DE2157159B2 - Plattenwärmetauscher, z.B. Spaltgaskühler bestehend aus einem Stapel in gleicher Weise wellenartig ausgebildeter Blechtafeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmetauscher für ein Gas hoher Temperatur und niedrigen Druckes und ein unter hohem Druck stehendes Kühlmittel aus einem Stapel in gleicher Weise wellenartig ausgebildeter, gleichgerichteter, länglich-viereckiger Blechtafeln, bei denen jeweils die einen Randbereiche mit entsprechenden Randbereichen der einen und die übrigen Randbereiche mit entsprechenden Randbereichen der anderen benachbarten Blechtafeln abdichtend in solcher Weise verbunden sind, daß einerseits jeweils zwei benachbarte Blechtafeln spiegelbildlich zur gemeinsamen Berührungsebene aufeinanderliegen und so mittels der wellenartigen Ausbildungen zwischen sich eine Reihe einzelner, paralleler, im Querschnitt rundflächiger Rohrkanäle bilden, andererseits jeweils zwei benachbarte, verschiedenen Rohrkanalreihen zugehörige Blechtafeln mit Abstand und um eine halbe Wellenlänge versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die senkrecht zu den Rohrkanälen verlaufenden Randbereiche der jeweils benachbarten, verschiedenen Rohrkanalreihen zugehörigen Blechtafeln zum Bilden des Abdichtrandes zueinander hin verformt sind, die Verformung als Abrundung von zumindest im wesentlichen viertelkreisförmigem Profil ausgebildet ist, die Rohrkanäle zum Führen des Gases hoher Temperatur und niedrigen Druckes bestimmt sind, und die Breite der zu den Rohrkanälen parallel verlaufenden Randbereiche so groß gewählt ist, daß bis zur Außenkante dieser Randberciche die infolge der Heißgastemperatur höhere Wandtemneratur der Rohrkanäle im wesentlichen bis zur Kühlmitteltemperatur vermindert ist. nach

■»ο Patent 16 01 215.

Dieser Wärmetauscher ist bereits durch die DE-OS 01 215 bekannt geworden. Er ist geeignet, extrem hohe Belastungen infolge der auftretenden großen Druckunterschiede und der nominal hohen Temperatur sowie der großen Temperaturdifferenzen während längerer Betriebszeiten und einer erhöhten Gesamtlebensdauer auszuhalten.

Die vorliegende erfindungsgemäße Weiterbildung eines Plattenwä/metauschers gemäß der Hauptanmeldung bezieht sich auf Plattenwärmetauscher in stehender Anordnung, bei denen das heiße Gas. z. B. das Spaltgas, von unten dem Wärmetauscher und somit dem Plattenstapel an dessen unterer Stirnseite zugeführt wird. Derartige Wärmetauscher bekannter Bauart

">5 hatten bisher den erheblichen Nachteil, daß sich über dem vom heißen Spaltgas angeströmten Boden die sich innerhalb der Strömungswege für das Kühlmittel bildenden Ausfallprodukte und abfallenden Korrosionsbestandteile, wie Magnetit, als Schlammschicht abset-

bo zen. Diese Schlammschicht behindert in empfindlichem Maße den Wärmeübergang durch die Wärmetauscherwandung und führt somit gerade an der gefährdetsten Stelle zu Überhitzung und Materialzerstörung. Bei den bisherigen Bauarten, auch bei den üblichen Röhrenbündelwärmetauschern, ist diese Schlammschicht nicht wirkungsvoll entfernbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entfernbarkcit der Schlammschicht in

optimaler Weise zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Wärmetauscher der eingangs erwähnten Art zumindest annähernd im Bereich der auf den Blechtafeln senkrecht stehenden Stapel-Mittelebene bei jedem zweiten der aufeinanderfolgenden Blechtafelpaare zumindest ein Rohrkanal mit rundem Querschnitt durch gerade Blechstücke ersetzt ist, wodurch anstelle des Rohrkanals der benachbarte wellenförmige Querschnittsabschnitt vergrößert wird, daß in diesem to vergrößerten Querschnitt je ein den Stapel der Länge nach durchlaufendes Entschlammrohr eingesetzt ist, dessen untere Mündung knapp über den unteren Enden der Rohrkanäle angeordnet ist und das im Bereich der oberen Rohrenden in eine gemeinsame Sammelleitung mit Ableitung und Entschlammventil einmündet.

