DE3515842C2 - Industrial furnace and method for operating the same - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Industrieofen mit Zuführungen für einen Brennstoff und für ein sauerstoffhaltiges Gas sowie mit einer Abführung für Rauchgas, sowie ein Verfah ren zum Betreiben eines derartigen Industrieofens.The invention relates to an industrial furnace with feeders for a fuel and for an oxygen-containing gas as well as with an exhaust for flue gas, as well as a procedure ren for operating such an industrial furnace.
In Industrieöfen, wie z. B. Spaltöfen oder Raffinerieöfen, wird ein Brennstoff unter Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases, wie beispielsweise Luft, verbrannt. Dabei entsteht ein heißes Rauchgas, das aus dem Industrieofen entfernt wird. Um den Brennstoffverbrauch des Industrieofens zu ver ringern, wird das sauerstoffhaltige Gas angewärmt, und zwar entweder mittels einer externen (bezogen auf den In dustrieofen) Wärmequelle oder aber intern mit einem Teil der Rauchgas-Abwärme.In industrial furnaces such as B. cracking furnaces or refinery furnaces, becomes a fuel with the addition of an oxygen-containing Gases, such as air, are burned. This creates a hot flue gas that is removed from the industrial furnace becomes. To ver the fuel consumption of the industrial furnace wrestle, the oxygen-containing gas is heated, and either by means of an external (based on the In industrial furnace) heat source or internally with a part the flue gas waste heat.
Für diesen Wärmetausch mit Rauchgas sind bisher zwei Mög lichkeiten bekanntgeworden. Entweder ist der Wärmetauscher im Rauchgas-Strömungsweg angeordnet und das der Verbrennung zuzuführende sauerstoffhaltige Gas wird zunächst durch den Wärmetauscher geleitet, bevor es zu den im Industrieofen angeordneten Brennern gelangt. Oder der Wärmetauscher ist im Bereich der Brenner im Strömungsweg des sauerstoffhalti gen Gases angeordnet. In diesem Fall wird das bei der Ver brennung gebildete Rauchgas zum Wärmetauscher geleitet, be vor es den Industrieofen verläßt.So far, there are two options for this heat exchange with flue gas known. Either the heat exchanger arranged in the flue gas flow path and that of combustion The oxygen-containing gas to be supplied is initially by the Heat exchanger passed before it to the one in the industrial furnace arranged burners arrives. Or the heat exchanger is in the area of the burners in the flow path of the oxygen arranged towards gas. In this case, the Ver combustion formed flue gas passed to the heat exchanger, be before it leaves the industrial furnace.
Beide bisher bekanntgewordenen Lösungen sind als nachteilig anzusehen. Sowohl das sauerstoffhaltige Gas als auch das Rauchgas sind bei Industrieöfen mengenmäßig große Ströme, so daß große Strömungskanäle mit großen Leitungsquerschnit ten erforderlich sind, um entweder den einen oder den ande ren der beiden Ströme zu dem Wärmetauscher zu leiten.Both previously known solutions are disadvantageous to watch. Both the oxygen-containing gas and that Flue gas is large quantities in industrial furnaces, so that large flow channels with large pipe cross-sections ten are required to either one or the other of the two streams to the heat exchanger.
