DE2318030C3 - Wärmeübertrager mit in einem vertikalen Kessel vertikal angeordneten Rohrbündel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager mit einem Kessel kreisförmigen Querschnitts und vertikaler Achse, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei derartigen bekannten Wärmeübertragern (DE-GM 16 95 842; Fig. 3 und 4) enthält die Wand des Kessels einen von der unteren Rohrplatte ausgehenden, langgestreckten, koaxial zum Rohrbündel angeordneten und dieses mit geringem radialen Abstand umschließenden ersten Kesselabschnitt, einen von der oberen Rohrplatte ausgehenden, kurzen /weiten Kesselabschnitt gleichen Durchmessers und übereinstimmender Achslage und einen diese beiden Kesselabschnitte verbindenden und zu diesen koaxial angeordneten dritten Kesselabschnitt mit vergrößertem Durchmesser, an dem die Dampf-Eintrittsöffnung ausgebildet ist. Innerhalb dieses dritten Kesselabschnitts ist in Verlängerung des ersten Kesselabschnitts ein nach oben über die Höhe der Dampf-Eintrittsöffnung geführter erster Mantelabschnitt und in Verlitngerung des zweiten Kesselabschnitts ein kurzer zweiter Mantelabschriitl angeordnet- Der dritte Kesseläbschnitt bildet zusanv men mit den beiden MantelabschnUten, zwischen denen ein Ringspalt frei bleibt, einen Ririgraum, in den eine erste Expansion und Verteilung des eintretenden Dampfes erfolgt, bevor dieser durch den Ringspalt zürn

Rohrbündel gelangt

Bekannt ist es ferner, bei einem Wärmeübertrager (DE-GM 16 95 842; Fig. 1 und 2) mit einen über die ganze Höhe unveränderten Durchmesser aufweisenden

"> Kessel im Bereich der Dampf-Eintrittsöffnung vor dem Rohrbündel eine Prallplatte anzuordnen und für diese Platz durch Weglassung eines Rohres des Rohrbündels zu schaffen, das, abgesehen hiervon, eine mit der Kesselachse gemeinsame Achse aufweist Für einen solchen Wärmeübertrager ist auch bekannt \US-PS 16 57 028), zwischen der oberen Rohrplatte und dem unterer. Abschlußdeckel eine Kammer auszubilden, die durch eine vertikale, in der Kesselachse liegende Trennwand in zwei Abteile geteilt ist, von denen das

is eine wiederum durch eine zur Trennwand lotrechte, die Kesselachse enthaltende Scheidewand in eine Einlaßkammer für die kalte Flüssigkeit und eine Auslaßkammer für die Ableitung der erwärmten Flüssigkeit unterteilt ist, während eine zwischen der unteren

2Q Rohrplatte und dem unteren Abschlußdeckel gebildete Kammer in zwei Abteile durch eine Trennwand unterteilt ist, welche in der die Scheidewand und auch die Dampf-Eintrittsöffnung enthaltenden Ebene gelegen ist. Die Flüssigkeit wird daher durch das Rohrbündel in je zwei aufsteigenden und zwei fallenden Bahnen geführt, von denen die von der Einlaßkammer ausgehende und die zur Auslaßkammer führende Bahn benachbart zur Dan-pf-Eintrittsöffnung gelegen ist, so daß diese Bahnen zuerst dem frisch eintretenden Dampf

■ίο ausgesetzt sind.

Soweit die bekannten Wärmeübertrager Prallplatten enthalten, verhindern diese, daß die der Dampf-Eintrittsöffnung gegenüberliegenden Teile der Rohre von einem konzentrierten Strahl frischen Dampfes unmittelbar getroffen werden und daher einer starken örtlichen Überhitzung ausgesetzt sind. Andererseits erhöhen die Prallplatten den Dampf-Strömungswiderstand, ohne eine auch nur angenähert gleichförmige Dampfverteilung über das Rohrbündel hervorzurufen.

Durch Verwendung der erwähnfn Ringkammer ist zwar eine Verbesserung insoweit erreichbar, als der Dampf über den Ringspalt dem Rohrbündel angenähert gleichförmig über dessen ganzen Umfang radial nach innen zugeführt wird. Es verbleiben aber Uberhitzungserscheinungen an den Teilen der außenliegenden Rohre, welche im Bereit^h des Ringspaltes liegen und es muß eine Vergrößerung des Durchmessers des Kessels und seine konstruktiv aufwendigere Ausbildung hingenommen werden.

