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Durch stark aggressive Abgase beheizter Dampferzeuger, dessen Verdampferheizfläche
durch entsprechend hoch vorgesehenen Betriebsdruck vor Taupunktskorrosionen geschützt
ist Durch stark aggressive Abgase beheizter Dampferzeuger, dessen Verdampferheizfläche
durch entsprechend hoch vorgesehenen Betriebsdruck vor Saugdruckskorrosionen geschützt
ist.
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Die Erfindung betrifft die Gestaltung von Abhitze-Dampfkesseln, die
durch stark aggressive, beispielsweise viel Schwefel- oder Stickoxyd enthaltende
Gase beheizt werden. Derartige Gase werden insbesondere von Röst- oder Sinteröfen
für Erze und von chemischen Anlagen erzeugt; sie können jedoch auch durch Verbrennung
beispielsweise hochschwefelhaltiger Brennstoffe fester, flüssiger oder gasförmiger
Art unmittelbar in der Feuerung des Dampfkessels selbst entstehen.
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Da insbesondere die Röstofenabgase beträchtliche Wärmemengen enthalten,
die bei Abführung derselben in die Atmosphäre bzw. bei ausschließlicher Verwertung
ihres chemischen Gehaltes verlorengehen, so unternimmt man es schon lange, diesen
Abgasen ihren Wärmegehalt vorher möglichst weitgehend zu entziehen. Hierbei. ergeben
sich jedoch Schwierigkeiten insofern, als diese Gase, beispielsweise wegen ihres
großen Schwefeloxydgehaltes, einen sehr hohen Taupunkt besitzen, so daß normale
Abhitzekessel bei der üblichen Betriebsweise infolge der starken Säuren, die sich
bei der Kondensation der im Rauchgas enthaltenen Feuchtigkeit bilden, sehr rasch
zerstört werden.
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Auf Grund dieses Sachverhaltes ist der Bau und der Betrieb von Abhitzekesseln,
die von derart aggressiven Gasen beaufschlagt werden, eine äußerst komplexe Aufgabe;
denn die Heizgase greifen sowohl die Heizflächen und druckführenden Kesselteile
als auch alle Halterungen, Gerüstteile, die gasdichte Blechhaut und Armaturen an.
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Es sind dementsprechend schon viele Vorschläge gemacht und verwirklicht
worden, um die Metallteile des Kessels vor den unvermeidlichen Korrosionen zu schützen,
die bei unterhalb des Gastaupunktes liegenden Temperaturen der gasberührten Metallteile
unvermeidlich sind. So ist es bekannt, den Kesseldruck mit Rücksicht auf die Kesselheizflächen
stets so hoch zu halten, daß die zugehörige Verdampfungstemperatur den Abgastaupunkt
nicht unterschreitet.
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Diese Vorschrift ist im normalen Betrieb nur einzuhalten, wenn der
Abhitzekessel auf ein ständig unter gleichbleibend ausreichendem Druck stehendes
Dampfnetz arbeitet oder wenn das Kessel-Bedienungspersonal den Kessel dauernd mit
der notwendigen Aufmerksamkeit beobachtet und - entgegen allen normalen Betriebsgepflogenheiten
- auf die Dampfverbrauchsstellen hinsieht der Rückführung des Kessels keine Rücksicht
nimmt. Das Personal darf dann aber auch - insbesondere bei stark wechselndem Gesamtbetrieb
- niemals durch andere Arbeiten von seiner überwachungspflicht abgelenkt werden.
Alle diese Voraussetzungen sind jedoch nur selten gegeben.
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Es ist daher erstes Teilmerkmal (Merkmal a) des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Dampferzeugers, daß in die Dampfentnahmeleitung des Kessels ein Druckhalte- oder
überströmventil eingebaut ist, das selbsttätig nur so lange Dampf durchströmen läßt,
wie sich der Kesseldruck oberhalb der oben beschriebenen unteren Grenze bewegt.
Dieses an sich bekannte Druckhalteventil sichert also unter allen Umständen - ohne
Rücksicht auf die von den Dampfverbrauchsstellen etwa verlangte Dampfleistung -
stets den erforderlichen Dampfmindestdruck im Kessel.
