DE1906348A1 - Regenerativer Waermetauscher - Google Patents

Description

RHEINSTAHL HENSCHEL Kassel, den 5*2.1969

Aktiengesellschaft Fr/He«

2ΟΪΖ2

Regenerativer Wärmetauscher

Die Erfindung betrifft einen regenerativen Wärmetauscher mit kontinuierlich umlaufender, im Massenatrom regelbarer SohUttung mit Übereinander angeordneten und miteinander verbundenen« von gasdurchlässigen Wänden begrenzten SohUttkörpersäulen,' wovon die obere Schüttkörpersäuie vom wärmeabgebenden und die untere vom wärmeaufnehmenden Medium jeweils im Kreuzgegenstrom durchströmt

In der Verfahrenstechnik spielt der Wärmeaustausch zwischen strömenden Gasen und SohUttungen seit langem eine bedeutende Rolle· Unter dem Namen "pebble heater" sind Einrichtungen bekannt, bei denen eine SohUttung durch zwei übereinander angeordnete ßchachtförmige Wärmeaustauschkammern fließt« wobei die SohUttung in der oberen Kammer vom wärmeabgebenden Gas aufgeheizt und in der unteren Kammer vom wärmeaufnehmenden Gas wieder abgekühlt wird. Bei diesen Apparaten ist der gasseitige Druckverlust um so größer, je größer die Geschwindigkeit und je höher die SchUttungshöhe in Richtung der Gasströmung ist. Sind Wärme· leistung und Temperaturdifferenzen vorgegeben, dann 1st die ■ Ausdehnung der SchUttung in Richtung der Gasströmung um so größer, je kleiner der Querschnitt, je höher als» die Gasgeschwindigkeit ist* Sollen bei relativ großen Gasströmen in Verbindung mit relativ kleinen Temperatürdlfferenzen wie z.B. bei rauohgasbehelzten Luftvorwärmern im Dampferzeugerbau die Drudk- verluste in. den Üblichen Grenzen gehalten werden, dann 1st der erforderliche Anströmquerschnitt zur Verfügung zu stellen. FUr die bekannten Wäraetausoher naoh der vorstehend beschriebenen Wirkungsweise sind folgende Naohteile bekannt, die je naoh Bauart einzeln oder kombiniert auftreten*

• sie eignen «loh nur für relativ kleine Gasstrom·

• sie eignen eioh nur für relativ hohe Teaperaturdlfferensen

- ale sind konstruktiv aufwendig .

- die flohUttungshöhe ist über den Querschnitt ungleichmäßig

■ - die Durchlauf«eiten der einseinen flohUttkörper unterscheiden aioh warn Teil beträchtlich

009317/0695

S05348

· 2 - ■..'"■■/.'■: ■-,:-'■ :'", - ■- -^;y -/ν'■■■".-,■■ V-

- die Transporteinrichtung für die SohUttung ist veraohleiss»

