Szennyezett füstgázoknál [2.131]:

A hőhasznosító kazán első szakasza (2.193. ábra) tulajdonképpen egy ferde kürtő, amely a konverterből kiáramló gázok irányelterelése, levegővel való keverése, sugárzásos hőátadással történő hűtése mellett az elragadott szennyeződések kiválásmentes továbbszállítását is biztosítja. Az áramlási sebességnek a kürtő teljes magasságában nagyobbnak kell lenni a kiválások megelőzéséhez szükséges sebességnél. A 40–50 m magas kürtő tetején a füstgázok egy csőrácson átlépnek a második huzamba, amely 200–250 mm-es osztással belógatott konvektív elgőzölögtető (póttüzelés esetén túlhevítő) fűtőfelületeket tartalmaz. Itt már jelentős kihullással lehet számolni, amely a huzam alján zsompban vagy a huzam alatt elhelyezett leválasztóban gyűlik össze.

A hőhasznosító kazán célszerűen nyolcszög keresztmetszetű, membránfalas kialakítású, a szemben fekvő lapok távolsága a konverter szájnyílásánál mintegy 400–500 mm-rel nagyobb. Az elgőzölögtető rendszer kényszerített keringtetésű. A forrcsövek elrendezésére két megoldás terjedt el. A póttüzelés nélküli berendezéseknél (2.193. ábra (a)) – miután a kürtő keresztmetszete nem változik – a forrcsövek a legalsó szinten elhelyezett kamrától folyamatosan vezetnek a legfelső szinten elhelyezett kamráig. Póttüzelés esetén (2.193. ábra (b)) az elgőzölögtető rendszer két, vízoldalon párhuzamosan kapcsolt szakaszra oszlik. Az alsó rész a legalsó szinttől a ferde elhúzás és a függőleges akna találkozásáig tart, a négyszögletes felső rész a függőleges akna alsó (ferde) élétől a legfelső szinten elhelyezett kamrákig tart. A kazándob a kellő ráfolyási magasság biztosítására a függőleges akna mellett, felett kerül elhelyezésre. A kazántest felső része a felső kamrákon vagy a membránfalat felső részén merevítő bandázsszerkezeten keresztül az állványszerkezetre van felfüggesztve, így lefelé tágul. Az alsó, ferde kürtőszakaszon emiatt jelentős függőleges és a ferde szakasz tengelyirányával megegyező irányú mozgással kell számolni. Emiatt az alsó szakasz felfüggesztésének mindkét irányú elmozdulást lehetővé kell tenni. Ezt úgy oldják meg, hogy az alsó ferde részt bandázskeretekkel, hossztartókkal erősen merevítik, mintegy hídszerűen alakítják ki, és a merevítést az elmozdulásokat megengedő csuklós tartószerkezettel függesztik az állványzatra. A kürtő alsó, függőleges részén, a konverter tengelyében kerül elhelyezésre a leereszthető oxigénlándzsa, illetve az adalékok konverterbe juttatására alkalmas surrantó is.

A pörkölést követő folyamat az úgynevezett lángkemencében, gyengén oxidáló atmoszférában, 1200–1350 °C-on történő összeolvasztás, amely további kiégetéssel csökkenti a kén-, növeli a réztartalmat. A füstgáz szállóportartalma 10 g/m3 [2.131], kén-dioxid-tartalma mintegy 2%. A hamu ragadóssági pontja 850–900 °C tartományban van [2.148]. A hőhasznosító kazán (2.194. ábra) két jól elkülönülő részre osztható. Az első rész a mintegy 1300 °C hőmérsékletű füstgáz ragadóssági pont alá hűtésére alkalmas méretű, természetes cirkulációjú, membránfalas elgőzölögtetőként kialakított (a vázolt kazánnál ~8 m magasságú, hosszúságú, ~3 m szélességű) sugárzó tér, ahol a kis áramlási sebesség következtében az elragadott szállópor jelentős része is kihullik. A falazott, tölcsérszerűen kialakított tűztérfenékről a folyamatos eltávolítást kaparószalag biztosítja. Miután a ragadóssági pontnál melegebb szállóporrészecskék falnak ütközését, felrakódását nem lehet kizárni, a membránfal tisztítására kellő számú vízlándzsát kell beépíteni. A második rész részben falazott kivitelű, a belógatott, kétfokozatú túlhevítő és az ugyancsak függesztett, célszerűen U alakban hajlított csövekből kialakított, ellenáramú léghevítő elhelyezésére szolgál. A fűtőfelületek – az elgőzölögtetőt is beleértve – a kazán állványszerkezetére vannak felfüggesztve. Tápvíz-előmelegítő beépítése az alacsony hőmérsékletű korrózió megelőzésére nem célszerű, a tápvíz a kazándobba kerül bevezetésre. A léghevítőben előmelegített levegő a lángkemence tüzelőanyag-igényének csökkentését segíti. Ebben a részben a felületek tisztítására, koromfúvók beépítése indokolt. A kihulló por a felületek alatti zsompokban gyűlhet össze, ahonnan kellő átmérőjű csöveken a kaparószalagra hullik. A hőhasznosító kazánban a kemencébe bevezetett hő mintegy 40%-a nyerhető vissza. Miután a lángkemence folyamatos üzemben van, az esetleges kazánmeghibásodások alatti leállítás elkerülésére javasolt két, 70–75% névleges teljesítményre méretezett hőhasznosító kazán lángkemencénkénti beépítése.

