DD262063A5 - Verfahren und vorrichtung zum erhitzen von aus kuehlwasser gebildetem dampf - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Erhitzen von Dampf, der aus Kuehlwasser gebildet wird. Dampf wird aus Kuehlwasser in einem Waermeaustauscher fuer heisse Gase erzeugt. Anschliessend wird der Dampf durch die zu kuehlenden Gase ueberhitzt. Dieses Verfahren wird durch Einbeziehung von eingetauchten Wasserrohrueberhitzern in, beispielsweise, einen Abwasserkessel/Verdampfer ausgefuehrt. Fig. 1 a
Description
Hierzu 4 Seiten Zeichnungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage für das Erhitzen von Dampf, der aus dem Kühlwasser in einem Wärmeaustauscher für heißes Gas gewonnen wird.
Zum Kühlen von Verfahrensgas wird ein Wärmeaustauscher verwendet, beispielsweise in Form eines Spiralrohres, durch den das zu kühlende Gas geführt wird. In der Regel hat das fragliche Verfahrensgas eine Temperatur von mehr als 1 3000C und einen Gasdruck von mehr als 30 bar. Der Wärmeaustauscher wird durch ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, gekühlt, wobei das genannte Kühlmittel in der Regel über dem Gasdruck liegt. Auf Grund der relativ hohen Wärmelast für das bzw. die verhältnismäßig lange Verweiizeit des Kühlmittels wird Dampf gebildet, der in einem für diesen Zweck vorgesehenen Raum aufgefangen wird. Dieser Dampf ist gesättigt. Zur nachfolgenden Behandlung sollte der Dampf in einen ungesättigten Zustand gebracht werden, da es auf Grund der Kondensation oft schwierig ist, gesättigten Dampf zu behandeln. Der Dampf wird durch weiteres Erhitzen in den ungesättigten Zustand gebracht. Zu diesem Zweck wird der Dampf aus dem Raum nach außen geführt
und in einen gesonderten Überhitzer geleitet. Im Überhitzer wird der Dampf durch die Zuführung von Wärme erhitzt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß zusätzliche Energie erforderlich ist, um den Dampf im Überhitzer zu erhitzen. Außerdem ist die Installation verhältnismäßig voluminös, angesichts der Tatsache, daß sich der Überhitzer außerhalb des eigentlichen Wärmeaustauschers befindet und mit diesem durch Rohre verbunden ist.
Ziel der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu überwinden.
Die Erfindung sieht daher ein Verfahren für die Erhitzung von Dampf, der aus Kühlwasser gebildet wird, in einem Wärmeaustauscher für Heißgas vor, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Dampf durch das zu kühlende Gas erhitzt
wird. .
Die Erfindung sieht auch eine Anlage für die Ausführung des oben genannten Verfahrens vor, welche besteht aus einem Kessel mit einem Einlaß für das zu kühlende Gas, einem Raum für Kühlwasser mit einem Rohr-oder Röhrensystem für die Weiterleitung des zu kühlenden Gases und einem Sammelraum für den erzeugten Dampf, welche durch ein oder mehrere Überhitzermodule oder Leitvorrichtungen gekennzeichnet ist, die mit dem genannten Röhrensystem verbunden sind, mit einem Auslaß für die Abgabe des gekühlten Gases und einem Dampfrohr, das mit dem Sammelraum verbunden ist und durch das (die) Überhitzermodul(e) oder die Leitvorrichtungen führt.
Auf diese Weise wird nach der Erfindung die Wärme im Verfahrensgas dazu genutzt, überhitzten Dampf zu gewinnen, ohne daß getrennte Überhitzer eingesetzt werden, die sich außerhalb der Kühlinstailation befinden.
Der Dampf wird vorteilhaft durch Gas erhitzt, das bereits etwas abgekühlt ist. Die direkte Erhitzung des Dampfes durch noch ungekühlte Gase würde angesichts der hohen Temperatur des Gases (1 3000C) zu Materialproblemen führen.
