DE19717401A1

DE19717401A1 - Liquid-gas heat-exchanger

Info

Publication number: DE19717401A1
Application number: DE1997117401
Authority: DE
Inventors: Susanna Dr Ing Labisch
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 1998-10-29

Abstract

Tubes of a heat-exchanger transmitting heat to combustion air for a steam generator are held at one end in a tube plate by a retaining end, while they are supported in the other tube plate by a guide end. Preferably, the retained end of the tubes is at the upper tube and the guided end is at the bottom tube plate. The retaining end may be supported directly in the tube plate or may be held by a supporting member different from the tube plate. The retaining end and the guide end may pass through holes in the respective tube plates and their retaining or guiding arrangement is provided on the outside of the tube plate.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Übertragung von Wärme von einem durch eine Vielzahl von Rohren geführten Fluid auf ein die Rohre umströmendes Gas, insbesondere auf Verbrennungsluft für einen Dampferzeuger, bei dem die Rohre sich zwischen mindestens zwei auf Abstand angeordneten Rohrböden erstrecken, die zugleich Teil eines Verteilers für die Verteilung des Fluids auf die Rohre bzw. Teil eines Sammlers für das Sammeln eines aus den Rohren austretenden Fluids sind.The invention relates to a heat exchanger for the transfer of heat from a fluid passed through a plurality of tubes onto the tubes flowing gas, especially combustion air for one Steam generator where the pipes are between at least two Spaced tube sheets that are also part of a Distributor for distributing the fluid to the pipes or part of a collector for collecting a fluid emerging from the pipes.

Es sind derartige Wärmetauscher bekannt, bei denen die sich zwischen den beiden auf Abstand angeordneten Rohrböden erstreckenden Rohre an ihren Enden fest mit den Rohrböden verschweißt sind. Es hat sich herausgestellt, daß bei Beaufschlagung eines Verteilers über eine im Vergleich zur Zahl der mit dem Verteiler verbundenen Rohre geringe Zahl von Zuführungsstutzen eine gleichmäßige Beaufschlagung der Rohre mit dem zugeführten heißen Fluid nicht möglich ist, so daß die Rohre unterschiedlich mit Wärme beaufschlagt werden. Dies kann dazu führen, daß sich wegen unterschiedlicher Wärmelängung der Rohre Verschweißungen an den Rohrböden lösen oder einzelne Rohre selbst derart geschädigt werden, daß Fluid aus den Rohren austreten kann.Such heat exchangers are known, in which the between the two spaced tube sheets extending on their tubes Ends are welded to the tube sheets. It turned out that when acting on a distributor compared to the number of pipes connected to the distributor small number of feed nozzles even supply of hot fluid to the pipes is not possible, so that the pipes are exposed to heat differently will. This can lead to different reasons Thermal elongation of the pipes Loosen welds on the tube sheets or individual pipes themselves are damaged so that fluid from the pipes can leak.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem derartige Fehler infolge unterschiedlicher Wärmebelastung der Rohre nicht auftreten können. It is therefore the object of the present invention to provide a heat exchanger to create the generic type in which such errors as a result different heat loads on the pipes cannot occur.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das einzelne Rohr mit einem Halteende in einem Halteeingriff mit einem der Böden gehalten wird und mit einem Führungsende in dem anderen Rohrboden verschieblich gelagert ist.This object is achieved in that the single tube with a Holding end is held in a holding engagement with one of the floors and with a leading end is slidably mounted in the other tube sheet.

Die Erfindung offenbart somit eine Verbindung der Rohre mit den Rohrböden, die unterschiedliche Längung infolge unterschiedlicher Wärmebeaufschlagung toleriert.The invention thus discloses a connection of the tubes to the tube sheets, the different elongation due to different heat exposure tolerated.

Hierbei ist es bei Anordnung der Rohre mit vertikaler Erstreckungskomponente möglich, daß die Halterung am oberen Ende und die Führung am unteren Ende vorgesehen ist oder umgekehrt. Die Halterung am oberen Ende wird jedoch bevorzugt.This is when the pipes are arranged with a vertical extension component possible that the bracket at the top and the guide at the bottom is provided or vice versa. The bracket at the top, however, will prefers.

Bei beiden Ausführungsformen ist es möglich, daß das Halteende direkt an dem zugeordneten Rohrboden abgestützt ist (direkte Halterung), oder daß das Halteende über ein vom Rohrboden verschiedenes Stützelement gehalten ist (indirekte Halterung).In both embodiments, it is possible that the holding end is directly on the associated tube sheet is supported (direct bracket), or that Holding end is held by a support element different from the tube sheet (indirect bracket).

