DE1162383B

DE1162383B - Steam generator heated by highly aggressive exhaust gases, the evaporator heating surface of which is protected from dew point corrosion by a correspondingly high operating pressure

Info

Publication number: DE1162383B
Application number: DEST6350A
Authority: DE
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1953-05-02
Filing date: 1953-05-02
Publication date: 1964-02-06

Description

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.Steam generator heated by highly aggressive exhaust gases, its evaporator heating surface Protected against dew point corrosion by a correspondingly high operating pressure Is a steam generator heated by highly aggressive exhaust gases, its evaporator heating surface Protected against suction pressure corrosion by a correspondingly high operating pressure is.

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.The invention relates to the design of waste heat steam boilers that by strongly aggressive, for example containing a lot of sulfur or nitrogen oxide Gases are heated. Such gases are in particular from roasting or sintering ovens for ores and produced by chemical plants; however, they can also be caused by incineration For example, high-sulfur fuels in solid, liquid or gaseous form Art arise directly in the furnace of the steam boiler itself.

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.Since the roasting furnace exhaust gases in particular contain considerable amounts of heat, those when they are discharged into the atmosphere or when they are exclusively recycled their chemical content is lost, it has been undertaken for a long time, this To extract their heat content from exhaust gases as much as possible beforehand. Here. result However, difficulties insofar as these gases, for example because of their high sulfur oxide content, have a very high dew point, so that normal Waste heat boiler in the usual mode of operation due to the strong acids that are form very quickly when the moisture contained in the flue gas condenses be destroyed.

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.Due to this fact, the construction and operation of waste heat boilers, which are exposed to such aggressive gases, an extremely complex task; because the hot gases attack both the heating surfaces and the pressure-bearing parts of the boiler as well as all brackets, scaffolding parts, the gas-tight sheet metal skin and fittings.

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.Accordingly, many suggestions have already been made and implemented to protect the metal parts of the boiler from the inevitable corrosion, the temperatures of the metal parts in contact with the gas below the gas dew point are inevitable. So it is known, the boiler pressure with regard to the boiler heating surfaces always to be kept so high that the associated evaporation temperature exceeds the exhaust gas dew point does not fall below.

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.This regulation is only to be complied with in normal operation if the Waste heat boiler to a constant and constant pressure Steam network is working or if the boiler operating personnel are constantly using the boiler with the necessary attention and - contrary to all normal operating practices - The return of the boiler does not take into account the steam consumption points takes. But the staff is also allowed to do so - especially when the overall operation is subject to major changes - are never distracted from their monitoring obligations by other work. However, all of these prerequisites are seldom met.

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.It is therefore the first partial feature (feature a) of that proposed according to the invention Steam generator that in the steam extraction line of the boiler a pressure maintenance or overflow valve is installed, which automatically only allows steam to flow through how the boiler pressure moves above the lower limit described above. This pressure-holding valve, which is known per se, therefore secures under all circumstances - without Consideration of the steam output required by the steam consumption points - always the required minimum steam pressure in the boiler.

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).Since, however, with such waste heat boilers, they are not: the heating surfaces metal components belonging directly to it during operation the local ingress of cold false air through the boiler enclosure walls are subcooled, so it is in addition to maintaining the minimum steam pressure At the same time, it is absolutely necessary to reliably seal the outer walls of the boiler (feature b).

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.For the purpose of sealing the boiler furnace from the outside atmosphere It was proposed two decades ago to use a furnace between two walls to surround lying, thin sheet metal jacket between the inner and outer walls of the surrounding masonry (the furnace or the furnace) is firmly pressed in and therefore can be very thin and very cheap (Austrian patent specification 144 450). Around such a seal of the steam generator for its specific operating conditions to make suitable, should - as a further essential characteristic (features) of the Subject of the invention - the wall thickness (or insulation capacity) of the two insulation layers along the way and in the direction of the flue gas flow are changed so that the Thickness of the outer layer increases, but that of the inner layer decreases. By means of this measure the temperature of the sheet metal skin over the entire circumference of the boiler is constantly approximate always kept evenly within an area that is on the one hand above the Gas dew point, but on the other hand is not unnecessarily high.

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).After all, the dangerous phenomenon of condensation is unavoidable and acid formation even when the boiler is started up or after it has been shut down of the boiler until the aggressive exhaust gases have been completely removed. The boiler must therefore (feature d) with the help of third heat sources when commissioning before the aggressive gases are fed in and when the shut-off is shut down the gas inlet up to the complete removal of the last gas residues above the gas dew point temperature are maintained. As such a third heat source is the supply of external steam into the pressure-bearing parts of the boiler has been known for a long time, z. B. with the help of a mixing vessel connected to the external steam supply line, that to the steam room, as well as lockable to the water chamber of the boiler and to the Feed line is connected (German Patent 842 795).

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.Other third-party sources of heat also come, such as B. in a manner known per se non-aggressive heating gases, additional firing with gas or Oil burners and the like in question.

