DE1451477B2 - RECUPERATIVE PRE-HEATER FOR COMBUSTION AIR FOR RECUPERATIVE COMBUSTION - Google Patents

RECUPERATIVE PRE-HEATER FOR COMBUSTION AIR FOR RECUPERATIVE COMBUSTION

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DE1451477B2 DE19631451477 DE1451477A DE1451477B2 DE 1451477 B2 DE1451477 B2 DE 1451477B2 DE 19631451477 DE19631451477 DE 19631451477 DE 1451477 A DE1451477 A DE 1451477A DE 1451477 B2 DE1451477 B2 DE 1451477B2
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Description

sich nach oben verjüngende, der Aufnahme elastischer keramischer Dichtungen dienende Fugen bilden. Dadurch ist die einwandfreie Wirksamkeit der Dichtungen bei Verschiebungen der einzelnen Abschlußteile gewährleistet. Außerdem können die Abschlußteile der Außenrohre einen quadratischen Umriß aufweisen und auf vier keramischen Pfeilern ruhen, die jeweils die vier Ecken aneinandergrenzender Abschlußteile tragen. Dadurch werden abrupte Lageänderungen von Abschlußteilen vermieden. Ferner können die in die Abschlußteile ragenden Enden der Innenrohre und die zugeordneten Sitzflächen der Abschlußteile kegelstumpfförmig ausgebildet sein.Forming upwardly tapering joints serving to accommodate elastic ceramic seals. This ensures the perfect effectiveness of the seals when the individual end parts are displaced guaranteed. In addition, the end parts of the outer tubes can have a square outline and rest on four ceramic pillars, each of the four corners of adjoining end pieces wear. This avoids abrupt changes in the position of terminating parts. Further the ends of the inner tubes protruding into the end parts and the associated seat surfaces of the end parts be frustoconical.

Schließlich kann die Belastungseinrichtung aus mehreren mit Durchlässen versehenen keramischen Belastungsteilen oder aus vertikal angeordneten, federbelasteten Stützen bestehen.Finally, the loading device can consist of several ceramic with passages Load parts or consist of vertically arranged, spring-loaded supports.

Die Zeichnung stellt zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dar, und zwar zeigtThe drawing represents two exemplary embodiments of the subject matter of the invention, namely shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden Rekuperativvorwärmer, F i g. 1 shows a longitudinal section through a recuperative preheater working according to the countercurrent principle,

F i g. 2 einen Querschnitt durch einen Teil des Vorwärmers längs der Linie 2-2 der Fig. 1,F i g. 2 shows a cross section through part of the preheater along the line 2-2 of FIG. 1,

F i g. 3 in perspektivischer Einzelansicht das Abschlußteil eines Außenrohres und dessen Abstützung auf dem unteren Rohrboden der Innenrohre undF i g. 3 in a perspective individual view the terminating part of an outer tube and its support on the lower tube sheet of the inner tubes and

F i g. 4 einen Längsschnitt durch einen nach dem Parallelstromprinzip arbeitenden Rekuperativvorwärmer. F i g. 4 shows a longitudinal section through a recuperative preheater operating according to the parallel flow principle.

Bei dem Rekuperativvorwärmer 1 gemäß Fig. 1, der mit einer Schamottestein-Auskleidung 2 versehen ist, die von einer Isolierung 6 und einem Stahlmantelgehäuse 4 umgeben ist und im Bereich einer Abgaseinlaßkammer 5 ein Beobachtungsfenster 8 aufweist, und an dessen Decke 10 eine Isolierung 12 vorgesehen ist, werden die vom Brennraum der Rekuperativfeuerung kommenden Abgase (wellenförmige Pfeile) durch einen Abgaseinlaß 3 in die Abgaseinlaßkammer 5 geführt. Die Abgase verlassen den Vorwärmer 1 über eine Sammelkammer 26 durch einen in die Atmosphäre führenden Auslaß 27.In the case of the recuperative preheater 1 according to FIG. 1, which is provided with a firebrick lining 2, which is covered by an insulation 6 and a steel casing 4 is surrounded and has an observation window 8 in the region of an exhaust gas inlet chamber 5, and insulation 12 is provided on the ceiling 10, which are from the combustion chamber of the recuperative combustion Coming exhaust gases (wave-shaped arrows) through an exhaust gas inlet 3 into the exhaust gas inlet chamber 5 led. The exhaust gases leave the preheater 1 via a collecting chamber 26 through an outlet 27 leading into the atmosphere.