■>ο Für den Wärmeaustausch ist ferner ungünstig, daß im Falle einer einzigen aufsteigenden Bahn für die Flüssigkeit die Rohre dieser Bahn ungleichförmig erwärmt werden bzw. im Falle der Ausbildung mit je zwei aufsteigenden und zwei fallenden Bahnen die mit

" kalter Flüssigkeit beschickte Bahn unmittelbar dem frischen Dampf ausgesetzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß bei geringem konstruktiven Aufwand und minimaler radialer Baugröße die Verteilung des Dampfes im Rohrbündel gleichförmiger gestaltet und der Wärmeaustausch verbessert wird- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gemeinsame Achse Von Rohrbündel und Mantel radial versetzt zur Kesselachse unter Bildung eines größten radialen Abstandes des Mantels von der Wand des Kessels an der der DampNEintrittsöffnung zugewandten Seite des Mantels angeordnet ist, daß der Mantel an der oberen

Rohrplatte befestigt ist, daß Abzugsleitungen für unkondensierbare Gase in den Dampfraum des Kessels nahe der Achse des Rohrbündels einmünden und daß zwischen den Rohrplatten und oberen und unteren Abschlußdeckeln des Kessels Kammern ausgebildet s sind, die mit Hilfe von konzentrisch zur Achse des Rohrbündels angeordneten Trennwänden in mehrere Abteile aufgeteilt sind zum Einführen der eingeführten kalten Flüssigkeit in das zentrale Abteil und Durchleiten der Flüssigkeit durch einen zentralen Abschnitt des Rohrbündels und zum weiteren Durchleiten durch Abschnitte des Rohrbündels in abwechselnd aufsteigenden und fallenden Bahnen.

Infolge dieser Ausbildung wird ein Kessel geringen Durchmessers und einfacher Ausbildung erhalten, wobei aber der Dampf die Möglichkeit erhält, sich unter strömungstechnisch günstigen Verhältnissen zunächst um den Mantel herum zu verteilen und dann zu dessen unteren Ende zu strömen, worauf der Dampf praktisch gleichförmig am ganzen Umfang des Rohrbündels radial nach innen in dieses eintritt und gleichzeitig zum oberen and unteren Ende des Bündtls abströmt. Die unkondensierbaren Gase werden durch die radiale Zirkulation des Dampfes im Bündel in dessen Zentrum konzentriert, wodurch eine progressive Verringerung des Partialdruckes des Dampfes und damit seiner Kondensationstemperatur bewirkt wird und wobei durch den Abzug der unkondensierbaren Gase nahe der Achse die Mitnahme von Dampf weitgehend ausgeschaltet ist "°

Durch die spezielle Art der Ausbildung der Trennwände und die zentrale Zuführung der kalten Flüssigkeit tritt eine weitere Verbesserung des Wärmetauschers durch Verwertung eines Gegenstromeffektes auf, wobei auch Vorteile bei der Abführung der J^r> unkondensierbaren Gase erzielt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Wärmeübertrager,

F i g. 2 eine Draufsicht auf den Wärmeübertrager gemäß Fig. 1,

Fig.3 einen Schnitt nach der Linie IH-MI in Fig. 1 und

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-1V in F i g. 1. «

Der Wärmeübertrager besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Kessel 10 kreisförmigen Querschnitts und vertikaler Achse und aus einem im Inneren des Kessels 10 angeordneten Rohrbündel 12, von dem in Fig. 1 nur ein einziges Rohr veranschaulicht ist. Die M Enden der das Rohrbür/iel 12 bildenden Rohre sind dichtend in Bohrungen von zwei Rohrplatten 14, 16 eingepreßt, die ihrerseits abdichtend an der Innenwand des Kessels 10 befestigt sind. Die fiktive Hüllfläche des Rohrbündels 12 weist die Gestalt eines Zylinders von M kreisförmigem Querschnitt auf und ist mit ihrer Achse 18 zur Kesselachse 20 versetzt. In dem vom Kessel 10 und den beiden Rohrplatten 14, 16 kann Dampf durch eine Dampf-Eintrittsöffnung 22 am oberen Teil dieses Raumes in die Zo«ie eingeführt werden, in der der 6" Abstand zwischen dem Kessel 10 und der Hüllfläche des Rohrbündel <2 am größten ist. Die Dämpf-Eintfittsöff* nung 22 ist daher in bezug auf die Kesselachse 20 auf der Seite angeordnet, die von der Achse 18 abgelegen ist, wobei die Achse der Darnpf-Eintrittsöffnting 22 in der durch die beiden Achsen 18 und 20 definierten Ebene angeordnet ist.

An der oberen Rohrplatte 14 ist ein zylindrischer Mantel 24 befestigt, welcher sich nach unten bis in eine Höhe wesentlich unterhalb der Dampf-Eintrittsöffnung 22 erstreckt. Dieser Mantel 24 umgibt das Rohrbündel 12 und seine Achse fällt mit der Achse 18 des Rohrbündels 12 zusammen.

Der Kessel 10 und der Mantel 24 begrenzen einen halbmondförmigen Durchlaß, der, ausgehend von seinem größten Querschnitt im Bereich der Dampf-Eintrittsöffnung 22 kleiner wird. Hierdurch werden geringe Strömungsverluste erzielt, ohne eine Vergrößerung des Kessels 10 in diesem Höhenbereich hinnehmen zu müssen. Der eintretende Dampf verteilt sich um das Rohrbündel 12 herum und strömt abwärts zum unteren Rand des Mantels 24 und gelangt dann zwischen die Rohre.

