DE1401101C - Vertikalrohrerhitzer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Vertikalrohrerhitzer. Bei der Entwicklung derartiger Erhitzer wurde bisher angenommen, daß zwei oder drei konzentrische Reihen von Rohren vorteilhaft dicht an der Wand des Er^: hitzers und im Abstand von der Wand und voneinander benutzt werden könnten. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß fast nichts durch die teuere Einfügung einer zweiten kreisförmigen Reihe von Rohren zu gewinnen ist. Infolgedessen hat man seit langem vielfach geglaubt, daß der zylindrische Vertikal-■ rohrerhitzer mit einer einzigen Reihe von Rohren bisher die größte Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit ergab.

Nach der USA.-Patentschrift 2 333 077 war ein Vertikalrohrerhitzer zum Aufheizen eines Strömungsmittels, z. B. eines Öles oder Gases, bekannt, der einen aufrechten, zylindrischen Mantel mit einer die Wärme zurückstrahlenden Innenwand und eine Mehrzahl von senkrechten Wandrohren hat, die im Abstand voneinander und von der Innenwand dieses Mantels angeordnet sind, um eine große innere Verbrennungskammer mit einer Brennereinrichtung im Boden der Kammer zu bilden, um Flammen und heiße Gase senkrecht nach aufwärts abzugeben und den Wandrohren strahlende Wärme zu erteilen, wobei die Wandrohre in im wesentlichen gleiche Gruppen von untereinander verbundenen Rohren unterteilt und eine Einrichtung vorgesehen ist, um das zu erhitzende Strömungsmittel jeder Gruppe zuzuführen, sowie eine Einrichtung, um das erhitzte Strömungsmittel aus jeder Gruppe abzuführen.

Die USA.-Patentschrift 2 660 996 zeigt eine Einrichtung mit radial angeordneten Rohrgruppen in Vertikalrohrerhitzern für Gas mit Bodenbrennern.

Aus der USA.-Patentschrift 1 801 642 sind Vertikalrohrerhitzer mit Radialgruppen von Rohren bekannt, die nur einen Teil der Radialen, auf denen die Gruppen liegen, einnehmen, und die deutsche Patentschrift 540 422 läßt Vertikalrohrerhitzer mit Wandrohren und in Radialgruppen angeordneten Rohren erkennen.

Alle diese bekannten Einrichtungen sind nur durchschnittlich leistungsfähig und ermöglichen bei gleichzeitiger wirtschaftlicher Raumausnutzung keine Steigerung des Wirkungsgrades, wie sie zur Erhitzung von Strömungsmitteln bei modernen Fertigungsverfahren wünschenswert ist.

Die USA.-Patentschrift 2 333 077 zeigt nur eine einzige Reihe von Rohren in der Nähe der Wand und im Abstand von ihr ohne radiale Rohre in der Nähe des Uinfangs.

Der bekannte Erhitzer nach der USA.-Patentschrift 2 660 996 zeigt eine sternförmige Verteilung der Erhitzerrohre, wobei sich die Rohre in jeder der radialen Reihen von einem Punkt in der Nähe der Mitte des Erhitzers zu einem Punkt in der Nähe der Außenwand des Erhitzers erstrecken und den ganzen Erhitzer in Sektoren teilen, von denen jeder einen aufwärts gerichteten Brenner 24 im Sektor hat.

Bei diesem bekannten Erhitzer können die Vorteile einer offenen Mitte des Erhitzers nicht aufrechterhalten werden, weiche die Flammen und die heißen Gase enthält und die Strahlung auf eine einzige kreisförmige Reihe von Rohren in der Nähe der Wand des Erhitzers ergibt. Bei dieser Einrichtung sind auch keine Waiidrohre vorhanden. Der ganze Erhitzer müßte umgestaltet werden, um den hohlen Mittelraum in dem Erhitzer für besonders heiße Flammen und Gase zu schaffen.

