CN107592906A - 尤其是用于发电厂的烟气清洁设施的热交换器元件 - Google Patents

Abstract

对于用来装备发电厂的烟气清洁设施的热交换器的热交换器元件提出的是，热交换器元件被构造成具有块状的蜂窝体和密封边缘，蜂窝体具有四个外侧和两个基本上平行的端侧。蜂窝体以具有多个彼此平行地布置的流动通道的方式由塑料材料构成，这些流动通道经由通道壁彼此分开。流动通道从一个端侧延伸到另一个端侧，并且密封边缘布置在其中一个端侧的区域中并且基本上与这一端侧平行地布置，并且密封边缘在蜂窝体的周向上背离蜂窝体地延伸。

Description

尤其是用于发电厂的烟气清洁设施的热交换器元件

技术领域

本发明涉及一种尤其用来装备发电厂的烟气清洁设施的热交换器的热交换器元件，该烟气清洁设施往往配备转子，转子具有多个用于容纳各个热交换器元件的腔。以旋转方式实施的热交换器往往是所谓的径流式类型。具有静止的储热体(定子)的热交换器往往根据所谓的罗特穆勒原则(Rothemühle Prinzip)来使用。在这里热交换器元件也单独地置入腔中。

背景技术

热交换器具有由塑料材料构成的蜂窝体，其优选匹配于腔的几何形状。蜂窝体具有多个彼此并排布置的流动通道，它们经由通道壁彼此分开并且从蜂窝体的一个端侧延伸到相对置的端侧。

开头提到的类型的用于使用在发电厂的烟气清洁设施中的热交换器例如由德国专利文献DE 195 12 351 C1所公知。在那里公开的热交换器元件仅由聚四氟乙烯再生料或还混合有其他塑料地制成并且可能包括填充料。

根据本发明的热交换器元件尤其被设置用于使用在所谓的径流式热交换器和根据罗特穆勒原则的热交换器中。在其使用于烟气脱硫设施(REA)中时，清洁气流和未经处理的气流通过热交换器/转子在空间上分开且相反地导引，热交换器/转子装备有热交换器元件。在其中有未经处理的气体或烟气流动穿过热交换器(转子/定子)的区域中，热交换器元件被加热，未经处理的气体或烟气在此冷却。在其中有清洁气在相反的流方向上流动穿过热交换器(转子/定子)的区域中，热交换器元件将能量向清洁气输出，清洁气的能量在此上升，热交换器元件在此又被冷却。

在未经处理的气体或烟气冷却时，它们可能到达低于所谓的露点(T_D)的温度，低于露点时，在未经处理的气体或烟气中包含的水蒸气冷凝并且与SO₃、HF和HCL成分一起作为高腐蚀性混合物凝结在热交换器元件的表面上。在热交换器之内的可能低于露点T_D的经冷却的部位(未经处理的气体或烟气从该部位逸出)被称为冷却端部位。视烟气从转子的上侧或底侧来输送而定地，冷却端部位可以位于转子的靠下的区域中(靠下的冷却端部位)或在转子的靠上的区域中(靠上的冷却端部位)。

因此，对于使用在热交换器的这些区域中的热交换器元件来说，除了需要耐温性还需要非常高的耐腐蚀性。由于高腐蚀性的凝结物，典型地混合有灰渣，通常必须从热交换器元件中去除，因此用于清理热交换器元件的简单的操作和高效的可行方案同样具有重要的经济意义。在这方面利用由塑料制成的热交换器元件是令人满意的。

然而在长的运行时间中被证实为有问题的是，典型地由高耐腐蚀钢制成的热交换器/转子在装备有热交换器元件的冷却端部位中在给定的条件下与腐蚀性的凝结物长时间保持接触并且在温度条件变化时趋向于被腐蚀，这在热交换器的长的使用寿命期间需要定期地更换热交换器部件，尤其是更换腔壁。仅热交换器的在此所需的停工就已经引起很大的经济成本，为此还需要用于热交换器的实际维修的成本。

在现有技术中已经尝试以对热交换器部件进行搪瓷涂层来抵抗该问题。然而这在多数情况下被证实为是不够的。

在WO 2013/127594 A1中提出了一种热交换器转子，在其中，动用了碳原料或石墨原料。然而该解决方案是比较昂贵的。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种热交换器元件，利用其至少避免了热交换器(转子/定子)的腐蚀倾向和特别是其腔壁的腐蚀倾向，并且因此可以总体延长各个维修之间的间隔而且必要时甚至可以总体延长热交换器的使用寿命，使得热交换器在运行时是明显更经济的。

根据本发明，该任务通过具有权利要求1的特征的热交换器元件来解决。

根据本发明的热交换器元件配备有密封边缘，其布置在蜂窝体的端侧的区域中并且基本上与之平行地布置。密封边缘环形地绕蜂窝体沿着蜂窝体的外侧延伸。

因此，热交换器(转子/定子)腔的壁与根据本发明的热交换器元件或其蜂窝块之间的间距在其中至少一个端侧的区域中可以降到最小或完全消除。

由于已经存在唯一的密封边缘，可以令人惊奇地实现的是，通过热交换器将未经处理的气体的流动走向集中到热交换器元件的区域上，使得热交换器的在其中安置有热交换器元件的腔的壁尽可能与未经处理的气体的起腐蚀作用的成分隔开，并且在基本上无法完全避免未经处理的气体的凝结物时，在很大程度上使其减少。

根据本发明的热交换器元件不仅提供了出色的腐蚀保护，而且也具有非常好的热传输特性。

此外被证实为令人惊奇的是，为了在很大程度上抑制腐蚀倾向而无需密封边缘密封地贴靠在热交换器腔的表面上。密封边缘例如可以如此设定规格，即，从密封边缘到腔壁保留有一定的间隙，大约5mm或更小的间隙，优选大约2mm或更小的间隙。蜂窝块与热交换器壁可以留有明显更大的间距，例如大约10mm。

