DE19822546C1 - Vorrichtung für den Eintritt von Heißgas in ein Heizflächenrohr eines Abhitzekessels - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den Eintritt von Heißgas in ein Heizflächenrohr eines Abhitzekessels mit einem mit der Kesselwandung, insbesondere mit dem Boden, verbundenen und in seinem unteren Ende verdickten Außenmantel, einem an den Außenmantel über einen abgerundeten Umkehrbereich unter Ausbildung einer Eintrittsöffnung für das Heißgas anschließenden und von dem Außenmantel mit Abstand umschlossenen Eintrittsrohr mit sich konisch verengendem Einströmabschnitt und einem mit dem Heizflächenrohr verbundenen Abströmabschnitt und mit einem zwischen Außenmantel und Eintrittsrohr angeordneten Kühlmittelleiteinbau, der sich bis in die Nähe der Umkehrkappe erstreckt.

Aus dem Prospekt "Verfahrenstechnik Anlagen- und Apparatebau Komponenten und Teilkreisläufe" (1986), S. 19 der Anmelderin ist eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art bekannt, wobei der Außenmantel an seinem unterem Ende allerdings nicht verdickt ist. Bei mit Heißgas beaufschlagten Abhitzekesseln liegt der kritische Bereich beim Eintritt der heißen Gase in die Heizflächenrohre. Bei Beaufschlagung der Eintrittsvorrichtungen mit heißen Gasen von bis ca. 1500°C, z. B. aus der nicht katalytischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen unter hohen Drücken, werden die Eintrittsvorrichtungen thermisch höchst belastet. Weiterhin ergeben sich aufgrund der Rohrgeometrie und des hohen Innendruckes des wassergefüllten Kessels hohe Belastungen und es sind große Wärmedehnungen zu berücksichtigen. Dies führt zu großen Wanddicken, insbesondere im Außenmantel und im Umkehrbereich, und damit zu hohen Wandtemperaturen, wodurch die Leistung des Abhitzekessels in Form des Gasdurchsatzes begrenzt wird.

In weiterer Ausbildung der aus dem Prospekt bekannten Vorrichtung ist der Außenmantel an seinem unteren Ende verdickt ausgebildet worden, um eine bessere Aufnahme der Innendruckkräfte zu gewährleisten.

Aus der DE-AS 17 51 085 ist mehrteiliger Rohrboden für Heißgaskühler bekannt, bei dem auf dem zwischen Außenmantel und Eintrittsrohr angeordneten Leiteinbau, der sich bis in die Nähe der Umkehrkappe erstreckt, leitschaufelförmig gekrümmte Elemente angebracht sind, die eine Drallströmung um die Achse des Eintrittsrohrs aufbauen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung, die Kühlung im Bereich der Verdickung und der Umkehr zu verbessern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest der Außenmantel im Bereich seiner Verdickung auf seiner Innenseite mit in Umfangsrichtung im wesentlichen gleichmäßig verteilten und sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckenden Rinnen versehen ist.

Die Ansprüche 2 bis 4 betreffen verschiedene Möglichkeiten, wie die Rinnen ausgebildet werden können.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß die Tiefe der Rinnen in Strömungsrichtung des Kühlmittels in Richtung auf den Umkehrbereich stetig zunimmt.

Schließlich wird bevorzugt, daß die Rinnen sich in den abgerundeten Umkehrbereich hinein fortsetzen, wobei der Rinnenboden im wesentlichen der Krümmung des Umkehrbereichs folgt und die Rinnentiefe zum Eintrittsrohr hin stetig abnimmt, weil auf diese Weise eine besonders effektive Kühlung des Umkehrbereichs erreicht wird.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Darstellung mit dem Bild oben: "Gekühlter konischer Eintrittsbereich in die Heizflächenrohre" auf S. 19 des angezogenen Prospektes vergleichbar ist,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in der Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in der Fig. 1.

Wie bei der im Prospekt angesprochenen Figur ist von dem Abhitzekessel nur ein Teil der Behälterwandung W dargestellt, mit der im Bereich einer Bohrung B eine Vorrichtung 1 für den Eintritt des Heißgases in ein nicht dargestelltes Heizflächenrohr des Abhitzekessels mittels einer Schweißung S1 verbunden ist. Zu der Vorrichtung gehört ein Außenmantel 2 und ein von dem Außenmantel 2 umgebenes Eintrittsrohr 3, die über einen abgerundeten Umkehrbereich 4 miteinander verbunden sind. Bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind Außenmantel 2 und Umkehrbereich 4 einstückig miteinander als eine Umlenkkappe 6 ausgebildet, die über eine Schweiße S2 mit dem Eintrittsrohr 3 verbunden ist. Die Umlenkkappe 6 bestimmt eine Gaseintrittsöffnung 6a in das Eintrittsrohr 3. Das Eintrittsrohr 3 weist einen sich konisch verengenden Abschnitt 5 auf, der in einen nicht dargestellten und mit dem Heizflächenrohr verbundenen geradzylindrischen Abströmabschnitt übergeht.

