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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Wärme aus verdampfte, flüssige und eutektische Komponenten enthaltendem Gas, indem es mit den Heizflächen des Wärmeübertragers in Berührung gebracht wird.
Die Prozessindustrie erzeugt grosse Mengen von Heissgasen, bei denen die Wiedergewinnung von Wärme durch die in den Gasen enthaltenen, die Heizflächen stark verschmutzenden verdampften oder flüssigen Komponenten wesentlich erschwert wird. Ein typisches Beispiel sind die Abgase der pyrometallurgischen Industrie. Die Reinhaltung von Heizflächen ist mit den derzeit angewandten Methoden oft ein unüberwindliches Problem, das eine Verringerung der Verfügbarkeit und dadurch hohe Kosten zur Folge hat.
Es ist bereits bekannt, Reinigungsteilchen, wie beispielsweis Stahlkugeln, zum Reinigen von Heizflächen einzusetzen, welche von feststoffhaltigen Gasen umspült werden. Derartige Massnahmen sind beispielsweise in der GB-PS 715 935 und der US-PS 2 864 587 beschrieben. Dabei fallen die Reinigungsteilchen durch ihr eigenes Gewicht auf und über die Heizflächen. Durch diese Massnahme ist es jedoch nicht möglich, Schmutzablagerungen auf den Heizflächen von vornherein zu verhindern. Durch Einsatz der bekannten Reinigungsteilchen werden die Nachteile, die durch die Ablagerung von Schmutzschichten entstehen, zwar vermindert, jedoch nicht beseitigt.
Erfahrungsgemäss sind die Reinigungsprobleme am grössten in einem, für den jeweiligen Prozess eigenen Temperaturbereich, wo sich ein Teil der festen Verbindungen in eutektischem Zustand befindet. Bei nichteisenmetallurgischen (non-ferrous) Schmelzprozessen z. B. genügen oft geringen Zn-, As- und Pb-Gehalte, um den gesamten Staub in einen eutektischen Zustand zu bringen. Der in eutektischem Zustand befindliche Staub setzt sich an den Heizflächen an und bildet insbesondere beim Kristallisieren eine Schmutzschicht, deren Beseitigung mit den bekannten Reinigungsverfahren (pneumatischen oder mechanischen Reinigungsverfahren) in einigen Fälle eine unmögliche Aufgabe darstellt.
Felduntersuchungen haben gezeigt, dass die besten Verfügbarkeitswerte mit Dampfkesseln erreicht wurden, in denen-durch den Charakter des Prozesses bestimmteine natürliche Erosion der Ablagerungen beobachtet wurde. Anhand der Form der Schmutzschicht hat man auch feststellen können, dass nicht einmal mit wirkungsvollen pneumatischen oder mechanischen Reinigungsvorrichtungen die Schmutzablagerungen merklich beeinflusst werden konnten. Die Erosion dagegen hat die der Strömungsrichtung parallelen Heizflächen verhältnismässig rein gehalten.
Auf diesen Beobachtungen beruht der Gedanke, gelenkte Erosion bei der Reinigung von Heizflächen auszunützen, die sich anderenfalls nur schwerlich sauber halten lassen. Das im folgenden beschriebene, auf gelenkter Erosion basierende Verfahren zur Wärmewiedergewinnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gastemperatur vor dem Wärmeübertrager unter den eutektischen Temperaturbereich der Schmelztropfen gesenkt wird, indem dem Gas im Wärmeübertrager abgekühlte, vom Gas getrennte zirkulierte und eventuell auch andere Feststoffpartikeln beigemischt werden.
Die Figur zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Wärmewiedergewinnungsverfahrens.
Bei der in der Figur dargestellten Vorrichtung durchfliesst das heisse, verdampfte und flüssige Komponenten enthaltende Gas einen mit Strahlungsflächen bestückten Kanal (1). Die Gastemperatur ist beim Nahen des Wärmeübertragers (2) nahe der oberen Grenze des eutektischen Bereichs. Die Temperatur nach dem Wärmeübertrager wird ausreichend unterhalb des eutektischen Temperaturbereichs gewählt, d. h. dass der im Gas enthaltene Staub pulverförmig ist und keine Ablagerungen auf den Heizflächen zur Folge hat.
Der für die Reinhaltung der Heizflächen erforderliche Reinigungseffekt wird erreicht, indem in den Wärmeüberttager so viel reinigenden Staub aufbereitet wird, dass er durch Vermischen in Pos. 3 mit dem in den Wärmeübertrager hinein strömenden staubhaltigen Gas die Temperatur des Gemisches nahe der Grenze des eutektischen Bereichs senkt.
Nach dem in Pos. 3 erfolgten Vermischen und Temperaturabfall strömt die genügend schleifende Partikeln enthaltende Suspension durch den Wärmeübertrager (2), wobei sie durch die Erosion eine Zunahme der Ablagerungen auf den Heizflächen verhindert
Hinter dem Wärmeübertrager (2) ist die Suspension unter den eutektischen Bereich abgekühlt, und sie wird tangential durch einen Kanal (4) einem Durchströmungszyklon (5) zugeführt, wovon die nahezu staubfreien Gase sich über ein Mittelrohr (6) verlassen und der abgeschiedene Feststoff über ein Rohr (7) zurück zum Gasstrom im Kanal (1), Pos. 3, vor dem Wärmeübertrager geführt wird. Für das Rücklaufrohr (7) wird für den zirkulierenden Feststoff eine Anzapfung (8) vorgesehen, womit sich Feststoffstrom und Erosionswirkung verstellen lassen.