Die im Gegenstrom eingeführte Verbrennungsluft strömt durch den Einlaß 13 und die Lufteinlaßkammer 31 in den Vorwärmer 1 und verläßt ihn durch einen Kanal 14 mit einer Auskleidung 16, der zum Brennraum der Rekuperativfeuerung führt.The combustion air introduced in countercurrent flows through the inlet 13 and the air inlet chamber 31 in the preheater 1 and leaves it through a channel 14 with a lining 16, which for Combustion chamber of the recuperative combustion leads.

Die mit wärmetauschenden Bauteilen ausgerüstete Kammer 15 des Vorwärmers 1 weist im Bereich der Abgaseinlaßkammer 5 bzw. der Lufteinlaßkammer 31 aus einzelnen Abschlußteilen 11 zusammengesetzte bewegliche Rohrboden 17 bzw. 19 auf. Zwischen den quadratischen Abschlußteilen 11, die aus Ton oder anderem feuerfesten Werkstoff mit hohem Wärmewiderstand bestehen, befinden sich nach oben verjüngende Fugen 18, die zur Aufnahme von Dichtungen 20 aus feuerfesten Tonerde-Kieselsäure-Fasern mit einer Schmelztemperatur von mehr als 176O0C dienen. Diese Dichtungen 20, die ihre Elastizität auch bei sehr hohen Temperaturen beibehalten, sind in den Fugen 18 mit einer vorgegebenen Dichte zusammengepreßt und schaffen eine elastische Verbindung zwischen den Abschlußteilen 11, wodurch eine individuelle Beweglichkeit der einzelnen Abschlußteile 11 ermöglicht ist.The chamber 15 of the preheater 1, which is equipped with heat-exchanging components, has, in the region of the exhaust gas inlet chamber 5 or the air inlet chamber 31, movable tube sheets 17 and 19 composed of individual end parts 11. Between the square seal members 11 made of clay or other refractory material with a high thermal resistance, are upwardly tapered joint 18, which serve to accommodate seals 20 of refractory alumina-silica fibers having a melting temperature of more than 176O 0 C. These seals 20, which retain their elasticity even at very high temperatures, are pressed together in the joints 18 with a predetermined density and create an elastic connection between the end parts 11, whereby individual mobility of the individual end parts 11 is made possible.

Der Rohrboden 19 stützt sich auf einzelnen Pfeilern 21 ab, die an den vier Ecken jedes Abschlußteiles 11 angeordnet sind (F i g. 3) und die Eckteile von vier benachbarten Abschlußteilen 11 aufnehmen. The tube sheet 19 is supported on individual pillars 21 at the four corners of each end part 11 are arranged (FIG. 3) and receive the corner parts of four adjacent end parts 11.

Zwischen dem Rohrboden 17, der mit Durchlässe 7 aufweisenden Belastungsteilen 9 versehen ist, und einem zwischen der Lufteinlaßkammer 31 und dem Auslaß 27 vorgesehenen, ebenfalls beweglichen Rohrboden 40 verlaufen eine Anzahl von Innenrohren 22Between the tube sheet 17, which is provided with load parts 9 having passages 7, and a tube sheet which is also movable and is provided between the air inlet chamber 31 and the outlet 27 A number of inner tubes 22 run through 40

ίο aus einer Siliziumkarbidverbindung. Ihre Enden sind abgeschrägt oder kugelförmig ausgebildet und liegen an komplementären abgeschrägten Sitzflächen 23 der Abschlußteile 11 infolge der Belastungsteile 9 dicht an. Durch diese Innenrohre 22, die Temperaturen bis über 14000C standhalten und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, strömen in Richtung der wellenförmig gezeichneten Pfeile die Abgase.ίο made of a silicon carbide compound. Their ends are beveled or spherical and lie tightly against complementary beveled seat surfaces 23 of the end parts 11 as a result of the load parts 9. The exhaust gases flow through these inner tubes 22, which can withstand temperatures of up to over 1400 ° C. and have a high thermal conductivity, in the direction of the arrows drawn in the form of waves.