Nach diesem Vorschlag entsteht beim Öffnen des Entschlammventils infolge des hohen Druckunterschiedes eine sehr stark ausgebildete Strömung zur unteren Mündung jedes der Entschlammrohre, so daß zwischen jedem Paar von Blechtafeln in gleich effektvoller Weise von dieser starken Strömung der abgesetzte Schlamm aufgenommen und in die Mündung der Entschlammrohre hineingeführt wird.

Die Strömung des Kühlmittels kann in vorteilhafter 2ϊ Weise noch weiter intensiviert werden, wenn gemäß einer besonderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes der Plattenstapel der Länge nach bis knapp oberhalb der unteren Enden der Rohrkanäle von einer Blechumhüllung mit mehrkantförmigem Querschnitt Jo und mit oberer an das Gehäuse anschließender Abdeckung umgeben ist und daß knapp unterhalb dieser Abdeckung der bzw. die Kühlmiueleintrittsstutzen in die zwischen der Blechumhüllung und den zylindrischen Gefäßmantel gebildeten im wesentlichen segmentförmigen Querschnitt aufweisenden Räume einmünden.

In diesem Falle strömt das Kühlmittel zwischen der Blechumhüllung und dem Gefäßmantel bis knapp oberhalb des unteren Plattenstapelboden und in den Strömun<~swegen mit wellenförmigem Querschnitt von 4n außen gegen die Mitte des Stapels und unter Dampfblasenbildung nach oben. Diese allgemeine Störung, die gerade zumindest teilweise gegen die Mitte des Blechmantels und somit gegen die Mündungen der Entschlammrohre gerichtet ist. bewirkt eine Intensivie- **> rung drs Entschlammvorganges i η vorteilhafter Weise.

Die Fig. 1 und 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Längsschnitt und einem Querschnitt durch den Plattenwärmetauscher.

Der Plattenwärmetauscher ist für ein Gas hoher Temperatur und niedrigen Druckes, das gemäß der Pfeile 1 und 2 ein- und austritt, und ein unter hohem Druck stehendes Kühlmittel, das gemäß der Pfeile 3, 4 ein und gemäß der Pfeile 5, 6 austritt, vorgesehen. Der ~λ unmittelbare Trennwandwärmetausch findet in einem Stapel 7 von in gleicher Weise wellenartig ausgebildeter, gleichgerichteter, länglich-viereckiger Blechtafeln 8 und 9 bzw. 10 und Il statt, bei denen jeweils die einen Randbereiche 12 und 12;) mil den entsprechenden m> Randbereichen der einen und die übrigen Randbereiche 13 und 13a mit den entsprechenden Randbereichen der anderen benachbarten Blechtafeln abdichtend in solcher Weise verbunden sind, daß einerseits jeweils zwei benachbarte Blechtafeln 8 und 9 bzw. 10 und 11 f>^r> spiegelbildlich zur gemeinsamen Berührungsebene aufeinanderliegen und so mittels der wellenartigen Ausbildungen zwischen sich eine Reihe einzelner paralleler, im Querschnitt rundflächiger Rohrkanäle 14, 15, 16, 17, 18, 19 bilden, andererseits jeweils zwei benachbarte verschiedenen Rohrkanalreihen zugehörige Blechtafeln 8 und 10 mit Abstand und um eine halbe Wellenlänge versetzt zueinander angeordnet sind, wobei die senkrecht zu den Rohrkanälen verlaufenden Randbereiche der jeweils benachbarten verschiedenen Rohrkanalreihen zugehörigen Blechtafeln 8 und 10 zum Bilden der Abdichtränder 13, 13a zueinander hin verformt sind. Dabei sind die Rohrkanäle 14 bis 19 für die Durchführung des Gases hoher Temperatur und niedrigen Druckes gemäß Pfeile 21, 22 bestimmt. Der Plattenstapel 7 ist von einem Gefäßmantel umgeben, un dessen mittleren zylindrischen Teil 20 konische Zargen 20a und 206 zwecks Verbindung mit der Zu- bzw. Abführleitung für das heiße Gas, ζ. Β. ein Spaltgas, angeflanscht sind.

