Verwendung eines Regenerators zur Nutzung des Wärmeinhalts von Gasen

Abstract

 Verwendung eines Regenerators zur Nutzung des Wärmeinhalts von Gasen. Bisher konnte der Wärmeinhalt von Gasen, die korrodierende Bestandteile und/oder Staubteilchen enthalten, nur zu einem geringen Teil oder überhaupt nicht genutzt werden, weil die Empfindlichkeit der hierzu bisher verwendeten Abhitzekessel gegen korrodierende Stoffe und Staubteilchen zu häufigen Betriebsunterbrechungen und einer nur unvollständigen Nutzung des Wärmeinhalts führte. Dieser Nachteil wird durch die vorliegende Erfindung dadurch behoben, dass der Wärmeinhalt der korrodierenden Komponenten und/oder Staubteilchen enthaltenden Gase unter Verwendung von Regeneratoren (2) auf andere Gase übertragen wird, die keine korrodierenden Bestandteile und Staubteilchen enthalten.
Als Speichermasse für die Regeneratoren (2) können Steine, vorzugsweise Quarzitsteine, oder handelsübliche temperaturbeständige Fülkörper, wie Raschig-Ringe, verwendet werden.

Beschreibung

[0001] Es ist bekannt, daß der Wärmeinhalt von Abgasen bisher zum größten Teil verloren geht. Dadurch bleiben große Energiemengen ungenutzt, denn diese Gase stehen häufig noch bei sehr hohen Temperaturen zur Verfügung. Zwar wird der Wärmeinhalt von Gasen, die korrodierende Bestandteile und/oder Staubteilchen enthalten, zum Teil zur Dampferzeugung in Abhitzekesseln verwendet, aber diese Gase besitzen Eigenschaften, die eine wirtschaftliche Nutzung als Wärmequelle in den bisher bekannten Anlagen sehr erschweren oder sogar unmöglich machen. Hierzu gehört vor allem ein Sehwefelgehalt, aufgrund dessen bei Temperaturen unter etwa 250°C bis 300⁰C die Bldung von Schwefelsäure einsetzt. Abgase aus Drehrohr- und Schachtöfen besitzen gewöhnlich einen sehr hohen Staubgehalt.

[0002] Es ist ein wesentlicher Nachteil bisher bekannter Anlagen zur Nutzung des Wärmeinhalts von Abgasen, daß wegen der Empfindlichkeit der Abhitzekessel gegen korrodierende Stoffe und gegen im Gas enthaltene Staubteilchen eine nicht vollständige Nutzung des Wärmeinhalts und häufige Betriebsunterbrechungen in Kauf genommen werden müssen.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wärmeinhalt von Gasen, die korrodierende Komponenten und/oder Staubteilchen enthalten, besser nutzbar zu machen und die Störanfälligkeit der Wärmenutzungsanlagen zu verringern.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Verwendung eines Regenerators zur Gewinnung des Wärmeinhalts von korrodierende Komponenten und/oder Staubteilchen enthaltenden Gasen, wobei der Wärmeinhalt dieser Gase auf andere Gase übertragen wird.

[0005] Bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines Regenerators werden zunächst die Gase, die korrodierende Komponenten und/ oder Staubteilchen enthalten, durch den Regenerator geleitet. Der Wärmeinhalt dieser Gase überträgt sich dabei auf die Speichermasse des Regenerators. Nach einer gewissen Zeit wird der Regenerator umgeschaltet. Vom kalten Ende her werden nun Gase, die keine korrodierenden Komponenten und Staubteilchen enthalten, in den Regenerator eingeblasen und nehmen die im Regenerator gespeicherte Wärme auf. BeispielsweLse kann der Regenerator bei diesem zweiten Arbeitstakt mit komprimierter Luft beschickt werden.

[0006] Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Regenerators wird der Vorteil erreicht, daß der Wärmeinhalt schwer zu behandelnder Gase auf andere Gase übertragen wird, deren Zusammensetzung den Verfahrensbedingungen optimal angepaßt werden kann und die frei sind von Staub und korrodierenden Bestandteilen. Die im Regenerator erwärmten Gase werden dann zur Nutzung ihres Wärmeinhalts beispielsweise einem Abhitzekessel oder einer Turbine zugeführt. Es ist ein weiterer großer Vorteil, der durch den Gegenstand der Erfindung erreicht wird, daß aufgrund des Fehlens korrodierender Bestandteile die sekundären Gase auf wesentlich tiefere Temperaturen abgekühlt werden können als die korrodierende Bestandteile enthaltenden Gase und ihr Wärmeinhalt daher besser genutzt wird.

[0007] Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der Regenerator mit Steinen gefüllt ist. Da Quarzitsteine weitgehend unempfindlich sind gegen Säureablagerungen, ist bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes vorgesehen, den Regenerator mit Quarzitsteinen zu füllen.

[0008] Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist der Regenerator mit Raschig-Ringen, vorzugsweise mit Porzellan-Raschig-Ringen gefüllt. Auch Raschig-Ringe in Sinterkorundausführungen können Verwendung finden. Raschig-Ringe besitzen ein besonders großes Oberflächen/Volumen-Verhältnis. Außerdem besitzen sie ein Lückenvolumen von ca. 70%, was dazu führt, daß mit Raschig-Ringen gefüllte Regeneratoren sehr schlank gebaut werden können und einen kleinen Druckabfall besitzen. Selbstverständlich können auch andere handelsübliche temperaturbeständige Füllkörper Verwendung finden.

[0009] Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.

