DE102016122016A1 - heat exchangers - Google Patents
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Abstract
Wärmetauscher zur Verwendung im Rauchgasweg einer Feuerungsanlage 1 umfassend eine Vielzahl von metallischen Wärmetauscherrohren 12, die dazu ausgebildet sind, innen von einem Kühlmedium und außen von Rauchgas R umströmt zu werden, wobei die Wärmetauscherrohre 12 außenseitig mit einer Ummantelung aus funktionalisiertem Perflouralkoxy-Polymer (PFA) oder funktionalisiertem und chemisch modifiziertem Polytetraflourethylen (PTFE) umgeben sind, wobei die Ummantelung 1,0 Gew.-% bis 5,0 Gew.-% eines homogen in der Ummantelung verteilten keramischen Werkstoffes enthält.Heat exchanger for use in the flue gas path of a furnace 1 comprising a plurality of metallic heat exchanger tubes 12, which are designed to be flowed around inside by a cooling medium and externally by flue gas R, wherein the heat exchanger tubes 12 are provided on the outside with a sheath of functionalized perfluoroalkoxy polymer (PFA) or functionalized and chemically modified polytetrafluoroethylene (PTFE) are surrounded, wherein the sheath contains 1.0 wt .-% to 5.0 wt .-% of a homogeneously distributed in the sheathing ceramic material.
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Verwendung im Rauchgasweg einer Feuerungsanlage gemäß dem Merkmal des Patentanspruchs 1.The invention relates to a heat exchanger for use in the flue gas path of a furnace according to the feature of
Die Entfernung von Schadstoffen aus Rauchgas erfolgt, um die Umweltbelastung zu verringern. Bei einer mehrstufigen Entstaubung wird bereits in der ersten Stufe der meiste Staub aus dem Rauchgas entfernt. Dies geschieht zumeist mit einem Gewebefilter oder mit einem Elektrofilter. Bei der elektrischen Staubabscheidung werden Staubteilchen mit Hilfe von Sprühelektronen in Gasstrom negativ aufgeladen und auf gegenüberliegenden Niederschlagsanoden abgeschieden.The removal of pollutants from flue gas is done to reduce the environmental impact. In a multistage dedusting process, most of the dust in the first stage is removed from the flue gas. This is usually done with a fabric filter or with an electrostatic precipitator. In the electrical dust separation, dust particles are negatively charged by means of spray electrons in gas stream and deposited on opposite precipitation anodes.
Für bessere Abscheideraten kann entweder der Filter vergrößert werden oder der Betriebsvolumenstrom reduziert werden. Letzteres kann durch Absenkung der Temperatur des Rauchgases vor dem Filter erreicht werden. Bei der Verbrennung schwefelhaltiger Brennstoffe steigt jedoch die Gefahr, dass im Rauchgas enthaltener Wasserdampf mit Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid zu schwefeliger Säure und Schwefelsäure reagiert. Im laufenden Betrieb kann es zu korrosivem Angriff an Bauteilen des Rauchgasweges durch kondensierte Säuren kommen. Auch werden durch die Kondensatbildung Staubverkrustungen begünstigt.For better separation rates, either the filter can be increased or the operating volume flow can be reduced. The latter can be achieved by lowering the temperature of the flue gas before the filter. However, burning combustible fuels increases the risk of water vapor in the flue gas reacting with sulfur dioxide and sulfur trioxide to form sulfurous acid and sulfuric acid. During operation, corrosive attack on components of the flue gas path can occur due to condensed acids. Also by the formation of condensate dust encrustations are favored.
