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Rauchgas-Wärmeaustausehvorrichtung zur Vorwärmung und Verdampfung von Wasser und zur Dampfuberhitzung.
Die bekannten Wärmeaustauscher mit umlaufendem Austauschkörper, in dem die durch die Fliehkraft auswärts bewegten kälteren Mittel die bereits erwärmten Mittel verdrängen und dadurch deren Einwärtsbewegung verursachen, haben einen verwickelten Bau und sind daher schwer herstellbar und teuer, und da ausserdem die verschiedenen Abschnitte des umlaufenden Austauschkörpers verschiedenen Temperaturen ausgesetzt sind, ist dieser sehr hohen Beanspruchungen ausgesetzt, so dass es nur schwer möglich ist, ihn dauernd dicht zu halten.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Rauchgas-Wärmeaustauschvorrichtung zur Vorwärmung und Verdampfung von Wasser und zur Dampfüberhitzung, deren Austauschelemente aus an ihren äusseren Enden geschlossenen, an einer Hohlwelle speichenartig angeordneten Heizrohren bestehen, die mit dem Innenraum der Hohlwelle in Verbindung sind. Die Erfindung besteht darin, dass sich im Inneren der Heizrohre bis nahe an deren geschlossene Enden reichende Einströmrohre befinden, die von einem die Zuströmung des zu erwärmenden Mittels ermöglichenden, in der Hohlwelle angeordnetem Rohrstück ausgehen oder sonstwie mit dem Wassereinströmraum in Verbindung stehen.
In dem durch das Einströmrohr und Heizrohr gebildeten Zwischenraum können, wie dies bei feststehenden Wärmeaustauschkörpern bekannt ist, schräg stehende Schaufeln angeordnet sein, die einerseits das Einströmrohr in der Mitte festhalten, anderseits dem im umlaufenden Austauschkörper zu erwärmenden Mittel eine zusätzliche Drehbewegung erteilen, wodurch der Wärmeübergang erhöht wird. Zur weiteren Erhöhung der Wärmeausnutzung kann in das Gehäuse ein Rechen eingebaut sein, dessen Stäbe ein Hindernis für die von den Heizrohren mitgenommenen Rauchgase bilden, so dass diese fortgesetzt durcheinandergewirbelt werden, wodurch nicht nur eine wirksame Wärmeabgabe erzielt werden kann, sondern auch die Bildung eines isolierenden Ansatzes von Russ und Flugasche verhindert wird.
An jener Stelle, wo die Rauchgase bereits stark abgekühlt sind, können die Rohre mit Rippen besetzt sein, die eine Erhöhung der Heizfläche ermöglichen und im Falle ihrer Schrägstellung als Gebläseschaufeln wirken. Zur Vermeidung eines übermässigen Ansteigens des Salzgehaltes infolge Verdampfung des Wassers ist eine Entsalzungsleitung vorgesehen, die mit dem Wasserraum der hohlen Welle ständig in Verbindung steht und deren Querschnitt entsprechend der abzuführenden Wassermenge regelbar ist.
Zur Vermeidung von Wärmeverlusten durch Strahlung ist das den umlaufenden Austauschkörper umgebende Gehäuse von einem Mantel umschlossen, unter dem sich, wie dies bei Feuerungsanlagen bekannt ist, ein Hohlraum für eine isolierende Luftschicht befindet, aus dem die sich erwärmende Luft mit Hilfe eines Gebläses als vorgewärmte Verbrennungsluft der Feuerung zugeführt wird. Durch das günstige Zusammenwirken aller dieser Vorkehrungen findet man mit sehr kleinen Heizflächen das Auslangen, was besonders für Höehstdruckkessel von wirtschaftlicher Bedeutung ist.
Die Zeichnung veranschaulicht den Erfindungsgegenstand in beispielsweisen Ausführungsformen.
Fig. 1 ist ein lotrechter Längsschnitt durch eine Wärmeaustauschvorrichtung. Fig. 2 ist ein lotrechter Querschnitt durch dieselbe Wärmeaustauschvorrichtung in kleinerem Massstabe. Fig. 3 zeigt die Hälfte eines Wärmeaustauschkörpers in axialer Richtung gesehen in grösserem Massstab. Fig. 4 zeigt einen Teil einer andern Ausführungsform der Rauchgas-Wärmeaustauschvorrichtung im lotrechten Längsschnitt und Fig. 5 veranschaulicht wieder eine andere Ausführungsform in gleicher Darstellung.
Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Hohlwelle 1 des Austauschkörpers mit ihren Enden 2, 3in Lagern 4, 5gelagert. Die abgesetzten Stutzen der Wellenenden
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passen in Stopfbüchsen der in Fig. 1 nicht dargestellten Anschlussleitungen für die Zufuhr und Ableitung des Wassers bzw. Dampfes. Die Austausehelemente des Austauschkörpers bestehen aus mit dem Innenraum der Hohlwelle 1 in Verbindung stehenden, an ihren äusseren Enden geschlossenen Heizrohren 6, die speichenartig im Kreis herum angeordnet sind.
Innerhalb eines jeden Heizrohres 6 befindet sich ein engeres Einströmrohr 7, dessen äusseres Ende bis nahe an das geschlossene Ende des Heizrohres 6 reicht, während das innere Ende beim ersten sternförmigen Rohrbündel in einem geschlossenen Rohransatz am Ende 2 der Welle 1 steckt und durch dessen Bohrung mit der Wasserzuleitung in Verbindung steht, bei den übrigen Rohrbündeln aber in einem in die Hohlwelle 1 eingesetzten und diese mittels eines Flansches 8 bzw. 9 abschliessenden, an seinem Ende geschlossenen Rohrstück 10 bzw. 11 steckt. Die Rohrstücke 10 tragen je ein die Vorwärmung und Verdampfung bewirkendes Rohrbündel, während am Rohrstück 11 mehrere solche zur Überhitzung des Dampfes dienende Rohrbündel vorgesehen sind.
Am Ende 2 der Hohlwelle 1 sitzt eine Seilscheine 12, die von einer Kraftmaschine aus antreibbar ist. Der umlaufende Austauschkörper befindet sich in einem mehrteiligen Gehäuse 13, in dem sich unten die Feuderdeeke 14 und der Rost 15 befinden. Die Feuerung kann auch seitlich angeordnet sein. Oben sind Stäbe 16 eingebaut, die einen zwischen die Rohrbündel hineinragenden Rechen bilden, welcher die Mitnahme der Rauchgase durch die Heizrohre 6 verhindert und eine gründliche Durehwirbelung der Gase verursacht. Das Gehäuse 13 besteht aus wärmeisolierendem Baustoff oder es ist von solchem umhüllt und es ist ausserdem von einem Mantel 1'7 umgeben, der unter Wahrung eines Luftzwischenraumes über dem Gehäuse angeordnet ist, dass sich unter ihm eine isolierende Luftschicht befindet.
Der am Gehäuse angeordnete Austrittsstutzen 18 für die Rauchgase enthält eine verstellbare Klappe 19, die zur Regelung der austretenden Gasmenge dient und allenfalls selbsttätig vom Dampfdruck gesteuert werden kann.
Der Mantel. ! 7 ist mit einem Stutzen 20 ausgerüstet, von dem die erhitzte Luft abgesaugt und als vorgewärmte Verbrennungsluft der Feuerung zugeführt werden kann. An den den Rauchgasen weniger ausgesetzten Stellen können die Heizrohre 6 mit Rippen 21 besetzt sein, die, wie der in Fig. 3 beim mittleren Rohr strichpunktiert eingezeichnete Querschnitt zeigt, schräg angeordnet sein können, so dass sie als Gebläseschaufeln wirken.
Die Wirkungsweise der dargestellten Wärmeaustauschvorrichtung ist folgende :
Die Rauchgase steigen von der Feuerung auf und werden von den rasch umlaufenden Heizrohren 6
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förmig fortbewegt und schliesslich durch den Austrittsstutzen 18 hinausgedrückt werden. Das Frischwasser tritt durch die Bohrung des Endes 2 der Hohlwelle in das erste der durch die Einströmrohre 7 gebildeten Bündel ein und wird durch die Fliehkraft den Enden der Heizrohre 6 zugeführt, in denen es sich erwärmt und infolge seines geringeren spezifischen Gewichtes vom nachströmenden kalten Wasser in den Hohlraum der Hohlwelle 1 gedrängt wird.
Von dort gelangt es unter allmählicher Verdampfung durch das Rohrstück 10 in das zweite Bündel der Einströmrohre 7 und Heizrohre 8, dann durch das nächste Rohrstück 10 in das dritte Bündel der Einströmrohre 7 und aus diesen nach Durchströmung der Heizrohre 8 und nach vollständiger Verdampfung in das Rohrstück 11, durch das dann der entstandene Dampf zwecks Überhitzung gleichzeitig mehreren Rohrbündeln zufliesst. Wie hieraus ersichtlich, erfolgt in den ersten Rohrbündeln, die mit den schon mehr oder minder abgekühlten Rauchgasen in Berührung kommen, die Vorwärmung und Verdampfung, während in den den heissesten Rauchgasen ausgesetzten Rohrbündeln die Überhitzung des Dampfes vor sich geht.
