DE2025584A1 - - Google Patents
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Description
2025584 Dipl.-Ing. H. Sauerland ■ Dr.-lng. R. König2025584 Dipl.-Ing. H. Sauerland ■ Dr.-lng. R. King
Patentanwälte · 4000 Düsseldorf · Cecilienallee 7B · Telefon 43Ξ73ΞPatent Attorneys · 4000 Düsseldorf · Cecilienallee 7B · Telephone 43Ξ73Ξ
Unsere Akte: 25 818 25. Mai 1970Our file: 25 818 May 25, 1970
Be/Sche Be / Sch e
Arbeitsgemeinschaft LENTJES - REKUPERATOR,Working group LENTJES - RECUPERATOR,
4000 Düsseldorf-Oberkassel, Bohlerweg 7-134000 Düsseldorf-Oberkassel, Bohlerweg 7-13
"Vorrichtung zum Kühlen frischer Spaltgase" Zusatz zu Patentanmeldung P 20 08 311.8 "Device for cooling fresh fission gases" addendum to patent application P 20 08 311.8
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung - zum Kühlen frischer Spaltgase Od0 dglβ Medien, bestehend aus einem Wärmetauscher mit einer Anzahl vorzugsweise ringförmig und jeweils in einem in Bezug auf die Temperatur und die Strömung sverhältnisse gleichen Kühlmediumstrom angeordneter Rauchrohre nach Patent ...„..«... (Patentanmeldung P 20 08 311.8). Nach dem Hauptpatent wird bei der Kühlung frischen Spaltgases in Anwendung herkömmlicher Wärmetauscher eine chemische Aufbaureaktion, d.h. eine Rückbildung des Spaltgases erfindungsgemäß durch die besondere Anordnung der Rauchrohre verhindert. Dabei werden in überraschender Weise gleichzeitig die Korrosions- und Verschmutzungserscheinungen an den Wärmetauschern stark vermindert. The invention relates to a device - for cooling fresh fission gases Od 0 dglβ media, consisting of a heat exchanger with a number, preferably ring-shaped and each arranged in a cooling medium flow with the same temperature and flow conditions, according to patent ... ".." ... (patent application P 20 08 311.8). According to the main patent, when fresh cracked gas is cooled using conventional heat exchangers, a chemical build-up reaction, that is, a regression of the cracked gas, is prevented according to the invention by the special arrangement of the smoke tubes. At the same time, in a surprising manner, the signs of corrosion and soiling on the heat exchangers are greatly reduced.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung nach Patent ..«...«..· (Patentanmeldung P 20 08 311.8) weiter zu verbessern. Das wird nach der Erfindung durch eine liegende und insbesondere schwach geneigte Anordnung der Rauchrohre erreicht« Dadurch wird es möglich, die im folgenden mit Spaltgaskühler bezeichnete gesamte Vorrichtung zum Kühlen des frischen Spaltgases beiThe present invention is based on the object of developing the device according to patent .. «...« .. · (patent application P 20 08 311.8) to be further improved. According to the invention, this is achieved by a horizontal and, in particular, slightly inclined Arrangement of the smoke tubes achieved «This makes it possible to use what is referred to in the following as a fission gas cooler entire device for cooling the fresh cracked gas
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Verwendung eines sogenannten Spaltofens zur Herstellung des Spaltgases unter dem Spaltofen zur Aufstellung zu bringen. Außerdem ist die liegende Anordnung der Rauchrohre bzw. Wärmetauscher in der Herstellung und Wartung viel einfacher als eine senkrechte Anordnung.Use of a so-called cracking furnace to produce the cracking gas under the cracking furnace for installation bring. In addition, the horizontal arrangement of the smoke tubes or heat exchangers is a lot in terms of manufacture and maintenance easier than a vertical arrangement.
