DE1906348B2 - Regenerativer waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen regenerativen Wärmeuscher mit kontinuierlich umlaufender, im Massenrom regelbarer Schüttung mit übereinander angedneten und miteinander verbundenen, von gaslrchlässigen Wänden begrenzten Schüttkörpersäiilen it langgestrecktem rechteckigem Querschnitt, von ;nen die oberen Schüttkörpersäulen vom wärme- »gebenden und die unteren vom wärmeaufnehmen- :n Medium im Kreuzgegenstrom mehrfach durchrömt sind.

Bekannt ist nach der USA.-Patcntschrift 2 552 063 η Wärmetauscher, dessen Wärinestein-SihiHtung in hmalen hohen Schachten von oben nach unten fließt, wobei die Schüttkörpersäulen mehrmals vom wärmeabgebenden bzw. vom wärmeaufnehmenden gasförmigen Medium quer durchströmt sind. Die Schachtwände dieses Wärmetauschers sind alsMauerwerk mit einer endlichen Dicke ausgeführt und weisen eine Vielzahl von schräg nach unter, gerichteten Bohrungen auf, durch die das gasförmige Medium aus den Gasschächten in die Schüttungsschächte eintritt bzw. aus den Schüttungsschächten in die Gasschächte weiterströmt.

Nachteilig bei dem bekannten Wärmetauscher ist die parallele Anordnung der Schächte, da diese aus Festigkeitsgründen nur für geringe mediumseitige Überdrücke geeignet ist. Die Ausgestaltung der Schachtwände als dickwandiges Mauerwerk ist bezogen auf Herstellung und Gewicht aufwendig und teuer und zudem zur Kompensation von Wärmedehnungen nicht geeignet. Wegen der relativ kleinen Durchtrittsquerschnitte in den Mauern sowie wegen der Umlenkung des Gasstromes über einen Winkel von mehr als °0° beim Einströmen in die Wärmestein-Schüttung besteht ein erhöhter Druckverlust.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher nach Art der Wänmestein-Erhitzer zu entwickeln, der geeignet ist, bei einfacher Herstellung größere und größte Einheitsleistungen zu verwirklichen und bezüglich Druckverlust, Verschleiß, Wartung und Vermeidung von Wärmespannungen Vorteile bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit etwa gleicher Umfangsteilung strahlenförmig angeordneten Schüttkörpersäulen mit ihren gasdurchlässigen Begrenzungswänden von obenliegenden Festpunkten aus zwischen den Mantelflächen von zwei oder mehreren konzentrisch angeordneten Hohlzylindern längsbeweglich geführt und die zwischen den Schüttkörpersäulen befindlichen freien Querschnitte durch mehrere übereinanderliegende. von Begrenzungswand zu Begrenzungswand reichende, im spitzen oder rechten Winkel zur Strömungsrichtung des wäimeabgebenden und des wärmeaufnehmenden Mediums liegende Stromlenkeinbauten unterteilt sind. Um den Platzbedarf für die Einrichtung zum Hochfördern der Schüttung möglichst gering zu halten, sind die Schüttkö^per durch einen symmetrisch um einen äußeren Mantel in Schächten angeordneter Gummigurttaschenförderer in den obenliegenden trichterförmigen Behälter förderbar.

Zur Regelung der Durchlaufgeschwindigkeit dei

So sich unter Einwirkung der Schwerkraft von oben nach unten bewegenden Schüttung ist in der Auslaufschurre des untenliegenden trichterförmigen Behälter« eine Einrichtung zum kontinuierlichen Verstellen de· Auslaufqucrschnittes angebracht.

Um eine wirksame Kühlung des durch die heiße Schüttung stark beanspruchten Gummigurttaschen förderers zu erhalten, wird das wärmeaufnehmend« Medium durch die Schächte, in denen der Gummi gurttaschenförderer umläuft, zugeführt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehet darin, daß durch die radiale Anordnung mehrere Schüttkörpersäulen innerhalb des zylindrischen Man tels der Wärmetauscher mit höheren mediumseitigei Überdrücken betrieben werden kann und daß durcl Verzicnt auf Mauerwerk und durch Anwendun] frei dehnender Aufhängungen der gasdurchlässige! Schächtbegrenzungswiinde unzulässige Wärmespan nuhgert innerhalb des Wärmetauschers vermiedei

werden. Gegenüber Wärmetauschern aus Mauerwerk ist der erfindimgsgemüße Wärmetauscher in Stahlkonstruktion einfacher herzustellen und einfacher instand zu halten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher heschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einsn Längsschnitt durch einen Wärmetauscher mit Gurttaschenförderer,

