DE1426622B2

DE1426622B2 - Durch stark staubhaltige gase beheizter waermetauscher mit rohrheizflaechen

Info

Publication number: DE1426622B2
Application number: DE19651426622
Authority: DE
Inventors: Frank Montreal Quebec Block (Kanada)
Original assignee: Dominion Bridge Co. Ltd., Montreal (Kanada)
Priority date: 1965-09-17
Filing date: 1965-11-19
Publication date: 1973-08-09
Also published as: DE1426622A1; GB1125501A; DE1426622C3; US3318374A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher mit im Heizgasstrom angeordneten Heizflächen, bestehend aus mehreren parallel zueinander liegenden Rohren, auf deren beiden Seiten quer zur Gasstromrichtung liegende, der Halterung und/oder Abschirmung dienende Platten angeordnet sind, wobei der Wärmetauscher durch stark staubhaltige Gase beheizt ist.

Es sind bereits Wärmetauscher bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 124 965), bei welchen mehrere parallel zueinander liegende Rohre vorgesehen sind, die mit Hilfe von beidseitig angeordneten plattenförmigen Trägern zusammengehalten werden. Es zeigt sich jedoch, daß an diesen plattenförmigen Trägern unerwünschte Turbulenzen auftreten, durch welche im Falle einer Beheizung des Wärmetauschers mit staubhaltigen Gasen erhebliche Rohrerosionen auftreten, die die zu erwartende Lebensdauer des Wärmetauschers erheblich verringern.

Demzufolge ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher selbst bei Beheizung durch stark staubhaltige Gase eine relativ geringe Rohrerosion aufweist, so daß die zu erwartende Lebensdauer hoch ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf die Heizflächenrohre an den anströmseitigen Stirnflächen der Platten die Rohre dicht umschließende konische Muffen aufgesetzt sind, deren Basis jeweils rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die Tiefe der Basis der Dicke des Plattenpaars und Breite der Basis der Rohrteilung entspricht.

Auf Grund der Tatsache, daß im Bereich der anströmseitigen Stirnflächen der Platten konische Muffen vorgesehen sind, welche die Rohre dicht umschließen, ergibt sich, daß die auftretenden Turbulenzen stark vermindert werden. Demzufolge ist die Rohrerosion in diesem Bereich relativ gering, so daß die zu erwartende Lebensdauer des Wärmetauschers zufriedenstellend hoch ist.

Um eine relativ einfache, kostensparende Bauweise eines derartigen Wärmetauschers zu erreichen, erweist es sich als zweckmäßig , wenn die Muffen aus zwei Hälften zusammengesetzt sind, wobei sich jede Hälfte über mehrere Rohre erstreckt. . —

Im allgemeinen erweist es sich ferner^ als vorteil· haft, wenn die Breite der Muffen über deren gesamte Höhe gleich der Rohrteilung ist.

Um zu erreichen, daß die Muffen zuverlässig gehalten sind, ist es zweckmäßig, wenn die Muffen Vorsprünge aufweisen, die in den Zwischenraum zwischen den beidseits der Rohre angebrachten Platten eingreifen.

Um die Halterung der Muffen noch weiter zu verbessern, erscheint es vorteilhaft, wenn die dem Gasstrom zugekehrten Stirnseiten der Platten mit nach außen abfallenden Abschrägungen versehen sind und die Muffen entsprechende Schrägflächen aufweisen.

Auf Grund von Erfahrungen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der Winkel der konischen Neigungsflächen der Muffen zu den Rohrachsen gleich oder kleiner als 10° ist und vorzugsweise zwischen 5° und 6° beträgt.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch einen Wärmetauscher gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 von F ig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 von F ig. 1,

Fig. 4 eine schematische Ansicht, welche die Rohrerosion veranschaulicht, die durch die Turbulenz der staubbeladenen Gase verursacht wird,

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht einer Muffe für ein bloßliegendes Rohr mit rundem Querschnitt,

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht einer Muffe für ein bloßliegendes Rohr mit rechtwinkligem Querschnitt,

F i g. 7 eine Seitenansicht einer Muffe für miteinander verbundene Rohre mit rundem Querschnitt,

F i g. 8 eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 von F i g. 7,

F i g. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie 9-9 von F i g. 7,

Fig. 10 eine Seitenansicht einer Muffe, welche auf bloßliegende und aneinander anliegende Rohre mit rundem Querschnitt aufgesetzt ist,

Fig. 11 eine Schnittansicht entlang der Linie 11-11 von F ig. 10,

Fig. 12 eine Schnittansicht entlang der Linie 12-12 von F ig. 10,

Fig. 13 eine der Fig. 5 ähnliche Seitenansicht einer Muffe und eines Rohres, wobei durch die Muffe eine sichere Befestigung der Kanten der Abschirmplatten ermöglicht ist, ohne die freie Wärmeausdehnung der Abschirmplatten zu beeinträchtigen,

Fig. 14 eine Schnittansicht entlang der Linie 14-14 vonFig. 13 und

Fig. 15 eine Schnittansicht entlang der Linie

In den F i g. 1 bis 3 der Zeichnung ist ein Wärmetauscher 20 gemäß der Erfindung dargestellt. Der Wärmetauscher 20 weist ein Gehäuse 22 sowie einen Gaseinlaß 24 und einen Gasauslaß 26 auf, durch welche die Heizgase fließen. Das Gehäuse 22 ist durch eine Trennwand 32 in zwei senkrechte Strömungskammern 28 und 30 unterteilt, so daß das Heizgas nach abwärts durch die Strömungskammer 28 und nach aufwärts durch die Strömungskammer 30 fließt.

