EP0077434A1 - Verfahren zum Mischen von Rauchgasströmen - Google Patents

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EP0077434A1
EP0077434A1 EP82105748A EP82105748A EP0077434A1 EP 0077434 A1 EP0077434 A1 EP 0077434A1 EP 82105748 A EP82105748 A EP 82105748A EP 82105748 A EP82105748 A EP 82105748A EP 0077434 A1 EP0077434 A1 EP 0077434A1
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flue gas
chimney
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flue
streams
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Babcock Bau GmbH
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    • F23J11/00—Devices for conducting smoke or fumes, e.g. flues
    • F23J11/02—Devices for conducting smoke or fumes, e.g. flues for conducting smoke or fumes originating from various locations to the outside, e.g. in locomotive sheds, in garages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/10—Mixing gases with gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/08—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of heaters

Definitions

  • the invention relates to a method for mixing flue gas flows of different temperature and composition in a chimney and a chimney, in particular for performing the method.
  • the method can be used in connection with a plant for the wet desulfurization of flue gases.
  • a plant for the wet desulfurization of flue gases Such wet desulfurization plants deliver a flue gas with relatively low temperatures of about 50 to 80 0 C and a moisture enrichment close to the degree of saturation. These flue gases must be reheated before they are released into the environment in order to largely avoid premature condensation of the flue gases on cold contact surfaces.
  • the invention has for its object to improve the method mentioned in such a way that an effective mixing of the flue gas streams is achieved with simple means and at the same time it is ensured that the full, hot flue gas volume directly and easily in the chimney when the cold flue gas source is switched off can be initiated.
  • a first flue gas flow is introduced centrally into the chimney and that one or more flue gas flows are introduced with a flow direction along a perpendicular tangent or secant to the flow direction of the first flue gas flow.
  • the flue gas stream with the lower temperature is preferably introduced centrally.
  • a vortex is generated in the chimney by the tangent or secant injection of the warmer flue gas stream.
  • the central blowing in of the colder flue gas stream causes swirling and intensive mixing of the different flue gas flows.
  • the warmer flue gas flow in the endangered lower area of the chimney flows along the so-called lining surfaces of the flue pipe and thus keeps these lining surfaces warm. This is advantageous in relation to the inflowing colder flue gases, since these would otherwise condense on cold feed surfaces.
  • the direct injection of the full, hot flue gas flow into the preheated forage areas is harmless.
  • the chimney usually rests on a foundation. It consists of an outer shaft 1 which surrounds a flue pipe 2.
  • the smoke pipe 2 is constructed from one or more pipe sections, which are supported on stages 3, which are supported on the inner wall of the shaft 1, the shaft 1 and the smoke pipe 2 can consist of concrete, steel or masonry.
  • the flue gases are supplied through the chimney base 4.
  • a flue gas supply pipe 5 is guided laterally into the chimney base 4 and bent at right angles so that its outlet opening 6 lies in the longitudinal axis of the chimney.
  • the outlet opening 6 is formed by a short tube section 7.
  • the diameter of the pipe section 7 is less than the inside diameter of the flue pipe 2 at this point of the chimney.
  • the tube section 7 is surrounded at a distance by a ring 8 made of a heat-resistant material.
  • the outlet opening 6 of the flue gas supply pipe 5 has been moved higher into the chimney.
  • the flue gas supply pipe 5 is extended in the direction of the longitudinal axis of the chimney by a guide pipe 9 running concentrically to the flue pipe 2.
  • the length of the guide tube 9 in the vertical direction corresponds to up to five times its diameter.
  • a flue gas duct 10 continues into the chimney base 4.
  • the longitudinal axis 11 of the flue gas duct 10 is aligned with the chimney so that it runs parallel to a tangent to the circumference of the flue pipe 2 or the guide pipe 9.
  • the longitudinal axis 11 of the flue gas duct 10 can also be aligned with a secant to the circumference of the flue pipe 2.
  • a plurality of flue gas ducts which are arranged in the manner described can also open into the interior of the flue pipe 2. These flue gas ducts can be arranged both on the same level and at different heights.
