DE1802286B2 - Roehren-waermetauscher fuer die kuehlung von rauchgasen aus feuerungsanlagen - Google Patents

Description

1 80228Ό

kannten Gattung eine mit niedrigen Einrichtungsund Betriebskosten besonders betriebssicher kuszubildende Bauweise mit einer wirksamen Regelung der Rauchgasaustrittstemperatur zu finden.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs bezeichneter, bekannten Art von Wärmelauschern, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die in den Röhren geführten Rauchgase der Eintrittsstutzen unten und der Austrittsstutzen oben, und für die Kühlluft zwei Eintrittsstutzen auf einer Seite und zwei Austrittsstutzen auf der gegenüberliegenden Seite am Gehäuse angeordnet sind, daß in diesem durch eine annähernd auf halber Höhe der sich vertikal erstreckenden Röhren, die an ihrem unteren Ende in einen unteren Rohrboden eingeschweißt und an ihrem oberen Ende mit Spiel durch einen oberen Rohrboden geführt sind, senkrecht zu den Rohrachsen verlaufende Zwischenwand die Kühlluftwege in Parallelschaltung für einen unteren Grundluftstrom und einen oberen Regelluftstrom gebildet sind und daß jedem dieser beiden Kühlluftwege je ein Ventilator zugeordnet ist und eine Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung des Luftdurchsatzes in Abhängigkeit eines Sollwertes für die Austrittstemperatur der gekühlten Rauchgase lediglich in dem oberen Eintrittsstutzen für die Kühlluft vorgesehen ist, wobei die Röhren in Richtung der beiden Kühlluftwege fluchtend angeordnet sind.

Diese Führung der Rauchgase in den Röhren und deren fluchtende Anordnung ergibt auf Grund der einfachen rauchgas- und luftseitigen Reinigungsmöglichkeit niedrige Betriebskosten. Auch die Führung der Rauchgase von unten nach oben trägt hierzu bei und senkt darüber hinaus auch die Einrichtungskosten, weil dann der Wärmetauscher ohne Rauchgasumlenkung direkt auf die Feuerung gesetzt werden kann, was einerseits die Baukosten verringert, andererseits durch kleinen Rauchgasdruckverlust auch den Aufwand für den erforderlichen Rauchgaszug niedrig hält. Die an einem Ende der Röhren feste und am anderen Ende bewegliche Halterung der Röhren wird den auftretenden Wärmedehnungen gerecht und trägt so wesentlich zur betriebssicheren Ausbildung des Wärmetauschers bei. Die vorgeschlagene Führung der Kühlluft vermeidet Umlenkungen im Kühlluftstrom und senkt so die Kosten für den Venti^torantrieb. Das Aufteilen der Kühlluftförderung auf zwei ungefähr gleich starke Ventilaioren erhöht zwar einerseits die Einrichtungskosten, senkt jedoch andererseits durch die Möglichkeit, den Giundtuftstrom stets ungedrosselt zu lassen, erheblich die Betriebskosten. Durch die Regelung des Kiihlluftstromcs allein in der rauchgasaustrittsseitigen Hälfte des Wärmetauschers kann die Rauchgasaustrittstemperatur auch erheblich sicherer in Bezug auf die zu vermeidende Tautemperatur und die damit verbundene Gefahr von Korrosionen beherrscht werden.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sollen an Hand von Ausführungsbeispielen der letzteren erläutert werden.

Tn der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Röhren-Wärn,";tauschers nach der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1a den Röhren-Wärmetauscher, in einem Längsschnitt,

F i g. 1 b den Röhren-Wärmetauscher der F i g. 1 a, in einer Stirnansicht, nach dem Pfeil B der Fig. L Fig. Ic den Röhren-Wärmetauscher der Fig, Is, in einem Horizontalschnitt nach der Linie C-C der Fig. 1,
Fig. 2 die Anordnung des Röhren-Winrietau-

schers auf einem Müllverbrennungsofen, in einem Längsschnitt durch den letzteren,

Fig. 3a eine andere Ausführung der Röhren im Längsschnitt durch eine Röhre, und
Fig. 3b die Röhre der Fig. 3a, in einem Querschnitt.