Aus der deutschen Fachzeitschrift "Betrieb und Energie", 1/85, Seiten 9 und 10, ist der Einsatz von Winderhitzern, einer speziellen Anwendungsform von Regeneratoren, bekannt. Winderhitzer werden im Zusammenhang mit Hochöfen in der Hüttenindustrie eingesetzt. Sie dienen der Vorwärmung des "Windes", wie in der Hüttenindustrie die für den Hochofen benötigte Luft genannt wird. Im Winderhitzer wird durch Verbrennen von Brenngas, in der Regel Gichtgas, und Luft ein Heißgas erzeugt, dessen Wärme überwiegend auf den Wind übertragen wird und nur in geringem Maße mit dem Abgas des Winderhitzers abgegeben wird. Die Wärme des Abgases des Winderhitzers kann zur Vorwärmung des Brenngases für den Winderhitzer benutzt werden.The insert is from the German trade magazine "Betrieb und Energie", 1/85, pages 9 and 10 of hot water heaters, a special form of application of regenerators. Wind heaters are used in connection with blast furnaces in the iron and steel industry. they serve to preheat the "wind", as in the iron and steel industry for the blast furnace required air is called. In the hot water heater, by burning fuel gas, in the Usually top gas, and air produces a hot gas, the heat of which is mainly due to the wind is transmitted and is only released to a small extent with the exhaust gas of the hot water heater. The heat of the exhaust gas from the hot water heater can be used to preheat the fuel gas for the Hot water heaters can be used.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen In dustrieofen der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, der einen geringen Brennstoffverbrauch aufweist und der ohne groß dimensionierte Strömungskanäle auskommt.The invention is therefore based on the object to develop industrial furnaces of the type described at the beginning, that has low fuel consumption and that does not need large flow channels.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Strömungswegen für das Rauchgas und für das sauerstoff haltige Gas jeweils mindestens ein Wärmetauscher angeord net ist und daß der Wärmetauscher im Strömungsweg für das sauerstoffhaltige Gas demjenigen im Rauchgasströmungs weg nachgeschaltet ist.This object is achieved in that in the flow paths for the flue gas and for the oxygen containing gas each arranged at least one heat exchanger is net and that the heat exchanger in the flow path for the oxygen-containing gas that in the flue gas flow is connected downstream.
Während bisher üblicherweise das sauerstoffhaltige Gas unmittelbar in Wärmetausch mit dem Rauchgas gebracht wurde, sind nunmehr mindestens zwei Wärmetauscher vorgesehen, von denen jeweils mindestens einer im Rauchgasströmungs weg sowie im Strömungsweg für das sauerstoffhaltige Gas angeordnet ist. Die beiden Wärmetauscher sind strömungs mäßig hintereinandergeschaltet, wobei der Wärmetauscher im Rauchgaskanal vor demjenigen im Strömungsweg für das sauerstoffhaltige Gas angeordnet ist. Diese Anordnung er möglicht es, Wärme aus dem Rauchgas auf das sauerstoffhal tige Gas zu übertragen, ohne diese beiden Ströme unmittel bar in Wärmetausch miteinander bringen zu müssen.While previously the oxygen-containing gas immediately brought into heat exchange with the flue gas, at least two heat exchangers are now provided, at least one each in the flue gas flow path as well as in the flow path for the oxygen-containing gas is arranged. The two heat exchangers are flow moderately connected in series, the heat exchanger in the flue gas duct before the one in the flow path for that oxygen-containing gas is arranged. This arrangement he it is possible to transfer heat from the flue gas to the oxygen to transfer gas without these two streams immediately need to bring bar in heat exchange with each other.
Auf diese Weise läßt sich der bisher übliche große Wärmetau scher der Strömungskanäle sowohl für das Rauchgas als auch für das sauerstoffhaltige Gas durch zwei wesentlich kleine re und kompaktere Wärmetauscher ersetzen. Die aufwendige und platzraubende Umleitung des Rauchgasstroms bzw. des sauerstoffhaltigen Gases entfällt völlig. Die Wärmeübertra gung erfolgt durch ein Hilfsfluid, dessen Strömungsmenge weitaus geringer als diejenige der beiden Gasströme ist. Als weiterer Vorteil ist anzuführen, daß der im Strömungsweg des sauerstoffhaltigen Gases angeordnete Wärmetauscher aufgrund seiner geringen Baugröße näher an den Brennern angeordnet sein kann. Das Gebläse, das bisher üblicherweise für das sauerstoffhaltige Gas eingesetzt wurde, entfällt.In this way, the large amount of heat that has been usual up to now can be shear of the flow channels for both the flue gas and for the oxygen-containing gas by two significantly smaller ones Re and more compact heat exchangers replace. The elaborate and space-consuming redirection of the flue gas flow or oxygen-containing gas is completely eliminated. The heat transfer supply takes place through an auxiliary fluid, the flow of which is far less than that of the two gas flows. When Another advantage is that the flow path of the oxygen-containing gas arranged heat exchanger due to its small size closer to the burners can be arranged. The blower that used to be common for which oxygen-containing gas was used, is omitted.
Es erweist sich als zweckmäßig, wenn gemäß einer Weiter bildung des erfindungsgemäßen Industrieofens die Wärme tauscher Rippenrohre aufweisen.It proves useful if according to a next formation of the industrial furnace according to the invention the heat have exchanger finned tubes.
