Röhrenwärmeaustauscher mit Rippenrohren und Stahlrohrseele. Die Erfindung bezieht sich auf einen Röhrenwärmeaustauseher mit Rippenrohren und Stahlrohrseele, insbesondere einen inneit von der zu erwärmenden Flüssigkeit durch strömten und aussen von heissen, chemisch aggressiven Gasen, vorzugsweise Rauchgasen, umspülten Hochdruck-Economiser.
Da die schmiedeeisernen Economiser den Säuren, Alkalien und sonstigen eliemischen Einflüssen der Heizgase nicht genügend Wi derstand leisten, ist die Benutzung gusseiser- ner Economiser üblich geworden.
Diese #vie- derum sind nachteilig bei höheren Betriebs drücken (etwa von 40 at ab) und höheren Betriebstemperaturen (etwa von<B>6000 C</B> ab), da das Gusseisen solchen Betriebsverhältnissen nicht gewachsen ist und altert, so dass die Rohre, insbesondere deren Rippen, sich ver biegen und rissig werden.
Bei der Entwicklung der Hochdraek- Economiser unterteilte man daher den Econo- miser in einen gusseisernen Rippenrohr-Eco- nomiser für den durch Korrosion besonders gefährdeten kälteren Teil der Rauehgase und einen schmiedeeisernen Economiser aus glatten Rohren für den heisseren Teil der Rauehgase. Die Unterteilung des Economisers in zwei konstruktiv völlig verschiedene Aggregate ist nachteilig für die Kosten,
In- standhalt-ang und Wartung der Anlage -Liiid beseitigt nicht sämtliche dem Economiser an haltenden grundsätzlichen Mängel.
Auch sind gusseiserne Rippenrohre mit Stahlrohrseele, aber aufgewalzten Flan- sehen bekannt. Die zwischen den Flanschen und der anliegenden ersten Rippe verbleiben den Zwischenräume gewähren den Rauch gasen einen freien Zutritt zur schmiedeeiser nen Stahlrohrseele und zerstören diese vor zeitig.
Rippenrohre, welche nielit durch Um giessen der Stahlrohrseele gebildet waren, er gaben mangelhafte Berührungsflächen zw!- chen beiden und damit schlechte Wärmeüber- tragungsverhältnisse. überdies konnten bei diesen bekannten Economisern die Umwen dungen der Rohre nicht eingematiert werden, um den Classtrom auch an den Umwendstel- len auszunützen, da die Schrauben an den Flanschen nachgezogen werden müssen.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der den bekannten Economiserausführungen anhaftenden Mängel. Sie lässt sich überall da gleich erfolgreich anwenden, wo Röhren- wärmeaustauseher unter ähnlichen<B>-</B> Bedingun gen wie Economiser durch Beheizung mittels chemisch aggressiver Gase betrieben werden. Ihr Hauptanwend#ngsgebiet bildet jedoch der Hochtemperatur- und Hochdruck-Economiser mit Stahlrohrseele.
Erfindungsgemäss besteht der Rippen- röhrenwärmeaustauscher aus einer Stahlrohr- seele, die auf ihren im Bereicli strömender Rauchgase gelegenen Abschnitten durch Um giessen mit rippentragenden Rohren gepan zert ist. Die aufgegossenen Gusseisenrolire können an den die Rippen tragenden Stellen grundringartige Verstärkungen- aufweisen, die bei der Herstellung zuletzt erkalten und dadurch sieh fest an die Stalilrolirseele an schmiegen.
Die von der Peripherie nach den Grundringen stärker werdenden Rippen kön nen ferner in Strömungsrichtung der Heiz- ,gase durcli hintereinanderliegende tiefe Ein- 2 schnitte in einzelne Lappen unterteilt sein, die wechselweise nach verschiedenen Seiten gewölbt sind.
Die in üblicher Weise untereinander par allelen, im Bereich strömender Rauchgase gelegenen Abschnitte der Stahlrohrseele sind vorzugsweise mit ihren umgossenen Rohr endstücken stopfbuchsenartig in Seitenschil- den abgedichtet und axial beweglich gelagert, während die Enden der hintereinander- geschalteten parallelen Abschnitte der Stahl- rohrseele ausserhalb des Rauchgasstromes in den zwischen den Seitenschilden und dem MLauerwerk gelegenen Räumen-,
vorzugsweise durch gerade und eingeschweisste schmiede eiserne Rohrstüeke miteinander verbunden sind.