In F i g. 1 sind der Röhren-Wärmetauscher allgemein mit WA, sein aus Stahlblech bestehendes Gehäuse mit 1, der untere Rohrboden mit 2' und der obere Rohrboden mit 2 bezeichnet. In Reihen fluchtend angeordnete Röhren 3, die ebenfalls aus Stahl bestehen und sich vertikal erstrecken, sind mit ihren unteren Enden im unteren Rohrboden 2' eingeschweißt, während ihre oberen Enden mit geringem Spiel sowohl durch df" oberen Rohrboden 2 als

auch durch eine horizontale Zwischenwand 7 hindurchgeführt sind, so daß die Röhren 3 sich unter Vermeidung schädlicher Einwirkungen infolge einer ungleichmäßigen Wärmedilatation der Röhren frei nach oben hin ausdehnen können. Die Zwischenwand 7 ist etwa auf halber Höhe der Röhren 3 senkrecht zu deren Achsen A angeordnet. Mit 4 ist der Austrittsstutzen für die Rauchgase, mit 6 der untere und mit 6' der obere Eintrit'sstutzen für die beiden Teilströme der Kühlluft und mit 5 bzw. 5' sind die beiden entsprechenden Austrittsstutzen für die beiden Kühlluft-Teilströme bezeichnet.

Die heißen Rauchgase, deren Temperatur auf etwa 800^c C begrenzt ist, wie später mehr im einzelnen erläutert werden soll, treten von unten in die Röhren 3 des Wärmetauschers WA ein, wie dies in Fig. 1 mit Pfeilen 10 angedeutet ist, durchströmen dann die Röhren 3 von unten nach oben, wobei sie derart abgekühlt werden, daß ihre Temperatur in der Höhe der Zwischenwand 7 etwa 500° C und an dem durch Pfeile 11 angedeuteten Austritt aus dem Wärmetauscher WA nur noch etwa 350° C beträgt.

Ein Ventilator 13 saugt den unteren Kühlluftstrom

an, wie dies in Fig. 1 mit Pfeilen 12 angedeutet ist.

und fördert diesen Teilluftstrom, der im folgenden als Grundluftstrom bezeichnet werden soll, über den unteren Eintrittsstutzen 6 auf einem geradlinigen Wege quer zu den Röhren 3 in und durch das Gehäuse 1 des Wärmetauschers WA, wo diese Luft auf etwa 150" C erwärmt wird und dann i'ber den unteren Austrihsstutzen 5 aus dem Wärmetauscher WA austritt, wie dies in Fig. 1 mit Pfeilen 14 angedeutet ist.

Ein zweiter Ventilator 17 saugt den oberen Kiihlluftstrom an. wie dies in Fig. 1 mit Pfeilen 15 angedeutet ist, und zwar über eine Durchsatzregelvorrichtuiig, d. h. einen Mengenregler 16. der in Fig. 1 als Jalousienregler ausgebildet ist. Dieser obere Teilluftstrom, der im folgenden als Regelluftstrom bezeichnet werden soll, wird vom Ventilator 17 über den oberen Eintrittsstutzen 6 ebenfalls auf einem geradlinigen Wege quer zu den Röhren 3 in und durch das Gehäuse Ϊ gefördert, wobei diese Luft auf etwa 150° C erwärmt wird und dann über den oberen Austrittsstutzen S' aus dem Wärmetauscher WA austritt, wie dies in Fig. 1 mit Pfeilen 14' angedeutet ist.

Durch die senkrecht zu den Rohrachsen A verlaufende Zwischenwand 7 werden also zwei einander

parallelgeschaltete Kühlluftwege 12-14 und 15-14' für einen unteren Grundluftstrom und einen oberen Regelluftstrom gebildet.

Die beiden aus dem Wärmetauscher austretenden Kühlluftströme 14 und 14' können in einem in F i g. 1 nicht dargestellten gemeinsamen Abzugsrohr vereinigt und entweder in die Atmosphäre abgeleitet oder aber, bei besonders minderwertigem und/oder feuchtem Müll, als vorgewärmter Unterwind unter den Rost der Müllfeuerung geleitet werden.

Die Öffnung und Schließung des Mengenreglers 16 und damit die Luftmenge des oberen Regelluftstromes 15-14' wird in Abhängigkeit eines Sollwertes für die Austrittstemperatur der gekühlten Rauchgase bei 11 gesteuert, um diese Temperatur auf einem Sollwert von etwa 35O°C zu halten.