Vorteilhafter ist es, das gekühlte Gas durch einen Raum zum Erhitzen des Dampfes zu führen, in welchem der Druck bestimmt wird durch den zu erhitzenden Dampf. Bei den bekannten, bisher angewandten Verfahren, bei denen der Dampf außerhalb der Kühlinstallation erhitzt wurde, waren kostspielige Maßnahmen notwendig, um mit den hohen Gasdrücken arbeiten zu können.
Um zu verhindern, daß die im Verfahrensgas vorhandenen Asche- und Rußteilchen in der Installation abgesetzt werden, wird die Geschwindigkeit des zu kühlenden Gases über einem bestimmten Minimum gehalten. Dadurch wird die Gefahr, daß Schmutzpartikel abgesetzt werden, wesentlich verringert.
Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in
Abb. 1 a schematisch den Längsschnitt durch eine Anlage nach der Erfindung zeigt; Abb. 1 b einen Längsschnitt durch ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung zeigt; Abb. 2 im vergrößerten Maßstab einen Abschnitt der Anlage nach Abb. 1 a zeigt und Abb. 3 einen Längsschnitt durch ein anderes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung zeigt.
Es wird nun auf die Abb. 1 a Bezug genommen. Die Anlage der Erfindung besteht aus einem Kessel 1, der mit einem Speiseanschluß 2 für das zu kühlende Gas versehen ist, einen Raum 3 für Kühlwasser, einem Röhrensystem 4, das als Wärmeaustauscher dient und zur Leitung des zu kühlenden Gases, und einem Sammelraum 5 zum Auffangen des vom Kühlwasser gebildeten Dampfes. Das Röhrensystem 4 kann beispielsweise aus einem Spiralrohr bestehen.
Das als Wärmeaustauscher dienende Röhrensystem 4 ist mit wenigstens einem Überhitzermodul oder Leitelement 7 verbunden, das mit einem Austritt 6 für das gekühlte Gas sowie mit einem Dampfrohr 8 verbunden ist, das beispielsweise die Form einer Spirale haben kann, wobei das Dampfrohr 8 mit dem Sammelraum 5 verbunden ist und durch das Überhitzermodul oder Führungselement 7 führt. Aus Gründen der Klarheit wurde nur ein Überhitzermodul oder Führu ngselement 7 dargestellt. Das als Wärmeaustauscher dienende Röhrensystem 4 ist mit dem Überhitzermodul oder Führungselement 7 in der Nähe des Dampfrohres 8 auf eine beliebige, für den Zweck geeignete Methode verbunden. Der Querschnitt des Führungselements 7 ist vorteilhaft wesentlich größer als der des Rohrsystems 3. Mittelseines Ventils 9 kann der Dampf, der das Dampf rohr 8 verläßt, mit dem gesättigten Dampf aus dem Sammelraum 5 gemischt werden, der durch das Umgehungsrohr 10 zugeführt wird. Das ermöglicht es, die Temperatur des überhitzten Dampfes aus dem Rohr 11 möglichst konstant zu halten, während gleichzeitig die Gastemperatur von Rohr 6 in begrenzter Weise kontrolliert wird. Zu diesem Zweck wird das Ventil 9 über ein Kontroll rohr 12 mit dem Temperatursensor 13 verbunden.
Es wird nun auf die Abb. 1 b Bezug genommen, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
Es wurden die gleichen Bezugszahlen wie in der Abb. 1 a verwendet. Gezeigt wird eine Anordnung aus zwei Überhitzermodulen 7 und einem zentralen Fallrohr 100. Aus Gründen der Klarheit wird nur ein Überhitzermodul 7 als mit den entsprechenden Einlassen und Austritten für Dampfund Gas verbunden gezeigt, es dürfte jedoch klar sein, daß auch das (die) andere(n) Überhitzermodul(e) 7 mit den entsprechenden Einlassen und Austritten für Dampf und Gas verbunden ist (sind).
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Dampfumgehungsrohr 10 innerhalb des Kessels 1 angeordnet, und das Ventil 9 wurde nicht dargestellt.
