DE19941229A1 - Abgasführung für einen Schmelzofen, insbesondere Filterstaub-Schmelzofen - Google Patents

Abgasführung für einen Schmelzofen, insbesondere Filterstaub-Schmelzofen

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Abstract

Bei einem Filterstaub-Schmelzofen werden die im Ofeninneren (9) entstehenden Abgase durch eine Abgasleitung (5) in der Ofendecke nach außen geführt. Im Zuge der Abgasleitung ist eine Quenche (20) zum abrupten Abkühlen des Abgases durch Beaufschlagung mit kalter Quenchluft vorgesehen. Zur Verhinderung von Ablagerungen in der Abgasleitung und zur Erweiterung des Betriebsbereiches der Quenche ist die Abgasleitung (5) in dem sich unmittelbar an das Ofengefäß (1) anschließenden, im wesentlichen vertikal verlaufenden Abschnitt als doppelwandiges Rohr mit Innen- und Außenrohr (5a bzw. 5b) ausgebildet, wobei durch den Ringraum (5c) zwischen diesen beiden Rohren eine Kühlflüssigkeit hindurchleitbar ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasführung für einen Schmelzofen, insbesondere Filterstaub-Schmelzofen, welcher ein Ofengefäss aus Feuerfestmaterial umfasst, bei welchem die im Ofeninneren entstehenden Abgase durch eine Abgasleitung in der Ofenwand nach aussen geführt sind, wobei im Zuge der Abgasleitung eine Quenche zum abrupten Abkühlen des Abgases durch Beaufschlagung mit kalter Quenchluft vorgesehen ist und Mittel zur Kühlung der Quenche und des stromabwärts hinter der Quenche gelegenen Abschnitts der Abgasleitung vorgesehen sind.
Eine Abgasführung dieser Gattung ist Gegenstand der EP-A 0666327 oder der US-PS 5,489,085.
TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
Beim DEGLOR-Verfahren (DEGLOR ist eine eingetragene Marke der Firma ABB Management AG, CH-5401 Baden, Schweiz) werden Filterstaub und Kesselasche im wesentlichen ohne Zuschlagstoffe in einem elektrisch beheizten Schmelzofen bei Temperaturen um 1300°C behandelt. Die Reststoffe schmelzen und werden über einen gasdichten Siphon aus dem Ofen ausgetragen und dann abgekühlt. Dabei entsteht ein problemlos deponierbarer bzw. verwertbarer glasartiger Rückstand. Während des Einschmelzvorganges dampfen die meisten Schwermetallverbindungen ab. Organische Schadstoffe wie Dioxine oder Furane werden thermisch zerstört. Nicht abdampfende hochsiedende Metallverbindungen werden ähnlich wie Blei in Bleikristallglas in die Glasmatrix eingebunden. Ein dem Ofen nachgeschalteter Ventilator sorgt dafür, dass die abgedampften Komponenten aus dem Ofen abgesaugt werden.
Dieses Abgas wird am Ofenaustritt schlagartig auf Werte um 150-250°C abgekühlt (gequencht). Die Neubildung von Dioxinen kann so unterbunden werden. Ausserdem kondensieren bzw. desublimieren die im Abgas noch enthaltenen Schwermetallverbindungen. Diese werden anschliessend in einem Schlauchfilter vom Gasstrom getrennt und separat entsorgt. Die nicht kondensierenden Gaskomponenten, z. B. CO2, SO2 und HCl werden zusammen mit der Quenchluft in den Feuerraum der Müllverbrennung oder in die Rauchgasreinigungsanlage zurückgeführt.