Die Einrichtung nach der USA.-Patentschrift 1 801 642 ist ein Wassererhitzer der Haushaltsart, in dem eine Reihe von radialen Bänken von Rohren vorhanden sind, die über eine verhältnismäßig kurze Strecke über den Mittelbrenner nach einwärts gebogen sind, so daß sie mit Sicherheit durch die Flamme und heiße Gase von dem Erhitzer umspült werden.

ίο Hierbei ist nicht beabsichtigt, strahlende Wärme als die einzige oder primäre Quelle zu benutzen. Infolgedessen sind durch diesen bekannten Erhitzer keine besonderen Vorteile zu erzielen, zumal dieser Erhitzer nur in sehr kleinen Abmessungen gebaut werden soll, wobei keine durch Strahlung erhitzten Wandrohre und auch keine durch Strahlung erhitzten Radialbänke von Rohren vorhanden sind.

Eine weitere bekannte Einrichtung nach der deutschen Patentschrift 540 422 zeigt einen Dampfüber-

»0 hitzer, der in Kontakt miteinander stehende Rohre aufweist, wobei die Anordnung der Rohre sternförmig ist und wobei zwei Schenkel des Sternes Einlasse und die restlichen drei Schenkel des Sternes Auslässe bilden. Die Rohre werden durch Konvektion von den

a5 Auslaßgasen einer. Turbine od. dgl. erwärmt oder erhitzt, wobei die Benutzung strahlender Wärme in den Zwischenräumen zwischen den Schenkeln des Sternes nicht vorgesehen ist. Die Rohre, die als Überhitzerrohre beschrieben sind, sollen auch abgeflacht sein und einander berühren und sind abhängig von der Konvektionswärme aus einem gasförmigen Medium.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Vertikalrohrerhitzer von sehr erheblicher Größe zur Erhitzung von Strömungsmitteln, ζ. B. öl für Krackprozesse, zu schaffen, der mit Bezug auf die Wärmeübertragung so leistungsfähig wie möglich ist und den verfügbaren Raum wirtschaftlicher ausnutzt, als es bei den bisher bekannten Einrichtungen der Fall war. Durch die Notwendigkeit für immer größere Erhitzer erlangten die Erfinder die unerwartete Erkenntnis, daß unter Beibehaltung eines vollständigen einzigen Außenkreises von Rohren, die voneinander und von der Wand des Erhitzers im Abstand angeordnet waren, die Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit des Erhitzers sehr wesentlich verbessert werden kann, indem man die große Anzajil von Rohren in Gruppen unterteilt, die verhältnismäßig wenige Rohre enthalten, wobei das zu erhitzende öl od. dgl. an einem Ende jeder Gruppe eingeführt wird und wobei man in Reihe mit den Rohren jeder Gruppe und an dem Auslaßende derselben einige wenige, radial angeordnete Rohre in der Nähe des äußeren Rohrkreises verbindet. Auf diese Weise wird eine Reihe von Nischen gebildet, von denen jede Seiten aufweist, die aus radialen Rohren zusammengesetzt sind, und wobei eine Seite der Nische durch die Rohre des Hauptkreises gebildet ist.

Daher ist ein Vertikalrohrerhitzer zum Aufheizen eines Strömungsmittels, z. B. eines Öles oder Gases, der mit einem aufrechten, zylindrischen Mantel mit einer die Wärme zurückstrahlenden Innenwand und eine Mehrzahl von senkrechten wandnahen Rohnen (kurz »Wandrohren«) ausgestattet ist. die im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei das Ganze eine große innere Verbrennungskammer mit Brennereinrichtungen im Boden der Kammer bildet, welche die heißen Verbrennungsgase senkrecht nach aufwärts strömen läßt und die Wandrohre durch Strahlungs-

wärme erhitzt, wobei ferner die Wandrohre in (im wesentlichen gleiche) Gruppen von untereinander verbundenen Rohren unterteilt und Einrichtungen vorgesehen sind, die das zu erhitzende Strömungsmittel jeder Gruppe zuführen, sowie Einrichtungen, die das erhitzte Strömungsmittel aus jeder Gruppe abführen, erfindungsgemäß durch die nachfolgenden Merkmale gekennzeichnet, nämlich