Atisführangsbeispiele des Erfindungs gegenstandes werden an Hand der Zeich nung näher erläutert. Es stellen dar: Fig. <B>1</B> einen Querschnitt durch ein Eco- nomiserrohr, Fig. 2 einen Abschnitt des Economiser- rohres nach Fig. <B>1</B> an der Lagerstelle im Seitenschild, teilweise geschnitten, Fig. <B>3</B> ein Wärmeaustauscherrohr mit an derem Aufbau der Seitensehilde, Fig. 4,
<B>5</B> und<B>6</B> die als Aufbauelemente der Seitenseltilde -nach Fic. <B>3</B> dienenden Vier- kantflanschen der CI-Lissrohre in grösserem Massstabe, Fig. <B>7</B> und<B>8</B> einen automatiscli betrie benen Russbläser in Stirn- und Seitenansicht. Gemäss Fig. <B>1</B> und 2 ist die Stahlrohrseele <B>1</B> durch das umgossene Gusseisenrohr 2 ge panzert.
Das Rohr 2 hat Rippen<B>3,</B> die von grundringartigen Verstärkungen 4 des Rohres 2 ausgehend nach der Peripherie zu schwä- eher werden und in Strömungsriclitung der Gase (siehe Pfeil) durch tiefe Einschnitte<B>5</B> in einzelne hintereinanderliegende Lappen<B>6</B> unterteilt sind, die gemäss der Andeutung in Fig. 2 wechselweise nach verschiedenen Sei- ten gewölbte Form aufweisen und nach ihren Seitenrändern ebenfalls zugesehärft sind.
Die Endstücke<B>7</B> der Gussrohre 2 erstrecken sich bis über die stopfbuchsenartigen Abdicht-Lin- gen <B>8</B> der das Rohrgewicht aufnehmenden Seitenschilde<B>9</B> hinaus. Sie bewirken eine voll ständige Panzerung der Stahlrohrseele <B>1</B> innerhalb des heizgasdurchströmten Raumes und zugleich eine gasdichte Abtrennung dieses Raumes von dem von den Seitensellil- den <B>9</B> und dem Mauerwerk<B>10</B> begrenzten heizgasfreien Raum<B>11,</B> in den sogar frische Luft einsickern soll.
Der grundsätzliche Vorteil dieser Aus führung besteht darin, dass es nunmehr mit Hilfe eines einheitlich gestalteten Aggregates üiöglich ist, sowohl den schädlichen Einfluss chemisch aggressiver, heisser Gase von der Stahlrohrseele fernzuhalten als auch die Ge fahr mangelnder Festigkeit der Rohre bei hohen Betriebstemperaturen und -drücken zu beseitigen.
Die über die Seitenschilde hinausragenden Enden la der Stahlrohrseele werden zweck mässig bei der Montage unter Verwendung aufgeschobener Rundschablonen auf 4511 abge schrägt und mittels eingeschweisster gerader Zwischenstücke lb zu einem zusammenhän genden Rohrstrang verbunden.
Die Verwen dung gerader Zwischenstücke lb an Stelle der sonst üblichen Flanschkrümmer ermöglicht nicht nur eine vereinfachte Herstellung, son dern zugleich eine Raumersparnis infolge des geringeren notwendigen räumlichen Abstan des zwischen den Seitenschilden<B>9</B> und dem Mauerwerk<B>10.</B> Mit Hilfe der Stopfbuchsen- abdichtung <B>8</B> wird die im Raum<B>11</B> ungepan- zerte Stahlrohrseele auf ihren Abschnitten la und lb vor der korrodierenden Einwirkung der Gase geschützt;
dennoch werden die blanken, geschweissten Rohrverbindungen im Raum<B>11</B> zweckmässig z. B. durch Wasser glas und Asbest umkleidet. Auch kann der Raum<B>11</B> zwischen den Seitenschilden und dem Mauerwerk mit Asbest, Kieselgur oder ähnlichen der Wärmeausdehnung der Rohre nachgebenden, das heisst wärmeisolierenden Schuttmassen ausgefüllt werden. Die z. B. in einem Fluss hintereinander geschaltete Heiz- Räche durch die Rippenrohre erleichtert die Erhitzung des Economiserwassers bis zur Siedetemperatur.
