CH628419A5

CH628419A5 - Heat exchanger

Info

Publication number: CH628419A5
Application number: CH1551677A
Authority: CH
Inventors: Heinrich Dr Ing Vorkauf
Original assignee: Vorkauf Heinrich
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1982-02-26
Also published as: FR2374612A1; DE7639554U1; FR2374612B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit mehreren vertikal verlaufenden, von Heizgasen nacheinander durchströmten Gaszügen.

Derartige Wärmetauscher sind bekannt (Zeitschrift «Energie», 25. Jg., Heft 11, Nov. 1973, Seite 341, Bild 1). Werden solche Wärmetauscher durch stabhaltige Gase beheizt, so treten Probleme hinsichtlich der Verschmutzung der Wärme-tauschflächen - vor allem im Bereich der Umlenkung vom einen in den nächsten Gaszug — und auch hinsichtlich des notwendigen Temperaturabbaus der Gase vor Berührungsheizflächen auf. Durch die Umlenkung der Gase um 180° erfolgt eine gewisse Ausschleuderung von mitgeführten Staubteilen, wobei diese sich dann im folgenden Gaszug an einem bestimmten Wandabschnitt konzentrieren und dort eingebaute Heizflächen stark verschmutzen bzw. an diesen Erosionen sowie auch Korrosionen hervorrufen. Durch die Verschmutzungen wird der Wärmeübergang von den Gasen an die zu beheizenden Flächen vermindert, die Gastemperatur wird also nicht in dem Mass abgebaut, wie es gewünscht und/oder gefordert wird. Um vor den Berührungsheizflächen Temperaturen von 750 °C und weniger zu erhalten, manchmal werden sogar 600 °C gefordert, wurde vorgeschlagen, in den zweiten, abwärts durchströmten Zug Rohrtafeln in der Art von Schottenheizflächen einzubauen. Der Wärmeübergang auf diese parallel zum Gasstrom angeordneten Rohrtafeln ist nur mässig, er wird noch durch an diesen sich ablagernde Verschmutzungen verschlechtert und somit ist eine grosse Heizfläche erforderlich. Für die Reinigung dieser Rohrtafeln hat man Klopfvorrichtungen vorgesehen, was elastische Aufhängungen notwendig macht. Das grosse Gewicht der Tafeln führt jedoch zu Schwierigkeiten bei den Aufhängungen wie bei den Klopfvorrichtungen. Ein weiterer Nachteil liegt in der durch die Schottenheizflächen im abwärts durchströmten Gaszug hervorgerufene Gassenbildung, die eine Mischung der Gase und deren Ausbrand verhindert oder erschwert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Gattung dafür zu sorgen, dass mit einfachen, kostensparenden Mitteln der Ausbrand der Gase und ihre Mischung vor dem Eintritt in Berührungsheizflächenbündel sichergestellt werden, dass der geforderte Temperaturabbau vor den Berührungsheizflächen erreicht wird und dass eine Gasströmung, die zum Ansetzen von Verschmutzungen an bestimmten Wandabschnitten fürht, unterbunden wird.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass im Bereich der Umlenkung der Gase vom einen in den anderen Gaszug einen Abstand züeinander aufweisende und in der Höhe versetzte, aus vom aufzuheizenden Medium durchströmten Rohren bestehende Leitflächen angeordnet sind, deren Zu- und/oder Ableitungen federnd ausgebildet sind.

Durch die Anordnung solcher Leitflächen im Bereich der Umlenkung, wobei hier vor allem eine Umlenkung von einem abwärts durchströmten, an einen Gasstrahlungsraum sich an-