Hinzu kommt, dass Umweltauflagen immer strenger werden, so dass bestehende Anlagen oftmals nachgerüstet werden müssen. Wenn in der ursprünglichen Betriebsweise einer Feuerungsanlage nicht die Gefahr bestand, in den Bereich des Schwefelsäuretaupunktes zu gelangen, wurden im Rauchgasweg auch keine korrosionsbeständigen, teureren Werkstoffe verwendet. Anordnungen im Rauchgasweg müssen allerdings umgerüstet werden, wenn die Temperatur des Rauchgases bis in den Bereich des Schwefelsäuretaupunktes abgesenkt werden soll. Allerdings sind Wärmetauscherrohre aus korrosionsfestem Stahl sehr kostenintensiv und auf Dauer auch nicht beständig. Wärmetauscherrohre aus säurefestem Kunststoff sind hingegen nicht so druckbeständig wie Wärmetauscherrohre aus Stahl. Auch sind die relativ weichen Kunststoffe PTFE oder PFA nicht so abrasionsbeständig wie Wärmetauscherrohre aus Stahl. Die Wärmeleifähigkeit von PTFE und PFA ist zudem viel geringer als von Stahl, so dass dickwandigere Wärmetauscherrohre aus Kunststoff nicht geeignet wären, die gewünschte Wärmetauscherleistung auf sehr begrenztem Bauraum zu erbringen.In addition, environmental regulations are becoming ever stricter, so existing facilities often need to be retrofitted. If there was no danger in the original mode of operation of a firing plant to reach the area of the sulfuric acid dew point, no corrosion-resistant, more expensive materials were used in the flue gas path. Arrangements in the flue gas path, however, must be retrofitted if the temperature of the flue gas is to be lowered into the area of the sulfuric acid dew point. However, heat exchanger tubes made of corrosion-resistant steel are very cost-intensive and in the long run not resistant. Heat exchanger tubes made of acid-proof plastic, however, are not as resistant to pressure as heat exchanger tubes made of steel. Also, the relatively soft plastics PTFE or PFA are not as abrasion resistant as heat exchanger tubes made of steel. The thermal conductivity of PTFE and PFA is also much lower than that of steel, so that thicker-walled plastic heat exchanger tubes would not be able to provide the desired heat exchanger performance in a very limited space.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zur Verwendung im Rauchgasweg einer Feuerungsanlage aufzuzeigen, welcher eine hohe mechanische Widerstandsfähigkeit gegenüber Stäuben und eine hohe chemische Widerstandsfähigkeit, insbesondere gegenüber Säuren besitzt und gleichzeitig kompakt ist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmetauschers aufgezeigt werden.Proceeding from this, the present invention seeks to provide a heat exchanger for use in the flue gas path of a furnace, which has a high mechanical resistance to dusts and high chemical resistance, especially against acids and is compact at the same time. Furthermore, a method for producing such a heat exchanger will be shown.
Diese Aufgabe ist bei einem Wärmetauscher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved with a heat exchanger having the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist zur Verwendung im Rauchgasweg einer Feuerungsanlage, insbesondere im Bereich einer Rauchgasfilteranlage, insbesondere bei fossil gefeuerten Kraftwerken geeignet. Insbesondere eignet er sich zur Vorschaltung bei einem Elektrofilter mit der Möglichkeit, die Rauchgastemperatur vor Filtereintritt in den Bereich des Schwefelsäuretaupunktes abzusenken. Der Wärmetauscher ist dazu ausgebildet, hohen Staubfrachten zu widerstehen und zugleich schwefelsäureresistent zu sein.The heat exchanger according to the invention is suitable for use in the flue gas path of a furnace, in particular in the area of a flue gas filter system, in particular in fossil-fired power plants. In particular, it is suitable for connection with an electrostatic precipitator with the possibility of lowering the temperature of the flue gas before it enters the filter into the area of the sulfuric acid dew point. The heat exchanger is designed to withstand high dust loads and at the same time to be sulphurous acid resistant.
Die Erfindung löst diese Aufgabe unter anderem durch die Verwendung von ummantelten, metallischen Wärmetauscherrohren. Sie sind dazu ausgebildet, innen von einem Kühlmedium durchströmt und außen von Rauchgas umströmt zu werden. Die Wärmetauscherrohre sind außenseitig mit einer Ummantelung versehen. Die Ummantelung besteht aus funktionalisiertem Perflouralkoxy-Polymer (PFA) oder einem funktionalisierten und chemisch modifizierten Polytetraflourethylen (PTFE). Die Funktionalisierung besteht darin, dass die Ummantelung 1,0 Gew.-% bis 10,0 Gew.-% eines homogen in der Ummantelung verteilten granulierten keramischen Werkstoffes enthält.The invention solves this problem, inter alia, by the use of jacketed, metallic heat exchanger tubes. They are designed to be flowed through by a cooling medium inside and outside to be flowed around by flue gas. The heat exchanger tubes are provided on the outside with a sheath. The sheath consists of functionalized perfluoroalkoxy polymer (PFA) or a functionalized and chemically modified polytetrafluoroethylene (PTFE). The functionalization consists in that the sheathing contains 1.0 wt .-% to 10.0 wt .-% of a homogeneously distributed in the shell granulated ceramic material.