enipfindlich. · , -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde« einen Wärmetauscher nach. Art der Wärraestein-Erhitzer zu entwiökelnj, der geeignet ist, bei einfacher Herstellung grössere und grösste Einheitsleisfeungen zu verwirklichen und bezüglich Eigenenergiebedarf „ Terschleiss ^? und geringeren Druckverlust Vorteile zu bieten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäas dadurch gelöst« dass senkrecht zwischen zwei oder mehreren konzentrischen Hohlzylindern oder / vieleckigen Kanälen SchUttkörpersäulen Jiiit. langgestrecktem rechteckigem Querschnitt strahlenförmig mit gleicher oder annähemd gleicher Umfangsteilung anordbar und die zwischen den Schüttkörpersäulen befindlichen Kanäle durch mehreW tiberein· ander angeordnete im spitzen oder rechten Winkel zur 8trömungsricli·· tung des wärmeabgebenden und des wärmeaufnehmenden ffediums angeordnete, von Wand zu Wand reichende Stromlenkeinbauten unterteilbaj? sind. Ein gleichmässiger Zulauf der Schüttung zu den SchüttköfpeP*/ säulen wird dadurch erreicht, dass die strahlenförmig angeordneten trichterförmigen Behälter über Zulauf rohre und einem unten liegen·» den zentral angeordneten trichterförmigen Behälter über Ablaufrohre verbunden sind. Uminnerhalb des Wärmetauschers das Auftreten von Witrmespannungen weitgehend zu vermeiden, ist vorgesehen, dass die gasdurchlässigen Wände der einzelnen Schüttkörpersäulen mit dem obenliegenden trichterförmigen^^ Endje fest f verbunden und seitlich sowie beim Anschluss an das unetere trichterförmige Ende beweglich geführt sind. Die SohUttung; wird nach der Erfindung dadurch in Umlauf gehalten, dass die Sohüttung durch ^: einen symmetrisch um den äusseren M&ntel in Kanälen anordlmren V Oummigurttaschenförderer in den obei^n t^ichter^örniigen Behälter : förderbar 1st· Eine Veränderung der Durchlaufgeschwindigkeit der SchUttung durchf die SohUttkÖrpereäulen wii*d dadurch erreichfei ^ due in der Auslaufeohurre dta unteren tr loh te r form! gen Behälters «in· Einrichtung zum kontinuierlichen Vorstellen dee Auslaufquereohnlttes anbringbar ist. Eine uniulleeige Wärmeb«anepruohung de» OummlgurttMQhenfurderere wird daduroh erreicht, dass das aufiü-

0098877069S

heizende Medium durch die Kanäle« in denen der Gummitaschen» förderer geführt iet, hindurchführbar ist.

Sin AusfUhrungsbeispiel der Erfindung' ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen!

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wärmetauscher mit Qurttaschenförderer*

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Wärmetauscher mit . zwei konzentrischen Hohlzylindern und dazwischen

befindlichen SohUttkörpersäulen, ' .

Fig. 3 einen Quereohnitt durch einen Wärmetauscher mit > drei konzentrischen Hohlzylindern und dazwischen befindlichen SehUttkörpersäulen,

Fig. 4 ' die schematische Darstellung der Abwicklung der

SohUttkörpersäulen mit Stromlenkeinbauten und schraubenartig nach oben laufender Strömung des Mediums»

' Fig. 5 die sohematlsohe Darstellung der Abwicklung der

Schuttkürpersäulen mit waagerechten Stromlenkeint bauten.

,Die übereinander angeordneten' Schüttkörpersäuien 1 sind mit liberströrarohren yi miteinander verbunden. Der Zulauf der. Schüt- <tung erfolgt durch die oberen Zulauf rohre 24 aus dem trichter-

, förmigen Behälter 3>. per Ablauf der Sohüttung, erfolgt durch die Ablaufrohre 4o in den trichterförmigen Behälter 41 und von da' aus durch eine Einrichtung zum kontinuierlichen Verstellen des Auslaufquerschnittes 43 in den unteren Auslauf 26. Mit Hilfe des Gurttasohenförderers mit dem Ourttaachenband 24 wird das. Schüttgut vom unteren Auslauf 26 nach oben zum trichterförmigen Behälter 33 zurUcktraneportiert. In Pig. 2 ist die strahlenförmige Anordnung der einzelnen SohUttkörpersäulen zwischen den k'onzen "n^fiohlzylindern 4 und 5 dargestellt. Die gasdurchlässigen seit-

*' Hohen Begrenzungswände 3 der SohUttkörpersäulen 1 sind zwischen

009887/0695'

Führungsleisten J art den Hohlzylindern 4 und5 beiderseitig ^;ί geführt» so dass sich die Begrenzungwände 2, welche an der gem; FIgV 1 oberen trichterförmigen Erweiterung J>5 befestigt / sind, frei naoh unten ausdehnen können. Die Sohüttkörpersäulen sind strahlenförmig angeordnet und haben am Umfang der kon- ' zentrischen Hohlzylinder 4,5 und 6 gleiche oder etwa gleiche Abstände.. Die freien Querschnitte 8 zwischen den einzelnen Sohüttkörpersäulen 1 sind untereinander annähernd gleich gross.·

