DE10002578A1

DE10002578A1 - Heat exchanger used for heating gas streams laden with droplets comprises integrated heated mist collectors

Info

Publication number: DE10002578A1
Application number: DE2000102578
Authority: DE
Inventors: Dieter Wurz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2001-07-26

Abstract

A heat exchanger comprises integrated heated mist collectors (9). Preferred Features: The mist collectors are heated by the heat exchanger through heat radiation or heat line. The collectors consist of half cylinders (17) which screen the gases between neighboring heat exchange tubes and which are clipped by clamps (15) to the first tube row (16). At least one of the tube row is formed in the structure of a heated mist collector. The mist collector placed on the heat exchanger is formed by a system of curved sheet metal plates.

Description

Häufig stellt sich die Aufgabe, einen tropfenbeladene Gasestrom 1 aufzuhei zen. So müssen beispielsweise die im Wäscher 2 einer Entschwefelungsanlage gereinigten Rauchgase von einer Temperatur von ca. 50°C auf einen Wert oberhalb 72°C erwärmt werden, um die Emissionsbestimmungen zu erfüllten, Fig. 1. Im Entschwefelungswäscher 2 erreicht das Rauchgas den Wasser dampfsättigungszustand. Ferner sind im Rauchgas auch noch Waschflüssig keitstropfen 3 enthalten, die in dem meist zweistufigen Tropfenabscheider 4 und 5 des Wäschers 2 nicht zurückgehalten wurden. Darüber hinaus gelangen auch noch bei der zur Vermeidung von Belagsbildung am Tropfenabscheider durchgeführten Wasserspülung des Tropfenabscheiders in einem erheblichen Umfang Tropfen in den Reingasstrom, der im nachfolgenden Wärmetauscher 6 erwärmt werden soll. Ein Teil dieser Tropfen wird auf den Heizflächen 7 des Wärmetauschers abgeschieden. Während das Tropfenwasser verdunstet, la gern sich die Verdunstungsrückstände häufig als außerordentlich feste Krusten 22 (Fig. 2-5) auf den Heizflächen 7 ab.Frequently, the task arises to heat a drop-laden gas stream 1 . For example, the flue gases cleaned in the scrubber 2 of a desulfurization system must be heated from a temperature of approximately 50 ° C. to a value above 72 ° C. in order to meet the emission regulations, FIG. 1. In the desulfurization scrubber 2 , the flue gas reaches the water vapor saturation state. Furthermore, there are also cleaning liquid drops 3 in the flue gas, which were not retained in the mostly two-stage droplet separator 4 and 5 of the scrubber 2 . In addition, when the droplet separator is flushed with water to avoid the formation of deposits on the droplet separator, droplets enter the clean gas stream to a considerable extent, which is to be heated in the subsequent heat exchanger 6 . Some of these drops are deposited on the heating surfaces 7 of the heat exchanger. While the drop water evaporates, the evaporation residues often deposit on the heating surfaces 7 as extraordinarily solid crusts 22 ( FIGS. 2-5).

Die Abreinigung des Wärmetauschers bereitet wesentlich größere Schwierig keiten als jene der Tropfenabscheider 4 und 5, da es an diesen unbeheizten Tropfenabscheidern nicht zu einem Verdunsten des Wassergehaltes der Trop fen kommt. Ferner sind die Beläge z. B. an einem Rohrbündelwärmetauscher zwar in aller Regel auf der Anströmseite 13 wesentlich stärker; jedoch werden sie bei einer Spülung dieser Anströmseite in die Tiefe des Bündels hineingetra gen, wo ihre Abreinigung noch größere Probleme bereitet. Darüber hinaus lässt sich nur mit sehr großem Aufwand vermeiden, dass bei der Wasserspülung des Wärmetauschers die Abgastemperatur unter den in Deutschland vorgeschrie benen Emissionsgrenzwert von 72°C absinkt.The cleaning of the heat exchanger is much more difficult than that of the droplet separators 4 and 5 , since there is no evaporation of the water content of the droplets at these unheated droplet separators. Furthermore, the coverings z. B. on a shell and tube heat exchanger as a rule on the upstream side 13 much stronger; however, when this upstream side is flushed, they are carried into the depth of the bundle, where cleaning them up poses even greater problems. In addition, it can only be avoided with great effort that, when the heat exchanger is flushed with water, the exhaust gas temperature falls below the emission limit value of 72 ° C prescribed in Germany.