In solchen Fällen vermei det man zweckmässig ein Sammelrohr, weil sonst beim Zusammentreffen -wasserhaltiger und dampfhaltiger Ströme der Dampf kon densiert und das Wasser in die so gebildeten Hohlräume knallend hineinstürzt. Erforder lichenfalls wird man dann entweder Knall- vermeidungsvorrichtungen verwenden oder ,Rohrenden direkt in den Kessel führen.
Die wechselseitige Wölbung der Rippen lappen<B>6</B> erhöht die Wärmeaufnahme aus den Gasen. Die sieh nach oben verjüngende Form der Lappen und der Rippen ergibt eine strö- mungsteehnisch günstige Form. Die Unter teilung der Rippen durch die Zwischenräume <B>5</B> in Verbindung mit der zur Achse zunehmen den Wandstärke der Rippen und den diese tragenden Grundringen 4 verhindert die sonst bei den angenommenen Betriebsbedin gungen häufigen., von den Randzonen der Rippen zur Achse fortschreitenden Rissbildun- gen, die bis zum Abplatzen und Herunter fallen ganzer Abschnitte der Gussröhre führen.
Die Endstücke<B>7</B> der Gussrohre sind zweckmässig möglichst glatt, da sie sich infolge der Wärmedehnungen gegenüber den Seiten schilden bewegen. Der Seitenschild enthält eine Ausnehmung, in welcher eine Packung angeordnet ist. Die Packung gestattet bei Wärmeausdehnung das axiale Gleiten des Stahlrohres, ohne dass die Abdichtung leidet. Ebenso können vertikale Verschiebungen stattfinden, wobei ebenfalls die Dichtigkeit nicht leidet.
Die zwischen den Rohrstücken la und lb vorzusehende stumpfe Schweissnaht lässt sieh leicht mit der erforderlichen mecha nischen Festigkeit herstellen, zumal ein Rohr bekanntlich bei wachsendem Innendruck weit früher längs aufplatzt, als dass es senkrecht zur Achsenrichtung abreisst.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, dass weder die zur Lagerung dienenden Endstücke<B>7,</B> noch die Seitenschilde<B>9</B> an den Lagerstellen einer be- sonderen Bearbeitung bedürfen, im Gegen satz zu den bekannten Flansehverbindungen, die genaue Stiehmasse, zahlreiche Schrauben sowie gutes Dichtungsmaterial erfordern und trotzdem bei den in Betracht kommer, den TemperaturÜnderungen erfahrungsgemäss nicht dicht sind, weil die schmiedeeisernen Schrauben bei stärkeren Temperaturschwan kungen sich anders ausdehnen als der Flansch;
dabei werden die Unterlagscheiben flach gedrückt, die Dichtung ist dann nicht mehr elastisch, ihre Wirkung geht verloren, und die Schrauben der Flanschverbindung müssen von Zeit zu Zeit nacligezogen werden. Dies macht es unmöglich, den Economiser üblicher Bauart mit Krümmern Lind Flanscii- verbindungen einzumauern.
Mängel dieser Art entfallen bei der beschriebenen Verbin dung zwischen den Rohrabschnitten la und lb. Das Einschweissen der Zwisehenstücke lb ergibt nicht nur eine absolut sichere Verbin- clung, sondern ist auch billiger als die üblichen Flanseliverbindlingen mit den zahl reichen Schrauben<B>je</B> Krümmer. Wenn die Zwischenstücke lb eingeschweisst sind und die Rohrleitung abgedrückt ist, ist sie prak tisch unbesehränkte Zeit dicht.
Will man ein Rippe#nrohr aus dem Economiser heraus nehmen, so bedarf es nur des Durchschnei- dens des Verbindungsstückes lb an einem, und des Endes la der Stahlrohrseele am an dern Ende des zu entfernenden Rippenrohres. Bei den üblichen Gusseisenkrümmern mussten zu gleichem Zwecke vier Flanschen mit min destens 24 Schrauben und. vier Dichtungen gelöst werden.