转子往往被称为热交换器，而在下文中这些实施例也适用于具有静止的、不旋转的储热块的热交换器，其也被称为定子，并具有用于容纳热交换器元件的腔，尽管这在个别情况下没有被提及。

根据本发明的热交换器元件的密封边缘与热交换器元件的如下端侧相邻地布置，即，该端侧与转子/定子的上侧(靠上的冷却端部位)或转子/定子的底侧(靠下的冷却端部位)相邻。根据本发明，密封边缘也可以设置在热交换器元件的两个端侧上。

此外被证实为令人惊奇的是，唯一的密封边缘布置在热交换器元件的相应的出流侧上也很好地实现了密封边缘的任务。

根据本发明的热交换器元件的一个变型方案，密封边缘与蜂窝体一体式地构造。

根据本发明的热交换器元件的替选变型方案，密封边缘构造为单独的构件，其必要时与蜂窝体形状锁合(formschlüssig)、力锁合(kraftschlüssig)或材料锁合(stoffschlüssig)地连接。此外，密封边缘可以经由紧固元件保持在蜂窝体上。

根据本发明的热交换器元件可以具有包括敞开的蜂窝结构的密封边缘，其中，密封边缘于是优选与蜂窝体一体式地制成。优选地，蜂窝结构至少局部利用平面材料，尤其是膜，基本上不透气地来遮盖。替选地，敞开的蜂窝结构可以通过挤压或通过填塞来封闭。

根据本发明的热交换器元件也可以具有带有紧凑的、基本上不透气的结构的密封边缘。

根据本发明的热交换器元件的密封边缘优选由塑料材料制成，该塑料材料尤其是从蜂窝体的塑料材料和全氟烷氧基聚合物(PFA)中选定的。

如果根据本发明的热交换器元件在热交换器(转子)中被装入到所谓的靠上的冷却端部位中，密封边缘就优选如下设计规格，即，使得其靠置在热交换器腔的至少两个彼此相对置的、径向延展的侧壁上。因此，可以实现这些侧壁的端侧也受到保护。

优选地，密封边缘在蜂窝体的两个彼此对置的侧上如下设定规格，即，使得密封边缘与在转子的周向方向上相邻的热交换器元件的密封边缘直接邻接，更优选地与之相叠。

在与之相叠的情况下，根据本发明的热交换器元件的密封边缘优选在蜂窝体的第一外侧的区域中构造有在其上侧上的平行于外侧延展的凹槽，并且在与第一外侧相对置的第二外侧的区域中构造有在其下侧上的互补的凹槽，其平行于蜂窝体的第二外侧地延伸。

附加地，在密封边缘的上侧和下侧的凹槽的区域中可以构造出形状锁合元件，其可以实现热交换器元件在转子的周向方向上的锁止的定位。

在热交换器元件具有互补地构造在两个彼此相对置的外侧上的几何结构的情况下，热交换器元件彼此稳固在它们的在热交换器中给出的装入位置中，从而热交换器的优选实施方式中，在冷却端部位中可以取消多个在其他情况下总是形成用于热元件的各个容纳腔的分隔壁。这尤其适用于在根据本发明的热交换器元件装入在靠上的冷却端部位中的情况。

这不仅促成很大程度地避免了腐蚀风险，而且附加地还得到了在热交换器方面的重量减少以及在其制造时的材料节省。

根据本发明，密封边缘可以构造为用于蜂窝体的载体。

为此如下已足够，即，作为蜂窝体的载体的密封边缘在蜂窝体的两个相对置的外侧上构造有支承面，以用于在热交换器的转子/定子的器壁(例如容纳腔的器壁)处或在器壁上的支撑。

优选地，支承面定位在蜂窝块的基本上平行于热交换器的径向方向延伸的外侧上。

根据本发明的热交换器元件也可以装备有支架，蜂窝体容纳在该支架中。支架在此可以如下地设定规格，即，使得必要时也可以共同容纳其他热交换器元件。

在选定塑料材料时优选的是，其包括如下的塑料，该塑料包括具有大约80重量％或更多的份额的未经处理的聚四氟乙烯(PTFE)和必要时具有大约20重量％或更少的份额的与PTFE不同的高性能聚合物。在这里令人惊奇的是，蜂窝体不仅在比DE 195 12 351C1中所述的蜂窝体明显更低要求的制造条件下来制造，而且根据本发明的热交换器元件的蜂窝体还具有大大高于传统制成的蜂窝体的机械强度值，尤其是针对抗拉强度和断裂伸长率。

优选地，将具有大约40J/g或更大的熔化热的未经处理的PTFE用作塑料。

优选的PTFE材料的密度为大约2.1g/cm³或更高。

根据本发明使用的未经处理的PTFE可以具有大约1重量％或更小的，优选大约0.1重量％或更小的共聚单体份额。带有这种共聚单体份额的未经处理的PTFE材料通常在不添加外部材料(例如PFA)的情况下是可焊接的。典型的共聚单体是六氟丙烯、全氟烷基乙烯醚、全氟-(2,2-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯)和氯三氟乙烯。

根据本发明，优选使用未经处理的PTFE和必要时与PTFE不同的高性能聚合物，其具有大约10μm至大约200μm，优选大约10μm至大约100μm的平均原级颗粒大小D₅₀。利用这些颗粒大小，在制造蜂窝块时尤其是可以得到：

-好的表面特性，尤其是很小的粗糙深度和容易的可清洁性，

-可选地待加工的填料的均匀分布，

-良好机械特性，尤其是高抗拉强度和高断裂伸长率，和

-甚至在应用低的直至平均的挤压力的情况下的良好机械特性。

相对于仅带有颗粒大小为大约400μm或更大的未经处理的PTFE，基于更小的结晶度可以得到烧结的PTFE，并且为此也考虑PTFE再生料。

上面参考了原级颗粒大小，这是因为在颗粒积聚物在加工条件下分裂为其原级颗粒的前提条件下，带有明显更大的粒子大小的未经处理的PTFE的颗粒积聚物也可以被加工。当颗粒积聚物在大约150bar或更小的情况下分裂为原级颗粒时，例如可以使用带有颗粒大小为100μm至3000μm的颗粒积聚物。