Daher sind die Bemühungen grundsätzlich darauf gerichtet, einen möglichst effizienten Tropfenabscheider in den Wäscher einzubauen. Häufig stellt man erst nach einer gewissen Betriebszeit fest, dass der Tropfenabscheider die Erwartungen nicht erfüllt. Vielfach sind die räumlichen Verhältnisse derart beengt, dass die Installation einer weiteren klassischen Tropfenabscheider- Stufe nicht oder nur mit sehr großem Aufwand möglich ist.Therefore, the efforts are basically directed to one if possible to install efficient droplet separators in the scrubber. Often you ask it is only after a certain operating time that the droplet separator determines that the Expectations not met. The spatial conditions are often such cramped that the installation of another classic droplet separator Level is not possible or only with great effort.

Ziel dieser Erfindung ist eine Kombination eines zusätzlichen Tropfenabschei ders 9 mit dem Wärmetauscher 6 derart
The aim of this invention is a combination of an additional droplet separator 9 with the heat exchanger 6 such

- That the formation of deposits on the heat exchanger itself largely is reduced
- And that a cleaning of the integrated in the heat exchanger droplet separator is possible without the cleaned deposits ge in the subsequent heat exchanger,
- that the reheating of the flue gases by cleaning of the special droplet separator is not significantly affected is pregnant
- That retrofitting is relatively easy to carry out.

Fig. 2 zeigt eine Basisvariante gemäß der Erfindung. Fig. 2 shows a basic variant according to the invention.

Dargestellt ist ein Schnitt durch das Rohrbündel 10 des Wärmetauschers 6, bestehend aus einer Vielzahl von Rohren 11, die in Strömungsrichtung des Rauchgases fluchtend hintereinander angeordnet sind. Hier sind nur 3 Rohrla gen dargestellt. In den Rohren strömt das wärmeabgebende Fluid 12, z. B. heißes Wasser oder Dampf (100-200°C).A section through the tube bundle 10 of the heat exchanger 6 is shown , consisting of a plurality of tubes 11 , which are arranged one behind the other in the flow direction of the flue gas. Only 3 pipe layers are shown here. The heat-emitting fluid 12 , e.g. B. hot water or steam (100-200 ° C).

Das Rohrbündel hat eine Rauchgasanströmseite 13 und eine -abströmseite 14. Auf der Rauchgasanströmseite ist ein Tropfenabscheider 9 angeordnet, der bei dieser Variante direkt mit Klammern 15 auf der ersten Rohrreihe 16 fixiert ist.The tube bundle has a flue gas inflow side 13 and an outflow side 14. A droplet separator 9 is arranged on the flue gas inflow side, which in this variant is fixed directly to the first row of tubes 16 with brackets 15 .

Diese Tropfenabscheider können nach dem Stand der Technik auf unter schiedlichste Weise ausgeführt sein. Bei der dargestellten Variante besteht das Abscheiderelement aus einem Halbzylinder 17, der sich über die gesamte Län ge des Bündels 10 erstreckt und der die Gasse 18 zwischen benachbarten Rohren überdeckt. Dieser Halbzylinder ist über flexible Streifen 19 mit Klam mern 15 verbunden, die der Fixierung des Tropfenabscheiders an der ersten Rohrreihe 16 dienen. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, werden Tropfen 21, sofern sie nicht zu klein sind, über Trägheitskräfte entweder in dem Halbzylinder 17 oder auf der Frontpartie 20 der ersten Rohrreihe abgeschieden bzw. auf dem zylin drischen Klammerblech 15, welches die Frontpartie des ersten Rohres etwa hälftig umschließen könnte. Der Wassergehalt verdunstet und die Verdun stungsrückstände 22 häufen sich an.These droplet separators can be designed in a variety of ways according to the prior art. In the variant shown, the separator element consists of a half cylinder 17 which extends over the entire length of the bundle 10 and which covers the alley 18 between adjacent pipes. This half cylinder is connected via flexible strips 19 with clamps 15 , which serve to fix the droplet separator to the first row of pipes 16 . As shown in Fig. 2, drops 21 , if they are not too small, are deposited via inertial forces either in the half cylinder 17 or on the front section 20 of the first row of pipes or on the cylindrical clamping plate 15 , which is the front section of the first pipe could enclose about half. The water content evaporates and the evaporation residues 22 accumulate.

