, from which a practically dust-free gas is fed out through a centrally arranged pipe 6. The separated solid is led through a pipe 7 back to the gas flow in channel 1's zone 3 in front of the heat exchanger. In the return pipe 7

er det anordnet et uttak 8 for det sirkulerende materiale, hvorved mengden av sirkulerende faststoff og erosjonsvirk-ningen kan reguleres. Det sirkulerende materiale kan ut-gjøres av prosessens eget . faststoff eller av annet billig materiale, såsom f.eks. sand, som innføres i apparatet via et rør 9. an outlet 8 is provided for the circulating material, whereby the amount of circulating solids and the erosion effect can be regulated. The circulating material can be made up of the process itself. solid or of other cheap material, such as e.g. sand, which is introduced into the device via a tube 9.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen oppnåes følgende fordeler: 1. Heteflatene holdes rene gjennom en regulert erosjons-virkning. The method according to the invention achieves the following advantages: 1. The hot surfaces are kept clean through a regulated erosion effect.

2. Temperaturen senkes hurtig gjennom innblanding. 2. The temperature is quickly lowered through mixing.

I IN

3. Det oppnåes en såkalt tørrvaskevirkning, mens forurens-ninger i dampfase kondenseres på de sirkulerende faste 3. A so-called dry washing effect is achieved, while pollutants in the vapor phase are condensed on the circulating solids

partiklers overflate. surface of particles.

4. Svovelutslippet kan reduseres, f.eks. ved at det benyttes et sirkulasjonsmateriale basert på Ca. 5. Varmeoverføringen ved stråling og konveksjon forbedres. 4. Sulfur emissions can be reduced, e.g. by using a circulation material based on Ca. 5. Heat transfer by radiation and convection is improved.

Virkningsområdet for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen The scope of the method according to the invention

er som følger: is as follows:

Eksempel 1 Example 1

Verdiene for avgassene fra et kobbersmeiteverk etter smelt-ingen er: The values for the exhaust gases from a copper smelter after no smelting are:

Gjennom strålning avkjøles gassene i kanal 1 til ca. 900 C, hvorved man havner i et område som er besværlig med henblikk på tilsmussing av heteflatene. Den støvholdige gassens varme-kapasitet er ca. 1,7 kJ/(Nm"* °C) = 38 J/(mol °C) , dvs. varme-kapasitetsstrømmen er 66,1 kW/°C. En passende temperatur foran varmevekslerens to heteflater er 700°C og etter heteflatene 550°C. Den sirkulerende varmekapasitetsstrøm er så-ledes 88,1 kW/°C. Sirkulasjonsmaterialets spesifikke varme-kapasitet kan anslåes å være ca. 0,8 kJ/(kg°C), hvorav det følger at sirkulasjonsstrømmen er 110 kg/s, hvilket vil si at det fåes et faststoffinnhold i gassen på 63 g/mol (= 2,81 kg/Nm"*) etter innblandingen. I praksis er det i hvirwél-sjiktreaktorer med et sirkulerende sjikt blitt benyttet faststoff innhold på 900 - 1400 g/mol. Som sirkulerende materiale kan det i smelteverk benyttes slig, sand eller blandinger av slike materialer. Dessuten anrikes i kjølesirkulasjonen partikler som avgassene inneholder. Through radiation, the gases in channel 1 are cooled to approx. 900 C, whereby you end up in an area that is difficult in terms of soiling the heating surfaces. The heat capacity of the dusty gas is approx. 1.7 kJ/(Nm"* °C) = 38 J/(mol °C), i.e. the heat capacity flow is 66.1 kW/°C. A suitable temperature in front of the heat exchanger's two heating surfaces is 700°C and after the heating surfaces 550° C. The circulating heat capacity flow is thus 88.1 kW/°C. The specific heat capacity of the circulation material can be estimated to be approximately 0.8 kJ/(kg°C), from which it follows that the circulation flow is 110 kg/ s, which means that a solids content in the gas of 63 g/mol (= 2.81 kg/Nm"*) is obtained after mixing. In practice, a solids content of 900 - 1400 g/mol has been used in fluidized bed reactors with a circulating bed. Slag, sand or mixtures of such materials can be used as circulating material in smelters. In addition, particles contained in the exhaust gases are enriched in the cooling circulation.

t t

Eksempel 2 Example 2

Svartlutstrømmen i en sodakjel utgjør 5,6 kg/s, og The black liquor flow in a soda boiler amounts to 5.6 kg/s, and

dets tørrstoffinnhold ér 0,60. En typisk for tørrstoff-analyse er som følger: its dry matter content is 0.60. A typical dry matter analysis is as follows:

C 35,5% (av massen) C 35.5% (by mass)

Na 20,8% Na 20.8%

S 5,2% S 5.2%

0 35,1% 0 35.1%

H 3,4% H 3.4%

Dersom forbrenningen skjer i sodakjelen, følger ca. 30% av det innmatede svovel og 10% av det innmatede natrium med røk-gassene fra forbrenningsstedet, delvis i form av gass og delvis i form av små smeltedråper. Dersom forbrenningen skjer i et separat forbrenningskammer, kan røkgassene inne-holde helt opp til 50% av svovelet og 30% av natriumet etter forbrenningssonen. Når røkgassene avkjøles, danner de uor-ganiske kjemikalier hovedsakelig natriumsulfat og natriumcarbonat, foruten svoveldioxyd. Avhengig av lutens sammen-setning og driftsbetingelsene kan dette i visse tilfeller føre til besværlige natriumpyrosulfatbelegg på heteflatene. If the combustion takes place in the soda boiler, approx. 30% of the supplied sulfur and 10% of the supplied sodium with the flue gases from the combustion site, partly in the form of gas and partly in the form of small molten droplets. If the combustion takes place in a separate combustion chamber, the flue gases can contain up to 50% of the sulfur and 30% of the sodium after the combustion zone. When the flue gases are cooled, the inorganic chemicals mainly form sodium sulphate and sodium carbonate, in addition to sulfur dioxide. Depending on the composition of the lye and the operating conditions, this can in certain cases lead to troublesome sodium pyrosulphate coatings on the heating surfaces.

1 det ovennevnte forbrenningskammer hadde avgassene de følgende verdier: In the above-mentioned combustion chamber, the exhaust gases had the following values:

Sirkulasjonsstrømmen består av røkgassenes støv på Na2C03-basis og til sonen 3 tilført Na^-COj eller Na2S04>The circulation flow consists of dust from the flue gases on a Na2C03 basis and to zone 3 added Na^-COj or Na2S04>

Claims

1. Method for recovering heat from a gas containing molten components, in which the gas is brought into contact with the heat transfer surface of a heat exchanger, characterized in that the temperature of the gas in front of the heat exchanger is lowered to below the eutectic temperature range by mixing in the gas cooled, circulating, solid particles, which can be particles that have been separated from the gas or externally added particles.

2. Method according to claim 1, for the recovery of heat from the exhaust gas from a copper smelter, characterized in that the exhaust gas is mixed with sand and the temperature in the exhaust gas is lowered to 700°C in front of the heat exchanger.

3. Method according to claim 1, for recovering heat from the gas from a soda boiler, characterized in that the gas is mixed with sodium sulphate and/or sodium carbonate and the temperature in the gas is lowered to 700°C in front of the heat exchanger.