-
Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Ein derartiger Wärmeübertrager zum Wärmeaustausch zwischen einem ersten und einem zweiten Medium weist einen Mantel auf, der einen Mantelraum umschließt, der zur Aufnahme des zweiten Mediums dient. Im Mantelraum ist zumindest ein Rohrboden vorgesehen, der zur Verankerung von im Mantelraum verlaufenden Rohren eines Rohrbündels dient, in denen das erste Medium geführt wird (z. B. heißes Prozessgas), so dass dieses in indirekten Wärmetausch mit dem zweiten Medium treten kann. Der mindestens eine Rohrboden weist mehrere Durchgangsöffnungen auf, die jeweils mit einem Ende eines Rohres des Rohrbündels verbunden sind. Das erste Medium (Prozessgas), das im Wärmeübertrager abgekühlt werden soll, kann dabei von einer dem Mantelraum abgewandten Seite des Rohrbodens her durch die jeweiligen Durchgangsöffnungen in das jeweils zugeordnete Rohr des Rohrbündels strömen. Bei dem Durchströmen der besagten Rohre überträgt das erste Medium seine Wärme indirekt auf das zweite Medium, das über separate Zu- und Abflüsse durch den Mantelraum geleitet wird. Je nach Ausführung des Wärmeübertragers, können die Rohre des Rohrbündels mit dem jeweils anderen Ende in einem zweiten Rohrboden verankert sein, über den das Prozessgas (erste Medium) aus dem Rohrbündel abgezogen werden kann. Alternativ hierzu kann das Rohrbündel so durch den Mantelraum geführt werden, dass nur ein Rohrboden benötigt wird, wobei dieser Rohrboden Durchgangsöffnungen aufweist, die dem Zuleiten bzw. dem Abziehen des ersten Mediums dienen. Derartige Wärmeübertrager werden auch als „Process Gas Boiler” (PGB) bezeichnet, bei denen das zweite Medium insbesondere durch Wasser gebildet wird (sogenanntes „Boiler Feed Water” oder kurz BFW). Das BFW wird in der Regel im Gegenstrom zum ersten Medium geführt, wobei oftmals weitere konstruktive Ausgestaltungen des Mantelraumes das BFW so durch den Mantelraum leiten können, dass eine möglichst optimale Wärmeübertragung gewährleistet ist. Des Weiteren werden statt eines Rohrbündels oftmals mehrere Rohrbündel verwendet, deren Rohre sich beispielsweise im Durchmesser unterscheiden können.
-
Zum Schutz der Rohre des Wärmeübertragers vor den hohen Temperaturen des ersten Mediums werden für gewöhnlich keramische Schutzhülsen verwendet, die mit je einem ersten freien Endbereich in das jeweils zugeordnete Rohre des Rohrbündels eingeführt sind.
-
Bei der Fertigung von Wärmeübertragern der eingangs genannten Art müssen die Schutzhülsen mit größter Sorgfalt montiert werden, da es sich um ein sehr sprödes Material handelt. Eine Beschädigung der Schutzhülsen muss zwingend vermieden werden, da lose und beschädigte Teile den Wärmeübertrager beschädigen konnten. Um Beschädigungen vorzubeugen, muss dabei die Prozessführung weiterhin so ausgelegt sein, dass keine verschiedenartige Gegenströmungen des Prozessgases auftreten.
-
Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager bereitzustellen, der im Hinblick auf die vorgenannte Problematik verbessert ist.
-
Dieses Problem wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Danach ist vorgesehen, dass die Schutzhülsen aus einem Metall gefertigt sind.
-
Vorzugsweise sind die Schutzhülsen lediglich in die Rohre gesteckt und nicht unmittelbar an den Rohren (z. B. durch eine Schweißverbindung) festgelegt. Die einzelnen Rohre hingegen sind vorzugsweise mit dem mindestens einen Rohrboden im Bereich der jeweiligen Durchgangsöffnung verschweißt.
-
Besonders bevorzugt sind die Schutzhülsen aus einem Stahl gefertigt, und zwar insbesondere aus einem hochlegiertem Stahl, um die hohen Drücke sowie die hohen Temperaturen, denen die Schutzhülsen durch das erste Medium ausgesetzt sind, möglichst optimal zu widerstehen. Des Weiteren zeichnet sich der hochlegierte Stahl durch eine hohe Inertheit gegenüber dem zu kühlenden ersten Medium auf.
-
Die Schutzhülsen sind vorzugsweise so angeordnet, dass sie auf der dem Mantelraum abgewandten Seite des Rohrbodens jeweils einen aus dem Rohrboden herausragenden zweiten freien Endbereich aufweisen, der jeweils einstückig mit dem in das jeweilige Austauschrohr hinein stehenden ersten freien Endbereich der jeweiligen Schutzhülse verbunden ist.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist jede Schutzhülse an ihrem aus dem Rohrboden herausweisenden zweiten freien Endbereich ein abstehendes Kopfteil auf, das insbesondere den jeweils zugeordneten zweiten freien Endbereich ringförmig umläuft. Somit kann das erste Medium durch das Kopfteil hindurch in/durch die jeweils zugeordnete Schutzhülse strömen.
