WO2015144651A2 - Gegenstrom wärmetauscher für staubbeladenes abgas metallurgischer anlagen - Google Patents

Gegenstrom wärmetauscher für staubbeladenes abgas metallurgischer anlagen Download PDF

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WO2015144651A2
WO2015144651A2 PCT/EP2015/056171 EP2015056171W WO2015144651A2 WO 2015144651 A2 WO2015144651 A2 WO 2015144651A2 EP 2015056171 W EP2015056171 W EP 2015056171W WO 2015144651 A2 WO2015144651 A2 WO 2015144651A2
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Manfred Schmiedberger
Dietmar Steiner
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Primetals Technologies Austria GmbH
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    • 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
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    • 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 dust-laden exhaust gas from a metallurgical plant, wherein the exhaust gas by means of a cooling gas by means of indirect
  • Heat transfer is cooled, and a device for carrying out the
  • the dust load of the exhaust gas can be at the cooling surfaces of indirect
  • Heat transfer working cooling units deposit. Such deposits hinder the heat transfer between the exhaust gas and the cooling medium and the gas flow, and must therefore always be removed to maintain a satisfactory cooling performance and an unobstructed gas flow. This happens, for example, by providing scrapers, scrape the dust covering; or by vibrating the parts where the dust settles - for example, by a shock by means of an impact mechanism - so that the
  • a method of cooling dust-laden exhaust gas from a metallurgical plant wherein the exhaust gas is cooled by a cooling gas by means of indirect heat transfer, characterized in that the exhaust gas cooling at a temperature above 650 ° C, preferably above 680 ° C, more preferably above 700 ° C is supplied, and for the cooling gas, the flow direction at least once changed, preferably reversed, is,
  • the dust-laden exhaust gas comes from a metallurgical plant.
  • Metallurgical plants such as converters, electric arc furnace EAF, AOD, ladle furnace, sintering belt, blast furnace and other reduction units. It may also be off
  • Combinations or from several such metallurgical plants originate. Preferably it comes from a steel plant.
  • the exhaust gas has a high temperature
  • dust-laden exhaust gas is to be understood as meaning an exhaust gas which on average carries more than 20 mg / Nm 3 of solids as dust.
  • the average is time-integrated dust concentration divided by time-during the operating life of the dust source for the dust-laden exhaust gas, for example, in practice half-hour averages are given during the operating time of an EAF. Since in the indirect heat transfer, the heat removed during cooling heat is transferred to the cooling medium, which is not mixed with the exhaust gas, their further use by processing the cooling medium is basically easier than cooling by direct heat transfer.
  • the cooling gas may flow first from top to bottom and after the reversal from bottom to top.
  • Chiller is exposed to the entry of the exhaust gas, reduced.
  • Cooling units operated according to the invention for higher exhaust gas temperatures can be used as heat exchangers previously used for dust-laden exhaust gas of metallurgical plants with crossflow of the cooling gas or natural draft radiator with indirect heat transfer. While such 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 exhaust gas is supplied to the cooling according to the invention with a temperature above 650 ° C, preferably above 680 ° C, more preferably above 700 ° C.
  • a temperature above 650 ° C, preferably above 680 ° C, more preferably above 700 ° C are used.
  • temperatures of up to 750 ° C. can be reliably controlled in the long term.
  • a temperature range which is customary for cross-flow cooling for the inlet temperature of exhaust gas to be cooled can be increased from 300 to 600 ° C. to 300 to 750 ° C.
  • the temperature difference between two media determines the efficiency of the
  • 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. Accordingly, the exchange area between exhaust gas and cooling gas required for a specific heat dissipation can be reduced. Reduction of the exchange surface means saving material and weight and can reduce the space requirement of the
  • the cooling according to the invention uses less cooling gas. This is hotter at the exit than at cross-flow 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 supply of cooling gas does not have to be permanent. It is preferably done only when there is a need for cooling.
  • the cooling gas is air. Air is readily available cheaply with reasonable temperatures without effort.
  • the exhaust gas can well follow the change, preferably reverse, of the flow direction of the cooling gas and ensure a large area for heat transfer, which improves the cooling effect.
  • Baffles in the countercurrent cooling gas channel also increase the heat exchange surface and thereby contribute to improved cooling. They also reduce that
  • the exhaust gas flows to
  • Another object of the present application is a
  • cooling gas supply line opens into at least one countercurrent cooling gas channel
  • the exhaust gas supply line opens into at least one counterflow exhaust gas channel, and the counterflow exhaust gas channel opens into the exhaust gas discharge line,
  • countercurrent refrigerant gas channel and countercurrent exhaust gas channel are designed for mutual indirect countercurrent gas-gas heat transfer
  • the countercurrent cooling gas channel having at least two sections with different oriented longitudinal directions, which are preferably parallel, characterized in that the countercurrent exhaust passage has at least one, preferably at least two, flaschenaschenformigen section with at least one inlet opening and at least one outlet opening for the exhaust gas is limited by metal plates, wherein between a pair of opposing metal plates of a flat pocket stiffening elements are present, and wherein
  • At least a flachtaschenformigen section on a pocket surface which is directly adjacent to an outer wall of the countercurrent cooling gas channel, preferably substantially parallel, with a gap between the pocket surface and the outer wall, on the pocket surface and / or attached to the outer wall knocking elements in this Protrude interstice.
  • the longitudinal direction is to be understood as the direction in which the cooling gas flows in operation through these two sections of the countercurrent cooling gas channel, that is to say from the
  • two sections of a straight tube in which the cooling gas flows would have no differently oriented longitudinal directions.
  • flat-pocket-shaped section is to be understood as meaning a section whose extent in two dimensions is significantly greater than in the third dimension, this third dimension being essentially perpendicular to the longitudinal direction of the countercurrent exhaust gas duct In the longitudinal direction to understand the direction in which the exhaust gas flows in operation through the flat-pocket-shaped portion of the counterflow exhaust passage, that is, from the inlet opening toward the outlet opening
  • the flat-pocket-shaped section is thus dimensioned significantly larger in its length and its width than in its thickness.
  • the expansion in length and width is also called pocket area in the episode.
  • the outer contour of a flat pocket substantially corresponds to a plate whose thickness is significantly smaller compared to the length and width.