Bei der Halterung ist es möglich, daß das Halteende fest mit dem zugeordneten Rohr verbunden ist, oder daß das Halteende sich formschlüssig auf dem zugeordneten Rohrboden abstützt.With the bracket, it is possible that the holding end is fixed to the associated tube is connected, or that the holding end is positive supported on the assigned tube sheet.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn das Halteende in dem formschlüssigen Eingriff federelastisch beaufschlagt ist.It is advantageous here if the holding end is in the positive engagement is spring-loaded.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn das Halteende und das Führungsende jeweils eine Bohrung in dem zugeordneten Rohrboden durchgreift und die Halte- bzw. Führungsanordnung auf der Außenseite des jeweiligen zugeordneten Rohrbodens angeordnet ist.Furthermore, it is expedient if the holding end and the leading end each penetrates a hole in the associated tube sheet and the Holding or guiding arrangement on the outside of each associated tube sheet is arranged.

Auch ist es zweckmäßig, wenn an dem Halteende und/oder Führungsende zwischen dem .Rohr und dem Rohrboden ein Dichtungs- und/oder Führungselement vorgesehen ist.It is also useful if at the holding end and / or leading end a sealing and / or. between the tube and the tube sheet Guide element is provided.

Die Erfindung soll nun in verschiedenen Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt: The invention is now to be described in various embodiments based on the attached figures are explained in more detail. It shows:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Wärmetauschers bei Einsatz als Dampf- Luft-Vorwärmer, Fig. 1 is a side view of a heat exchanger when used as a steam air preheater,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 shows a section along the line II-II in Fig. 1,

Fig. 3a-3d verschiene Ausbildungen der Halterung des einzelnen Rohrs am oberen Rohrboden gemäß Fig. 1 (Einzelheit H), FIGS. 3a-3d control various embodiments of the mounting of the individual tube at the upper tube sheet of FIG. 1 (detail H),

Fig. 4a-4f verschiedene Ausführungsformen der Führung des einzelnen Rohres am unteren Rohrboden gemäß Fig. 1, FIGS. 4a-4f different embodiments of the guide of the single tube to the lower tube sheet of FIG. 1,

Fig. 5 eine Ausführungsform für die Führung des einzelnen Rohres an einem oberen Boden und Fig. 5 shows an embodiment for the guidance of the individual tube on an upper floor and

Fig. 6a-6c verschiedene Ausführungsformen für die Halterung eines einzelnen Rohres an einem unteren Boden. Fig. 6a-6c different embodiments for holding a single tube on a lower floor.

Der in Fig. 1 gezeigte Dampf-Luft-Vorwärmer 1 weist einen Rahmen 2 auf, in dem ein oberer Rohrboden 3 und ein unterer Rohrboden 4 gehalten sind. Zwischen den Rohrböden erstreckt sich eine Vielzahl von einzelnen Rohren 5, die in nicht näher gezeigter Weise berippt ausgebildet sind, um die für den Wärmetausch zur Verfügung stehende Fläche zu vergrößern.The steam air preheater 1 shown in Fig. 1 comprises a frame 2, in which an upper tube sheet 3 and a lower tube plate 4 are held. A multiplicity of individual tubes 5 extends between the tube sheets, which tubes are formed in a manner not shown in order to enlarge the area available for heat exchange.

Mit dem oberen Rohrboden 3 ist ein Verteilerdom 6 verbunden derart, daß von der Oberseite des oberen Rohrbodens und dem Verteilerdom 6 ein Verteilerraum aufgebaut wird. Der Verteilerraum ist mit einer Vielzahl von Stutzen 7 für die Zuführung von Dampf D verbunden. Der Unterseite des unteren Rohrbodens 4 ist ein Sammlerdom 8 zugeordnet, der mit dem Rohrboden einen Sammlerraum aufbaut. Aus dem Sammlerraum wird über eine Vielzahl von Stutzen 9 das sich im Wärmetauscher bildende Kondensat K abgezogen.A distributor dome 6 is connected to the upper tube plate 3 in such a way that a distributor space is built up from the top of the upper tube plate and the distributor dome 6 . The distribution space is connected to a plurality of nozzles 7 for the supply of steam D. A collector dome 8 is assigned to the underside of the lower tube sheet 4 , which builds up a collector space with the tube sheet. The condensate K which forms in the heat exchanger is withdrawn from the collector space via a plurality of connecting pieces 9 .