适当的填料包含非金属填料和金属填料，它们也可以使用在混合物中。作为填料考虑到颗粒形填料和纤维形填料。利用填料尤其是可以优化根据本发明待使用的塑料材料的导热性和热容量，并且必要时也可以优化根据本发明的热交换器元件的机械特性。

塑料材料优选地包含非金属填料和/或金属填料，其中，相应的填料的平均颗粒大小D₅₀优选为大约100μm或更小。

鉴于优选地选出根据本发明待使用的塑料的原级颗粒大小，填料的颗粒大小鉴于力求达到的在塑料材料中的均匀分布而为大约2μm至大约300μm，优选大约2μm至大约150μm。

一种或多种塑料的原级颗粒的平均颗粒大小D₅₀与填料的平均颗粒大小D₅₀的比优选在大约1:2至大约2:1的范围内。

优选地，在塑料材料中包含具有直至大约35重量％的份额的非金属填料。由于金属填料的更高的密度，在塑料材料中可以包含具有直至大约60重量％的份额的金属填料。

填料在塑料材料中的总体积份额应该为大约50体积％或者更少，进一步优选为大约40体积％或更少。

加工成热交换器元件的塑料材料优选具有大约10N/mm²或更大的抗拉强度(根据标准ISO 12086-2利用带有横截面为1x 5mm²的条带形的检验体测量)。热交换器元件的塑料材料的抗拉强度在条带形的样品体的情况下优选为15N/mm²或更大，进一步优选为大约20N/mm²或更大，更进一步优选为大约25N/mm²或更大。通常，抗拉强度为大约35N/mm²或更小。在之前限定的抗拉强度范围内，在不带有填料的塑料材料的情况下得到较高的值，而在带有填料的塑料材料的情况下得到较低的值。

加工成热交换器元件的塑料材料的断裂伸长率(根据标准ISO 12086-2在条带有横截面为1x 5mm²的带形的样品体上测量)优选为大约80％或更大，尤其是为大约100％或更大，进一步优选为大约150％或更大，最优选为大约200％或更大。

根据本发明，可以获得带有能被非常好地清洁的表面的热交换器元件，其中，为此，热交换器元件的表面的平均粗糙度值Ra(根据标准DIN EN ISO 1302沿热交换器元件通道的纵向方向测量)为大约10μm或更小，优选为大约5μm或更小。

优选地，鉴于可清洁性，热交换器元件的表面的粗糙深度Rz(根据标准DIN EN ISO1302沿蜂窝体的流动通道的纵向方向测量)为大约50μm或更小，尤其是为大约40μm或更小，优选为大约30μm或更小，最优选为大约20μm或更小。

根据本发明的热交换器元件或其蜂窝体优选具有带有导热性为大约0.3W/(m·k)或更大的塑料材料。

根据本发明的热交换器元件或其蜂窝体优选具有带有热容量为大约0.9J/(g·k)或更大的塑料材料。

针对导热性和热容量的之前推荐的值有利于在热交换器元件与穿流的烟气之间的高效的热交换以及有利于热交换器元件的存储能力。

根据优选的几何形状，热交换器元件的流动通道具有多边形的，尤其是方形的或六边形的横截面。

蜂窝体的流动通道的通道壁优选具有大约0.8mm至大约2mm的厚度。

蜂窝体的流动通道的通畅的横截面优选总计为蜂窝体的底面的大约75％或更大。

用于装备转子的容纳腔的热交换器元件通常需要具有多个不同尺寸的底面。这可以简单地通过如下来实现，即，首先按照标准制成具有较小的底面的蜂窝块并且随后将它们拼合成较大的蜂窝体。

流动通道几何形状例如可以具有六边形的横截面，其带有大约7.2mm或更大的棱边长度。

可以机械地实现将蜂窝块连接成能作为整体操纵的热交换器元件，例如借助形状锁合或力锁合实现，或者可以材料锁合地实现，例如通过粘接或焊接实现。

热交换器元件和其蜂窝体也可以在该情况下在其几何形状中通过切割或切锯匹配要求，并且尤其是在垂直于流动通道的纵向方向的平面中楔形地构造。

为了制造其他热交换器元件，蜂窝结构的在切割蜂窝块或蜂窝体中分出的部分可以顺利地与蜂窝块以上面已经描述的方式连接。

本发明还涉及一种用于烟气清洁设施的热交换器，该热交换器包括多个本发明的热交换器元件。

优选地，热交换器具有环形的容纳空间或多个在周向方向上相继的环段形的容纳空间，在它们中容纳有其中多个根据本发明的热交换器元件，其中，热交换器元件在周向方向上形状锁合地彼此连接。

在根据本发明的热交换器的特别的构造方案中，可以取消多个在其他情况下必需的壁，这些壁用来形成用于在热交换器的冷却端部位的区域中的各个热交换器元件的容纳腔，由此，不仅可以在很大程度上避免腐蚀问题，而且在制造热交换器时可以实现材料节省，并且还可以制成具有明显更少重量的热交换器。这原则上适用于靠上和靠下的冷却端部位，然而其中，在靠上的冷却端部位中的实施能以简单的方式在更大范围内实现。

由于热交换器元件彼此的在周向方向上给出的形状锁合的连接，通常给出了热交换器元件在热交换器中的足够可靠且准确的定位。这由于容纳空间的给出的环形的结构和热交换器元件的由此引起的、基本上梯形的底面二也适用于在径向方向上的定位。