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Da jedch bei derartigen Abhitzekesseln die nicht zu :den Heizflächen
ummittelbar gehörenden metallischen Bauteile während des Betriebs überdies durch
das örtliche Eindringen von kalter Falschluft durch die Kesselumfassungswände hindurch
unterkühlt werden, so ist es neben der Aufrechterhaltung des Dampfmindestdruckes
zugleich unbedingt notwendig, die Kesselaußenwände zuverlässig abzudichten (Merkmal
b).
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Zwecks Abdichtung .der Kesselfeuerung gegen die Außenatmosphäre wurde
schon vor zwei Jahrzehnten vorgeschlagen, die Feuerung mit einem zwischen zwei Mauern
liegenden, dünnen Blechmantel zu umgeben, der zwischen den Innen- und Außenwänden
des Umfassurngsmauerwerks (der Feuerung bzw. des Ofens) fest eingepreßt ist und
daher sehr dünn und sehr billig sein kann (österreichische Patentschrift 144 450).
Um
eine solche Abdichtung des Dampferzeugers für seine spezifischen Betriebsbedingungen
geeignet zu machen, soll - als weiteres wesentliches Kennzeichen (Merkmale) des
Erfindungsgegenstandes -die Wandstärke (bzw. Isolierfähigkeit) der beiden Isolierschichten
längs des Weges und in Richtung des Rauchgasstromes so verändert werden, daß die
Stärke der Außenschicht zu-, die der Innenschicht aber abnimmt. Mittels dieser Maßnahme
wird die Temperatur der Blechhaut über den ganzen Kesselumfang hin dauernd annähernd
gleichmäßig stets innerhalb eines Bereiches gehalten, der einerseits oberhalb des
Gastaupunkts, andererseits aber nicht unnötig hoch liegt.
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Schließlich ist es unumgänglich, die gefährliche Kondensationserscheinung
und Säurebildung auch bei der Inbetriebnahme des abgekühlten Kessels bzw. nach Außerbetriebnahme
des Kessels bis zur völligen Entfernung der aggressiven Abgase sicher zu vermeiden.
Der Kessel muß also (Merkmal d) mit Hilfe dritter Wärmequellen bei Inbetriebnahme
vor der Zuleitung der aggressiven Gase und bei der Stillsetzung von der Absperrung
des Gaszutritts bis zur gänzlichen Entfernung auch der letzten Gasreste oberhalb
der Gastaupunktstemperatur gehalten werden. Als eine solche dritte Wärmequelle ist
die Zuführung von Fremddampf in die druckführenden Kesselteile seit langem bekannt,
z. B. mit Hilfe eines in die Fremddampfzuführleitung eingeschalteten Mischgefäßes,
das an den Dampfraum, sowie absperrbar an den Wasserraum des Kessels und an die
Speiseleitung angeschlossen ist (deutsche Patentschrift 842 795).
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Als weitere Dritt-Wärrnequellen kommen aber auch andere, wie z. B.
in an sich bekannter Weise nichtaggressive Heizgase, Zusatzfeuerung mit Gas-oder
Ölbrennern u. dgl. in Frage.
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Natürlich können ein Teil oder alle von den genannten Regelvorgängen
auch selbsttätig gesteuert werden, insbesondere in Abhängigkeit von den jeweils
angeführten Regelgrößen, wie der Heizflächentemperatur, der Arbeitsmittel- und Rauchgastemperatur,
dem Kosseldruck usw.
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Konstruktiv erscheinen folgende bekannte Maßnahmen zweckmäßig: Die
von den Heizgasen berührten Heizflächenteile, in der Hauptsache also Siede- und
Überhitzerrohre, werden an den dem Gasstrom unmittelbar entgegenstehenden Stellen
durch zweckmäßig geformte Hauben oder Kappen, vorzugsweise aus geeignetem Stahlblech
oder auch aus gegebenenfalls vorgebogenen und auf geschnittenen Rohrstücken geschützt,
welche leicht ausgewechselt und erneuert werden können.