a) daß jede Gruppe der senkrechten Wafidrohre mit einer zweiten Gruppe von senkrechten Rohren verbunden ist, wobei das zu erhitzende Strömungsmittel zuerst durch die Wandrohre und dann durch die Rohre der zweiten Gruppe fließt,

b) daß ferner die senkrechten Rohre der zweiten Gruppe sich in Reihe auf einer radial gerichteten Linie (»Radialrohre«) befinden, wobei die Zahl der Radialrohre mindestens zwei beträgt,

c) daß weiterhin Brenneinrichtungen sich in den von den Wandrohren und Radialrohren gebildeten Nischen befinden, derart, daß die auf- *° wärtige Strömung der Verbrennungsgase unversperrt bleibt,

d) daß außer den in den genannten Nischen angeordneten Brenneinrichtungen weitere Brenneinrichtungen (mindestens ein Brenner) im offenen, *5 d. h. von Erhitzerrohren freien Zentrum bzw. Mittelraum des Erhitzers angeordnet sind.

Dabei besteht die Erfindung nicht in den genannten Einzelmerkmalen oder nur deren drei als solchen, wohl aber in der vollständigen Vereinigung der Merkmale a) bis d) bei einem Vertikalrohrerhitzer der vorhergenannten Art.

Die gegebenen Definitionen für »Wandrohre« und »Radialrohre« sind zu beachten. Der Ausdruck »Radialrohre« darf nicht verwechselt werden mit radial verlaufenden waagerechten Rohren, die vorliegend nicht gemeint sind.

Die Radialrohre sind, wie schon gesagt, so angeordnet, daß sie den sonst nicht beeinträchtigten Innenraum des Mantels nicht wesentlich versperren. Da die Verbindung der Wandrohre mit den Radialrohren der Art ist, daß das zu erhitzende Strömungsmittel zuerst durch die Wandrohre und dann durch die damit verbundenen Radialrohre fließt, wird infolge der Brenner, die zwischen den Gruppen von Radialrohren angeordnet sind, erhebliche Wärme diesen Rohren, verglichen zu den Wandrohren, hinzugefügt, so daß z. B. öl, welches in den Wandrohren erhitzt worden ist, in den Radialrohren weitererhüzt wird. Die Einrichtung hat also einen im wesentlichen unversperrten Innenraum, mindestens soweit es den unteren Teil _t vor dem Konus betrifft, und den Vorteil, daß die Erhitzung in dem unteren Teil des Mantels, wo die Verbrennungsgase ^vam heißesten sind, im wesentlichen nur durch Strahlung und nicht durch Konvektion stattfindet, wodurch sich ein Verbrennen der Rohre in diesem Teil des Erhitzers ergeben würde.

Die Außenrohre bilden einen vollständigen Kreis dicht an der Wand und sind gleichmäßig voneinander im Abstand angeordnet und haben nach aufwärts gerichtete Brenner, die etwa halbwegs zwischen der Mitte und dem Umfang des Erhitzers angeordnet sind. Sie sorgen für die Primärquelle strahlender Wärme, der alle Außenrohre ausgesetzt sind und der auch die Innenwand des Erhitzers ausgesetzt ist. um die Wärme nach einwärts an die Rückoberfläche jedes der Außenrohre zurückzustrahlen. Auf diese Weise werden die Vorteile des Erhitzers mit zentraler strahlender Wärme und einem einzigen Rohrkreis dicht an der Innenwand beibehalten. Zusätzlich werden die Radialrohre, die die vorher erwähnten Taschen bilden, besonders gut durch die anderen nach aufwärts gerichteten Brenner erhitzt, die für strahlende Wärme an die benachbarten Wände der Radialrohre in den Taschen sorgen. Die Radialrohre nehmen auch Wärme von der zentralen strahlenden Flamme auf, die durch die Mittelbrenner geliefert wird sowie durch die von der Wand des Erhitzers zurückgestrahlte Wärme.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll sie nun eingehender und unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben werden, in denen

