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Title:
DEVICE FOR COOLING HOT GASSES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1997/047936
Kind Code:
A1
Abstract:
A device is disclosed for cooling hot gasses, in particular for cooling smoke gasses or exhaust fumes from smoke gas cleaning plants, designed as quench or tube bundle coolers. The disclosed device for cooling hot gasses, in particular for cooling smoke gasses or exhaust fumes from smoke gas cleaning plants, designed as a quench or tube bundle cooler, has a cylindrical outer body (2) joined by sealing flange unions in a gas- and liquid-tight manner to an inner body which consists of a flat, round bottom (3) to which several pipes (1) with a defined height are secured in bores arranged at regular intervals. The cooling principle consists in intimately mixing gas and liquid in the pipes, the cooling effect being achieved by evaporation of the cooling medium.

Inventors:
Lederer
Thomas, Schumacher
Martin
Application Number:
PCT/DE1997/001133
Publication Date:
December 18, 1997
Filing Date:
June 06, 1997
Export Citation:
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Assignee:
NOELL-KRC ENERGIE-UND UMWELTTECHNIK GMBH LEDERER
Thomas, Schumacher
Martin
International Classes:
B01D51/10; B01D53/14; B01D53/18; F28C3/06; F28F19/00; F28F19/02; (IPC1-7): F28C3/08; F28F1/06
Foreign References:
US3364982A1968-01-23
DE3023812A11982-01-14
US4426278A1984-01-17
US4397740A1983-08-09
EP0067699A11982-12-22
DE2705426A11977-08-11
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 013, no. 065 (M - 797) 14 February 1989 (1989-02-14)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 008, no. 232 (C - 248) 25 October 1984 (1984-10-25)
None
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Kühlung heißer Gase, insbesondere zur Rauch/ Abgaskühlung in Rauchgasreinigungsanlagen, in Form von Pfeifen bzw. Rohrbündelquenchern, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Außenkörper (2) mittels abdichtender Flanschverbindungen (4) gas und flüssigkeitsdicht mit einem Innenkörper verbunden ist, wobei der Innenkörper aus einem planen runden Boden (3) besteht, in welchem in regelmäßigen Abständen mehrere Röhren (1) mit definierter Höhe in Bohrungen befestigt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Außenkörper (2) aus einem faserverstärkten KunststoffAufbau besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der faserverstärkte KunststoffAufbau Glasfasern, und/oder Armidfasern, und/oder Kohlefasern enthält.
4. Vorrichtung nach wenigstens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Rohrwandung des Außenkörpers (2) ein Verschleißhemd (5) aufweist.
5. Vorrichtung nach wenigstens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Außenkörper (2) nach oben und unten über Flanschverbindungen (4) in den Leitungsweg des Gasstromes der Rauchgasreinigungsanalge derart eingebunden ist, daß das heiße Gas von oben in die Vorrichtung einströmt und das kalte Gas unten die Vorrichtung verläßt.
6. Vorrichtung nach wenigstens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (3) des Innenkörpers an seinem Rand die für die Flanschverbindung mit dem Außenkörper (2) erforderlichen Bohrungen enthält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des Bodens (3) mit dem Außenkörper (2) Schraubenmuttern im Bodenkörper (3) fest einlaminiert sind.
8. Vorrichtung nach wenigstens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Boden (3) und Röhren (1) sich zusammensetzende Innenkörper aus einem faserverstärkten KunststoffAufbau besteht und vorzugsweise Glasfasern, und/oder Armidfasern, und/oder Kohlefasern als faserverstärkende Komponente enthält.
9. Vorrichtung nach wenigstens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die oberste Harzschicht auf der Innenseite der Röhren (1) Keramikpigment und/oder mineralische Bestandteile eingebracht sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die oberste Harzschicht auf der Innenseite der Röhren (1) Keramikpigment und/oder mineralische Bestandteile, insbesondere SiC und/oder Al203, eingebracht sind.
11. Vorrichtung nach wenigstens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (1) des Innenkörpers aus Kunststoff bestehen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (1)des Innenkörpers aus Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC), Polivinylidenfluorid (PVDF) oder Polytetrafluorethylen (PTFE), EthylenChlortrifluorethylenCopolymerisat (ECTFE), Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen (FEP) oder PerfluoroAlkoxylalkan (PFA)bestehen.
13. Vorrichtung nach wenigstens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (1) des Innenkörpers aus SiC und/oder Keramik bestehen.
14. Vorrichtung nach wenigstens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (1) des Innenkörpers aus Kunststoff bestehen, wobei die oberen Einlaufzonen aus einem verschleißfestem Material, insbesonder SiC oder Keramik bestehen und in Form einer Kappe (6) auf die Röhren (1) aufgesetzt sind.
15. Vorrichtung nach wenigstens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (1) des Innenkörpers an ihren oberen Einlauföffnungen und unterhalb der Rohrkanten über den Rohrumfang verteilte Bohrungen aufweisen.
16. Vorrichtung nach wenigstens einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren (1 ) des Innenkörpers unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Description:
Vorrichtung zur Kühlung heißer Gase