Im Inneren der Innenrohre 22 sind Strahlungseinsätze 24 mit kreuzförmigem Profil in Stapelform beweglich angeordnet und stützen sich auf einem Flansch 25 im Inneren des unteren Abschlußteiles 11 ab. Sie setzen der Strömung der Abgase keinen nennenswerten Widerstand entgegen.In the interior of the inner tubes 22, radiation inserts 24 with a cross-shaped profile are movable in the form of a stack are arranged and are supported on a flange 25 in the interior of the lower terminating part 11 away. They do not offer any significant resistance to the flow of the exhaust gases.

Um die Innenrohre 22 befinden sich aufeinander angeordnete, aus feuerfestem Werkstoff bestehende Konvektionshülsen, welche ein Außenrohr 28 bilden und Innenrippen 29 tragen (F i g. 2). Ein zwischen Innenrohr 22 und Außenrohr 28 befindlicher Ringraum 30 steht mit der Lufteinlaßkammer 31 in Verbindung. Die durch den Ringraum 30 aufwärts strömende Verbrennungsluft fließt im Gegenstrom zu den heißen Abgasen im Innenrohr 22.Around the inner tubes 22 are arranged one on top of the other and made of refractory material Convection sleeves which form an outer tube 28 and carry inner ribs 29 (FIG. 2). One between Annular space 30 located inside tube 22 and outer tube 28 is in communication with air inlet chamber 31. The combustion air flowing upward through the annular space 30 flows in countercurrent the hot exhaust gases in the inner tube 22.

Zur Abdichtung der Lufteinlaßkammer 31 gegenüber der Kammer 15 dienen neben den Dichtungen 20 Ausnehmungen 32 in den unteren Abschlußteilen 11, in die die Außenrohre 28 hineinragen. Die Abdichtung der Außenrohre 28 ist durch Veränderung der Aufnahmetiefe ihrer Enden in den Ausnehmungen 32 variabel. Die Aufnahmetiefe sollte jedoch zur Vermeidung von thermischen Beanspruchungen in den Außenrohren 28 infolge unterschiedlicher Massenkonzentrationen in den Außenrohren 28 und den Abschlußteilen 11 nicht wesentlich die Wandstärke der Außenrohre 28 übersteigen.In addition to the seals, the air inlet chamber 31 is used to seal off the chamber 15 20 recesses 32 in the lower terminating parts 11 into which the outer tubes 28 protrude. The waterproofing the outer tube 28 is by changing the depth of its ends in the recesses 32 variable. However, the mounting depth should be in order to avoid thermal stresses the outer tubes 28 due to different mass concentrations in the outer tubes 28 and the End parts 11 do not significantly exceed the wall thickness of the outer tubes 28.

Die Außenrohre 28 und der Rohrboden 19 stützen sich über die keramischen Pfeiler 21 auf den Abschlußteilen 11 des Rohrbodens 40 ab, der auf einer Stützkonstruktion 33 ruht, die sich wiederum auf einem Fundament 34 abstützt. Zwischen dem Rohrboden 40 und dem Fundament 34 ist die Sammelkammer 26 für die Abgase vorgesehen.The outer tubes 28 and the tube sheet 19 are supported by the ceramic pillars 21 on the end parts 11 of the tube sheet 40, which rests on a support structure 33, which in turn rests on a foundation 34 is supported. The collecting chamber is located between the tube sheet 40 and the foundation 34 26 intended for the exhaust gases.

Die Außenrohre 28 dienen im wesentlichen zur Führung des Luftstromes; besondere Abdichtungseinrichtungen zwischen den einzelnen Konvektions- hülsen sind nicht erforderlich. Zur Steigerung des Wärmeüberganges sollten sie jedoch Strahlungsenergie aus den Innenrohren 22 absorbieren.The outer tubes 28 serve essentially to guide the air flow; special sealing devices between the individual convection sleeves are not required. To increase the heat transfer, however, they should be radiant energy absorb from the inner tubes 22.