Erfahrungsgemäß dürfte es in vielen Fällen ausreichend sein, einen derartigen, auf den Wärmetauscher aufgeklippten Tropfenabscheider einmal pro Jahr zu reinigen. Zu diesem Zweck könnten die Tropfenabscheiderelemente während einer Revision abgenommen und außerhalb des Wärmetauschergehäuses gesäubert werden. Somit wird das Risiko vermieden, dass es bei der Abreinigung zur Beschädigung der Rohre kommt bzw. dass die Beläge in die Tiefe des Wärmetauschers eingetragen werden.Experience has shown that in many cases it should be sufficient drop separator clipped onto the heat exchanger once a year clean. For this purpose the droplet separator elements could be used during removed from a revision and outside the heat exchanger housing to be cleaned. This avoids the risk of cleaning it up damage to the pipes or that the pads come into the depth of the heat exchanger.

Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung liegt darin, dass ein derartiger Tropfen abscheider ohne zusätzliches Traggerüst leicht nachgerüstet werden kann, so dass die Kosten bei einem Bruchteil der Kosten für einen weiteren getrennt aufgestellten Tropfenabscheider liegen.Another advantage of this invention is that such a drop separator can be easily retrofitted without an additional supporting structure, so that the cost is separated at a fraction of the cost of another installed droplet separators.

Von sehr großer Bedeutung ist auch folgender Sachverhalt: Durch den gerin gen Abstand zur ersten Rohrreihe wird der Tropfenabscheider über Wärme strahlung und Wärmeleitung aufgeheizt. Es reicht ein Aufheizen um ca. 1-5 K über die Wasserdampf-Sättigungstemperatur des Rauchgases um sicherzustel len, dass die von den Tropfen eingetragene Wassermenge verdunstet und die Verdunstungsrückstände 22 auf dem Tropfenabscheider 9 aufwachsen. Es ist bekannt, dass impaktierte Tropfen auf einer trockenen Oberfläche sehr gut abgeschieden werden, während es beim Aufschlag auf einem Wasserfilm zur Bildung von Sekundärtropfen kommen kann, die weiter in den Wärmetauscher eindringen könnten.The following situation is also of great importance: due to the small distance to the first row of pipes, the droplet separator is heated up by heat radiation and heat conduction. It is sufficient to heat by about 1-5 K above the water vapor saturation temperature of the flue gas to ensure that the amount of water introduced by the drops evaporates and the evaporation residues 22 grow on the drop separator 9 . It is known that impacted droplets are deposited very well on a dry surface, while secondary droplets can form when struck on a water film, which could penetrate further into the heat exchanger.

Es kann vorteilhaft sein, die erste Rohrreihe aus einem weitgehend korrosions beständigen Material, z. B. Hastelloy, herzustellen, weil es beim Abnehmen der Tropfenabscheider zu einer Beschädigung einer Korrosionsschutzschicht auf den Rohren (z. B. Email oder Kunststoff-Folie) kommen könnte.It may be advantageous to make the first row of tubes largely corrosion resistant material, e.g. B. Hastelloy, because when you remove the Droplet separator to damage a corrosion protection layer the pipes (e.g. enamel or plastic film) could come.

Eine der Basisideen dieser Erfindung ist die Aufheizung eines abnehmbaren Tropfenabscheiders vom Wärmetauscher her. Hierfür ist es nicht erforderlich, die Tropfenabscheiderelemente direkt auf den Wärmetauscher aufzuklippen. Der Tropfenabscheider könnte auch über eine gesonderte Trägerstruktur in geringem Abstand vor dem Wärmetauscher zur Reinigung abnehmbar oder schwenkbar fixiert werden. Seine Aufheizung würde dann durch Wärmestrahlung von Wärmetauscher 6 her erfolgen.One of the basic ideas of this invention is the heating of a removable droplet separator from the heat exchanger. It is not necessary to clip the droplet separator elements directly onto the heat exchanger. The droplet separator could also be detachably or pivotably fixed for cleaning via a separate support structure at a short distance in front of the heat exchanger. Its heating would then take place by heat radiation from heat exchanger 6 .