在使用于根据本发明的热交换器的范围内的热交换器元件中，优选与两个端侧相邻地设置有密封边缘，其中，为了使一个热交换器元件与相邻的热交换器元件的形状锁合的连接，仅在其中一个配属于热交换器元件的上端面或下端面的密封边缘上需要密封边缘的结构。

于是尤其优选的是，其中一个密封边缘成形在蜂窝体上，而第二密封边缘制成为单独的部件。

附图说明

下面结合附图更详细地阐述了本发明的上述和其他的有利设计方案。其中：

图1A示出具有烟气清洁设施的火力发电厂的示意图；

图1B示出图1A的烟气清洁设施的变型方案；

图2A至图2C示出用于容纳根据本发明的热交换器元件的转子的三个变型方案的示意图；

图3示出图2的放大截断图；

图4A至图4D示出两个根据本发明的要彼此形状锁合地连接的热交换器元件的示意图；

图5A至图5C示出根据本发明的热交换器元件的其他变型方案的示意图；

图6A和图6B示出根据本发明的热交换器元件的其他变型方案，它们以定位在支架中的方式被使用；

图7A示出置入到转子腔中时的根据本发明的热交换器元件的其他变型方案；并且

图7B示出根据本发明的适合于经修改的转子的热交换器元件的变型方案。

具体实施方式

图1A示出具有燃烧器12和烟气清洁设施14的火力发电厂10的示意图。燃烧器12包括具有燃烧室18的锅炉16，经由燃料供应线路20向该燃烧室输送呈碾碎形式的煤，并且经由供入线路22向该燃烧室输送助燃空气。在锅炉16中，在燃烧室18上方布置有蒸气发生器24，在其中产生水蒸气，用以运行蒸气透平26。蒸气透平26驱动未示出的发电机。在煤燃烧时于燃烧室18中出现的烟气经由烟气线路28从锅炉中输出。

助燃空气经由供入线路22在送入到锅炉16的燃烧室18之前被导引经过热交换器30，并且在那里由经由烟气线路28送入的烟气来加温。热交换器具有供气区域32和烟气区域34。在热交换器30中，在竖直方向来看存在多个温度区，其中，燃气温度较低的区是特别容易被腐蚀的。该区也被称为冷却端部位。由于烟气从上向下穿流热交换器30，冷却端部位靠下。

在热交换器30中，存在装备有储热和传热介质的转子36，储热和传热介质在通过燃气区域34时接收在此引导经过的烟气的热并且在通过相对置的供气区域32时向在此穿流的助燃空气输出热。烟气的温度在穿过热交换器30时例如从大约250℃下降到大约160℃，而供气的温度从环境温度上升到例如大约150℃。视所需的热交换器容量而定地，转子36的直径往往在5m至25m的范围内。视大小而定地，完全装备有储热和传热介质的转子的重量可以为1000吨以及更高，特别是当仅使用基于上釉的钢板的传统的介质时。

为了除尘，经冷却的烟气通过线路29向静电颗粒分离器(下文也被简称为ESP单元44)输送。

在ESP单元44之后，经处理的(经大部分除尘的)烟气经由线路48向再生热交换器50(也被简称为REGAVO)输送，在其中，经处理的烟气例如从大约160℃被冷却到大约90℃的温度或更低的温度。

热交换器50包括装备有储热和导热介质的转子52，其接收从经除尘的烟气输出的热，为此，经除尘的烟气从下向上穿过热交换器50的第一区域54或通过转子52并且由此经由线路62向烟气脱硫设施64输送。

经除尘的烟气的温度在穿过热交换器50的第一区域54时从例如大约150℃下降到大约85℃至大约90℃。在热交换器50中，所谓的冷却端部位58靠上地放置。

从烟气脱硫设施64出来的经脱硫的烟气始终仍具有在例如大约40℃至大约50℃的范围内的温度。通过转子52的转动运动(或者在以定子而非转子来实现的情况下是所谓的盖输送部的转动运动)，通过未经处理的气体而受热的储热和传热介质(还有根据本发明的储热元件)与经脱硫的烟气(清洁气)的较凉的气体流接触。在此，清洁气经由线路66以反向流被到引导热交换器50的区域56中并且在此被加温到大约90℃至大约100℃。

线路68将经脱硫的、再次加温的烟气从热交换器50引导至烟囱70。烟气通过重新加温到大约90℃至大约100℃具有足够大的浮力，以便从烟囱中到达大气中。

为了供气加温，在所示的和各种其他设计中的烟气脱硫设施中，使用所谓的径流式气体预热器作为热交换器，其装备有转子36或52，并且负责将从烟气区域到供气区域的热运输或从相应的热交换器30或50的第一区域到第二区域的热运输。

之前提到的原理不仅适用于REGAVO设施，而且适用于所谓的APH设施(英文，airpreheater，中文，空气预热器)和所谓的SCR(英文，selective catalytic reduction，中文，选择性催化还原)和SNCR(英文，selective non-catalytic reduction，中文，选择性非催化还原)方法。

图1B示出烟气脱硫设施14的变型方案，在其中，从热交换器50中出来的线路68延伸到热交换器72，所谓的SCR单元76经由线路74联接至热交换器72，SCR单元76优选还包括具有烟气脱氮功能(DeNOx)的区段78。仍包含NOx成分的经脱硫的烟气经由线路69被导引通过热交换器72，用以预热。为了使含NOx的经脱硫的烟气达到在随后的SCR过程中所需的大约150℃至大约190℃的温度，热交换器72典型地具有较大的结构高度。在热交换器72中使用的储热元件在此必须具有高耐腐蚀性，这是因为剩余的氨与存在的三氧化硫和水进行反应并且形成硫酸氢铵。硫酸氢铵与仍包含在烟气中的飞尘一起形成粘性的凝结物，其沉积在所有的转子部分/定子部分上并且必须定期地被洗掉。