Bei der in Fig. 4 : dargestellten Ausführungsform der Wärmeaustauschvorrichtung kann der erzengte Sattdampf ununterbrochen in überhitzten Dampf verwandelt werden, zu welchem Zwecke eine Vorrichtung zum Entsalzen des Speisewassers vorgesehen werden muss, damit dessen Salzgehalt das zulässige Mass nicht überschreite. Die Hohlwelle J ! ist durch den Flansch eines an einem Ende geschlossenen Einsatzstückes. 22 in zwei Räume geteilt, deren einer mit der Wasserzuleitung in Verbindung steht, während der andere auf der Seite der Dampfausströmung liegt.
Die das Wasser durch die Fliehkraftwirkung auswärts leitenden Einströmrohre 23 sitzen mit ihren Eintrittsenden in der Wand der an ihren Enden geschlossenen Heizrohre 24, in denen die Verdampfung erfolgt, so dass der Dampf an den Innenenden austritt und durch den Hohlraum des'Einsatzstückes 22 in die Einströmrohre 25 der Überhitzerrohre 26 gelangt. Von hier aus erfolgt der Dampfaustritt durch eine Stopfbüchse 27 hindurch in den Dampfaustrittsstutzen 28. Zur Ableitung des überschüssigen Salzgehaltes dient eine Entsalzungsleitung 29, deren T-förmiges Ende 30 mit seinen beiden Einlassöffnungen in den bei der Drehung sich bildenden ringförmigen Wasserraum auf der Einströmseite der Hohlwelle 1 taucht.
Ein Abschlussorgan 31 ermöglicht die Regelung der Menge des abzuleitenden Wassers, so dass der erwünschte Salzgehalt des Wassers gleichbleibend erhalten werden kann. Das Ende der Entsalzungsleitung 29 steckt drehbar in
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Schaufeln 39 eingebaut, die einerseits das Einströmrohr in der Mitte des Heizrohres festhalten, anderseits dem zu erwärmenden Mittel eine zusätzliche Drehbewegung erteilen und dadurch eine Steigerung der
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der Wärmeaustauschvorrichtung sind die Heizrohre 33,34, 35, 36 stufenweise von verschiedener Länge, u. zw.
so, dass sich die kürzesten Rohre dort
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befinden, wo die Gase am heissesten sind, während sich die längsten Rohre im Bereiche der am meisten abgekühlten Gase befindet, wo die stärkste Durchwirbelung erwünscht ist. In Fig. 5 ist auch ein auf der Hohlwelle 1 sitzendes Gebläse 37 ersichtlich gemacht, welches die unter dem Mantel 17 zur Erwärmung gelangende Luft auf kurzem Wege durch eine Luftleitung 38 der Feuerung zuführt.
Die beschriebene Rauchgas-Wärmeaustauschvorrichtung kann auch in der Weise zur Dampferzeugung verwendet werden, dass das Wasser unter höherem Druck durch die Vorrichtung gefördert und auf eine diesen Druck entsprechende Temperatur gebracht und dann in einem Dampfsammler auf den Betriebsdruck entspannt wird. Das nicht verdampfte Wasser fliesst vom Dampfsammler einer Umwälzpumpe zu, die es im Kreislauf der Wärmeaustauschvorrichtung zuführt. Das verdampfte Wasser wird durch eine Speisepumpe ersetzt, die der Umwälzpumpe die erforderliche Wassermenge zuführt.
Die Wirtschaftlichkeit dieser Wärmeaustauschvorrichtung beruht darauf, dass diese Vorrichtung sowohl Wasservorwärmer als auch Dampferzeuger und-überhitzer ist und gleichzeitig zur Förderung der Gase und überdies noch zur Förderung der Verbrennungsluft dient.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Rauchgas-Wärmeaustauschvorrichtung zur Vorwärmung und Verdampfung von Wasser und zur Dampfüberhitzung, bei der die Austauschelemente aus an einer Hohlwelle speichenartig angeordneten, an ihren äusseren Enden geschlossenen Heizrohren bestehen, die mit dem Innenraum der Hohlwelle in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Inneren dieser Heizrohre bis nahe an die geschlossenen Enden reichende Einströmrohre befinden, die von einem die Zuströmung des zu erwärmenden Mittels ermöglichenden, in der Hohlwelle angeordneten Rohrstück ausgehen oder sonstwie mit dem Wassereinströmraum in Verbindung stehen.