  • At least the pocket-like portion preferably the entire counterflow exhaust passage, is made of metal to allow good indirect heat exchange
  • the flat-pocket-shaped section is limited by metal plates - made of metal.
  • the metal plates which form the two pocket surfaces of a flat pocket, lie opposite each other and are connected according to the invention by stiffening elements. If there is a pressure difference between the cooling gas and the exhaust gas, there is a risk that the sheet metal plates forming the pocket surfaces buckle in the direction of the lower pressure or bulge out from the region of higher pressure. Changing pressure conditions would be accompanied by changes in the extent of denting or buckling. This stresses the material and changes the flow conditions possibly unfavorably. To avoid such disadvantages, stiffening elements are provided between a pair of opposed sheet metal plates of a flat bag.
  • Stiffening elements can be connected to both metal plates or only one.
  • the stiffening elements prevent the metal sheets from buckling in or out - the flat pockets are thus stiffened.
  • a cooling gas blower that blows cooling gas into the device according to the invention generally builds an overpressure of approximately 300 Pascals.
  • Exhaust gas of a metallurgical plant is usually supplied to the device according to the invention with a negative pressure of about 500 Pascal.
  • When passing through the device according to the invention is usually a pressure drop of about 700 Pascal added.
  • the inventive method is preferably carried out with a pressure difference between exhaust gas in the counterflow exhaust passage and cooling gas in the countercurrent cooling gas passage in a range between 500 and 3000 Pascal. At higher pressure differences, the material is stressed so much that failure in the medium term is expected.
  • the device may be designed such that at least two flat-pocket-shaped sections lie side by side with their pocket surfaces, preferably substantially parallel, with a gap between the two directly adjacent ones
  • cooling gas flows through this intermediate space in countercurrent to the exhaust gas in the flat-pocket-shaped sections, ie it is part of the countercurrent cooling gas channel.
  • the device can also be designed so that at least one
  • the outer wall of the countercurrent refrigerant gas passage is a wall defining the countercurrent refrigerant gas passage against the outside atmosphere.
  • knocking elements protrude into the space.
  • Knocking elements on directly adjacent pocket surfaces or on directly adjacent pocket surface and outer wall are therefore preferably arranged such that they engage in the case of a sufficiently large movement of a pocket surface in the direction of the directly adjacent pocket surface or in the direction of the outer wall
  • Tapping element of this pocket surface or the outer wall can touch. Such an arrangement is referred to as being aligned in the context of this application. There is a gap between aligned knocking elements; usually in the
  • the pocket surfaces are largely prevented by the stiffening elements at a bulge or denting, however, the metal plates of the pocket surfaces can be offset by the gas streams of refrigerant gas and exhaust gas in vibrations - especially by fluctuations in the pressure difference between the exhaust gas and the cooling gas. Due to the vibrations, the knocking elements of a pocket surface in the direction of the knocking elements of the direct
  • Sheet metal plates - and thus a knocking element - are aligned with each other knocking elements or push knocking elements to directly adjacent
  • the detached dust is preferably at least partially in one of the
  • Device according to the invention included dust discharge device transferred - in which he falls into it, for example - and there from the device according to the invention
  • the countercurrent exhaust duct comprises one or more
  • flat-pocket-shaped sections with at least one inlet opening and at least one outlet opening for exhaust gas - also called flat pockets -, wherein a flat pocket is thus a metallic sheet metal duct, through which the exhaust gas is passed.
  • a flat pocket preferably comprises at least parallel flat pocket surfaces.
  • Embodiment all boundary surfaces of a flat pocket in pairs in parallel. But there may also be non-parallel boundary surfaces, such as boundary surfaces, which make up the thickness of the flat bag - also
  • Called longitudinal side surfaces For example, such longitudinal side surfaces can be executed canted.
  • the walls of the flat pockets made of thin sheet with thicknesses of 2mm to 5mm - as the preferred thickness, 3mm has been found.
  • These thicknesses ensure that economic production, assembly and low-maintenance operation of the device according to the invention is ensured and the necessary properties - good heat transfer, sufficient rigidity, the lowest possible weight and sufficient abrasion resistance in the exhaust duct - the flat bags are given.
  • a typical flat bag is 3,6,9 or 12 meters long, and 1, one and a half, 2 or 3 meters wide, and 50 to 150 mm thick.
  • 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 counterflow cooling gas channel 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.
  • Such a multi-generous design reduces the height required for a particular exchange surface.
  • the device is erected standing on a floor, wherein the cooling gas supply line at least one blower, preferably only a blower, has, characterized in that the blower is mounted at the level of the soil.
  • the cooling gas supply line at least one blower, preferably only a blower, has, characterized in that the blower is mounted at the level of the soil.
  • 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.
  • the device comprises a
  • the Staubaustragsvoriques may be, for example, a rotary valve or a screw or a chain conveyor.
  • transition section between the at least two sections of the countercurrent exhaust gas duct with different oriented longitudinal directions, which comprises the dust discharge device.
  • Dust in the exhaust gas for example coarse particles entrained in the exhaust gas
  • the provision of dust discharge devices in such locations facilitates the removal of this dust from the counterflow exhaust passage;
  • such Staubaustragsvoriquesen lie at the lowest point of the counterflow exhaust passage, for example, where a reversal of the flow direction.
  • Dust removed from the flat pockets by the tapping elements can also be collected in such dust discharge devices and discharged from the device. This is particularly pronounced when a reversal of the flow direction takes place from top to bottom, flowing from bottom to top; especially then, as a result of the reversal below the local area of the countercurrent exhaust gas passage can act as a coarse particle.
  • a forced draft condenser according to the invention can thus also be regarded as a spark arrester.
  • the cooling baffles may be provided in the countercurrent cooling gas duct.
  • the invention may be present. For example, it will be two, three, or more Exhaust gas flows through devices in parallel, 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.
  • a stiffening element may for example be a frame, or non-planar
  • Metal sheets such as trapezoidal sheets, or ribs, or with each other
  • Spacers are designed for example as rods. There may also be several types of stiffening elements in a flat pocket, for example rods between the pocket surfaces, and trapezoidal sheets connecting the sheets of the pocket surfaces.
  • At least one stiffening element and at least one knocking elements consist of a single workpiece; for example, from a rod which passes through at least one metal plate of a pocket surface and is connected to it. It protrudes into the space on at least one side and serves as a knocking element. Between the pocket surfaces of the flat pocket he serves as
  • FIG. 1 shows schematically a method sequence according to the invention.