Ein Teil des Dampfes und die leichten unkondensierbaren Gase strömen im Inneren des Manteh 24 nahe der Achse 18 nach oben. Eine Abzugsleitung 26 für die unkondensierbaren leichten Gase mündet unter der oberen Rohrplatte 14 im Inneren de* Mantels 24 nahe der Achse 18 ein. Der andere Teil des Dampfes und die schweren unkondensierbaren Gase sinken zum Boden des Kessels 10. Eine Abzugsleitung 46 für diese schweren unkondensierbaren Gase mündet nahe der Achse IS an der unteren Rohrplatte 16 ein.

Am Boden des Kessels 10 ist eine Kondensat-Austrittsöffnung 48 und eine Ablaßöffnung 50 vorgesehen.

Die Enden des Kessels 10 sind durch zwei Abschlußdeckel 28, 30 verschlossen, die mit Schrauben an Flanschen des Kessels 10 befestigt sind. Diese Abschlußdeckel 28, 30 sind mit vom Kessel 10 getragenen Achsen. 32, 34 schwenkbar gelagert, wobei die Achsen 32, 34 durch eine Zugstange 36 zur gleichzeitigen Betätigung gekoppelt sind.

Die AbschluQJeckel 28,30 bilden mit den Rohrplatten 14, 16 zwei Flüssigkeitskammern, die durch konzentrische, kreisförmige oder vieleckige Trennwände in mehrere voneinander abgeschlossene Abteile aufgeteilt sind. Die obere Kammer ist durch drei Trennwände 52a. 52b. 52c in ein zentrales Abteil 54 und drei ringförmige und konzentrische Abteile 56,58 und 60 aufgeteilt. Eine Flüssigkeits-Eintrittsöffnung 42 ist an das zentrale Abteil 54 und eine Flüssigkeits-Austrittsöffti-jng 44 an das periphere Abteil 60 angeschlossen. Die untere Kammer ist durch zwei Trennwände 62a, 62b in drei Abteile 64,66,68 aufgeteilt. Die Dichtheit zwischen den Abschlußdeckeln 28,30 und den Trennwänden ist durch Dichtungen gewährleistet.

Die in das zentrale Abteil 54 eingeführte kalte Flüssigkeit strömt durch die in dieses Abteil einmündende Rohre des Rohrbündels 12 von oben nach unter, passiert dann das Abteil 64 und steigt wiederum in den Pohl in der Zone nach oben, die durch fiktive Zylinderflächen begrenzt ist welche eine Verlängerung der Trennwände 52a, 62a darstellen. Anschließend tritt die Flüssigkeit in das Abteil 56 ein und strömt wieder nach unten durch die in der Zone angeordneten Rohre, die von fiktiven Zylindern begrenzt ist die in der Verlängerung der Trennwände 62a, 52b liegen. Die Flüssigkeit strömt daher durch alle Rohre, wobei sie aufeinanderfolgend die Abteile 54,64,56,66,58,68 und 60 passiert und schließlich durch die Flüssigkeits-Austrittsöffnung 44 austritt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wärmeübertrager mit einem Kessel kreisförmigen Querschnitts und vertikaler Achse, mit einem im Kessel parallel zu seiner Achse angeordneten Bündel von Rohren, deren Enden in Bohrungen von zwei am Kessel befestigten Rohrplatten dicht aufgenommen sind, mit einer am oberen Ende des Kessels angeordneten, radialen Dampf-Eintrittsöffnung und einer am unteren Ende des Kessels angeordneten Kondensat-Austrittsöffnung

   und mit einem im Bereich der oberen Dampf-Eintrittsöffnung im Kessel das Rohrbündel konzentrisch umgebenden, im Querschnitt kreisförmigen Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Achse (18) von Rohrbündel (12) und Mantel (24) radial versetzt zur Kesselachse (20) unter Bildung eines größten radialen Abstandes des Mantels (2-ί) von der Wand des Kessels (10) an der der Dampf- hintrittsöffnung (22) zugewandten Seite des Mantels (24) angeordnet ist, daß der Mantel (24) an der oberen Rohrplatte (14) befestigt ist, daß Abzugsleitungen (26, 46) für unkondensierbare Gase in den Dampfraum dss Kessels (10) nahe der Achse (18) des Rohrbündels (12) einmünden und daß zwischen den Rohrplatten (14, 16) und oberen und unteren Abschlußdeckeln (28, 30) des Kessels (10) Kammern ausgebildet sind, die mit Hilfe von konzentrisch zur Achse (18) des Rohrbündels (12) angeordneten Trennwänden in mehrere Abteile aufgeteilt sind zum Einführen der eingeführten kalten Flüssigkeit in das zentrale Abteil und Durchleiten der Flüssigkeit durch einen zentralen Abschnitt des Rohrbündels (12) und zum weiteren Durchleiten durch Abschnitte des Rohrbündels (12) in abwechselnd aufsteigenden und fallenden Bahnen.