Bei Verwendung von Wasser od.dgl. Medien als Kühlmedium für das aus dem Spaltofen kommende sehr heiße Spaltgas entsteht Dampf, der vor allen Dingen dann, wenn ein Naturumlauf für das Kühlmedium vorgesehen ist, wesentlich zur Betriebssicherheit des Kühlmediumumlaufes beiträgt, indem er z.B. bei Kühlwasser eine bestimmte Mindestströmungsgeschwindigkeit gewährleistet.When using water or the like. Media as a cooling medium for the very hot cracked gas coming out of the cracking furnace, steam is created, which is especially when there is a natural circulation is provided for the cooling medium, contributes significantly to the operational reliability of the cooling medium circulation by For example, it guarantees a certain minimum flow rate for cooling water.
Erfindungsgemäß wird in der annähernd waagerechten Anordnung der Rauchrohre eine Entmischung des Dampf-Wasserstromes dadurch verhindert, daß die Rauchrohre jeweils mit einem Doppelmantel versehen sind, durch den das Kühlwasser strömt. Damit ist vorteilhafterweise jedem einzelnen Rauchrohr eine eigene Kühlwasser-Zwangsführung zugeordnet.According to the invention, in the approximately horizontal arrangement of the smoke tubes, the steam-water flow separates thereby prevented that the smoke pipes are each provided with a double jacket through which the cooling water flows. In this way, each individual smoke pipe is advantageously assigned its own forced cooling water flow.
Eine weitere Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß sie zumindest aus zwei hintereinandergeschalteten Wärmetauschern mit einer Gasaustrittstemperatur von unter 50O0C für den ersten Wärmetauscher besteht. Dabei ist die Bauweise des zweiten Wärmetauschers von untergeordneter Bedeutung, denn bei einer Spaltgastemperatur von unter 5000C bildet sich das Spaltgas nicht mehr zurück, so daß mehrere nebeneinandergeschaltete Wärmetauscher mit einem nachgeschalteten, gemeinsamen Wärmetauscher versehen werden können und dies gegebenenfalls auch selbst bei einer überlangen Verweilzeit des Spaltgases in dem nachgeschalteten Wärmetauscher geschehen kann« In diesem Fall wird jedoch ein Niederschlagen des Spaltgases in dem nachgeschalteten Wärmetauscher nach der Erfindung ver-A further embodiment of the device according to the invention is that it consists of at least two heat exchangers connected in series with a gas outlet temperature of below 50O 0 C for the first heat exchanger. The construction of the second heat exchanger is of subordinate importance, because at a cracking gas temperature of less than 500 0 C the cracking gas no longer forms back, so that several heat exchangers connected next to one another can be provided with a downstream, common heat exchanger and this, if necessary, even with an overlong heat exchanger Residence time of the cracked gas in the downstream heat exchanger can happen. In this case, however, the cracked gas is precipitated in the downstream heat exchanger according to the invention.