Bei modifiziertem PTFE handelt es sich um ein weiterentwickeltes PTFE, das gegenüber dem Standard-PTFE durch eine chemische Modifizierung (Einlagerung eines Modifiers in die Polymerkette) verbesserte Eigenschaften aufweist. Insbesondere können die Verschweißbarkeit ermöglicht und die Permeation und damit das Barriereverhalten verbessert werden. Die Bauteillebensdauer wird erhöht, die Serviceintervalle werden verlängert und die Anlagenverfügbarkeit sowie die Betriebssicherheit werden verbessert.Modified PTFE is an advanced PTFE that has improved properties compared to standard PTFE by chemical modification (incorporation of a modifier into the polymer chain). In particular, the weldability can be made possible and the permeation and thus the barrier behavior can be improved. Component life is increased, service intervals are extended, and system availability and reliability are improved.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ermöglicht es, mit Kühlmedium gekühlt zu werden, das unter einem höheren Druck steht als es für reine Kunststoffrohre möglich wäre. Während Schläuche aus Flourpolymerkunststoff maximal mit 6 bis 7 bar Innendruck betrieben werden können, ist es bei Wärmetauscherrohren aus Metall, insbesondere aus Stahl möglich, Drücke von deutlich über 40 bar zu fahren.The heat exchanger according to the invention makes it possible to be cooled with cooling medium, which is at a higher pressure than would be possible for pure plastic pipes. While hoses made of fluoropolymer plastic can be operated with a maximum of 6 to 7 bar internal pressure, it is possible for heat exchanger tubes made of metal, in particular steel, to drive pressures well above 40 bar.
Der Wärmetauscher besitzt dadurch die Eigenschaft, kompakt zu bauen, denn der hohe Innendruck wirkt sich nicht negativ auf den Werkstoff aus, der mit dem Rauchgas in Kontakt kommt. Vielmehr sind die metallischen Wärmetauscherrohre aus nicht säurebeständigen Stählen herstellbar, da die Außenseite der Rohre von der Ummantelung geschützt ist. The heat exchanger thus has the property of being compact, because the high internal pressure does not adversely affect the material that comes in contact with the flue gas. Rather, the metallic heat exchanger tubes are made of non-acid-resistant steels, since the outside of the tubes is protected by the sheath.
Die Ummantelung ist funktionalisiert durch Einbindung eines homogen verteilten keramischen Werkstoffes. Dieser Werkstoff erhöht die Abrasionsbeständigkeit der Ummantelung signifikant. Es ist zu berücksichtigen, dass der erfindungsgemäße Wärmetauscher bevorzugt einem Elektrofilter vorgeschaltet ist, d.h. bei dieser Art der Verwendung maximaler Staubbelastung ausgesetzt ist. Während die Staubbelastung hinter dem Elektrofilter bevorzugt unter 100 mg je Kubikmeter liegen soll, liegt die Staubbelastung im Rauchgasstrom vor dem Elektrofilter im Bereich von mehreren Gramm je Kubikmeter, d.h. sie ist um ein Vielfaches höher. Entsprechend hoch ist die abrasive Belastung der Wärmetauscherrohre.The sheathing is functionalized by incorporation of a homogeneously distributed ceramic material. This material significantly increases the abrasion resistance of the sheath. It should be noted that the heat exchanger according to the invention is preferably connected upstream of an electrostatic precipitator, i. in this type of use maximum exposure to dust is exposed. While the dust load downstream of the electrostatic precipitator should preferably be less than 100 mg per cubic meter, the dust load in the flue gas stream upstream of the electrostatic precipitator is in the range of several grams per cubic meter, i. it is many times higher. The abrasive load on the heat exchanger tubes is correspondingly high.
Ein weiterer Vorteil der Ummantelung aus abrasionsverbessertem PTFE ist, dass die Funktionalisierung des Materials nur eine unwesentliche Beeinflussung der Diffusion durch die Ummantelung bewirkt. Als Grundmaterial wird vorzugsweise chemisch modifiziertes PTFE oder PFA verwendet, da dieses Material den Anspruch der Korrosionsresistenz nachweislich erfüllt. Eine zu lösende Teilaufgabe der Erfindung besteht in dem Zielkonflikt, dass durch die Funktionalisierung des Materials zur Verbesserung der Abrasionsstabilität die Diffusion durch die Flourpolymerfolie, d.h. die Barrierewirkung nicht nachteilig beeinflusst werden soll, denn die Dicke der Ummantelung, welche die Wärmetauscherrohre umgibt, soll aufgrund der niedrigen Wärmeleitzahl von PFA und PTFE möglichst gering sein. Dieser Zielkonflikt wird im Rahmen der Erfindung durch die Beimischung eines keramischen Werkstoffes in Pulverform gelöst. Das keramische Material wird dem Fluorpolymergranulat vor der Extrusion beigemischt. Die Mischung wird homogenisiert und anschließend im Extruder aufgeschmolzen. Das Resultat ist ein Schlauch mit Einlagerungen von Keramikpartikeln, welche die Abrasionsfestigkeit deutlich erhöhen. Besonders vorteilhafte Eigenschaften haben sich ergeben, wenn die Ummantelung 1,0 bis 5,0 Gew.-% des keramischen Werkstoffes erhält. Besonders vorteilhaft sind Gewichtsanteile des keramischen Werkstoffes in einem Bereich von 1,20% bis 2,50%. Die maximale Korngröße des pulverförmigen keramischen Werkstoffs soll hierbei 100 Mikrometer nicht überschreiten. Zudem beträgt die mittlere Korngröße des pulverförmigen keramischen Werkstoffes maximal 60 Mikrometer. Der keramische Werkstoff als Zuschlagstoff zu den polymeren Werkstoffen kann selbst ein heterogenes Gemisch verschiedener keramischer Werkstoffe sein, so dass im Ergebnis ein Compound mit wenigstens einem keramischen Werkstoff entsteht.A further advantage of the sheath made of abrasion-improved PTFE is that the functionalization of the material causes only an insignificant influence on the diffusion through the sheathing. The basic material used is preferably chemically modified PTFE or PFA, since this material has been shown to fulfill the requirement of corrosion resistance. A sub-problem of the invention to be solved is the conflict of objectives that by the functionalization of the material to improve the abrasion stability, the diffusion through the Flourpolymerfolie, i. the barrier effect should not be adversely affected, because the thickness of the shell, which surrounds the heat exchanger tubes, should be as low as possible due to the low heat conductivity of PFA and PTFE. This conflict of objectives is achieved in the context of the invention by the admixture of a ceramic material in powder form. The ceramic material is admixed with the fluoropolymer granules prior to extrusion. The mixture is homogenized and then melted in the extruder. The result is a tube with embedded ceramic particles, which significantly increases the abrasion resistance. Particularly advantageous properties have resulted when the sheathing obtains 1.0 to 5.0 wt .-% of the ceramic material. Weight fractions of the ceramic material in a range from 1.20% to 2.50% are particularly advantageous. The maximum particle size of the powdered ceramic material should not exceed 100 micrometers. In addition, the mean grain size of the powdered ceramic material is a maximum of 60 microns. The ceramic material as an additive to the polymeric materials may itself be a heterogeneous mixture of different ceramic materials, so that the result is a compound with at least one ceramic material.
Im Rahmen der Erfindung wurden Versuche mit unterschiedlichen Schlauchmaterialien beziehungsweise Ummantelungen durchgeführt, wobei die Eigenschaften der Ummantelung ohne innenliegende Wärmetauscherrohre aus Metall getestet worden sind. Die unterschiedlichen Diffusionseigenschaften wurden mit einem sogenannten Helium-Lecktest bestimmt. Hierbei wird ein Schlauch aus dem funktionalisierten und ggf. chemisch modifizierten Kunststoff endseitig abgedichtet und mit Helium unter einen definierten Druck gesetzt. Das Helium diffundiert hierbei durch das Polymer. Die aufgefangene Menge des Heliums wird gemessen.In the context of the invention, tests were carried out with different tube materials or sheaths, the properties of the sheath having been tested without internal metal heat exchanger tubes. The different diffusion properties were determined with a so-called helium leak test. Here, a hose made of the functionalized and optionally chemically modified plastic is sealed at the end and placed under helium under a defined pressure. The helium diffuses through the polymer. The collected amount of helium is measured.
Die Versuche haben gezeigt, dass Schläuche aus unverändertem PFA die höchste Diffusionsdichtigkeit besitzen. Durch das Nachtempern werden die Durchlässigkeiten von modifiziertem PTFE in die Größenordnung von ungetempertem, virginalem, also unverändertem PFA gebracht. Die Diffusionsdichtigkeit wird durch das Beimengen des keramischen Werkstoffs in dem beanspruchten Größenbereich also nicht in der Weise reduziert, dass bei Verwendung von polymeren Ummantelungen mit grundsätzlich schlechteren Diffusionsbeständigkeiten zu rechnen ist.The tests have shown that unaltered PFA tubing has the highest diffusion tightness. Post-annealing brings the permeabilities of modified PTFE to the order of unannealed, virgin, ie unaltered PFA. The diffusion-tightness is therefore not reduced by the incorporation of the ceramic material in the claimed size range in such a way that is to be expected when using polymeric sheaths with fundamentally poorer diffusion resistance.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist ein Rohrbündelwärmetauscher. Mehrere U-förmig verlaufende Wärmetauscherrohre sind zu einem Rohrpaket des Bündels zusammengefasst. Dabei sind wenigstens zwei benachbarte Wärmetauscherrohre in einem U-förmigen Umlenkbereich so angeordnet, dass sich ihr Verlauf kreuzt. Die Wärmetauscherrohre sind bevorzugt hängend angeordnet.The heat exchanger according to the invention is a shell-and-tube heat exchanger. Several U-shaped extending heat exchanger tubes are combined to form a tube package of the bundle. In this case, at least two adjacent heat exchanger tubes are arranged in a U-shaped deflection region so that their course intersects. The heat exchanger tubes are preferably arranged hanging.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist nicht ausschließlich, aber insbesondere für enge Platzverhältnisse von Rauchgaswegen von Feuerungsanlagen, insbesondere von Kraftwerken zum Einsatz vor einem Elektrofilter oder Gewebefilter konzipiert. In der Regel ist es bei dem Entwurf einer Feuerungsanlage nicht geplant, größere Wärmetauscher in diesem Bereich des Rauchgasweges einzusetzen. Daher sind bei der Auslegung von wärmetechnisch ausreichend dimensionierten Wärmetauschern neben den extremen Staubfrachten noch erhebliche Platzprobleme zu berücksichtigen. Es wäre günstig, die Wärmetauscherrohre mit hoher Packungsdichte anzuordnen. Parallel verlaufende Rohre mit diametral angeordneten Enden machen allerdings getrennte Wasserkästen an beiden Enden des Wärmetauschers erforderlich. Das ist aufwändig. Anlagentechnische günstiger ist eine Kühlmittelzu- und abfuhr an nur einem Ende des Wärmtauschers, wobei die Wärmetauscherrohre hierfür U-förmig umgelenkt werden.The heat exchanger according to the invention is not exclusively, but especially for tight spaces of flue gas paths of combustion plants, especially designed by power plants for use in front of an electrostatic precipitator or fabric filter. In general, it is not planned in the design of a furnace system to use larger heat exchangers in this area of the flue gas path. Therefore, in the design of thermally adequately dimensioned heat exchangers in addition to the extreme dust loads still considerable space problems must be considered. It would be beneficial to arrange the heat exchanger tubes with high packing density. However, parallel tubes with diametrically disposed ends require separate water boxes at both ends of the heat exchanger. That's expensive. Plant engineering cheaper is a coolant supply and removal at only one end of the heat exchanger, the heat exchanger tubes are deflected for this purpose U-shaped.
Der U-förmige Umlenkbereich, d. h. der Biegeradius der ummantelten Wärmetauscherrohre, kann jedoch nicht beliebig klein sein, da es sonst zum Faltenwurf im Bereich der Ummantelung kommen würde. Im Bereich von Falten wird die Struktur der Ummantelung aus Kunststoff und damit die Berrierewirkung gestört oder sogar zerstört, wobei die Gefahr groß ist, dass Rauchgas und säurehaltiges Kondensat die inneren metallischen Wärmetauscherrohre korrosiv angreifen. Die Biegeradien sind daher nach unten begrenzt. Das begrenzt wiederum die Packungsdichte des Wärmetauschers, so dass der vorhandene Bauraum ggf. nicht optimal ausgenutzt werden kann. However, the U-shaped deflection region, ie the bending radius of the sheathed heat exchanger tubes, can not be arbitrarily small, since otherwise it would come to the drapery in the region of the sheath. In the area of wrinkles, the structure of the plastic sheath and thus the Berrierewirkung disturbed or even destroyed, with the risk that flue gas and acidic condensate attack the inner metal heat exchanger tubes corrosive. The bending radii are therefore limited downwards. This in turn limits the packing density of the heat exchanger, so that the available space may possibly not be optimally utilized.
Um die zulässigen Biegeradien nicht zu unterschreiten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich wenigstens zwei benachbarte Wärmetauscherrohre in ihrem U-förmigen Umlenkbereich kreuzen. Benachbarte Wärmetauscherrohre verlaufen daher im Umlenkbereich nicht parallel zueinander. In den übrigen Bereichen vor und hinter dem Umlenkbereich sollen die benachbarten Wärmetauscherrohre hingegen durchaus parallel zueinander verlaufen. Im Ergebnis sind bei hinreichend großen Biegeradien hohe Packungsdichten realisierbar, so dass der vorhandene Bauraum optimal ausgenutzt wird.In order not to fall below the permissible bending radii, the invention provides that at least two adjacent heat exchanger tubes intersect in their U-shaped deflection region. Adjacent heat exchanger tubes therefore do not run parallel to one another in the deflection region. In the other areas in front of and behind the deflection area, however, the adjacent heat exchanger tubes should be completely parallel to one another. As a result, with sufficiently large bending radii high packing densities can be realized, so that the available space is optimally utilized.
Die Wärmetauscherrohre sind zu Rohrpaketen gruppiert. Innerhalb des Rohrpakets sind die Wärmetauscherrohre für eine gleichmäßige Verteilung in Reihen angeordnet, die nacheinander vom Rauchgas umströmt werden. Ein solches Rohrpaket kann eine äußere Reihe von Wärmetauscherrohren und wenigstens eine innere Reihe von Wärmetauscherrohren besitzen. Zu- und Rücklauf der Wärmetauscherrohre der inneren Reihe liegt zwischen Zu- und Rücklauf der äußeren Reihe von Wärmetauschrrohren. Die Biegradien sollen möglichst klein sein.The heat exchanger tubes are grouped into tube packages. Within the tube package, the heat exchanger tubes are arranged in rows for uniform distribution, which are flowed around in succession by the flue gas. Such a tube package may have an outer row of heat exchanger tubes and at least one inner row of heat exchanger tubes. Supply and return of the heat exchanger tubes of the inner row is between supply and return of the outer row of heat exchanger tubes. The bending radii should be as small as possible.
In vorteilhafter Weiterentwicklung kreuzen sich benachbarte äußere Wärmetauscherrohre eines Rohrpaketes paarweise. Zusätzlich können sich benachbarte innere Wärmetauscherrohre des Rohrpakets paarweise und bevorzugt gruppenweise kreuzen. Ein solches Rohrpaket besitzt vorzugweise genauso viele äußere wie auch innere Wärmetauscherrohre. Zum Beispiel umfasst ein Rohrpaket jeweils 6 äußere und 6 innere Wärmetauscherrohre mit je einem U-förmigen Umlenkbereich, so dass es ingesamt 12 × 2 = 24 parallel zueinander verlaufende Rohrabschnitte gibt, deren Enden mit einem Rohrboden verbunden sind.. Benachbarte äußere Wärmetauscherrohre kreuzen sich in ihrem U-förmigen Umlenkbereich paarweise, so dass es bei den 6 äußeren Wärmetauscherrohren insgesamt drei Kreuzungspunkte gibt. Die inneren Wärmetauscherrohre sind zwischen den äußeren Wärmetauscherrohren angeordnet. Wenn der Biegeradius bei den äußeren Wärmetauscherrohren schon so klein wie möglich gewählt wurde und nicht verkleinert werden kann, ist es nicht möglich, dass sich aneinander benachbarte innere Wärmetauscherrohre, genauso kreuzen wie die äußeren Wärmetauscherrohre. Das geht nur mit dem wenigstens übernächsten von in einer Reihe angeordneten inneren Wärmetauscherrohren, so dass sich im Ergebnis Gruppen von drei benachbarten Wärmetauscherrohren kreuzen.In an advantageous development, adjacent outer heat exchanger tubes of a tube bundle intersect in pairs. In addition, adjacent inner heat exchanger tubes of the tube package may intersect in pairs and preferably in groups. Such a tube package preferably has as many outer and inner heat exchanger tubes. For example, a tube package comprises 6 outer and 6 inner heat exchanger tubes, each with a U-shaped deflection, so that there are a total of 12 × 2 = 24 mutually parallel pipe sections whose ends are connected to a tube plate .. Adjacent outer heat exchanger tubes intersect in their U-shaped deflection in pairs, so that there are a total of three intersection points in the 6 outer heat exchanger tubes. The inner heat exchanger tubes are arranged between the outer heat exchanger tubes. If the bending radius of the outer heat exchanger tubes has already been selected as small as possible and can not be reduced, it is not possible for adjacent inner heat exchanger tubes to intersect the same way as the outer heat exchanger tubes. This is only possible with the at least next but one of arranged in a row inner heat exchanger tubes, so that intersect as a result groups of three adjacent heat exchanger tubes.
Mehrere dieser Rohrpakete können zu größeren Modulen/Bündeln zusammengestellt werden, die an einem gemeinsamen Zu- und Ablauf des Kühlmittels angeschlossen sind. Der gesamte Aufbau ist daher modular und leicht skalierbar.Several of these tube packages can be assembled into larger modules / bundles, which are connected to a common inlet and outlet of the coolant. The entire structure is therefore modular and easily scalable.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers zur Anordnung im Rauchgasweg einer Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der wenigstens eine keramische Werkstoff dem PFA oder chemisch modifizierten PTFE vor einer Extrusion beigemischt, die Mischung homogenisiert und anschließend in einem Extruder aufgeschmolzen wird. Daraufhin wird ein Schlauch aus dem funktionalisierten PFA auf das metallische Wärmetauscherrohr extrudiert, wobei die ummantelten Rohre danach gebogen, zugeschnitten und zu Rohrpakten zusammengefasst werden.The invention further relates to a method for producing a heat exchanger for arrangement in the flue gas path of a furnace according to one of
Alternativ zum direkten Aufextrudieren des PFA-Schlauches auf das metallische Wärmetauscherrohr wird beim chemisch modifizierten PTFE zuerst ein Schlauch extrudiert. Der extrudierte Schlauch wird unter Einfluss von Wärme mittels eines übermaßigen Dornes im Durchmesser aufgeweitet. Das metallische Wärmetauscherrohr wird in den aufgeweiteten Schlauch eingesetzt. Durch die Rückstellkräfte des Flourpolymers schrumpft der Schlauch beim Erkalten auf das darunter liegende metallische Rohr.As an alternative to directly extruding the PFA tube onto the metallic heat exchanger tube, a tube is first extruded in the chemically modified PTFE. The extruded tube is expanded in diameter under the influence of heat by means of an oversized mandrel. The metallic heat exchanger tube is inserted into the expanded tube. Due to the restoring forces of the fluoropolymer, the tube shrinks on cooling to the underlying metallic tube.
Ein nach diesen Verfahren hergestellter Wärmetauscher besitzt eine hohe Diffusionsbeständigkeit, kann gleichzeitig mit sehr hohen Innendrücken betrieben werden, ist aufgrund der sehr geringen Permeabilität der Ummantelung korrosionsbeständig und gleichzeitig höchst abrasionsbeständig, so dass auf engsten Bauraum, hoher Staubbelastung, bei hoher Lebensdauer eine hohe Wärmetauscherleistung auch beim Betrieb im Bereich des Schwefelsäuretaupunktes erreicht werden kann.A heat exchanger produced by these methods has a high diffusion resistance, can be operated at the same time with very high internal pressures, is due to the very low permeability of the sheath corrosion resistant and at the same time highly resistant to abrasion, so that in the smallest space, high dust load, high service life, a high heat exchange performance can be achieved during operation in the range of sulfuric acid dew point.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Feuerungsanlage mit einem Rauchgasweg, in welchem ein solcher Wärmetauscherin Strömungsrichtung vor einem Filter der Feuerungsanlage angeordnet ist. Bei dem Filter handelt es sich insbesondere um einen Elektrofilter oder einem Gewebefilter. Es handelt sich bevorzugt um eine Feuerungsanlage eines Kraftwerkes. Der Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist ausdrücklich nicht auf eine besondere Position im Rauchgasweg beschränkt. Ein Wärmetauscher dieser Bauart eignet sich für alle Bereiche des Rauchgasweges, in welchen die Gefahr eines korrosiven Angriffes durch säurehaltige Kondensate zu erwarten ist. Das kann auch ein Bereich sein, welcher einer Filterstufe nachgeschaltet ist.In particular, the invention relates to a combustion plant with a flue gas path, in which such a heat exchanger is arranged in the flow direction in front of a filter of the furnace. The filter is in particular an electrostatic filter or a fabric filter. It is preferably a furnace of a power plant. The use of the heat exchanger according to the invention is expressly not on limited to a special position in the flue gas path. A heat exchanger of this type is suitable for all areas of the flue gas path, in which the risk of corrosive attack is to be expected by acidic condensates. This can also be an area downstream of a filter stage.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.The invention will be explained below with reference to the embodiment shown in the schematic drawings.
Es zeigt:
-
1 einen Teilbereich einer Rauchgasfilteranlage mit Wärmetauschern in einer Draufsicht; -
2 einen Wärmetauscher der Rauchgasfilteranlage in einer Seitenansicht; -
3 den Wärmetauscher der 2 in einer Ansicht von oben; -
4 den Wärmetauscher der 3 entlang des Schnittes IV-IV; -
5 den Wärmetauscher der4 entlang der Schnittebene V-V in4 ; -
6 in vergrößerter Darstellung ein einzelnes Modul der5 im Querschnitt und -
7 nochmals in vergrößerter Darstellung den Teilbereich VII in6 .
-
1 a portion of a flue gas filter system with heat exchangers in a plan view; -
2 a heat exchanger of the flue gas filter system in a side view; -
3 the heat exchanger of2 in a view from above; -
4 the heat exchanger of3 along the section IV-IV; -
5 the heat exchanger of4 along the section plane VV in4 ; -
6 in an enlarged view a single module of5 in cross-section and -
7 again in an enlarged view the sub-area VII in6 ,
Die
Die Module
Anhand der vergrößerten Darstellung der
Das Besondere bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher
Unterhalb dieser inneren Wärmetauscherrohre
Bei einer solchen Anordnung können metallische Wärmetauscherrohre
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 -1 -
- Wärmetauscherheat exchangers
- 2 -2 -
- RauchgasfilteranlageFlue gas filter system
- 3 -3 -
- Elektrofilterelectrostatic precipitator
- 4 -4 -
- Anschlussconnection
- 5 -5 -
- Anschlussconnection
- 6 -6 -
- Stufestep
- 7 -7 -
- Stufestep
- 8 -8th -
- Stufestep
- 9 -9 -
- Modulmodule
- 10 -10 -
- Modulmodule
- 11 -11 -
- Modulmodule
- 12 -12 -
- Wärmetauscherrohrheat exchanger tube
- 13 -13 -
- Umlenkbereichdeflection
- 14 -14 -
- Rohrpaket tube package
- R-R-
- Rauchgasflue gas
Claims (11)
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