Mehrere Rohrtafeln 34 sind im Gehäuse 22 angeordnet und bilden eine Reihe von Strömungskanälen 36 im Weg des Gasstroms. Bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten bestimmten Anordnung umfaßt jede Tafel 34 vier Rohre 38, die am unteren Ende einer Seite der Tafel ihren Anfang nehmen, sich kontinuierlich nach aufwärts und abwärts in Strömungsrichtung des Gases-erstrecken und am unteren Ende der anderen Seite der Tafel enden. Die Enden der Rohre 38 sind mittels Rohrbogen 40 verbunden. Die Rohre 38 können sowohl einen runden als auch einen im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt haben und aus eisenhaltigen oder nicht eisenhaltigen Metallen bestehen. Jedes Rohr 38 führt eine Flüssigkeit — beispielsweise Wasser — die durch Wärmeübertragung von den über die Rohre 38 strömenden Heizgasen erwärmt wird.

Bekannte, der Abschirmung dienende Platten 42 aus metallischem oder keramischem Material sind als Abdeckung der Rohrbogen 40 im Weg des Gasstroms so angebracht, daß sie die Rohrbogen vor der Schmirgelwirkung der staubbeladenen Gase schützen. Die Abschirmplatten 42 erstrecken sich auf jeder Seite über die Rohrbogen 40 hinaus und bilden einen zusätzlichen Halt für die Rohre 38.

In den F i g. 1 bis 3 sind Muffen 44 gezeigt, welche einzelne ein jedes Rohr 38 umgebende Einheiten darstellen und nahe der Vorderkantenabschnitte der Abschirmplatten 42 liegen. Die Muffen 44 weisen eine im wesentlichen konische Form auf und ermöglichen auf diese Weise einen ruhigen Strömungsverlauf des Gases über den Oberflächenübergang von den Rohren 38 zu den Abschirmplatten 42. Fig.4 zeigt die im Gasstrom durch den plötzlichen Übergang vom Rohr 38 auf die Abschirmplatten 42 erzeugte Turbulenz 46 und veranschaulicht bei 48 die durch eine solche Turbulenz verursachte Rohrerosion.

Die Wärmetauscheranordnungen können eine Anlage mit einem einzigen Rohr, welches in mehreren axial ausgerichteten Durchgängen mit an den Enden vorgesehenen Bogenabschnitten verläuft und so eine einzige, innerhalb einer einzigen Gasströmungskammer liegende Rohrtafel bildet, oder Anlagen mit mehreren aufeinanderfolgenden Strömungskammern betreffen, bei denen mehrere Rohrtafeln Strömungskanäle bilden und bei denen eine jede Rohrtafel mehrere Rohre umfaßt, deren Anfang bzw. Ende entsprechend den Konstruktionserfordernissen an verschiedenen Stellen in der Tafel liegen kann. Das Gas kann auch horizontal, nach aufwärts oder abwärts durch den Wärmetauscher fließen, oder es können Kombinationen solcher Strömungen gewählt werden, wobei die Rohrtafeln und Strömungskanäle entsprechend anzuordnen sind.

F i g. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Muffe 44, welche ein bloßliegendes rundes Rohr 38 umgibt und nahe der Abschirmplatten 42 liegt. Die Muffe 44 ist im wesentlichen konisch und erstreckt sich von einer engen oder scharfkantigen ringförmigen, das Rohr 38 umgebenden Lippe 50 zu einer rechtwinkligen Basis 52, welche so bemessen ist, daß sie mit den Außenkanten der Abschirmplatten 42 fluchtet. Der Neigungswinkel der konischen Flächen zur Achse des Rohres 38 beträgt 10° oder weniger und liegt bei der bevorzugten Ausführung zwischen 5° und 6°. Die Muffe 44 kann aus einem Stück oder aus mehreren Längsabschnitten hergestellt sein.

Die rechtwinklige Basis der Muffe 44 wird so bemessen, daß sie sich bis zu Stellen mitten zwischen den Rohren 38 auf jeder Seite erstreckt und se⁷ an den angrenzenden Muffen 44 anliegt. _v-

F i g. 6 zeigt eine der F i g. 5 ähnliche perspektivische Ansicht einer anderen Ausführung mit einem rechtwinkligen Rohrstück 3SA und damit übereinstimmend geformter Muffe 44 A.