  • FIG. 2 shows schematically an overall external view of a device according to the invention.
  • FIG. 3 schematically shows a device according to the invention in an oblique view.
  • FIG. 4 shows an oblique view of a flat pocket-shaped section, called a flat pocket.
  • Figure 5a / b shows schematically, aligned arranged knocking elements.
  • FIG. 1 shows schematically the sequence of a method according to the invention.
  • a device 1 for cooling dust-laden exhaust gas from a metallurgical plant with an exhaust gas supply line 2, an exhaust discharge line 3, a
  • Exhaust gas discharge line 3 opens.
  • the countercurrent cooling gas channel 5 and countercurrent exhaust duct 6 to the mutual indirect countercurrent gas gas
  • 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 wavy arrows, is through the
  • Cooling gas - in the present case air is used as cooling gas, ie cooling air - represented by transparent arrows, cooled by indirect heat transfer.
  • cooling air - represented by transparent arrows
  • the transition between sections 7,8 is shown with dashed border da er in the illustration of Figure 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
  • the counterflow exhaust passage 6 has two vertical, parallel sections with different oriented
  • a transition section 9 between the two vertical sections of the counterflow exhaust passage 6 comprises a dust discharge device 10, shown a
  • the countercurrent cooling gas channel 5 opens into a cooling gas discharge line 1 1.
  • the supply of cooling gas is controlled continuously, including the cooling gas supply line. 4
  • FIG. 2 shows a schematic overall view of a device according to the invention in which three lines of exhaust gas and cooling gas are flowed through next to one another, wherein they are supplied with exhaust gas to be cooled via a common exhaust gas supply line 2.
  • 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.
  • the cooling air supply to this fan is split to the respective countercurrent refrigerant gas channels. It is also preferable to let the exhaust discharge lines of the individual line trains lead into a discharge. This reduces the construction costs.
  • FIG. 3 shows a device 1 according to the invention for cooling dust-laden exhaust gas from a metallurgical plant, which is operated analogously to FIG.
  • Hot dust-laden exhaust gas 16 enters the right side of the device in the
  • Exhaust gas supply line 2 and left exits chilled dust-laden exhaust gas 17, from the exhaust gas discharge line 3. Cooling cooling gas 18 enters the left in the device into the
  • Cooling gas supply line 4, and heated cooling gas 19 exits the right of the device, from the cooling gas discharge line 1 1.
  • the exhaust gas supply line 2 opens into
  • the cooling gas supply line 4 opens into a countercurrent cooling gas channel 21, which is formed by the space between the flaschenaschenförmigen sections and the outer walls 21 - for clarity, only one of the outer walls of the cooling gas channel is provided with reference numeral 38.
  • Counterflow exhaust passage are designed for mutual indirect countercurrent gas-gas heat transfer.
  • the countercurrent cooling gas duct here has two sections 7, 8, each of which is vertical and parallel to one another, with different oriented longitudinal directions.
  • the exhaust gas is cooled by indirect heat transfer by the cooling gas - in the present case air serves as cooling gas, ie cooling air.
  • Exhaust gas flow and cooling gas flow are schematically represented by lines connecting the arrows 16 and 17 and the arrows 18 and 19, respectively. It is for the cooling gas
  • the exhaust gas comes from a metallurgical plant, for example from a
  • the counterflow exhaust passage has two vertical, parallel sections with different oriented ones
  • a transition section 9 between the two vertical sections of the countercurrent exhaust duct comprises a Staubaustragsvornchtung 10, shown a rotary valve.
  • Figure 4 shows an oblique view of a flat pocket-shaped portion, called flat pocket 23.
  • Exhaust gas represented by an arrow enters the left into the flat pocket and right.
  • the expansion of the flat pocket is significantly larger in 2 dimensions a, b than in the third dimension c, this third dimension c being substantially perpendicular to the longitudinal direction of the counterflow exhaust gas duct.
  • the longitudinal direction is to be understood as the direction in which the exhaust gas flows through the flat-pocket-shaped section during operation, ie from the inlet opening to the left in the direction of the outlet opening on the right.
  • the flat-pocket-shaped portion is bounded on two opposite sides in the first-mentioned 2 dimensions, which are significantly larger in relation to the thickness of the flat pockets in the third dimension c, by metal plates 24, 25 made of metal.
  • the flat-pocket-shaped section is thus dimensioned significantly larger in its length and its width than in its thickness. The expansion in length and width will also be considered.
  • the outer contour of the flat pocket substantially corresponds to a plate whose thickness is significantly smaller compared to the length and width.
  • the flaschenaschenförmige section is limited by metal plates - made of metal - limited; on the longitudinal side surfaces 26, 27 by folded metal sheets.
  • Knocking elements 30,31, 32nd Stiffening element 28 and knocking elements 31, 32 consist of a single workpiece; namely from a rod which passes through both metal plates 24,25 of the pocket surfaces and is connected to them. If a further flat pocket or an outer wall is located directly adjacent to the flat pocket 23, the rod protrudes into the intermediate spaces formed between them and serves as knock elements. Between the pocket surfaces of the flat pocket it serves as a stiffening element.
  • Figure 5a shows schematically how aligned arranged tapping elements 33,34 - as in Figure 4 from a rod, which also serves as a stiffening element formed - in the
  • Figure 5b shows schematically how they collide - represented by a star - when the two flat pockets vibrate corresponding to each other.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von staubbeladenem Abgas aus einer metallurgischen Anlage. Die Aufgabe dieser Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung von staubbeladenem heißem Abgas aus einer metallurgischen Anlage, mittels indirekter Wärmeübertragung, zu schaffen. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst bei welcher das Abgas durch ein Kühlgas mittels indirekter Wärmeübertragung gekühlt wird und das Abgas der Kühlung mit einer Temperatur über 650°C zugeführt wird. Das Kühlgas ändert die Strömungsrichtung zumindest einmal, vorzugsweise wird die Strömungsrichtung umgekehrt und das Abgas wird im Gegenstromprinzip gekühlt.