Die zu erwärmende Luft L umströmt die beispielsweise in drei Ebenen versetzt zueinander angeordneten Rohre 5, wie dies aus der Fig. 2 ablesbar ist. The air L to be heated flows around the tubes 5 , which are arranged, for example, offset in three planes, as can be seen from FIG. 2.

Der Dampf-Luft-Vorwärmer muß nicht unbedingt die in den Fig. 1 und 2 dargestellte vertikale Ausrichtung einnehmen, doch wird die vertikale Anordnung bevorzugt.The steam-air preheater need not be in the vertical orientation shown in Figs. 1 and 2, but vertical arrangement is preferred.

Anhand der Fig. 3a-3b sollen nun Halteranordnungen am oberen Ende eines einzelnen Rohres erläutert werden.Referring to Figs. 3a-3b holder assemblies will now be explained at the upper end of a single pipe.

Die Fig. 3a zeigt die bekannte Anordnung, bei der das eine Öffnung 3a in dem Rohrboden 3 durchgreifende Halteende 5a über eine Schweiße 10 fest mit dem Rohrboden verbunden ist. Fig. 3a shows the prior art arrangement in which an opening 3 a in the tube sheet 3 by cross-holding end 5 is a fixedly connected via a sweat 10 to the tube sheet.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3b liegt das Halteende 5a mit einem vorzugsweise einstückig mit dem Rohr 5 ausgebildeten Flansch 11 auf der Oberseite des Rohrbodens 3 auf. Zwischen der Außenfläche des Rohres 5 und der entsprechend dimensionierten Bohrung 3a ist eine gleichzeitig Dichtfunktion übernehmende Führungshülse 12 eingebracht, die durch einen mit dem Rohr 5 verschweißten Sicherungsring 13 in Position gehalten ist.In the embodiment according to FIG. 3 b, the holding end 5 a rests on the top of the tube sheet 3 with a flange 11 , which is preferably formed in one piece with the tube 5 . Between the outer surface of the tube 5 and the correspondingly dimensioned bore 3 a, a simultaneously sealing function is taken over guide sleeve 12 , which is held in position by a safety ring 13 welded to the tube 5 .

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3c liegt das Rohr wiederum mit einem Flansch 11 auf der Oberseite des Rohrbodens 3 auf. In der Mantelfläche der Bohrung 3a ist eine Nut 3b ausgebildet, in der ein Dichtring 14 liegt.In the embodiment according to FIG. 3 c, the tube in turn rests with a flange 11 on the top of the tube sheet 3 . In the lateral surface of the bore 3 a, a groove 3 b is formed, in which a sealing ring 14 is located.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3d liegt auf der Oberseite des Flansches 11 ein kompensatorähnlicher federelastischer Ring 15 auf und hält den Flansch in Anlage an der Oberseite des Rohrbodens 3. Der Ring 15 ist mit einem Flansch 15a mit der Oberseite des Rohrbodens 3 durch Klebung, Schweißung oder dergleichen verbunden. Ob eine Schweißung oder Klebung vorgenommen wird, hängt von den Temperaturbelastungen ab, die im Wärmetauscher vorkommen.In the embodiment according to FIG. 3d, a compensator-like spring-elastic ring 15 rests on the top of the flange 11 and holds the flange in contact with the top of the tube sheet 3 . The ring 15 is connected to a flange 15 a with the top of the tube sheet 3 by gluing, welding or the like. Whether welding or gluing is carried out depends on the temperature loads that occur in the heat exchanger.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3a übernimmt die Schweißung zugleich Dichtfunktion und das Rohr 5 ist fest mit dem Rohrboden verbunden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3b-3d wird die Halterung durch die Schwerkraft gegebenenfalls unterstützt durch Federkraft erreicht. In the embodiment according to FIG. 3a, the welding also takes on a sealing function and the tube 5 is firmly connected to the tube sheet. In the embodiment according to FIGS . 3b-3d, the holder is reached by gravity, optionally supported by spring force.

Die Fig. 4a-4f beschreiben verschiedene Ausführungsformen des Führungsendes 5b, eines in einem unteren Rohrboden 4 verschiebbar gelagerten Rohres. FIGS. 4a-4f b describe various embodiments of the leading end 5, a tube displaceably mounted in a lower tube base 4.

