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Vorrichtung zur WlrmertlckcJcwitlnung UUS mit
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aggressivem Pulver verunreinigten Rauchgasen Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus mit agressivem Pulver verunreinigten
Rauchgasen, mit einem Rekuperator in einem Rauchgaskanal.
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Ein wesentlicher Teil der Wärmeenergie des Heizmaterials entweicht
bei den üblichen Kesseln und Heizöfen mit dem Rauchgas in die Umgebung. Dabei kann
bei einem Glühofen der Wärme in halt des Rauchgases mehr als 50% des Wärmeinhaltes
der bei der Verfeuerung des Heizmaterials freigesetzten Wärmemenge ausmachen. Damit
aber der Wärmeinhalt der Rauchgase nicht vollständig verloren geht, versucht man,
über Wärmetauscher zumindest einen Teil dieser Wärmemengen zurückzugewinnen. Eine
Möglichkeit der Rückgewinnung der im Rauchgas abgeführten Wärmemengen besteht darin,
diese zur Vorwärmung der Verbrennnungsluft auszunutzen. Dies geschieht in der Regel
über sogenannte Rekuperatoren, die als Strahlungs- oder Konvektionsrekuperatoren
ausgebildet sein können.
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Bei einer großen Anzahl von Kesseln bzw. Öfen werden in dem Rauchgas
pulverartige Verunreinigungen mitgeführt, die oftmals aggressive Stoffe wie Alkalien
und Schwefel enthalten, so daß die metallenen Wärmeübertrager, wie Rohrbündelwärmeübertrager,
Lamellenrippenrohre, Plattenwärmeübertrager und dergleichen, stark korrodieren und
bereits nach kurzen Einsatzzeiten zerstört sind.
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Besonders aggressive Verunreinigungen enthalten z.B. die aus einem
Lunker abgeführten Rauchgase, durch die selbst aus wärme- und säurefesten Stahl
hergestellte Rekuperatoren innerhalb von 3 bis 6 Monaten zerstört sind. Um die dadurch
bedingten
hohen Betriebskosten bei den herkömmlichen Einrichtungen zur Wärmerückgewinnung
zu verringern, werden unter anderem sogenannte Strahlungsrekuperatoren eingesetzt,
bei denen die durch einen weiten Rauchgaskanal geleiteten Rauchgase ihre Wärme durch
Strahlung an dessen Innenoberfläche abgeben, über die dann die Wärme durch Konvektion
in der Regel auf ein mit hoher Geschwindigkeit in einem den Rauchgaskanal eng umschließenden
Mantel fließenden Medium übertragen wird.
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Eine mit Strahlungsrekuperatoren arbeitende Einrichtung ist unter
anderem in der ungarischen Patentschrift 162 006 beschrieben.
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Die Strahlungsrekuperatoren sind zwar gegen Pulververunreinigungen
weniger empfindlich als Konvektionsrekuperatoren, sie sind aber insoweit von Nachteil,
daß ihr Einsatz nur bei Rauchgasen über 800"C sinnvoll ist (die Intensität der Rauchgas
strahlung nimmt nämlich mit der vierten Potenz der Temperatur proportional ab und
wird bei Temperaturen unter 8000C nahezu bedeutungslos). Da bei herkömmlichen Öfen
die Temperatur der ausströmenden Rauchgase in der Regel 4000C nicht überschreitet,
ist in diesen Fällen der Einbau von Konvektionsrekuperatoren erforderlich, bei denen
aber bisher bei aggressiven Verunreinigungen die oben angesprochenen Verschleißerscheinungen
in Kauf zu nehmen sind.
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Auch ist es bekannt, die Wärmeübertrager aus Keramik zu fertigen,
wodurch die Empfindlichkeit auf korrosive Pulververunreinigungen erheblich verringert
wird. Ein derartiger Vorschlag ist beispielsweise aus der Veröffentlichung von B.L.