热交换器72包括转子84，在其冷却端部位86中也布置有根据本发明的热交换器元件。

图2A示意性示出呈盘状转子100形式的热交换器，其直径可以为20m及更大。盘状转子100的体积由筒状的外壁102来限界并且被划分成多个具有基本上梯形截面的腔104、105、106、107、108、109。划分一方面借助多个径向上延展的分隔壁110、112并且另一方面借助同心于外壁构造的筒状的壁114、115、116、117、118和内壁119来实现。

腔104、105、106、107、108、109可以装备有根据本发明的在大小上匹配的、能更换的热交换器元件，它们在该实施例中布置在靠上的冷却端部位中。这样的热交换器元件130具有蜂窝体132，其遍布多个流动通道152，这些流动通道平行于转子100的轴向方向地延展，如这仍将结合图3更详细阐述地那样。

在转子100的所示区域中，腔104以局部剖开的视图示出，其中，在一个变型方案中，在腔器壁110的下端部上存在支撑条103，在这些支撑条上，根据其他实施例，根据本发明的热交换器元件可以安放在靠下的冷却端部位中。在另外的替选方案中，热交换器元件也可以利用块状的保持元件169保持在靠下的冷却端部位中。

在另外的变型方案中，热交换器元件可以与其他类型的热交换器元件一起容纳在特殊的支架中并且经由支撑条103或块状的保持元件169固定在腔中，如其下面结合图6A、6B和7仍将详细阐述地那样。

图2B示出转子100’，转子100’在其例如其高度的大约三分之二上延伸的靠下的区域(暖端部位)中被划分成容纳腔104’、105’、106’、107’、108’、109’，经由在径向和在周向方向上延展的分隔壁110’、112’以及同心于外壁102’构造的筒状的壁114’、115’、116’、117’、118’和内壁119’。

转子100’的体积的靠上的三分之一(靠上的冷却端部位)一方面经由外壁102’以及筒状的内壁119’来限界。该环形空间仅通过具有与内壁119’和外壁102’相同高度的四个径向延展的壁122’、123’、124’、125’被划分成四个环段。在这些环段中，分别容纳有多个根据本发明的热交换器元件，如其在下文仍将描述地那样，这些热交换器元件优选经由形状锁合元件在其在周向方向上彼此邻接的密封边缘处彼此连接。

转子100’的变型方案意味着在制造转子或其容纳腔时非常少的材料使用，从而转子本身具有很小的重量。

此外，取消了转子100’的冷却端部位区域中的多个分隔壁，从而也可以避免在那里在较大程度上出现的腐蚀情况。

图2C中示出了转子100”的其他变型方案，其类似于图2B中的转子100’地构建，在转子100”中，要以热交换器元件填充的转子体积一方面由外壁102”和筒状的内壁119”来限界。在转子100”的体积的靠下的三分之二中，如由图2A和2B所示那样保持不变的是，转子体积被分成容纳腔，其中，也使用周向方向上或径向上延展的分隔壁114”、115”、116”、117”、118”、110”、112”。由此形成的容纳腔104”、105”、106”、107”、108”和109”容纳用于暖端部位区域的热交换器元件，如已经接合图2A和图2B所述那样。

在容纳腔104”、105”、106”、107”、108”和109”之上，也在很大程度上存在无分隔壁的环形区域，它们仅通过径向的分隔壁122”、123”、124”和125”被划分成四个环段，类似于接合图2B所述那样。

附加地，在图2C的转子100”中，筒状的分隔壁116构造成具有与外壁102”和内壁119相同的高度，从而位于径向分隔壁122”、123”、124”和125”之间的环段再次在径向方向上被分成两个区域。

圆形的分隔壁116”的设计方案用于的是，尤其在很大转子尺寸的情况下改善转子的机械稳定性，类似地这也适用于径向分隔壁122”、123”、124”和125”。

在非常小的转子中，在原理上可以取消圆形的分隔壁116”的附加功能以及也可以取消径向分隔壁122”、123”、124”和125”的附加功能，从而在冷却端部位中存在用于容纳根据本发明的热交换器元件的唯一的环形空间。

如果使用根据本发明的一方面在周向方向上能形状锁合地连接的热交换器元件，在另一方面优选梯形截面的情况下在装备转子/定子之后附加地得到各个热交换器元件的精确的定位，其可以实现取消用来形成用于各个热交换器元件的各个容纳腔的分隔壁。

使用在转子100’和100”中的热交换器元件优选在两个端侧的区域中具有密封边缘，其中的上密封边缘优选与热交换器元件的蜂窝体一体式地构造。下密封边缘可以如其仍将结合图7B的说明详细阐述地那样用于在从暖端部位到冷却端部位的过渡部的区域中对分隔壁的上端侧进行遮盖。

图3示出转子100的截段，在其中，腔105的一部分装备有热交换器元件130。热交换器元件130具有蜂窝体132，蜂窝体在其四个外侧134、135、136、137上在其上端侧138的高度上配设有环绕的密封边缘140，其与蜂窝体132一体式地构造并且在其基本结构上同样蜂窝状地构造。因此，根据本发明的热交换器元件130呈蜂窝体132和密封边缘140的基本结构的形式一体式体由相应较大设计规格的蜂窝块制成。在如图3所示的热交换器元件130布置在靠上的冷却端部位中的情况下，密封边缘140可以承担其他功能，即热交换器元件130的载体的功能。为了将热交换器元件130保持和定位在转子100中的靠上的冷却端部位中，成形到蜂窝体上的密封边缘140足够稳定。

为了实现足够的密封作用，密封边缘140的蜂窝状的基本结构必须还要被不透气地遮盖。这可以非常简单地以施装到密封边缘140的基本结构上的平面材料来实现。其中一种优选的平面材料是由塑料材料，例如PTFE构成的膜。平面材料可以在需要时通过粘接或焊接与基本结构连接。