Die Rippen befinden sich an der Rohraußenseite. Die durch das Innere der Rohre definierten Strömungsquerschnitte der jeweiligen Wärmetauscher sind in Strömungsverbindung miteinander. Der Außenraum um die Rohre bildet jeweils Strömungsquerschnitte für das Rauchgas bzw. das sauerstoff haltige Gas.The fins are on the outside of the pipe. By flow cross sections defined the inside of the pipes the respective heat exchangers are in flow connection together. The outside space around the pipes forms each Flow cross sections for the flue gas or oxygen containing gas.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegen standes sind die Rippenrohre aus Normalstahl gefertigt.In a preferred development of the counterpart of the invention the finned tubes are made of normal steel.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrei ben eines Industrieofens, bei dem dem Industrieofen ein Brennstoff sowie ein sauerstoffhaltiges Gas zur Verbrennung zugeführt werden und aus dem ein bei der Verbrennung gebil detes Rauchgas abgeführt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Wärme vom Rauchgas auf ein Hilfsfluid übertragen und das Hilfsfluid in Wärmetausch mit dem sauerstoffhaltigen Gas gebracht wird.The invention further relates to a method for operating ben of an industrial furnace, in which the industrial furnace Fuel and an oxygen-containing gas for combustion are fed and from which a gebil during combustion the flue gas is discharged, which is characterized is that heat is transferred from the flue gas to an auxiliary fluid and the auxiliary fluid in heat exchange with the oxygen-containing Gas is brought.
Es erweist sich als zweckmäßig, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes als Hilfsfluid eine Flüssigkeit oder ein Gasstrom mit höherer Dichte und höherem Druck als das Rauchgas oder die Umgebungsluft verwendet wird. Als Flüssigkeit wird insbesondere Kesselspei sewasser verwendet. Die Verwendung einer Flüssigkeit ermög licht es, die Leitungsquerschnitte für das Hilfsfluid beson ders klein auszulegen. Als Gasstrom wird insbesondere Was serdampf oder ein gasförmiger Kohlenwasserstoff verwendet.It proves useful if according to a preferred one Design of the subject of the invention as an auxiliary fluid a liquid or gas stream with higher density and higher pressure than the flue gas or the ambient air is used. In particular, kettle spit is used as the liquid sewasser used. The use of a liquid allows if it is, the line cross-sections for the auxiliary fluid to interpret it small. What becomes a gas stream in particular steam or a gaseous hydrocarbon.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegenstan des wird in dem Industrieofen eine Kohlenwasserstoffspal tung durchgeführt und als Hilfsfluid zumindest ein Teil des Kohlenwasserstoffeinsatzstromes und/oder Wasserdampf und/oder ein Betriebsmittelstrom eingesetzt. Der Betriebsmit telstrom ist beispielsweise Speisewasser.In a preferred development of the subject matter of the invention that becomes a hydrocarbon column in the industrial furnace tion performed and as an auxiliary fluid at least a part of the hydrocarbon feed stream and / or water vapor and / or a resource flow is used. The operating Telstrom is feed water, for example.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, daß das Hilfsfluid im Kreis lauf geführt oder durch einen der im Industrieofen vorhandenen Ströme gebildet wird. Derartige Ströme sind z. B. ein Kohlen wasserstoffeinsatzstrom, Prozeßdampf, Kesselspeisewasser oder sonstige Ströme, die im System der Gesamtanlage vorhan den sind.In a preferred development of the invention Process is proposed that the auxiliary fluid in a circuit run or through one of those in the industrial furnace Currents is formed. Such currents are e.g. B. a coal hydrogen feed stream, process steam, boiler feed water or other currents that exist in the system of the overall system they are.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver fahrens wird das Hilfsfluid nach Anwärmung des sauerstoff haltigen Gases dem Industrieofen zugeführt. Diese Verfah rensweise ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Hilfs fluid ein Einsatzstrom des Industrieofens oder Prozeßdampf oder Speisewasser ist. Sofern das Hilfsfluid nicht benötigt wird, kann es vom Industrieofen nach der Anwärmung des sauer stoffhaltigen Gases abgezogen werden.In a further embodiment of the Ver driving the auxiliary fluid after warming up the oxygen containing gas fed to the industrial furnace. This procedure Rensweise is particularly advantageous if the auxiliary fluid a feed stream from the industrial furnace or process steam or feed water. Unless the auxiliary fluid is required it can be sour from the industrial furnace after warming up substance-containing gas are deducted.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention is based on the drawing explained in more detail.