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hindert, indem die Wärmeleitfähigkeit der Rauchrohre des nachgeschalteten Wärmetauschers zumindest im austrittsseitigen Bereich durch Verwendung eines wärmeisolierenden Doppelmantels derart verringert wird, daß die Temperatur an der Innenwand der Rauchrohre auch bei einer an der Außenwand der Rauchrohre unterhalb des minimalen Spaltgas-Taupunktes liegenden Temperatur oberhalb des maximalen Spaltgastaupunktes liegt.prevents by the thermal conductivity of the smoke tubes of the downstream heat exchanger at least in the outlet side Area is reduced by using a heat insulating double jacket so that the temperature on the inside wall of the smoke tubes also with one on the outside wall of the smoke tubes below the minimum cracked gas dew point lying temperature is above the maximum fission gas dew point.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing is an embodiment of the invention shown. Show it:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Kühlen frischer Spaltgase mit mehreren, parallel geschalteten Wärmetauschern und einem nachgeschalteten gemeinsamen Wärmetauscher in der Draufsicht; 1 shows a device for cooling fresh fission gases with several heat exchangers connected in parallel and a downstream common heat exchanger in plan view;
Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in einer Ansicht in Richtung II-II der Fig. 1; FIG. 2 shows the device according to FIG. 1 in a view in the direction II-II of FIG. 1;
Fig. g einen Wärmetauscher nach Fig. 1 in einer Einzelansicht. ' FIG. G shows a heat exchanger according to FIG. 1 in an individual view. '
Nach Fig0 1 und 2 münden drei von einem nicht dargestellten, bekannten Pyrolyse-Ofen ausgehende Spaltrohre 1,2 und 3 in drei Kühlersektionen 4, 5 und 6, die jeweils aus vier gegen die Spaltgasströmung schwach geneigten, parallel geschalteten Wärmetauschern 7 bestehen, so daß jedem Spaltrohr 1, 2, 3 ein Wärmetauscher 7 zugeordnet ist. Die Wärmetauscher 7 münden ihrerseits alle in einen Gassammler 8, der aus den Wärmetauschern 7 austretendes und auf 45O0C gekühltes Spaltgas einem nachgeschalteten Wärmetauscher 9 zuführt« Für alle Wärmetauscher 7 und 9 ist ein strichpunktiert dargestellter, gemeinsamer Kühlwasserumlauf 10 vorgesehen.According to Fig. 0 1 and 2, three cracking tubes 1, 2 and 3 emanating from a known pyrolysis furnace, not shown, open into three cooler sections 4, 5 and 6, each of which consists of four parallel-connected heat exchangers 7, which are slightly inclined against the cracked gas flow, so that a heat exchanger 7 is assigned to each can 1, 2, 3. The heat exchanger 7 in turn open into a gas collector 8, the emerging from the heat exchangers 7 and cooled to 45O 0 C cleavage gas to a downstream heat exchanger 9 supplies "For all of the heat exchanger 7 and 9, a dash-dotted lines shown, common cooling water circulation 10 is provided.
Nach Figo 3 bestehen die Wärmetauscher 7 und der Wärme-According to Figo 3, the heat exchanger 7 and the heat
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tauscher 9 im wesentlichen jeweils aus einer Anzahl ringförmig um ein zentrales Fallrohr 11 angeordneter und mit einem dreifachen Mantel 12, 13, 14 versehener Rauchrohre 15 und aus zwei zylindrischen Gehäusekammern 16 und 17.Exchanger 9 essentially each consisting of a number arranged in a ring around a central downpipe 11 and with a triple jacket 12, 13, 14 provided smoke tubes 15 and from two cylindrical housing chambers 16 and 17.
Von den Gehausekammern 16 und 17 befindet sich die Gehäusekammer 17 am in Strömungsrichtung des Spaltgases vorderen Ende eines jeden Wärmetauschers 7 bzw« 9. Die Gehäusekammer 17 hat zwei Stirnwände, von denen die hintere die Rohre 14 der Rauchrohrummantelung und das Fallrohr 11 als gemeinsamer Boden 18 umschließt, während die vordere Stirnwand 19 mit gleichmäßig auf einem Kreisumfang, verteilten Öffnungen versehen ist, an die sich die jeweils von einem Rohr 14 umgebenen Rohre 13 der Rauchrohrummantelung anschließen.Of the housing chambers 16 and 17 is the housing chamber 17 at the front end of each heat exchanger 7 or 9 in the flow direction of the cracked gas. The housing chamber 17 has two end walls, of which the rear the pipes 14 of the smoke pipe casing and the downpipe 11 as common base 18 encloses, while the front end wall 19 is distributed evenly on a circumference Openings is provided, to which the tubes 13 of the smoke tube casing, each surrounded by a tube 14, attach connect.