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schliessenden Leerzug in einen aufwärts von den Gasen durchströmten, mit Berührungsheizflächenbündeln versehenen Gaszug ins Auge gefasst ist, kann der Leerzug von Heizflächen frei bleiben, d. h., die Gase können sich dort mischen und ungehindert ausbrennen, kann eine Lenkung der Gase erreicht werden, so dass nicht an bestimmten Wandabschnitten bevorzugt sich Ablagerungen ansetzen, und können die Gastemperaturen im erforderlichen Mass abgesenkt werden. Durch die federnde Ausbildung der Zu- und/oder Ableitungen für die Leitflächen ist es möglich, diese einer Rüttel- oder Klopfwirkung zu unterwerfen, wodurch an diesen sich ablagernde Staubteile zum Abfallen gebracht werden, so dass sie also in der Lage sind, die Gase in ausreichendem Mass abzukühlen, was dann nicht der Fall ist, wenn sie verschmutzt sind. Vorzugsweise werden die Leitflächen senkrecht angeordnet, wobei sie entweder in dem stromoberhalb oder in dem stromunterhalb gelegenen Umlenkungsbereich oder in diesen beiden Bereichen vorgesehen sein können, was sich nach dem geforderten Temperaturabbau,

aber auch nach den im Umlenkbereich herrschenden Strömungsbedingungen, die z.B. durch dort befindliche Staub-sammeltrichterwände beeinflusst werden können, richtet.

Vorteilhaft ist es, die Leitflächenrohre mit Zu- und Ableitungsrohren zu verbinden, die Teil der Seitenwandberohrung des Gaszuges sind oder vor diesen Seitenwandrohren liegen, da bei dieser Anordnung die Zu- und Ableitungen eine grosse Länge haben und die für das Rütteln oder Klopfen notwendige Elastizität aufweisen.

Zum Stand der Technik ist es bekannt, Schottenheizflächen durch Rüttel- oder Klopfvorrichtungen zu reinigen (Zeitschrift «Energietechnik», Jg. 8, Heft 2 (1958), Seiten 67-73); es ist ferner bekannt (DE-PS 1 085 889), die Oberkanten von Rohrtafel-Berührungsheizflächen derart gestaffelt anzuordnen, dass sie frei angeströmte Leitflächen in einem waagerechten Gaszug bilden, um die Gase in vertikale Richtung umzulenken, wobei die Unterkanten ebenfalls auf verschiedenen Höhen liegen können; ferner ist es bekannt (DT-PS 2 245 261), geneigte Lenkwände vor einer Wand eines Feuer- oder Ausbrennraumes aus mit Seitenwandrohren verbundenen U-förmigen Rohren und zwischen diese geschweissten Blechstegen zu bilden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Wasserrohr-Dampferzeuger mit Leitflächen im stromoberhalb liegenden Umlenkungsbereich.

Fig. 2 zeigt einen im wesentlichen zu Fig. 1 gleichartigen Dampferzeuger mit Leitflächen im stromunterhalb gelegenen U mlenkungsbereich.

Fig. 3 ist eine Ansicht einer Leitfläche mit ihrer Zu- und Ableitung.

Fig. 4 und 5 zeigen gegenüber der Ausführung von Fig. 3 abgewandelte Ausbildungen.

Fig. 6 zeigt den Schnitt nach der Linie VI-VI in der Fig. 5.

Fig. 7 ist ein der Fig. 6 ähnlicher Horizontalabschnitt zur Darstellung einer besonders wirksamen Klopfvorrichtung mit Anlage der Wandrohre an einer Schiene.

Fig. 8 stellt die Ansicht zu Fig. 7 dar.

Fig. 9 zeigt eine Abwandlung gegenüber der Ausführungsform von Fig. 2 mit Überhitzerheizflächen als Leitflächen.

Über einem Rost 1 (Fig. 1 und 2), der beispielsweise der Verbrennung von Müll dient, ist ein Wasserrohr-Dampferzeu-ger 2 angeordnet. Es handlet sich hier um einen «Eckrohrkessel», d.h. um einen Naturumlaufkessel, der ein die Heizflächen und die Dampfabscheidetrommel tragendes Rohrgerüst hat. Die Erfindung ist natürlich nicht auf derartige Kesselsysteme beschränkt, sondern auch bei Kesseln anderer Bauart anwendbar, wenngleich der Gegenstand der Erfindung besondere Vorteile bei Naturumlaufsystemen bringt.