Bei der in.Fig. 4 dargestellten AusfUhrungsform wird ein dreifacher Kreuzgegenstrom dadurch erzielt, dass das Medium durch Stromlenkeinbauten 9 zwischen den Schutt körpers äul en 1 gem. Pfeilrichtung 1o entlang von Schraubenlinien geführt wird, mit einer solchen Steigung, dass jede Schraubenlinie drei lotrechte SchUttkörpersäulen 1 in verschiedenen Höhen schneidet. 2#

Bei der in Flg. 5 dargestellten Ausführungeform wird--ein·-■■-"■■^:--■■■'·, dreifacher Kreuzgegenstrom dadurch erzielt, dass an der Mediumseintrittsseite zwischen den SchUttkörpersäulen 1 jeder zweite Querschnitt 8 durch waagerechte Stromlenkeinbauten 11 abgedeckt wird. Das Medium strömt durch die freien Querschnitte 8 lotrecht in Pfeilrichtung 12 zwischen je zwei Schüjbtkörpersäulan

I nach oben und wird durch die waagerechten Stromlenkeinbauten

II In diesen Kanälen gezwungen, sich gentäss Pfeilrichtung 12 zu teilen und zu beiden Selten annähernd waagerecht durch die SchuttkörpersUuIen 1 zu etrömen, wobei sich die Teilströme nach dem ersten Durchtritt durch die Sohüttkörpersäuien 1 gem. Pfeilrichtung 12 mit Je einem benachbarten Teilstrom vereinigen und mischen, um dann gemeinsam lotrecht nach oben welter zu strömen, bis sie erneut durch waagerechte Stromlenkeinbauten 11 gezwungen Werden sich zu teilen und zu beiden Selten annähernd waagerecht duroh die Sohüttkörpersäuien 1 zu strömen. Der Linienzug in Pfeilriohtung 12 verdeutlicht den Szröraungeweg des Mediums. Die Anzahl der Sohüttkörpersäuien 1 ist dabei geradzahlig. Aus dem Längseohnitt durch den Wärmetauscher gem.

001887/069 5

■- S--

Pig. 1 ist ersiohtlioh» dass der innere Hohlzylinder 4 im Durchmesser grosser ist als die Länge der langgestreckten rechteckigen Basisfläohe einer Sohüttkörpersäule 1. Dadurch ist es möglich« dass im Reparaturfalle eine SohUttkörperaäule 1 durch den begehbaren inneren Hohlzylinder 4 ausgetauscht werden kann.

Handelt es sich bei dem in Fig. 1 dargestellten Wärmetauscher z.B. um einen Luftvorwärmer* der einem Dampfkessel naohgeschaltet ist« dann werden die oberen Sohtittkörpersäulen vom wärmeabgebenden Rauchgas und die unteren von der wärmeaufnehmenden Verbrennungsluft durchströmt. Die vorgewärmte Verbrennungsluft strömt im dargestellten Beispiel gern· Pfeilriohtung 14 lotreoht nach oben durch den inneren Hohlzylinder 4 und sohllesslich waagerecht naoh aussen durch den Querschnitt 15· Ist der Dampfkessel z.B. mit einer Decken feuerung ausgerüstet« werden durch diese Anordnung Einsparungen bezüglioh der notwendigen Heiseluftkanal? erzielt.

