CH660780A5

CH660780A5 - Waermetauscher.

Info

Publication number: CH660780A5
Application number: CH135283A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Moskau
Original assignee: Saarberg Fernwaerme Gmbh
Priority date: 1982-04-08
Filing date: 1983-03-11
Publication date: 1987-06-15
Also published as: DE3213204A1; ATA123183A; AT380950B; DE3213204C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher zum indirekten Austausch von Wärme zwischen einem Medium mit hoher und einem Medium mit niedrigerer Temperatur.

Der Einsatz von Wärmetauschern zur Vorwärmung von technischen Gasen oder Luft, die für bestimmte exotherme Prozesse wie Oxidation, Verschwelung oder Vergasung benötigt werden, mittels aus diesen Prozessen gewonnener Abwärme ist bekannt. So wird bei fossil gefeuerten Kraftwerken die Verbennungsluft in Luftvorwärmern (Luvo) vorgewärmt, um den thermischen Wirkungsgrad zu erhöhen. Bekannt ist auch die regenerative Luftvorwärmung bei der Eisen- oder Stahlgewinnung.

Nachteilig an den bekannen, indirekten Wärmetauschern ist, dass sie nur in einem Temperaturbereich arbeiten können, welcher nach oben durch die Materialfestigkeit bestimmt ist. Bei der regenerativen Lufterhitzung werden zwar höhere Temperaturen erreicht, jedoch müssen zwei Erhitzungssysteme vorgesehen werden, die sich in der Gasvorwärmung abwechseln.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, der einen Betrieb in einem Bereich hoher Temperaturen, etwa 1000 °C oder darüber, gestattet. Der Wärmetauscher soll es ferner ermöglichen, die Abwärme von heissen Medien, die auch aggressive Schadstoffe enthalten können, zu verwerten.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Wärmeaustauschflächen und/oder die -böden eines die Wärmetauschflächen enthaltenden Behälters aus Werkstoffen bestehen, die bei Temperaturen von 1000 °C oder darüber beständig sind, wobei jede Wärmetauschfläche in mindestens einem von zwei Wärmetauschböden fest gelagert ist.

Vorteilhafterweise wird als hochtemperaturbeständiger Werkstoff für die Wärmetauschflächen Siliciumcarbid vorgesehen.

Als hochtemperaturbeständiger Werkstoff für die Böden kann vergiessbarer Beton vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, für die Böden eine Stampfmasse aus Ton und Siliciumcarbid zu verwenden.

Weitere Einzelheiten gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Der Wärmetauscher besteht aus einem Behälter 1, der mit feuerfestem Material ausgekleidet ist. Der Behälter 1 weist zwei Böden, einen Tragboden 2 an einem Ende und einen Führungsboden 3 am anderen Ende, auf, zwischen denen Rohre 4 aus hochtemperaturbetändigem Material verlaufen. Der Behälter 1 weist ferner zwei Anschlussstutzen 5 und 6 auf, durch welche zum Erwärmen das Gas ein- bzw. ausströmen kann. Das Abgas, dessen Abwärme ausgenutzt werden soll, strömt beispielsweise vom oberen Ende 7 des Behälters 1 durch die Rohre 4 und strömt von Auslass 8 in eine (nicht gezeigte) Leitung, die am Auslass 8 angeflanscht ist.

Der Wärmetauscher arbeitet wie folgt:

Als Beispiel sei hier Rauchgas-Wasserdampfgemisch von 900 °C und einem Druck von 11,0 bar gewählt, das in den Einlass 7 des Behälters 1 einströmt und durch die Rohre 4 zum Auslass 8 geleitet wird. Dabei gibt es Wäme an in den Stutzen 5 einströmende Luft ab, die beispielsweise einen Druck von 13,0 bar und eine Temperatur von 150 °C aufweist. Die Verbrennungsluft tritt am Auslasstutzen 6 beispielsweise mit einem Druck von 13,0 bar und einer Temperatur von 760 °C aus, während sich das Rauchgas-Wasser-dampfgemisch am Auslass 8 auf etwa 600 °C abgekühlt hat. Die Rohe 4 sind in den Tragboden 2 eingesteckt oder festgekittet, d.h. fest gelagert, während das andere Ende im Führungsboden 3 beweglich gelagert ist, um keine Spannungen bei der Wärmeausdehnung der Rohre 4 hervorzurufen. Zwischen Führungsboden 3 und den Rohren 4 kann ein Ringspalt vorhanden sein, aus dem vorteilhafterweise Luft entweicht und mit dem in Einlass 7 eintretenden Rauchgas-/Wasserdampfgemisch eine Nachverbrennung nicht verbrannter Bestandteile vollzieht. Falls das Entweichen einer Teilluftmenge vermieden werden soll, kann der Ringspalt mit einem weichen, feuerfesten Dichtungsmaterial, z.B. Mineralwolle, ausgefüllt werden.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Rohre 4 auch im oberen Führungsboden 3 fest zu lagern (einzuspannen), den Führungsboden aber beweglich im Behälter 1 zu lagern, so dass keine Wärmespannungen auftreten können.