-
Die Kopfteile der Schutzhülsen sind vorzugsweise zueinander beabstandet angeordnet, und zwar insbesondere in einer gemeinsamen Erstreckungsebene in bzw. entlang der sich die Kopfteile erstrecken, wobei sich insbesondere auch der mindestens eine Rohrboden entlang jener (vertikalen) Erstreckungsebene erstreckt).
-
Weiterhin sind die Schutzhülsen gemäß einer Variante der Erfindung jeweils von einer dehnungsausgleichenden Hülle (z. B. aus einem Papier) zur Kompensation einer hitzebedingten Ausdehnung der jeweiligen Schutzhülse ummantelt. Hierzu wird oftmals ein keramisches Papier verwendet. Die Ummantelung der Schutzhülsen ist dabei vorzugsweise jeweils dergestalt, dass die jeweilige Hülle die zugeordnete Schutzhülse auch innerhalb des jeweiligen Rohres des Rohrbündels vollständig ummantelt, und das jeweilige Rohr die zugeordnete Schutzhülse eng umgreift.
-
Um den mindestens einen Rohrboden bzw. einen Eintrittsbereich des Mantelraums vor den hohen Drücken und Temperaturen des einströmenden ersten Mediums (Prozessgas) zusätzlich zu schützen, weist der mindestens eine Rohrboden auf seiner vom Mantelraum abgewandten Seite eine Ausmauerung auf, die sich insbesondere aus einzelnen miteinander verbundenen Steinen zusammensetzt. Dabei liegt die Ausmauerung an der besagten Außenseite des Rohrbodens an und weist mehrere durchgängige Ausnehmungen auf, die jeweils mit einer zugeordneten Durchgangsöffnung des mindestens einen Rohrbodens fluchten. Die zweiten Endbereiche der Schutzhülsen verlaufen dabei jeweils in einer solchen Ausnehmung zu einer dem mindestens einem Rohrboden abgewandten Seite der Ausmauerung wo sie insbesondere jeweils aus der Ausmauerung bzw. der zugeordneten Ausnehmung herausragen.
-
Insbesondere sind die durch die Ausmauerung umgebenen Bereiche der Schutzhülsen ebenfalls jeweils von jener Hülle ummantelt.
-
Die besagten Kopfteile der Schutzhülsen sind vorzugsweise jeweils so angeordnet, dass sie die Ausmauerung hintergreifen. Hierbei liegen die Kopfteile der Schutzhülsen bevorzugt jeweils mit einer dem Rohrboden zugewandten Seite auf der abgewandten Seite der Ausmauerung auf und bilden insbesondere jeweils einen dichten Abschluss mit der Ausmauerung aus.
-
In einer Variante der Erfindung ist jedes Kopfteil mit mindestens einem benachbarten Kopfteil durch jeweils ein entlang der Ausmauerung verlaufendes, insbesondere längs erstrecktes Verbindungsstück verbunden. Dies dient zur Stabilisierung der Schutzhülsenanordnung und ist insbesondere dazu geeignet, die Schutzhülsen bei eventuell im Prozess auftretenden Gegenströmungen am Platz zu halten, so dass eine Beschädigung des Wärmeübertragers vermieden werden kann. Vorzugsweise sind die Verbindungsstücke jeweils parallel zur Ausmauerung bogenförmig gekrümmt, wobei die geometrische Krümmung jeweils ein gleichbleibendes Vorzeichen aufweist.
-
Der Wärmeübertrager kann natürlich gegebenenfalls auch mehrere Rohrbündel aufweisen. Insbesondere sind Rohrbündel mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern der Austauschrohre vorgesehen.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden.
-
Es zeigen:
-
1 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Wärmeübertragers;
-
2 eine Ansicht eines Details der 1; und
-
3 eine Draufsicht auf den Rohrboden des in den 1 und 2 gezeigten Wärmeübertragers.
-
1 zeigt im Zusammenhang mit den 2 und 3 einen Wärmeübertrager 1, der eine Einlasskammer E, einen Mantelraum 3 sowie eine Auslasskammer A aufweist. Der Mantelraum 3 wird dabei durch einen im Wesentlichen zylindrischen, auf Stützelementen S gelagerten Mantel 2 begrenzt, dessen Längsachse (Zylinderachse) sich entlang der Horizontalen erstreckt, wobei der Mantelraum 3 entlang der Horizontalen bzw. entlang der Längsachse des Mantels 2 zwischen der besagten Einlasskammer E und der besagten Auslasskammer A angeordnet ist.
