DD210736B1

DD210736B1 - Verfahren und kanalsystem zum transport von heissgasen

Info

Publication number: DD210736B1
Application number: DD24389482A
Authority: DD
Inventors: Helmut Gorke; Bernd Albrecht; Helmut Fiedler; Hans Rietz; Hans-Bernd Warg
Original assignee: Petrolchemisches Kombinat
Priority date: 1982-10-11
Filing date: 1982-10-11
Publication date: 1989-01-11
Also published as: DD210736A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Kanalsystem zum Transport von Heißgasen aus Verbrennungsanlagen zu Dampferzeugern, insbesondere aus Drehrohröfen zu räumlich getrennt angeordneten Dampferzeugern.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, heiße Rauchgase von Verbrennungsöfen in ausgemauerten und oftmals gekühlten Abgaskanälen abzuführen.

Bei den meisten Dampferzeugeranlagen ist im allgemeinen die Verbrennungseinrichtung direkt mit dem Dampfkessel verbunden, so daß ein eingens für den Transport der heißen Verbrennungsgase zur Brennkammer des Dampferzeugers vorgesehenes Kanalsystem nicht erforderlich ist. Bei Rauchgastemperaturen im Bereich von 400 bis 1200⁰C werden die Abgaskanäle mit einer Isolierschicht und teils mit einer feuerfesten Auskleidung, beispielsweise Feuerbeton oder Schamotte versehen.

Durch die Ausmauerung wird erreicht, daß die Kanalaußenwand einer begrenzten Beanspruchungstemperatur ausgesetzt wird, die unterhalb der zulässigen Materialtemperatur liegt, wobei eine Abkühlung der Abgase angestrebt wird.

Zur Kühlung der Abgase sind weiterhin Lösungen bekannt, wo die abgeführte Wärme der Abgase wirtschaftlich genutzt wird, indem die Abgaskanäle mittels Wasser gekühlt werden. Das Wasser strömt dabei durch Kühlmäntel, Kühlrohre oder Kühlschlangen, erwärmt sich, und das erzeugte Warmwasser kann energetisch genutzt werden, wie in DD-PS 135111, DE-AS 1934486 oder DD-PS 151997 betrieben ist.

Des weiteren ist bekannt, als Kühlmittel für die Abgase Luft zu verwenden, wobei auch hier die an die Luft abgeführte Wärme genutzt wird. Diese Luftvorwärmer oder Rekuperatoren sind nach DE-PS 3043804 und DE-OS 2301952 als Gegen-oder Gleichstromapparate ausgeführt.

Zur Verminderung des erosiven Verschleißes und Erhöhung der Standzeit der Auskleidung sowie zur Absenkung der Wandungstemperaturen wird gemäß DD-PS 138813 ein ausgemauerter und luftgekühlter Rauchgaskanal vorgeschlagen. Die Luft strömt dabei durch einen Außenmantel, der mit einer Isolierschicht bedeckt ist.

Durch die aus der Brennkammer rückgeführten heißen Rauchgase soll die in die Mühle zugeteilte Kohle vorgetrocknet werden.

Nachteil dieser Lösung ist, daß diese Rauchgaskühlung mit bekanntermaßen großen Wärmeübergangszahlen auf der Luftseite zu hohen Wärmeströmen führt, wodurch eine zusätzliche Außenisolierung des Außenmantels erforderlich wird. Der mit Rippen ausgesteifte Doppelmantel und der mit Ringen abgestützte Außenmantel sind material- und fertigungstechnisch sehr aufwendig.

Bei der Bemessung der Abgasquerschnitte wird die Rauchgasmenge und die bekannte Kontinuitätsgleichung zugrundegelegt, was bei Gasteilstromentnahme zu einer Querschnittsverringerung führt. Nach DE-OS 2801282 ist bekannt, Luftkanäle und nicht ausgemauerte Stahlrohre bei niedrigen Betriebstemperaturen teleskopartig zu koppeln, wobei als Verbindungselemente lose Flanschrahmen verwendet werden. Nachteil dieser Lösung ist die Nichtanwendbarkeit dieses Verbindungsprinzips für Systeme mit unterschiedlichen Werkstoffen und Temperaturen an der Verbindungsstelle, wo insbesondere bei Heißgasen aufgrund der dann eintretenden unterschiedlichen Längenänderungen Schäden, wie Risse, Brüche oder Verformungen auftreten würden.

