DE1802286C3 - Röhren-Wärmetauscher für die Kühlung von Rauchgasen aus Feuerungsanlagen - Google Patents

Description

io

S chSührung ο oben nach unten. Die getrennten SlKeVe werden mittels einer Umlenkkammer zu dem « de Luheintrittsseite liegenden Auslaß geführt. wTgen der größeren Bauhöhe eignet sich dieser

,, Wärmetauscher nich, zum Aufsetzen auf die Feuerung

Die Erfindung betrifft einen Röhren-Wärmetauscher für die Kühlung von Rauchgasen aus Feuerungsanlagen, bei dem Kühlluft mittels eines Ventilators auf zwei parallel zueinander und etagenartig getrennt übereinander angeordneten, quer zu den vertikalen Rauchgasrohren liegenden geradlinigen Kühlluftwegen geführt ist, bei dem zwei Eintrittsöffnungen für die Kühlluft auf einer Seite am Gehäuse angeordnet sind und eine die zwei Kühlluftwege trennende Zwischenwand annä-Bei einen. —■■ bekannten Wärmetauscher ähnlicher Ar. wird der Kühlluftstrom ebenfalls. urngefenk was zu relativ hohen Energiekosten fur den _w Ventilatorbetrieb führt. Die Rauchgase werden auch hier von oben nach unten geleitet. Die Kuhlwirkung dieses Wärmetauschers läßt sich insbesondere in Müllverbrennungsanlagen nur schwierig an die wechselnden Leistungs- und Temperaturverhaltnisse anpas-„ en weil mit den üblichen Regelorganen wie z.B. Drosselklappen oder -Jalousien der an sich erhebliche Kühlluftstrom und somit dessen Kuhlw.rkung bekanntlich nur in beschränktem Ausmaß geregelt werden kann, so daß sich im Betrieb schwankende Austnttstemperatüren der Rauchgase ergeben, was zu Taupunktunterschrciiungen und damit zu Korrosionen fuhren kann (OE-PS 148 381). .

Bei einem weiteren bekannten, in eine Dampfkesselfeuerung eingebauten Röhren-Wärmetauscher ist für ^c die in den Röhren einer vertikalen Rohrgruppe geführten Rauchgase der Eintrittsstutzen unten und der Austrittsstutzen oben angeordnet, wobei die Rohren durchgehend mehrere waagerechte Kuhlluftzuge durchqueren, welche durch senkrecht zu den Rohrachsen verlaufende Zwischenwände gebildet sind, und an ihren unteren und oberen Enden durch Rohrboden gehalten und voneinander distanziert sind; aber auch bei diesem Wärmetauscher sind zahlreiche Umlenkungen im Kühlluftstrom vorhanden, so daß, weil zudem der S₅ zickzackförmig geführte Kühlluftweg sehr lang ist, auch ' dort die Kosten für den Luftgebläseantrieb recht hoch sind(USA,PS27 44 733).

Ferner ist auch schon ein Wärmetauscher fur die Kühlung wärmeerzeugender elektrischer Apparate fto bekannt, bei welchem mehrere parallelgeschaltete, einen Kühlluftstrom waagerecht fördernde Ventilatoren vorgesehen sind (FR-PS 13 94 501).

Weiterhin ist bereits ein Wärmetauscher bekannt, der zwei waagerechte Kühlluftzüge besitzt, die nicht durch Umlenkkammern hintereinander geschähet sind und welche von wärmeabgebenden Röhren in der Weise durchquert sind, daß jeweils eine Rohrlänge beide Züge durchläuft und in der Mitte eine Zwischenwand

durchstößt, welche die beiden Züge der wärmeaufnehmenden Luft voneinander scheidet (CH-PS 3 69 778).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber Wärmetauschern der eingangs bezeichneten bekannten Gattung eine mit niedrigen Einrichtung- und Betriebskosten besonders betriebssicher auszubildende Bauweise mit einer wirksamen Regelung der Rauchgasaus· trittstemperatur zu finden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Rauchgasein!rittsstutzen unten und der Rauchgasaustrittsstutzen oben und die zwei Austrittsstutzen für die Kühlluft auf der gegenüberliegenden Seite ihrer Eintrittsstutzen am Gehäuse angeordnet sind, daß die Rauchgasrohre an ihrem unteren Ende in den unteren Rohrboden eingeschweißt und an ihrem oberen Ende mit Spiel durch den oberen Rohrboden geführt sind, daß der untere Kühlluftstrom der Grundluftstrom und der obere Kühlluftstrom der Regelluftstrom in, 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 obere Eintrittsstutzen für die Kühlluft vorgesehen ist.