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung heißer Gase, insbesondere zur Rauchgas-/Abgaskühlung in Rauchgasreinigungsanlageπ in Form von Pfeifen- bzw. Rohrbündelquenchern.

Zur Kühlung der Rauchgase auf Kühlgrenztemperatur vor Eintritt in den Naßabsorber werden in diesem als kritisch zu betrachtenden Bereich Pfeifenquencher aus Graphit eingesetzt.

Solche Geräte bestehen aus einer querschnittsabhängigen Anzahl von Graphit - Röhren, die in einem Boden aus dem gleichen Material eingekittet sind und einer Außenhülle ebenfalls aus Graphit.

Kühlflüssigkeit wird bei Kühlbetrieb kurz über dem Pfeifenboden im großen Überschuß zugegeben und steigt zwischen den Röhren nach oben empor und fließt über die Einlaufkronen der Röhren zusammen mit dem Rauchgas in die Kühlrohre ein. Das von oben zugeführte heiße Rauchgas wird bei Eintritt in die Pfeifenröhren, bei der durch die Röhren bedingten Querschnittsverengung stark beschleunigt und reißt die mitströmende Kühlflüssigkeit unter starker Verwirbelung (Venturi - Effekt) mit. Hierbei wird eine Teilmenge der Flüssigkeit schlagartig verdampft, wobei der Gasstrom auf Kühlgrenztemperatur abgekühlt wird.

Nachteile solcher Vorrichtungen aus Graphit ergeben sich insbesondere aus dem hohen Baugewicht, der üblichen Vollbauweise (wartungsunfreundlich), sowie den Materialeigenschaften des Graphits. Graphit ist außerdem stark schlagbruchgefährdet (spröde) und deshalb sehr empfindlich im Handling. Die Montage solcher Geräte in Graphitausführung ist aufwendig, da für die Gewährleistung der Dichtigkeit im Betrieb ein Einbau unter Zugspannungen erfolgen

muß, was mit Sonderbefestigungen für das Einspannen des Gerätes zwischen

Sonderflansche mittels Zugankerstangen und Vorspannfedern erreicht wird.

Der Einbau mit Zugspannungen ist aufgrund der bereits erwähnten Sprödigkeit des

Materials verbunden mit der Gefahr eines Gerätebruches bei ungleichmäßiger

Montage.

Außerdem ermöglicht eine Fertigung solcher Geräte in Grafit keine Anpassung an das jeweilige Anforderungsprofil für verschiedene Einsatztemperaturen, was insbesondere bei Niedrigtemperaturausführungen zu nicht unerheblichen

Kostennachteilen führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung zur Kühlung heißer Gase, insbesondere zur Rauch-/Abgaskühlung in Rauchgasreinigungsanlagen zu entwickeln, mit welcher die o. g. Nachteile vermieden werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung zur Kühlung heißer Gase, insbesondere Rauch-/Abgase in Rauchgasreiπigungsanlagen, in Form eines Pfeifen- bzw. Rohrbündelquenchers eingesetzt wird, bei dem ein zylindrischer Außenkörper mittels abdichtender Flanschverbindungen gas- und flüssigkeitsdicht mit einem Innenkörper verbunden ist, wobei der Innenkörper aus einem planen runden Boden besteht, in welchem in regelmäßigen Abständen mehrere Röhren mit definierter Höhe in Bohrungen befestigt sind. Das Kühlprinzip besteht darin, daß Gas und Flüssigkeit in den Röhren intensiv durchmischt werden, wobei durch Kühlmittelverdampfung der Kühleffekt bewirkt wird. Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung besteht der Außenkörper der Quenchvorrichtung aus einem faserverstärkten Kunststoff-Aufbau, wobei vorzugsweise Glasfasern, Armid- oder Kohlefasern verwendet werden. Der zylindrische Außenkörper ist nach oben und unten über Flanschverbindungen in den Leitungsweg des Gasstromes der Rauchgasreinigungsanalge derart eingebunden, daß das heiße Gas von oben in die Vorrichtung einströmt und das kalte Gas unten die Vorrichtung verläßt.