A nemkívánatos kísérőfémek eltávolítása kisebb méretű, szakaszos üzemű lángkemencében történik. A folyamat oxidáló atmoszférában történő olvasztással kezdődik, majd levegőt fuvatnak át az ágyon, amely oxidálja a tisztátalanságokat, kén-dioxid-gáz távozik. A folyamat az ágy faszénnel való lefedésével, a tisztított réz formákba öntésével zárul. A mintegy 24 óra alatt elvégzett műveletben, a közel 8 óráig tartó felhevítés alatt, állandó füstgázmennyiség mellett a hőmérséklet fokozatosan nő (csúcsértéke 1300 °C körül van), 14 órát követően megkezdődik a füstgázmennyiség és hőmérséklet-csökkenése, a ciklus utolsó négy órájára a füstgázmennyiség a maximális érték 10%-ára, a hőmérséklet ~1150 °C-ra esik vissza [2.148]. A szállóhamu ragadóssági pontja 450–600 °C között van, így a feltapadások minimalizálására e művelet után is csak kellő méretű sugárzó térrel kialakított hőhasznosító kazán beépítésére van lehetőség. A szakaszos üzem miatt indokolt lehet póttüzelés létesítése. Ez esetben túlhevítés is megvalósítható. A kazán membránfalas kivitelben készíthető, a túlhevítő a konvektív huzamba építhető. Az utolsó fűtőfelület célszerűen a lángkemence tüzelőanyag-igényét csökkentő léghevítő, amelyet a légtömör kialakítás érdekében csöves kivitelben indokolt beépíteni. A kemencéből kilépő füstgázok kén-dioxid-tartalma jelentős lehet, így az alacsony hőmérsékletű korrózió megelőzésére is ügyelni kell.

A berendezés célszerűen függőleges elrendezésű. A kazán alátámasztása az alsó ovális kamrákra hegesztett, fésűs lemezekkel csatlakozó keretrendszeren keresztül történik, így a berendezés felfelé tágul. A füstgázbevezetés lehetséges felülről (ellenáram) vagy alulról (egyenáram). A füstcsövekben a füstgázsebesség tiszta, szennyeződésmentes gázoknál, a gyors hűtés érdekében, elérheti a 150 m/s értéket, szennyezett gázoknál az erózió megelőzésére csak 25 m/s-nál kisebb értékek engedhetők meg. A berendezés természetes cirkulációval üzemeltethető, a két cső közötti folyadékgyűrű vastagsága a hőterheléstől függően 4–10 mm [2.152] között lehet. Az ebből adódó, nagy vízoldali áramlási sebesség miatt a folyadék az esetleges szennyeződéseket magával ragadja, lerakódásokkal az intenzív turbulencia miatt az ovális kamrákban sem kell számolni. A szennyeződések a kazándobban válnak ki, ahonnan elvezethetők. A kamrákbeli nagy áramlási sebesség azt is elősegíti, hogy a felső ovális kamrákban ne alakuljon ki stagnáló gőzfilm, gőzdugó, ezért a kamra felületének helyi túlhevülése még felső gázbevezetés estén sem várható. A vízoldali hőátadási tényező a nagy sebesség miatt a 70 000 W/m2K értéket is elérheti [2.151], így az említett nagy hőterhelések mellett is uralható csőfalhőmérsékletek alakulnak ki. A gőznyomást a felhasználó igényei határozzák meg, a kényszerített keringtetés elkerülésére 140 barnál nagyobb érték nem célszerű. A párhuzamosan kapcsolt csövek számát a megkívánt lehűtési idő, illetve megengedhető nyomásveszteség, a csövek hosszát az átadni kívánt hőmennyiség határozza meg.