Fig. 1 ein senkrechter Schnitt durch einen Vertikalröhrenerhitzer ist, der die Erfindung ausführt;

F i g. 2 gibt einen Schnitt nach der Linie 2-2 von F i g. 1 wieder;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Einzeldarstellung eines Heizrohrpaares mit einer Führung am Boden und Aufhängeeinrichtung an der Oberseite;

Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Linie 4-4 von Fig. 1;

Fig. 5 stellt einen vergrößerten Querschnitt längs der Linie 5-5 von F i g. 1 dar;

Fig. 6 und 7 zeigen in kleinerem Maßstab Abwandlungen, die ebenfalls die Erfindung ausführen, wobei diese Darstellungen dem Schnitt von Fig. 5 entsprechen.

Der in den Fig. 1 bis 5 abgebildete Erhitzer weist einen aufrecht stehenden zylindrischen Mantel 10 auf, der vorzugsweise aus Stahlblech besteht und mit einem hitzebeständigen und wärmeisolierenden Material ausgekleidet ist.

Der Erhitzermantel 10 wird durch eine Mehrzahl von Trägern 11 abgestützt, von denen nur zwei in F i g. 1 gezeigt sind und die sich bis zur Oberseite des Erhitzermantels erstrecken und nach unten in das Fundament 12 hineinragen, um so den Mantel und seine Bodenplatte 13 genügend hoch über dem Fundament abzufangen, damit das Bedienungspersonal zum Boden des Erhitzers und den darin angebrachten Brennern 14 und 15 leichten Zutritt hat. Die Bodenplatte 13 ist mit einem Mannloch 16 versehen, das, wie in Fig. 5, quadratisch sein kann und den Zugang ins Erhitzerinnere ermöglicht.

Eine ringförmige Brückenwand 20, an der Oberseite des Mantels 10 angebracht, trägt ein quadratisches Gehäuse 21. Auf der Oberseite des Mantels 10, auf seinem Umfang im Abstand angeordnet, ist eine Mehrzahl von Winkeln 22 angebracht. Auf den Winkeln 22 ist ein Schornstein 23 befestigt.

Wie die Fig. 5 zeigt, sind die Brenner 14 auf einem Kreis angebracht, der mit dem zylindrischen Erhitzerrahmen konzentrisch ist und etwa auf der halben Entfernung zwischen der Innenwand des Zylinders und dessen Mittelachse liegt.

Die Brenner 15 sind gleichfalls auf einem Kreis angeordnet und etwa halbwegs zwischen den Brennern 14 und der Wand des Erhitzers angebracht. Sie sind auch auf dem Umfang genügend weit auseinander, um den Einbau der Radialrohre zwischen sich zu gestatten, wie später beschrieben wird.

Während der beschriebene Erhitzer für verschiedene Größen und Durchsatzmengen verwendet werden kann, soll er für eine industrielle Verwendung mit einem besonders großen Innendurchmesser des Erhitzermantels und besonders großer Höhe vom Fun-

damcnt bis zur Spitze des Gehäuses 21 ausgeführt werden.

Im Erhitzer liegt eine große Zahl von senkrechten Rohren 30, die von der inneren Isolierwand des Erhitzermantels entfernt, aber dicht an ihr liegen.