F i g. 2 zeigt die Anordnung des hier mit 107 bezeichneten Röhren-Wärmetauschers auf einem Müllverbrennungsofen. Mit 100 ist das Mauerwerk des Müllverbrennungsofens bezeichnet, mit 101 der Ein- ao füllschacht für den zu verbrennenden MUH, mit 102 der Verbrennungsrost, mit 103 der ungekühlte Feuerraum des Ofens, mit 104 das Rückführungsgewölbe der Feuerung und mit 105 die Eintrittsöffnung für kalte Sekundärluft 109, mittels welcher die Tem- %s peratur der Rauchgase an einer Stelle 108 bei ihrem Eintritt in den Wärmetauscher 107 auf maximal 800^: C begrenzt wird. Hierbei kann die Beimischung der Sekundärluft 109 in Abhängigkeit eines Sollwertes für die Rauchgastemperatur an einer Rauchgasaustrittsöffnung 106 des Ofens selbsttätig gesteuert werden. Am Abwurfende des Verbrennungsrostes 102 schließt sich ein Fallschacht 115 an, über welchen die unbrennbaren Reste, d. h. Schlacken und Asche, aus dem Ofen austreten.

Die Rauchgase treten über die Rauchgasaustrittsöffnung 106 des Ofens in den Röhren-Wärmetauscher 107 ein und oben aus diesem, auf etwa 350° C abgekühlt, wieder aus, wie dies in F i g. 2 durch Pfeile 110 angedeutet ist. In Fig. 2 sind der untere Grundluftstrom mit 111-112 und der obere Regelluftstrom mit 113-114 bezeichnet Diese beiden einander parallelen Kühlluftströme treten bei 111 bzw.

113 mit einer Temperatur von etwa 20^? C in den Röhren-Wärmetauscher 107 ein und bei 112 bzw.

114 mit einer Temperatur von etwa 150° C aus ihm aus, wonach sie entweder in die freie Atmosphäre ausgestoßen oder als vorgewärmter Unterwind unter den Verbrennungsrost 102 der Müllfeuerung geleitet werden.

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführung der Röhren des Wärmetauschers. Die aus Stahl bestehenden Röhren, von denen in Fi g. 3 a eine in einem Längsschnitt und dieselbe in Fig. 4b in einem Querschnitt dargestellt und mit 200 bezeichnet ist, sind mit breiten, aus Stahlblech bestehenden, rechteckigen Ripper 201 versehen. Die Rippen 201 sind in einander gleichen Abständen, zu der mit A bezeichneten Achs< der Röhre 200 sich senkrecht erstreckend, außen ar den Röhren 200 angeschweißt, wodurch die al: Kühlfläche für die Rauchgase dienende Wärmeübertragungsfläche der Röhren 200 wesentlich vergrößert wird, so daß der Röhren-Wärmetauscher besonders kompakt gebaut werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei genügend breiten Ripper 20 und der Rippenbreite entsprechendem Achsabstand der Achsen A der Röhren 200 praktisch voneinander abgegrenzte, waagerecht verlaufende parallele Durchströmkanäle für die Kühlluft geschaffer und dadurch die beiden Teilströme der Kühlluft gui in Querrichtung zu den Röhren 200 geführt werder und daß auf die Zwischenwand 7 (vgl. Fig. la) sogar verzichtet werden kann, weil zugleich durch eine Reihe von auf gleicher Höhe liegenden, aufeinanderfolgenden Rippen 201 in derjenigen horizontaler Ebene, in welcher die beiden Eintrittsstutzen 6 und 6 für die Kühlluft aneinandergrenzen, selber die Zwischenwand zwischen den beiden Kühlluftwegen gebildet ist.

