DE1211668B

DE1211668B - Roehrenwaermeaustauscher zum Kuehlen frischer Spaltgase od. dgl.

Info

Publication number: DE1211668B
Application number: DESCH29323A
Authority: DE
Inventors: Fromut Vollhardt
Original assignee: Schmidtsche Heissdampf GmbH
Current assignee: Schmidtsche Heissdampf GmbH
Priority date: 1961-03-02
Filing date: 1961-03-02
Publication date: 1966-03-03

Description

Röhrenwärmeaustauscher zum Kühlen frischer Spaltgase od. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf einen Röhrenwärmetauscher zum Kühlen frischer Spaltgase od. dgl. aus Gruppen von mit ihren Enden in gasdichte Böden bildenden Kammern befestigten, im wesentlichen geraden, von Heizrohren durchzogenen Wasserrohren und die Kammern am Gaseintritts- und Gasaustrittsende überdeckenden Gehäusen.
Zur Kühlung von frischem Spaltgas, z. B. in einem Spaltofen der Spaltung unterworfenem Erdgas, das meist in großer Menge und mit hohen Temperaturen anfällt, wären besonders Röhrenwärmetauscher der obengenannten Bauart geeignet, da diese mit einem sehr hohen Kühlmitteldruck betreibbar sind, ohne daß sie dadurch in baulicher Hinsicht besonders aufwendig werden. Nun haben aber Spaltgase der genannten Art die Neigung zur Rückbildung, d. h., alsbald nach dem Eintritt der Spaltgase in einen derart ausgebildeten Röhrenwärmetauscher setzt ein erheblicher Koksausfall aus den Spaltgasen ein, der dann in kurzer Zeit zu einem Verschmutzen der Heizrohre durch den sich an den Wandungen derselben ansetzenden Koks führt. Die Folge ist, daß die Kühlwirkung des Röhrenwärmetauschers alsbald so beträchtlich absinkt, daß dieser zu seiner Reinigung aus dem Betrieb genommen werden muß.
Bei derartigen Röhrenwärmetauschern ist es außerdem bekannt, die Sammel- und Verteilkammern ringförmig und mit Abstand zueinander stufenförmig in einem Gehäuse anzuordnen, wobei dann das Heizmittel teils die Heizrohre durchströmt und teils die Wasserrohre von außen beaufschlagt. Auch bei dieser Bauart tritt bei einer Beheizung mit Spaltgas der bereits erwähnte übelstand der Rückbildung des Spaltgases und damit der unerwünschte Koksausfall, der eine alsbaldige Verschmutzung des Röhrenwärmetauschers zur Folge hat, auf.
Als Grund für das Einsetzen der Rückbildung des frischen Spaltgases und damit des Koksausfalls aus demselben alsbald nach dessen Eintritt in das die Kammern am Gaseintrittsende überdeckende Gehäuse wurde nun festgestellt, daß das frische Spaltgas zu lange vor seinem Abströmen in die Heizrohre in dem Gehäuse verweilt, d. h., Beginn und Umfang der Koksabscheidung durch Rückbildung sind abhängig von der Zeitspanne, die zwischen dem Eintritt des Spaltgases in das Gehäuse am Gaseintrittsende über den Kammern und seinem Abströmen in die Heizrohre zu ihrer Kühlung liegt. Je kürzer daher diese Verweilzeit gehalten wird, desto geringer ist die Neigung zum Ausfallen von Koks in den Heizrohren.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde. liegt, besteht darin, einen Röhrenwärmetauscher der genannten Art der gewonnenen Erkenntnis entsprechend auszubilden, d. h. diesen baulich so zu gestalten, daß er dem Erfordernis der Abkürzung der Verweilzeit der zu kühlenden Spaltgase auf ein Mindestmaß im oberen Eintrittsgehäuse gerecht wird.
Die Verwirklichung dieser Aufgabe wurde in einer Kombination verschiedener Baumerkmale der bekannten Röhrenwärmetauscher gefunden, wozu auch die Anwendung einer Leithaube innerhalb des Eintrittsgehäuses zur Verteilung des zu kühlenden Mittels auf die Heiz- oder Kühlrohre zu zählen ist, die an sich bereits bei einer anderen vorbekannten Röhrenkühlerausführung in Vorschlag gebracht wurde.
Dem Bekannten gegenüber besteht die Erfindung darin, daß die die gasdichten Böden bildenden Kammern des Gaseintritts- und Gasaustrittsendes in an sich bekannter Weise stufenförmig zueinander angeordnet sind und der am Gaseintrittsende gelegene Boden an seiner Gaseintrittsseite zur Führung der Gase zu den Mündungen der Heizrohre innerhalb des Gehäuses von einer an sich bekannten Leithaube so überdeckt ist, daß deren Wand mit der mittleren Steigung der stufenförmig angeordneten Kammern einen spitzen Winkel bildet.