  • Throttle valves 12 can be provided in the flue gas supply pipe 5 and the flue gas duct 10. Depending on the position of these throttle valves 12, the speed of the flowing flue gas is increased or decreased. This enables controlled acceleration of the smoke gases to be introduced.
  • vortex internals can be provided in the flue gas feed pipe 5 or also in the flue gas duct 10 in the outlet area thereof.
  • These vortex internals either consist of cylindrical flow bodies 13 or preferably delta-shaped installation surfaces 14.
  • the vortexes which form behind the vortex internals ensure that the incoming flue gases are vortexed.
  • a further flue gas duct 15 branches off from the flue gas duct 10. This further flue gas duct 15 is directed obliquely upwards and opens into the flue pipe 2 above the flue gas duct 10. Before entering the chimney 15 shut-off valves 16 are arranged in the further flue gas duct, through which the flue gas introduction into the chimney can be shut off. The further flue gas duct 15 is used when the flue gas supply pipe 5 is not acted on.
  • the chimney described is used to carry out a method for mixing flue gas streams of different temperatures and compositions. This method will be explained using the example of heating flue gas cleaned in a wet desulfurization plant. It is assumed that only a part of the flue gas generated in a steam generator Has flowed through the wet desulfurization plant. The desulfurized flue gas leaves the wet desulfurization plant with a temperature of around 50 to 80 ° C and a moisture concentration close to the degree of saturation. This flue gas is introduced into the chimney through the flue gas supply pipe 5 and enters the flue pipe 2 of the chimney centrally as the central flue gas flow I. Dust-free, but not desulfurized, flue gas with a temperature of approximately 130 ° C.
  • the lining surfaces of the flue pipe 2 are only coated by the hot flue gas. They are kept warm so that the colder and wet flue gas stream I does not condense on the feed surfaces and can cause damage there. Due to the tangential blowing in of the flue gas stream II and the arrangement of the further flue gas duct 15 which can be shut off, the chimney can be used without further measures if the wet desulfurization system is out of operation and the cold gas source is thus switched off.

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Abstract

Zum Vermischen von Rauchgasströmen unterschiedlicher Temperatur und Zusammensetzung unmittelbar in einem Schornstein wird einer der Rauchgasströme, vorzugsweise der kältere, zentral eingeblasen. Ein weiterer, vorzugsweise der wärmere, Rauchgasstrom wird in den Schornstein mit einer Strömungsrichtung eingeführt, die entlang einer Tangente oder Sekante zur Strömungsrichtung des ersten Rauchgasstromes verläuft.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen von Rauchgasströmen unterschiedlicher Temperatur und Zusammensetzung in einem Schornstein sowie einen Schornstein, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.
  • Das Verfahren kann in Verbindung mit einer Anlage zur Naßentschwefelung von Rauchgasen verwendet werden. Derartige Naßentschwefelungsanlagen liefern ein Rauchgas mit verhältnismäßig niedrigen Temperaturen von etwa 50 bis 800 C und einer Feuchtigkeitsanreicherung nahe dem Sättigungsgrad. Diese Rauchgase müssen wieder aufgewärmt werden, bevor sie an die Umwelt abgegeben werden, um eine vorzeitige Kondensation der Rauchgase an kalten Berührungsflächen weitgehend zu vermeiden.
  • Es ist bekannt, die die Naßentschwefelungsanlage verlassenden Rauchgase in einem Wärmetauscher aufzuheizen oder mit wärmerem Rauchgas in einer Mischeinrichtung zu mischen. Derartige Aggregate sind in der Regel dem Schornstein vorgeschaltet. Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, das Beimischen von heißem Rauchgas zu kälteren Reingasen im Schornsteinfutterfuß vorzunehmen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren derart zu verbessern, daß eine wirksame Durchmischung der Rauchgasströme mit einfachen Mitteln erreicht wird und daß gleichzeitig sicher gestellt wird, daß bei Abschaltung der kalten Rauchgasquelle das volle, heiße Rauchgasvolumen direkt und problemlos in den Schornstein eingeleitet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein erster Rauchgasstrom zentral in den Schornstein eingeführt wird und daß ein oder mehrere Rauchgasströme mit einer Strömungsrichtung entlang einer rechtwinklig Tangente oder Sekanten zur Strömungsrichtung des ersten Rauchgasstromes eingeführt werden. Vorzugsweise wird der Rauchgasstrom mit der niedrigeren Temperatur zentral eingeführt.