Hierbei zeigt die Figur einen Industrieofen 1 mit beispielsweise rechteckigem Grundriß für die Spaltung eines Kohlenwasserstoffeinsatzes. Er weist an seinen Seitenwänden jeweils mehrere Reihen von Brennern 2 auf. Jeder der Brenner 2 ist mit einer Zuführung 3 für ein Heizgas, beispielsweise ein Gemisch aus CH4 und H2, und einer weiteren Zuführungsleitung 4 für ein sauerstoff haltiges Gas, beispielsweise Luft, verbunden. Zwischen den Brennern 2 befinden sich im Feuerraum des Industrieofens Strahlungszonenrohre 5, die zur Führung eines zu spaltenden Kohlenwasserstoffeinsatzstromes dienen. Die Strahlungszonen rohre 5 bilden einen sich senkrecht zur Zeichenebene er streckenden schlangenlinienförmigen Strömungsweg. Beispiels weise wird in dem Industrieofen ein Einsatzraum von gesättig ten Kohlenwasserstoffen zu Olefinen und Aromaten gespalten. Der Spaltgasstrom wird anschließend durch einen gestrichelt dargestellten Spaltgaskühler 6 geleitet.The figure shows an industrial furnace 1 with, for example, a rectangular layout for splitting a hydrocarbon feed. It has several rows of burners 2 on each of its side walls. Each of the burners 2 is connected to a feed 3 for a heating gas, for example a mixture of CH 4 and H 2 , and a further feed line 4 for an oxygen-containing gas, for example air. Radiation zone tubes 5 are located between the burners 2 in the combustion chamber of the industrial furnace and serve to guide a hydrocarbon feed stream to be split. The radiation zones tubes 5 form a serpentine flow path extending perpendicular to the plane of the drawing. For example, a space from saturated hydrocarbons to olefins and aromatics is split in the industrial furnace. The cracked gas stream is then passed through a cracked gas cooler 6 shown in dashed lines.
Der Feuerraum steht mit einer Konvektionszone 7 in Verbin dung, in der neben anderen ein Wärmetauscher 8 angeordnet ist. Der Wärmetauscher 8 weist eine Zuleitung 9 für ein Hilfsfluid auf und ist ausgangsseitig über eine Leitung 10 mit Wärmetauschern 11, 12 verbunden, die sich im Bereich der Brenner 2 zu beiden Seiten des Industrieofens 1 an des sen Unterseite in Längsrichtung erstrecken. Der Strömungs querschnitt der Verbindungsleitung 10 mündet an der Aus gangsseite der Wärmetauscher 11, 12 in eine Leitung 13.The combustion chamber is connected to a convection zone 7 , in which a heat exchanger 8 is arranged next to others. The heat exchanger 8 has a feed line 9 for an auxiliary fluid and is connected on the outlet side via a line 10 to heat exchangers 11 , 12 which extend in the region of the burner 2 on both sides of the industrial furnace 1 on the underside of the longitudinal side. The flow cross section of the connecting line 10 opens at the outlet side of the heat exchanger 11 , 12 in a line 13 .
Die Wärmetauscher 8, 11, 12 sind vorzugsweise als Rippen rohrwärmetauscher mit außen berippten Rohren ausgeführt. Der Wärmetauscher 8 weist im Außenraum der Rohre einen Strömungsquerschnitt auf, der eingangsseitig mit dem Feuerraum des Industrieofens 1 und ausgangsseitig mit einem Kamin verbunden ist.The heat exchangers 8 , 11 , 12 are preferably designed as finned tube heat exchangers with externally finned tubes. The heat exchanger 8 has a flow cross section in the outer space of the tubes, which is connected on the input side to the combustion chamber of the industrial furnace 1 and on the output side to a chimney.
Die Wärmetauscher 11, 12 weisen jeweils einen zweiten Strö mungsweg auf, der eingangsseitig mit einer Zuführungslei tung 14 für ein sauerstoffhaltiges Gas und ausgangsseitig mit den zu den Brennern 2 führenden Leitungen 4 verbunden sind.The heat exchangers 11 , 12 each have a second flow path which is connected on the input side to a feed line 14 for an oxygen-containing gas and on the output side to the lines 4 leading to the burners 2 .