Die aus dem Stand der Technik bekannte Rauchgaskühlung ist mit einer wesentlichen Absenkung des Wärmeinhaltes und damit der Rauchgastemperatur verbunden. Bei einem Transport von Heißgasen als Energieträger aus Verbrennungsanlagen zu Dampferzeugern, wo ein energetisch möglichst verlustfreier Transport der Heißgase zu den Dampferzeugern erforderlich ist, sind die bekannten Lösungen der Rauchgaskühlung nicht übertragbar, weil ein zu hoher Energieverlust beim Heißgastransport oder die Ausbildung eines Wärmestaues zwischen Heißgas und Ausmauerung und damit zu hohe Materialtemperaturen bezüglich Auskleidung und Rohrmaterial sowie die Entstehung zu hoher Temperaturdifferenzen zwischen benachbarten Heißgasrohren nach Heißgasteilstromentnahme und damit ungleichmäßiger Längenänderungen die Folgen wären.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens und eines Kanalsystems zum Transport von Heißgasen aus Verbrennungsanlagen zu Dampferzeugern, die sich durch einen geringen Energieverlust und einen geringen apparativen Aufwand auszeichnen und eine Brennstoffsubstitution bei vorhandenen Dampferzeugern durch Einsatz einer separaten Verbrennungseinrichtung und Verbindung derselben mit den Dampferzeugern ermöglichen.

Darlegung das Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, heiße Verbrennungsgase mit Temperaturen zwischen 800 und 1500⁰C von einer Verbrennungsanlage zu Dampferzeugern, die räumlich getrennt angeordnet sind, bei maximaler Heißgasenergieausnutzung unter Beachtung der zulassigen Materialbeanspruchungen zu transportieren.

Erfindungsgemäß ist das Verfahren zum Transport von Heißgasen aus Verbrennungsanlagen zu Dampferzeugern durch Führen von Heißgasen mit einer Temperatur von 800 bis 1500⁰C und Verbrennungsluft im Gegenstrom im wesentlichen dadurch charakterisiert, daß dem Heißgasstrom mehrere Teilgasströme entnommen werden, die Verbrennungsluft sich aus einem Hauptluftstrom und in diesen mündende Teilluftströme zusammensetzt und das Verhältnis der Summe der Teilluftmengen zur Hauptluftmenge 1:0,5 bis 1:2 Vol.-Teile beträgt.

Zur Durchführung des Verfahrens ist das erfindungsgemäße Kanalsystem zum Transport von Heißgasen aus Verbrennungsanlagen zu Dampferzeugern, bestehend aus mehreren mit einer feuerfesten Auskleidung ausgemauerten, hintereinander geschalteten, durch lose, entlastete Verbindungen miteinander gekoppelten Heißgaskanälen, im wesentlichen dadurch charakterisiert, daß an die Heißgaskanäle ausgemauerte Abzweigungskanäle angeflanscht, um die Heißgaskanäle und Abzweigungskanäle unisolierte, dünnwandige Blechmäntel angebracht und die Heißgaskanäle sowohl bezüglich Auskleidung, als auch Stahlrohr und Blechmantel kombiniert teleskopartig miteinander gekoppelt sind.

Überraschenderweise zeigte sich, daß mit dem erfindungsgemäßen Heißgastransport- und Luftführungssystem bei hohen Temperaturgradienten zwischen Heißgasstrom und Luftstrom sowohl die zulässigen Materialtemperaturen unterschritten, wie auch die Energieverluste der Heißgase sehr gering gehalten werden, obwohl hohe Temperaturgradienten eigentlich zu großen Energieverlusten führen. Insbesondere die bei Entnahme von Heißgasteilströmen vorgeschlagenen Teilluftströme, die in den Hauptluftstrom münden, führen zu einem annähernd konstanten Wärmegleichgewicht zwischen Heißgas- und Luftströmen, obwohl jede Heißgasteilstromentnahme zu einer, teilweise auch sprunghaften, Änderung der Gas- und Luftmenge, Gas- und Lufttemperatur sowie geometrischen Abmessungen des Kanalsystems, wie Strömungsquerschnitt und Ausmauerungsschichtdicke, führt.

Die erfindungsgemäße Luftführung, bestehend aus aufeinander abgestimmten Teilluftströmen und einem Hauptluftstrom vermeidet einen Wärmestau auf der Heißgasseite und damit zu hohe Temperaturen in der Verkleidung und Rohrwandung, die die Standzeiten des Kanalsystems erheblich verkleinern würden. Eine mögliche Vergrößerung der Auskleidungsschichtdicke im Heißgaskanal verbietet sich aus Kosten- und Gewichtsgründen.