Abb. 2 zeigt das Überhitzermodul oder Leitelement 7 der Abb. 1 a im größeren Maßstab. Wie aus der Abb. 2 deutlich wird, besteht das Dampfrohr 8 aus einem doppelten Spiral rohr. Man kann erkennen, daß mit jeder geeigneten Zahl solcher Rohre gearbeitet werden kann. Das Gas fließt oben in das Überhitzermodul oder Führungselement 7 und ist bereits etwas abgekühlt. Bei diesem Ausführungsbeispiel fließt der zu erhitzende Dampf gleichzeitig mit dem Gas durch das Dampfrohr, obwohl es auch möglich ist, daß die beiden Medien im Gegenstrom zueinander fließen. Man kann erkennen, daß mit Hybridanordnungen als Optionen gearbeitet werden kann. Unter einer Hybridanordnungsoption versteht man, daß z.B. ein Überhitzmodul einen ersten
Gleichstromabschnitt haben kann, in welchem das Gas eingeführt wird, und einen zweiten Gegenstromabschnitt. Ein Rohr 14 ist mit dem Führungselement 7 verbunden. Andererseits dient das Rohr 14 als Zuführungs- oder Speiserohr für Kühlwasser oder Wasser/Dampf-Gemisch, zu welchem Zweck das Rohr 14 mit einem Wasserzuführanschluß 15 und einer Kühlwasser-/
Dampfabgabeverbindung 16 versehen ist. Das Rohr 14 dient aber auch dazu, den Querschnitt des Führungselementes 7 zu
reduzieren, um die Strömungsgeschwindigkeit des Gases über einem Minimalwert zu halten, damit die Gefahr der Ablagerung von Asche-und Rußteilchen im Führungselement 7 so gering wie möglich gehalten wird. Innerhalb des Rohres 14 ist ein Rohr 17 angebracht und über Durchgänge, z.B. 18, 19, mit Öffnungen im Rohr 14 verbunden.
Das Rohr 17 ist mit einer Fluidspeiseleitung 20 versehen.
Diese Anordnung ermöglicht es, ein geeignetes Fluid, beispielsweise Dampf oder kompimiertes Gas oder Synthesegas, in das Überhitzermodul oder Führungselement? über den Anschluß.20, das Rohr 17 und die Durchgänge 18 und 19 einzublasen und auf diese Weise mögliche Ablagerungen von Asche oder Ruß zu entfernen.
Es wird nun auf die Abb. 3 Bezug genommen, in derein anderes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt
worden ist. Es wurden die gleichen Bezugszahlen wie in den Abbildungen 1 bis 2 verwendet.
In der Abb. 3 ist jedes Überhitzermodul 7 mit wenigstens zwei Rohren oder Röhren für die Weiterleitung des zu kühlenden Gases verbunden. Aus Gründen der Klarheit wird nur eines der Überhitzermodule 7 auf in dieser Weise angeschlossen gezeigt, es
düTfte jedoch selbstverständlich sein, daß auch das (die) andere(n) Überhitzermodul(e) 7 auf diese Weise angeschlossen ist
(sind).
Beim Ausführungsbeispiel in der Abb.3 kann nun der Wasserpegel auf beispielsweise höchstens V3 der Höhe eines (Gleichstrom-) Überhitzermoduls 7 abgesenkt werden, wodurch dann nicht nur die Qualität des überhitzten Dampfes kontrolliert wird, sondern auch der Temperaturwert des Gases aus dem Kessel 1.
Man kann erkennen, daß die schlankere Konstruktion des Kessels zu einer leichteren Zugänglichkeit/Wartungsfähigkeit der
Überhitzermodule und zu einem großen Erweiterungspotential führt.
Außerdem wäre, wenn die Gaskontrolle aus dem Kessel über den veränderlichen Wasserpegel nicht zufriedenstellend
funktioniert, das vollständige Eintauchen der Überhitzermodule eine leicht auszuführende Abhilfemaßnahme.