Bei dem Plattenstapel ist erfindungsgemäß etwa in einer auf die Blechtafeln 8 bis 11 senkrecht stehenden Mittelebene gemäß 1II-1II die Ausbildung zumindest eines Rohrkanals mit rundfläcü^em Querschnitt an jedem zweiten der aufeinanderfolgenden Blechtafelpaare 8 und 9 bzw. 23 und 24 fortgelassen, so daß anstelle des entfallenden Rohrkanals eine Vergrößerung des benachbarten wellenförmigen Querschnittsabschnittes 25, i6 gebildet ist, in der je ein den Stapel 7 der Länge nach durchlaufendes Entschlammrohr 27, 28 eingesetzt ist, dessen untere Mündung 29 knapp über dem unteren Randbereich 13 angeordnet ist und das oberhalb des oberen Randbereiches 13a in eine gemeinsame Sammelleitung 30 einmündet, deren Ableitung 31 über ein Entschlammventil 32 gemäß Pfeil 33 austritt. Der Plattenstapel 7 ist der Länge nach bis knapp oberhalb des unteren Randbereiches 13 von einer Blechumhüllung 34 umgeben, die oben mittels einer Abdeckung 35 zwischen den Eintritts- 3a und Austrittsstutzen 5a beginnt. Mittels dieser Blechumhüllung 34 ist der gemäß Pfeile 3 und 4 in die Räume mi; segmentförmigem Querschnitt 36, 37, 38 zwischen der Blechumhüllung 34 und dem Gefäßmantel 20 eintretende Kühlmittelstrom unmittelbar bis über den Randbereich 13 geführt, wo er gemäß Pfeile 36, 37 in die Strömungswege mit wellenförmigem Querschnitt umgelenkt wird, in denen er hochströmt und zumindest teilweise verdampft und anschließend in die Austrittsstuizen 5a gelangt. Die Blechumhüllung 34 bewirkt, daß der Kühlmittelstrom unmittelbar an die heißeste und gefährdetste Stelle, nämlich den Randbereich 13 gelangt und diesen somit intensiv kühlt, wodurch nach bereits vorliegenden Erfahrungen eine beachtliche Verlängerung der Lebensdauer des Wärmetauschers erreichbar geworden ist. Infolge der sehr großen Materialbelastung, hervorgerufen durch die hohen Temperaturen und die damit verbundenen erhöhten Abnützungs- und Korrosionserscheinungen innerhalb der Strömungswege für da:> Kühlmittel enisteht in diesen ein beträchtlicher Materialabbau, der sich in Form von Schlamm und auch schwammartigen Teilen, hauptsächlich aus Magnetit bestehend, über dem Randbertich 13 absetzt. Dieser Schlamm bewirkt eine Verschlechterung des Wärme-Überganges an der gefährdetsten Stelle und somit eine vergrößerte Gefahr der Beschädigung infolge eintretender Überhitzung. Es ist ein Hauptanliegen, diesen Schlamm in verhältnismäßig kurzen Zeitabständen, z. B. zweimal täglich wirkungsvoll entfernen zu können. Dazu eignen sich die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Entschlammrohre 27, 28, die beim Öffnen des Entschlammventils 32 infolge der gegebenen hohen

Druckdifferenz /wischen dem Kühlmittel und dem l.citungsdruck hinter dem Ventil 32 eine intensive Ijnströmung in die Mündung 29 gemäB Pfeile 36a. 37a erfuhren, wodurch die abgelagerten Sehlammtcilc mitgerissen und damit von der Ablagerungszonc über den Randbereich 13 entfernt werden. Diese Wirkung ist durch die allgemeine Kühlmittelströmung gemäß der