Das tragende Rohrgerüst besteht aus Fallrohren 3, die die Dampfabscheidetrommel 4 abstützen, und aus Rücklaufrohren 5, von denen nur die in den Ecken der Kesselrückwand liegenden gezeigt sind; weitere können an den Seitenwänden angeordnet sein. Ferner gehören zum tragenden Rohrgerüst die unteren Längs- und Querverteiler 6 bzw. 7 sowie die oberen Längs- und Quersammler 8 bzw. 9. Der Wasserrohrkessel ist an seinen Aussenwänden allseits von Rohren umschlossen, die mit den quer- und längsliegenden Verteiler- und Sammelrohren verbunden sind. Es sind Frontwandrohre 10, Rückwandrohre 11, Trenn- oder Zwischenwandrohre 12 und 13 sowie Seitenwandrohre 14 vorhanden. Die Rohre 10 und 12 begrenzen einen Strahlungsraum 15 an zwei Seiten, an den sich ein von den Gasen abwärts durchströmter, von den Rohren 12 und 13 an zwei Seiten begrenzter Leerzug 16 anschliesst, auf den ein aufwärts durchströmter Gaszug 17 mit Berührungsheizflächenbündeln folgt, der an zwei Seiten von den Rohren 11 und 13 begrenzt wird.

Gemäss der Erfindung sind im Bereich der Umlenkung vom Zug 16 in den Zug 17 Leitflächen 18 bzw. 18' bzw. 18" angeordnet, die sich quer zur Längsachse des Dampferzeugers 2 erstrecken. Die Leitflächen 18 bzw. 18' haben zueinander einen horizontalen Abstand in Richtung der Kessellängsachse und sind in ihrer Höhenlage gestaffelt zueinander angebracht, wobei die der Trennwand 13 zwischen den Gaszügen 16 und 17 zunächst liegende Leitfläche jeweils am höchsten liegt, das heisst, dass die der die Umlenkung der Gase bestimmenden Trennwand 13 zunächst gelegene Leitfläche 18 in ihrer Höhenlage der Abschlusskante 26 dieser Lenkwand am nächsten liegt. Mit zunehmendem horizontalen Abstand von der Wand 13 wird auch der vertikale Abstand der Leitflächen von der Abschlusskante 26 grösser.

Es wird damit erreicht, dass der Gaszug 16 völlig oder fast völlig von eingebauten Heizflächen frei ist, so dass die aus dem Strahlungsraum 15 kommenden Gase ausbrennen und sich mischen können. Es wird ferner erreicht, dass den Heizgasen in bestimmter Weise bei ihrem Austritt aus dem Gaszug 16 oder/und bei ihrem Eintritt in den Gaszug 17 eine Strömungsrichtung und eine Teilung in einzelne Gasströme aufgezwungen wird, die das Ansammeln von mitgeführten Staubteilen an bestimmten Wandabschnitten und damit die Gefahr von Erosion und/oder Korrosion verhindern oder vermindern, und es wird eine Absenkung der Temperatur der Gase vor deren Eintritt in die im Gaszug 17 befindlichen Berührungsheizflächen auf die gewünschte Höhe erreicht.

Die Leitflächen können die ihnen zugedachte Aufgabe, insbesondere hinsichtlich der Temperaturabsenkung, aber nur dann im geforderten Mass erfüllen, wenn sie weitestgehend von Verschmutzungen frei sind, um einen ausreichenden Wärmeübergang, aber auch einen ausreichenden Strömungsquerschnitt sicherzustellen. Deshalb werden gemäss der Erfindung die Zu- und Ableitungen der Leitflächen federnd ausgebildet, so dass sie auf einfachste Weise der Wirkung von Schlag-, Rüttel- oder Vibrationseinrichtungen ausgesetzt werden können.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die Leitflächen 18, die vorzugsweise aus U-förmigen Rohren gebildet sind, an Seitenwandrohren 14 angeschlossen, die aufgrund ihrer Länge eine gewisse Elastizität haben. Bei durchgehenden Seitenwandrohren wird in diesen eine Abschluss- oder Drosselstelle 19 vorgesehen, so dass das Wasser bzw. der Dampf bzw. das Dampf-Wasser-Gemisch die U-Rohre durchströmen muss. Dem Seitenwandrohr 14 ist eine Klopfvorrichtung 20 zugeordnet, die aus einem Bolzen und Hammer, aus einem durch einen drehenden Nocken gespannten und wieder entlasteten Feder-Schlagwerk, aus einer Rüttel- oder Vibrationseinrichtung od. dgl. bestehen kann.