Die Gehäusekammer 16 befindet sich am hinteren Ende des Wärmetauschers 7 bzw«, 9 und ist durch eine Zwischenwand . 20 nochmals in eine vordere Kammer 30 und eine hintere Kammer 31 unterteilt. Dabei münden die Rohre 14 der Rauchrohrummantelung in die vordere Kammer 30, das Fallrohr 11 in die hintere Kammer 31, während die Rohre 13 durch die hintere Kammer 31 hindurchgeführt sind. Bei einer geeigneten Abdichtung zwischen den Rohren 13, 14 und 11. sowie der Wandung der Gehäusekammer 16 ergibt sich dadurch, eine Verbindung der Kammer 31 über das Fallrohr 11 zu der Gehäusekammer 17 und von der Gehäusekammer 17 durch den Hohlraum zwischen den Rohren 13 und 14 zu der Gehäusekammer 30, so daß bei einer entsprechenden Wasserfüllung, einer geeigneten Wasserzuleitung 32 zur Kammer 31 und einem Wasserabfluß 33 von der Kammer 30 eine Wasserströmung von der Kammer 31 über die Gehäusekammer 17 und den Hohlraum zwischen den Rohren 13 und 14 zur Kammer 30 auftreten kann.The housing chamber 16 is located at the rear end of the heat exchanger 7 or 9 and is through a partition. 20 again into a front chamber 30 and a rear one Chamber 31 divided. The pipes 14 of the smoke pipe casing open out into the front chamber 30, the downpipe 11 into the rear chamber 31, while the tubes 13 through the rear chamber 31 are passed. With a suitable seal between the tubes 13, 14 and 11 and the The wall of the housing chamber 16 results in a connection of the chamber 31 via the downpipe 11 to the housing chamber 17 and from the housing chamber 17 through the cavity between the tubes 13 and 14 to the housing chamber 30, see above that with an appropriate water filling, a suitable water supply line 32 to the chamber 31 and a water drain 33 from the chamber 30 a flow of water from the chamber 31 via the housing chamber 17 and the cavity between the tubes 13 and 14 to the chamber 30 can occur.
Diese Wasserströmung entsteht^:twlnh die Rohre 13 von durch-This flow of water arises ^ : t wlnh the pipes 13 from through-
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strömendem, frischem Spaltgas erwärmt werden«, Dann bildet sich an den heißen Rohren 13 Dampf, der infolge seines Auftriebs im Wasser in dem Hohlraum zwischen den Rohren 13 und 14 bereits bei einer nur wenige, z,B0 drei Grad betragenden Neigung des Wärmetauschers eine starke Wasserströmung verursacht. Durch die Wasserströmung und den damit verbundenen Wasserumlauf werden die Stirnwand 19 der Gehäusekammer, die sich infolge des auftreffenden Spaltgases erwärmt, sowie die Rauchrohre 15 in ausreichendem Maße gekühlt.flowing, fresh cracking gas are heated "Then, B 0 three degrees amount of inclination of the heat exchanger forms on the hot tubes 13 steam due to its buoyancy in the water in the cavity between the tubes 13 and 14 are already at a few z, a causes strong water currents. The end wall 19 of the housing chamber, which heats up as a result of the fission gas impinging, and the smoke tubes 15 are cooled to a sufficient extent by the water flow and the associated water circulation.