Pfeile 36,37 in vorteilhafter Weise begünstigt, llin etwa zweimal täglich stattfindendes kurz/eiliges F-'nischliinimen hat sich als ausreichend erwiesen, um die geführdetsten l'.intriitsknntcn im Kandbcrcich 13 vor einer schädlichen Malcrialüberhit/ung erfolgreich zu schützen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Plattenwärmetauscher für ein Gas hoher Temperatur und niedrigen Druckes und ein unter hohem Druck stehendes Kühlmittel aus einem Stapel in gleicher Weise wellenartig ausgebildeter, gleichgerichteter, länglich-viereckiger Blechtafeln, bei denen jeweils die einen Randbereiche mit entsprechenden Randbereichen der einen und die übrigen Randbereiche mit entsprechenden Randbe- to reichen der anderen benachbarten Blechtafeln abdichtend in solcher Weise verbunden sind, daß einerseits jeweils zwei benachbarte Blechtafeln spiegelbildlich zur gemeinsamen Berührungsebene aufeinanderliegen und so mittels der wellenartigen '5 Ausbildungen zwischen sich eine Reihe einzelner, paralleler, im Querschnitt rundflächiger Rohrkanäle bilden, andererseits jeweils zwei benachbarte, verschiedenen Rohrkanalreihen zugehörige Blechtafeln mit Abstand und um eine halbe Wellenlänge versetz; zueinander angeordnet sind, wobei die senkrecht zu den Rohrkanälen verlaufenden Randbereiche der jeweils benachbarten, verschiedenen Rohrkanalreihen zugehörigen Blechtafeln zum Bilden des Abdichtrandes zueinander hin verformt sind. die Verformung als Abrundung von zumindest im wesentlichen viertelkreisformigem Profil ausgebildet ist, die Rohrkanäle zum Führen des Gases hoher Temperatur und niedrigen Druckes bestimmt sind und die Breite der zu den Rohrkanälen parallel verlaufenden Randbereiche so groß gewählt ist. daß bis zur Auiienkante dieser Randbereiche die infolge der Heißgastemptratur .öhere Wandtemperatur der Rohrkanäle im wesentlichen bis zur Kühlmitteltemperatur vermindert ist, nach Patent 16 01215 dadurch gekennzeichnet, daß zumindest annähernd im Bereich der auf den Blechtafeln (8, 9, 10,11,23,24) senkrecht stehenden Stapel-Mittelebene (I H-111) bei jedem zweiten der aufeinanderfolgenden Blechtafelpaare (8 und 9, 23 und 24| zumindest ein Rohrkanal mit rundem Querschnitt durch gerade Blechstücke ersetzt ist, wodurch anstelle des Rohrkanals der benachbarte wellenförmige Querschnitts-Abschnitt (25, 26) vergrößert wird, daß in diesem vergrößeren Querschnitt je ein den Stapel der Länge nach durchlaufendes Entschlammrohr (27, 28) eingesetzt ist, dessen untere Mündung (29) knapp über den unteren Enden der Rohrkanäle angeordnet ist und das im Bereich der oberen Rohrenden in eine gemeinsame Sammelleitung (30) mit Ableitung (31) und Entschlammventil (32) einmündet.
2. 2. Plattenwärmetauscher nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenstapel (7) der Länge nach bis knapp oberhalb der unteren Enden der Rohrkanäle von einer Blechumhüllung (34) mit mehrkantförmigem Querschnitt und mit oberer an das Gehäuse anschließender Abdeckung (35) umgeben ist und cV.ß knapp unterhalb dieser Abdeckung (35) der bzw. die Kühlmitteleintrittsstutzen (3a) in die zwischen der Blechumhüllung (34) und den zylindrischen Gefäßmantel (20) gebildeten im wesentlichen segmentförmigem Querschnitt (36, 37, 38) aufweisenden Räume einmünden.