DD228800A1 - Verfahren zur waermerueckgewinnung aus heissen schmelzen - Google Patents

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DD228800A1
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Hannes Schneider
Winfried Huth
Dieter Schaefer
Bernhard Schneider
Bernd Vetter
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Piesteritz Agrochemie
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Abstract

Die Erfindung dient zur Nutzbarmachung des Waermeinhaltes von heissen Schmelzen zur Erzeugung von Dampf mit mittlerem bis hohem Druckniveau. Erfindungsgemaess wird der Waermeinhalt der Schmelze, unter Vermeidung eines dritten Mediums als Waermetraeger, direkt zur Beheizung eines speziellen Verdampfers genutzt. Dadurch wird ein guter energetischer und exergetischer Wirkungsgrad der Ausnutzung des Waermeinhaltes der Schmelze erreicht und die Anzahl der notwendigen Verfahrensstufen fuer die Waermerueckgewinnung wird auf ein Minimum beschraenkt. Im Verdampfer ist eine direkte Beruehrung von siedendem Wasser und heisser Schmelze mit grosser Sicherheit ausgeschlossen. Die Erfindung ist zur Waermerueckgewinnung aus Karbid und Schlacken geeignet. Zur Aufnahme der Schmelzen wird ein in bestimmten Details neuartiger Tiegel verwendet.