Tyebenkov "Rekuperatori dla promislennih petschej" (Metallurgia, Moskau, 1967, Seite
304) bekannt. Derartige Rekuperatoren weisen aber aufgrund von Fertigungsfehlern
bei den einzelnen Rekuperatorelementen undichte Stellen auf, durch die ein Teil
der aufgewärmten Luft in das Rauch-
Rauchgas einstrut. Dadurch wird
del- WllltungsgLatlfles WarnleS übergangs erheblich vermindert und außerdem die
automatische Steuerung des Kessels erschwert.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß Keramik ein schlechterer
Wärmeleiter als Metall ist, so daß insgesamt für den Wärmeübergang bei den Keramikrekuperatoren
eine größere Oberfläche erforderlich ist.
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Einen gewissen Schutz gegen aggressive Verunreinigungen im Rauchgas
wird auch dadurch erzielt, daß die Metallröhren des Rekuperators mit einem Schutzmaterial,
beispielsweise mit feuerbeständigem Beton oder Email überzogen sind. Dadurch wird
die Lebensdauer des Rekuperators verlängert. Wie bei den Keramikrekuperatoren besteht
aber auch hier der Nachteil darin, daß ein derartiger Uberzug ein schlechter Wärmeleiter
ist, wodurch der Wärmeleitfaktor des Rekuperatorelementes insgesamt verschlechtert
wird. Außerdem wird unter der Einwirkung der Dilatation der Uberzug rissig und in
diesen Rissen bilden sich Korrosionsherde, die dazu führen, daß der Wärmetauscher
bereits nach kurzen Standzeiten undicht wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu
schaffen, durch die der Wärmeinhalt des mit geringen Temperaturen (um/oder unter
400"C) ausströmenden Rauchgases af konvektivem Wege zurückgewonnen wird und durch
das Abscheiden von korrosiven Pulververunreinigungen ein besserer Wirkungsgrad sowie
eine längere Lebensdauer der Wärmeübertrager erreicht werden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in Strömungsrichtung
der Rauchgase vor den Wärmeaustauschelementen des Rekuperators ein Filter für das
Pulver austauschbar angeordnet ist.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der korrosive Pulveranteil
im Rauchgas bevor dieses die Wärmeübertrager überströmt abgeschieden. Dadurch wird
nicht nur die Lebensdauer der Wärmeübertrager erhöht,sondern auch der Wirkungsgrad
des Wärmeübergangs erheblich verbessert. Um die Wartung der Vorrichtung zu vereinfachen,
ist das Filter in dem Rauchgaskanal austauschbar angeordnet.
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Das Filter selbst kann aus einer Filterplatte und einer Abschirmplatte
bestehen, die in Strömungsrichtung der Rauchgase gesehen hintereinander im Abstand
voneinander angeordnet sind und zwischeneinander eine Filterkammer begrenzen. Die
Filterplatte und die Abschirmplatte weisen dabei gegeneinander versetzte Durchtrittsöffnungen
auf, durch welche die Strömung der Rauchgase steuerbar ist. In der zwischen Filter-
und Abschirmplatte gebildeten Filterkammer werden die auf die Abschirmplatte auftreffenden
und dadurch aus dem Rauchgasstrom abgeschiedenen Pulverteilchen gesammelt. Sofern
die Rauchgase einen hohen Pulveranteil aufweisen, ist es zweckmäßig, daß das Filter
aus mehreren hintereinander geschalteten Filterplatten oder mehreren hintereinander
geschalteten Abschirmplatten besteht, wobei jeweils zwischen den einzelnen Filterplatten
oder Abschirmplatten Filterkammern ausgebildet sind.
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Bei einer besonders einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist in der Filterplatte nur eine Durchtrittsöffnung ausgebildet. Die
Abschirmplatte besitzt dagegen keine Durchtrittsöffnung, sondern bildet mit wenigstens
einem Teil ihres Randes im Abstand von der Innenwand des Rauchgaskanals unter Ausbildung
von Durchtrittsspalten mit derselben einen Durchgangskanal, der als Durchtrittsöffnung
für das Rauchgas anzusehen ist.
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(1 läutert. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung im vertikalen Längsschnitt und Fig. 2 eine andere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung im horizontalen Längsschnitt.