替选地，密封边缘140的蜂窝状的基本结构可以被挤压或者也可以以不透气的方式填塞有填充材料(未示出)。

如由图3看出的那样，密封边缘140被构造成使得其在热交换器元件130从上被置入到转子腔中之后覆盖包围转子腔的转子壁(在这里例如是转子腔105的转子壁110、114和116)的上侧并且也该上侧与防烟气的腐蚀物质隔开。图3以多个阶段示出将根据本发明的热交换器元件130的置入。

优选地，密封边缘140在蜂窝体132的两个相对置的外侧上在上侧和下侧上配设有各一个凹槽142、144，从而两个在转子的周向方向上相邻的热交换器元件130的密封边缘140彼此呈平面的配置地相叠。

令人惊奇的是，尽管密封边缘140不是布置在热交换器元件130的入流侧上而是布置在出流侧上，但是密封边缘140发挥了其针对转子壁的材料的保护作用，这是因为由于密封边缘140而对到蜂窝体132的流动通道的流动走向进行了限制。

为了实现相邻的根据本发明的热交换器元件130的在周向方向上特别准确的定位，更优选的是，如尤其在图4A至4D中详细地看出的那样，密封边缘140在凹槽142、144的区域中构造有互补的形状锁合元件。它们例如可以实现为槽形的凹槽146或条形的凸起148，如其在图4A至4D中详细示出的那样。

因此，图4A示出在经由密封边缘140在它们的外侧134或136处连接之前在侧向彼此重叠取向的两个热交换器元件130。密封边缘140在其沿着外侧134延展的区段中在其上侧上具有凹槽142，而密封边缘140在其沿着外侧136延展的区段中在下侧上具有凹槽144。凹槽142、144优选沿着密封边缘140的各自的整个区段延伸。

这也在图4B的俯视图和图4C的侧视图中是明显的，在这两个附图中，示出了两个热交换器元件130彼此连接。

图4D最后以放大视图示出了相叠的密封边缘140的细节，在其中，可以看到形状锁合元件146和148明显地处于彼此协作中。在该附图中，也清楚地看出放置在凹槽142、144之间的膜150作为不透气的面元件。设置仅一个如下膜层通常就足以用于不透气的遮盖，该膜层要么可以在组装时装入到相邻的热交换器元件130的密封边缘之间，要么在组装之前就紧固在其中仅一个热交换器元件130的密封边缘上(例如通过粘接或焊接)。在图4B中，在图中示出的总是靠左的密封边缘140是这种情况。

即使在膜150仅装入到相邻的热交换器元件130的相叠的密封边缘140之间时，膜150也足够牢固地仅通过热交换器元件130的自身重量来固定，这些热交换器元件以它们的密封边缘140支撑在转子器壁110上。

蜂窝体132具有多个平行的流动通道152，它们从一个端侧138延伸到对置的端侧。在示出的实施例中，流动通道152的横截面是六边形的。在1.2mm的流动通道壁厚时，在彼此相对置的流动通道壁有14.3mm的间距的情况下(流动通道的伸展分别大约7.2mm)得到了针对气体穿流过蜂窝体132的横截面为蜂窝体132的底面的大约83％。比表面积大约为150m²/m³。

处于生产技术的原因，热交换器元件或其蜂窝体往往不是制造成一个块，而是视需要的大小而定地，首先制造多个，例如两个或四个长方体形的蜂窝块并且将它们彼此连接，尤其是彼此焊接，并且随后通过切割切成所需的梯形或楔形来制造热交换器元件130。

图5A至5C示出了根据本发明的热交换器元件130’的替选实施方式。

在该实施方式中，蜂窝体132’和密封边缘140’分别制成为单独的构件，它们可以在转子的容纳腔中装配热交换器元件130’之前或之时拼接到一起。单独制造的密封边缘140’如图5A至5C所示那样典型地制成有紧凑的、不透气的结构。

图5A至5C的实施例示出了热交换器元件130’，其也针对靠上的冷却端部位来设计。蜂窝体132为了以形状锁合的方式容纳密封边缘140’而具有从上端侧138’起在外侧134’、135’、136’和137’上环绕的凹槽160。

图5A示出在组装之前的两个单独制成的构件，即密封体132’和密封边缘140’，而图5B中示出了在已拼合状态中的两个构件。

为了满足作为载体的功能，密封边缘140’优选地除了形状锁合的连接之外还材料锁合地与蜂窝体132’连接，例如通过焊接或粘接。替选于材料锁合的连接，也可以实现在使用紧固机构的情况下的固定，如在图5C中的示例所示。在那里，四个例如可以粘接或拧接在流动通道158’中的保持销162用于可靠地保持密封边缘140，从而密封边缘也可以承担作为用于热交换器元件130的载体的功能。

密封边缘在蜂窝体132’的两个相对置的区段或外侧上的设计方案类似于在热交换器元件130的密封边缘140的情况下来实现。密封边缘140’因此在蜂窝体132’的一侧134上在其上侧具有凹槽142’，而密封边缘140’在蜂窝体132’的相对置的那一侧136’上在其下侧具有凹槽144’。相邻的热交换器元件130’的密封区段可以以凹槽142’和144’相叠的方式容纳在转子中。同时，由此也得到了可以将密封边缘140’用作用于热交换器元件130’的载体的可行方案，其中，确保了已装备的转子的平坦的上侧。

在这里优选地，如下的形状锁合元件146’、148’也可以用于在转子的周向方向上精准地定位根据本发明的热交换器元件130’，这些形状锁合元件类似于热交换器元件130的密封边缘140的形状锁合元件那样地构造，从而可以参考上述的描述。

图6A示出根据本发明的热交换器元件200的其他替选实施方式，该热交换器元件除了具有蜂窝体202和密封边缘204之外还具有支架206。支架优选具有笼状的框结构，如其例如在图6A中所示那样。

