BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager für ein wärmeabgebendes, Feststoff enthaltendes Gas, z. B. Synthesegas, mit einem in einem Druckbehälter angeordneten, vertikalen Gaszug, der aus miteinander gasdicht verschweissten und von wärmeaufnehmendem Medium durchströmten Wandrohren gebildet ist, deren Enden mit einem Verteiler und einem Sammler verbunden sind, mit einem an einem oberen Ende des Wärmeübertragers angebrachten, vertikalen Gaseintrittsstutzen für das den Gaszug durchströmende Gas und mit mindestens einem weiteren, quer zum Gaszug angeordneten Gasaustrittsstutzen für das den Gaszug durchströmende Gas, wobei im Gaszug mehrere ebene, vertikale Rohrtafeln angeordnet sind, die aus von wärmeaufnehmendem Medium durchströmten, miteinander verschweissten Rohren gebildet sind, deren Enden mit einem Verteiler und einem Sammler verbunden sind.
Es ist ein solcher Wärmeübertrager für Synthesegas bekannt, der zur Dampferzeugung dient. Bei diesem Wärmeübertrager sind die Wärmeübertragerflächen des Gaszuges und der Rohrtafeln in einem relativ kleinen Raum konzentriert, so dass sich eine kompakte Bauweise ergibt. Es besteht jedoch eine verhältnismässig grosse Verschmutzungsgefahr für die Wärmeübertragerflächen, wodurch der Wärmeübertrager starker Korrosion ausgesetzt ist. Durch die Verschmutzung werden häufig erhebliche, lokale Temperaturdifferenzen und daher beachtliche Wärmespannungen in den Wärmeübertragungsflächen verursacht, die zu zusätzlichen Belastungen in diesen Bauteilen führen.
Häufige Inspektions- und Reinigungsarbeiten sowie gelegentlich grössere Überholungsarbeiten sind also beim bekannten Wärmeübertrager notwendig, wobei aber die für das Ausführen dieser Arbeiten erforderliche Zugänglichkeit erschwert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärme übertrager der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass seine Zugänglichkeit und damit das Ausführen der Wartungsarbeiten erleichtert sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Gaszug in mehrere Wandrohre und damit verbundene Verteiler und Sammler umfassende Bestandteile solcher Horizontalabmessung zerlegbar ist, dass diese Bestandteile durch den Gaseintrittsstutzen hindurch ausbaubar sind, und dass die Horizontalabmessung der Rohrtafeln ebenfalls derart ist, dass sie durch den Gaseintrittsstutzen hindurch ausbaubar sind. Infolge der Zerlegbarkeit des Gaszuges in Bestandteile, die durch den vertikalen Gaseintrittsstutzen hindurch ausbaubar sind, können die einzelnen Bestandteile aus dem Druckbehälter herausbefördert und an einem geeigneten Ort inspiziert, gereinigt und gegebenenfalls überholt bzw. ersetzt werden. Das Gleiche gilt für die Rohrtafeln. Es ist daher nicht nötig, Zugangsraum für das Ausführen der obengenannten Arbeiten innerhalb des Wärmeübertragers vorzusehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Wärmeübertrager nach der Erfindung,
Fig. 2 einen Horizontalschnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1 und
Fig. 3 ein Detail A aus Fig. 2 in vergrössertem Massstab.
Gemäss Fig. 1 weist ein Wärmeübertrager, der der Dampferzeugung durch Kühlung von Synthesegas dient, einen zylindrischen Druckbehälter 1 mit vertikaler Achse auf, in dem - koaxial zu ihm - ein Gaszug 2 angeordnet ist, der aus über Stege 4 miteinander gasdicht verschweissten und arbeitsmitteldurchströmten Wandrohren 3 gebildet ist. Der Gaszug 2 erstreckt sich etwa über die zylindrische Höhe des Druckbehälters 1. Am oberen Ende des Wärmeübertragers ist der Druckbehälter 1 mit einem Gaseintrittsstutzen 12 für das den Gaszug 2 durchströmende Gas versehen. Ein horizontaler Gasaustrittsstutzen 13 ist im unteren Bereich des Gaszuges am Behälter 1 angeschlossen. Im Gaszug 2 sind acht radiale, ebene, vertikale Rohrtafeln 7 angeordnet, die aus arbeitsmitteldurchströmten, über Stege 14 miteinander verschweissten Rohren 8 gebildet sind.