Die F i g. 7 bis 9 zeigen Seiten- und Schnittansichten von auf Rohre 38 aufgesetzten Muffen 44 B, wobei die Rohre im Abstand voneinander angeordnet und mittels dazwischengeschweißter membranartiger Streifen 54 verbunden sind. Bei dieser Anordnung sind die Muffen 44 B aus zwei Hälften hergestellt und an den Rohren 38 auf jeder Seite der Streifen 54 befestigt. Ein Verfahren zur Befestigung der Muffen 44 an den Rohren 38 besteht in der Bildung fester Punktverbindungen, die durch Verschweißen oder Hartverlöten von Öffnungen 56 erzielt werden.

Auch hier betragen die Winkel der konischen Neigungsflächen zu den Rohrachsen 10° oder weniger, wobei die bevorzugte Winkelgröße 5° bis 6° ist. Die angrenzenden Muffen 44 B sind strichpunktiert gezeichnet.

Die Fig. 10 bis 12 zeigen Seiten- und Schnittansichten von Muffen 44 C, die auf aneinanderliegend angeordneten Rohren 38 aufgesetzt sind. Bei dieser Anordnung bestehen die Muffen 44 c aus zwei Hälften und sind auf jeder Seite der Rohre 38 an diesen durch öffnungen 56 angeschweißt, hart angelötet oder durch eine andere geeignete Anbringungsart befestigt. Die rechtwinklige Basis einer jeden Muffe 44 C ist so bemessen, daß sie sich in Richtung der Abschirmplatten 42 von Berührungslinie zu Berührungslinie des Rohres 38 erstreckt. In diesem Fall betragen die Winkel der konischen Neigungsflächen zu den Rohrachen ebenfalls 10° oder weniger, wobei die bevorzugte Winkelgröße 5° bis 6° ist.

Die Fig. 13 bis 15 zeigen eine Seitenansicht und Abschnitte einer Muffe 44 D mit Rohr 38, ähnlich der in F i g. 5 dargestellten Anordnung, wobei jedoch eine sichere Befestigung der Abschirmplattenkanten gewährleistet ist, ohne daß die freie Wärmeausdehnung der Abschirmplatten beeinträchtigt wird. Diese Befestigung wird durch sich nach innen und aufwärts erstreckende Abschrägungen 58 an den Vorderkanten der Abschirmplatten 42 A zusammen mit übereinstimmenden V-förmigen Nuten mit Schrägflächen

60 entlang der Randabschnitte der Unterseiten der Muffen 44 D erzielt. Auf diese Weise halten die Muffen 44 D die Kanten der Abschirmplatten 42,4 zwangläufig und sicher schwalbenschwanzförmig fest und verhindern eine Bewegung der Kanten der Abschirmplatten 42 A nach außen, während eine Abwärtsbewegung oder eine seitliche, durch die Wärmeausdehnung bedingte Bewegung relativ zu den Muffen 44 D möglich bleibt. Solche Abschrägungen 58 und Schrägflächen 60 können auch bei allen vorstehend beschriebenen Muffen- und Rohrausführungen verwendet werden.

Falls die Muffen hohen Temperaturen ausgesetzt werden sollen, ist es erforderlich, diese im Festsitz auf den Rohren anzubringen, oder sie können auch mittels eines Wärmeträgerbads an die Rohre 38 hart angelötet werden.

Obwohl die dargestellten Muffenausführungen konische Flächen mit einer Neigung von 10° oder darunter aufweisen, versteht es sich, daß gleich gute Ergebnisse durch Verwendung von sich konkav verjüngenden Flächen mit gleichwertigen Winkeln oder durch Verwendung von Kombinationen konischer und konkaver Flächen erzielt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher mit im Heizgasstrom angeordneten Heizflächen, bestehend aus mehreren parallel zueinander liegenden Rohren, auf deren beiden Seiten quer zur Gasstromrichtung liegende, der Halterung und/oder Abschirmung dienende Platten angeordnet sind, wobei der Wärmetauscher durch stark staubhaltige Gase beheizt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Rohre (38) an den Stirnflächen der Platten (42) die Rohre (38) dicht umschließende konische Muffen (44) aufgesetzt sind, deren Basis (52) jeweils rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die Tiefe der Basis der Dicke des Plattenpaars und die Breite der Basis der Rohrteilung entspricht.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffen (44) aus zwei Hälften zusammengesetzt sind, wobei sich jede Hälfte über mehrere Rohre (38) erstreckt.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Muffen (44) über deren gesamte Höhe gleich der Rohrteilung ist.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffen (44) Vorsprünge raufweisen, die in den Zwischenraum zwischen den beidseits der Rohre (38) angebrachten Platten (42) eingreifen.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gasstrom zugekehrten Stirnseiten der Platten (42) mit nach außen abfallenden Abschrägungen (58) versehen sind und die Muffen (44) entsprechende Schrägflächen (60) aufweisen.

6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der konischen Neigungsflächen der Muffen (44) zu den Rohrachsen gleich oder kleiner als 10° ist.