在此，支架206优选以如下方式设定大小，使得其基本上在转子100(参见图2A)的整个高度上延伸并且除了蜂窝体202之外在转子的穿流方向上来看还可以容纳用于针对热交换器元件200的暖端部位的其他的热交换器部件(未示出)。

热交换器元件200的密封边缘204在热交换器元件使用在靠上的冷却端部位中的情况下也可以构造为用于整个热交换器元件200的载体，其支撑在转子器壁110的端侧上。优选地，在这里蜂窝体202和密封边缘204制成为单独的构件，由此可以以简单的方式实现组装，尤其是布置在蜂窝体202之下的其他热交换器部件的整合。

为了将密封边缘204固定在蜂窝体204上，与图5A至5C相结合地描述的技术可供使用。替选地，密封边缘也可以固定在支架206上。这也可以材料锁合、形状锁合或力锁合地实现。

替选地，热交换器元件200也可以经由支架206保持在转子腔中，该热交换器元件在此支撑在支撑条103或块状的保持元件169(参见图2A)上。

在图6B中，示出了根据本发明的具有蜂窝体222、密封边缘224和支架226的热交换器元件220的实施例。

在热交换器元件220中，蜂窝体222在转子100中使用在靠下的冷却端部位中。例如，于是密封边缘224支撑在各自的转子腔中的支撑条103或块状的保持元件169(参见图2A)中。在图6B中示出蜂窝体222仍在提升的位置中。蜂窝体222在其最终位置中安置在支架226的横杆228、229上。

密封边缘224在这里靠下地布置在支架226上并且必要时固定在其上，从而可以操作整个热交换器元件220。替选地也可以设置的是，密封边缘224构造为能单独操作的元件，其在装配热交换器元件220时首先单独地在转子腔中置入。随后才将热交换器元件220的其他组成部分，即安装在支架226中的蜂窝体222，必要时与其他热交换器部件(未示出)共同地置入到转子腔中。

密封边缘224因此在两种情况下优选在其下侧上都具有留空部230、231，支撑条103或块状的保持元件169在装配时嵌接到这些留空部中。

密封边缘224本身由于作为单独的构件来制造而优选以紧凑的、基本上气密的结构来制成。

图7A示出根据本发明的用于装配在转子100的靠下的冷却端部位中(参见图2A)的具有蜂窝体252和密封边缘254的热交换器元件250的其他实施方式。

转子腔104在其下边缘在相对置的侧上具有已经结合图2A所述的块状的保持元件169，在该处显然也可以使用其他构造的保持元件，例如同样在图2A中所示的支撑条103。

图7A示出仍处于在转子腔104的下边缘和保持元件169以上的提升的位置中的密封边缘254。根据一个变型方案，密封边缘保持为能单独操作的部分并且首先置入到转子腔104中。随后才将蜂窝体252安放在密封边缘254上。在密封边缘254与蜂窝体252之间的牢固连接可以取消，这是因为蜂窝体252在密封边缘254上的定位已经通过蜂窝体252的自身重量而有足够不透气的结果。

密封边缘254在彼此相对置的区段上在下侧上具有留空部258、259，保持元件169可以嵌接到这些留空部中。

替选地，密封边缘254可以在装配于转子腔104中之前或之后就已经与蜂窝体252连接，其中，也可以选择材料锁合、力锁合和/或形状锁合的连接，尤其是结合图5A至5C所述的变型方案。

令人惊奇的是，尽管密封边缘254不是布置在热交换器元件250的流入侧上而是布置在转子100的流出侧上，但是密封边缘254在这里发挥了其针对转子壁的材料的保护作用。

图7B最后示出针对根据本发明的在转子100’和100”中的靠上的冷却端部位中的热交换器元件250的装入状态，在其中，通过外壁102’和102”和(在这里未示出的)径向分隔壁以及内壁形成了用于根据本发明的热交换器元件250的环段形的容纳区域。

在靠下的区域(转子外壁102’和102”的高度的大约三分之二)中，已经存在各个容纳腔104’、104”、105’、105”等，它们由径向延展的分隔壁110’、110”和在周向方向上延展的分隔壁114’、114”或115’、115”等形成。

在冷却端部位中，也使用根据本发明的热交换器元件，它们在这里呈具有蜂窝体262和密封边缘264的热交换器元件260的形式来使用，其中，密封边缘264优选构造为能单独操作的构件。

蜂窝体262在其下端侧上具有环形环绕的凹槽266，其可以置入到密封边缘264中。

密封边缘264还在两个相对置的侧上在转子100’、100”的周向方向上构造为具有带有在上侧或下侧上的凹槽的配置方案，其还附加地配设有形状锁合元件，在这里出于简要而整体以附图标记274标示。

在这里，可以使用如在图5A和5B的范围内所描述的密封边缘140’中那样的相同的原理，从而可以参考图5A和5B的附图说明的详细实施方案。

优选地，热交换器元件260在它们的上端侧上附加地具有如下密封边缘(未示出)，它们彼此邻接地在热交换器100’、100”的上侧上得到了在相邻的热交换器元件260之间的基本上闭合的结构。

布置在上侧上的密封边缘优选地与蜂窝体262一体式地构造，从而在装入到转子100’、100”时简化了对热交换器元件260的操作。

如由图7B可看出的那样，热交换器元件260的在周向方向上同心地布置的环施装在转子100’、100”中，它们一方面由于密封边缘264的特殊结构而另一方面也由于热交换器元件260的梯形的截面构造而保持精确的定位。

壁元件，例如它们在其他实施例中形成用于热交换器元件260的各个容纳腔而被使用，如由本实施例可看到的那样明显是不需要的，从而转子100’、100”中之内的腔的构造可以限制在所谓的暖端部位的区域上并且因此得到了明显的材料节省，因此还有重量节省。此外，如上面已说明的那样，明显降低了转子100’、100”或它们的组成部分的腐蚀的风险。