  • Bei diesem Verfahren wird durch die Tangenten- oder Sekanteneinblasung des wärmeren Rauchgasstromes ein Wirbel im Schornstein erzeugt. Durch die zentrale Einblasung des kälteren Rauchgasstromes erfolgt eine Verwirbelung und eine intensive Vermischung der unterschiedlichen Rauchgasströme. Weiterhin strömt bedingt durch die Tangenten- oder Sekanteneinblasung der wärmere Rauchgasstrom im gefährdeten unteren Bereich des Schornsteines entlang den sogenannten Futterflächen des Rauchrohres und hält somit diese Futterflächen warm. Dieses ist vorteilhaft in Bezug auf die einströmenden kälteren Rauchgase, da diese anderenfalls an kalten Futterflächen kondensieren würden. Schließlich ist bei einem Ausfall der kalten Rauchgasquelle die direkte Einblasung des vollen, heißen Rauchgasstromes bei den vorgewärmten Futterflächen ungefährdet.
  • Die Erfindung sei anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 den Längsschnitt durch den unteren Teil eines Schornsteines gemäß der Erfindung,
    • Fig. 2 den Längsschnitt durch den unteren Teil eines anderen Schorsteines gemäß der Erfindung und
    • Fig. 3 den dazu gehörenden Grundriß.
  • Der Schornstein ruht in der Regel auf einem Fundament. Er besteht aus einem äußeren Schaft 1, der ein Rauchrohr 2 umschließt. Das Rauchrohr 2 ist aus einem oder mehreren Rohrschüssen aufgebaut, die auf Bühnen 3 abgestützt sind, die an der Innenwand des Schaftes 1 aufgelagert sind, Der Schaft 1 und das Rauchrohr 2 können aus Beton, Stahl oder aus Mauerwerk bestehen.
  • Die Zuführung der Rauchgase erfolgt durch den Schornsteinfuß 4. Zu diesem Zweck ist seitlich in den Schornsteinfuß 4 ein Rauchgaszuführungsrohr 5 geführt und so rechtwinklig abgebogen, daß seine Austrittsöffnung 6 in der Längsachse des Schornsteines liegt. Die Austrittsöffnung 6 ist durch einen kurzen Rohrabschnitt 7 gebildet. Der Durchmesser des Rohrabschnittes 7 ist geringer als der Innendurchmesser des Rauchrohres 2 an dieser Stelle des Schornsteines. Der Rohrbabschnitt 7 ist in einem Abstand von einem Ring 8 aus einem wärmebeständigen Material umgeben.
  • Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist die Austrittsöffnung 6 des Rauchgaszuführungsrohres 5 höher in den Schornstein verlegt worden. Dazu ist das Rauchgaszuführungsrohr 5 durch ein konzentrisch zum Rauchrohr 2 verlaufendes Führungsrohr 9 in Richtung der Längsachse des Schornsteines verlängert. Die Länge des Führungsrohres 9 in vertikaler Richtung entspricht dem bis zu fünffachen Wert seines Durchmessers.
  • Zwischen dem Führungsrohr 9 bzw. dem Rohrabschnitt 7 und dem Ring 8 ist ein Luftspalt vorhanden durch den auf Grund des im Schornstein herrschenden Unterdruckes Luft angesaugt wird,die durch Zuluftöffnungen im Schornsteinfuß 4 eintritt. Für den Fall, daß insbesondere bei Stahlschornsteinen im Schornstein ein Überdruck herrscht, ist für die Luftführung ein Gebläse geringer Leistung vorzusehen. Die Luft, die an der Oberkante des Ringes 8 austritt, sorgt für eine Kühlung des Führungsrohres 9 und des Rohrabschnittes 7. Diese Kühlung läßt es zu, daß das Rauchgaszuführungsrohr 5 sowie der Rohrabschnitt 7 und das Führungsrohr 9 aus einem säurefesten, jedoch weniger temperaturfesten Material zum Beispiel aus Kunststoff gefertigt werden kann.