Zm Hinblick auf die Wärmedehnungen ist es vorteilhaft« wenn die SohUttkörpersäulen 1 sowie die konzentrischen Begrenzungskanäle (Hohlzylinder) 4, 5 und 6 mit den Führungsleisten 7 oben aufgehängt werden und sich nach unten frei dehnen können. Qemäis Fig. 2 und 3 Ut ein äuairer Hohlzylinder 16 vorgesehen« in den über eine Platte 17 bzw. den Tunnel 18 der Fig. 1 die stnkr β oh ten Kräfte eingeleitet werden. Vom tragenden äusseren Mantel 16 werden die hohen Temperaturen ferngehalten durch «ine Wärmeisolierung 19 zwischen den HohlzylindernV$f*uhd 16. Der tragend« auster· Hantel (Hohlzylinder) 16 kann ausreichend dimensioniert werden, uni gegebenenfalls einen aufgesetzten Kamin 2o gem. Fig. 1 zu tragen. In dem gem. Pig. 1 dargestellten Beispiel ströet das Rauohgas von aussen in den freien Raum 21, von hier gem. Fig· 4 oder 5 wl· bereits erläutert in den Raum 22 und Über die freien Querschnitte zu beiden Seiten des Tunnels 18 Über die

009887/06-95

190634Ö

zu beiden Seiten angeordneten Kanäle 23 in den Kamin 2o und weiter in die Atmosphäre.

In Fig. 1, 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel für den Hoohtransport der SchUttung dargestellt. Der QümmlgurttaschenfOrderer 24 ist symmetrisch um den äusseren tragenden Mantel 16 angeordnet. Beim Gummigurttaschenförderer werden die Schüttkörper nicht geschöpft/ sondern sie fliesseh den Gurttaschen von innen zu. Dadurch werden die Schuttkörper geschönt. Der Ourttaschenförderer 24 wird von rechteckigen Schächten 25 umhüllt. Im dargestellten Beispiel gem. Fig. 1 strömt durch die Schächte 25 die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung 14 von oben nach unten und kühlt den Oummlgurttaoshenförderer 24. Die Verbrennungsluft gelangt durch die freien Querschnitte 2? in den Raum 28 und von hler gem. Fig. 4 oder 5 in den Raum 29 und weiter durch die freien Querschnitte Jo in den inneren Hohl -zylinder 4 und weiter in Pfellriohtung 14 wie bereits weiter oben beschrieben. Der Innere Hohlzylinder 4 ist nach unten durch das Trennbleoh 31 abgedichtet. Die Räume 21 und 29 sind durch das Trennblech 32 getrennt.

Sämtliche strahlenförmig angeordneten SohUttkörpersäulen 1 werden aus einem oberen« zentral angeordneten triohterartigen Behälter 33 gespeist. Letzterer bildet die untere Verlängerung des Tunnels 18, durch das das Ourttaaohenband 24 geführt wird und in welchen die naoh oben geförderten SchUttkörper abgeworfen werden. Aus dem triohterartigen Behälter 32 f Hessen die r SohUttkOrper über die oberen Zulaufrohre 34 und die trichter- _: förmlgen Erweiterungen 35 In die oberen SohUttkörpereäulen 1. Die oberen und unteren Schutt kör persäuren 1 sind durch trichter·* förmlge Einziehungen 36, überstromröhre 37 und trichterförmig· Erweiterungen J8 miteinander verbunden.: Aus den unteren ■ SohUttkörpersäulen 1 gelangen die SohUttkOrper über triohterförmige Einziehungen 39 und untere Ablaufrohre 4o in den

00 98 87/06 95

unteren« zentral angeordneten trichterartigeh Behälter 41. Pertigungetechnische Vereinfachungen ergeben sich dadurch« dass für die oberen Zulaufrohre 24, die Überströmrohre 27 und die unteren Ablaufrohre 4o Rohre mit quadratischem Querschnitt verwendet werden. Die unteren Ablaufrohre 4o sind an der Unterseite des schräg geführten Abschnittes gem. Fig. in Längsrichtung geschlitzt« damit sich an diesen Stellen der Abrieb der Schüttkörper aus dem Kreislauf aussondern kann. Die Schlitzbreite ist kleiner als der kleinste Durchmesser der Schüttkörper·

Am unteren Auslauf aus des Sohüttkörpersäulen 1 befinden sich in den trichterförmigen Einziehungen 36 und 29 Einbauten 42 zur Vergleichmäesigung des Schüttungsdurchlaufes.

Indem sämtliche strahlenförmig angeordneten Schüttkörpersäulen zentral von der Mitte gespeist werden und unten zentral in der Mitte zusammenfliessen, sind die Fliessbedingungen für alle Sohüttkörpersäulen gleich.