[0010] Hierbei zeigt Figur 1 eine Anlage zur Nutzung der Abhitze eines Elektroofens mit der erfindungsgemäßen Verwendung von Regeneratoren.

[0011] In Figur 1 ist schematisch dargestellt, wie die Abhitze eines Elektroofens 1 durch die erfindungsgemäße Verwendung von umschaltbaren Regeneratoren 2 auf Luft übertragen wird. Die Regeneratoren 2 ersetzen in diesem Fall die Brennkammer eines offenen Gasturbinenkreislaufs. Im dargestellten Beispiel werden 123 000 Nm³/h Abgase mit 1000⁰C aus dem Elektroofen 1 durch Leitung 9 abgezogen und mit 12 550 Nm³/h Luft von 20°C vermischt. Das Luft-Abgas-Gemisch hat dann eine Temperatur von 900°C. Das heiße Gemisch wird gemäß der Erfindung in einen Regenerator 2 geleitet (Leitung 10a oder 10b) und gibt dort seine Wärme ab, z.B. an Quarzitsteine. Gleichzeitig schlagen sich Staub und korrodierende Komponenten an der Regeneratorabfüllung nieder. Der Regeneratorbehälter und die anschließenden Armaturen und Rohrleitungen sind zweckmäßigerweise in dem gefährdeten Gebiet aus säurefestem Material gefertigt. Säurereste können aus dem den Regenerator verlassenden Gas nach dessen weiterer Abkühlung, z.B. durch Luftzumischung, mit einer Wasserwäsche ausgewaschen werden, etwa mit einem Venturiwäscher. Die Vorrichtung zum Waschen ist in der Figur nicht eingetragen.

[0012] Die im Regenerator 2 niedergeschlagene Schwefelsäure sammelt sich zusammen mit eventuell gebildetem Wasserkondensat am kalten Ende des Regenerators. Um die Schwefelsäure auf der Speichermasse zu verdünnen und schneller zum Ablaufen zu bringen, können die Regeneratoren 2 während eines besonderen Arbeitstaktes mit Wasserdampf beaufschlagt werden. Hierfür wäre allerdings ein dritter Regenerator nötig. Die ausgetragene Menge kann beispielsweise mit Kalk neutralisiert werden.

[0013] Nachdem das Luft-Abgas-Gemisch sdne Wärme weitgehend an den Regenerator 2 abgegeben hat, wird es durch eine Saugzuggebläse bei 200°C von etwa 0,75 ata auf 1 ata verdichtet und durch ein Filter in einen Kamin 8 eingeleitet.

[0014] Es besteht auch die Möglichkeit, in anderen Fällen, bei denen das Wärme abgebende Gas tiefer abgekühlt wird, dieses einer Naßentschwefelung zu unterziehen.

[0015] In dem hier beschriebenen Beispiel wird die im Regenerator 2 gespeicherte Wärmemenge an Luft abgegeben. Luft von 1 ata und 20°C wird mit einem Kompressor 3 auf 14 ata verdichtet und dabei auf 180°C erwärmt und über Zuleitung 11a bzw. llb in den Regenerator 2 eingeführt. Die Luft erwärmt sich im Regenerator 2 auf 880°C. Die heiße Luft, die sich auf einem Druck von 14 ata befindet, wird anschließend in einer

[0016] Turbine 4 arbeitsleistend entspannt. An der Ausgangsseite der Turbine wird Luft von 1 ata und 383⁰C abgeführt und in den Kamin 8 geleitet. Der thermodynamische Wirkungsgrad dieses Prozesses liegt bei etwa 40%.

[0017] Staubablagerungen im Regenerator 2 werden am besten dadurch entfernt, daß der beim Umschaltvorgang des Regenerators 2 auftretende Schaltstoß derart über das warme Ende in den drucklosen Regenerator 2 geführt wird, daß er diesen über das kalte Ende ausbläst.

[0018] Bei dem Füll- und Durchströmvorgang des ausgeblasenen Regenerators 2 mit Druckgas findet eine nur unwesentliche Sublimation von eventuell nicht entfernter Schwefelsäure statt, denn erstens ist das Sublimationsverhältnis sehr schlecht, weil die Sublimation in das Druckgas hinein erfolgen müßte und zweitens sublimiert im wesentlichen nur Wasserdampf aus der verdünnten Säure ab.

[0019] Ist aus gewissen Gründen die Unterschreitung des Säuretaupunkts im Regenerator 2 nicht erwünscht, so ist die Austrittstemperatur aus dem Kompressor 3 entsprechend hoch zu wählen,d.h. das kalte Ende des Regenerators ist auf einer Temperatur, die höher liegt als der Säuretaupunkt des Rauchgases, zu halten.

Ansprüche

1. Verwendung eines Regenerators zur Gewinnung des Wärmeinhaltes von korrodierende Komponenten und/oder Staubteilchen enthaltenden Gasen, wobei der Wärmeinhalt dieses Gases auf andere Gase übertragen wird.

2. Verwendung eines Regenerators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerator mit Steinen gefüllt ist.

3. Verwendung eines Regenerators nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllung des Regenerators Quarzitsteine verwendet werden.

4. Verwendung eines Regenerators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerator mit handelsüblichen temperaturbeständigen Füllkörpern gefüllt ist.

5. Verwendung eines Regenerators nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerator mit Raschig-Ringen . gefüllt ist.

6. Verwendung eines Regenerators nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Füllung des Regenerators Porzellan-Raschig-Rihge verwendet werden.

7. Verwendung eines Regenerators nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Füllung des Regenerators Raschig-Ringe in Sinterkorundausführung verwendet werden.

Zeichnung