  • In den Fig. 1 und 2 ist für die Einblasung des Rauchgases nur ein Rohrabschnitt 7 bzw. ein Führungsrohr 9 dargestellt. An Stelle eines Rohres können auch mehrere zentrale parallel zur Längsachse des Schornsteines angeordnete Rohre vorgesehen werden.
  • In den Schornsteinfuß 4 mündet weiterhin ein Rauchgaskanal 10 ein. Die Längsachse 11 des Rauchgaskanales 10 ist so zum Schornstein ausgerichtet, daß sie parallel zu einer an den Umfang des Rauchrohres 2 bzw. des Führungsrohres 9 gelegte Tangente verläuft. Die Längsachse 11 des Rauchgaskanales 10 kann auch auf eine Sekante zum Umfang des Rauchrohres 2 augerichtet sein. Abweichend von der dargestellten Ausführungsform können auch mehrere Rauchgaskanäle, die in der beschriebenen Weise angeordnet sind, in das Innere des Rauchrohres 2 münden. Dabei können diese Rauchgaskanäle sowohl in gleicher Ebene als auch in verschiedenen Höhen angeordnet sein.
  • In dem Rauchgaszuführungsrohr 5 nd dem Rauchgaskanal 10 können Drosselklappen 12 vorgesehen sein. Je nach der Stellung dieser Drosselklappen 12 wird die Geschwindigkeit des strömenden Rauchgases erhöht oder verringert. Damit ist eine gesteuerte Beschleunigung der einzuführenden Rauchgase möglich.
  • Wie in Fig. 2 für das Rauchgaszuführungsrohr 5 dargestellt ist, können in dem Rauchgaszuführungsrohr 5 oder auch in dem Rauchgaskanal 10 in deren Austrittsbereich Wirbeleinbauten vorgesehen werden. Diese Wirbeleinbauten bestehen entweder aus zylindrischen Strömungskörpern 13 oder aus vorzugsweise deltaförmigen Einbauflächen 14. Die sich hinter den Wirbeleinbauten bildenden Wirbel sorgen für eine Verwirbelung der anströmenden Rauchgase.
  • Von dem.Rauchgaskanal 10 zweigt ein weiterer Rauchgaskanal 15 ab. Dieser weitere Rauchgaskanal 15 ist schräg nach oben gerichtet und mündet oberhalb des Rauchgaskanales 10 in das Rauchrohr 2 ein. Vor dem Eintritt in den Schornstein sind in dem weiteren Rauchgaskanal 15 Absperrklappen 16 angeordnet, durch die die Rauchgaseinführung in den Schornstein abgesperrt werden kann. Der weitere Rauchgaskanal 15 wird dann benutzt, wenn das Rauchgaszuführungsrohr 5 nicht beaufschlagt ist.
  • Der beschriebene Schornstein dient zur Durchführung eines Verfahrens zur Vermischung von Rauchgasströmen unterschiedlicher Temperatur und Zusammensetzung. Dieses Verfahren sei anhand des Beispieles der Aufheizung von in einer Naßentschwefelungsanlage gereinigtem Rauchgas erläutert. Es sei angenommen, daß nur ein Teil des in einem Dampferzeuger erzeugten Rauchgases die Naßentschwefelungsanlage durchströmt hat. Das entschwefelte Rauchgas verläßt die Naßentschwefelungsanlage mit einer Temperatur von etwa 50 bis 80°C und einer Feuchtigkeitsanreichung nahe dem Sättigungsgrad. Dieses Rauchgas wird durch das Rauchgaszuführungsrohr 5 in den Schornstein eingeleitet und tritt als zentraler Rauchgasstrom I zentral in das Rauchrohr 2 des Schornsteines ein. Entstaubtes, aber nicht entschwefeltes Rauchgas mit einer Temperatur von etwa 130 C wird durch den Rauchgaskanal 10 zugeführt und tritt als Rauchgasstrom II tangential in das Rauchrohr 2 ein. Dabei wird durch die tangentiale Einblasung des wärmeren Rauchgasstromes II ein Wirbel im Rauchrohr 2 erzeugt. Durch die zentrale Einblasung des kälteren Rauchgasstromes I tritt eine Verwirbelung und Vermischung der beiden Rauchgasströme ein. Durch diese Vermischung wird die Temperatur des gemischten Rauchgases soweit erhöht, daß eine vorzeitige Kondensation der Rauchgase an kalten Berührungsflächen vermieden wird.
