DE2548540A1

DE2548540A1 - Fluessigkeitserhitzer

Info

Publication number: DE2548540A1
Application number: DE19752548540
Authority: DE
Inventors: Harold O Ebeling
Original assignee: Black Sivalls and Bryson Inc
Current assignee: Black Sivalls and Bryson Inc
Priority date: 1975-03-21
Filing date: 1975-10-30
Publication date: 1976-09-30
Also published as: IT1045590B; US3924574A; BE835240A; ZA756749B; BR7507274A; ATA841975A; AU8605075A; FR2304871A1; NO753604L; NO139706B; DE2548540B2; SE7512280L; DE2548540C3; NL7513086A; JPS51110743A; NO139706C; GB1487455A

Description

Dipl.-lng. E. Tergau I ^{Mein Zeichen bltte angeben}

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Patentanwalt '

. Nürnberg, den 29. Okt. 1975 Black, Sivalls & Bryson, Inc., Houston, Texas 77027 (USA)

Flüssigkeitserhitzer

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitserhitzer des Typs, in dem heiße Verbrennungsgase zu einer Zirkulation um Heizrohre herum gezwungen werden, die innerhalb eines Feuerungsraumes angeordnet sind.

Es ist eine große Vielzahl von Flüssigkeitserhitzern entwickelt und mit Erfolg angewandt worden. Ein solcher Erhitzer, der sich als besonders zweckmäßig in der Ölindustrie, in der chemischen Industrie und in anderen Industrien zur Erhitzung verschiedener Arten von Flüssigkeiten erwiesen hat, ist in US-PS 2 99 3 479 beschrieben. Dieser Typ von Erhitzern enthält einen Feuerungsraum mit einer Mehrzahl von Heizrohren und einem oder mehreren Hochleistungsbrennern, wobei im Feuerungsraum eine im wesentlichen vollständige Verbrennung innerhalb der Brennkammer der Brenner vor sich geht. Die Brenner können in direkter Verbindung mit dem Feuerungsraum angeordnet werden. Ein Gebläse wird in Verbindung mit den Brennern angewandt, so daß die Verbrennungsprodukte, die in den Brennern erzeugt werden, in den Feuerungsraum

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unter Überdruck eingeführt und veranlaßt werden, um die Heizrohre herum zu zirkulieren und zwar in einer Weise, daß eine gleichmäßige Konvektionsbeheizung der Rohre
und der Flüssigkeit erfolgt, die durch die Rohre hindurchgeht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Flüssigkeitserhitzer vorgesehen, der einen Feuerraum enthält, der
durch eine Feuerungswand, eine Rückwand und Seitenwände begrenzt ist, wobei mindestens ein Hochleistungsbrenner an der Feuerungswand befestigt und so gerichtet ist,
daß er Verbrennungsgase an die Rückwand richtet, wobei
eine Mehrzahl von Flüssigkeitserhitzerrohren im Feuerraum in dem Weg der Verbrennungsgase angeordnet ist, nachdem diese die Rückwand verlassen haben, wobei mindestens
eine Prallplatte im Feuerraum so angeordnet ist, daß
mindestens ein Teil der Verbrennungsgase, der nach Auftreffen auf die Rückwand auf diese mindestens eine Prallplatte auftrifft, gezwungen wird, um die Heizrohre zurück zu zirkulieren, während die Prallplatte oder die Prallplatten innerhalb des Feuerungsraumes eine Sekundärkammer bilden und mindestens ein Gasabzug mit der Sekundärkammer in Verbindung steht, so daß die Verbrennungsgase aus dem Feuerungsraum durch die Sekundärkammer abgezogen werden. Bei einer solchen Konstruktion ist eine größere ReZirkulation der Verbrennungsgase innerhalb des Feue-

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rungsraumes und tun die Heizrohre herum möglich, so daß zusätzliche Wärme von den Verbrennungsgasen auf die Flüssigkeit übertragen werden kann, die beheizt werden soll.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Form eines Apparates gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Frontansicht des Apparates nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 eine Vorderansicht eines Schnittes nach der Linie IV-IV der Fig. 3,

Fig. 5 eine Vorderansicht eines Schnittes einer zweiten Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung ,

Fig. 6 einen Querschnitt nach der Linie VI-VI der Fig.