Der Rekuperativvorwärmer 1 kann bei praktisch gleichem Aufbau auch für eine Wärmeübertragung nach dem Gleichstromprinzip unter Umkehr der Abgasströmungsrichtung verwendet werden, wie aus F i g. 4 hervorgeht.The recuperative preheater 1 can also be used for heat transfer with practically the same structure can be used according to the direct current principle with reversal of the exhaust gas flow direction, as shown in F i g. 4 emerges.

In diesem Fall wird die Abdichtung der Innenrohre 22 mittels Federn 35 erzielt, die in Gehäusen 36 angeordnet sind und über Stützen 37 auf die Abschlußteile des oberen Rohrbodens wirken.In this case, the sealing of the inner tubes 22 is achieved by means of springs 35, which are in housings 36 are arranged and act via supports 37 on the end parts of the upper tube sheet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (6)

1 2 Patentansprüche: . Die ?rfindufn8 Jf z[eht sich fu/ ™ Rekupera- tiworwarmer fur Verbrennungsluft fur eine Rekupe-1 2 claims:. The? Rfindufn8 Jf pulls itself out for a recuperative heater for combustion air for a recuperation 1. Rekuperativvorwärmer für Verbrennungs- rativfeuerung mit vertikal ausgerichteten, parallelgeluft für eine Rekuperativfeuerung mit vertikal schalteten, jeweils paarweise mit Abstand koaxial inausgerichteten, parallelgeschalteten, jeweils paar- 5 einander angeordneten Rohren, von denen die Inweise mit Abstand koaxial ineinander angeord- nenrohre und die Außenrohre jeweils der Gesamtheit neten Rohren, von denen die Innenrohre und die der Rohre zugeordnete Kammern für die Zuführung Außenrohre jeweils der Gesamtheit der Rohre und Abführung des Abgases bzw. der Verbrennungszugeordnete Kammern für die Zuführung und luft verbinden, und bei dem die oberen und unteren Abführung des Abgases bzw. der Verbrennungs- io Enden der Innenrohre jeweils in einen zwischen luft verbinden, und bei dem die oberen und un- einer Kammer für Abgas und Verbrennungsluft beteren Enden der Innenrohre jeweils in einen zwi- findlichen Rohrboden und die unteren Enden der sehen einer Kammer für Abgas und Verbren- Außenrohre in einen zwischen den Kammern für die nungsluft befindlichen Rohrboden und die unte- Zuführung und Abführung des einen bzw. des anderen Enden der Außenrohre in einen zwischen 15 ren Gases, oberhalb des unteren Rohrbodens der den Kammern für die Zuführung und Abfüh- Innenrohre angeordneten Rohrboden übergehen,
rung des Abgases bzw. der Verbrennungsluft, Ein derartiger Rekuperativvorwärmer ist aus der oberhalb des unteren Rohrbodens der Innen- USA.-Patentschrift 1 782 435 bekannt. Der bekannte rohre angeordneten Rohrboden übergehen, ge- Rekuperativvorwärmer, der aus metallischen Teilen kennzeichnet durch die Kombination fol- 2° aufgebaut ist und massive Rohrboden, in welchen die gender Merkmale: Enden der Innen- und Außenrohre fest eingesetzt1. Recuperative preheater for incineration relative combustion with vertically aligned, parallel air for recuperative combustion with vertically switched pipes, each paired coaxially at a distance, in parallel, each paired 5 mutually arranged tubes, of which the pipes and the outer tubes are arranged coaxially at a distance each of the entirety of the pipes, of which the inner pipes and the chambers assigned to the pipes for the supply, outer pipes each of the entirety of the pipes and discharge of the exhaust gas or the combustion-assigned chambers for the supply and air connect, and in which the upper and lower discharge of the Combustion gases or the combustion air ends of the inner tubes in each case between air, and in which the upper and lower chamber for exhaust gas and combustion air lower ends of the inner tubes each in an intermediate tube sheet and the lower ends of the see a chamber for exhaust and combustion outside nphre in a tube sheet located between the chambers for the air supply and the unte- supply and discharge of one or the other ends of the outer tubes in a gas between 15 Ren, above the lower tube sheet of the chambers for the supply and discharge inner tubes arranged tube sheet pass over,