Im Bereich des Gasaustrittsstutzens 13 bildet der Gaszug 2 einen sich nach unten verjüngenden Trichter 5, der nach unten in eine vertikale Leitwand 9 übergeht, die am unteren Ende eine horizontale Mündungsöffnung 9' aufweist. Der Trichter 5 und die Leitwand 9 bestehen aus arbeitsmitteldurchströmten Rohren, deren Anordnung und Anschluss an den Rohren 3 des Gaszuges weiter unten erläutert wird.
Durch den Trichter 5 mit der Leitwand 9 wird der Raum des Gaszuges 2 in einen inneren Raum 10 und einen äusseren Raum 11 unterteilt, wobei die beiden Räume nacheinander vom Gas durchströmt werden.
Gemäss Fig. 2 haben der Gaszug 2 und die Mündungsöffnung 9' je einen achteckigen Querschnitt. Der Trichter 5 weist die Form eines regelmässigen Pyramidenstumpfes auf.
Der Gaszug 2 und die Leitwand 9 bilden also je ein achtseitiges Prisma.
Im oberen Bereich des Druckbehälters 1 ist ein ringförmiger Hauptverteiler 20 angeordnet, der mit einer den Druckbehälter durchstossenden Speisewasserleitung 20' verbunden ist. Unterhalb des Hauptverteilers 20 ist ein ringförmiger Hauptsammler 21 vorgesehen, der einen kleineren Ringdurchmesser aufweist als der Verteiler 20 und der mit einer den Druckbehälter 1 durchstossenden Dampfleitung 21' verbunden ist. Die den Gaszug 2 bildenden Wandrohre 3 haben die Form eines hängenden, vertikalen U, dessen einer Schenkel in einen Gaszugverteiler 22 und dessen anderer Schenkel in einen Gaszugsammler 23 mündet. Der zuletztgenannte Schenkel ist im Bereich seines oberen Endes aus der Gaszugwand nach innen herausgebogen und um den Gaszugverteiler 22 herumgeführt. Für jede der acht ebenen Wandpartien des prismatischen Gaszuges 2 ist also ein Gaszugverteiler 22 und ein Gaszugsammler 23 vorgesehen.
Die Rohre 8 der Rohrtafeln 7 sind ebenfalls im wesentlichen vertikal angeordnet und erstrecken sich U-förmigjeweils von einem Rohrtafelverteiler 24 zu einem Rohrtafelsammler 25, die auf dem gleichen Niveau wie die Gaszugverteiler 22 angeordnet sind. Sämtliche Verteiler 20, 22, 24 und Sammler 21, 23,25 sind im wesentlichen horizontal angeordnet.
Verbindungsleitungen 26 und 26' verbinden den Hauptverteiler 20 mit den Gaszugverteilern 22 bzw. den Rohrtafelverteilern 24. Auf entsprechende Weise verbinden Verbindungsleitungen 27 und 27' die Gaszugsammler 23 bzw. die Rohrtafelsammler 25 mit dem Hauptsammler 21.
Die den Trichter 5 und die Leitwand 9 bildenden Rohre 6 zweigen mit einem Ende von dem einen Schenkel der U-förmigen Wandrohre 3 ab und münden - nach dem Durchlaufen des Trichters und der Leitwand - auf dem gleichen Niveau in den anderen Schenkel des U-Rohres. Jedes Rohr 6 bildet also im Trichter 5 zwei Schenkel eines spitzen V und in der Leitwand 9 die Schenkel eines vertikalen, hängenden U.
