DE2446077A1

DE2446077A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzielen einer grossen waermeuebergangszahl an der abgasseite von kesselanlagen

Info

Publication number: DE2446077A1
Application number: DE19742446077
Authority: DE
Inventors: Heinz Fornaes
Original assignee: CTC AB
Current assignee: CTC AB
Priority date: 1973-10-12
Filing date: 1974-09-26
Publication date: 1975-04-17
Also published as: NO743666L; ATA812174A; CH579755A5; SE386257B; JPS5077701A; FR2247681A1; GB1484923A; PL91719B1; SE7313928L; FR2247681B1; DK534674A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

OIPL..1NO.

H. KINKELDEY

DR-INQ.

W. STOCKMAlR DR.-INQ. · AaK(CALTECH)

2446077 ^Κ· SCHUMANN

_{i NAT}..

P. H. JAKOB

D1PL.-INQ.

G. BEZOLD

DR. RKR. NAT. · DIPU-CHEM.

MÜNCHEN

E. K. WEIL

DR. RER. OCC. IN

β MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

PH 8591 - 03/Hö. 26. Sept. 1974

LINDAU

AKTIEBOLAGET CTC

Göteborg, Mölndalsvägen 85j Schweden

Verfahren und Vorrichtung zum Erzielen einer großen Wärmeübergangazahl an der Abgasseite von Keaselanlagen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzielen einer großen Wärmeübergangszahl an der Abgasseite von Kesselanlagen. Dabei bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Verbesserung der Wärmeübergangszahl an der Abgasseite einer durch Konvektion erhitzten Kesselanlage unter vorzugsweiser Verwendung von öl und/oder Gas als Brennstoff.

- 2 509816/0259

Im Hinblick auf die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bezieht sich die Erfindung auf eine Nachwärmflache.

Bei der Errichtung von Kesselanlagen bestehen Schwierigkeiten bei der Vergrößerung der Wärmeleitzahl auf der Abgasseite, denn auf dieser Seite ist die Wärmeleitzahl im wesentlichen beträchtlich geringer als auf der Wasserseite. Zur Vergrößerung der Wärmeleitzahl auf der in Rede stehenden Seite stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. So kann beispielsweise die Geschwindigkeit der Abgase gesteigert werden oder es können in die Abgaskanäle Elemente eingefügt werden, welche eine Turbulenz hervorrufen. Dabei können fest eingebaute oder lösbare-Plansche oder vorspringende Scheitelpunkte vorgesehen werden. Alle diese Möglichkeiten haben jedoch den Nachteil, daß die Nachwärmflachen vergleichsweise lang werden, was besondere Maßnahmen bei der Errichtung der Kesselanlage erforderlich macht. So müssen dann unter anderem die Abgaskanäle gebogen werden oder um 180° zurück in den Abgasströmungsweg gekrümmt werden. Außerdem führen diese Maßnahmen zur Erhöhung der Wärmeleitzahl in aller Regel su einem beträchtlichen Druckabfall. Die Reinigung der Kesselanlage wird durch die relativ langen Abmessungen sowie Biegungen und Krümmungen der Abhitzflächen erschwert, wobei außerdem sehr häufig sehr giOße Zugangsöffnungen zu den Kanälen erforderlich werden und große Abstände zwischen den Kesselraumwandungen erforderlich sind, um die Reinigungswerkzeuge zn handhaben.

Der Erfindung, liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung in Form einer Nachwarmfläche zu schaffen, welche das Erzielen verbesserter Wärmeübergange— zahlen auf der Abgasseite und eine gute Abkühlung der Abgase gestatten, ohne daß es erforderlich ist, die vorstehend erwihnten Nachteile in Kauf zu nehmen.

509816/0259

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des zu schaffenden Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abgase im wesentlichen laminar durch enge Schlitze längs Wärmeübergangsflächen geführt werden, die die Strömungswege des Kesselwassefs bilden.