Der Boden des Inneπkörpers enthält dabei an seinem Rand die für die Flanschverbindung mit dem Außenkörper erforderlichen Bohrungen. Zur Verbindung des Bodens mit dem Außenkörper sind die Schraubenmuttern im Bodenkörper fest einlaminiert.

Nach einem weiteren Merkmal ist die innere Rohrwandung des Außenkörpers mit einem Verschleißhemd versehen, welches in vorteilhafter Weise bis in den flüssigkeitsbefüllten (Röhren - ) Bereich ragt. Befestigt wird ein solches Verschleißhemd mit am oberen Verbindungsflansch des Quencheraußenkörpers.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind der aus Boden und Röhren sich zusammensetzende Innenkörper ebenfalls aus einem faserverstärkten Kunststoff- Aufbau ausgeführt, wodurch die Anforderungen an Temperaturbeständigkeit und chemischer Beständigkeit in diesem mit Flüssigkeit beaufschlagten Geräteteil erfüllt werden können.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung enthält die oberste Harzschicht auf der Innenseite der Röhren Keramikpigment und/oder mineralische Bestandteile, insbesondere SiC und/oder Al 2 0 3 , wodurch ein zusätzlicher Oberflächenschutz gegen Abrasion erreicht wird.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung beinhaltet, daß die Röhren des Innenkörpers aus Kunststoff, vorzugsweise Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polivinylidenfluorid (PVDF), oder Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylen- Chlortrifluorethylen-Copolymerisat (E-CTFE), Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen (FEP) oder Perfluoro-Alkoxylalkan (PFA) oder aus SiC und/oder Keramik bestehen, wobei die oberen Einlaufzonen aus einem verschleißfestem Material, insbesonder SiC oder Keramik bestehen und in Form einer Schutzkappe auf die Röhren aufgesetzt sind. Diese kann bei Verschleiß entsprechend einfach ausgewechselt werden.

Nach einem bevorzugten Merkmal weisen die Röhren des Innenkörpers an ihren oberen Einlauföffnungen und unterhalb der Rohrkanten über den Rohrumfang verteilte Bohrungen auf. Diese Ausführung gestattet eine teilweise Flüssigkeitsbeaufschlagung durch die Rohrwandung ins Röhreninnere, während die Hauptflüssigkeitsmenge weiterhin über das Rohrende in das Röhreninnere strömt.

Zur optimalen Ausnutzung des verfügbaren Gesamtquerschnittes sind nach einem besonderen Merkmal der Erfindung die Röhren des Innenkörpers mit unterschiedlichen Durchmessern versehen, wodurch ein optimales Verhältnis von Querschnitt zu freier Durchströmfläche hergestellt werden kann.

Das Kühlprinzip besteht darin, daß Gas und Flüssigkeit in den Röhren intensiv durchmischt werden, wobei durch Kühlmittelverdampfung der Kühleffekt bewirkt wird. Aufgrund der guten Antikorrosionseigenschaften der eingesetzten Werkstoffe ist dies an dieser Stelle im Prozeß besonders vorteilhaft möglich, insbesondere die Widerstandsfähigkeit gegen die dort partiell und gleichzeitig zur Korrosivität auftretenden hohen Temperaturen.

Die Herstellung einer Vorrichtung in den vorgenannten Ausführungen ist weitaus kostengünstiger als die bislang bekannten Ausführungen in Graphit. Durch Einsatz eines am jeweiligen Anforderungsprofil genau orientierten Polymergrundstoffs können Vorrichtungen für verschiedene Einsatztemperaturen zwischen 140°C bis 220°C gezielt hergestellt werden und zwar mit besonderen Kostenvorteilen für Niedrigtemperaturausführungen.