Die Seitenwandrohre 14, d.h. also auch die Zu- und Ableitungen für die Leitflächen 18, können tangential sich berührend angeordnet sein, wobei es vorteilhaft ist, die mit Leitflä5

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chen versehenen Rohre auf ganzer Länge ohne feste Halterung zu belassen. Die äussere Abdichtung kann nach Art des «skin-casing» ausgeführt sein. Auch bei miteinander ver-schweissten Wandrohren, z.B. Flossenrohren, ist die Ausbildung nach Fig. 3 möglich, da auch derartige Wände noch genügend Elastizität haben, um eine Klopf- oder Rüttelwirkung auf die Leitflächen zu übertragen.

Vorteilhafter ist aber bei Flossenrohrwänden die Ausführung nach Fig. 5 und 6, wobei vor den Wandrohren 14 ein besonderes Rohr 14' liegt, das als Zu- und Ableitung für die Leitflächen 18 dient. Der Stössel 21 wird hierbei durch die zwischen den Rohren 14 befindlichen Flossen hindurchgeführt und greift am Rohr 14' an.

Diese Ausführung ist auch dann von Vorteil, wenn die Leitflächen 18", wie Fig. 4 zeigt, zur Überhitzung von Dampf dienen soll, wobei dann die Zu- und Ableitung 14" an je einen eigenen Dampfverteiler 6" und -Sammler 8" angeschlossen wird.

Bei dem Beispiel nach den Fig. 7 und 8 liegt auf der unbe-heizten Seite der Wandrohre 14 eine Schiene 22, die die Rohre in einer Ebene hält, die aber die Rüttelwirkung ganz beträchtlich steigern kann. Hierzu wird ein der Kraft einer Feder 23 ausgesetzter Bolzen 24 durch die Schiene 22 geführt, wobei die Feder 23 das Rohr 14 gegen die Schiene 22 zieht. Bei einem Schlag gegen den Kopf 25 der Rüttel- oder Schlagvorrichtung erfolgt eine Einwärtsbewegung des Rohres 14, das dann durch die Feder 23 zurückgeholt und gegen die Schiene 22 geschlagen wird, wodurch als die Schlag- oder Klopfwirkung verstärkt wird.

Bei dem Beispiel der Fig. 9 bestehen die Leitflächen ebenfalls aus Überhitzerheizflächen 18" mit Dampfverteilern 6" 5 und einem Dampfsammler 8". Die vom Verteiler 6" ausgehenden Rohre, die in Achsrichtung der Verteiler einen Abstand zueinander aufweisen, sind in zwei mit Abstand zueinander in unterschiedlichen Höhen liegenden Ebenen schräg ansteigend verlegt und gehen dann in in horizontalen Ebenen lie-io gende Rohrschlangen über. Die Verteiler 6" sind auch hier an federnden Zuleitungs-Seitenwandrohren mit einem Ende angeschlossen, so dass sie in Querrichtung des Kessels etwas bewegbar sind. Damit können auch die geneigten Überhitzerflächen gerüttelt oder geklopft werden, um sie sauber zu halten, 15 wobei die Schwingungen auch noch im Bereich der horizontalen Rohrschlangen wirken.