Es seien zunächst die Fig. 1 bis 4 besprochen. Der dargestellte Flüssigkeitserhitzer weist eine rechteckige Feuerungswand 12, eine rechteckige Rückwand 14 und vier rechteckige Seitenwände 16 und 17 auf, die einen Feuerungsraum 18 bilden. Eine Mehrzahl von Flussigkeitser-

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hitzerrohren 20 ist innerhalb des Feuerungsraumes 18 parallel zueinander und parallel zu zwei gegenüberliegenden Seitenv7änden 16 des Feuerungsraumes 18 angeordnet und miteinander durch Umkehrkrümmer 22 verbunden. Wie man am besten aus den Fig. 3 und 4 ersieht, sind, die Heizrohre 20 zweckmäßig in zwei Rohrbänke 25 und 26 aufgeteilt, die an gegenüberliegenden Seiten Jcs Feuerungsraumes 18 angeordnet sind, so daß ein von Heizrohren freier Raum zwischen der Feuerungswand 12 und der Rückwand 14 des Feuerungsraumes 18 geschaffen wird„ Jede der Rohrbänke 25 und 27 weist eine Einlaßverbindung und eine Auslaßverbindung 26 auf, die durch eine der Seitenwände 16 des Feuerungsraumes 18 hindurchgeht.

Zwei Hochleistungsbrenner 30 sind an der Feuerungswand 12 angeordnet und zwar auf einer Linie zwischen den Seitenwänden 17. Der Ausdruck "Hochleistungsbrenner" wird in dem Sinn gebraucht, daß er jeden Brennerapparat bedeutet, einschließlich Brennerapparaten in Verbindung mit einem oder mehreren Luft- oder Verbrennungsgasgebläsen, der fähig ist, heiße Verbrennungsgase mit einer relativ hohen Geschwindigkeit unter Überdruck zu erzeugen. Eine besonders zweckmäßige Type eines Hochleistungsbrenners, deren Anwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung vorgezogen wird, ist in der US-PS

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3 265 113 beschrieben und beansprucht.

Jeder der Brenner 30 enthält einen Einlaß 32 für die Verbrennungsluft, der mit einer Luftquelle von Überdruck verbunden ist, etwa mit einem Gebläse (nicht dargestellt), und besitzt einen Gaseinlaß 34, der mit einer Quelle von Brenngas verbunden ist. Instrumente und Steuerungseinrichtungen (nicht dargestellt) sind in Verbindung mit den Brennern 30 vorgesehen, so daß Brennstoff und Verbrennungsluft in einer im wesentlichen stöchiometrischen Mischung zugeführt werden. Innerhalb der Brenner 30 findet eine im wesentlichen vollkommene Verbrennung der Mischung statt, wodurch Brenngasstrahlen von verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit in den Feuerungsraum 18 in einer Richtung auf die Rückwand 14 geliefert werden.

Zwei Prallplatten 36 sind innerhalb des Feuerungsraumes 18 in der Nähe der Feuerungswand und in einer Ebene-parallel hierzu angeordnet. Jede der Prallplatten 36 ist rechteckig gestaltet und ist dichtend, z.B. durch Schweißen, an einer Seite und an deren Enden an den Seitenwänden 16,17 befestigt, wobei die Prallplatten an gegenüberliegenden Seiten der Brenner 18 angeordnet sind, so daß sie eine rechteckige Öffnung offen lassen, die längs des Feuerungsraumes über den Brennern 30 verläuft.

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Die Prallplatten 36 bilden zwei Sekundärkammern 38 zwischen der Feuerungswand 12 und den Prallplatten 36. Die unteren Teile der Rohrbänke 25 und 27 sind in den Kammern 36 angeordnet, wie es am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist. Zwei Gasabzüge 40 sind an den Seitenwänden 17 durch Verbindungen 42 angebracht, die mit den Sekundärkammern 38 in Verbindung stehen, so daß die Verbrennungsgase, die aus dem Feuerraum 18 abgezogen werden, gezwungen werden, durch die Kammer 38 zu fließen.

