DE1751518A1

DE1751518A1 - Roehrenwaermetauscher

Info

Publication number: DE1751518A1
Application number: DE19681751518
Authority: DE
Inventors: Pearce Roy George
Original assignee: Foster Wheeler John Brown Boilers Ltd
Current assignee: Foster Wheeler John Brown Boilers Ltd
Priority date: 1967-06-15
Filing date: 1968-06-12
Publication date: 1971-07-08
Also published as: ES354995A1; NL6808374A; GB1212526A; US3504739A

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. Walter Meissner

Dipl. Ing. Herbert Tischer München, 12. Juni 1968 Büro München
München 2, Tal 71

Foster Wheeler John Brown Boilers Limited, London (Großbritannien)

Röhrenwärmetauscher

Die Erfindung "betrifft einen Röhrenwärmetauscher, bei dem der Wärmetausch zwischen einem durch die Rohre strömenden Fluidum und einem anderen die Rohre innerhalb der Trommel des Wärmetauschers umströmenden Fluidum erfolgt·

Ein typischer Röhrenwärmetauscher besteht aus einer Trommel und einer großen Anzahl in dieser angeordneten Rohren, die parallel zur Längsachse der !Trommel liegen. Die Enden der Rohre sind in Rohrwände eingesetzt, die die Trommel in Endkammern für die Zufuhr und Abfuhr des durch die Rohre strömenden Fluidums und einen Wärmetauschbereich unterteilen, der das andere Fluidum enthält und durch den sich die Rohre erstrecken·

Wenn die Druck- und Temperaturunterschiede zwischen den beiden Fluida nicht besonders hoch sind, arbeitet ein solcher Wärmetauscher völlig zufriedenstellend· Ist dies jedoch nicht der Fall, so entstehen ernste Problame. Wenn beispielsweise ein großer Druckunterschied zwischen den beiden Fluida vorhanden ist, werden dicke Rohrwände be-

109828/0894

BAD ORIGINAL

nötigt, und wenn das durch die Rohre strömende Pluidum viel heisser als das andere Fluidum ist, unterliegt eine dicke Rohrwand am Einlaß des heissen Fluidums einem großen Temperaturunterschied und ist außerdem noch mit dem sehr heissen Pluidum in Berührung·

Diese Verhältnisse liegen häufig in chemischen Anlagen vor, wo Wärme aus Gasen hoher Temperatur, beispielsweise I26o° C (2500 F), mittels eines Fluidums wiedergewonnen werden soll, das eine Temperatur von etwa 26o° C (500 F) hat· In einem solchen Fall ist es wesentlich, die Rohrwand gegen die glühendheissen Gase abzuschirmen* Dies wurde bisher dadurch bewirkt, daß die den heissen Gasen ausgesetzte Fläche der Rohrwand mit einer Schicht aus hitzebeständigem Material ausgekleidet wurde und Hülsen oder Rohrstummel in diese Schicht aus hitzebeständigem Material eingesetzt wurden, um die heissen Gase in die Rohre des Wärmetauschers zu führen. Bei dieser Lösung entstehen aber auch noch Probleme, weil die Hülsen oder Rohrstummel bei den hohen Temperaturen, denen sie ausgesetzt sind, leicht wegbrennen·

Die Aufgabe der Erfindung ergibt sich aus diesen Problemen und liegt darin, einen Aufbau zu schaffen, bei dem die dem eintretenden heissen Fluidum ausgesetzten Rohrwände zuverlässig gegen die Hitzeeinwirkung geschützt wird·

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor der Rohrwand eine durch ein Kühlmittel gekühlt· Schutzwand angeordnet ist, die mit Durchgängen für das heisse Fluidum versehen ist und deren Vorder- und Rückwand miteinander in Verbindung und damit unter etwa gleichem Druck stehen»

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Schutzwand in geringem Abstand vor der Rohrwand angeordnet und die Durchgänge führen das heisse Fluidum in die Rohre

109828/0694 v^ I ^aH J BAO OWGtNAl

des Wärmetauschers ein·

Die Schutzwand schirmt die Fläche der Rohrwand gegenüber dem sehr heissen Fluidum ab, so daß die !Rohrwand so dick ausgeführt werden kann, um den vorhandenen Druckunterschieden zu widerstehen, ohne daß sie auch noch durch eine hohe Temperaturdifferenz beansprucht wird. Andererseits kann die Schutzwand dünn ausgeführt werden, weil sie keine Druckdifferenz auszuhalten hat und, da sie vorzugsweise durch eine Flüssigkeit gekühlt wird, in keinem Teil auf eine übermäßig hohe Temperatur kommt bzw· einem großen Temperaturunterschied ausgesetzt ist«