Zwischen den Rohren 6 sind Stege 4' eingeschweisst. Der Gaseintrittsstutzen 12 enthält ein nach oben ausbaubares wärmeisolierendes Führungsrohr 12', das sich bis auf ein unterhalb der Verteiler bzw. Sammler 20,21, 22, 23, 24, 25 befindliches Niveau erstreckt. Um das Führungsrohr 12' herum sind Zugbänder 30 angeordnet, mittels denen die Verteiler und Sammler und die mit ihnen verbundenen Rohre 3, 6 und 8 und Verbindungsleitungen 26,26', 27 und 27' am gewölbten oberen Ende des Druckbehälters 1 aufgehängt sind.
Der untere gewölbte Bereich des Druckbehälters 1 ist unterhalb des Gaszuges 2 mit Wasser 18 gefüllt, das über eine Zufuhrleitung 17 zugeführt und unter Aufrechterhaltung eines Niveaus über einen Entschlackungsstutzen 19 abgeführt wird. Der Entschlackungsstutzen 19 ist an eine nicht gezeigte Anlage zum Behandeln des abgeführten, verschmutzten Wassers angeschlossen.
Der Gasaustrittsstutzen 13 enthält ein wärmeisolierendes Austrittsrohr 13' und verbindet den Raum 11 mit weiteren nicht gezeigten Apparaten der Synthesegasanlage.
Der Wärmeübertrager funktioniert wie folgt: Heisses Synthesegas von beispielsweise 1500"C tritt durch das Führungsrohr 12' in den Raum 10 des Gaszuges 2 ein, durchströmt diesen von oben nach unten, entlang den Rohrtafeln 7 und der Leitwand 9. Im Raum 11 unterhalb der Mündungsöffnung 9' kehrt das Synthesegas seine Strömungsrichtung teilweise um und verlässt über das Austrittsrohr 13' den Gaszug 2. Gleichzeitig strömt Wasser über die Wasserleitung 20 in den Hauptverteiler 20 und gelangt über die Verbindungsleitungen 26 und 26' zu den Gaszugverteilern 22 bzw. Rohrtafelverteilern 24 und dann in die SVandrohre 3 und die Rohre 6 bzw. die Rohre 8 der Rohrtafeln.
Die Wärme des heissen Gases wird vom zirkulierenden Wasser aufgenommen, das dabei verdampft und zu den Gaszugsammlern 23 bzw. den Rohrtafelsammlern 25 gelangt. Der Dampf strömt über die Verbindungsleitungen 27 und 27' in den Hauptsammler 21 und von dort über die Dampfleitung 21' zu nicht gezeigten Verbrauchern.
Bei der Richtungsänderung der Synthesegasströmung unterhalb der Mündungsöffnung 9 wird ein bedeutender Anteil der im Synthesegas enthaltenen Ascheteilchen in das Wasser 18 geschleudert. Das verschmutzte Wasser 18 wird durch den Entschlackungsstutzen 19 zur entsprechenden Behandlung abgeführt, und frisches Wasser wird durch die Zufuhrleitung 17 nachgefüllt. Der Wärmeübertrager wird so ausgelegt, dass Temperaturen, die zu einer Verflüssigung der im Synthesegas enthaltenen Feststoffe führen können, vermieden werden, so dass die Verschmutzung der Heizflächen so gering wie möglich gehalten wird. Das Synthesegas verlässt den Gaszug 2 mit ungefähr 700"C.
Infolge der Erstreckung des Führungsrohres 12' bis auf ein Niveau unterhalb der Verteiler bzw. Sammler 20, 21, 22, 23, 24 und 25 verbleiben letztere zusammen mit den Zugbändern 30 in dem kältesten Bereich des Wärmeübertragers und werden damit vor unzulässigen Wärmebeanspruchungen geschützt. Da beide Enden des Gaszuges 2 offen sind, ist ein Druckausgleich innerhalb des Druckbehälters 1 gewährleistet. Das Synthesegas weist üblicherweise einen Druck von etwa 40 bar auf.