Es zeigte sich weiterhin, daß die Verwendung eines unisolierten, dünnwandigen Blechmantels bei dem erfindungsgemäßen Kanalsystem zu geringen Energieverlusten führt. Üblicherweise müssen dagegen luftgekühlte Rauchgaskanäle mit Gastemperaturen zwischen 800 und 1500⁰C auf Grund der großen Energieströme außen isoliert werden.

Charakteristisch für Heißgaskanäle ist, daß während des Betriebes große Temperaturunterschiede zwischen Auskleidung, Rohrwand und Blechmantel auftreten. Da Auskleidungs- und Rohrmaterial unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten besitzen, treten auch unterschiedliche Längenausdehnungen auf. Überraschenderweise kompensiert die kombiniert teleskopartige Kopplung von Auskleidung, Stahlrohr und Blechmantel diese Unterschiede, so daß Schäden, wie Risse, Brüche oder Verformungen nicht auftreten. Die Einstellung der Teilluftmengen an den Abzweigungskanälen erfolgt vorteilhafterweise durch Schlitzschieber.

Das erfindungsgemäße Verfahren und Kanalsystem hat gegenüber den Lösungen des Standes der Technik folgende Vorteile:

— Energiewirtschaftlich günstiger Heißgastransport mit sehr geringen Wärmeverlusten,

— Begrenzung der Wandtemperaturen der Stahlrohre unter die zulässige Beanspruchungstemperatur,

— einfache Konstruktion mit einem geringen apparativen Aufwand,

— mögliche Umstellung vorhandener Dampferzeuger auf einen anderen Brennstoff durch Einsatz einer örtlich getrennten Verbrennungseinrichtung, beispielsweise eines Drehrohrofens.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

Von einem Drehrohrofen aus, in dem Altreifen als Substitutionsbrennstoff verbrannt werden, werden die entstehenden Heißgase zu drei vorhandenen, 10 bis 25 m entfernten, vorher direkt mit Heizöl gefeuerten Dampferzeugern geführt. Die Heißgase haben am Drehrohrofenaustritt eine Temperatur von 1150⁰C. Die für den Drehrohrofen benötigte Verbrennungsluft wird im Gegenstrom zu den Heißgasen geführt.

Dem Heißgasstrom werden drei Teilgasströme entnommen.

Die Verbrennungsluft setzt sich aus einem Hauptluftstrom und in diesen mündende drei Teilluftströme zusammen, wobei jeweils zu einem Teilgasstrom ein Teilluftstrom im Gegenstrom geführt wird.

Das Verhältnis der Summe der drei Teilluftmengen zur Hauptluftmenge beträgt 1:1 Vol.-Teile.

Das Kanalsystem besteht aus drei, mit Feuerbeton ausgemauerten, hintereinander geschalteten, durch lose, entlastete Verbindungen miteinander gekoppelten Heißgasrohren. An jeweils einem Heißgasrohr ist ein mit Feuerbeton ausgemauertes Abzweigungsrohr angeflanscht, was zum Dampferzeuger führt.

Um die Heißgas- und Abzweigungsrohre sind unisolierte, dünnwandige Blechmäntel angebracht. Die Heißgasrohre sind bezüglich Auskleidung, Stahlrohr und Blechmantel kombiniert teleskopartig miteinander gekoppelt. Das Kanalsystem hat folgende Parameter:

Erstes Heißgasrohr:	2000 mm
Rohrinnendurchmesser	200 mm Feuerbeton
Ausmauerung	10m
Rohrlänge	17O⁰C
Rohrtemperatur	15 m/s
Heißgasgeschwindigkeit
Zweites Heißgasrohr:	1800 mm
Rohrinnendurchmesser	200 mm Feuerbeton
Ausmauerung	8m
Rohrlänge	160⁰C
Rohrtemperatur	13 m/s
Heißgasgeschwindigkeit
Drittes Heißgasrohr:	1400 mm
Rohrinnendurchmesser	200 mm Feuerbeton
Ausmauerung	6m
Rohrlänge	140°C
Rohrtemperatur	13 m/s
Heißgasgeschwindigkeit
Abzweigungsrohre:	1200 mm
Rohrinnendurchmesser	150 mm Feuerbeton
Ausmauerung	2,5 m
Rohrlänge	180-190 °C
Rohrtemperaturen

Heißgasgeschwindigkeit 16 m/s Die Hauptluftmenge wird über ein Ansaugrohr NW500 angesaugt. Das Ansaugrohr erweitert sich zu einem Blechkanal, der

mantelförmig um die Heißgasrohre angeordnet ist. Die Spaltbreite des Blechkanals beträgt bei allen Heißgasrohren 100mm.