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Industrieofens soll anhand eines Zahlenbeispiels näher erläutert werden: Die Brenner 2 erzeugen durch Verbrennung des Heizgases unter Zuführung von Luft in den Strahlungszonenrohren 5 die für die Spaltung des Kohlenwasserstoffeinsatzes benö tigte Temperatur. Das bei der Verbrennung gebildete Rauch gas gelangt mit einer Temperatur von ca. 1100°C in die Konvektionszone 7 und durchströmt u. a. den Wärmetauscher 8, wo es sich in Wärmetausch mit dem über Leitung 9 zugeführ ten Hilfsfluid auf ca. 150°C abkühlt. Als Hilfsfluid wird beispielsweise Kesselspeisewasser mit einem Druck von 120 bar und einer Temperatur von 170°C verwendet, das sich bei dem Wärmetausch auf etwa 255°C erwärmt. Das erwärmte Kesselspeisewasser wird bei dieser Temperatur durch die Wärmetauscher 11, 12 geleitet, in denen es Wärme auf die der Verbrennung zugeführte Luft überträgt. Bei diesem Wärme tausch wird die Luft von ca. 25°C auf ca. 200°C angewärmt, während sich das Kesselspeisewasser auf ca. 160°C abkühlt. Die Menge der Verbrennungsluft beträgt beispielsweise 37350 Nm3/h, die des Rauchgases 40 800 Nm3/h. Demgegenüber beträgt die Menge des Kesselspeisewassers 21 t/h.The mode of operation of the industrial furnace according to the invention will be explained in more detail with reference to a numerical example: the burner 2 generated by combustion of the fuel gas while supplying air into the radiation zone of the tubes 5 Benö for cleavage of the hydrocarbon feed preferential temperature. The smoke gas formed during combustion reaches the convection zone 7 at a temperature of approx. 1100 ° C. and flows through the heat exchanger 8 , where it cools down to approx. 150 ° C. in heat exchange with the auxiliary fluid supplied via line 9 . For example, boiler feed water with a pressure of 120 bar and a temperature of 170 ° C is used as the auxiliary fluid, which heats up to about 255 ° C during the heat exchange. The heated boiler feed water is passed at this temperature through the heat exchangers 11 , 12 , in which it transfers heat to the air supplied to the combustion. During this heat exchange, the air is heated from approx. 25 ° C to approx. 200 ° C, while the boiler feed water cools down to approx. 160 ° C. The amount of combustion air is, for example, 37 350 Nm 3 / h, that of the flue gas 40 800 Nm 3 / h. In contrast, the amount of boiler feed water is 21 t / h.
An diesem Zahlenbeispiel ist zu erkennen, daß das Hilfsfluid im Vergleich zu dem sauerstoffhaltigen Gas und dem Rauchgas ein sehr kleines Volumen darstellt, so daß mit kleinen Leitungsquerschnitten in den Leitungen 9, 10, 13 sowie kleinen Wärmetauschern 8, 11, 12 gearbeitet werden kann. Dennoch wird wirkungsvoll Wärme aus dem abziehenden Rauch gas auf die Verbrennungsluft übertragen.This numerical example shows that the auxiliary fluid represents a very small volume compared to the oxygen-containing gas and the flue gas, so that it is possible to work with small line cross sections in the lines 9 , 10 , 13 and small heat exchangers 8 , 11 , 12 . Nevertheless, heat is effectively transferred from the exhaust gas to the combustion air.
Anstelle von Kesselspeisewasser können selbstverständlich auch andere Medien als Hilfsfluid eingesetzt werden, bei spielsweise ein der Kohlenwasserstoffspaltung zuzuführender Einsatzstrom wie Ethan oder ein Propan-Butan-Gemisch (Temperatur beispielsweise 350°C, Druck 6 bis 7 bar) oder Prozeßdampf für die Spaltung (Temperatur ca. 350°C, Druck ca. 5 bar).Instead of boiler feed water, of course other media can also be used as auxiliary fluid for example one to be supplied to the hydrocarbon splitting Feed stream such as ethane or a propane-butane mixture (Temperature for example 350 ° C, pressure 6 to 7 bar) or Process steam for the splitting (temperature approx. 350 ° C, Pressure approx. 5 bar).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |