DE1037634B

DE1037634B - Pipe recuperator

Info

Publication number: DE1037634B
Application number: DER18981A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gerhard Schefels; Dipl-Ing Gerd Wellensiek; Hugo Trebbe
Original assignee: REKUPERATOR K G DR ING SCHACK
Current assignee: REKUPERATOR K G DR ING SCHACK
Priority date: 1952-05-20
Filing date: 1952-05-20
Publication date: 1958-08-28

Description

Röhrenrekuperator Gegenstand der Erfindung ist ein Röhrenrekuperator, bei dem das wärmeabgebende Gas durch die Rohre, das wärmeaufnehmende Gas zwischen den lZohren strömt. Die Rohre sind mit ihren offenen Enden in eine obere und untere Querwand (Rohrboden) befestigt. Sie betrifft die besondere Ausbildung des unteren Rohrbodens mit dem Ziel. diesem die not-\vendige Festigkeit auch bei hohen Temperaturen zu gehen.Tube recuperator The subject of the invention is a tube recuperator, in which the exothermic gas through the tubes, the heat absorbing gas between flows through the ears. With their open ends, the tubes are divided into an upper and a lower one Transverse wall (tube sheet) attached. It concerns the special training of the lower Tube sheet with the aim. This gives it the necessary strength even at high temperatures to go.

Wenn nämlich diesen Rekuperatoren, deren Bauart >ich an sich bewährt hat, Abgase -zugeleitet werden, deren Temperaturen weit oberhalb 600° C liegen, so hat sich gezeigt, daß Verformungen des unteren Rohrl:odens trotz aller \Tersteifungen mit Rippen und :\nkern nicht zu vermeiden waren.If namely these recuperators, whose design> I have proven itself has to be supplied with exhaust gases whose temperatures are well above 600 ° C, it has been shown that deformations of the lower pipe end in spite of all stiffening with ribs and: \ ncore were unavoidable.

Diese Schwierigkeiten ergaben sich dadurch, daß hei hohen Temperaturen im Rekuperator die Bodenplatte, auch wenn sie von dem austretenden Luftstrom gut überströmt wird. erwei,clht und sich fortschreitend verformt, weil sich die Rohre dann am meisten aus-(lehnen und den größten Druck auf die Bodenplatte ausüben.These difficulties arose because of the high temperatures in the recuperator the base plate, even if it is good from the exiting air flow is overflowed. expands and deforms progressively because the pipes expand then lean the most and put the greatest amount of pressure on the bottom plate.

Die Strahlung im unteren Raum des Rekuperators, der beispielsweise eine Temperatur bis etwa 1100° C, ;:iiiiehmeii kann, ist nämlich dann so hoch, daß sie den \\'ärineiiliergang durch Konvektion um das ungefähr l=iinffaclie übertrifft. Daraus folgt dann nach den Gesetzen des Märmeüberganges, daß die Temperatur (ler Rohrbodenplatte sich der Temperatur des Feuerraumes n'äh ert. Bei solchen hohen Temperaturen ist die einwandfreie Funktion dieses Rohrbodens nicht mehr gewährleistet.The radiation in the lower space of the recuperator, for example a temperature up to about 1100 ° C,;: iiiiehmeii can, is then so high that it surpasses the \\ 'air duct by convection by about 1 = iinffaclie. From this it follows, according to the laws of the passage from myth, that the temperature (ler The tube bottom plate approaches the temperature of the furnace. At such high temperatures The correct functioning of this tube sheet is no longer guaranteed.

Es wurde schon versucht, die untere Rohrbodenplatte dadurch vor Überhitzung zu schützen, das eine zweite, hochlegierte Blechplatte im Abstand davorgelegt und der so entstehende Zwischenraum mit Isolierinaterial ausgefüllt wurde. Die Schutzplatte hatte also nur die Isoliermasse zu tragen, so daß keine Bedenken bestanden, sie aus einem hochlegierten und deshalb zur Versprödung neigenden Blech herzustellen, da ja etwaige Versprödungsrisse nicht schaden konnten.Attempts have already been made to prevent the lower tube sheet from overheating to protect that a second, high-alloy sheet metal plate placed in front of it and at a distance the resulting space was filled with insulating material. The protective plate So only had to wear the insulating compound, so there were no concerns about them made from a high-alloy sheet metal that is therefore prone to embrittlement, since any embrittlement cracks could not do any harm.

Es erwies sich aber, daß das Blech, trotz volll.:onnnen beweglicher Aufhängung nicht zum Halten zu bringen ist. Infolge unvermeidlicher Temperaturunterschiede traten Verwerfungen des Bleches ein, die schon nach wenigen Wochen Betriebszeit zur Zerstörung oder zum Unbrauchbarwerden des Bleches fiihrten.It turned out, however, that the sheet metal, despite the full length of the sun, is more mobile The suspension cannot be brought to a standstill. As a result of inevitable temperature differences warping of the sheet occurred after just a few weeks of operation led to the sheet metal being destroyed or rendered unusable.

Um diesen Übelstand zu beheben, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die untere Querwand aus zwei Böden zu bilden, durch deren Zwischenraum ein Kühlmittelstroin hindurchgeführt ist, wobei die Böden durch stehholzenartige. bis durch den unteren Boden hindurchgeführte Hülsen verbunden sind, und die Rohrenden der Rohre am unteren Ende der Hülsen angeschweißt sind.In order to remedy this drawback, it is proposed according to the invention that to form the lower transverse wall from two floors, through whose space a coolant flow is passed through, the floors by standing wood-like. up through the bottom Ground through sleeves are connected, and the pipe ends of the pipes at the bottom End of the sleeves are welded.

Dadurch entsteht eine Bodenkonstruktion, die sehr steif ist. Die unteren Rohrenden werden trompetenartig aufgeweitet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß eine Wirbelbildung der Gase am Eintrittsende der Rohre vermieden wird, wodurch sich eine erwünschte Verminderung der Wärmeübergangszahl der eintretenden Gase ergibt.This creates a floor structure that is very stiff. The lower Pipe ends are widened like a trumpet. This has the advantage that a vortex formation of the gases at the inlet end of the tubes is avoided, whereby a desired reduction in the heat transfer coefficient of the incoming gases results.

An der Unterseite des unteren Bodens ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Isolier-#chicht vorgesehen, deren Halterung durch die trompetenartig aufgeweiteten Rohrenden begünstigt wird.At the bottom of the lower floor is another feature of the invention an insulating # chicht is provided, the support of which by the trumpet-like expanded pipe ends is favored.

Um jedoch zu vermeiden, daß die die Isolierung haltenden Rohrenden, die ja nicht von der wärmeaufnehmenden Luft umströmt werden, vorzeitig verzun:dern, ist diese Isolierschicht so gehalten (etwa 30 bis -10 mm), daß eine Kühlung der Rohrenden durch Wärmeableitung an den Rohrboden möglich ist.However, in order to avoid that the pipe ends holding the insulation, which are not flowed around by the heat-absorbing air, decelerate prematurely, this insulating layer is held so (about 30 to -10 mm) that a cooling of the Tube ends through heat dissipation to the tube sheet is possible.

An Hand der Zeichnung, die einen Röhrenrekuperator mit dem erfindungsgemäßen doppelten Rohrloden im Schnitt zeigt, seien die Einzelheiten der Erfindung näher erläutert.With reference to the drawing, a tubular recuperator with the invention shows double tube loden in section, the details of the invention are closer explained.

Mit 1 ist ein Rekuperator bezeichnet, dessen Heizgase, z. B. die Abgase eines Ofens, bei 2 eintreten. Sie durchströmen dann die Rohre 3, von denen der Übersichtlichkeit wegen nur eines dargestellt ist, und treten hei 4 aus. Das wärmeaufnehmend; Medium (Luft) wird bei 5 in den Rekuperator eingeführt, umströmt die Rohre 3 und tritt bei 6 aus.1 with a recuperator is referred to, the heating gases, z. B. the exhaust gases of a furnace, enter at 2. They then flow through the pipes 3, of which the clarity because only one is shown, and exit at 4. The heat absorbing; medium (Air) is introduced into the recuperator at 5, flows around the pipes 3 and enters at 6 off.

In der oberen Querwand 7 sind die Rohre 3 in nicht dargestellter «'eise durch kolbenringartige Dichtungen gehalten, welche die Rohre nach innen selbstspannend umfassen. so daß diese sich ungehindert radial und axial dehnen können und trotzdem eine ausreichende Alldichtung erhalten bleibt. Die untere QuerNvand ist als Doppelboden 8 und 9 ausgebildet, die durch einen hei 10 eingeleiteten Kühlmittelstrom gekühlt werden. der zweckmäßig als Teilstrom au, der hei 5 eingeführten Luft abgezweigt wird. Der Zwischenraum 11 der Böden 8 und 9 steht über die Leitung 12 mit dem Raum 13 des Rekuperators in Verbindung. Die Menge und die Geschwindigkeit der bei 10 eingeführten Luft wird so bemessen, daß eine Luftvorwärinung von ungefähr 300° C erzielt wird. Die so @-orge«-ärinte Luft wird durch Leitung 12 in den IIztuptluft:troin geführt, wo die Temperatur des flauptluftstroines ebenfalls etwa 300° C beträgt. Auf diese «'eise ergibt sich eine Kühlung der Böden 8 und 9. die so ist. daß in dem darüherliegenden Raum des Rekuperators eine L uftvorwärmung von etwa 80() C erzielt «erden kann, ohne daß diese Böden sich --erforinen.In the upper transverse wall 7, the tubes 3 are held in an unillustrated manner by means of piston-ring-like seals which enclose the tubes in a self-tensioning manner on the inside. so that they can expand radially and axially without hindrance and still maintain a sufficient all-round seal. The lower transverse wall is designed as a double floor 8 and 9, which are cooled by a coolant flow introduced into the heat. which is expediently branched off as a partial flow from the air introduced in the heat. The space 11 between the floors 8 and 9 is connected via the line 12 to the space 13 of the recuperator. The amount and the speed of the air introduced at 10 is measured in such a way that an air preheating of approximately 300 ° C. is achieved. The air that is in this way is led through line 12 into the main air, where the temperature of the main air is also about 300 ° C. In this way there is a cooling of the floors 8 and 9, which is the case. that air preheating of about 80 () C can be achieved in the space above the recuperator without these floors perforating.

Infolge der Rückführung der auf geringe Temperatur vor-ewä rinten Kühlluft in den Hauptluftstrom, erfolgt die Kühlung der Böden 8 und 9 fast verlustlos.As a result of the return of the pre-ewä rinten to a low temperature Cooling air in the main air flow, the cooling of the floors 8 and 9 takes place almost without loss.

>ü m zu verhindern, daß die normalerweise nicht sehr starke Abkühlung der über dem oberen Boden 8 strömenden vorgewärmten Luft zu groß wird, kann der Boden 8 nach oben hin mit einer schwachen Iscilierschicht 14 versehen werden.> To prevent the normally not very strong cooling the preheated air flowing over the upper floor 8 is too large, the Bottom 8 can be provided with a weak Iscilierschicht 14 towards the top.

Die Böden 8 und 9 sind durch angeschweißte Hülsen 15 miteinander verbunden, durch die die unteren Enden 16 der Rohre 30 his etwa -I0 nim unterhalb des Boden: 9 durchgeführt und dann trompetenartig aufgeweitet sind. Der Rallni zwischen diesen Rohrenden 16 ist finit einer Isolierschicht 17 ausgefüllt, welche hohe Temperaturen aushält. Als solche kann beispielsweise Isolierbeton oder die zum Ausfüttern von Kupolöfen benutzte Stainpfinasse Verwendung finden. Grundsätzlich kann jedoch bei niederen Temperaturen im Rekuperator auf die Durchleitung eine: Kühlmittelstromes zwischen den Böden 8 und 9 verzichtet werden.The floors 8 and 9 are connected to one another by welded-on sleeves 15 through which the lower ends 16 of the tubes 30 are passed through to about -I0 below the floor: 9 and then widened like a trumpet. The space between these pipe ends 16 is finitely filled with an insulating layer 17 which can withstand high temperatures. As such, for example, insulating concrete or the Stainpfinasse used for lining cupolas can be used. In principle, however, at low temperatures in the recuperator, the passage of a coolant flow between the floors 8 and 9 can be dispensed with.

Die Erfindung löst die Aufgabe. Stalilrekuperatoren auch für die höchsten Abgastemperaturen von Öfen brauchbar zu machen und erschließt damit dein Stahlrekuperator Anwendungsbereiche, die lange Zeit als unerreichbar angesehen worden sind.The invention solves the problem. Stalil recuperators even for the highest Making exhaust gas temperatures from furnaces usable and thus opening up your steel recuperator Applications that have long been considered inaccessible.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Tube recuperator. with your the heat emitting Gas through the pipes. the wä rinnahmende gas flows between the pipes, its Pipes attached with their open ovaries in an upper and a lower outer wall are marked. 4-ate the lower transverse wall has two floors (8 and 9), a coolant flow is passed through the space between them, the floors connected by stud-like sleeves (15) extending through the bottom (9) are, and the pipe ends of the pipes (3) are welded to the lower end (15a) of the sleeves (15) are.

2. Recuperator according to claim 1, characterized in that the intermediate space between the pipe ends under the lower floor (9) with a fire-resistant heat-insulating Stainpfinasse is filled out. Documents considered: British Patent Specification No. 221 188.