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Die Gasleitwände werden in an sich bekannter Weise vorteilhaft von
Kesselrohren gebildet, die zwischen sich ein Stahlblech zur sicheren Abdichtung
einschließen und gegebenenfalls nach der Gasseite hin durch ein weiteres Stahlblech
vor Erosionen und Korrosion geschützt sind. Die Heizflächen selbst werden zur Verhinderung
unzulässiger äußerer Ansinterungen und Brückenbildung von Ablagerungen durch Rohrwände
gebildet, die lotrecht und parallel zur Heizgasströmungsrichtung mit genügend Abstand
voneinander angeordnet sind. Wie üblich, werden die Heizflächen im Interesse einer
Beschränkung des Platzbedarfs in mehreren aufeinanderfolgenden, vorzugsweise vertikalen
Kesselzügen angeordnet, die von den Gasen jeweils durch entsprechende Umlenkung
bestrichen werden. In den unteren, mit Ablaßtrichtern versehenen Umlenkungen tritt
dann in an sich bekannter Weise eine wirksame Teilabscheidung der von den Gasen
mitgeführten festen Verunreinigungen ein.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
wiedergegeben.
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A b b. 1 stellt einen vertikalen Längsschnitt, A b b. 2 den zugehörigen
Grundriß und A b b. 3 die Länge- und Queransicht einer Schutzkappe für die Rohre
dar.
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Durch den Eintrittskanal l mit dem als Zusatzfeuerung eingebauten
Hilfsbrenner 2 treten die Heizgase aus dem nicht gezeichneten Röstofen in den Kessel
ein und berühren zunächst im Fallzug die Verdampferheizfläche 3, danach ansteigend
den Überhitzer 4 und wieder fallend die zweite Verdampfe.rheizfläche 5, um durch
den Austrittskanal 6 mit der Zugregelklappe 7 zur nachgeschalteten, ebenfalls nicht
eingezeichneten Entstaubungsanlage auszutreten. Unter den unteren Gasumkehrstellen
zwischen den Heizflächen 3 und 4 sowie zwischen 5 und 6 sind die Staubabscheidetrichter
8 und 9 angeordnet. Mittels der Umführungsklappe 10 zwischen diesen beiden Gasumkehrstellen
können die Heizflächen 4 und 5 gasseitig zum Teil umgangen werden, um die Gastemperatur
im Kanal 6 auf der erforderlichen Höhe zu halten. Natürlich könnte, um die Überhitzungstemperatur
nicht ungewollt zu beeinflussen, auch ein Leerkanal parallel zur zweiten Verdampferheizfläche
5 angeordnet werden, an dessen Austritt dann die Klappe 10 vorteilhaft eingebaut
würde.
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Unter Uranständen könnte mit Vorteil sogar ein. Umführungskanal mit
Regelklappe parallel zur ersten Verdampferheizfläche 3 angeordnet werden, da dann
bei Schwachlast des Kessels (geringe Rauchgasaustrittstemperatur) die Überhitzung
selbsttätig unterstützt wird.
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An den von Heizgas frontal beaufschlagten Rohren können auswechselbare
(in der Zeichnung durch gestrichelte Linien angedeutete) Schutzkappen 11 angebracht
werden, die beispielsweise in einer U- oder Rinnenform gemäß A b b. 3 ausgebildet
sind. Darüber hinaus können beispielsweise in der ersten oberen Gasumkehrstelle
Schutzbleche 12 vor den direkt angeströmten Rohren befestigt sein.
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Die den Kessel abdichtende Blechhaut 13 ist zwischen der mit der Heizgastemperatur
abnehmenden inneren Isolierschicht 14 und der im gleichen Sinne zunehmenden äußeren
Isolierschicht 15 angeordnet.
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Der Kessel ist in der Zeichnung als Zwangumlaufkessel mit der Ausdampftrommel
16 und der Umwälzpumpe 17 dargestellt. Das Speisewasser tritt bei
18 in die Obertrommel ein. Ein gasbeheizter Speisewasservorwärmer ist nicht
vorhanden, da ein solcher nur bei hohen Kesseldrücken wirtschaftlich ist. In der
Heißdampfaustrittsleistung ist das für die Begrenzung des Kesseldruckes nach unten
maßgebfiche Überströmventil 19 eingebaut. Die für die Heizflächenreinigung vorgesehene
Klopfvorrichtung ist nicht eingezeichnet.