Zusätzliche Rohre 31 sind in radialen Reihen zwischen den Brennern 15 angeordnet, wie dies F i g. 5 zeigt. Die Rohre sind am Boden und am oberen Ende durch die üblichen Umkehrbogen verbunden, und wie F i g. 3 zeigt, werden die Umkehrbogen 32 xo dazu verwendet, um die Rohre 31 miteinander und mit den Rohren 30 so zu verbinden, daß sie eine gewünschte Anzahl von Schlangen bilden. Am Boden werden die Rohre seitlich von Ansätzen 54 abgestützt, die in Bohrungen 55 in der Bodenplatte 13 des Erhitzers ragen. Alle Rohre hängen an der Brückenwand 20 durch Aufhänger 56, die mit geeigneten Lappen 57 verbunden sind, die auf den Umkehrbogen an ihrer Spitze oder auf den L-Verbindern angebracht sind, wie dies Fig. 3 zeigt. ao

Wie z.B. aus Fig. 5 ersichtlich ist, gibt es achtzehn Schlangen, jede aus vier Wandrohren und zwei radialen Rohren bestehend. Jede Schlange hat an der Oberseite des Erhitzers eine Einlaßverbindung (s. I"ig. 5), die mit 33 bezeichnet ist. Jeder Einlaß ·5 ist durch Ventil 34 und Überführung 35 mit einer Reihe 36 einer Vorwärmschlange 37 verbunden. Die Vorwärmschlange 37 besteht aus achtzehn senkrechten Reihen, wie dies F i g. 4 zeigt, und jede Reihe ist an einen Flüssigkeitseinlaß-Vcrteilcr 40 angeschlossen.

Die Flüssigkeit fließt von dem Verteiler 40 auf vielen Wegen durch die achtzehn Reihen der Vorwärmschlange 37 und in die verschiedenen Schlangen der großen Rohre, die, wie bereits beschrieben, miteinander verbunden sind, und das innerste radiale Rohr in jeder Schlange ist, wie aus F i g. 1 ersichtlich, durch Verbinder 41, die sich innerhalb des Erhitzerhalses nach oben erstrecken, innerhalb der Brückenwand 20 und radial einwärts an einen großen Ver- 4» teiler 42 angeschlossen.

Die Verbinder 41 benachbarter Schlangen treten in den Verteiler 42 an zwei verschiedenen Hohen 43 und 44 ein. (s. Fig. 1). Das ermöglicht den Anschluß der Rohrenden an den Zentralverteiler ohne zu starke Häufung, wie dies F i g. 2 zeigt.

Ein umgekehrt kegeliges Prallblech 50 ist an der Spitze des Erhitzers befestigt und erstreckt sich über mehr als ein Drittel'der Entfernung von der Spitze zum Boden des Erhitzers und hängt an Hängern 51 von der Brückenwand 20.

Wenn der Erhitzer in Betrieb ist, wird das öl, Gas oder ein anderes zu erhitzendes Medium durch eine Einlaßleitung 52 in den Verteiler 40 eingeführt; dann fließt es durch die flachen Schlangenreihen 36 der Vorwärmschlangc 37. Von jeder Reihe 36 fließt das Medium durch ihren Verbinder 35, Ventil 34. Verbinder 33 und in die Einlaßleitung einer der Hauptschlangenreihen, die sich aus vier W'androhrcn 30 und zwei Radialrohren 31 zusammensetzt, und dann βο durch innere Verbinder 41 zum Verteiler 42 hin. von wo es aus der Leitung 53 entleert wird. Das zu erhitzende Medium fließt zuerst durch die Wand rohre und dann durch die Radialrohre, die einer hohen Temperatur ausgesetzt sind. «5

Die Brenner 14. erzeugen heiße Flammen und Gase, die in einer axialen Richtung nach oben durch den Erhitzer gehen. Auch die Brenner 15 erzeugen heiße Flammen und Gase, die in einer axialen Richtung nach oben durch den Erhitzer gehen, mit dem Ergebnis, daß die Strahlungswärme den Wandrohren an ihren Innenflächen unmittelbar zugeführt und auf die Rückseite "der Wandrohre von der isolierenden Wandung des Erhitzermantels 10 zurückgeworfen wird.

Die Radialrohre 31 sind gegeneinander versetzt, wie dies Fig. 5 zeigt, so daß sie durch die Strahlung unmittelbar Wärme auf beiden Seiten von den zwei benachbarten Brennern her empfangen, zwischen denen sie liegen.