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In einem durch eine Wand 1 begrenzten Rauchgaskanal 2 ist im Weg des
Rauchgasstromes (Pfeil A) ein zweckmäßig als eine Einheit ausgebildetes Filter 3
angeordnet. Das Filter 3 besteht im wesentlichen aus folgenden, hintereinander,
im Abstand voneinander angeordneten Bestandteilen: aus einer Filterplatte 4, einer
Filterkammer 5 und einer Abschirmplatte 6. Das durch die in der Filterplatte 4 vorgesehenen
Durchtrittsöffnungen 7 strömende Rauchgas gelangt zunächst in die Filterkammer 5
und trifft dann auf die Abschirmplatte 6.
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Die mit dem Rauchgas mitgeführten festen Bestandteile, wie pulverförmige
aggressive Verunreinigungen oder dergleichen, prallen dabei gegen die Abschirmplatte
6 und fallen, da sie durch den Aufprall ihre kinetische Energie verloren haben,
in die Filterkammer 5. Aus dieser können die derart ausgefilterten pulverartigen
Verunreinigungen kontinuierlich abgezogen oder auch nur gesammelt werden.
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Die Filterplatte 4 kann anstelle mehrerer Durchtrittsöffnungen 7 auch
nur eine einzige Durchtrittsöffnung (vgl.
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Fig. 2) aufweisen, deren Abmessung dann aber wesentlich größer als
die der in Fig. 1 gezeigten Durchtrittsöffnungen ist. Die Abschirmplatte 6 kann,
wie in Fig. 1 gezeigt, mehrere Durchtrittsöffnungen 12 haben, die gegenüber den
Durchtrittsöffnungen 7 der Filterplatte 4 versetzt angeordnet sind. Es ist aber
auch möglich die Abschirmplatte 6
entsprechend der Ausführungsform
in Fig. 2 so zu gestalten, daß die Durchtrittsöffnungen in Form von Durchtrittsspalten
13 ausgebildet sind, die dadurch geschaffen sind, daß wenigstens ein Teil des Randes
der Abschirmplatte 6 im Abstand von der Innenwand des Rauchgaskanals 2 verläuft.
Das Filter 3 der in Fig. 1 gezeigten Bauart kann somit entweder mit einer in Fig.
1 gezeigten Abschirmplatte oder mit einer in Fig. 2 gezeigten Abschirmplatte 6 ausgebildet
sein. Ebenso ist es möglich das Filter 3 der in Fig. 2 gezeigten Bauart anstelle
der dort gezeigten Abschirmplatte (ohne Durchtrittsöffnungen in der Abschirmplatte)
durch eine Abschirmplatte der in Fig. 1 gezeigten Bauart mit Durchtrittsöffnungen
12 zu ersetzen.
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Bei dem Filter 3 gemäß der Bauart in Fig. 2 tritt das Rauchgas durch
die zwischen der Abschirmplatte 6 und der Wand 1 befindlichen Durchtrittsspalte
13 aus dem Filter 3 aus. In den Fällen, wenn ein Rauchgas mit einem großen Pulveranteil
anfällt, kann es zweckmäßig sein, entweder mehrere Filter 3 der in den Fig. 1 und
2 gezeigten Bauarten hintereinander zu schalten oder aber Filter vorzusehen, die
aus mehreren, hintereinander angeordneten Filterplatten und einer Abschirmplatte
6, oder aus einer Filterplatte 4 mit mehreren hintereinander angeordneten Abschirmplatten
6 einzubauen.
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Grundsätzlich ist die Anzahl von Filterplatten 4 und Abschirmplatten
6 in Abhängigkeit von dem jeweiligen Verunreinigungsgrad beliebig veränderbar. Entsprechend
der Anzahl der verwendeten Filterplatten 4 bzw. Abschirmplatten 6 sind Filterkammern
5 vorhanden, nämlich jeweils zwischen Filterplatte und Abschirmplatte bzw. zwischen
Filterplatte und Filterplatte oder zwischen Abschirmplatte und Abschirmplatte jeweils
eine Filterkammer 5.
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Das Filter 3 ist in dem Rauchgaskanal 2 austauschbar eingebaut . Zu
diesem Zweck sind die Filterplatten bzw. Abschirmplatten
an einem
1d!1k'fl befestigt, cruii u doin Rauchgaskanal 2 vorstehendes Ende gleichzeitig
als Griffleiste dient. An dem Rahmen sind die Filterplatten 4 bzw.