Die Führung der Rauchgase in den Röhren und deren fluchtende Anordnung ergibt aufgrund 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 Ventilatorantrieb. Das Aufteilen der Kühlluftförderung auf zwei ungefähr gleich starke Ventilatoren erhöht zwar einerseits die Einrichtungskosten, senkt jedoch andererseits durch die Möglichkeit, den Grundluftstrom stets ungedrosselt zu lassen, erheblich die Betriebskosten. Durch die Regelung des Kühlluftstromes allein in der rauchgasaustrittsseitigen Hälfte des Wärmetauschers kann die Rai'chgasaustrittstemperatur auch erheblich sicherer in bezup auf die zu vermeidende Tautemperatur und die damit verbundene Gefahr von Korrosionen beherrscht werden.

Ausführungsbeispiele des Röhren-Wärmetauschers nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. laden Röhren-Wärmetauscher, in einem Längsschnitt,

Fig. Ib den Röhren-Wärmetauscher der Fig. la, in einer Stirnansicht, nach dem Pfeil ßder Fig. la,

Fig. Ic den Röhren-Wärmetauscher der Fig. la. in einem Horizontalschnitt nach der Linie C-Cder Fig. la,

Fig. 2 die Anordnung des Röhren-Wärmetauschers auf einem Müllverbrennungsofen, in einem Längsschnitt durch den letzteren,

Fig. 3a eine andere Ausführung der Röhren, im Längsschnitt durch eine Röhre, und

F i e. 3b die Röhre der F i g. 3a, in einem Querschnitt.

In Fig. la 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 fluch'end angeordnete Röhren 3, die ebenfalls aus Stahl bestehen und sich vertikal erstrecken, sind mit ihren unteren Enden im unleren Rohrboden 2' eingeschweißt, während ihre oberen Enden mit geringem Spiel sowohl durch den 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 Eintrittsstutzen 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 aaf etwa 800⁰C 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. la 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 C beträgt.

Ein Ventilator 13 saugt den unteren Kühiiuftsuom an, wie dies in Fig. la 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 150⁰C erwärmt wird und dann über den unteren Austrittsstutzen 5 aus dem Wärmetauscher WA austritt, wie dies in F i g. 1 a mit Pfeilen 14 angedeutet ist.

Ein zweiter Ventilator 17 saugt den oberen Kühlluftstrom an, wie dies in Fig. la mit Pfeilen 15 angedeutet ist. und zwar über eine Durchsatzregelvorrichtung, d. h. einen Mengenregler 16, der in F i g. 1 a 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 1 gefördert, wobei diese Luft auf etwa 150⁰C erwärmt wird und dann über den oberen Austrittsstutzen 5' aus dem Wärmetauscher WA austritt, wie dies in Fig. la mit Pfeilen 14' angedeutet ist

Durch die senkrecht /u 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 Fig. la 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 350⁰C zu halten.

Fig. 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 Einfüllschacht für den zu verbrennenden Müll, mit 102 der Verbrennungsrost, mit 103 der ungekühltc Feuerraum des Ofens, mit 104 das Rückführungsgewölbe der Feuerung und mit 105 die Eintrittsöffnung für kalte Sekundärluft 109, mittels welcher die Temperatur der Rauchgase an einer Stelle 108 bei ihrem Eintritt in den Wärmetauscher 107 auf maximal 800⁰C begrenzt wird. Hierbei kann die Beimischung der Sekundärluft 109 in Abhängigkeit eines Sollwertes für die Rauchgastempcratur an einer Rauchgasaustritlsöffnung 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 Rauchgasaustriusöffnung 106 des Ofens in den Röhren-Wärmetauscher 107 ein und oben aus diesem, auf etwa 350"C abgekühlt, wieder aus, wie dies in Fig.2 durch Pfeile 110 angedeutet ist. In F i g. 2 sind der untere Grundlufistrom mit 111-112 und der obere Regclluftstrom mit 113-114 bezeichnet. Diese beiden einander parallelen Kühlluftströme treten bei 111 bzw. 113 mil einer Temperatur von etwa 20⁰C in den Röhren-Wärmetauscher 107 ein und bei 112 bzw. 114 mit einer Temperatur von etwa 150⁰C 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 F i g. 3a eine in einem Längsschnitt und dieselbe in F i g. 3b in einem Querschnitt dargestellt und mit 200 bezeichnet ist, sind mit breiten, aus Stahlblech bestehenden, rechteckigen Rippen 201 versehen. Die Rippen 201 sind in einander gleichen Abständen, zu der mit A bezeichneten Achse der Röhre 200 sich senkrecht erstreckend, außen an den Röhren 200 angeschweißt, wodurch die als Kühlfläche für die Rauchgase dienende