Die Anlage arbeitet folgendermaßen: Das zu kühlende Gas wird über den Anschluß 2, das Röhrensystem 4 und das
Überhitzermodul 7 durch den Kessel 1 geleitet und über den Austritt 6 nach außen geführt. Während dieses Prozesses wird das Gas nacheinander durch das Kühlwasser gekühlt, anschließend weiter im Führungselement 7 abgekühlt, erhitzt dabei aber auch den Dampf, der aus dem Kühlwasser gebildet wird, und wird schließlich im Sammelraum 5 aufgefangen und durch das
Dampfrohr 8 geführt. Der erhitzte Dampf erreicht auf diese Weise eine Temperatur, durch die er über das Dampfrohr 8 im
ungesättigten Zustand nach außen geleitet wird.
Es ist selbstverständlich, daß jede für den Zweck geeignete Anzahl von Überhitzermodulen oder Führungselementen in einem Kessel angeordnet werden kann.
Es ist außerdem selbstverständlich, daß jede geeignete Zahl von gasleitenden Röhren in ein Überhitzermodul eingeführt werden kann. Bei zwei oder mehr Gasröhren, die in ein Überhitzermodul eintreten, sollte das zentrale Fallrohr, im Umfang mit den
Gasröhren, die in das Überhitzermodul eintreten, bei einer bestimmten Steigerung erweitert werden.
Fachleute werden aus der vorstehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen verschiedene Modifikationen der
vorliegenden Erfindung ersichtlich werden. Diese Modifikationen sind in den- Rahmen der beigefügten Patentansprüche
einbezogen.
Claims (13)
1. Verfahren zum Erhitzen von Dampf, der aus Kühlwasser in einem Wärmeaustauscher für heißes Gas gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf durch das zu kühlende Gas erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf durch Gas erhitzt wird, das bereits etwas abgekühlt ist.'
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gekühlte Gas durch einen Raum geführt wird, in welchem der Druck durch den zu erhitzenden Dampf bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des zu kühlenden Gases über einem gegebenen Mindestwert gehalten wird.
5. Anlage zum Erhitzen von Dampf, der aus Kühlwasser in einem Wärmeaustauscher für heißes Gas gebildet wird und aus einem Kessel mit einem Einlaß für das zu kühlende Gas, einem Raum für Kühlwasser mit einem Rohr- oder Röhrensystem zur Weiterleitung des zu kühlenden Gases und einem Sammelraum für den erzeugten Dampf besteht, gekennzeichnet durch ein oder mehrere Überhitzermodule oder Führungselemente, die mit dem genannten Röhrensystem verbunden sind, mit einem Austritt für die Abgabe des gekühlten Gases und einem Dampfrohr, das mit dem Sammelraum verbunden ist und durch das (die) Überhitzermodul(e) oder Führungselement(e) führt.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrensystem für die Weiterleitung des zu kühlenden Gases in der Nähe des Dampfrohres mit dem (den) Überhitzermodul(en) oder Führungselement(en) verbunden ist.
7. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Überhitzermodul oder Führungselement ein Rohr mit einem Querschnitt ist, der wesentlich größer als der des genannten Röhrensystems für die Weiterleitung des zu kühlenden Gases ist.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Dampfrohres wesentlich kleiner ist als der des Überhitzermoduls oder Führungselementes.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in das Überhitzermodul oder Führungselement ein Querschnittreduzierrohr eingesetzt wird.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Querschnittreduzierrohr eine Speiseleitung und eine Abgabeleitung für das Wasser-/Dampf-Gemisch aufweist.
11., Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Querschnittreduzierrohr mit Durchlässen zu dem genannten Querschnittreduzierrohr zur Leitung unterschiedlicher Mengen von Wasser oder Dampf in das genannte Rohrsystem zur Weiterleitung des zu kühlenden Gases versehen ist.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr oder eine Röhre für die Weiterleitung des zu kühlenden Gases mit einem Überhitzermodul oder Führungselement verbunden ist.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Rohre oder Röhren zur Weiterleitung des zu kühlenden Gases mit einem Überhitzermodul oder Führungselement verbunden werden.
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