Bei der Fig. 4a ist in einer eine Bohrung 4a des Rohrbodens durchgreifenden und sich über einen Flansch 16 auf der Oberseite des Rohrbodens 4 abstützenden Hülse 17 ist eine Gleitdichtung 18 angeordnet, durch die das Führungsende 5b abgedichtet, aber gleitend greift.In Fig. 4a is in a bore 4 a of the tube sheet penetrating and supported via a flange 16 on the top of the tube sheet 4 sleeve 17 , a sliding seal 18 is arranged through which the leading end 5 b seals but slides.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4b ist der Öffnung 4a eine mit der Unterseite des Rohrbodens verschweißte Sicherungsplatte 19a zugeordnet. Zwischen der Sicherungsplatte 19a und einer Halteplatte 19b ist eine Dichtung 20 angeordnet, die bei Verschraubung der Platte 19b mit der Platte 19a in Dichteingriff gegen das Führungsende 5b gezogen wird.In the embodiment of Fig. 4b the opening 4 a is welded to the bottom of the tube bottom backup plate 19 is associated with a. Between the securing plate 19 a and a holding plate 19 b, a seal 20 is arranged, which is pulled when the plate 19 b is screwed to the plate 19 a in sealing engagement against the guide end 5 b.

Während die Ausführungsform gemäß Fig. 4b eine Einzelsicherung 19a/19b der Dichtung 20 beschreibt, zeigt die Ausführungsform gemäß Fig. 4c eine Ausführungsform, bei der eine Vielzahl von Dichtungen 20 mittels einer einzigen Platte 19b' in Anlage an das Führungsende 5b des Rohres gehalten werden. Die Platte 19b' wird mit dem Rohrboden verschraubt, wie dies schematisch in der Fig. 4c dargestellt ist.While the embodiment according to FIG. 4b describes an individual fuse 19 a / 19 b of the seal 20 , the embodiment according to FIG. 4c shows an embodiment in which a plurality of seals 20 by means of a single plate 19 b 'in contact with the guide end 5 b of the pipe are held. The plate 19 b 'is screwed to the tube sheet, as is shown schematically in Fig. 4c.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4d ist vergleichbar mit der Ausführungsform gemäß Fig. 4a, jedoch ist dort eine Dichthülse 21 mit dem Führungsende 5b verschweißt und eine Dichtung 22 ermöglicht eine Gleitung des Führungsendes 5b relativ zur Bohrung 4a.The embodiment according to Fig. 4d is similar to the embodiment according to Fig. 4a, however, there is a sealing sleeve 21 welded b with the leading end 5 and a seal 22 allows sliding of the leading end 5 b relative to the bore 4a.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4e ist in der Bohrung 4a ein Führungszylinder 23 angeordnet, der jedoch keine Dichtfunktion übernimmt. Mit dem freien Ende des Rohres 5 und der Unterseite des Rohrbodens 4 ist eine kompensatorähnliche Dichtung 24 verbunden.In the embodiment according to FIG. 4e, a guide cylinder 23 is arranged in the bore 4 a, but does not perform a sealing function. A compensator-like seal 24 is connected to the free end of the tube 5 and the underside of the tube sheet 4 .

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4f durchgreift das Führungsende des Rohres 5b die Öffnung 4a, die nach oben hin aufgeweitet ist. In der Aufweitung liegt ein Dichtring 25, der durch eine Feder 26 in die Aufweitung gedrückt wird. Die Feder 26 stützt sich an einem Ring 27 ab, der mit dem Rohr 5 verschweißt ist. In the embodiment of Fig. 4f, the leading end of the tube 5 passes through the opening b 4 a, which is flared towards the top. In the expansion there is a sealing ring 25 which is pressed into the expansion by a spring 26 . The spring 26 is supported on a ring 27 which is welded to the tube 5 .

Die Fig. 3 und 4 beschreiben Ausführungsformen, bei denen das Halteende 5a das obere Ende des einzelnen Rohres ist und bei denen das untere Ende 5b verschieblich in dem unteren Rohrboden 4 angeordnet ist. FIGS. 3 and 4 describe embodiments in which the holding end 5a, the upper end of each tube and in which the lower end b 5 is slidably arranged in the lower tube plate 4.