Wärmeüberiragungsfläche 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 Rippen 201 und der Rippenbreite entsprechendem Achsabsland der Achsen A der Röhren 200 praktisch voneinander abgegrenzte, waagerecht verlaufende parallele Durehströmkanäle für die Kühlluft geschaffen und dadurch die beiden Tcilströme der Kühlluft gut in Querrichtung zu den Röhren 200 geführt werden und daß auf die Zwischenwand 7 (vgl. F i g. la) sogar verzichtet werden kann, weil zugleich durch eine Reihe von auf gleicher Höhe liegenden, aufeinanderfolgenden Rippen 201 in derjenigen horizontalen Ebene, in welcher die beiden Eintrittsstulzen 6 und 6' für die Kühlluft aneinandergrenzen, selber die Zwischenwand zwischen den beiden Kühlluftwegen gebildet ist.

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

Statt den Luftmengcnreglcr, wie in Fig. la gezeigt und zuvor beschrieben, als Jalousicnreglcr 16 auszubilden, könnte er auch als Rcgclklappe oder Drallrcglcr ausgebildet sein.

Us kann auch eine Regelvorrichtung für die Drehzahl des dem oberen Kühlluftwcg 15-14' bzw. 113-114 zugeordneten Ventilators 17, zur Mengenregelung des Luftdurchsatzes nur auf diesem Kühlluflwcg, vorgesehen sein.

llier/u 2 15IaIl /ciclmun^cn

Claims (3)

Patentansprüche: u a ,f haiher Höhe der in einen unteren und oberen hemd auf halber none. "=h senkrechl zu Rohrboden .endende^ Rauchga^ ^ ^ ^^

1. Röhren-Wärmetauscher für die Kühlung von Rauchgasen aus Feuerungsanlagen, bei dem Kühlluft mittels eines Ventilators auf zwei parallel zueinander und etagenartig getrennt übereinander angeordneten, quer zu den vertikalen Rauchgasrohren liegenden geradlinigen Kühlluftwegen geführt ist, bei dem zwei Eintrittsöffnungen für die Kühlluft auf einer Seite am Gehäuse angeordnet sind und eine die zwei Kühlluftwege trennende Zwischenwand annähernd auf halber Höhe der in einem unteren und oberen Rohrboden endenden Rauchgasrohre senkrecht zu diesen im Gehäuse verläuft und bei dem die mit Abstand voneinander angeordneten Rauchgasrohre in Richtung der beiden Kühlluftwege fluchten, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgaseimrittsstutzen unten und der Rauchgasaustrittsstutzen (4) oben und die zwei Austrittsstutzen (5, 5') für die Kühlluft auf der gegenüberliegenden Seite ihrer Eintrittsstutzen (6, 6') am Gehäuse (1) angeordnet sind, daß die Rauchgasrohre (3 bzw. 200) an ihrem unteren Ende in den unteren Rohrboden (2') eingeschweißt und an ihrem oberen Ende mit Spiel durch den oberen Rohrboden (2) geführt sind, daß der untere Kühlluftstrom der Grundluftstrom und der obere Kühlluftstrom der Kegelluftstrom ist. daß jedem dieser beiden Kühlluftwege (12-14 und 15-14' bzw. 111-112 und 113-114) je ein Ventilator (12,17) zugeordnet ist und eine Vorrichtung (16) zur selbsttätigen Regelung des Luftdurchsatzes in Abhängigkeit eines Sollwertes für die Austrittstemperatur der gekühlten Rauchgase (U) lediglich ir. dem oberen Eintrittsstutzen (6') für die Kühlluft vorgesehen ist.

2. Röhren-Wärmetauscher nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß durch breite, sich senkrecht zur Achse (A) der Rauchgasrohre erstreckende, in Abständen voneinander an den Rauchgasrohren (200) angeschweißte rechteckige Rippen (201) und einen der Rippenbreite entsprechenden Rohrabstand praktisch voneinander abgegrenzte, horizontal verlaufende parallele Durchströmkanäle für die Kühlluft geschaffen sind und zugleich durch eine Reihe von auf gleicher Höhe angeordneten Rippen (201) die Zwischenwand zwischen den beiden Kühlluftwegen (12-14 und 15-14' bzw. 111-112 und 113-114) gebildet ist.

3. Röhren-Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelvorrichtung für die Drehzahl des dem oberen Kühlluftweg (15-14' bzw. 113-114) zugeordneten Ventilators (17), zur Mengenregelung des Luftdurchsatzes nur auf diesem Kühlluftweg, vorgesehen ist.

dieser Gattung