Die Teilluftmengen werden jeweils über einen Blechkanal, der mantelförmig um die Abzweigungsrohre angeordnet ist,

angesaugt. Die Spaltbreite dieser Blechkanäle beträgt bei allen Abzweigungsrohren 50 mm.

Die Luftgeschwindigkeit in den Blechkanälen liegen zwischen 6 und 11 m/s. Die Gesamtverlustwärme des Heißgaskanalsystems beträgt 0,4 Teile in %. Die Stahlrohrwandtemperaturen betragen 19O⁰C und liegen unter der zulässigen Temperaturbeanspruchung. Beispiel 2 Von einem Drehrohrofen aus, in dem Teerrückstände als Substitutionsbrennstoff verbrannt werden, werden die entstehenden Heißgase zu zwei vorhandenen, 4 bis 7 m entfernten, vorher mit Koks beheizten Kleindampferzeugern geführt. Die Heißgase

haben am Drehrohrofenaustritt eine Temperatur von 950°C. Die für den Drehrohrofen benötigte Verbrennungsluft wird im

Gegenstrom zu den Heißgasen geführt. Dem Heißgasstrom werden zwei Teilgasströme entnommen. Die Verbrennungsluft setzt sich aus einem Hauptluftstrom und in diesen mündende zwei Teilluftströme zusammen, wobei

jeweils zu einem Teilgasstrom ein Teilluftstrom im Gegenstrom geführt wird.

Das Verhältnis der Summe der zwei Teilluftmengen zur Hauptluftmenge beträgt 1:2 Vol.-Teile. Der prinzipielle Aufbau des Kanafsystems entspricht dem von Beispiel 1. Das Kanalsystem hat folgende Parameter:

Erstes Heißgasrohr:	600 mm	1m
Rohrinnendurchmesser	100 mm Stampfbeton
Ausmauerung	4m
Rohrlänge	180°C
Rohrtemperatur	13 m/s
Heißgasgeschwindigkeit
Zweites Heißgasrohr:	500 mm
Rohrinnendurchmesser	100 mm Stampfbeton
Ausmauerung	3m
Rohrlänge	170⁰C
Rohrtemperatur	12 m/s
Heißgasgeschwindigkeit
Abzweigungsrohre:	Parameter wie zweites Heißgasrohr, außer:
	Rohrlänge

Die Luftkanalgestaltung ist analog der von Beispiel 1. Die Spaltbreite der Blechkanäle beträgt bei den Heißgasrohren 30mm und

bei den Abzweigungsrohren 20 mm.

Die Luftgeschwindigkeiten in den Blechkanälen liegen zwischen 2 und 7 m/s.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Transport von Heißgasen aus Verbrennungsanlagen zu Dampferzeugern durch Führen von Heißgasen mit einer Temperatur von 800 bis 1500⁰C und Verbrennungsluft im Gegenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß dem Heißgasstrom mehrere Teilgasströme entnommen werden, die Verbrennungsluft sich aus einem Hauptluftstrpm und in diesen mündende Teilluftströme zusammensetzt und das Verhältnis der Summe der Teilluftmengen zur Hauptluftmenge 1:0,5 bis 1:2 Vol.-Teile beträgt.
2. Kanalsystem zum Transport von Heißgasen aus Verbrennungsanlagen zu Dampferzeugern zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, bestehend aus mehreren mit einer feuerfesten Auskleidung ausgemauerten, hintereinander geschalteten, durch lose, entlastete Verbindungen miteinander gekoppelten Heißgaskanälen, dadurch gekennzeichnet, daß an die Heißgaskanäle ausgemauerte Abzweigungskanäle angeflanscht, um die Heißgaskanäle und Abzweigungskanäle unisolierte, dünnwandige Blechmäntel angebracht und die Heißgaskanäle sowohl bezüglich Auskleidung, als auch Stahlrohr und Blechmantel kombiniert teleskopartig miteinander gekoppelt sind.