Die Ausführungsformen gemäß Fig. 5 und 6 zeigen Anordnungen, bei denen das obere Ende 5a' das Führungsende und untere Ende 5b' das Halteende ist.The embodiments according to FIGS. 5 and 6 show arrangements in which the upper end 5 'the leading end and lower end 5 of b' is the holding end a.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 entspricht der Ausführungsform gemäß Fig. 4d. Die Verschweißung der Dichthülse 21' mit dem Rohrende 5a' liegt oberhalb des oberen Rohrbodens 3.The embodiment according to FIG. 5 corresponds to the embodiment according to FIG. 4d. The sealing sleeve 21 'is welded to the tube end 5 a' above the upper tube sheet 3 .

Die Ausführungsform gemäß Fig. 6a entspricht der Ausführungsform gemäß Fig. 3a, wobei die Schweiße 10 unterhalb des unteren Rohrbodens 4 liegt.The embodiment according to FIG. 6a corresponds to the embodiment according to FIG. 3a, the weld 10 being located below the lower tube sheet 4 .

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6b ist am Führungsende 5b' des Rohres einstückig oder gesondert ein Flansch 24 vorgesehen, mit dem sich das Rohr 5 auf der Oberseite des unteren Rohrbodens 4 abstützt. Zur Dichtung und Führung ist ein durch die Bohrung 4a greifender Führungsring 29 vorgesehen, der durch eine Schweißung gesichert ist.In the embodiment shown in FIG. 6b is at the leading end 5 b 'of the tube integrally or separately, a flange 24 is provided, the tube 5 is supported with the lower tube on top of the bottom 4. For sealing and guiding a through the bore 4 a guide ring 29 is provided, which is secured by a weld.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6c wird das Halteende 5b' nicht direkt von dem Rohrboden 4 gehalten, sondern stützt sich auf einer sich parallel zum Rohrboden 4 erstreckenden Stützplatte 30 ab, wobei dem einzelnen Rohr 5 eine Durchflußöffnung 30a in der Stützplatte zugeordnet ist. Die Stützplatte ist mit dem Rohrboden 4 oder mit dem Rahmen 2 verbunden. In der Öffnung 4a der Platte ist ein Dichtungs- und Führungsring 31 angeordnet, der über mit dem Rohr 5 verschweißte Sicherungsringe 32 und 33 an dem Rohr gehalten wird.In the embodiment according to FIG. 6c, the holding end 5 b 'is not held directly by the tube sheet 4 , but is supported on a support plate 30 which extends parallel to the tube sheet 4 , the individual tube 5 being assigned a flow opening 30 a in the support plate . The support plate is connected to the tube sheet 4 or to the frame 2 . In the opening 4 a of the plate, a sealing and guide ring 31 is arranged, which is held on the pipe by means of safety rings 32 and 33 welded to the pipe 5 .

Claims

1. Heat exchanger for transferring heat from a fluid passed through a plurality of tubes to a gas flowing around the tubes, in particular to combustion air for a steam generator, in which the tubes extend between at least two spaced tube sheets, which are also part of a distributor for the distribution of the fluid on the tubes or part of a collector for collecting a fluid emerging from the tubes, characterized in that the individual tube ( 5 ) with a holding end ( 5 a; 5 b ') in a holding engagement with one of the Bottoms ( 3 ; 4 ) is held and is supported with a guide end ( 5 b) in the other tube sheet.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the holder at the upper end ( 5 a) and the guide at the lower end ( 5 b) is provided or vice versa.

3. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the holding end ( 5 a; 5 b ') is supported directly on the associated tube sheet ( 3 ; 4 ).

4. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the holding end ( 5 b ') is held on a support element different from the tube sheet ( 4 ).

5. Heat exchanger according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the holding end ( 5 a; 5 b ') is fixed ( 10 ; 10 ') with the associated tube ( 5 ).

6. Heat exchanger according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the holding end ( 5 a; 5 b ') is positively supported ( 11 ; 28 ) on the associated tube sheet.

7. Heat exchanger according to claim 6, characterized in that the holding end in the positive engagement is resiliently acted upon ( 15 , 26 ).

8. Heat exchanger according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the holding end ( 5 a; 5 b ') and the leading end ( 5 b; 5 a') each have a bore ( 3 a; 4 a) in the associated Reaches through the tube sheet ( 3 ; 4 ) and the holding or guide arrangement is arranged on the outside of the respective assigned tube sheet.

9. Heat exchanger according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that on the holding end and / or leading end between the tube ( 5 ) and the tube sheet ( 3 ; 4 ), a sealing and / or guiding element ( 12 ; 14 ; 15 ; 18 ; 20 ; 22 ; 23 ; 25 ; 22 ';29; 31 ) is provided.