  • Durch die tangentiale Einblasung des Rauchgasstromes II werden die Futterflächen des Rauchrohres 2 nur von dem heißeren Rauchgas bestrichen. Sie werden damit warm gehalten, so daß der kältere und nasse Rauchgasstrom I nicht an den Futterflächen kondensieren und dort zu Schäden führen kann. Durch das tangentiale Einblasen des Rauchgasstromes II und die Anordnung des absperrbaren weiteren Rauchgaskanales 15 kann der Schornstein ohne weitere Maßnahmen benutzt werden, wenn die Naßentschwefelungsanlage außer Betrieb und damit die Kaltgasquelle abgeschaltet ist.

Claims (16)

1. Verfahren zum Mischen von Rauchgasströmen unterschiedlicher Temperatur und Zusammensetzung in einem Schornstein, dadurch gekennzeichnet , daß ein erster Rauchgasstrom zentral in den Schornstein eingeführt wird und daß ein oder mehrere andere Rauchgasströme mit einer Strömungsrechtwinkig/ richtung entlang einer Tangente oder Sekante Strömungsrichtung des ersten Rauchgasstromes eingeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die anderen Rauchgasströme in gleicher Höhe in den Schornstein eingeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die anderen Rauchgasströme in verschiedenen Höhen in den Schornstein eingeführt werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Rauchgasstrom mit der niedrigeren Temperatur zentral eingeführt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der erste-Rauchgasstrom in mehreren parallelen Teilströmen eingeführt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß nur der wärmere Rauchgasstrom an der Innenwand des Ranchrohres(2)entlang geführt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Rauchgasströme vor dem Eintritt in den Schornstein verwirbelt werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Geschwindigkeit der Rauchgasströme verändert wird.
9. Schornstein mit einem Schornsteinfuß (4) und einem von einem Schaft (1) umgebenen Rauchrohr (2) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß innerhalb des Schornsteinfußes (4) in der Längsachse des Schornsteines eine oder mehrere in das Rauchrohr (2) hineinragende Austrittsöffnungen (6) für das Rauchgas vorgesehen sind, deren Durchmesser geringer ist als der des Rauchrohres (2) und daß in das Rauchrohr (2) ein oder mehrere Rauchgaskanäle (10) einmünden, deren Längsachse (11) parallel zu einer Tangente oder in Richtung einer Sekante zu dem Umfang des Rauchrohres (2) verläuft.
10. Schornstein nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die in Richtung der Längsachse des Schornsteines vorgesehene Austrittsöffnung (6) durch ein Führungsrohr (9) verlängert ist und daß : der Rauchgaskanal (10) in den Ringraum zwischen dem Führungsrohr (9) und dem Rauchrohr (2) mündet.
11. Schornstein nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge des Führungsrohres (9) dem bis zu fünffachen Wert seines Durchmessers entspricht.
12. Schornstein nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Führungsrohr (9) oder ein sich an das Rauchgaszuführungsrohr (5) anschließender Rohrabschnitt (7) unter Einhaltung eines Luft führenden Spaltes von einem Ring (8) umgeben sind.
13. Schornstein nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Rauchgaskanal (10) und/oder dem Rauchgaszuführungsrohr (5) Drosselklappen (12) angeordnet sind.
14. Schornstein nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Rauchgaskanal (10) und/oder dem Rauchgaszuführungsrohr (5) Wirbeleinbauten (13, 14) angeordnet sind.
15. Schornstein nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Rauchgaszuführungsrohr (5) und das sich daran anschließende Führungsrohr (9) aus einem säurefesten, weniger temperaturbeständigen Werkstoff gefertigt sind.
16. Schornstein nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß von dem Rauchgaskanal (10) ein weiterer Rauchgaskanal (15) abgezweigt ist und schräg nach oben und an einer höheren Stelle in das Rauchrohr (2) geführt ist und daß in diesem weiteren Rauchgaskanal (15) Absperrklappen (16) angeordnet sind.
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EP0077434B1 (de) 1985-05-22
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