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung
Gegenstrom Wärmetauscher für staubbeladenes Abgas metallurgischer Anlagen
Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung von staubbeladenem Abgas aus einer metallurgischen Anlage, wobei das Abgas durch ein Kühlgas mittels indirekter
Wärmeübertragung gekühlt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
Stand der Technik
Abgas aus industriellen Prozessen trägt oft eine Menge Staub mit sich, der entfernt werden muss, um das Abgas Behandlungsschritten unterwerfen zu können oder um Bestimmungen des Umweltschutzes zu erfüllen. 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 Naturzugkühler - auch 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.
Die Staubfracht des Abgases kann sich an den Kühlflächen von mit indirekter
Wärmeübertragung arbeitenden Kühlaggregaten ablagern. Derartige Ablagerungen behindern den Wärmeübergang zwischen dem Abgas und dem Kühlmedium sowie den Gasfluss, und müssen daher zur Aufrechterhaltung einer zufriedenstellenden Kühlleistung und eines ungehinderten Gasflusses immer wieder entfernt werden. Das geschieht beispielsweise dadurch, dass man Schaber vorsieht, die Staubbelag abschaben; oder indem man die Teile, an denen der Staub sich ablagert, in Schwingung versetzt - beispielsweise durch einen Stoß mittels eines Stoßmechanismus -, so dass die
Staubablagerung sich löst.
Die Bereitstellung von Vorrichtungen zur Entfernung des Staubes von den Kühlflächen verursacht Kosten und Wartungsaufwand, was die Kühlung des staubbeladenen Abgases aufwendiger macht.
Zusammenfassung der Erfindung Technische Aufgabe
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Kühlung von staubbeladenem Abgas aus einer metallurgischen Anlage bereitzustellen, welche die genannten Probleme vermindert beziehungsweise löst.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein
Verfahren zur Kühlung von staubbeladenem Abgas aus einer metallurgischen Anlage, wobei das Abgas durch ein Kühlgas mittels indirekter Wärmeübertragung gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas der Kühlung mit einer Temperatur über 650°C, bevorzugt über 680°C, besonders bevorzugt über 700°C zugeführt wird, und für das Kühlgas die Strömungsrichtung zumindest einmal geändert, vorzugsweise umgekehrt, wird,
und das Abgas im Gegenstromprinzip gekühlt wird. Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Das staubbeladene Abgas stammt aus einer metallurgischen Anlage. Metallurgische Anlagen wie beispielsweise Konverter, Elektrolichtbogenofen EAF, 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 und
Staubbeladung, die die Kühlung aufwendig und schwierig macht.
Unter dem Begriff staubbeladenes Abgas ist im Rahmen dieser Anmeldung ein Abgas zu verstehen, das durchschnittlich mehr als 20 mg/Nm3 Feststoffe als Staub mit sich trägt. Der Durchschnitt ist zeitlich - integrierte Staubkonzentration dividiert durch Zeit - während der Betriebsdauer der Emissionsquelle für das staubbeladene Abgas, beispielsweise werden in der Praxis hierfür Halbstunden-Mittelwerte während der Betriebsdauer eines EAF angegeben. 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 erfindungsgemäß betriebene Kühlaggregate für höhere Abgastemperaturen einsetzbar als bisher für staubbeladenes Abgas metallurgischer Anlagen eingesetzte Wärmetauscher mit Kreuzstrom des Kühlgases oder Naturzugkühler mit indirekter Wärmeübertragung. Während solche gängigen 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.
Das Abgas wird der Kühlung erfindungsgemäß mit einer Temperatur über 650°C, bevorzugt über 680°C, besonders 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 650°C, bevorzugt über 680°C, besonders bevorzugt über 700°C, aufgrund auftretender Temperaturspannungen nicht langfristig sicher arbeiten kann. Erfindungsgemäß sind Temperaturen bis zu 750°C langfristig sicher 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.
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 Kreuzstrom-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.
Da für die indirekte Kühlung im Gegenstromprinzip mit Änderung, vorzugsweise
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
Kreuzstrom-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 vorzugsweise 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 wird auch für das Abgas die
Strömungsrichtung zumindest einmal geändert, vorzugsweise umgekehrtDamit kann das Abgas der Änderung, bevorzugt Umkehrung, der Strömungsrichtung des Kühlgases gut folgen und eine große Fläche zur Wärmeübertragung sicherstellen, was die Kühlwirkung verbessert.
Leitbleche im Gegenstrom-Kühlgaskanal erhöhen außerdem die Wärmeaustauschfläche und tragen dadurch zu verbesserter Kühlung bei. Außerdem reduzieren sie den
Druckverlust beim Durchströmen der Kanäle. Vorzugsweise strömt das Abgas zur
Kühlung durch Flachtaschen eines Gegenstrom-Abgaskanals, wobei Taschenflächen der Flachtaschen in Schwingung versetzt werden durch die Ströme von Abgas und Kühlgas. Vorzugsweise ruft die Schwingung der Taschenflächen Ablösung von Staubbelag auf den Taschenflächen hervor.
Auf diese Weise werden Staubablagerungen mit geringem Aufwand entfernt und behindern den Wärmeübergang nicht.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine
Vorrichtung zur Kühlung von staubbeladenem Abgas aus einer metallurgischen Anlage, mit zumindest einer Abgaszufuhrleitung,
zumindest einer Abgasabfuhrleitung,
zumindest einer Kühlgaszufuhrleitung,
wobei die Kühlgaszufuhrleitung in zumindest einen Gegenstrom-Kühlgaskanal einmündet,
die Abgaszufuhrleitung in zumindest 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, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstrom-Abgaskanal zumindest einen, vorzugsweise zumindest zwei, flachtaschenformigen Abschnitt mit zumindest einer Einlassöffnung und zumindest einer Auslassöffnung für das Abgas aufweist, der durch Blechplatten begrenzt wird, wobei zwischen einem Paar einander gegenüberliegender Blechplatten einer Flachtasche Versteifungselemente vorhanden sind, und wobei
- bei zumindest zwei flachtaschenförmige Abschnitten, die mit ihren Taschenflächen nebeneinander, bevorzugt weitgehend parallel, liegen, wobei ein Zwischenraum zwischen ihnen besteht, an zumindest einer der beiden Taschenflächen angebrachte Klopfelemente in diesen Zwischenraum hineinragen, und/oder
- bei zumindest einem flachtaschenformigen Abschnitt an einer Taschenfläche, die direkt benachbart zu einer Außenwand des Gegenstrom-Kühlgaskanals liegt, bevorzugt weitgehend parallel, wobei ein Zwischenraum zwischen der Taschenfläche und der Außenwand besteht, an der Taschenfläche und/oder an der Außenwand angebrachte Klopfelemente in diesen Zwischenraum hineinragen.