Description

Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus heiSen Schmelzen Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung und Nutzbarmachung von Wärmenergie aus heißen Schmelzen, insbesondere aus Kalziumkarbidschmelze♦ Das Verfahren ist zur Aßwärmenutzung beim Abkühlvorgang von beliebigen geschmolzenen Stoffen anwendbar, unter der Voraussetzung, daß die betreffende Schmelze nach dem Erstarren nicht fest an der Wand eines gekühlten Gefäßes haftet.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
^- Die Herstellung von Produkten, die im schraelzflüssigen Zustand gewonnen werden, ist meist sehr energieaufwendig. Die Schmelzen enthalten einen relativ großen Energiebetrag in Form von fühlbarer und latenter Wärme. Insbesondere die Herstellung von Kalziumkarbid ist äuSerst energieintensiv. Ein bedeutender Anteil der im volkswirtschaftlichen Maßstab erzeugten Elektroenergie wird für die Herstellung von Kalziumkarbid verbraucht . Etwa /3 der bei der Karbidherstellung eingesetzten Energie sind in der Karbidschmelze, beim Abstich, in Form von Wärmeenergie auf sehr hohem Temperaturniveau, vorhanden. In der Praxis der Karbidherstellung ist eine Nutzung dieser Wärmeenergie nicht bekannt« Die Abkühlung des Karbids wird durch Abgabe der hochwertigen Wärmeenergie an die Umgebung
-.. j ,- -7
realisiert. Diese Verfahrensweise widerspricht dem weltweiten Trend zur rationellen Anwendung von Energie und Rohstoffen. Auch eine Nutzung eines nur geringen Anteils des Wärraeinhaltes von Karbidschraelze würde auf Grund der Größe des absoluten Energiebetrages zu wesentlichen volkswirtschaftlichen Effekten führen.
Es sind verschiedene Varianten zur Abwärmenutzung von Karbidscbraelze bekannt. Es ist bekannt, ein mehretagiges Kühlgebäude zu verwenden, das von einem mit heißem Karbid gefüllten Wagenzug durchfahren wird, wobei die Wärmeenergie des Karbides zur Aufheizung eines im Gegenstrora zum Wagenzug geführten Luftstromes ausgenutzt wird (WP 210.016) .
Diese Variante ist durch die Notwendigkeit eines mehretagigen Kühlgebäudes mit sehr großem Aufwand verbunden. Außerdem wird nur in seltenen Fällen eine direkte Nutzung der in Form von Heißluft gewonnenen Wärmeenergie möglich sein .
Im WP 209.169 wird die Vermischung von Karbidschmelze mit Formkörpern als Wärmet rager, die anschließende Trennung der Formkörper vom erstarrten Karbid und die Ausnutzung des Wärmeinhaltes der heißen Formkörper beschrieben. Die praktische Nutzung dieses Verfahrens ist bis jetzt wegen der technisch nur schwer durchführbaren Trennoperation von Formkörpern und Karbid nicht möglich. Weiterhin ist die Verdüsung von Karbidschraelze und die Abkühlung im Wirbelbett unter teilweiser Wärmerückgewinnung bekannt . Die großtechnische Nutzung dieses Verfahrens ist durch die Notwendigkeit der Verdüsung von Karbidschmelze äußerst kompliziert (DE-OS 3.111.237).
Ziel der Erfindung
Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, einen Teil der beim Abkühlen von heißen Schmelzen, insbesondere Kaiziurakarbidschmelze, anfallenden Wärmeenergie nutzbar zu machen
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne großen apparativen Aufwand, aus Schmelzen einen Teil der in ihnen enthaltenen Wärme in direkt nutzbarer Form zurückzugewinnen .
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das abzukühlende schmelzflüssige Produkt in Tiegel oder Kokillen abgestochen wird und die gefüllten Tiegel oder Kokillen direkt zur Beheizung eines Dampferzeugers ver-
{ " "V wendet werden. Die heißen Tiegel werden dabei auf spezielle Wärmeübertragungsflächen eines Verdampfers, welche der Tiegelform angepaßt sind, aufgelegt, oder zumindest werden die heißen Tiegelflächen der genannten Wärraeübertragungsflache so nahe gebracht, daß ein ausreichender Wärmeübergang zwischen beiden Flächen gewährleistet ist. Die vom Tiegel auf den Verdampfer übertragene Wärmeenergie wird zur Erzeugung von Dampf genutzt. Tiegel und Verdampfer sind während des Wärmeübertragungsvorganges gegen die Umgebung wärmeisoliert . Wenn die Temperaturdifferenz zwischen Tiegeloberflächentemperatur und Verdampfungsteraperatur einen bestimmten Minimalwert erreicht hat, wird der Tiegel einer Vorrichtung zur Ent-
v/ leerung zugeführt und der Tiegel kann erneut mit Schmelze gefüllt werden.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel, welches sich auf die Abwärmenutzung aus Kalziumkarbidschmelze bezieht , erläutert .
Ausführungsbeispiel .
In Abb. 1 ist ein Karbidofen mit der zugehörigen Anlage zur Abkühlung des Karbides unter Wärmerückgewinnung schematisch dargestellt. Die Darstellung bezieht sich nur auf eine Abstichstelle, da die Verfahrensweise für die weiteren Abstichstellen analog ist
Vor der Abstichstelle 1 steht auf einer Gleisschleife 2
ein Wagenzug mit leeren, vom Wagenzug abhebbaren Tiegeln zur Aufnahme von flüssigem Karbid für den Abstich bereit. Insgesamt befinden sich auf der Gleisschleife 4 Wagenzüge, die nur insgesamt auf der Gleisschleife 2 bewegt werden. Die Anzahl und Größe der Tiegel ist so bemessen, daß ein Wagenzug die Karbidmenge eines Abstiches aufnehmen kann. Hinter der Absticbstelle befindet sich ein Wagenzug mit gefüllten Karbidtiegeln 4. Mit einer Krananlage werden die gefüllten Tiegel in eine erfindungsgeinäße Anlage zur Abkühlung mit Wärmerückgewinnung transportiert. Nach einer Verweilzeit in der Anlage von mehreren Stunden werden die Tiegel von der Krananlage aufgenommen und über eine Entleerungsvorrichtung (nicht dargestellt) wieder zu einem' entsprechenden Wagenzug transportiert.
Die Anlage zur Abkühlung mit Wärmerückgewinnung ist in Abb. 2 und Abb. 3 dargestellt. Mehrere mit Wärmeübertragungsflächen ausgekleidete und in ihrem Querschnitt der Tiegelform angepaßte waagerecht verlaufende Schächte 5 dienen zur Aufnahme der Tiegel 6. Zwischen den Schächten bzw. am Rand eines außenliegenden Schachtes sind Siederohre 7 zur Aufnahme der Abwärme angeordnet. Die Siederohre sind an ihrem tiefsten Punkt in eine Speisewasserleitung 8 und an ihrem höchsten Punkt in eine Dampfsammelleitung 9 eingebunden. Speisewasserleitung 8 und Dampf Sammelleitung 9 sind mit einem Kessel IO verbunden. An den Kessel 10 sind alle zur Verdampferanlage gehörenden Speisewasserbzw. DampfSammelleitungen angeschlossen . Zur Außerbetriebnahme von einzelnen Verdampferschächten, bei Funktion des Gesamtsystems, sind Absperrarmaturen vorhanden. Durch eine Regelung des Speisewasserfüllstandes im Kessel wird ein definierter und gleichbleibender Füllstand des siedenden Wassers in den Siederohren 7 erreicht . Der entstehende Dampf wird über die Dampf Sammelleitung 9 dem Dampfrauffl des Kessels zugeführt und steht zur Nutzung zur Verfugung, Zur besseren Wärmeübertragung zwischen Schachtwand und Siederohren 7 sind die Rohre in eine Schüttung
eingebettet. Die Stahlwände 13 von nebeneinander liegenden Schächten sind aus sicherheitstechnischen Gründen derartig verbunden, daß sie in jedem Fall eine geschlossene druckdichte Trennwand zwischen Verdampferrohren 7, Q, 9 und karbidgefüllten Tiegeln darstellen. Alle Außenflächen des Wärmeübertragungssystems sind mit Wärmeisolierungen beschichtet. Während der Verweilzeit der Tiegel 6 im Schacht 5 wird der Schacht 5 mit wärmeisolierenden Abdeckplatten 11 bedeckt.
Der Tiegel Abb. 4 besteht beispielsweise aus GGL 20 und \jß ist aus einzelnen Teilen derartig zusammengeschraubt, daß die langen Außenflächen 6.1 vollkommen glatt sind und an den Innenflächen keine Behinderung für das Auskippen des erstarrten Karbidblockes entsteht. Auf den langen Innenwänden des Tiegels sind zur besseren Ableitung der Wärme aus dem Inneren des Karbidblockes Rippen 6.2 angeordnet, Die Schrauben zur Verbindung der Tiegeleinzelteile sind in den Rippen versenkt 6.3 .
Durch das dargestellte erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, 50 % des Warraeinhaltes (fühlbare und latente Wärme) von Karbidschmelze in Form von Dampf 1,2 MPa energetisch zu nutzen. Bei einer Ofenleistung von beispiels-
<-;_ - weise 42 MW steht also eine Verdampferleistung von 7 MW
^1'' ständig zur Verfügung. Auch--die-Erzeugung von hochgespanntem Dampf zum Betreiben einer Turbine ist gut möglich. Der Aufwand zur Realisierung der erfindungsgemäßen Wärmerückgewinnung ist im Verhältnis zum Nutzen und im Verhältnis zum Aufwand- für eine bekannte Karbidkühlhalle ohne Wärmerückgewinnungsanlage gering.
Durch das Verweilen der karbidgefüllten Tiegel während der Abkühlzeit in einem, zur Umgebung weitgehend abgedichteten Schacht werden die Azetylenverluste vermindert .