Das Fehlen von Flanschver- bindungen zwischen den RippeÜrohren. und ihren Verbindungsstücken und die dadurch bedingte dauernde vollkommene Betriebs sicherheit ermöglichen es, den Economiser wie einen Kessel einzumauern.
Die tragende Stahlrohrseele erleidet inner halb der in Betracht kommenden Abmessun gen keine schädlichen Forniveränderungen. Allerdings erfordern gussteehnische Gesichts punkte das Zusammenschweissen längerer, etwa zweier Drei-Meter-Rippenrohre, auf einer Sechs-Meter-Stahlrohrseele,
Es wird beispi*_ weise auf einer sechs Meter langen Stahlrohr- seele ein drei Meter langes Rohrende mit einem Flanseh und einem toten Stumpf um gossen und danach das andere Ende des Sechs-TVIeter-Rohres wieder mit einem Flansch und einem stumpfen Mittelende gegossen.
Die Verbind-angsstelle bzw. Lücke zwischen den beiden Gussmänteln wird durch imabhängig angefertigte halbe Gussrolirstücke geschlos sen und diese nach festem, warmem<B>Auf-</B> ziehen miteinander -Lind mit den stumpfen Enden der beiden Gussrohrmäntel ver schweisst. Das Formen der Rippenrohre auf einer Durchziehformmaschine vermeidet die sonst nötigen teuren Sandkerne, da diese durch die Stahlrohrseele ersetzt werden.
Den an den Economiser gestellten Anforderungen der Gas- und Wasserdichtheit, der Span nungsfreiheit der Lagerung, der Korrosions sicherheit für die Stahlrohrseele und der Sei- gerungsfreiheit der flanschlosen, umgegos senen Rippenrohre ist weitestgehend entspro chen.
Fig. <B>3</B> zeigt eine Ausführungsform ', bei der die die Economiserrohre tragenden Sei tenschilde<B>9</B> gemäss Fig. 2 ersetzt sind durch Vierkantflansche 12, die mit den Rippen rohren aus einem Stück bestehen und unter Zwischenfügting waagrechter und lotrechter Asbeststreifen zu einer gasclichten Wand zu sammengefügt sind. Ein solcher Aufbau der Seitenwände ist möglich, weil die geringfügi gen<B>,</B> Wärmedehnungen der benachbarten Rohrreihen zueinander nur Bruchteile eines Millimeters betragen.
Die Fig. 4,<B>5</B> und <B>6</B> zeigen den Vierkant- flansch 12 in grösserem Massstab. Die halb kreisförmigen beidseitig angeordneten Aus- nehmungen 1.4,<B>13</B> lassen einen dünnen Steg <B>1.5</B> stehen, der durch Zusammenstellen be nachbarter Vierkantflansche zu einem vollen Kreis ergänzt -wird.
An denjenigen Stellen, an denen Düsenrohre einer Russbläsereinrich- tang in den Rauchgasraum hineinragen, wer- 5 den die dünnen halbkreisförmigen Stege aus den Vierkantflansehen lierausgeschlagen. Man erhält auf diese Weise für den gesamten Economiser nur ein einziges Rippenrohr- modell mit Stahlrohrseele. In der Zeichnung nicht dargestellte Besiehtigungsluken von grösserem Durchmesser,
durch welche von Hand der Beschmutzungsgrad der Rippen festgestellt werden kann, können dadurch er halten werden, dass nach jeweils etwa fünf Rohrreihen ein U-Eisen zwischen die Econo- miserrohre gelegt wird, in das die durch Handlochdeckel verschliessbaren Öffnungen eingearbeitet sind. Wenndie Stege<B>15</B> vermie den werden sollen, lassen sich die Düsenrohre für den Russbläser auch durch entsprechende Durchbrechungen der U-Eisen hindurch führen.
Der Reinigung der Eeonomiserrohre kommt besondere Bedeutung zu, wenn dem Economiser durch Einmauerung die leichte Zugängliebkeit in hohem Mass genommen ist. Die innenreinigung der Rohre stellt kein schwieriges Problem dar, weil Hochdruck anlagen in der Regel mit einer Speisewasser aufbereitung für das Zusatzwasser zum Tur- billenkondensat versehen sind und die innere Korrosion der Rohre durch Sauerstoff erst im Verdampferraum des Kessels stattfindet.