Der zuvor beschriebene Röhren-Wärmetauschei zeichnet sich aus durch eine kompakte, billige Bauweise, hohe spezifische Wärmeübertragung, beding! durch den Durchfluß der Kühlluft quer zum Röhrensystem, durch die damit verbundene hohe Oberflächenleistung des Röhrensystems, durch den geringen Druckverlust des Rauchgasstromes dank der verhältnismäßig geringen Länge der Rauchrohre sowk durch den ebenfalls geringen Druckverlust des Kühlluftstromes selbst bei hohen Durchflußgeschwindigkeiten infolge des kurzen Strömungsweges, des Fortfalls von Umlenkungen und Querschnittsveränderungen sowie der fluchtenden Anordnung der Röhren. Durch die Aufteilung des Kühlluftstromes in zwei parallele Teilströme, von denen der eine als Grundluftstrom ohne Regulierung verwendet, d. h. nur dei andere Teilstrom als Regelluftstrom mengenmäßig gesteuert wird, kann eine feinfühlige Regelung und Einhaltung der Austrittstemperatur der Rauchgase erzielt werden.

Statt den Luftmengenregler, wi" in F i g. 1 gezeigt und zuvor beschrieben, als Jalousienregler 16 auszubilden, könnte er auch als Regelklappe oder Drallregler ausgebildet sein.

Es kann auch eine Regelvorrichtung für die Drehzahl des dem oberen KübJluftweg 15-14' bz\v. 113-114 zugeordneten Ventilators 17. zur Mengenregelung des Luftdurchsatzes nur auf diesem Kuhlluftweg, vorgesehen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

L· 1 2 Patentansprüche' lators auf zwei parallel zueinander und etagenartig ' getrennt übereinander angeordneten, quer zum Strom

1. Röhren-Wärmetauscher für die Kühlung der in vertikaler Richtung geführten Rauchgase Hevon Rauchgasen aus Feuerungsanlagen, bei dem genden geradlinigen Kühlluftwegen geführt i^-t, alle Kühlluft mittels eines Ventilators auf zwei par- s Röhren des Wärmetauschers an ihren Enden durch allel zueinander und etagenartig getrennt über- einen sie gegenseitig voneinander distanzierenden einander angeordneten, quer zum Strom der in Kopfteil verbunden sind, sowie Ein- und Austrittsvertikaler Richtung gerührten Rauchgase liegen- stutzen für die Kühlluft seitlich am Gehäuse des den geradlinigen Kühlluftwegen geführt ist, alle Wärmetauschers angeordnet sind.

Röhren des Wärmetauschers an ihren Enden io Bei einem bekannten Wärmetauscher dieser Gatdurch einen sie gegenseitig voneinander distan- tung läßt sich insbesondere in Müllverbrennungszierenden Kopfteil verbunden sind, sowie Ein- anlagen die Kühlwirkung nur schwierig an die wech- und Austrittsstutzen für die Kühlluft seitlich am selnden Leistungs- und Temperaturverhältnisie anGehäuse des Wärmetauschers angeordnet sind, passen, weil mit den üblichen Regelorganen, wie dadurch gekennzeichnet, daß für die 15 z.B. Drosselklappen oder -jalosien, der an sich erin den Röhren (3 bzw. 200) geführten Rauch- hebliche Kühlluftstrom und somit dessen Kühlwirgase der Eintrittsstutzen unten und der Austritts- kung bekanntlich nur in beschränktem Ausmaß gestutzen (4) oben, und für die Kühlluft zwei Ein- regelt werden kann, so daß sich im Betrieb schwantrittsstutzen (6, 6') auf einer Seite und zwei Aus- kende Austrittstemperaturen der Rauchgase ergeben, trittsstutzen (5, 5') auf der gegenüberhegenden 20 was zu Taupunktsunterschreitungen und damit zu Seite am Gehäuse (1) angeordnet sind, daß in Korrosionen führen kann. Ferner sind bei diesem diesem durch eine annähernd auf halber Höhe bekannten Röhren-Wärmetauscher die Energieder sich vertikal erstreckenden Röhren, die an kosten für den Ventilatorantrieb wegen der Umihrem unteren Ende in einen unteren Rohrboden lenkungen im Kühlluftstrom, wie auch wegen des (2') eingeschweißt und an iUrem oberen Ende mit 25 langen Weges des letzteren relativ hoch, und wegen Spiel durch einen oberen Rohrboden (2) geführt der Führung der Rauchgase von üben nach unten sind, senkrecht zu den Rohrachsen (A) verlau- sind infolge des dadurch bedingten Zugverlustes die fende Zwischenwand (7 bzw. 201) die Kühlluft- Kosten für den Antrieb des Saugzugventilators für wege (12-?4 und 15-14' bzw. 111-112 und die Rauchgase ebenfalls entsprechend hoch, wobei 113-114) in Parallelschaltung für einen unteren 30 die Einrichtungskosten und Betriebskosten für den GrundluftGtrom und einen oberen Regelluftstrom Rauchgassaugzug auch schon deshalb höher ausgebildet sind und dak jedem dieser beiden Kühl- fallen, weil der Wärmetauscher wegen der in ihm Iuftwege je ein Ventilator ^13, 17) zugeordnet von oben nach unten geführten Rauchgase nicht ist und eine Vorrichtung (16) zur selbsttätigen direkt auf die Feuerung aufgesetzt werden kann Regelung des Luftdurchsatzes in Abhängigkeil 35 (österreichische Patentschrift 148 381).
eines Sollwertes für Austrittstemperatur der ge- Bei einem anderen bekannten, in eine Dampfkeskühlten Rauchgase (11) lediglich in dem oberen selfeuerung eingebauten RöfcA.n-Wärmetauscher ist Eintrittsstutzen (6') für die Kühlluft vorgesehen für die in den Röhren einer vertikalen Rohrgruppe ist. wobei die Röhren (3 bzw. 200) in Richtung geführten Rauchgase der Eintrittsstutzen unten und der beiden Kühlluftwege (12-14 und 15-14' bzw. 40 der Austrittsstutzen oben angeordnet, wobei die Röh- 111-112 und 113-114) fluchtend angeordnet ren durchgehend mehrere waagerechte Kühlluftzüge sind. durchqueren, welche durch senkrecht zu den Rohr-