Szennyezett gázoknál számítani kell a füstcsövek elpiszkolódására. Vegyipari alkalmazásoknál kemény feltapadások (kokszképződés) is lehetségesek. A szennyeződés következménye a füstgázoldali ellenállás növekedése, a hőteljesítmény csökkenése. A tisztítás módja a lerakódás jellegétől függ. Porszerű lerakódások esetén dupla csöves kazánoknál is lehetséges kopogtató berendezés alkalmazása. Ehhez a belső csöveket a kopogtató rúd síkjában (távolságtartó rúddal, bordával) össze kell kötni a külső csövekkel, így a külső csövekre mért rendszeres ütések átvezetődnek a belső csövekre, és azokról a porszerű szennyeződés lehullhat. Keményebb, különösen kokszszerű lerakódások esetén csak a nagy nyomású vízsugárral végzett mosás segíthet.

A dupla csöves kazán a gyors gázhűtés mellett sok egyéb célra is alkalmazható. Nemcsak függőlegesen, hanem ferdén, kényszerített keringtetéssel, 5 fok hajlásszöggel, „vízszintesen” is kialakítható. Előnye a hagyományos füstcsöves kazánokkal szemben a lényegesen kisebb víztér, anyagfelhasználás, igényhez szabott gyártás lehetősége.

A vázlaton nem tüntettük fel, de a csőkígyók merevítésére a tartályfenékre állított idomacélból készített, a csőköteg magasságáig nyúló állvány, illetve a csőköteget 1–2 méterenként körülfogó keretek szolgálnak. A keretek kialakítása olyan, hogy a cirkulációt minél kevésbé zavarják. Miután a csőköteg a tartályhoz viszonyítva az üzemállapottól függően változtatja hosszát, felső része előfeszített rugón keresztül függ az állványzaton. Így hosszirányban állandóan előfeszített állapotban marad, gerjesztések esetén nem vagy csak minimálisan jön rezgésbe. A szereléshez, illetve a belső szerkezeti elemek megtekintéséhez, javításához a hengeres köpeny alsó részén peremes kötéssel ellátott osztósík van. A hengeres tartálytest alul körben hegesztett szoknyagyűrűn, talplemezen keresztül támaszkodik az alapra, felfelé szabadon tágul. A tartály a hagyományos kazánoknál szokásos elvárásoknak megfelelően rendelkezik vízállásmutatóval, légtelenítő-, leürítő, leiszapoló csonkkal is. A vázolt berendezés [2.150] irodalomban ismertetett változata 1,8 m átmérőjű, 16,05 m magas tartályban 200 m2 fűtőfelületet tartalmaz. A keresztkamrákhoz felváltva (kívül, belül) csatlakozó elosztókamrákhoz 12–12 cső csatlakozik. A hűtendő közeg be- és elvezetése az alsó tartályfenéken keresztül történik. Miután a csőköteget merevítő állványzat is erre támaszkodik, méretezésénél a járulékos erőhatásokat is figyelembe kell venni.

Az előbbi vázlaton bemutatott hőhasznosító kazánnál a négyszögletes csatorna membránfalas kialakítású, amelyben az intenzív hőelvonás elősegítésére sík panelként elrendezett, az elgőzölögtető rendszerhez csatlakozó vagy túlhevítőként kapcsolt felületek vannak elhelyezve. A membránfalas kazántest az alsó kamrák végén a kazánköpenyre támaszkodik, a hőmérséklet-különbségből adódó elmozduláskülönbségeket az égéstermék kivezetésére szolgáló felső fenéken elhelyezett csőcsonkban elmozduló átmeneti darab egyenlíti ki. A vázlaton nem szereplő, be- és elvezető csövek vonalvezetése rugalmas, így a hőmérséklet-különbségből, ennek változásából adódó elmozduláskülönbségek csak minimális járulékos terhelést eredményeznek. Be- és elvezetésük történhet a köpenyen vagy a felső tartályfedélen keresztül. Az alsó kamrákhoz leürítő, leiszapoló vezetékek csatlakoznak. Az elgőzölögtető felület kialakítható természetes cirkulációval is, ekkor az ejtő- és gőzbekötőcsövek a kívül megfelelő magasságban elhelyezett kazándobhoz csatlakoznak. A hengeres kazánköpeny az alsó szoknyalemezen támaszkodik az alapra.