Erfindungsgemäss bildet jede der acht ebenen Wandabschnitte des prismatischen Gaszuges 2 zusammen mit dem zugehörigen Gaszugverteiler 22, dem zugehörigen Gaszugsammler 23 und dem zugehörigen Teil der Trichter- und der Leitwand 9 einen Bestandteil, der durch den vertikalen Gaseintrittsstutzen 12 hindurch aus dem Behälter 1 heraushebbar ist, nachdem der Gaszug durch einfaches Abtragen der Schweissnähte 16 (Fig. 3) in diese einzelnen Bestandteile zerlegt worden ist. Weitere heraushebbare Bestandteile bilden jeweils die mit dem Gaszug nicht direkt verbundenen Rohrtafeln 7 zusammen mit ihren Rohrtafelverteilern 24 und Rohrtafelsammlern 25, deren horizontale Abmessung nicht grösser ist als der lichte Durchmesser des Gaseintrittsstutzens 12.
Für das Durchführen von Reinigungs- und Überholungsarbeiten wird zuerst das Führungsrohr 12' aus dem Gaseintrittsstutzen 12 herausgehoben, so dass dessen grösstmögliche Querschnittfläche frei ist. Damit werden im Druckbehälter 1 die Zugbänder 30 und die Verteiler und Sammler 20, 21, 22, 23, 24, 25 zugänglich. Dann werden die Rohrtafelverteiler 24 und die Rohrtafelsammler 25 durch Lösen von Flanschverbindungen oder durch Abschneiden der Verbindungsleitungen 26', 27' vom Hauptverteiler 20 bzw. vom Hauptsammler 21 getrennt, und mit Hilfe eines in Fig. 1 symbolisch gezeigten Hebezeuges 40 wird eine Rohrtafel 7 nach der andern leicht angehoben, von den Zugbändern 30 gelöst, zum Zentrum hin parallel verschoben und durch den Gaseintrittsstutzen 12 aus dem Druckbehälter 1 herausgehoben.
Anschliessend werden sie zu einem Arbeitsplatz transportiert.
Nach dem Entfernen der Rohrtafeln 7 ist die innere Oberfläche des Gaszuges 2 für Reinigungs- bzw. Reparaturarbeiten zugänglich. Erweist es sich als notwendig, den Gaszug 2, einen Teil von ihm oder auch die Innenseite des Druckbehälters 1 besser zugänglich zu machen, so kann der Gaszug 2 ganz oder teilweise - nach Abschmirgeln der Schweissnähte 16 - in die erwähnten Bestandteile zerlegt werden. Aehnlich wie für die Rohrtafeln 7 beschrieben, werden nach Abtrennen der Verbindungsleitungen 26 und 27 die einzelnen Bestandteile mit Hilfe des Hebezeuges 40 aus dem Druckbehälter 1 herausgehoben und zu einem Arbeitsplatz transportiert.
Da sowohl die Rohrtafeln 7 als auch die Bestandteile des Gaszuges 2 mit den zugehörigen Verteilern und Sammlern 24, 25 bzw.22,23 zum Arbeitsplatz transportiert werden, können noch vor dem Wiedereinbauen in den Druckbehälter 1 etwaige Druck- und Dichtheitstests am Arbeitsplatz durchgeführt werden.
Der Trichter 5 und die Leitwand 9 können auch andere Formen als die hier gezeigten aufweisen, z. B. kann die Leitwand 9 einen runden Querschnitt begrenzen oder eine asymmetrisch angeordnete Mündungsöffnung 9' aufweisen oder sie kann weggelassen werden. Bei einem Trichter mit steileren Trichterflächen kann der Gasaustrittsstutzen 13 höher, als in Fig. 1 dargestellt, angeordnet werden, um die Richtungsänderung der Gasströmung noch stärker auszuprägen.
Anstelle des horizontalen Gasaustrittsstutzens 13 kann auch ein zum unteren Behälterraum geneigter Gasaustrittsstutzen vorgesehen werden.
Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel können die Verteiler unten und nur die Sammler oben oder beide umgekehrt angeordnet sein.