Derartige Anlagen können nicht ohne regelmässige Abreinigung des Abgasohres im Bereich zwischen dem Austritt aus dem Schmelzofen und der Stelle, wo die Kaltluft eingeblasen wird (Quenche), betrieben werden. Auch in der Quenche selbst bilden sich kondensatbedingte Ablagerungen. Selbst bei Einhaltung der oben angegebenen Temperaturen setzen sich kondensierte Metallverbindungen an den Innenwänden der Quenche ab. Es ist nicht möglich, die Quenche ohne mechanische Abreinigung zu betreiben. Dieser Abreiniger besteht aus einem rotierenden Schaber, der periodisch von hinten in die Quenche eingeschoben wird und dabei das von den Wänden abgekratzte kondensierte Material zurück in den Ofen schiebt. Dieser Reinigungsvorgang dauert wenige Sekunden. Wenn dieser Schaber in die Quenche eingeschoben wird, wird der Abgasfluss durch die daraus resultierende Verengung des Abgaskanalquerschnittes kurzzeitig behindert. Da der Quenchgasfluss während dieser Zeitspanne konstant bleibt, führt das dazu, dass ein Teil der Quenchluft direkt in den Schmelzofen geblasen wird. Das bewirkt einen kurzzeitigen Überdruck im Ofen. Diese Überdruckpulse sind äusserst schädlich. Korrosive Gase werden in die Ofenritzen geblasen und können auch in die Umgebung austreten.
Falls der Schmelzofen nur mit kleinem Aschedurchsatz gefahren wird, ist auch die Menge an heissem Ofengas gering. Dementsprechend wird auch nur wenig Quenchluft zwecks Abkühlung des Ofengases benötigt. Dies führt dazu, dass das Innenrohr der Quenche, das insbesondere im vorderen Teil der Wärmestrahlung aus dem Schmelzofen ausgesetzt ist, nicht mehr ausreichend gekühlt wird. Aus diesem Grunde ist bei der eingangs genannten Abgasführung nach EP-A-0666 327 vorgesehen, den stromabwärts hinter der Quenche liegenden Abschnitt der Abgasleitung zu kühlen.
Dies führt zu den oben erwähnten Anbackungen von kondensierten Metallverbindungen. Die Temperatur des Innenrohres kann auch nicht durch beliebige Erhöhung der Menge an Quenchluft erniedrigt werden, da eine Unterschreitung des Säuretaupunktes im Abgas aus Korrosionsgründen auf jeden Fall vermieden werden muss.
Das Rohrstück, durch das das heisse Abgas in die Quenche eintritt, wird trotz Verwendung von hochwertigen Stählen nachteilig durch Korrosion angegriffen. Ausserdem findet auch eine Korrosion durch elektrischen Strom statt.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFiNDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasführung für einen Schmelzofen anzugeben, die weitgehend wartungsfrei, sowie technisch einfach und wirtschaftlich zu realisieren ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Abgasleitung zumindest in ihrem sich unmittelbar an die Ofenwand anschliessenden Abschnitt als doppelwandiges Rohr mit einem Innen- und einem Aussenrohr ausgebildet ist, wobei durch den Hohlraum zwischen Innen- und Aussenrohr eine Kühlflüssigkeit hindurchleitbar ist.
Auf diese Weise ergibt sich eine erhebliche Vergrösserung des Betriebsbereiches der Quenche.
Durch Abrundung des Einlassbereiches in die Quenche lassen sich die Strömungsverhälnisse im Einlassbereich insofern verbessern als korrosive Ablagerungen in diesem Bereich vermieden werden.
Es ist vorteilhaft, wenn in die Zuleitung der Quenchluft eine Bypassleitung mündet, in welche ein Ventil eingebaut ist. Beim Öffnen des Ventils kann gezielt ein Teil der Quenchluft über die Bypassleitung abgeblasen werden, wodurch der Druck in der Zuleitung der Quenchluft reduziert wird und die in die Quenche gelangende Menge an Quenchluft ebenfalls reduziert wird. Das Ventil wird in geeignetem Masse mit dem Abreinigungsvorgang synchronisiert, wobei insbesondere die Zeitpunkte für das Öffnen und Schliessen des Ventils, die Öffnungsdauer des Ventils und die Grösse der Öffnung geregelt werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass während dem Abreinigen der Quenche kein Überdruck im Ofen entsteht, was sich in einer signifikanten Verbesserung der Lebensdauer von kritischen Ofenkomponenten auswirkt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 einen stark vereinfachten Querschnitt durch einen Schmelzofen für Filterrückstände und dessen Abgasführung mit Quenche
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Quenche nach Fig. 1 und den sich unmittelbar daran anschliessenden Abschnitt der Abgasleitung;
Fig. 3 einen teilweise vergrösserten Querschnitt durch die Abgasleitung und die Ofendecke gemäss Fig. 1 längs deren Linie III-III;
Fig. 4 einen stark vereinfachten Querschnitt durch einen Schmelzofen für Filterrückstände und dessen Abgasführung, wobei die Quenche unmittelbar am Aussenmantel des Ofengefässes angeordnet ist.