Die Rohre in den radialen Reihen können aus besonders legierten Metallen bestehen, da sich die Temperatur des Mediums stark erhöht hat, nachdem es durch die Vorwärmschlange 37 und die Wandrohre 30 gegangen ist, bevor es die Radialrohre 31 erreicht.

Die oberen Enden der Rohre werden in gewissem Umfang auch durch Konvektion erhitzt, weil das kegelige Prallblech 50 die heißen Gase, die schon einen Teil ihrer Wärme an das Medium in den Rohren abgegeben haben, gegen die oberen Enden der Rohre zurückwirft, von wo aus die heißen Gase durch die ringförmige Brückenwand 20 gehen und über die Verbinder 41 und den Verteiler 42 fließen und zuletzt durch die dicht stehenden Reihen der Vorwärmschlange 37 hindurchgehen. Schließlich strömen die Verbrennungsgase bei verminderter Temperatur durch den Schornstein 23 ab.

Es ist ersichtlich, daß die Rohre 31 in den radialen Reihen einer intensiven Wärme ausgesetzt sind und dazu dienen, das Medium auf die erwünschte hohe Temperatur zu bringen.

Anstatt achtzehn Schlangen vorzusehen, wie besonders Fig. 6 zeigt, kann der Erhitzer z. B. in vier Schlangen geteilt sein, von denen jede zwölf Wandrohre und drei Radialrohre enthält, und an Stelle der Brenner 14 kann sich ein einzelner Brenner 60 befinden, und die Brenner 15 können durch vier Brenner 61 ersetzt werden. Die Anordnung kann noch weiter abgewandelt werden, wie dies F i g. 7 wiedergibt, indem ein einzelner Zcntralbrenner 60 und ein Ring von Brennern 62 verwendet werden, von denen zwei zwischen jeder angrenzenden Gruppe von Radialrohren liegen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vertikalrohrerhitzcr zum Aufheizen eines Strömungsmittels, z. B. eines Öles oder Gases, der mit einem aufrechten, zylindrischen Mantel mit einer die Wärme zurückstrahlenden Innenwand und einer Mehrzahl von senkrechten wandnahen Rohren (kurz *Wandrohrenc) ausgestattet ist. die im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei das Ganze eine große innere Verbrennungskammer mit Brennereinrichtungen im Boden der Kammer bildet, welche die heißen Verbrennungsgase senkrecht nach aufwärts strömen läßt und die Wandrohre durch Strahlungswärme erhitzt, wobei ferner die Wandrohre in Gruppen von untereinander verbundenen Rohren unterteilt und Einrichtungen vorgesehen sind, die das zu erhitzende Strömungsmittel jeder Gruppe zuführen, sowie Einrichtungen, die das erhitzte Strömungsmittel aus jeder Gruppe abführen, dadurch gekennzeichnet.

a) daß jede Gruppe der senkrechten Wand-• rohre (30) mit einer zweiten Gruppe von senkrechten Rohren verbunden ist, wobei das zu erhitzende Strömungsmittel zuerst durch die Wandrohre und dann durch die S Rohre der zweiten Gruppe fließt,

b) daß Ferner die senkrechten Rohre (31) der

zweiten Gruppe sich in Reihe auf einer radial gerichteten Linie (»Radialrohre«) befinden, wobei die Zahl der Radialrohre mindestens zwei beträgt.

c) daß weiterhin Brenneinrichtungen (Brenner 15) sich in den von den Wandrohren und Radialrohren gebildeten Nischen befinden,

d) daß außer den in den genannten Nischen angeordneten Brenneinrichtungen weitere Brenneinrichtungen (Brenner 14) im offenen, d. h. von Erhitzerrohren freien Zentrum bzw. Mittelraum des Erhitzers angeordnet sind.

2. Erhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den genannten Nischen jeweils zwei Brenner (62) angeordnet sind (F i g. 7).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 009 639/22