Die Schutzwand wird gewöhnlich mittels Wasser gekühlt· In diesem Fall kann eine nut«bringende zusätzliche Dampfmenge erhalten werden·

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung« Es zeigt:

Fig· 1 einen Längsschnitt durch einen Röhrenwärmetauscher;

Fig. 2 einen Teilschnitt auf der Einlaßseite des Röhrenwärmetauschers nach Fig. 1 in größerem Maßstab·

Der dargestellte Wärmetauscher 1o besteht au· einer zylindrischen Trommel 12 und einer großen Zahl darin angeordneter Bohre 14- »wischen zwei Bohrwänden 16· Di· Rohre sind mit den Rohrwänden 16 in beliebiger Weise, beispielsweise durch Schweissen oder Einwalzen, verbunden«

Die Bohrwände 16 unterteilen den Innenraum der Trommel 12 in einen Wärmetauschbereich 18 und eine Einlaßkammer sowie eine Auslaßkammer 21« Ein Strom sehr heisser Gase wird der Einlaßkammer 2o zugeführt· Di· Gas· durchströmen

w, ;.:■■..-,. r ORIGINAL INSPECTED

die Rohre 14 und geben ihre Wärme an ein Fluidum, beispielsweise Wasser, ab, das durch den Wärmetauschbereich 18 fließt«

Vor der Rohrwand 16 befindet sich eine den sehr heissen Gasen ausgesetzte Schutzwand 22, die in kleinem Abstand von der Rohrwand 16 liegt und aus einem Paar dünnwandiger, kreisförmiger Platten 24 besteht, die in geringem Abstand voneinander liegen und damit eine Kühlkammer 26 bilden, die durch einen Ring 28 vervollständigt wird, an dem die beiden Platten 24 befestigt sind· Kurze Rohrstummel 3o erstrecken sich quer durch die beiden Platten 24 und ragen gerade in die Enden der Rohre 14 hinein, so daß die heissen Gase aus der Einlaßkammer 2o in die Rohre 14 stjpömen können· Die Rohrstummel 3o sitzen lose bzw· mit Spiel in den Enden der Rohre 14, so daß der Druck in dem Spalt 32 zwischen der Rohrwand 14 und der Schutzwand 22 im wesentlichen derselbe ist wie in der Einlaßkammer 2o· Auf diese Weise unterliegt die Schutzwand 22 keiner Druckdifferenz, sie kann daher aus dünnem Material bestehen·

Die Kühlflüssigkeit für die Schutzwand 22, vorzugsweise Wasser, wird durch Leitungen 34- zugeführt und abgeführt (nur eine Leitung 34 ist in Fig. 2 dargestellt)· Diese Leitung 34 ist am Ende mit einem Anschlußflansch 36 versehen, der mit einem weiteren Anschlußflansch 38 am Ende eines kurzen Rohrs 4o verbunden ist, das aus der Trommel 12 herausgeführt ist· Das kurze Rohr 4o geht durch eine Schicht aus hitzebeständigem Material hindurch, das die innere Wand der Trommel 12 schützt·

Die Schutzwand 22 wird durch Vordrücken in ihre Betriebslage gebracht, so daß sie einen lockeren Sitz innerhalb des hitzebeständigen Materials 42 hat· Die Anschlußflansche 36 und 38 werden dann miteinander verbunden, um die Schutzwand 22 in der Betriebslage zu halten und den Kühlflüssigkeitskreislauf zu schließen· Dieses einfach·

109828/0694

ORIQiNAt. INSPECTED

Einsetzen ermöglicht auch ein einfaches Herausnehmen der Schutzwand 22, wenn diese ersetzt oder bei Beschädigungen durch die heissen Gase repariert werden muß·

Die Anschlußflansche 36 und 38 liegen in dem hitzebeständigen Material 4-2 eingebettet, so daß sie gegen Wegbrennen geschützt sind. Wenn die Schutzwand 22 eingesetzt oder herausgenommen werden soll, kann ein Teil des hitze beständigen Material weggebrochen werden und die Schicht des hitzebeständigen Materials wird dann nach dem Einsetzen der Schutzwand 22 wieder vervollständigt.