F i g. 2 einen Querschnitt durch einen Wärmetauscher mit zwei konzentrischen Hohlzylindern und dazwischen befindlichen Schüttkörpersäulen,

F i g. 3 einen Querschnitt durch einen Wärmetauscher mit drei konzentrischen Hohlzylindern und dazwischen befindlichen Schüttkörpersäulen,

Fig.4 schematisch eine Abwicklung der Schüttkörpersäulen mit Stromlenkeinbauten und schraubenartig nach oben laufender Strömung des Mediums und

F i g. 5 schematisch eine Abwicklung der Schüttkörpersäulen mit waagerechten Stromlenkeiubauten.

Die übereinander angeordneten Schüttkörpersäulen 1 sind durch Überströmrohre 37 miteinander verbunden. Der Zulauf der Schüttung erfolgt durch die oberen Zulaufrohre 34 aus dem trichterförmigen Behälter 33. Der Ablauf der Schüttung erfolgt durch die Ablaufrohre 40 in den trichterförmigen Behälter 41 und von da aus durch eine Einrichtung 43 zum kontinuierlichen Verstellen des Auslaufquerschnittes in den unteren Auslauf 26. Mit Hilfe des Gummigurttaschenförderers 24 wird das Schüttgut vom unteren Auslauf 26 nach oben zum trichterförmigen Behälter 33 zurücktransportiert. In Fig. 2 ist die strahlenförmige Anordnung der einzelnen Schüttkörpersäulen 1 zwischen den konzentrischen Hohlzylindern 4 und 5 dargestellt. Die gasdurchlässigen seitlichen Begrenzungswände 3 der Schüttkörpersäulen 1 sind zwischen Führungsleisten 7 an den Hohlzylindern 4 und 5 beiderseitig geführt, so daß sich die Begrenzungswände 3, welche an der oberen trichterförmigen Erweiterung 35 (Fig. 1) befestigt sind, frei nach unten ausdehnen können. Die Schüttkörpersäulen 1 sind sirahlenförmig angeordnet und haben am Umfang dor konzentrischen Hohlzylindor 4, 5 und 6 gleiche oder etwa gleiche Abstände. Die freien Querschnitte 8 zwischen den einzelnen Schüttkörpersäulen 1 sind untereinander annähernd gleich groß.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird ein dreifacher Kreuzgegenstrom dadurch erzielt, daß das Medium durch Stromlenkeinbauten 9 zwischen den Schüttkörpersäulen 1 in Pfeilrichtung 10 entlang von Schraubenlinien geführt wird, mit einer solchen Steigung, daß jede Schraubenlinie drei lotrechte Schüttkörpersäulen 1 in verschiedenen Höhen schneidet.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird ein dreifacher Kreuzgegenstrom dadurch erzielt, daß an der Mediumseintrittsseite zwischen den Schüttkörpersäulen 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 Schüttkörpersäulen 1 nach oben und wird durch die waagerechten Stromlenkeirbauten 11 in diesen Kanälen gezwungen, sich getnäfi Pfeilrichtung 12 zu teilen und zu beiden Seiten annähernd waagerecht durch die Schüttkörpersäulen 1 /ti strömen, wobei sich die Teilströme nach dem ersten Durchtritt durch die Schüttkörpersäulen 1 mit je einem benachbarten Teilstrom vereinigen und mischen, um dann gemeinsam lotrecht nach oben weiter zu strömen, bis sie erneut durch waagerechte Stromlenkeinbauten 11 gezwungen werden, sich zu teilen und zu beiden Seiten annähernd waagerecht durch die Schüttkörpersäulen I zu strömen. Der Linienzug in Pfeilrichtung 12 verdeutlicht den Strömungsweg des Mediums. Die Anzahl der Schüttkörpersäulen 1 ist dabei geradzahlig. Aus dem Längsschnitt durch den Wärmetauscher nach F i g. 1