2. Röhren-Wärmetauscher nach Anspruch 1, achsen verlaufende Zwischenwände gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch breite, sich und an ihren unteren und oberen Enden durch Rohrsenkrecht zur Rohrachse (A) erstreckende, in 45 boden gehalten und voneinander distanziert sind; Abständen voneinander an den Röhren (200) aber auch bei diesem Wärmetauscher sind zahlreiche angeschweißte rechteckige Rippen (201) und, Umlenkungen im Kühlluftstrom vorhanden, so daß, einen der Rippenbreite entsprechenden Rohr- weil zudem der zickzackförmig geführte Kühlluftabstand praktisch voneinander abgegrenzte, hori- weg sehr lang ist, auch dort die Kosten für den Luftzontal verlaufende parallele Durchströmkanäle 50 gebläseantrieb recht hoch sind (USA.-Patentfür die Kühlluft geschaffen sind und zugleich schrift 2 744 733).

durch eine Reihe von auf gleicher Höhe angeord- Ferner ist auch schon ein Wärmetauscher für die

neten Rippen (201) die Zwischenwand zwischen Kühlung wärmeerzeugender elektrischer Apparate

den beiden Kühlluftwegen (12-14 und 15-14' bekannt, bei welchem mehrere parallelgeschaltete,

bzw. 111-112 und 113-114) gebildet ist. 55 einen Kühlluftstrom waagerecht fördernde Venlila-

3. Röhren-Wärmetauscher nach Anspruch 1 toren vorgesehen sind (französische Patentschrift oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regel- 1 394 501).

vorrichtung für die Drehzahl des dem oberen Weiterhin ist bereits ein Wärmetauscher bekannt,

Kühlluftweg (15-14' bzw, 113-114) zugeordneten der zwei waagerechte Kühlluftzüge besitzt, die nicht

Ventilators (17), zur Mengenregelung des Luft- 60 durch Umlerikkatnmem hintereinander geschaltet

durchsatzes nur auf diesem Kühlluftweg, vorge- sind und welche von wärmeabgebenden Röhren in

sehen ist. der Weise durchquert sind, daß jeweils eine Rohrlänge beide Züge durchläuft und in der Mitte eine

——— Zwischenwand durchstößt, welche die beiden Züge

65 der wärmeaufnshmenden Luft voneinander scheidet

Die Erfindung betrifft eimm Röhren-Wärme- (schweizerische Patentschrift 369 778).

tauscher für die Kühlung von Rauchgasen aus Feue- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegen-

rungsanlagen, bei dem Kühlluft mittels eines Venti- über Wärmetauschern der eingangs bezeichneten be-