Das Material für die Rohre 4 besteht vorzugsweise aus rekristallisiertem Siliciumcarbid, das im Bereich bis zu 1400 °C temperaturbetändig ist und nicht von aggressiven Medien angegriffen wird. Die Rohre 4 können dabei jeden beliebigen Querschnitt, Kreisform, Viereckform oder ähnliches mehr aufweisen. Auch eine Ausführungsform als Plattenwärmetauscher ist möglich.

Die Böden 2,3 können aus feuerfestem, vergiessbarem Beton hergestellt werden. Dieser Beton besteht in der Hauptsache aus aluminatischem oder silicatischem Zement und Zusatzstoffen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Stampfmasse aus Ton und Siliciumcarbid herzustellen und die Böden 2,3 daraus zu fertigen.

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Die Böden 2,3 können aer auch aus hochtemperturbestän-diger Keramik, beispielsweise Siliciumcarbid, hergestellt werden.

Die Erfindung ist nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es auch möglich, andere technische Gase zu erhitzen, die bei der Kohlevergasung, der Verschwelung oder Pyrolyse von Müll gebraucht werden. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Anwendung von flüssigen Metallen im Wärmetauscher anstelle von Gasen auf einer oder beiden Seiten der Wärmeaustauschflächen. Hierfür eignen sich besonders Alkalimetalle wie z.B. Natrium, Erdalkalimetalle wie z.B. Kalzium, Leichtmetalle wie z.B. Aluminium, Magnesium, oder Schwermetalle wie z.B. Blei, Zinn, Zink. Das Metall wird dabei erhitzt, gekühlt, verdampft oder kondensiert.

5 Weitere geeignete Metalle mit Schmelztemperaturen zwischen 30 bis 1000 °C sind dem Buch «Hütte», Ausgabe 1955, S. 1048 bis 1049, Tafel 2, zu entnehmen.

Der Behälter 1 ist in der Zeichnung in stehender Lage dargestellt. Der Behälter nach der Erfindung ist aber auch in io jeder anderen Lage funktionsfähig, da Siliciumcarbid in der Hitze formbeständig ist.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

660 780

1. Wärmetauscher zum indirekten Austausch von Wärme zwischen einem Medium mit hoher und einem Medium mit niedriger Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschflächen und/oder die -böden (2,3) eines die Wärmeaustauschflächen enthaltenden Behälters (1) aus Werkstoffen bestehen, die bei Temperaturen von 1000 °C oder darüber beständig sind, wobei jede Wärmeaustauschfläche in mindestens einem von zwei Wärmeaustauschböden fest gelagert ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als hochtemperaturbeständiger Werkstoff für die Wärmeaustauschflächen Siliciumcarbid vorgesehen ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für die Böden (2,3) ver-giessbarer Beton vorgesehen ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für die Böden Keramik vorgesehen ist.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Wärmeaustauschflächen an beiden Böden (2,3) fest gelagert sind, wobei mindestens einer dieser Böden (2,3) frei beweglich im Behälter (1) gelagert ist.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschflächen als Rohre ausgebildet sind, die einen kreisförmigen, elliptischen oder viereckigen Querschnitt aufweisen.

7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschflächen als Platten ausgebildet sind.

8. Verwendung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Erhitzung von Verbrennungsluft und/ oder Vergasungsmitteln.

9. Verwendung eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Erwärmen bzw. Abkühlen von Flüssigmetallen, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer oder beiden Seiten der Wärmeaustauschflächen flüssige Metalle vorgesehen sind.