-
Der Mantelraum 3 wird an seinen entlang der Horizontalen einander gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils durch einen Rohrboden 6 begrenzt, wobei jene Rohrböden jeweils eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 7 aufweisen. Dabei ist jede Durchgangsöffnung 7 des einen Rohrbodens 6 mit einer zugeordneten Durchgangsöffnung 7 des gegenüberliegenden Rohrbodens 6 durch ein zugeordnetes Rohr 5 verbunden, wobei jene Rohre 5 zueinander parallel verlaufen und zusammen ein sogenanntes Rohrbündel 4 bilden. Die Rohre 5 sind jeweils im Bereich der zugeordneten Durchgangsöffnung 7 mit einem Endbereich 5a über je eine umlaufende Schweißnaht mit dem einen Rohrboden 6 verbunden.
-
Die durch die Rohre 5 geschaffene Verbindung der Rohrböden 6 ist derart gestaltet, dass ein erstes (heißes) Medium M1 durch die Durchgangsöffnungen 7 des auf der Seite der Einlasskammer E liegenden Rohrbodens 6 durch die Rohre 5 zum gegenüberliegenden Rohrboden 6 in die Auslasskammer A strömen kann.
-
Ein zweites Medium M2 kann über geeignete Zuläufe Z und Abzüge Z' am Mantel 2 durch den Mantelraum 3 geleitet werden. Die Wärme des im Rohrbündel geführten ersten Mediums M1 wird dabei indirekt auf das im Mantelraum 3 geführte zweite Medium M2 übertragen.
-
Einlasskammerseitig befindet sich auf der vom Mantelraum 3 abgewandten Seite des einen Rohrbodens 6 eine auf dem einen Rohrboden 6 aufliegende Ausmauerung 11, die dabei von rohrförmigen Schutzhülsen 8 durchdrungen ist, die jeweils in ein zugeordnetes Rohr 5 des Rohrbündels 4 hineinreichen. Die Schutzhülsen 8 dienen dem Hitzeschutz der Rohre 5 und sind hierzu jeweils aus einem (hochlegiertem) Stahl ausgebildet.
-
Jede Schutzhülse 8 weist im Einzelnen einen in das jeweils zugeordnete Rohr 5 hineinragenden ersten freien Endbereich 8a sowie einen daran einstückig angeformten zweiten freien Endbereich 8b auf, der sich durch die Ausmauerung 11 hindurch erstreckt und aus dieser (abschnittsweise) herausragt. Des Weiteren weist jede Schutzhülse 8 am zweiten freien Endbereich 8b ein ringförmig umlaufendes Kopfteil 9 auf, das die jeweilige Schutzhülse 8 im Querschnitt umgreift und zur Anlage an einer dem einen Rohrboden 6 abgewandten Seite der Ausmauerung 11 ausgebildet ist. Die Kopfteile 9 bilden vorzugsweise jeweils mit der Ausmauerung 11 einen dichten Abschluss.
-
Durch das von der Einlasskammer E her in die Rohre 5 einströmende erste (heiße) Medium (Prozessgas) M1 können sich die Schutzhülsen 8 wärmebedingt (unterschiedlich) ausdehnen. Zur Kompensation dieser hitzebedingten Ausdehnungen ist jede Schutzhülse 8 zusätzlich mit einer dehnungsausgleichenden Hülle (z. B. keramisches Papier) 10 ummantelt. Die jeweilige Hülle 10 erstreckt sich dabei durch die Ausmauerung 11 hindurch in das an der Durchgangsöffnung 7 ansetzende jeweilige Rohr 5 hinein.
-
Auf der vom Rohrboden 6 abgewandten Seite der Ausmauerung 11 ist weiterhin jedes Kopfteil 9 mit mindestens einem benachbarten Kopfteil 9 durch ein längserstrecktes, bogenförmiges Verbindungsstück 12 verbunden. Hierdurch bilden die Schutzhülsen 8 einen ausreichend stabilen Verbund, der insbesondere einer Verlagerung der einzelnen Schutzhülsen entgegenwirkt.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die Rohrböden
6 Durchgangsöffnungen
7 verschiedener Durchmesser aufweisen, die mit entsprechend angepassten Rohren
5 bzw. Rohrbündeln
4, Schutzhülsen
8 und dehnungsausgleichenden Hüllen
10 sowie Kopfteilen
9 zusammenwirken. Bezugszeichenliste
| 1 | Wärmeübertrager |
| 2 | Mantel |
| 3 | Mantelraum |
| 4 | Rohrbündel |
| 5 | Rohr |
| 5a | Endbereich des Rohres |
| 6 | Rohrboden |
| 7 | Durchgangsöffnung |
| 8 | Schutzhülse |
| 8a | Erster freier Endbereich der Schutzhülse |
| 8b | Zweiter freier Endbereich der Schutzhülse |
| 9 | Kopfteil |
| 10 | Dehnungsausgleichendes Papier |
| 11 | Ausmauerung |
| 12 | Verbindungsstück |
| M1 | Erstes Medium/Prozessgas |
| M2 | Zweites Medium |
| E | Einlasskammer |
| A | Abzugskammer |
| S | Stützelemente |
| Z | Zulauf für das zweite Medium |
| Z' | Ablauf für das zweite Medium |