Claims (6)

Erfindunqsanspruch
1. Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus heißen Schmelzen, vorzugsweise aus Kalziurakarbidschmelze, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeinhalt der Schmelze (fühlbare Wärme und latente Wärme) direkt zur Beheizung eines Dampferzeugers (5, 7, 8, 9, 10) genutzt wird.
2. Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus heißen Schmelzen, nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in Tiegel (5) abgefüllt wird, deren äußere Form der Form der Flächen des Verdampfers (5) zur Aufnahme der Wärme teilweise oder vollständig angepaßt ist.
3. Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus heißen Schmelzen, nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine formschlüssige Verbindung zwischen Teilen der Tiegeloberfläche oder der gesamten Tiegeloberfläche und Teilen des Verdampfers hergestellt wird.
4. Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus heißen Schmelzen, nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Tiegel (6) und Verdampfer (5, 7, 8, 9) während der Abkühlung des Tiegels (6) gegenüber der Umgebung wärmeisoliert sind.
5. Betriebsanlage zur Wärmerückgewinnung aus Kalziumkarbidschmelze nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (5, 7, 8, 9) als mit Siederohren (7) ausgekleideter Schacht (5) zur gleichzeitigen Aufnahme mehrerer Tiegel (6) ausgebildet ist.
6. Betriebsanlage zur Wärmerückgewinnung aus Kalziumkarbidschmelze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß karbidgefüllte Tiegel (6) und Verdampferrohre (7, 8, 9) durch eine druckdichte Stahlwand (13) voneinander getrennt sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102226594A (zh) * 2011-03-31 2011-10-26 姚会元 液态电石凝固过程中余热收集再利用方法
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