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Abschirmplatten 6 derart befestigt, daß sie auf einfache Weise abgenommen,
gereinigt und/oder ausgetauscht werden können. Sofern das Filter 3 ein sogenanntes
zusammengesetztes Filter ist, ist es zweckmäßig, mehrere, separat herausnehmbare
Filtereinheiten vorzusehen.
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Hinter dem Filter 3 ist ein Wärmetauscher 9 angeordnet, der hier als
Rohrwärmeübertrager ausgebildet ist. An die Enden der einzelnen Rohre des Wärmetauschers
9 sind Ein- und Ausleitstutzen 10 bzw. 11 angeschlossen.
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Aufgrund der Abschirmwirkung des Filters 3 ist die erste Reihe der
Röhren des konvektiven Wärmetauschers 9 keiner intensiven Gasstrahlung ausgesetzt,
so daß der Wärmetauscher 9 nicht überhitzt werden kann. Dadurch wird die Lebensdauer
des Rekuperators verlängert. Das Filter 3 wird außerdem zur Lenkung der Rauchgasströmung
ausgenutzt, weil durch die Auswahl der Form und Anordnung der in dem Filter ausgebildeten
Durchtrittsöffnungen die Eintrittsströmung der Rauchgase in das Rohrpaket des Rekuperators
in Hinblick auf strömungstechnische Gesichtspunkte vorteilhaft gesteuert werden
kann.
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Dadurch kann unter anderem eine gleichmäßige Verteilung des strömenden
Rauchgases erreicht werden. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht darin, daß der Rekuperator in unmittelbarer Nähe des Kessels oder des Ofens
in dem Rauchgaskanal 2 eingebaut werden kann, so daß der Wärmeverlust, der in einem
langen Rauchgaskanal durch die Wärmeleitung der Rauchgaskanalwandung eintritt, erheblich
reduziert wird. Ferner wird durch das Filter 3 eine Abschirmwirkung erzielt, so
daß der Wärmetauscher aus einem qualitätsmäßig minderwertigeren Stahl als sonst
üblich, gefertigt sein kann.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung ist insbesondere vorteilhaft
für Industrieöfen oder Industriekessel. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen
Vorrichtung besteht darin, daß durch sie bereits bestehende Wärmetauschanlagen auf
einfache Weise umgerüstet werden können, wodurch der energetische Wirkungsgrad der
zur Verfügung stehenden Anlagen erhöht und deren Lebensdauer verlängert werden.
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Die besondere Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
daß bereits an der ersten, im Grunde genommen als Lochplatte ausgebildeten Filterplatte
4 des Filters 3 ein Teil der im Rauchgasstrom mitgeführten pulverartigen Verunreinigungen
abgesondert wird. Der Rauchgasstrom erfährt an der ersten Filterplatte bereits eine
Umlenkung bzw. wird in viele Teilströme gegliedert (vgl. Fig. 1). Diese Teilströme
werden in den einzelnen Durchtrittsöffnungen 7, die als düsenartige Verengungen
anzusehen sind, beschleunigt. In der anschließenden Filterkammer 5, die im Grunde
genommen als Expansionskammer anzusehen ist, tritt eine gewisse Beruhigung der in
den Durchtrittsöffnungen 7 beschleunigten Rauchgasströme ein. Beim Auftreffen dieser
einzelnen Ströme auf die Abschirmplatte 6, wird - wie bereits vorher beschrieben
- ein weiterer, wesentlicher Teil der pulverförmigen Verunreinigungen ausgesondert.
Dieser Vorgang der Beschleunigung bzw. Beruhigung der einzelnen Rauchgasströme kann
beliebig oft entsprechend dem jeweiligen Verunreinigungsgrad wiederholt werden.
Dies kann - wie bereits vorne beschrieben - durch die Anordnung mehrerer hintereinander
angeordneter Filterplatten oder Abschirmplatten bzw. durch die Anordnung mehrerer
hintereinander geschalteter kompletter Filtersätze ermöglicht werden.