tion of the exhaust gas or the combustion air, such a recuperative preheater is known from the US patent 1,782,435 above the lower tube sheet. The known tubes arranged tube sheet go over, recuperative preheater, which is composed of metallic parts characterized by the combination of the following 2 ° and solid tube sheet, in which the gender features: ends of the inner and outer tubes firmly inserted sind, aufweist, ist für den Betrieb bei hohen Tempe-is, is for operation at high temperatures a) Verwendung keramischen Werkstoffes für die raturen nicht geeignet.a) Use of ceramic material for the fittings is not suitable. Innenrohre (22) und Außenrohre (28), Weiterhin ist aus der französischen PatentschriftInner tubes (22) and outer tubes (28), furthermore from the French patent b) Aufbau jedes Rohrbodens (17, 19, 40) aus 25 493 632 ein für hohe Betriebstemperaturen vorgeseheaneinandergrenzenden, Rohrverschiebungen ner Rekuperativvorwärmer bekannt, der eine aus in Längsrichtung und quer dazu ermög- keramischen, übergreifend angeordneten Rohrablichenden keramischen Abschlußteilen (11) schnitten bestehende Abgasleitung aufweist, die köder Innenrohre (22) bzw. Außenrohre (28), axial innerhalb einer von einer keramischen Wandb) Construction of each tube sheet (17, 19, 40) from 25 493 632 an adjoining one provided for high operating temperatures, Pipe displacements ner recuperative preheater known, which is made of a longitudinally and transversely made possible ceramic, overlapping pipe ends ceramic end pieces (11) cut existing exhaust pipe, the bait Inner tubes (22) or outer tubes (28), axially within one of a ceramic wall c) Abstützung der Abschlußteile (11) der 30 umgebenen Luftzuführung angeordnet ist. Die Rohr-Außenrohre (28) auf dem unteren Rohr- abschnitte neigen im Bereich ihrer übergreifenden boden (40) der Innenrohre (22) und Auf- Teile zu temperaturbedingter Rißbildung und geliegen dieses Rohrbodens (40) auf einer währleisten keine einwandfreie Abdichtung.
Stützkonstruktion (33), Schließlich sind aus der deutschen Auslegeschriftc) support of the end parts (11) of the 30 surrounding air supply is arranged. The tube outer tubes (28) on the lower tube sections tend to temperature-related cracking in the area of their overlapping bottoms (40) of the inner tubes (22) and parts and if this tube sheet (40) does not guarantee a perfect seal.
Support structure (33), finally are from the German interpretation d) Ausbildung einer Belastungseinrichtung, mit 35 1 064 538 gegossene Wärmeaustauscherrohre bederen Hilfe Abschlußteile (11) auf die obe- kannt, deren aneinandergrenzende, Rohrverschieren Enden der Innenrohre (22) gedrückt bungen in Längsrichtung und quer dazu ermögwerden. lichende, kompensatorartig ausgebildete Abschlußteile zu einem Rohrboden zusammengeschweißt sind.d) Formation of a loading device with 35 1,064,538 cast heat exchanger tubes Help the closing parts (11) on the above-mentioned, their adjoining, pipe shearings Ends of the inner tubes (22) are pressed in the longitudinal direction and transversely to it. Lichende, compensator-like end parts are welded together to form a tube sheet. 2. Rekuperativvorwärmer nach Anspruch 1, 40 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen dadurch gekennzeichnet, daß die aneinander- Rekuperativvorwärmer der eingangs genannten Art grenzenden Abschlußteile (11) zwischen ihren zu entwickeln, der einen Betrieb bei hohen Tempeseitlichen Begrenzungen keilförmig sich nach raturen unter Aufrechterhaltung einer einwandfreien oben verjüngende, der Aufnahme elastischer ke- Abdichtung zwischen der wärmeabgebenden und ramischer Dichtungen (20) dienende Fugen (18) 45 wärmeaufnehmenden Seite ermöglicht.2. Recuperative preheater according to claim 1, 40 The invention is based on the object of a characterized in that the recuperative preheaters of the type mentioned above adjoining closing parts (11) between their develop, which allows operation at high tempo lateral Limits wedge-shaped according to raturen while maintaining a flawless tapering at the top, the inclusion of elastic