Durch die Gesamtwirkung dieser Baumerkmale wird bekannten Röhrenwärmetauschern dieser Art gegenüber erreicht, daß das Spaltgas nach seinem Eintritt in das Gehäuse an der Gaseintrittsseite durch die besondere Gestaltung des Raumes zwischen Leithaubeninnenwand und den den gasdichten Boden bildenden, stufenförmig unter der Leithaube liegenden Kammern ohne weitere Verweilzeit in die die Kammern durchbrechenden Heizrohre abgeleitet wird, so daß es vor dem Einsetzen der Kühlwirkung auf die Spaltgase nicht erst zu Rückbildungserscheinungen bei diesen kommen kann. Die Folge davon ist, daß der unerwünschte und zum Verschmutzen der Heizrohre führende Koksausfall überhaupt nicht oder doch nur in so geringem Maße auftritt, daß zwischen zwei erforderlichen Reinigungen der Heizrohre ein solcher Zeitraum liegt, daß dieses gegenüber der Anwendung bekannter Röhrenwärmetauscherausführungen zur Spaltgaskühlung einen bedeutenden Vorteil darstellt.
Um dem aus den Kammern, Wasserrohren und in diesen angeordneten Heizrohren bestehenden Wärmeaustauschteil des Röhrenwärmetauschers nach der Erfindung eine gewisse Elastizität in sich zu geben, sind jeweils zwei der einander benachbarten, die Rohrböden bildenden Kammern mit Zwischenraum zueinander angeordnet und die Zwischenräume mittels zwischengeschweißter Halbrohre abgedeckt und die entstandenen Hohlkehlen durch eine hitzebeständige plastische Masse ausgefüllt.
Eine vorteilhafte Ausbildung kann darin bestehen, daß die stufenförmige Anordnung der Kammern am Gasaustrittsende gleich der Anordnung der Kammern am Gaseintrittsende ist. Hierdurch wird ermöglicht, daß die die Kammern untereinander verbindenden Rohre von gleicher Länge sind. Diese Maßnahme ermöglicht eine einfache und billige Herstellung des Röhrenwärmetauschers.
Unter Umständen kann es von Vorteil sein, daß die stufenföhnige Anordnung der Kammern am Gasaustrittsende in an sich bekannter Weise entgegengesetzt der Anordnung der Kammern am Gaseintrittsende ist. Hierdurch wird erreicht, daß dem Kern des Spaltgasstromes eine vergrößerte Heizfläche dargeboten wird, so daß eine gleichmäßige Verteilung der Kühlung über den gesamten Querschnitt des Spaltgasstromes die Folge ist.
Die oberen und unteren Kammern sind in bekannter Weise mit Zuführungs- und Abführungsleitungen für das Kühlmittel versehen, die in einem irri Gehäuse an dem Gaseintrittsende bzw. dem Gasaustrittsende untergebrachten Sammler beziehungsweise Verteiler münden, die ihrerseits an nach außerhalb des Gehäuses geführte Steig- und Falleitungen angeschlossen sind.
Um die Abführungs- und gegebenenfalls Zuführungsleitung für das Kühlmittel vor unmittelbarer Beheizung durch das beheizende Spaltgas zu schützen, ist es vorteilhaft, diese durch eine besondere Haube abzudecken.
Eine vorteilhafte Anordnung der Kammern kann auch darin bestehen, daß je zwei einander folgende Kammern einander überlappen. Diese Maßnahme ermöglicht einen gedrängten Aufbau des Röhrenwärmetauschers, so daß hierdurch für eine gegebene Wärmetauschleistung kleinere Bauabmessungen erreichbar sind.
Anstatt für den Aufbau der Böden einzelne Kammern vorzusehen, können diese auch in ihrer Gesamtheit am Gaseintritts- und/oder Gasaustrittsende als eine einteilige stufenförmige Kammer ausgebildet sein.
Beispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt F i g.1 einen Wärmetauscher im teilweisen Mittellängsschnitt, F i g. 2 einen Wärmetauscher im teilweisen Mittellängsschnitt mit andersartiger Anordnung der Kammern an der Gasaustrittsseite und F i g. 3 den Kopf eines Wärmetauschers im Mittellängsschnitt mit einander überlappenden Kammern. Der Wärmetauscher 1 besteht aus dem Gaseintrittsende 2 und dem Gasaustrittsende 3. In dem Gaseintrittsende 2 sind die Kammern 4 zueinander von außen nach innen stufenförmig ansteigend angeordnet. Sie sind ringförmig ausgebildet und liegen konzentrisch zueinander. Die am Gasaustrittsende 3 angeordneten Kammern 5 sind durch die mittleren Heizrohre 6 und die umgebenden Mantelrohre 7 mit den Kammern 4 im Gaseintrittsende 2 verbunden. Das Kühlmittel wird durch einen Eintrittsstutzen 8 einem