Unter dem Begriff direkt benachbart ist zu verstehen, dass sich zwischen den beiden direkt benachbarten Partnern nur ein Zwischenraum befindet. Unter Längsrichtung ist 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.
Unter dem Begriff„flachtaschenförmiger Abschnitt" ist im Rahmen dieser Anmeldung ein Abschnitt zu verstehen, dessen Ausdehnung in 2 Dimensionen deutlich größer ist als in der dritten Dimension, wobei diese dritte Dimension im Wesentlichen senkrecht auf der Längsrichtung des Gegenstrom-Abgaskanals steht. Dabei ist unter Längsrichtung die Richtung zu verstehen, in der das Abgas im Betrieb durch den flachtaschenförmigen Abschnitt des Gegenstrom-Abgaskanals strömt, also von der Einlassöffnung in Richtung Auslassöffnung. Der flachtaschenförmige Abschnitt ist auf zwei einander
gegenüberliegenden Seiten in den erstgenannten 2 Dimensionen, die im Verhältnis zur Dicke der Flachtaschen in der dritten Dimension deutlich größer sind, von Blechplatten aus Metall begrenzt. Der flachtaschenförmige Abschnitt ist also in seiner Länge und seiner Breite deutlich größer dimensioniert als in seiner Dicke. Die Ausdehnung in Länge und Breite wird in der Folge auch Taschenfläche genannt.
Insgesamt entspricht die Außenkontur einer Flachtasche im Wesentlichen einer Platte, deren Dicke im Vergleich zur Länge und Breite deutlich kleiner ist.
Zumindest der flachtaschenförmige Abschnitt, bevorzugt der gesamte Gegenstrom- Abgaskanal, ist aus Metall gefertigt, um guten indirekten Wärmeaustausch zu
gewährleisten. Der flachtaschenförmige Abschnitt wird durch Blechplatten - aus Metall - begrenzt.
Die Blechplatten, welche die beiden Taschenflächen einer Flachtasche bilden, liegen einander gegenüber und sind erfindungsgemäß durch Versteifungselemente verbunden. Wenn zwischen Kühlgas und Abgas ein Druckunterschied herrscht, besteht die Gefahr, dass die die Taschenflächen bildenden Blechplatten sich in Richtung des geringeren Druckes einbeulen beziehungsweise vom Bereich des höheren Druckes aus gesehen ausbeulen. Sich ändernde Druckbedingungen würden von Veränderungen des Ausmaßes der Ein- beziehungsweise Ausbeulungen begleitet werden. Das beansprucht das Material und verändert die Strömungsbedingungen gegebenenfalls ungünstig. Um derartige Nachteile zu vermeiden, sind Versteifungselemente vorhanden zwischen einem Paar einander gegenüberliegender Blechplatten einer Flachtasche.
Versteifungselemente können mit beiden Blechplatten verbunden sein oder nur mit einer. Durch die Versteifungselemente werden die Blechplatten daran gehindert, sich ein- beziehungsweise auszubeulen - die Flachtaschen werden also versteift.
In der Regel wird das Abgas durchgesaugt und das Kühlgas durchgeblasen. In der Regel besteht also im Gegenstrom-Kühlgaskanal ein größerer Druck als im Gegenstrom- Abgaskanal.
Ein Kühlgasgebläse, das Kühlgas in die erfindungsgemäße Vorrichtung bläst, baut in der Regel einen Überdruck von circa 300 Pascal. Abgas einer metallurgischen Anlage wird in der Regel mit einem Unterdruck von etwa 500 Pascal der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt. Beim Durchlaufen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommt in der Regel ein Druckverlust von etwa 700 Pascal hinzu. Insgesamt besteht somit eine Druckdifferenz von etwa 1500 Pascal zwischen Gegenstrom-Kühlgaskanal und Gegenstrom-Abgaskanal. Das entspricht einem Druck von etwa 150 kg/m2 auf die Blechplatten der Taschenflächen in Richtung Abgas.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt mit einer Druckdifferenz zwischen Abgas im Gegenstrom-Abgaskanal und Kühlgas im Gegenstrom-Kühlgaskanal in einem Bereich zwischen 500 und 3000 Pascal durchgeführt. Bei höheren Druckdifferenzen wird das Material so sehr beansprucht, dass mittelfristig ein Versagen zu erwarten ist.
Die Vorrichtung kann so ausgeführt sein, dass zumindest zwei flachtaschenförmige Abschnitte mit ihren Taschenflächen nebeneinander liegen, bevorzugt weitgehend parallel, wobei ein Zwischenraum zwischen den beiden direkt benachbarten
Taschenflächen der verschiedenen flachtaschenförmigen Abschnitte besteht.
Durch diesen Zwischenraum strömt im Betrieb Kühlgas im Gegenstrom zum Abgas in den flachtaschenförmigen Abschnitten, er ist also Teil des Gegenstrom-Kühlgaskanals.
An zumindest einer der Taschenflächen - beziehungsweise der sie bildenden
Blechplatten - angebrachte Klopfelemente ragen in den Zwischenraum hinein.
Die Vorrichtung kann auch so ausgeführt sein, dass bei zumindest einem
flachtaschenförmigen Abschnitt an einer Taschenfläche, die direkt benachbart zu einer Außenwand des Gegenstrom-Kühlgaskanals liegt, bevorzugt weitgehend parallel, wobei ein Zwischenraum zwischen der Taschenfläche und der Außenwand besteht. Durch diesen Zwischenraum strömt im Betrieb Kühlgas im Gegenstrom zum Abgas in den flachtaschenförmigen Abschnitten, er ist also Teil des Gegenstrom-Kühlgaskanals. Die Außenwand des Gegenstrom-Kühlgaskanals ist eine Wand, die den Gegenstrom- Kühlgaskanal gegen die Außenatmosphäre abgrenzt.
An der Taschenfläche und/oder an der Außenwand angebrachte Klopfelemente ragen in den Zwischenraum hinein.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind fluchtend angeordnet:
- Klopfelemente an direkt benachbarten Taschenflächen verschiedener Flachtaschen, und/oder
- Klopfelemente an direkt benachbarten Taschenflächen und Außenwänden.