ίο ist ersichtlich, daß der innere Hohlzylinder 4 im Durchmesser größer ist als die Länge der langgestreckten rechteckigen Basisfläche einer Schüttkörpersäule 1. Dadurch ist es möglich, daß im Reparaturfalle eine Schüttkörpersäule 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 nachgesendet ist, dann werden die oberen Schüttkörpersäulen vom wärmeabgebenden Rauchgas und die unteren von der wärmeaufnehmenden Verbrennungsluft durchströmt. Die vorgewärmte Verbrennungsluft strömt im dargestellten Beispiel in Pfeilrichtung 14 lotrecht nach oben durch den inneren Hohlzylinder 4 und schließlich waagerecht nach außen durch den Querschnitt 15. !st der Dampfkessel z. B. mit einer Deckenfeuerung ausgerüstet, werden durch diese Anordnung Einsparungen bezüglich der notwendigen Heißluftkanäle erzielt.

Im Hinblick auf die Wärmedehnungen ist es vorteilhaft, wenn die Schüttkörpersäulen 1 sowie die konzentrischen Hohlzylinder 4, 5 und 6 mit den Führungsleisten 7 oben aufgehängt sind und sich nach unten frei dehnen können. Gemäß F i g. 2 und 3 ist ein äußerer Mantel 16 vorgesehen, in den über eine Platte 17 bzw. den Tunnel 18 (Fig. 1) d.c senkrechten Kräfte eingeleitet werden. Vom tragenden äußeren Mantel 16 werden die hohen Temperaturen ferngehalten durch eine Wärmeisolierung 19. Der tra-

gende äußere Mantel 16 kann ausreichend dimensioniert werden, um gegebenenfalls einen aufgesetzten Kamin 20 nach F i g. 1 zu tragen. In dem in F i g. 1 dargestellten Beispiel strömt das Rauchgas von außen in den freien Raum 21. von hier gemäß Fig.4 oder 5, wie bereits erläutert, in den Raum 22 und fiber die freien Querschnitte zu beiden Seiten des Tunnels 18 über die zu beiden Seiten angeordneten Kanäle 23 in den Kamin 20 und weiter in die Atmosphäre.

Der Gummigurttaschenförderer 24 ist symmetrisch um den äußeren tragenden Mantel 16 angeordnet. Beim Gummigurttaschenförderer werden die Schüttkörper 2 nicht geschöpft, sondern sie fließen den Gurttaschen von innen zu. Dadurch werden die Schüitkörpe.- geschont. Der Gummigurttaschenkörper 24 ist von rechteckigen Schächten 25 umhüll;. Im dargestellten Beispiel nach Fig. 1 strömt durch die Schächte 25 die Verbrennungsluft in Pfeilrichtung 14 von oben nach unten und kühlt den Gummigurttaschenförderer 24. Die Verbrennungsluft gelangt durch die freien Querschnitte 27 in den Raum 28 und von hier cemäß F i g, 4 oder 5 in den Raum 29 und weiter durch die freien Querschnitte 30 in den inneren Hohlzylinder 4 und weiter in Pfeilrichtung 14, wie bereits beschrieben, nach oben. Der innere Hohl-

6g zylinder 4 ist nach unten durch das Trennblech 31 abgedichtet, Die Räume 21 und 29 sind durch das Trennblech 32 getrennt.
Sämtliche strahlenförmig angeordneten Schutt-

körpersäulen 1 werden aus dem oberen, zentral an- sondern kann. Die Schlitzbreite ist kleiner als der

geordneten trichterartigen Behälter 33 gespeist. Letz- kleinste Durchmesser der Schüttkörper,

terer bildet die untere Verlängerung des Tunnels 18, Am unteren Auslauf aus den Schüttkörpersäulen 1

durch den der Gummigurttaschenförderer 24 geführt befinden sich in den trichterförmigen Einziehungen

wird und in welchen die nach oben geförderten 5 36 und 39 Einbauten 42 zur Vergleichmäßigung des

Schüttkörper abgeworfen werden. Aus dem trichter- Schüttungsdurchlaufes.

artigen Behälter 33 fließen die Schüttkörper 2 über Da sämtliche strahlenförmig angeordneten Schütt-