Der Außenmantel weist einen mit der Behälterwandung W verbundenen ersten Abschnitt 7, einen Übergangsabschnitt 8 und einen verdickten Abschnitt 9 auf.

In die Innenwandung 9a des Abschnitts 9 und die Innenwand des Umkehrbereichs 4 sind radial ausgerichtete und im wesentlichen gleichabständig verteilte Rinnen 10 eingefräst. Diese Rinnen 10 bestehen aus einem in den Außenmantelabschnitt 9 eingefrästen in seiner Tiefe stetig zunehmenden Rinnenabschnitt 10a und einem daran anschließenden und einen gekrümmten Boden aufweisenden Rinnenabschnitt 10b, dessen Tiefe zum Rohrabschnitt 5 hin abnimmt. Die Rinnen können auch in einer anderen Verteilung angeordnet sein, soweit der gewünschte Kühleffekt erreichbar ist.

Zwischen Außenmantel 2 und Eintrittsrohr 3 ist ein Kühlmittelleiteinbau 11 angeordnet, dessen freies Ende in der Nähe des Umlenkbereichs 4 oberhalb der Rinnen endet. Zwischen den Rinnen 10 verbleiben Stege 12.

Das zwischen der Wandung der Bohrung B und der Außenfläche des Kühlmittelleiteinbaus 11 einströmende Kühlmittel K strömt in Teilströmen K1 in den im wesentlichen in Strömungsrichtung des Kühlmittels K und somit in axialer Richtung der Vorrichtung ausgerichteten Rinnen 10 und als Teilstrom K2 in dem Raum zwischen der Oberseite der Stege 12 und dem Kühlmittelleiteinbau 11. Diese Teilströme vereinigen sich und strömen in dem Raum zwischen Kühlmittelleiteinbau 11 und Einströmabschnitt 5 nach oben. Durch die in die Rinnen 10 eintretenden Teilströme kann der untere Abschnitt 9 des Außenmantels 2 und der Umkehrbereich 4 von innen her besonders gut gekühlt werden. Damit erfolgt eine Absenkung der Oberflächentemperatur an der Umkehrkappe 4. Die innenliegenden Stege 12 vergrößeren die Wärmeaustauschfläche und nehmen weitgehendst die Wassertemperatur von 250-350°C an. Damit werden die Festigkeitskennwerte des Kurzzeitbereiches auslegungsbestimmend und können wesentlich höher liegen, als deren Beträge im Zeitstandsbereich (Kriechbereich). Andererseits weisen die Rippen einen strukturmechanischen Effekt auf, der in der stützenden bzw. versteifenden Wirkung besteht.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Wanddicke im Umkehrbereich von bisher 15-20 mm auf ca. 5 mm reduziert werden, wodurch eine Verminderung der gasseitigen Oberflächentemperatur von ca. 100 K möglich ist.

Die Erniedrigung der gasseitigen Oberflächentemperatur ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das in die Vorrichtung eintretende Heißgas Wasserstoff enthält. Hohe Oberflächentemperaturen in Verbindung mit dem im Gas enthaltenden Wasserstoffanteil können entsprechend dem NELSON-Diagramm zur Wasserstoffversprödung führen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Absenkung der Oberflächentemperatur, insbesondere im Bereich der Umkehrkappe der Vorrichtung, d. h. des Gaseinlaufstutzens erreicht werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung für den Eintritt von Heißgas in ein Heizflächenrohr eines Abhitzekessels mit einem mit der Kesselwandung, insbesondere mit dem Boden, verbundenen und in seinem unteren Ende verdickten Außenmantel, einem an den Außenmantel über einen abgerundeten Umkehrbereich unter Ausbildung einer Eintrittsöffnung für das Heißgas anschließenden und von dem Außenmantel mit Abstand umschlossenen Eintrittsrohr mit sich konisch verengendem Einströmabschnitt und einem mit dem Heizflächenrohr verbundenen Abströmabschnitt und mit einem zwischen Außenmantel und Eintrittsrohr angeordneten Kühlmittelleiteinbau, der sich bis in die Nähe der Umkehrkappe erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Außenmantel (2) im Bereich seiner Verdickung (9) auf seiner Innenseite (9a) mit in Umfangsrichtung im wesentlichen gleichmäßig verteilten und sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckenden Rinnen (10) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen in die Innenwandung des Außenmantels gefräst sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen durch gesonderte auf die Innenwandung des Außenmantels aufgeschweißte Stege gebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen in einem einheitlichen Gußstück ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Rinnen in Strömungsrichtung des Kühlmittels in Richtung auf den Umkehrbereich stetig zunimmt.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen (10a) sich in den abgerundeten Umkehrbereich hinein fortsetzen (10b), wobei der Rinnenboden im wesentlichen der Krümmung des Umkehrbereichs folgt und die Rinnentiefe zum Eintrittsrohr hin stetig abnimmt.