Ferner könnte die erste beheizte Rohrreihe 16 des Wärmetauschers selbst in Gestalt tropfenabscheiderähnlicher korrosions- und stoßresistenter Hohlprofile 23 ausgeführt werden, Fig. 3. Der Ausbau zur Abreinigung wäre hier allerdings relativ aufwendig, so dass während der Abreinigung mit Hilfe von Steckblechen 24 eine Abschirmung gegenüber dem nachfolgenden Bündel möglich sein sollte.Further, the first heated tube row 16 could be of the heat exchanger can be executed even in the form tropfenabscheiderähnlicher corrosion and shock-resistant hollow sections 23, Fig. 3. The expansion for cleaning would, however, relatively complicated here, so that during the cleaning by means of plug-in plates 24, a shield against the subsequent bundles should be possible.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung gemäß der Erfindung. Hier entspricht die Ge staltung des Tropfenabscheiders selbst weitgehend den bekannten Konfigura tionen, nur dass die Abscheiderlamellen 25 mit Hilfe von Klammern 26 direkt auf die erste Rohrreihe 16 des Wärmetauschers aufgeklippt sind und von daher aufgeheizt werden; somit werden die Verdunstungsrückstände 22 der Tropfen in diesem Bereich gesammelt. Die Eintrittskanten 29 der Abscheiderlamellen sind in üblicher Weise über Distanzhalter 27 fixiert. Fig. 4 shows a modification according to the invention. Here, the Ge corresponds staltung of the drop itself largely known configura tions, except that the Abscheiderlamellen 25 by means of brackets 26 on the first row of tubes 16 of the heat exchanger are clipped and heated hence; thus the evaporation residues 22 of the drops are collected in this area. The leading edges 29 of the separator lamellae are fixed in the usual way via spacers 27 .

Fig. 5 zeigt eine weitere Abwandlung bei der die erste Rohrreihe des Wärme tauscher-Bündels 16 über z. B. 210° des Umfanges von elastischen und somit aufsteckbaren Zylinderabschnitten 28, z. B. aus dünnwandigem Hastelloy- Blech, umschlossen ist. Diese dienen als Schutz der ersten Rohrlage gegen Korrosion und mechanische Beschädigung, und hier würden auch Verdun stungsrückstände 22 der Tropfen angesammelt werden. Ferner sind Klammern 29 dargestellt, über die aufgeschnittene Rohre 17 zur Abschirmung der Gassen 18 gegen das Durchtreten von Tropfen abnehmbar fixiert werden. Der Vorteil dieses Lösungsvorschlages im Vergleich mit jenem gemäß Fig. 2 liegt im mo dularen Aufbau sowie in einer besseren Beherrschung von Wärmedehnungs problemen. Fig. 5 shows a further modification in which the first row of tubes of the heat exchanger bundle 16 via z. B. 210 ° of the circumference of elastic and thus attachable cylinder sections 28 , z. B. is made of thin-walled Hastelloy sheet metal. These serve as protection of the first pipe layer against corrosion and mechanical damage, and evaporation residues 22 of the drops would also be accumulated here. Furthermore, brackets 29 are shown, by means of which cut-open tubes 17 for shielding the alleys 18 are removably fixed against the passage of drops. The advantage of this proposed solution in comparison with that according to FIG. 2 lies in the modular structure and in a better control of thermal expansion problems.

Es versteht sich von selbst, dass die Basisidee nicht nur bei Rohrbündelwärme tauschern angewandt werden kann.It goes without saying that the basic idea is not just for bundle heat exchangers can be applied.

Claims

1. Heat exchanger for heating drop-laden gas streams with integrated droplet separator, characterized in that the droplet separators are heated.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the trop fenabscheider from the heat exchanger by heat radiation or -lei tion are heated.

3. Heat exchanger according to one of claims 1 and 2, characterized in net that the droplet separators consist of half cylinders, which the Shield alleys between adjacent heat exchanger tubes and the are detachably clipped on clips on the first row of pipes.

4. Heat exchanger according to one of claims 1 and 2, characterized net that at least the first row of pipes in the form of a heated trop fenabscheiders is executed.

5. Heat exchanger according to one of claims 1 and 2, characterized net that the droplet separator placed on the heat exchanger is formed by a system of curved sheet metal fins.