In der Auslaufschurre des unteren trichterartigen Behälters 1st eine Einrichtung 43 zum kontinuierlichen Verstellen des Auslaufquerschnittes eingebaut. Dadurch 1st eine Anpassungsmögliohkeit an wechselnde Betriebsbedingungen gegeben. Ebenfalls ist vorgesehen* die Antriebadrehzahl des Ourttasohenförderers kontinuierlich zu verstellen. ... .„

Zur gelegentlichen Reinigung der umlaufenden Schüttung ist im unteren triohterartigen Behälter 41 gem. Fig. 1 noch eine Waschanlage 44 eingebaut· Das aummigurttaoshenband ist, um den Wasserablauf zu ermöglichen, mit Löchern versehen, die kleiner sind als der kleinste Schüttkörper.

009887/0695

Die mit .der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass der Wärmetauscher durch die runde Querschnittsform für grösseren mediumseltigen überdruck bevorzugt geeignet ist und dass bei einfachem Bauaufwand in der Herstellung grössere und grösste Einheitsleistungen verwirklicht werden. Bei Verwendung des Wärmetauschers als Luftvorwärmer, nachgeschaltet zu einem Dampfkessel mit Deckenfeuerung, wird der Aufwand für den Heissluftkanal gesenkt.

009887/0695

Claims (2)

1. RHEINSTAHL HENSCHEL _fl Kassel, den 5- 2. I969

   Aktiengesellschaft - J · OSIP/Pr-bn

   Patentansprüche

   egenerativer Wärmetauscher mit kontinuierlich umlaufender« im Massenstrom regelbarer Sehüttung mit übereinander angeordneten und miteinander verbundenen, von gasdurchlässigen Wänden begrenzten Schüttkörpersäulen, wovon die obere Schüttkörpersäule von wärmeabgebenden und die untere vom wärmeaufnehmenden Medium Jeweils im Kreuzgegenstrom durch« strömt wird, dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht zwischen zwei oder mehreren konzentrischen Hohlzylindern oder vieleokigen Kanälen Schüttkörpersäulen mit langgestrecktem rechteckigem Querschnitt strahlenförmig mit gleicher oder annähernd gleicher Umfangsteilung anordbar und die zwischen den Schüttkörpersäulen befindlichen Kanäle duroh mehrere Übereinander angeordnete in spitzem oder rechtem Winkel zur Strömungsriohtung des wäroeabgebenden und des wärmeaufnehmenden Mediums angeordnete« von Wand zu Wand relohende Stromlenkelnbauten unterteilbar sind.
2. 2. Regenerativer Wärmetauscher nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, dass die strahlenförmig angeordneten Schuttkörpersäulen (1) mit einem oben liegenden zentral angeordneten Ijrlahterforeigen Behälter Über Zulaufrohre und einem unten liegenden zentral angeordneten trioht«rfureigen Behälter über Ablaufrohre verbunden sind.

   3· Regenerativer Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2» dadurch getotnastlohnet, das· die gasdurchlässigen'Winde (3) 4er einzelnen Sohütfckbrpersäuun (1) Mit dem oben lleeeaden

   trichterförmigen Ende fest verbunden und seitlich sowie beim Anschluss an das untere trichterförmige Ende beweg-. lieh geführt sind.

   4. Regenerativer Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttung durch einen symmetrisch um den äusseren Mantel in Kanälen anordbaren Gummigurttasohenförderer in den oberen trichterförmigen Behälter förderbar ist.

   5* Regenerativer Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet» dass in der Auslaufschurre des
   unteren trichterartigen Behälters (41) eine Einrichtung zum kontinuierlichen Verstellen des Auslaufquerschnittes anbringbar ist.

   6. Regenerativer Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das aufzuheizende Medium durch die Kanäle, in denen der Qummigurttasohenfurderer geführt ist, hindurohfUhrbar ist.

   BAD ORfGINAL

   QGSttT/Mft