<die oberen Zulaufrohre 34 und die trichterförmigen körpersäulen zentral von der Mitte gespeist werden

Erweiterungen 35 in die oberen Schüttkörpersäulen 1. und unten zentral in der Mitte zusammenlaufen, sind

Die oberen und unteren Schüttkörpersäulen 1 sind io die Fließbedingungen für alle Schüttkörpersäulen

durch trichterförmige Einziehungen 36. überström· gleich.

rohre 37 und trichterförmige Erweiterungen 38 mit- tn der Auslaufschurre des unteren trichterartigen einander verbunden. Aus den unteren Schuttkörper- Behälters 41 ist eine Einrichtung 43 zum kontinuiersäulen 1 gelangen die Schuttkörper 2 über trichter- liehen Verstellen des Auslaufquerschnittes eingeförmige Einziehungen 39 und untere Ablaufrohre 40 i$ baut. Dadurch ist eine Anpassungsmöglichkeit an in den unteren, zentral angeordneten trichterartigen wechselnde Betriebsbedingungen gegeben. Ebenfalls Behälter 41. Fertigungstechnische Vereinfachungen ist vorgesehen, die Antriebsdrehzahl des Gummigurtergeben sich dadurch, daß für die oberen Zulauf- taschenförderers kontinuierlich zu verstellen, rohre 34, die Überströmrohre 37 und die unteren Ab- Zur gelegentliehen Reinigung der umtaufenden laufrohre 40 Rohre mit quadratischem Querschnitt *o Schtittung Ist im unteren trichterartigen Behälter 41 verwendet werden. Die unteren Ablaufrohre 40 sind eine Waschanlage 44 eingebaut. Der Gummigurtan der Unterseite des schräg geführten Abschnittes in taschenförderer ist, um den Wasserablauf zu ermög-Längsrichtung geschlitzt, damit sich an diesen Stellen liehen, mit Löchern versehen, die kleiner sind als der der Abrieb der Schuttkörper 2 aus dem Kreislauf aus- kleiaste Schuttkörper.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Regenerativer Wärmetauscher mit kontinuierlich umlaufender, im Massenstrom regelbarer Schüttung mit übereinander angeordneten und miteinander verbundenen, von gasdurchlässigen Wänden begrenzten Schüttkörpersäulen mit langgestrecktem rechteckigem Querschnitt, von denen die oberen Schüttkörpersäulen vom wärmeabgebenden und die unteren vom wärmeaufnehmenden Medium im Kreuzgegenstrom mehrfach durchströmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mit etwa gleicher Umfangsteilung strahlenförmig angeordneten Scbüttkörperfäulen(l) mit ihren gasdurchlässigen Begreniungs\väK< ten (3) von obenliegenden Festpunkten aus zwischen den Mantelflächen von zwei oder mehreren konzentrisch angeordneten Hohlzylindern (4,5,6) längsbeweglich geführt und die !wischen den Schüttkörpersäulen (1) befindlichen freien Querschnitte (8) durch mehrere übereinanderliegende, von Begren^ungswand zu Begrenzungswand reichende, im spitzen oder rechten Winkel zur Strömungsrichtung des wärmeabgebenden und des wärmeaufnehmenden Mediums liegende Stiomlenkeinbauten (9) unterteilt sind.

2. Regenerativer Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttkörpersäulen (1) mit einüm obenliegenden, zentral angeordneten trichterförmigen Behälter (33) über ZuI auf rohre (34) und mit einem untenliegenden, zentral angeordneten trichterförmigen Behälter (41) über Ablaufrohre (40) verbunden sind.

3. Regenerativer Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttkörper (2) durch einen symmetrisch um einen äußeren Mantel (16) in Schächten (25) angeordneten Gummigurttaschenförderer (24) in den obenliegenden trichterförmigen Behälter (33) förderbar sind.

4. Regenerativer Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auslaufschurre des untenliegenden trichterförmigen Behälters (4!) eine Einrichtung (43) zum kontinuierlichen Verstellen des Auslaufquerschnitts angebracht ist.

5. Regenerativer Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeaufnehmende Medium durch die Schächte (25). in denen der Gummigurttaschenförderer (24) umläuft, zugeführt wird.