Im Hinblick auf die zu.schaffende Nachwärmflache, welche bei einer Kesselanlage zwischen der Feuerungskammer und dem Abgasaustritt vorgesehen ist und vom Kesselwasser durchströmt wird, wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch eine Vielzahl von Abgasfcanälen, die sich von der Feuerungskammerseite zur Abgasseite erstrecken und einen kleinen Zwischenraum zwischen wenigstens zwei einander gegenüberliegenden Wandungen besitzen, so daß die Abgase in engen Schlitzen im wesentlichen laminar längs der Wandungen der Abgaskanäle führbar sind, wobei die Wandungen auch als Begrenzungsflächen für Kesselwasser-Kanäle dienen, so daß mit ihnen als Obergangsflächen Wärme aus den Abgasen auf das Kesselwasser übertragbar ist.

Der Erfindung liegt der Leitgedanke zugrunde, daß die Abgase dazu veranlaßt werden, in schmalen Schlitzen längs einander gegenüberliegender Wärmeübergangsflächen zu strömen., wobei diese Wärmeübergangsflächen derart angeordnet sind, daß Wärme von den Abgasen auf das Wasser übertragen wird, wobei trotz des laminaren Flusses der. Abgase beträchtlich verbesserte Wärmeübergangszahlen erzielbar werden. Die Erfindung gestattet eine weit kürzere Ausbildung der Abgas-Strömungswege, eine beträchtlich kleinere Ausbildung der Abhitzoberflächen und einen vergleichsweise kleinen in Kauf zu nennenden Druckabfall. Da die schlitz artigen Abgaskanäle sehr kurz sind und Biegungen und Krünuaer entbehrlich sind, kann das Reinigen der Abhitzflächen in Hinblick auf die Zugänglichkeit in einer konstruktiv sehr einfachen Weis· Torgenoees· werden, wotei unter andere· kleinere lugangs- öffnuefen vorgesehen werden können. Außerdem ist der für Wartungs-

503816/0259

arbeiten erforderliche Raum rings um die Außenseite des Kessels oder der ICesselanlage beträchtlich verringert«, Die Herstellung derartiger Abhitgflächen kann gleichfalls vereinfacht und in einem kontinuierlichen Herstellungsgang automatisiert werden. Dabei können Abschnitte der Abhitzflächenelemente miteinander vereinigt werden, um zu Abhitzflächen unterschiedlich dimensionierter Kesselanlagen zu passen.

Weitere Merkmale, Yorteile und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. In dieser geigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Grundprinzips einer Kesselanlage,

Fig. 2 in einem vergrößerten Maßstab eine Ansicht, gesehen

von der Vorderseite einer Nachwärmflache in der Kessel anlage nach Fig. 2 und

Fig. 3 einen Schnitt durch die in Fig. 2 dargestellte Nachwärmf lache.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellungsweise eine Kesselanlage 10, wie einen Abhitzkessel, mit einem wassergekühlten Mantel 11, an welchem links.in Fig. 1 ein Gas- oder ölbrenner 12 in einer kleinen Zugangsöffnung befestigt ist. Auf der rechten Seite des Mantels ist eine Nachwärmflache 13 nach der Erfindung zwischen einer Feuerungskammer 14- und einer Abgaskammer 15 angeordnet, wobei durch letztere beispielsweise das Reinigen erfolgen kann und welche die Abgase weiter zu einem Abzugskamin oder dergl. führt. Vom Brenner 12 strömen die erzeugten Abgase oder Rauchgase durch die Nachwärmflache 13 über die Abgaskammer 15 zum Abzugskamin.

509816/0259

_ 5 —

In den Fig. 2 und 5 ist die in Fig. 1 dargestellte Nachwärmflache der Kesselanlage in vergrößertem Maßstab dargestellt. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Nachwärmflache aus 16 parallelen Röhren 16, durch welche das Kesselwasser hindurchströmen soll. Diese Röhren 16 besitzen rechtwinkelige Querschnitte, wie am besten aus Fig. 5 zu erkennen. Diese Röhren sind an jedem Ende mit gemeinsamen Röhren oder Leitungen I7 und 18 für das Kesselwasser verbunden, so daß das durchströmende Kesselwasser gleichmäßig auf die parallelen Röhren verteilt wird. Die parallelen Röhren sind in einer Reihe, angeordnet, wobei zwischen ihnen jeweils kleine Zwischenräume ausgebildet sind, so daß 1$ schmale, sich in Längsrichtung erstreckende Schlitze 19 ausgebildet sind, durch welche die Abgase zwischen den Kesselwasserröhren 16 hindurchströmen können, wie mit Hilfe üer Pfeile in Fig. 3 veranschaulicht, Die Kesselwasserröhren 16 haben, wie bereits erwähnt, einen rechtwinkeligen Querschnitt und die Schlitze 19 sind demzufolge in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch zwei benachbarte einander gegenüberliegende parallele Wandoberflächen 16a gebildet, welche als Värmeübergangsflächen zum Übertragen von Wärme aus den Abgasen auf das in den Kesselröhren zirkulierende Wasser dienen.