Klopfelemente an direkt benachbarten Taschenflächen beziehungsweise an direkt benachbarter Taschenfläche und Außenwand sind also bevorzugt derart angeordnet, dass sie im Fall einer genügend großen Bewegung einer Taschenfläche in Richtung der direkt benachbarten Taschenfläche beziehungsweise in Richtung Außenwand ein
Klopfelement dieser Taschenfläche beziehungsweise der Außenwand berühren können. Eine derartige Anordnung wird im Rahmen dieser Anmeldung als fluchtend bezeichnet. Zwischen fluchtenden Klopfelementen besteht ein Spalt; üblicherweise in der
Größenordnung mehrerer Millimeter. Die Größe des Spaltes ist so gewählt, dass fluchtende Klopfelemente beim Betrieb der Vorrichtung aneinanderstoßen.
Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Taschenflächen zwar durch die Versteifungselemente weitgehend an einer Ausbeulung beziehungsweise Einbeulung gehindert, jedoch können die Blechplatten der Taschenflächen durch die Gasströme von Kühlgas und Abgas in Schwingungen versetzt werden - speziell durch Schwankungen in der Druckdifferenz zwischen Abgas und Kühlgas. Durch die Schwingungen werden die Klopfelemente einer Taschenfläche in Richtung der Klopfelemente der direkt
benachbarten Taschenfläche bewegt. Bei entsprechend großer Bewegung der
Blechplatten - und damit eines Klopfelementes - stoßen fluchtende Klopfelemente aufeinander beziehungsweise stoßen Klopfelemente an direkt benachbarte
Taschenflächen oder Außenwände. Dieser Stoß pflanzt sich in die Flachtaschen fort und führt durch Erschütterung zur Loslösung von Staubbelag. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung ermöglicht also eine Selbstreinigung des Gegenstrom-Abgaskanals im Betrieb. Die einfache Konstruktion zur Ermöglichung dieses Selbstreinigungseffektes gewährleistet einen weitgehend gleichbleibend guten Wärmeübergang und Gasfluss bei minimiertem Wartungs- und Investitionsaufwand.
Der losgelöste Staub wird vorzugsweise zumindest zum Teil in eine von der
erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassten Staubaustragsvorrichtung überführt - in die er beispielsweise hineinfällt - und dort aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgetragen.
Erfindungsgemäß umfasst der Gegenstrom-Abgaskanal einen oder mehrere
flachtaschenformige Abschnitte mit zumindest einer Einlassöffnung und zumindest einer Auslassöffnung für Abgas - auch Flachtaschen genannt -, wobei eine Flachtasche also ein metallischer Blechkanal ist, durch den das Abgas hindurchgeleitet wird. Bevorzugt umfasst eine Flachtasche zumindest parallele Flachtaschenflächen. Nach einer
Ausführungsform sind alle Begrenzungsflächen einer Flachtasche paarweise parallel. Es können aber auch nicht parallele Begrenzungsflächen vorhanden sein, beispielsweise Begrenzungsflächen, welche die Dicke der Flachtasche ausmachen - auch
Längsseitenflächen genannt. Beispielsweise können solche Längsseitenflächen gekantet ausgeführt sein.
Bevorzugt sind die Wände der Flachtaschen aus Dünnblech mit Dicken von 2mm bis 5mm - als bevorzugte Dicke hat sich 3mm herausgestellt. Diese Dicken gewährleisten, dass eine wirtschaftliche Fertigung, Montage und eine wartungsarme Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet ist und die notwendigen Eigenschaften - guter Wärmeübergang, ausreichende Steifigkeit, möglichst geringes Gewicht und ausreichende Abrasionsbeständigkeit im Abgaskanal - der Flachtaschen gegeben sind. Eine typische Flachtasche ist 3,6,9 oder 12 m lang, und 1 , eineinhalb, 2 oder 3 m breit, und 50 bis 150 mm dick.
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 Gegenstrom- Kühlgaskanal 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 Gegenstrom- Abgaskanal 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 umfasst die Vorrichtung eine
Staubaustragvorrichtung.
Die Staubaustragsvorrichtung kann beispielsweise eine Zellradschleuse oder eine Schnecke oder ein Kettenförderer sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Übergangsabschnitt zwischen den zumindest zwei Abschnitte des Gegenstrom-Abgaskanals mit verschiedenen orientierten Längsrichtungen vorhanden, der die 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 Gegenstrom- Abgaskanals, 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.
Von den Flachtaschen durch die Klopfelemente abgelöster Staub kann auch in solchen Staubaustragsvorrichtungen aufgefangen und aus der Vorrichtung ausgetragen werden. Das ist besonders ausgeprägt, wenn eine Umkehrung der Strömungsrichtung ausgehend 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 μηη 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 der Effizienz der Kühlung können im 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.
Ein Versteifungselement kann beispielsweise ein Rahmen sein, oder nicht ebene
Metallbleche wie beispielsweise Trapezbleche, oder Rippen, oder miteinander
verbundene Noppen in den die Taschenflächen bildenden Blechplatten, oder
Abstandhalter. Abstandhalter sind beispielsweise als Stäbe ausgeführt. Es können auch mehrere Arten von Versteifungselementen in einer Flachtasche vorhanden sein, beispielsweise Stäbe zwischen den Taschenflächen, und Trapezbleche als Verbindung der Bleche der Taschenflächen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform bestehen zumindest ein Versteifungselement und zumindest ein Klopfelemente aus einem einzigen Werkstück; beispielsweise aus einem Stab, der zumindest eine Blechplatte einer Taschenfläche durchsetzt und mit ihr verbunden ist. Er ragt auf zumindest einer Seite in den Zwischenraum hinein und dient dort als Klopfelement. Zwischen den Taschenflächen der Flachtasche dient er als
Versteifungselement.
Durch diese Ausführungsform ist der Fertigungsaufwand für die erfindungsgemäße
Vorrichtung reduziert und Ausbreitung von durch Klopfen hervorgerufenen Schwingungen verbessert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand schematischer Figuren beispielhaft beschrieben.
Figur 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf. Figur 2 zeigt schematisch eine von außen erfolgende räumliche Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Schrägansicht.