Als Umlaufmaterial kann bevorzugt prozesseigener Feststoff oder ein anderes billiges Material, wie z. B. Sand, verwendet werden, das über ein Rohr (9) der Anlage aufgegeben wird.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren werden folgende Vorteile erreicht :
1. Durch die gelenkte Erosionswirkung werden die Heizflächen rein gehalten.
2. Das Vermischen hat einen schnellen Temperaturabfall zur Folge.
3. Es wird ein sog. Trockenwäsche-Effekt erzielt, weil die zirkulierenden Feststoffpartikeln die in der
Dampfphase auf der Oberfläche angesetzten Verbindungen kondensieren.
4. Schwefelemissionen können z. B. durch Umlaufmaterial auf Ca-Basis herabgesetzt werden.
5. Strahlungs- und Konvektionswärmeübergang werden wirksamer.
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Das erfindungsgemässe Verfahren weist folgende Funktionsbereiche auf : Gasgeschwindigkeit 3-20 m/s Partikelgehalt des Gases 10 - 500 g/mol
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- 1500 0 CGasaustrittstemperatur 500-1200 C Mittlerer Durchschnitt der Partikeln 100-2000 jam Beispiel l Abgaswerte einer Cu-Schmelzerei :
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<tb>
<tb> Gasstrom <SEP> molls <SEP> 1740
<tb> Staubgehalt <SEP> g/mol <SEP> 2. <SEP> 7 <SEP>
<tb> Temperatur <SEP> C <SEP> 1400
<tb>
Die Abgase werden durch Strahlungskühlung im Kanal (1) auf ca. 900 C abgekühlt, womit ein, hinsichtlich
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Abgasen enthaltene Partikel angereicht
Beispiel 2
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Na 20. 8 %
S 5. 2%
0 35. 1 %
H 3. 4%
Wird die Verbrennung in einem gewöhnlichen Sodakessel vorgenommen, führen die Rauchgase ca. 30 % des aufgegebenen Schwefels und 10 % des aufgegebenen Natriums aus der Brennkammer teilweise als gasförmige Verbindungen und teilweise als winzige Schmelztropfen mit.
Vollzieht sich die Verbrennung in einer getrennten Brennkammer, können die Rauchgase nach der Verbrennungszone sogar 50 % des Schwefels und 30 % des Natriums enthalten. Beim Abkühlen der Rauchgase bilden die anorganischen Chemikalien in ersten Linie Natriumsulfat, Natriumkarbonat und Schwefeldioxid. Je nach Zusammensetzung der Lauge und Betriebsverhältnissen kann dies in einigen Fällen die Bildung einer problematischen NatriumpyrosulfatAblagerung auf den Heizflächen zur Folge haben.
Im Falle der oben genannten Brennkammer sind die Abgaswerte wie folgt
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<tb>
<tb> Gasstrom <SEP> molls <SEP> 840
<tb> Na-Strom <SEP> molls <SEP> 4. <SEP> 56 <SEP>
<tb> S-Strom <SEP> molls <SEP> 2. <SEP> 75 <SEP>
<tb> Temperatur <SEP> oc <SEP> 900
<tb> Staub <SEP> (kond.) <SEP> g/mol <SEP> 0. <SEP> 23 <SEP> (10. <SEP> 3 <SEP> g/Nm <SEP> ).
<tb>
Wärmekapazitätstrom <SEP> des <SEP> Gases <SEP> 29. <SEP> 4 <SEP> kW/ C <SEP>
<tb> Gastemperaturen <SEP> : <SEP>
<tb> vor <SEP> dem <SEP> Ubertrager <SEP> 870 <SEP> C <SEP>
<tb> nach <SEP> der <SEP> Beimischung <SEP> 700 <SEP> OC
<tb> nach <SEP> dem <SEP> Übertrager <SEP> 550 <SEP> oc
<tb>
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EMI3.1
<tb>
<tb> Umlaufender <SEP> Wärmekapazitätsstrom <SEP> 33. <SEP> 0 <SEP> kW/ C
<tb> Umlaufender <SEP> Massenstrom <SEP> (0.8 <SEP> kJ/kg <SEP> C) <SEP> 41.7 <SEP> kg/s
<tb> Staubgehalt <SEP> des <SEP> Gases <SEP> im <SEP> Übertrager <SEP> 50 <SEP> g/mol
<tb>
Der Umlaufstrom besteht aus dem Na2CO3-basierte Staub der Rauchgase sowie aus den bei Pos. 3
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PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Wiedergewinnung von Wärme aus einem Schmelztropfen enthaltendem Gas, indem es mit den Heizflächen eines Wärmeübertragers in Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastemperatur vor dem Wärmeübertrager unterhalb des eutektischen Temperaturbereichs der Schmelztropfen gesenkt wird, indem dem Gas im Wärmeübertrager abgekühlte, vom Gas getrennte zirkulierte und eventuell auch andere Feststoffpartikeln beigemischt werden.
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