Etwaige doch auftretende Kesselsteinablage- rungen können in üblicher Weise durch Hin- durchpumpen abgestumpfter Salzsäure oder gelegentlich eines Ausbaues des Economisers durch Ausbohren mit Hilfe von den bekann ten Kesselsteinausbohrungsvorriehtungen ent fernt werden.
Nicht weniger bedeutsam ist die Aussen reinigung der heizgasberührten Rippenrohre, wofür das Abblasen mit chemisch wirkenden Gasen, wie z. B. Ammoniakgasen, oder das Sandstrahlgebläse zur Verfügung stehen. Die infolge der hohen Betriebssicherheit des Beo- nomisers zulässige schwer zugängliche Ein fügung desselben in die Gesamtanlage lässt die Anwendung eines geeigneten automatisch betriebenen Russbläsers als besonders zweek- mässig erscheinen.
Dabei werden die Düsen rohre des Russbläsers an geeigneten Stellen durch die Seitenschilde hindurchgeführt, wo für beispielsweise die herauszubrechenden dünnen Stege<B>15</B> gemäss Fig. <B>6</B> vorgesehen sind. Die Fig. <B>7</B> und<B>8</B> zeigen eine solche Russ- bläsereinrichtung mit eelbsttätigem Betrieb in seiner prinzipiellen Ausgestaltung. Die La gerung des Rohres geschieht in den beiden Seitenschilden<B>9,</B> welche zugleich den rauch- gasdurchströniten Heizkanal des Economisers begrenzen.
Das Rohrsystem des Russbläsers ist von einem auf Achsen 21 und Rädern 22 fahr baren Wagen<B>23</B> gelagert (Fig. <B>7).</B> Sowohl die Drehbewegung eines jeden Düsenrohres 24 wie auch die Vor- und Zurückbewegun gen des Wagens mit den Düsenrohren werden von einem kleinen mitfahrend-en Elektro motor<B>25</B> erzeugt, der seine Drehbewegung über einen Schneckentrieb<B>26</B> sowie mit Hilfe mehrerer Kegelrädergetriebe <B>27</B> auf Zwi- sehenwellen <B>28</B> und mittels weiterer Kegel zahnräder<B>29, 30</B> auf die Düsenrohre 24 über trägt.
Zwei Düsenrohre oder eine andere be- sehränkte Anzahl derselben sind mit Ge windespindeln<B>31</B> versehen, die sich in an einem Seitenschild<B>9</B> des Speisewasservorwär- iners gelagerten und gegen Drehung gesicher ten Muttern<B>32 je</B> nach der Bewegungsrich tung des Russbläsers hinein- oder herauq- schrauben und damit die Translationsbewe- gung aller im Wagen gelagerten Düsenrohre gleiebmissig erzeugen.
Der Elektromotor<B>25</B> wird durch Endanschläge <B>33</B> oder mittels ähnlicher Umschalteinrielitungen an jedem llubende selbsttätig unigesteuert. Dies ist für die Wirtschaftlichkeit der ganzen Anlage von Bedeutung, weil die Handarbeit am heissen Beoliomiser sonst erfahrungsgemäss bisweilen unterblieb. Nunmehr kann der Russ- bläser während des Betriebes zu Zeiten, in denen überschüssiger Dampf zur Verfügung steht, in Betrieb gesetzt werden.
Die Zuführung des Dampfes zu den<B>Dü-</B> senrohren erfolgt von der Hauptleitung<B>35,</B> die am Gerüst<B>36</B> des Kesselmauerwerkes<B>ge-</B> halten ist, über die Gelenkrohre<B>37</B> und<B>38</B> sowie die Verteilerrohre<B>39</B> und 40, die durch einen oder mehrere Stutzen 41 (Fig. <B>8)</B> unter einander in Verbindung stehen. Von den Ver teilerrohren führen über Doppelstopfbüchsen 42 mit Labyrinthdicht-ung Anschlüsse zu den einzelnen Düsenrohren 24, die beispielsweise an den Stellen der ausgebrochenen Stege<B>15</B> gemäss Fig. <B>6</B> in den Rauchgasraum eintreten.