Es sind nur die für die Erfindung wesentlichen Merkmale dargestellt. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeifen bezeichnet.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Der Schmelzofen für Filterstaub gemäss Fig. 1 und Fig. 4 umfasst ein Ofengefäss 1 aus Feuerfestmaterial, dass allseits von einer thermischen Isolation 2 umgeben ist. Im Bereich der Ofendecke 3 ist eine kreisrunde Öffnung 4 vorgesehen, die sowohl den Gefässmantel 1 als auch die Isolation 2 durchdringt.
In diese Öffnung 4 taucht eine aus vier koaxialen Rohren 5, 6, 7 und 8 bestehende Konstruktion, im nachfolgenden Quenche bezeichnet, ein (s. auch Querschnitt gemäss Fig. 3). Die Quenche umfasst ein inneres doppelwandiges Abgasrohr 5 mit Innenrohr 5a und Aussenrohr 5b - der Ringraum zwischen Innen- und Aussenrohr ist mit 5c bezeichnet - welches Abgasrohr 5 sich zum Ofeninnenraum 9 hin verjüngt und bezüglich der Abgasströmung dort einen Diffusor bildet. Das Abgasrohr 5 ist von einem ersten Rohr 6 unter Belassung eines zweiten Ringraums 10 beabstandet. Das erste Rohr 6 ist von einem zweiten Rohr 7 koaxial umgeben. Der zweite Ringraum zwischen den beiden Rohren 6 und 7 ist mit 11 bezeichnet. Das zweite Rohr 7 wiederum ist koaxial von einem dritten Rohr 8 umgeben, der zwischen den beiden Rohren 7 und 8 gebildete dritte Ringraum trägt die Bezugsziffer 12. Das dritte Rohr 8 ist auf der Höhe der Trennstelle 13 zwischen Ofengefässdecke 1 und Isolation 2 mit einem Ringflansch 14 versehen, der auf der Ofengefässdecke 1 unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung 15 aus hochtemperaturfestem Material aufliegt. Im Bereich der Ofendecke 1 sind zwischen dem zweiten Rohr 7 und dem dritten Rohr 8 erste Distanzelemente 16 vorgesehen. Zweite Distanzelemente 17 sichern die Koaxialität zwischen dem Abgasrohr 5 und dem ersten Rohr 6.