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.Of course, some or all of the aforementioned control operations can be used can also be controlled automatically, in particular as a function of the respective listed control variables, such as the heating surface temperature, the working medium and flue gas temperature, the Kosseldruck etc.

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.In terms of construction, the following known measures appear appropriate: The Parts of the heating surface touched by the heating gases, mainly boiling and Superheater tubes are located at the points directly opposite to the gas flow by appropriately shaped hoods or caps, preferably made of suitable sheet steel or also from possibly pre-bent and protected on cut pieces of pipe, which can be easily replaced and renewed.

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.The gas guide walls are advantageous in a manner known per se Boiler tubes are formed with a sheet of steel between them for a secure seal enclose and, if necessary, to the gas side through another sheet of steel are protected from erosion and corrosion. The heating surfaces themselves are used for prevention impermissible external sintering and bridging of deposits through pipe walls formed perpendicular and parallel to the heating gas flow direction with sufficient distance are arranged from each other. As usual, the heating surfaces are in the interests of one Restriction of space requirements in several consecutive, preferably vertical Arranged boiler trains, each of the gases by appropriate deflection be coated. Enter the lower deflections with drain funnels then an effective partial separation of the gases in a manner known per se entrained solid impurities.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wiedergegeben.The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention reproduced.

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.A b b. 1 shows a vertical longitudinal section, A b b. 2 the associated Floor plan and A b b. 3 shows the length and transverse view of a protective cap for the pipes represent.

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.The heating gases from the roasting furnace (not shown) enter the boiler through the inlet channel l with the auxiliary burner 2, which is not shown, and first touch the evaporator heating surface 3 in the downward draft, then the superheater 4 rising and falling again the second evaporative heating surface 5 to pass through the Exit channel 6 with the draft control flap 7 to the downstream, also not shown dedusting system. The dust separating funnels 8 and 9 are arranged under the lower gas reversal points between the heating surfaces 3 and 4 and between 5 and 6. By means of the bypass flap 10 between these two gas reversal points, the heating surfaces 4 and 5 can be bypassed in part on the gas side in order to keep the gas temperature in the channel 6 at the required level. Of course, in order not to inadvertently influence the overheating temperature, an empty duct could also be arranged parallel to the second evaporator heating surface 5, at the outlet of which the flap 10 would then advantageously be installed.

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.Among uranium deposits, even one could be advantageous. Bypass channel with Control flap are arranged parallel to the first evaporator heating surface 3, since then with low boiler load (low flue gas outlet temperature) overheating is supported automatically.

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.Exchangeable (indicated in the drawing by dashed lines) protective caps 11 attached are, for example, in a U or channel shape according to A b b. 3 trained are. In addition, for example, in the first upper gas reversal point Guard plates 12 be attached in front of the pipes directly exposed to the flow.

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.The sheet metal skin 13 sealing the boiler is between that with the heating gas temperature decreasing inner insulating layer 14 and the outer one increasing in the same sense Insulating layer 15 arranged.

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.The boiler is shown in the drawing as a forced circulation boiler with the evaporation drum 16 and the circulation pump 17 . The feed water enters the upper drum at 18. There is no gas-heated feed water preheater, as this is only economical at high boiler pressures. The overflow valve 19, which is decisive for limiting the boiler pressure downwards, is built into the superheated steam outlet. The knocking device provided for cleaning the heating surfaces is not shown.

Claims

Patent claim: Steam generator heated by highly aggressive heating gases, the evaporator heating surfaces of which are protected against corrosion as a result of falling below the heating gas dew point by means of a correspondingly high operating pressure and whose exhaust gas temperature can be kept above a minimum value depending on the heating gas dew point by means of a bypass duct that can be throttled in parallel with part of the boiler heating surfaces -does that a) in the steam outlet line .ein a known pressure control valve (19) is installed, which is set to a pressure which is greater than the dlem dew point of the heating gas corresponding water vapor saturation pressure, b) in a known manner the The walling of the steam generator is provided with a gas-tight sheet metal skin (13) arranged between an inner (14) and an outer insulating layer (15), c) the thickness of the inner insulating layer (14) decreases against the smoke gas outlet of the steam generator and the thickness of the outer insulating layer. (15) increases towards the flue gas outlet of the steam generator, d) known devices for supplying external heat are provided with which the parts of the steam generator when starting and stopping before the introduction or until the aggressive heating gas is completely withdrawn to the Avoid dew point corrosion, the minimum temperature required can be heated up. Considered publications: German Patent Nos. 842 795, 568 037, 568 007; Austrian Patent No. 144 450; Die Wärme, 65 (1942), pp. 169 to 172; 60 (1937), pp. 303-306; 56: 9 (1933); Archives for heat management and steam boiler systems, 12 (193l), p. 369; Fuel -Wärme-Kraft, 5 (1953), p. 96; VDI-Zeitschrift, 76 (1932), p. 1034; W. Gumz, Die Luftvorwärmung im Dampfkesselbetrieb, Leipzig, 1933, pp. 284 to 285; Advertising leaflet from Dürrwerke AG, Ratingen, »Dürr-Abhitzekessel«, 1951.