Die Anordnung dieser Durehtrittstellen kann derart ausgebildet sein, dass eine flache Scheibe 43 durch eine in einem nicht dar gestellten Gehäuse gelagerte Feder gegen die Wandung des Seitenschildes<B>9</B> angedrückt wird.
Während daher die in den Seitenschil den vorhandenen Durchbrechungen -wegen der Wärmedehnungen, Verschiebungen und sonstiger durch die Montage bedingten Un- genauigkeiten zweeks Vermeiclung von Rei bung und Kleminungen, die bei der Versehie- bung der Düsenrohre auftreten könnten, grosses Spiel für den Durchtritt der Düsen- ro.hre freilassen, schmiegen sich die Scheiben 43 der Oberfläche der Düsenrohre gut an, jedoch so,
dass das Düsenrohr sieh in der Scheibenbohrung längs verschieben kann. Da die Scheibe 43 längs der Wand<B>9</B> gleiten kann, ist lür eine spannungslose, hinreichend wirksame und dauerhafte Abdichtung des Rauchgasraumes gesorgt.
Auf jedes Verteilerrohr<B>39,</B> 40 ist oben ein Belüftungsventil 44 aufgesetzt, das als Rückschlagventil wirkt, indem es beim<B>Ab-</B> blasen der Düsenrohre infolge des Dampf druckes zugeschlagen wird, jedoch beim Still stand des Russbläsers die diesen umgebende Luft abzusaugen gestattet. Es wird so ver hindert, dass Gase durch den Schornsteinzug zu einem obern Düsenrohr hinein und zu einem andern untern wieder in den Gasrauin zurüekgesaugt werden, wodurch die Rohre infolge des Schwefelgehaltes der Gase und durch die bei der Kondensation der Dämpfe sich bildenden Schwefelsäure oder durch sonstige aggressive Gase zerstört werden.
Jedes Düsenrohr 24 erhält seine Längs- und Drehbewegung mittel-s eines zentralen Antriebes von einem aussen aufgesetzten Ke gelrad und seinen Dampf über eine Doppel- stopfbüchse 42, die aus einem in der Längs richtung durchbohrten Gehäuse besteht, in welches eine Anschlussspindel des Düsen rohres genau hineinpasst. Diese Spindel steht über einen Flansch mit dem eigentlichen<B>Dü-</B> senrohr in Verbindung.
Das Gehäuse' der Doppelstopfbüchse ist<B>in</B> der Mitte mit einer grossen Ausnehmung versehen, während die zu dem Düsenrohr Iiihrende Anschlussspindel an dieser Stelle Querbohrungen aufweist, so dass der Ausblasedampf aus dein durch Flanschverbindung angeschlossenen Vertei lerrohr<B>39</B> bzw. 40 über die Doppelstopf- büehse 42 zu dem betreffenden Düsenrohr 24 gelangen kann.
Auf dem dein Düsenrohr ent gegengesetzten Ende des durchbohrten Dampfaufnahmerohres befindet sich das Ke- gelantriebsrad <B>30.</B> Der Zweck der Doppel- stopfbüchse besteht also darin, nach aussen abzudichten und die Zuführung des Dampfes zu den rotierenden Düsenrohren 24 zu ge währleisten.
Das Leckwasser der Doppelstopfbüchsen 42 sowie das von den Verteilerrohren<B>39,</B> 40 kommende Kondensat steht über die kleinen Sammelrohrleitungen 45 in Verbindung mit dein an tiefster Stelle angeordneten Sammel gefäss 46, welches gross genug ist, um das Kondensat des gesamten Rohrsystems vor An lassen des Motors aufnehmen zu können. Dem gegenüber ist der Durchmesser des in den Rauchgaskanal frei mündenden Abfluss- rohres 47, welches zur Entleerung des Sain- melbehälters dient, klein genug, um eine wesentliche Senkung des Dampfdruckes beim Abblasen zu vermeiden.
Ein kleines Rohr von <B>10</B> inm Durchmesser reicht für diesen Zweck aus.