由于通过烟气(也呈其经处理、经除尘的形式)来输入腐蚀性气体和灰尘颗粒，根据本发明的热交换器元件必须定期地进行清洁，从而一方面是这些元件的简单且可靠地操作，但另一方面是蜂窝结构的简单的清洁都具有重要意义。蜂窝体壁的抗拉强度和断裂伸长率(根据标准ISO 12086-2测量的)以及它们的表面处理，尤其是耐化学剂稳定性和作为表面粗糙度和平均粗糙度值测量的(根据标准DIN EN ISO 1302测量的)粗糙深度在此起到重要作用。

鉴于烟气的在热交换器中出现的例如大约250℃的温度，PTFE材料的耐热性是有意义的。

针对在从一个气体流向总是以反向流输送的气体流的热传递时包括热交换器元件的转子的效率来说，所使用的储热和传热介质的热容量和导热能力的参数有重要意义。

本发明也考虑到了以下方面，即，选定塑料材料和可能的用于制造热交换器元件的填充料或用于制造来制作热交换器元件的蜂窝块的填充料。

Claims (21)

1.一种用来装备发电厂的烟气清洁设施的热交换器的热交换器元件，其中，所述热交换器元件包括块状的蜂窝体和密封边缘，所述蜂窝体具有四个外侧和两个基本上平行的端侧，其中，所述蜂窝体以具有多个彼此平行地布置的流动通道的形式由塑料材料构造成，所述流动通道经由通道壁彼此分开，其中，所述流动通道从一个端侧延伸到另一个端侧，并且其中，所述密封边缘布置在其中一个端侧的区域中并且基本上与该端侧平行地布置，并且所述密封边缘在所述蜂窝体的周向上背离所述蜂窝体地延伸。

2.根据权利要求1所述的热交换器元件，其特征在于，所述密封边缘与所述蜂窝体一体式地构造。

3.根据权利要求1所述的热交换器元件，其特征在于，所述密封边缘构造为单独的构件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的热交换器元件，其特征在于，密封边缘具有敞开的蜂窝结构，所述敞开的蜂窝结构至少局部以平面材料基本上不透气地来遮盖。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的热交换器元件，其特征在于，所述密封边缘具有紧凑的、基本上不透气的结构。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的热交换器元件，其特征在于，所述密封边缘借助形状锁合和/或力锁合或材料锁合直接与所述蜂窝体连接，或者所述密封边缘借助紧固元件保持在所述蜂窝体上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的热交换器元件，其特征在于，所述密封边缘由塑料材料制成，所述塑料材料尤其是从所述蜂窝体的塑料材料和PFA中选定的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的热交换器元件，其特征在于，所述密封边缘在所述蜂窝体的第一外侧的区域中构造有在其上侧上的基本上平行于外侧延展的凹槽，并且在与所述蜂窝体的第一外侧相对置的第二外侧的区域中构造有在其下侧上的互补的凹槽。

9.根据权利要求8所述的热交换器元件，其特征在于，所述密封边缘在所述凹槽的区域中配有互补的形状锁合元件。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的热交换器元件，其特征在于，所述密封边缘构造为用于所述蜂窝体的载体。

11.根据权利要求10所述的热交换器元件，其特征在于，作为所述蜂窝体的载体的密封边缘在所述蜂窝体的两个相对置的外侧上构造有支承面，以用于在所述热交换器的容纳腔的器壁处或在所述热交换器的容纳腔的器壁上的支撑。

12.根据权利要求11所述的热交换器元件，其特征在于，所述密封边缘的支承面定位在所述蜂窝体的基本上平行于所述热交换器的径向方向延伸的外侧上。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的热交换器元件，其特征在于，所述热交换器元件包括支架，所述蜂窝体容纳在所述支架中。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的热交换器元件，其特征在于，所述塑料材料包括有如下的塑料，即，该塑料包含具有大约80重量％或更多的份额的未经处理的聚四氟乙烯(PTFE)和必要时包含具有大约20重量％或更少的份额的与PTFE不同的高性能聚合物，其中优选地，所述未经处理的PTFE具有大约1重量％或更少的共聚单体份额，更优选具有大约0.1重量％或更少的共聚单体份额。

15.根据权利要求14所述的热交换器元件，其特征在于，所述未经处理的PTFE和必要时所述与PTFE不同的高性能聚合物具有大约10μm至大约200μm、优选大约10μm至大约100μm的平均原级颗粒大小D₅₀。

16.根据权利要求14或15所述的热交换器元件，其特征在于，沿蜂窝块通道的纵向方向测量，所述蜂窝体的表面的平均粗糙度值Ra为大约10μm或更小，尤其是5μm或更小，并且/或者沿所述蜂窝块的流动通道的纵向方向测量，所述蜂窝块的表面的粗糙深度Rz为大约50μm或更小，尤其是大约40μm或更小，优选为大约30μm或更小，进一步优选为大约20μm或更小。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的热交换器元件，其特征在于，所述塑料材料包括非金属填料和/或金属填料，其中，相应的填料的颗粒大小D₅₀优选为大约100μm或更小，并且优选地，在所述塑料材料中包含具有大约35重量％或更少的份额的非金属填料和/或具有大约60重量％或更少的份额的金属填料。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的热交换器元件，其特征在于，所述蜂窝块的塑料材料具有大约0.3W/(m·k)或更大的导热性，并且/或者所述蜂窝块的塑料材料具有大约0.9J/(g·k)或更大的热容量。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的热交换器元件，其特征在于，所述蜂窝体的流动通道的通道壁具有大约0.8mm至大约2mm的厚度。

20.一种用于烟气清洁设施的热交换器，所述热交换器包括多个根据权利要求1至19中任一项所述的热交换器元件。

21.根据权利要求20所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器具有环形的容纳空间或多个环段形的容纳空间，在所述容纳空间或所述容纳空间中容纳有多个热交换器元件，其中，所述热交换器元件在周向方向上形状锁合地彼此连接。