Dadurch, daß die Abgäskanäle in der vorstehend erörterten Weise in der Nachwärmflache vorgesehen sind, wird eine große Wärmeübergangszahl zwischen den Abgasen und der Abhitzoberfläche erzielt, wenn eine laminare Strömung der Abgase durch die engen schlitzartigen Abgaskanäle strömt. Dieses führt wiederum zu ' einer großer Wärmeübergangszahl oder zu einem großen Wärmedurchgang durch die Wand zwischen den Abgasen und dem Kesselwasser.

Bei der beschriebenen Ausführungsform besitzen di-e Röhren geeigneterweise eine Lange', von etwa 200 mm .von Ende zu Ende, wo-

S0981S/02

durch die Kachwärmfläche mit 'den zugehörigen Verbindungsleitungen zu beiden Enden der Röhren eine Gesamthöhe von etwa 230 mm erhält. Die Breite der Nachwärmflache beträgt etwa 160 mm und die Röhren haben einen Querschnitt von etwa 10 χ 40 mm. Der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Wandungen zweier benachbarter Röhren belauft sich ungefähr auf 2 mm. Jeder in der Nachwärmfläche ausgebildete Schlitz erhält somit die Abmessungen von 2 χ 40 χ 200 mm. Da die Abgase die Nachwärmfläche unter einem Winkel durchströmen, der im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Nachwärmflache steht, beträgt die Länge der Strömungskanäle in der Strömusgsrichtung der Abgase etwa

40 mm. Die gesamte Nachwärmoberflache beträgt 0,27 m \ was je Stunde das Abkühlen von 30 nr Abgas aus der Verbrennung von öl von 90O⁰G auf 1SO⁰C bei einem Druckabfall von 1 mm Wassersäule bei einer mittleren Kesselwassertemperatür von etwa 70⁰C gestattet» Für eine herkömmliche Kesselanlage würde sich nach einer Überschlagsrechnung eine Abhitsflache von etwa 1,5m und eine Abgaskanallänge von über 1000 mm bei entsprechender Leistung ergeben.

Das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel dient lediglich zur Erläuterung der Erfindung, die keinesfalls auf das genannte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, da dem Fachmann innerhalb des Erfindungsgedankens manigfaltige Abwandlungen möglich sind«, So ist es beispielsweise nicht erforderlich, die Äbgaskanäle vertikal verlaufend anzuordnen, da sie ebensogut auch horizontal ausgebildet .werden können,» Die Schlitze können außerdem natürlich andere Abmessungen als diejenigen besitzen, die als Beispiel genannt i-mrden_o Sie können "beispielsweise aus runden oder ovalen Durchtrittsöffnungen bestellen« Es ist jedoch «iieiitig, daß die Äibgase beispielsweise in engen Schlitten fließen welche längs der Wänaeubergangsoberflächen einen kleinen

hydraulisehen Durchmesser besitzen, wobei der größere Anteil des Abgasvolumens dann längs an und nahe bei den Wärmeübergangsflächen strömt. Eine rechtwinkelige Querschnittsgestalt der Kesselwasserröhren wird bevorzugt, aber auch andere Quer*- schnittsgestalten, wie z.B. elliptisch oder rund können verwendet werden, die dargestellte Nachwärmfläche ist zwar eben, aber dennoch können auch gekrümmte Nachwärmflächen Verwendung finden, solange'dafür Sorge getragen ist, daß die Abgaskanäle geradlinig verlaufen, so daß die Nachwärmoberflachen auf einfache Weise saubergehalten werden können. Eine derartige gekrümmte Gestalt der Nachwärmflache kann dadurch erzielt werden, daß die Kesselwasserröhren bogenförmig in einer Ebene ausgebildet werden, welche parallel zu den beschriebenen schmalen Schlitzen verläuft. D.h. mit anderen Worten, daß sie parallel zu den Röhrenwandungen verlaufen sollen, welche die Schlitze bilden. Bei Verwendung einer derartigen kurvenförmigen oder gekrümmten Nachwärmoberfläche kann die Oberfläche dieser Nachwärmf lache vergrößert werden, ohne daß die Gesamthöhe oder die Gesamtbreite'vergrößert werden muß·, was sich manchmal als Vorteil herausstellt.