Vorteilhafterweise wird im Bereich der Gehäusekammer 16^ d.h„ im Bereich des in den Wärmetauscher 7 bzw. 9 eintretenden Kühlwassers mit den Rohren 12 eine Kondensation des Spaltgases an der Rauchrohrinnenwand verhindert. Die Rohre 12 verringern im Bereich der Gehäusekammer 16 die Wärmeleitfähigkeit der Rauchrohre 15 so weit, daß die Temperatur an der Rauchrohrinnenwand selbst bei einer an der Rauchrohraußenwand unter dem minimalen Taupunkt des Spaltgases liegenden Temperatur über dem maximalen Taupunkt des Spaltgases liegt. Die Rohre 12 sind dazu in den Rohren 13 angeordnet, mit ihrem vorderen Ende in die Rohre 13 eingewalzt oder eingeschweißt und mit ihrem hinteren Ende über die Rohre 13 hinaus geführt. Während die Rohre 13 mit der hinteren Stirnwand der Gehäusekammer 16 abschließen, ragen die Rohre 12 bis in einen noch hinter der hinteren Stirnwand der Gehäusekammer 16 angeordneten Boden 34. Zwischen dem Boden 34 und der hinteren Stirnwand der Gehäusekammer 16 befindet sich eine Dichtungsmasse 35» z*B. Asbest, die ein Eindringen von Spaltgas in den Hohlraum zwischen den Rohren 12 und 13 verhindert.Advantageously, in the area of the housing chamber 16 ^ i.e. in the area of the heat exchanger 7 or 9 entering Cooling water with the tubes 12 prevents condensation of the cracked gas on the inner wall of the smoke tube. The pipes 12 reduce the thermal conductivity in the area of the housing chamber 16 of the smoke tubes 15 so far that the temperature on the inner wall of the smoke tube even at one of the Flue pipe outer wall below the minimum dew point of the cracked gas lying temperature is above the maximum dew point of the cracked gas. For this purpose, the tubes 12 are in the tubes 13 arranged, with their front end rolled or welded into the tubes 13 and with their rear end over the tubes 13 out. While the tubes 13 with the rear Complete the end wall of the housing chamber 16, the tubes 12 protrude up to one behind the rear one End wall of the housing chamber 16 arranged bottom 34. Between the bottom 34 and the rear end wall of the housing chamber 16 is a sealing compound 35 »z * B. Asbestos, which prevents the penetration of cracked gas into the cavity between the tubes 12 and 13.
Zum Ausgleich der unterschiedlichen Wärmedehnungen an den Rohren 12 und 13 sind die Rohre 12 verschiebbar in dem Boden 34 gelagert. Die Gehäusekammer 16 setzt.sich gasaustrittsseitig in einen Gassammelkorius 36 fort, von dem imTo compensate for the different thermal expansions on the tubes 12 and 13, the tubes 12 are displaceable in the floor 34 stored. The housing chamber 16 is set on the gas outlet side in a gas collecting corius 36, of which im
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Falle der Wärmetauscher 7 ein geeignetes Rohrleitungsstück zu dem Gassammler 8 führt. Der Gassammeikonus 36 ist mit einem Flansch 37 mittels bekannter Zuganker 38 und eines Dichtungsringes 39 an einem Gegenflansch 40 der Gehäusekammer 16 befestigt.In the case of the heat exchanger 7, a suitable piece of pipe leads to the gas collector 8. The gas collection cone 36 is with a flange 37 by means of known tie rods 38 and a sealing ring 39 on a mating flange 40 of the housing chamber 16 attached.
