Verbrennung organischer Rückstände bei der BASF

Abb. 1 Rückstandsverbrennungsanlage der BASF in Ludwigshafen

Abb. 2 Funktionsprinzip gasgeschmierter Gleitringdichtungen

Abb. 3 Die gasgeschmierte Gleitringdichtung Typ HRC-GS3000N erhöht die Pumpenstandzeit bei der Förderung abrasiver Medien

Abb. 4 Das DRO-Dichtsystem zeichnet sich durch konstante Dichtwirkung bei langen Laufzeiten aus

Zuverlässige Dichtsysteme in Pumpen und Anlagenteilen ermöglichen bei der thermischen Verwertung von Produktionsrückständen einen störungsfreien Betrieb. Für die Verbrennungsanlage der BASF AG wurde ein Drehrohrofen-Dichtsystem entwickelt, das sich durch geringen Verschleiß und lange Laufzeiten auszeichnet.

Die Rückstandsverbrennung im Drehrohrofen stellt hohe technologische Ansprüche an die Dichtungstechnik. Zum einen finden in der Anlage mehrere Pumpen für unterschiedlichste Medien, bei teilweise wechselnden Betriebsbedingungen, Einsatz, zum anderen muß der heiße Drehrohrofen zur Anlage hin abgedichtet werden. Des weiteren sind Abgasvorrichtungen mit flexiblen Kompensatoren bei den entsprechenden Beanspruchungen durch Temperatur und Abgaszusammensetzung miteinander zu verbinden.

Die Pumpsysteme, die den Drehrohrofen mit flüssigen Rückständen beschicken, unterliegen einer starken chemischen und abrasiven Beanspruchung. Beim Einsatz flüssigkeitsgeschmierter Gleitringdichtungen verursacht der hohe Feststoffanteil der Medien kurze Standzeiten. Durch die Verwendung einer stationären Gleitringdichtung mit rotierendem Gegenring läßt sich eine deutliche Verbesserung der Standzeit erzielen. Diese Dichtungen sind zur Produktseite hin offen gestaltet. Um ein Eindringen von Feststoffpartikeln in den Dichtspalt und Ablagerungen im Dichtungsraum zu verhindern, rotiert der produktseitige Gegenring im Produkt, während die Federn in der stationären Einheit mit dem Produkt nicht in Berührung kommen. Von der stationär angeordneten, befederten Einheit wird auch ein möglicher Winkelversatz von der Welle zum Gehäuse ausgeglichen. Die stationäre Befederung stellt sich auf den Winkelfehler ein und verbleibt in dieser Stellung. Dieser Dichtungstyp ist doppelt druckentlastet, innendruckbeaufschlagt und in Cartridgebauweise ausgeführt.

Bei der BASF AG sind im Pumpsystem für die Beschickung des Drehrohrofens mit flüssigen, pastösen und festen Rückständen gasgeschmierte Gleitringdichtungen vom Typ HRC-GS3000N im Einsatz. Mit der technisch anspruchsvollen Lösung läßt sich die Standzeit des Pumpsystems für flüssige Rückstände deutlich steigern. Für den Betreiber der Anlage bedeutet dies neben der Verringerung der Stillstandszeiten auch eine Reduzierung des Wartungsaufwandes der Pumpsysteme.

Der Aufbau einer Gasdichtung entspricht dem einer flüssigkeitsgeschmierten, entlasteten Gleitringdichtung. Sie besteht aus einem federbelasteten stationären Gleitring und einem mit der Welle rotierenden Gegenring. Zum Gehäuse und zur Welle hin sind Gleit- und Gegenring mit Nebendichtungen abgedichtet. Eine der beiden Gleitflächen der aus Siliciumcarbid oder Graphit gefertigten Ringe ist mit wenigen Mikrometer tiefen Gasnuten versehen. Im Gegensatz zu den flüssigkeitsgeschmierten Gleitringdichtungen laufen bei der Gasdichtung die Gleitflächen auf einem stabilen Gaspolster und sind damit frei von Verschleiß. Die Trennung der beiden Gleitflächen erfolgt durch den Differenzdruck und durch die Rotation der Welle. Der Dichtspalt zwischen den Gleitflächen beträgt 2 bis 5 µm. Das abdichtende Gas strömt durch den Dichtspalt und wird dabei entspannt. Aufgrund der geringen Spaltweite sind die Leckageströme gering. Um die Gleitflächen ohne Druckbeaufschlagung zu trennen, ist eine Relativgeschwindigkeit der beiden Gleitringe von mindestens 0,5 m/s notwendig. Diese Trennung läßt sich durch einen genügend großen Sperrdruck von mindestens 2 bar über Produktdruck zusätzlich unterstützen.