Sämtliche aus der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen hervorgehenden Merkmale einschließlich konstruktive Ausgestaltungen und räumliche Anordnungen können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

- Patentansprüche -

- 8 509816/0259

Claims

Pat entansprüche

Verfahren zum Erzielen einer großen Wärmeübergangszahl an der Abgasseite von Kesselanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase im wesentlichen laminar durch enge Schlitze (19) längs Wärmeübergangsflächen (I6a) geführt werden, die die Strömungswege des Kesselwassers bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abgase in im wesentlichen geradlinigen ßtrömungsbahnen zwischen den Wärmeübergangsflächen (16a) geführt werden.
3. Nachwärmflache, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche bei einer Kesselanlage zwischen der Feuerungskammer und dem Abgasaustritt vorgesehen ist und vom Kesselwasser durchströmt wird, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Abgaskanälen (19)* die sich von der Peuerungskammerseite zur Abgasseite erstrecken und einen kleinen Zwischenraum zwischen wenigstens zwei" einander gegenüberliegenden Wandungen (16a) besitzen, so daß die Abgase in engen Schlitzen im wesentlichen laminar längs der Wandungen (16a) der Abgaskanäle (19) führbar sind, wobei die Wandungen auch als Begrenzungsflächen für Kesselwasser-Kanäle (16) dienen, so daß mit ihnen als Übergangsflächen Wärme aus den Abgasen auf das Kesselwasser übertragbar ist.

- 9 -5098 16/025 9
4. Nachtvärmf lache nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet , daß die Kesselwasser-Kanäle (16) aus einer Vielzahl von parallelen Röhren (16) bestehen, welche mit einem kleinen Zwischenraum voneinander angeordnet sind, und daß die einander gegenüberliegenden Wandungen (16a) benachbarter Kesselwasser-Röhren'(16) die Abgaskanäle (19) in Form von engen sich in Längsrichtung erstreckenden Schlitzen bilden.
5. Nachwärmflache nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ,. daß die Kesselwasser-Röhren (16) eine' rechtwinkelige Querschnittsgestalt besitzen und in Reihen nebeneinander derart angeordnet sind, daß parallele Schlitze (19) 'mit konstanter Breite zwischen den Kesselwasser-Röhren (16) für den Durchtritt der Abgase gebildet sind.
6. 'Nachwärmflache nach wenigstens einem der Ansprüche 4- bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kesselwasser-Röhren (16) bogenförmig in einer Ebene angeordnet sind, welche parallel zu den Wandungen (16a) verläuft, welche die Abgaskanäle (19) bildet.
7. Nachwärmflache nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Kesselwasser-Röhren (16) mit ihren beiden Enden mit gemeinsamen Leitungen (17,18) für das Kesselwasser verbunden sind.
8. Nachwärmflache nach wenigstens einem der Ansprüche 3 7, dadurch gekennzeich.net, daß die Abgaskanäle (T9) in Strömungsrichtung der Abgase geradlinig ausgebildet sind.

- 10 509816/02S9
9.■ Nachwärmflache nach wenigstens einem der Ansprüche 5

8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaskanäle (19) in der Ströinungsrichtung der Abgase im Vergleich mit der Länge in der Längsrichtung der
Röhren (16) kurz ausgebildet sind.
10. Nachwärmflache nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß sie zwecks Anpassung an unterschiedlich dimensionierte
Kesselanlagen aus Einzelabschnitten aufgebaut ist.
11. Nachwärmflache nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5 und 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Gestalt einer ebene Platte besitzt und daß diese Platte derart angeordnet ist, daß sie von den Abgasen unter einem rechten Winkel angeströmt wird.

509816/0259