Gemäss Fig. 2 ist das zweite Rohr 6 am unteren Ende mit einem Ringdeckel 18 teilweise verschlossen, wobei eine kreisrunde Durchtrittsfläche 19 freibleibt, mit einem Durchmesser, der etwa dem Aussendurchmesser des ofenseitigen Endes des Abgasrohres 5 entspricht. Zwischen diesem Ringdeckel 19 und dem besagten Rohrende von 5 verbleibt ein Ringspalt 20, die eigentliche Quenchstelle. Auch das ofenseitige Ende des dritten Rohres 8 ist mit einem Ringdeckel 21 teilweise verschlossen, der eine Durchtrittsfläche 22 freilässt, welche derjenigen im Ringdeckel 18 entspricht. Ein kurzes Rohrstück 23 verbindet die beiden freien Kanten der Ringdeckel 18 und 21. Dieses Rohrstück 23 ist gebogen ausgebildet, so dass, wie in Fig. 2 gut zu erkennen ist, der Einlassbereich der Quenche abgerundet ist. Dadurch werden die Strömungsverhältnisse im Einlassbereich verbessert und korrosive Ablagerungen in diesem Bereich vermieden. Das ofenseitige Ende 24 des zweiten Rohres 7 ist nach innen gezogen und reicht bis auf einen Ringspalt 25 an das besagte Rohrstück 23 heran. Auf diese Weise entsteht eine für den Kühlwasserfluss notwendige freie Verbindung zwischen dem zweiten Ringraum 11 und dem dritten Ringraum 12. Beide Ringräume 11 und 12 sind jedoch gegenüber dem Ofeninneren 9, dem ersten Ringraum 10 und dem Inneren des Abgasrohres 5 abgeschlossen. Zusätzlich kann auch eine elektrische Isolation auf die Aussenseite der Quenche angebracht werden, z. B. eine Plasmasprayschicht aus 0,5 mm Zirkonoxid. Dies verhindert, dass elektrische Ströme von der Schmelze zur geerdeten Quenche fliessen und dort Korrosion verursachen.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird die (kalte) Quenchluft über eine Frischluftleitung 26 dem ersten Ringraum 10 zugeführt. Diese strömt durch den ersten Ringraum 10 bis zur Quenchstelle (Ringspalt 20), wo sie sich mit dem heissen Abgasstrom aus dem Ofeninneren vermischt und diese schlagartig abkühlt. Die scharfe Eintrittskante am ofenseitigen Ende des Abgasrohres 5 sorgt dabei für zusätzliche Turbulenzen und unterstützt diesen Effekt. Zusammen mit dem sich (in Strömungsrichtung) diffusorartig erweiternden ofenseitigen Endabschnitt des Abgasrohres 5 wird erreicht, dass sich das im Bereich der Quenche bildende Sublimat der Metalldämpfe nicht an der Rohrinnenseite ablagert und dort anbackt. Die Förderung des Abgases und der Quenchluft erfolgt durch einen nicht dargestellten Ventilator hinter der Filterstufe 27. Damit jederzeit genügend Frischluft an der Quenchstelle zur Verfügung steht, ist es vorteilhaft, in die Frischluftleitung 26 ein Gebläse 28 zur Druckerhöhung (einige Tausend Pa) einzubauen. Dieses Gebläse erhöht die Strömungsgeschwindigkeit an der Quenchstelle 20, erzeugt in diesem Bereich auch stärkere Turbulenzen und erhöht damit die Quenchwirkung.
Es ist vorteilhaft, wenn in die Zuleitung der Quenchluft (Frischluftleitung 26) eine Bypassleitung 41 mündet, in welche ein Ventil 42 eingebaut ist. Beim Öffnen des Ventils 42 kann gezielt ein Teil der Quenchluft über die Leitung 41 abgeblasen werden, wodurch der Druck in der Zuleitung der Quenchluft reduziert wird und die in die Quenche gelangende Menge an Quenchluft ebenfalls reduziert wird. Das Ventil 42 wird in geeignetem Masse mit dem Abreinigungsvorgang synchronisiert, wobei insbesondere die Zeitpunkte für das Öffnen und Schliessen des Ventils 42, die Öffnungsdauer des Ventils 42 und die Grösse der Öffnung geregelt werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass während dem Abreinigen der Quenche kein Überdruck im Ofen entsteht, was sich in einer signifikanten Verbesserung der Lebensdauer von kritischen Ofenkomponenten auswirkt.