Für die Abdichtung von durch die Rohrwände zu führenden Teilen der Schlag- oder Rüttelvorrichtungen können Membranen oder Balge u.dgl. vorgesehen werden. 20 Durch die Anordnung der U-Rohre der Leitflächen mit einem gewissen Abstand zueinander können die Gase auch teilweise quer durch die Leitflächen strömen, wodurch natürlich die Temperaturabsenkung gegenüber der alleinigen Strömung parallel zur Ebene der Leitflächen verbessert und die Abschei-25 dung von Staubteilchen durch die Wirbelbildung gesteigert wird, was gegensätzlich zu der Wirkung von Schottenheizflächen ist und die Leitflächen gemäss der Erfindung im Vergleich zu diesen Schottenheizflächen überlegen macht.

2 Blatt Zeichnungen

Claims

628 419 PATENTANSPRÜCHE

1. Wärmetauscher mit mehrerem vertikal verlaufenden, von Heizgasen nacheinander durchströmten Gaszügen, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Umlenkung der Gase vom einen (16) in den anderen Gaszug (17) einen Abstand zueinander aufweisende und in der Höhe versetzte, aus vom aufzuheizenden Medium durchströmten Rohren bestehenden Leitflächen (18, 18') angeordnet sind, deren Zu-und/oder Ableitungen (14, 14', 14") federnd ausgebildet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflächen (18) in horizontaler Richtung im Abstand zueinander angeordnete und in der Höhe gestaffelte, senkrecht verlaufende Rohrtafeln sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Ableitungen (14) Teile der Seitenwandberohrung der Gaszüge (16, 17) sind.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Ableitungen (14) in der Ebene einer dichtgeschweissten Rohrwand liegen.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Ableitungen (14', 14") vor der Ebene der Seitenwände im Gaszug liegen.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Zu- und Ableitungen (14, 14') sowie die Seitenwandverkleidung bildenden Rohre an einen gemeisamen Verteiler (6) und Sammler (8) angeschlossen sind.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Ableitungen (14") an je einen eigenen, von dem Verteiler (6) und Sammler (8) der Seitenwandrohre (14) unabhängigen weiteren Verteiler (6") und Sammler (8") angeschlossen aind.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und Ableitungen sowie die Rohre der Leitflächen von zu überhitzendem Dampf durchströmt sind.

9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre einer jeden Leitfläche U-förmig gebogen und in einer senkrechten Ebene liegend an ein gemeinsames, die Zu- und Ableitungen bildendes Rohr angeschlossen sind.

10. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die senkrechte Erstreckung der Leitfläche geringer als deren waagrechte Erstreckung ist.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anschlussstellen des innersten U-Rohres der Leitfläche in dem gemeinsamen Zu- und Ableitungsrohr eine Drossel- oder Abschlussscheibe (19) angeordnet ist.

12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflächen in dem strom-oberhalb liegenden Umlenkungsbereich angeordnet sind.

13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflächen in dem stromun-terhalb liegenden Umlenkungsbereich angeordnet sind.

14. Wärmetauschernach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Zu- und Ableitungsrohr (14) bzw. mit der Leitfläche (18) ein die Seitenwand des Gaszuges durchsetzender, von aussen klopf- oder rüttelbarer Stössel (21) verbunden ist.

15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf der unbeheizten Seite der Wandrohre eine deren gemeinsame Ebene festlegende Anschlagschiene (22) angeordnet ist, die von einem mit dem Zu-und Ableitungsrohr (14) bzw. der Leitfläche (18) verbundenen Bolzen (24) durchsetzt ist, der unter Federkraft (23) das mit ihm verbundene Teil (14,18) gegen die Anschlagfläche zieht.

16. Wärmetauschernach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die die Seitenwände durchsetzenden

Stössel bzw. Bolzen durch elastische Elemente gegen Gasdurchtritt abgedichtet sind.

17. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die der die Umlenkung der Gase bestimmenden Wand (13) zunächst gelegene Leitfläche (18) in ihrer Höhenlage der Abschlusskante dieser Wand am nächsten liegt, während mit zunehmendem horizontalen Abstand der Leitflächen von der Wand (13) sich auch der vertikale Abstand von der Abschlusskante erhöht.