Gaseintrittsseitig ist den Wärmetauschern 7 bzw. 9 jeweils ein Gasverteilkonus 41 vorgeschaltet«, Der Gasverteilkonus 41 gibt dem durch die Öffnungen in der Stirnwand 19 der Gehäusekammern 17 in die Wärmetauscher 7 bzw, 9 strömenden Spaltgas eine'hinsichtlich geringer Verweilzeiten vor den Wärmetauschern 7 bzw«, 9 günstige Strömung und wirkt mit einem Verdrängungskörper 42 zusammen. Dabei ist der Gasverteilkonus 41 jeweils von einem Faltenbalg 43 umgeben und über den Faltenbalg 43 in der gleichen Weise mit der Gehäusekammer 17 wie der Gassammeikonus 36 mit der Gehäusekammer 16 verbunden. Der Zwischenraum zwischen dem Gasverteilkonus 41 und dem Faltenbalg ist zum Teil mit einer der Masse 35 gleichen oder ähnlichen Dichtungsmasse ausgefüllt. An den übrigen, freien Teil des Zwischenraumes zwischen dem Gasverteilkonus 41 und dem Faltenbalg 43 ist eine Leckleitung 44 angeschlossen. Über die Leckleitung 44 kann zusätzlich Dampf eingedüst werden, der ein Entweichen von Spaltgas an der zusätzlich durch einen Dichtungsring 45 abgedichteten Berührungsstelle zwischen dem Gasverteilkonus 41 und der Stirnwand 19 der Gehäusekammer bei eventuell beschädigtem Dichtungsring 45 verhindert.The heat exchangers 7 and 9 are each on the gas inlet side A gas distribution cone 41 is connected upstream. The gas distribution cone 41 gives this through the openings in the end wall 19 of the Housing chambers 17 in the heat exchanger 7 or 9 flowing cracked gas a'in terms of short residence times before the Heat exchangers 7 or 9 favorable flow and interacts with a displacement body 42. Here is the gas distribution cone 41 each surrounded by a bellows 43 and via the bellows 43 in the same way with the Housing chamber 17, like the gas collecting cone 36, is connected to the housing chamber 16. The space between the gas distribution cone 41 and the bellows is partially filled with a sealing compound which is the same or similar to the compound 35. The remaining, free part of the space between the gas distribution cone 41 and the bellows 43 is a leakage line 44 is connected. Via the leakage line 44 steam can also be injected, which prevents cracked gas from escaping at the additionally through a sealing ring 45 sealed contact point between the gas distribution cone 41 and the end wall 19 of the housing chamber in the event of a possibly damaged sealing ring 45.
Zur Reinigung und Wartung der Wärmetauscher 7 bzw, 9 sind die Gehäusekammern 17 insbesondere an der untersten Stelle mit Öffnungen 46 versehen, durch die die Wärmetauscher 7 bzw, 9 im Bedarfsfall entschlammt und entwässert werden.For cleaning and maintenance of the heat exchangers 7 and 9 respectively the housing chambers 17 are provided with openings 46, in particular at the lowermost point, through which the heat exchangers 7 or, 9 are desludged and dewatered if necessary.
Nach Fig. 3 ist für alle Wärmetauscher 7 bzw. 9 eine pendelnde und dehnungsausgleichende. Lagerung vorgesehen, dieAccording to Fig. 3 is a pendulum for all heat exchangers 7 and 9 and expansion compensation. Storage provided that
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zum Ausgleich von Verschiebungen dient, die während des Betriebes infolge Wärmedehnungen an den Wärmetauschern 7 bzw«, 9 auftreten,, Sie besteht aus mehreren Zugankern bzw. Konstanthängern 47 für jeden Wärmetauscher 7 bzw. 9. Von den Zugankern 47 ist die eine Hälfte an Laschen 48 der Gehäusekammern 16 und die andere Hälfte an Trägern 49 befestigt,, Die Träger 49 untergreifen die Wärmetauscher 7 bzw. 9 im Bereich der Gehäusekammern 17» so daß jeder Wärmetauscher 7 bzwo 9 in zwei Punkten aufgehängt ist.serves to compensate for shifts that occur during the During operation as a result of thermal expansion on the heat exchangers 7 or «, 9, it consists of several tie rods or Constant hangers 47 for each heat exchanger 7 and 9, respectively. One half of the tie rods 47 is on tabs 48 of the Housing chambers 16 and the other half attached to supports 49 ,, The supports 49 reach under the heat exchangers 7 and 9 in the area of the housing chambers 17 'so that each heat exchanger 7 or 9 is suspended in two points.
Darüber hinaus sind die Wärmetauscher 7 zumindest bei der Montage in den einzelnen Kühlsektionen 4, 5 und 6 über Laschen 50 und Bolzen 51 miteinander verbunden, wobei die Bolzen 51 nach der Montage entfernt werden.In addition, the heat exchangers 7 are at least during assembly in the individual cooling sections 4, 5 and 6 via tabs 50 and bolt 51 connected to one another, the Bolts 51 can be removed after assembly.
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