Figur 4 zeigt eine Schrägansicht eines flachtaschenförmigen Abschnitts, genannt Flachtasche. Figur 5a/b zeigt schematisch, fluchtend angeordnete Klopfelemente.
Beschreibung der Ausführungsformen
Beispiele Figur 1 zeigt schematisch den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Zu sehen ist eine Vorrichtung 1 zur Kühlung von staubbeladenem Abgas aus einer metallurgischen Anlage, mit einer Abgaszufuhrleitung 2, einer Abgasabfuhrleitung 3, einer
Kühlgaszufuhrleitung 4. Sie ist dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kühlgaszufuhrleitung 4 in einen Gegenstrom-Kühlgaskanal 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 stehende 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 oder EAF, 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 Gegenstrom- Abgaskanals 6 umfasst eine Staubaustragsvorrichtung 10, dargestellt eine
Zellradschleuse.
Der Gegenstrom-Kühlgaskanal 5 mündet in eine Kühlgasabfuhrleitung 1 1 . Dadurch ist es einfach möglich, nach Kühlung des Abgases das erwärmte Kühlgas zur Nutzung seines Wärmeinhaltes über die Kühlgasabfuhrleitung 1 1 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 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, Gegenstrom- Kühlgaskanäle 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.
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Kühlung von staubbeladenem Abgas aus einer metallurgischen Anlage, die analog zu Figur 1 betrieben wird.
Heißes staubbeladenes Abgas 16 tritt rechts in die Vorrichtung ein in die
Abgaszufuhrleitung 2 und links tritt gekühltes staubbeladenes Abgas 17 aus, aus der Abgasabfuhrleitung 3. Kühles Kühlgas 18 tritt links in die Vorrichtung ein in die
Kühlgaszufuhrleitung 4, und erwärmtes Kühlgas 19 tritt rechts aus der Vorrichtung aus, aus der Kühlgasabfuhrleitung 1 1. Die Abgaszufuhrleitung 2 mündet in
flachtaschenförmige Abschnitte 20,20' eines Gegenstrom-Abgaskanals ein - zur besseren Übersichtlichkeit sind nur zwei flachtaschenförmige Abschnitte mit Bezugszeichen versehen. Die Kühlgaszufuhrleitung 4 mündet in einen Gegenstrom-Kühlgaskanal 21 ein, der vom Raum zwischen den flachtaschenförmigen Abschnitten und den Außenwänden 21 gebildet wird - zur besseren Übersichtlichkeit ist nur eine der Außenwände des Kühlgaskanals mit Bezugszeichen 38 versehen. Gegenstrom-Kühlgaskanal und
Gegenstrom-Abgaskanal sind zur gegenseitigen indirekten Gegenstrom-Gas-Gas Wärmeübertragung ausgeführt. Der Gegenstrom-Kühlgaskanal weist hier zwei jeweils vertikal und parallel zueinander stehende Abschnitte 7,8 mit verschiedenen orientierten Längsrichtungen auf. Das Abgas wird durch das Kühlgas - im vorliegenden Fall dient Luft als Kühlgas, also Kühlluft -, mittels indirekter Wärmeübertragung gekühlt. Abgasströmung und Kühlgasströmung sind schematisch dargestellt durch Linien, die die Pfeile 16 und 17 beziehungsweise die Pfeile 18 und 19 verbinden. Dabei wird für das Kühlgas die
Strömungsrichtung zwischen den beiden Abschnitten 7,8 umgekehrt. Der Übergang zwischen den Abschnitten 7,8 erfolgt durch die Öffnung 22. Das Abgas stammt aus einer metallurgischen Anlage, beispielsweise aus einem
Konverter oder EAF, und wird der Kühlung mit einer Temperatur bis zu 700°C zugeführt. Das Abgas wird im Gegenstromprinzip gekühlt. Auch der Gegenstrom-Abgaskanal 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 Gegenstrom- Abgaskanals umfasst eine Staubaustragsvornchtung 10, dargestellt eine Zellradschleuse. Der Gegenstrom-Kühlgaskanal mündet in die Kühlgasabfuhrleitung 1 1. Dadurch ist es einfach möglich, nach Kühlung des Abgases das erwärmte Kühlgas zur Nutzung seines Wärmeinhaltes über die Kühlgasabfuhrleitung 1 1 einer Nutzung seines Wärmeinhaltes zuzuführen, was der Übersichtlichkeit halber nicht extra dargestellt ist. Versteifungselemente und Klopfelemente sind zur besseren Übersichtlichtkeit in Figur 3 nicht dargestellt, sondern werden in den nachfolgenden Figuren erläutert.
Figur 4 zeigt eine Schrägansicht auf einen flachtaschenförmigen Abschnitt, genannt Flachtasche 23. Abgas dargestellt durch einen Pfeil tritt links in die Flachtasche ein und rechts aus. Die Ausdehnung der Flachtasche ist in 2 Dimensionen a,b deutlich größer als in der dritten Dimension c, wobei diese dritte Dimension c im Wesentlichen senkrecht auf der Längsrichtung des Gegenstrom-Abgaskanals steht. Dabei ist unter Längsrichtung die Richtung zu verstehen, in der das Abgas im Betrieb durch den flachtaschenförmigen Abschnitt strömt, also von der Einlassöffnung links in Richtung Auslassöffnung rechts. Der flachtaschenförmige Abschnitt ist auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten in den erstgenannten 2 Dimensionen, die im Verhältnis zur Dicke der Flachtaschen in der dritten Dimension c deutlich größer sind, von Blechplatten 24, 25 aus Metall begrenzt. Der flachtaschenförmige Abschnitt ist also in seiner Länge und seiner Breite deutlich größer dimensioniert als in seiner Dicke. Die Ausdehnung in Länge und Breite wird auch
Taschenfläche genannt.
Insgesamt entspricht die Außenkontur der Flachtasche im Wesentlichen einer Platte, deren Dicke im Vergleich zur Länge und Breite deutlich kleiner ist.
Der flachtaschenförmige Abschnitt wird durch Blechplatten - aus Metall - begrenzt; an den Längsseitenflächen 26, 27 durch gekantete Metallbleche.