Um einen störungsfreien Betrieb des Drehrohrofens zu gewährleisten, sind zuverlässige Dichtungen zwischen dem drehenden Rohrofen und den statischen Anlagenteilen erforderlich. Das Eindringen kalter Luft am Ende des Rückstandsverbrennungsprozesses in den im Unterdruck betriebenen Ofen hätte einen abrupten Abbruch des Prozesses und eine deutliche Absenkung der Verbrennungstemperatur in der Nachbrennkammer zur Folge. Damit verbunden wären ein erhöhter Energieverbrauch und eine erhöhte Rauchgasmenge.

Am Standort Ludwigshafen befinden sich sechs Verbrennungsöfen, die mit dem speziell für Drehrohröfen konzipierten DRO-Dichtsystem ausgestattet sind. Das System zeichnet sich durch gleichbleibend hohe Dichtwirkung bei langen Laufzeiten aus und läßt sich sowohl in neue Öfen als auch in bestehende Anlagen integrieren.

Ein auf den Kühlschuß oder direkt auf das Drehrohr aufgeschweißter Montageflansch verbindet die Dichtung mit dem Ofen. Der Flansch wird auf den Kühlschuß oder direkt auf das Drehrohr aufgeschweißt und mit einer Dichtscheibe aus Metall verschraubt. Diese Teile folgen den axialen und radialen Bewegungen des Drehrohres. Um die Dichtscheibe sind zwei axial getrennte, statische Gehäuseteile kammerförmig angeordnet und über zentral angebrachte Laufrollen separat gelagert. In die Gehäuseteile eingebettete flexible, asbestfreie Packungsschnüre werden mit Hilfe von Druckfedern in spaltfreiem Kontakt zur Dichtscheibe gehalten. Zum Ausgleich von größeren Axialbewegungen, beispielsweise beim Aufheizen und Abkühlen des Drehrohres, ist zwischen Nachbrennkammer und Dichtungsgehäuse ein flexibler Kompensator montiert. Zusätzlich in die Dichtungsgehäuse integrierte Anlaufringe aus Bronze verhindern, daß die drehende Dichtscheibe in Kontakt mit den stehenden Gehäusen kommt. Freiräume zwischen Scheibe und Gehäuse verhindern eine Berührung dieser Teile auch bei radialen Bewegungen (Rundschlag, Ovalität) des Drehrohrs.

Das optimal eingestellte Dichtsystem arbeitet nahezu wartungsfrei und erreicht eine sehr hohe Dichtheit, das bedeutet Falschlufteinzug und Emissionen nach außen werden sicher vermieden. Der Abnutzungsgrad der Packungsschnüre läßt sich während des Betriebes an speziellen Verschleißanzeigern ablesen, die aktuelle Leckrate durch die Packungsschnüre durch Anschluß eines geeigneten Prüfgerätes jederzeit feststellen. Mit dem DRO-System sind Laufzeiten von mehreren Jahren bei gleichbleibend guter Dichtleistung und stabilem Verbrennungsprozeß realisierbar.

Durch einfaches Auswechseln der Packungsschnüre werden aufwendige Revisionsarbeiten vermieden und kurze Stillstandszeiten ermöglicht.

Weitere Informationen cav-207

Dr. Nico Haßmann, Dipl.-Ing. Werner Sommer