Da die Platten 24 der Schutzwand 22 und die Rohrstummel 3o dünn sind, können sie durch die Kühlflüssigkeit angemessen kühl gehalten werden, obwohl die Schutzwand 22 den sehr heissen Gasen ausgesetzt ist· Zugleich wird die Rohrwand gegenüber den heissen Gasen abgeschirmt, und selbst wenn entweder um die Ränder der Schutzwand 22 herum oder durch die Rohrstummel 3o hindurch eine gewisse Menge der heissen Gase in den Spalt 32 gelangt, wird diese Gasmenge durch den Kontakt mit der hinteren Platte 24 schnell heruntergekühlt· In der ganzen Rohrwand 16, die notwendigerweise ziemlich dick sein muß, um den Druckunterschied zwischen den Fluida in den Einlaß- und Auslaßkammern 2o bzw· 21 und dem Wärmetauachbereich 18 auszuhalten, ergeben sich also " keine großen Temperaturunterschiede.

Der Spalt 32 zwischen der Rohrwand 16 und der Schutzwand 22 kann entweder leer bleiben, wie dies auf der Zeichnung dargestellt ist, oder er kann eine Schicht aus isolierendem oder hitzebeständigem Material enthalten·

Das Festlegen der Schutzwand 22 kann auch auf andere Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Schutzwand 22 an der Innenwand der Trommel mittels flexibler Anschluß- bzw· Dichtungseinrichtungen angebracht werden·

109828/0694

ORIGINAL INSPECTED

·» ο —

Die Kühlflüssigkeit kann durch die Kühlkammer 26 zwangläufig oder durch Thermosyphonwirkung zirkulieren· Um eine gleichmäßigere Verteilung der Kühlflüssigkeit in der Kammer 26 und damit eine gleichmäßigere Kühlung über den ganzen Bereich der Platten 24 zu gewährleisten, können in der Kammer 26 Durchgänge oder Leitflächen vorgesehen werden ο Als Kühlflüssigkeit wird vorzugsweise V/asser benutzt, wobei eine nutzbringende zusätzliche Dampfmenge erhalten werden kann· Wenn das im Wärmetauschbereich 18 erhitzte Fluidum Wasser ist, kann das Kühlwasser für die Schutzwand 22 von dem dem Wärmetauschbereich 18 zugeführten V/asser abgezweigt und das erhitzte Wasser oder der Dampf mit dem im Wärmetauschbereich 18 erhitzten Wasser gemischt werden.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel können Verbesserungen, Änderungen oder der Ersatz einzelner Teile vorgenommen werden. In bestimmten Fällen können einig· Einzelheiten der Erfindung ohne entsprechende Benutzung anderer Einzelheiten angewendet werden. Demgemäß sind die Patentansprüche so weit gefaßt, wie dies dem Erfindungsgedanken entspricht·

109828/0694

INSPfiCTED

Claims

1 7b 1518 München, 12. Juni 1968 er Patentansprüche

1. Röhrenwärmetauscher, dessen Rohre auf der Einlaßseite in eine dem heissen IPluidum ausgesetzte Rohrwand eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Rohrwand (16) eine durch ein Kühlmittel gekühlte Schutzwand (22) angeordnet ist, die mit Durchgängen (3o) für das heisse Fluidum versehen ist und deren Vorder- und Rückwand miteinander in Verbindung und damit unter etwa gleichem Druck stehen·

2· Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schutzwand (22) in geringem .abstand (52) vor der Rohrwand (16) angeordnet ist und die Durchgänge (3o) das heisse J?luidum in die Rohre (14·) des Wärmetauschers einführen.

3« Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenwand der Trommel (12) des Wärmetauschers (1o) innerhalb der durch die Rohrwand (16) in der Trommel (12) abgetrennten Einlaßkammer (2o) mit einer üchicht (42) aus hitzebeständigem Material ausgekleidet ist«

4. Röhrenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

109828/069/,

ORIGINAL INSPECTED

-Jt-

daß die Schutzwand (22) aus einen P_aar Platten (24) besteht, die in Abstand voneinander liegen und eine Kammer (26) für den Durchgang des Kühlmittels bilden.

5« Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß in der Kammer (26) Leitflächen zur gleichmäßigen Verteilung des Kühlmittels -«Orgesehen sind·

6. Röhrenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgänge der Schutzwand (22) durch Rohrstummel (3o) gebildet sind, dl· in die Enden der Bohre (14) des Wärmetauschere (io) hineinragen.

7· Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrs tumael (Jo) mit Spiel in den Enden der Rohre (14) sitzen·

103828/0694

ORIO)NAt INSPECTED

Le e rs e i te

yiriO