Dargestellt sind auch als Stäbe ausgeführte Versteifungselemente 28,29 zwischen den Blechplatten 24,25 der Taschenflächen. Sie sind mit beiden Blechplatten 24,25 verbunden. Ebenso sind dargestellt an beiden Taschenflächen angebrachte
Klopfelemente 30,31 ,32. Versteifungselement 28 und Klopfelemente 31 ,32 bestehen aus einem einzigen Werkstück; und zwar aus einem Stab, der beide Blechplatten 24,25 der Taschenflächen durchsetzt und mit ihnen verbunden ist. Wenn sich direkt benachbart zur Flachtasche 23 eine weitere Flachtasche oder eine Außenwand befindet, ragt der Stab in die dazwischen gebildeten Zwischenräume hinein und dient als Klopfelemente. Zwischen den Taschenflächen der Flachtasche dient er als Versteifungselement. Figur 5a zeigt schematisch, wie fluchtend angeordnete Klopfelemente 33,34 - wie in Figur 4 aus einem Stab, der auch als Versteifungselement dient, gebildet - in den
Zwischenraum 35 zwischen zwei Flachtaschen 36,37 hineinragen. Figur 5b zeigt schematisch, wie sie aufeinanderstoßen - dargestellt durch einen Stern -, wenn die beiden Flachtaschen entsprechend aufeinander zu vibrieren.
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 Abgasabfuhrleitung
4 Kühlgaszufuhrleitung
5 Gegenstrom-Kühlgaskanal
6 Gegenstrom-Abgaskanal
7 Abschnitt Gegenstrom-Kühlgaskanal
8 Abschnitt Gegenstrom-Kühlgaskanal
9 Übergangsabschnitt
10 Staubaustragsvorrichtung
1 1 Kühlgasabfuhrleitung
12 Vorrichtungen zur stetigen Regelung des
Kühlgasflusses
13a, 13b, 13c Kühlgaszufuhrleitungen
14 Boden
15a, 15b, 15c Gebläse
16 Abgasströmung
17 Kühlgasströmung
18 kühles Kühlgas
19 erwärmtes Kühlgas
20, 20' flachtaschenförmige Abschnitte
21 Gegenstrom-Kühlgaskanal
22 Öffnung
23 Flachtasche
24, 25 Blechplatte
26, 27 Längsseitenflächen
28, 29 Versteifungselemente
30, 31 , 32 Klopfelemente
33, 34 fluchtend angeordnete Klopfelemente
35 Zwischenraum
36, 37 Flachtaschen
38 Außenwand des Kühlgaskanals

Claims

Ansprüche
1 ) Verfahren zur Kühlung von staubbeladenem Abgas aus einer metallurgischen Anlage, wobei das Abgas durch ein Kühlgas mittels indirekter Wärmeübertragung gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
das Abgas der Kühlung mit einer Temperatur über 650°C, bevorzugt über 680°C, besonders bevorzugt über 700°C zugeführt wird, und 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 einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch für das Abgas die Strömungsrichtung zumindest einmal geändert, vorzugsweise umgekehrt, wird.
4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas zur Kühlung durch Flachtaschen eines Gegenstrom-Abgaskanals strömt, wobei Taschenflächen der Flachtaschen in Schwingung versetzt werden.
5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung der Taschenflächen Ablösung von Staubbelag auf den Taschenflächen hervorruft.
6) Vorrichtungzur Kühlung von staubbeladenem Abgas aus einer metallurgischen Anlage, mit
zumindest einer Abgaszufuhrleitung,
zumindest einer Abgasabfuhrleitung,
zumindest einer Kühlgaszufuhrleitung,
wobei die Kühlgaszufuhrleitung in zumindest einen Gegenstrom-Kühlgaskanal einmündet,
die Abgaszufuhrleitung in zumindest 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,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstrom-Abgaskanal zumindest einen, vorzugsweise zumindest zwei, flachtaschenformigen Abschnitt mit zumindest einer Einlassöffnung und zumindest einer Auslassöffnung für das Abgas aufweist, der durch Blechplatten begrenzt wird, wobei zwischen einem Paar einander gegenüberliegender Blechplatten einer Flachtasche Versteifungselemente vorhanden sind,
und wobei
- bei zumindest zwei flachtaschenförmige Abschnitten, die mit ihren Taschenflächen nebeneinander, bevorzugt weitgehend parallel, liegen, wobei ein Zwischenraum zwischen ihnen besteht, an zumindest einer der beiden Taschenflächen angebrachte Klopfelemente in diesen Zwischenraum hineinragen, und/oder
- bei zumindest einem flachtaschenformigen Abschnitt an einer Taschenfläche, die direkt benachbart zu einer Außenwand des Gegenstrom-Kühlgaskanals liegt, bevorzugt weitgehend parallel, wobei ein Zwischenraum zwischen der Taschenfläche und der Außenwand besteht, an der Taschenfläche und/oder an der Außenwand angebrachte Klopfelemente in diesen Zwischenraum hineinragen. 7) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass fluchtend angeordnet sind:
- Klopfelemente an direkt benachbarten Taschenflächen verschiedener Flachtaschen, und/oder
- Klopfelemente an direkt benachbarten Taschenflächen und Außenwänden.
8) Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Abschnitte des Gegenstrom-Kühlgaskanals (5) mit verschiedenen orientierten Längsrichtungen weitgehend vertikal stehen.
9) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstrom-Kühlgaskanal (5) in eine Kühlgasabfuhrleitung (1 1 ) mündet.
10) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Gegenstrom-Abgaskanal (6) zumindest zwei Abschnitte mit verschieden orientierten Längsrichtungen auf weist, die vorzugsweise parallel stehen.
1 1 ) Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Abschnitte des Gegenstrom-Abgaskanals (6) mit verschieden orientierten
Längsrichtungen weitgehend vertikal stehen.
12) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Staubaustragvorrichtung umfasst.
13) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Übergangsabschnitt (9) zwischen den zumindest zwei Abschnitten des Gegenstrom- Abgaskanals (6) mit verschiedenen orientierten Längsrichtungen vorhanden ist, der die Staubaustragsvorrichtung (10) umfasst. 14) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Versteifungselement ein Mitglied ist aus der Gruppe bestehend aus:
- Rahmen,
- Noppen und/oder Rippen im Metallblech, - Abstandhalter, bevorzugt Stab.
15) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Versteifungselement und zumindest ein Klopfelement aus einem einzigen Werkstück besteht.
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