im Gasaustrittsende 3 angeordneten Verteiler 9 zugeführt, von dem aus es über die Verteilleitungen 10 den einzelnen Kammern 5 zugeführt wird. Im Ringraum zwischen den Heizrohren 6 und den umgebenden Mantelrohren 7 steigt das Kühlmittel zu den Kammern 4 auf und wird durch die Abführungsleitungen 11 zu einem im Gaseintrittsende 2 angeordneten Sammler 12 geführt, von dem aus es aus dem Gaseintrittsende 2 durch den Austrittsstutzen 13 abgeleitet wird. Das zu kühlende Spaltgas strömt durch die Eintrittsleitung 14 dem Gaseintrittsende 2 zu. Zur Zuführung und Verteilung des Spaltgases zu den die Kammern 4 nach außen durchdringenden Heizrohren 6 dient die Leithaube 15, die die Kammern 4 so überdeckt, daß die von dem Gaseintritt 16 zu der tiefstgelegenen Kammer 4 verlaufende Leithaubenwand mit der mittleren Steigung der stufenföhnigen Kammeranordnung einen spitzen Winkel bildet. Zwei einander folgende Kammern 4 bzw. 5 sind so zueinander angeordnet, daß zwischen ihnen ein Zwischenraum 17 entsteht. Dieser Zwischenraum wird mittels eines zwischengeschweißten Halbrohres 18 gasdicht verschlossen und die hierdurch entstehende Hohlkehle wird durch eine hitzebeständige plastische Masse 19 ausgefüllt. Das die Rauchrohre 6 zu seiner Kühlung durchströmende Spaltgas wird am Gasaustrittsende 3 durch den Gasaustrittsstutzen 20 zu weiterer Verwendung abgeführt.
Um die Abführungsleitungen 11 und gegebenenfalls auch die Verteilleitungen 10 vor unmittelbarer Beheizung durch das Heizmittel zu schützen, können diese durch eine Abdeckhaube 21 abgedeckt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Röhrenwärmetauscher zum Kühlen frischer Spaltgase od. dgl. aus Gruppen von mit ihren Enden in gasdichte Böden bildenden Kammern befestigten, im wesentlichen geraden, von Heizrohren durchzogenen Wasserrohren und die Kammern am Gaseintritts- und Gasaustrittsende überdeckenden Gehäusen, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die die gasdichten Böden bildenden Kammern (4, 5) des Gaseintritts- und Gasaustrittsendes (2, 3) in an sich bekannter Weise stufenförmig zueinander angeordnet sind und der am Gaseintrittsende (2) gelegene Boden an seiner Gaseintrittsseite zur Führung der Gase zu den Mündungen der Heizrohre (6) innerhalb des Gehäuses von einer an sich bekannten Leithaube (15) so überdeckt ist, daß deren Wand mit der mittleren Steigung der stufenförmig angeordneten Kammern (4) einen spitzen Winkel bildet.
2. Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei der einander benachbarten Kammern (4 bzw. 5) mit Zwischenraum (17) zueinander angeordnet sind und die Zwischenräume (17) mittels zwischengeschweißter Halbrohre (18) abgedeckt und die entstandenen Hohlkehlen durch eine hitzebeständige plastische Masse (19) ausgefüllt sind. =.
Röhrenwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenförmige Anordnung der Kammern (5) am Gasaustrittsende (3) gleich der Anordnung der Kammern (4) am Gaseintrittsende (2) ist.
4. Röhrenwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenförmige Anordnung der Kammern (5) am Gasaustrittsende (3) in an sich bekannter Weise entgegengesetzt der Anordnung der Kammern (4) am Gaseintrittsende (2) ist.
5. Röhrenwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Kammern (4,5) in bekannter Weise mit Zuführungs- und Abführungsleitungen (10,11) für das Kühlmittel versehen sind, die in einen im Gehäuse untergebrachten Sammler (12) bzw. Verteiler (9) münden.
6. Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Abführungsleitungen (11) und gegebenenfalls auch die Verteilleitungen (10) durch eine Haube (21) abgedeckt sind.
7. Röhrenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei einander folgende Kammern (4 bzw.5) so zueinander angeordnet sind, daß sie einander überlappen (F i g. 3). B. Röhrenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern in ihrer Gesamtheit am Gaseintritts- und/oder Gasaustrittsende als eine einteilige stufenförmige Kammer ausgebildet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 944 492, 633 361; schweizerische Patentschrift Nr. 242 706; britische Patentschriften Nr. 633 361, 20 748/1910.