Neben der durch die Quenchstelle (Ringspalt 20) strömenden Frischluftmenge wird die Abgasmischtemperatur und damit auch die Effizienz der Sublimation durch die Spaltweite des Ringspalts 20 beeinflusst (siehe Fig. 3). Um diese den jeweiligen Gegebenheiten anpassen zu können, ist es vorteilhaft, das Abgasrohr 5 gegenüber dem ersten Rohr 6 vertikal verschiebbar auszubilden. Zu diesem Zweck kann die aus einer Tragsäule 29 und Tragarmen 30, 31 bestehende Halterung der Quenche so ausgebildet werden, dass der Tragarm 31 für das Abgasrohr 5 gegenüber dem Tragarm 30 für die anderen Rohre 6, 7, 8 vertikal einstellbar ist. Eine andere Möglichkeit sieht vor, die Abgasleitung 5 getrennt von den Rohren 6 und 7 und auch getrennt von der Frischluftleitung 26 zu befestigen. Zu diesem Zweck ist das Abgasrohr 5 auf der Höhe des Tragarms 31 verschiebbar von einem ersten Tragflansch 32 umgeben, der fest mit der Frischluftleitung 26 verbunden und am Tragarm 31 befestigt ist. Das Abgasrohr 5 ist mit einem zweiten Tragflansch 33 versehen, der über dem ersten Tragflansch 32 liegt. Durch Einstellschrauben 34 und/oder (nicht eingezeichnete) Distanzscheiben, die gleichzeitig auch der Befestigung des ersten Tragflansches 32 am Tragarm 31 dienen können, lässt sich der Abstand a zwischen den beiden Flanschen 32 und 33 und damit auch die Spaltweite w an der Quenchstelle (Ringspalt 20) einstellen.
Bei den im Ofeninnenraum 9 herrschenden Temperaturen von 1300°C und mehr werden die regelmässig aus Metall bestehenden Bauteile der Quenche extrem hoch beansprucht. Aus diesem Grunde ist es unumgänglich, diese Bauteile zu kühlen. Dies erfolgt durch Hindurchleiten von Kühlwasser durch die Ringräume 11 und 12 zwischen den Rohren 6 und 7 bzw. 7 und 8 und durch den Ringraum 5c zwischen Innenrohr 5a und Aussenrohr 5b.
Die Zufuhr des Kühlwassers zum Ringraum 12 erfolgt über einen Zulaufstutzen 35, der in eine erste ringförmige Sammelkammer 36 mündet, an die sich der Ringraum 12 anschliesst. Das Kühlwasser durchströmt diesen Ringraum 12 bis hinunter zur Quenchstelle (Ringspalt 20), wird dort umgelenkt, durchströmt den Ringraum 11, gelangt zu einer zweiten ringförmigen Sammelkammer 37 und verlässt diese über einen Ablaufstutzen 38.
Diese Kühlwasserführung verhindert zum einen eine übermässige thermische Belastung der metallischen Bauteile der Quenche gegenüber der von der Isolation 2 und vom Ofengefäss 1 abgestrahlten Wärme. Durch die Führung des Kühlwassers bis zum Ringspalt 20 wird dabei auch die eigentliche Quenchstelle optimal gekühlt. Das im Ringraum 11 zurückströmende Kühlwasser kühlt das Rohr 6, welche die äussere Begrenzung des Ringraums 10 bildet. Dadurch wird auch eine übermässige Aufheizung der durch den Ringraum 10 strömenden Quenchluft verhindert, so dass auf diese Weise Ablagerungen auf der Innenseite des Abgasrohres 5 vermieden werden.
Die Erfindung ist auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen selbstverständlich nicht beschränkt. So kann die Quenche tiefer in die Isolation 2 hineinreichen, z. B. auf der Höhe der Trennebene zwischen Gefässwand 1 und Isolation 2 liegen. Auch kann die Quenche - sofern es die Platzverhältnisse nicht anders zulassen, auch seitlich am Ofen - im Grenzfall horizontal verlaufend - angeordnet sein.