ke sealing between the heat-emitting and Ramischer seals (20) serving joints (18) 45 allows heat-absorbing side. bilden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch dieform. This object is achieved according to the invention by the 3. Rekuperativvorwärmer nach Anspruch 1 Kombination folgender Merkmale erreicht, nämlich oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab- durch die Verwendung keramischen Werkstoffes für schlußteile (11) der Außenrohre (28) einen qua- die Innenrohre: und Außenrohre, durch den Aufbau dratischen Umriß aufweisen und auf vier kera- 50 jedes Rohrbodens aus aneinandergrenzenden, Rohrmischen Pfeilern (21) ruhen, die jeweils die vier verschiebungen in Längsrichtung und quer dazu erEcken aneinandergrenzender Abschlußteile (11) ■ möglichenden keramischen Abschlußteilen der Innentragen, rohre bzw. Außenrohre, durch die Abstützung der3. Recuperative preheater according to claim 1 combination of the following features achieved, namely or 2, characterized in that the down through the use of ceramic material for the end parts (11) of the outer tubes (28) a qua- the inner tubes : and outer tubes, through the structure dratic Have outline and rest on four ceramic 50 of each tube sheet of adjoining, mixed pipe pillars (21), each of the four displacements in the longitudinal direction and transversely to erEcken adjoining end parts (11) ■ possible ceramic end parts of the inner girders, pipes or outer pipes through the Support of the 4. Rekuperativvorwärmer nach Anspruch 1, Abschlußteile der Außenrohre auf dem unteren dadurch gekennzeichnet, daß die in die Abschluß- 55 Rohrboden der Innenrohre und.das Aufliegen dieses teile (11) ragenden Enden der Innenrohre (22) Rohrbodens auf einer Stützkonstruktion und durch und die zugeordneten Sitzflächen (23) der Ab- die Ausbildung einer Belastungseinrichtung, mit schlußteile (11) kegelstumpfförmig ausgebildet deren Hilfe Abschlußteile auf die oberen Enden der sind. Innenrohre gedrückt werden. Der durch eine der-4. Recuperative preheater according to claim 1, end parts of the outer tubes on the lower characterized in that the end 55 tube sheets of the inner tubes und.das resting on this parts (11) protruding ends of the inner tubes (22) tube sheet on a support structure and through and the associated seat surfaces (23) of the ab- the formation of a loading device, with closing parts (11) designed frustoconically whose help closing parts on the upper ends of the are. Inner tubes are pressed. The one of the 5. Rekuperativvorwärmer nach Anspruch 1, 60 artige Ausbildung erzielbare technische Fortschritt dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsein- besteht darin, daß bei den keramischen Innen- und richtung aus mehreren mit Durchlässen (7) ver- Außenrohren jeweils gesondert temperaturbedingte sehenen keramischen Belastungsteilen (9) besteht. Längen- und Lageänderungen der Rohre durch die5. Recuperative preheater according to claim 1, 60-like training achievable technical progress characterized in that the load consists in that the ceramic inner and direction of several with passages (7), each with separate temperature-dependent outer pipes see ceramic load parts (9). Changes in length and position of the pipes through the 6. Rekuperativvorwärmer nach Anspruch 1, gegeneinander beweglichen, die Rohrboden bildenden dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsein- 65 Abschlußteile unter Vermeidung von Undichtigkeiten richtung aus vertikal angeordneten, federbelaste- und Beschädigungen ausgeglichen werden.6. Recuperative preheater according to claim 1, mutually movable, forming the tube sheet characterized in that the loading components 65 terminating parts while avoiding leaks direction of vertically arranged, spring-loaded and damage to be compensated. ten Stützen (37) besteht. Die aneinandergrenzenden Abschlußteile können zwischen ihren seitlichen Begrenzungen keilförmigth supports (37) consists. The adjoining terminating parts can wedge-shaped between their lateral boundaries
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