Die Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist weiterhin gegenüber einer Graphitausführung wesentlich leichter. Die Einsparung kann in diesem Bereich zwischen 14 bis zu 2 / 3 des Baugewichtes betragen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann zweiteilbar gefertigt werden, was im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen in Graphitausführung (Vollbauweise) größere Vorteile bezüglich der Wartung der Vorrichtung, speziell in Einsatzbereichen

mit hohen Feststoffanteilen in der Kühlflüssigkeit und daraus resultierender Verschmutzungs- und Verkrustungsneigung, mit sich bringt.

Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Ausführung die Montage der Vorrichtung erheblich vereinfacht, da die sonst bei Vorrichtungen aus Graphit erforderlichen Zugspannungen, für die Gewährleistung der Dichtigkeit im Betrieb, hier entfallen können. Dadurch besteht nicht mehr die Gefahr eines Gerätebruches durch Zugspannungen bei ungleichmäßiger Montage.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist weiterhin durch die eingesetzten Werkstoffe wesentlich unempfindlicher im Handling.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gestaltet sich das Anbringen von Halterungen für den erforderlichen absolut planaren Einbau, bezogen auf die Einlaufebene der Pfeifen im Rauchgaskanal unproblematisch, bzw. es kann sehr leicht eine Ausgleichseinrichtung an der Vorrichtung befestigt werden, um eine solche Einbaulage jederzeit nachregeln zu können.

Anhand der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, darin zeigen in schematischer Abbildung

Figur 1 : Querschnitt durch einen Pfeifenquencher

Figur 2: Detail - Kühlrohr mit Schutzkappe -.

In Figur 1 ist ein Pfeifen- bzw. Rohrbündelquencher dargestellt. Der zylindrische Außenkörper 2 ist mittels abdichtender Flanschverbindungen (dargestellt sind nur die Dichtungen 4) gas- und flüssigkeitsdicht mit dem Innenkörper verbunden, wobei der Innenkörper aus einem Planen runden Boden 3 besteht, in welchem in regelmäßigen Abständenmehrere Röhren 1 mit definierter Höhe in Bohrungen befestigt sind. Der Außenkörper 2 besteht aus einem Glas - Kunstharz - Aufbau und zwar je nach Anforderung entweder in Hochtemperatur- oder Normalausführung. Der Außenkörper 2 ist nach oben und unten über Flanschverbindungen in den

Leitungsweg des Gasstromes der Rauchgasreinigungsanalge derart eingebunden, daß das heiße Gas von oben in die Vorrichtung einströmt und das kalte Gas unten die Vorrichtung verläßt (nicht dargestellt).

Der Boden 3 des Innenkörpers enthält dabei an seinem Rand die für die

Flanschverbindung mit dem Außenkörper 2 erforderlichen Bohrungen (nicht dargestellt). Zur Verbindung des Bodens mit dem Außenkörper sind die

Schraubenmuttern im Bodenkörper fest einlaminiert (nicht dargestellt).

Die innere Rohrwandung des Außenkörpers 2 ist mit einem Verschleißhemd 5 (nur angedeutet dargestellt) versehen, welches in vorteilhafter Weise bis in den flüssigkeitsbefüllten (Röhren - ) Bereich ragt. Befestigt wird ein solches

Verschleißhemd mit am oberen Verbindungsflansch 4 des

Quencheraußenkörpers 2.

Der aus Boden 3 und Röhren 1 sich zusammensetzende Innenkörper ist ebenfalls aus einem Glas - Kunstharz - Aufbau ausgeführt, wodurch die Anforderungen an

Temperaturbeständigkeit und chemischer Beständigkeit in diesem mit Flüssigkeit beaufschlagten Geräteteil erfüllt werden.

Die Röhren 1 des Innenkörpers können auch aus Kunststoff, vorzugsweise

Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polivinylidenfluorid (PVDF) oder

Polytetrafluorethyien (PTFE) oder aus SiC und/oder Keramik bestehen, wobei die oberen Einlaufzoneπ aus einem verschleißfestem Material, insbesonder SiC oder

Keramik bestehen und in Form einer Schutzkappe 6 (siehe Figur 2) auf die Röhren 1 aufgesetzt sind. Diese kann bei Verschleiß entsprechend einfach ausgewechselt werden.