BEZEICHNUNGSLISTE
1
Ofengefäss
2
Isolation
3
Ofendecke
4
Abgasöffnung
5
Abgasrohr
5
a Innenrohr von
5
5
b Aussenrohr von
5
5
c Ringraum zwischen
5
a und
5
b
6
erstes Rohr
7
zweites Rohr
8
drittes Rohr
9
Ofeninnenraum
10
erster Ringraum
11
zweiter Ringraum
12
dritter Ringraum
13
Trennstelle zwischen
1
und
2
14
Ringflansch
15
Ringdichtung
16
erste Distanzelemente
17
zweite Distanzelemente
18
Ringdeckel
19
Durchtrittsfläche in
18
20
Ringspalt (Quenchstelle)
21
Ringdeckel
22
Durchtrittsfläche in
21
23
kurzes Rohrstück
24
ofenseitiges Ende von
7
25
Ringspalt zwischen
7
und
23
26
Frischluftleitung
27
Filterstufe
28
Ventilator
29
Tragsäule
30
,
31
Tragarme
32
,
33
Tragflansche
34
Schraubenbolzen (Verstellschrauben)
35
Zulaufstutzen
36
,
37
Ringkammern
38
Ablaufstutzen
39
Keramikrohr
40
Schutzring
41
Bypassleitung
42
Ventil
a Abstand zwischen
32
und
33
w Spaltbreite

Claims (9)

1. Abgasführung für einen Schmelzofen, insbesondere Filterstaub- Schmelzofen, welcher ein Ofengefäss (1) aus Feuerfestmaterial umfasst, wobei die im Ofeninneren (9) entstehenden Abgase durch eine Abgasleitung (5) in der Ofendecke (3) nach aussen geführt sind und wobei im Zuge der Abgasleitung (5) eine Quenche (20) zum abrupten Abkühlen des Abgases durch Beaufschlagung mit kalter Quenchluft vorgesehen ist, und Mittel zur Kühlung der Quenche und des stromabwärts hinter der Quenche gelegenen Abschnitts der Abgasleitung (5) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (5) zumindest in ihrem sich unmittelbar an die Ofenwand anschliessenden Abschnitt als doppelwandiges Rohr mit einem Innen (5a) - und einem Aussenrohr (5b) ausgebildet ist, wobei durch den Hohlraum (5c) zwischen Innen- und Aussenrohr eine Kühlflüssigkeit hindurchleitbar ist.
2. Abgasführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quenche ein zentrales Abgasrohr (5) umfasst, das von einem ersten (6), zweiten (7) und dritten Rohr (8) unter Belassung dreier Ringräume (10, 11, 12) umgeben ist, wobei durch den ersten Ringraum (10) zwischen Abgasrohr (5) und ersten Rohr (6) die über eine Frischluftleitung (26) herangeführte kalte Quenchluft geführt ist und durch die beiden anderen Ringräume (11, 12) eine Kühlflüssigkeit hindurchleitbar ist.
3. Abgasführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ringraum (10) an seinem ofenseitigen Ende über einen vorzugsweise in seiner Spaltweite (w) einstellbaren Ringspalt (20) mit dem Innenraum des Abgasrohres (5) in Verbindung steht.
4. Abgasführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite (11) und dritte Ringraum (12) bis an den Ringspalt (20) heranreichen und dort miteinander in freier Verbindung stehen.
5. Abgasführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Spaltweite (w) das Abgasrohr (5) gegenüber den anderen Rohren (6, 7, 8) in Rohrlängsrichtung verschiebbar ausgebildet ist.
6. Abgasführung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrohr (5) zusammen mit den anderen Rohren (6, 7, 8) zumindest teilweise in die Wärmeisolation (2) des Ofengefässes eintauchen, vorzugsweise bis an die Innenwandung des Ofengefässes (1) heranreichen.
7. Abgasführung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Abgasrohr (5) sich in Strömungsrichtung des Abgases diffusorartig erweitert.
8. Abgasführung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassbereich (23) der Quenche (20) abgerundet ist.
9. Abgasführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Frischluftleitung (26) eine Bypassleitung (41) mündet, in welcher ein Ventil (42) angeordnet ist, dessen Zu- und Abschaltvorgang mit dem Abreinigungsvorgang synchronisiert ist.
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