Innerhalb des Feuerungsraumes 18 sind zwei langgestreckte konkav-konvexgeformte Prallplatten 44 angeordnet, wobei die Konkavflächen gegen die Heizrohre 20 gerichtet sind. Die Prallplatten 44 sind an den Seitenwänden 17 und an der Oberseite der Prallplatten 36, beispielsweise durch Schweißen, befestigt. Die Prallplatten 36 und 44 auf jeder Seite der Brenner 30 können einstückig aus einzelnen Metallplatten hergestellt sein, es kann aber auch eine Mehrzahl von Metallplatten verwendet werden, je nach dem, wie es eine gute Herstellungstechnik verlangt.

Der in den Fig. 5 und 6 dargestellte Erhitzer ist ähnlich dem eben beschriebenen, mit der Ausnahme, daß die Feuerungswand 52 und die Rückwand 54 kreisförmig sind und die Seitenwände durch eine einzige zylindrische Wand

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56 gebildet sind, um.einen zylindrischen Feuerungsraum 58 zu ergeben.

Eine Vielzahl von kreisförmigen Heizrohren 60 ist innerhalb des Peuerungsraumes 58 angeordnet. Sie sind so verbunden, daß sie zwei Schraubenwindungen ergeben, die hintereinandergeschaltet sind und eine Einlaßverbindung 62 haben, die durch die Seitenwand 56 hindurchgeht, und eine Auslaßverbindung 64, die durch die Rückwand 54 hindurchgeht. Eine stetige kreisförmige Prallplatte 66 ist im Feuerungsraum 58 benachbart und parallel zur Feuerungswand 52 angeordnet und ist an ihren Außenseiten an der zylindrischen Wand 56, beispielsweise durch Schweißen, befestigt. Ein Hochleistungsbrenner 68 der beschriebenen Type ist im Zentrum der Feuerungswand 52 angeordnet, mit seiner Öffnung unter der Öffnung der Prallplatte 66. Eine Sekundärkammer 69 ist zwischen der Prallplatte 66 und der Feuerungswand 52 gebildet. Vier Gasabzüge 70 sind mit der zylindrischen Seitenwand 56 durch Verbindungen 72 verbunden, die mit der Sekundärkammer 69 in Verbindung stehen.

Zweckmäßig haben die Heizrohre 60 einen solchen Durchmesser und sind so angeordnet, daß, im Querschnitt nach Fig.5, die Heizrohre vertikal über der ringförmigen Prall-

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platte 66 gestaffelt sind und ein von Heizrohren freier Raum zwischen der Feuerungswand und dem Brenner 68 und der Rückwand 54 des Feuerungsraumes 58 geschaffen ist. Mehrere der Heizrohre 60 sind innerhalb der Sekundärkammer 69 angeordnet, die durch die Prallplatte 66 geschaffen ist.

Eine kreisförmige konkav-konvexe Prallplatte 76 ist mit ihrer Konkavfläche gegen die Heizrohre 60 angeordnet und mit der Seitenwand 56 und der Kopfseite der ringförmigen Prallplatte 66 verbunden.

Im Betrieb der Einrichtung nach den Fig. 1 bis 4 werden in den Brennern 20 Hochgeschwindigkeitsstrahlen von heißen Verbrennungsgasen erzeugt und in den Feuerungsraum 18 gerichtet. Sie treffen auf die Rückwand 14 auf, zirkulieren um die Heizrohre 20 und fließen in einer im wesentlichen abwärts gerichteten Richtung gegen die Prallplatten 44 und 36, wie es durch die Pfeile in Fig. 3 eingezeichnet ist„ Mindestens ein Teil der Verbrennungsgase trifft auf die Prallplatten 44 und 36 auf und veranlaßt sie, mit im wesentlichen aufwärts gerichteter Richtung um die Heizrohre 20 zurückzuzirkulieren. Die Verbrennungsgase wandern auch abwärts durch den Raum zwischen den Prallplatten 36 und durch die Sekundärkam-

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mer 38, indem sie über die Heizrohre 20 fließen, die darin untergebracht sind. Da die Verbrennungsgase zu einer Zirkulation und Rezirkulation um die Heizrohre gezwungen werden, tritt eine im wesentlichen gleichmäßige Heizung ein, was zu einer hochwirksamen Wärmeübertragung von den Verbrennungsgasen auf die zu erhitzende Flüssigkeit führt. Die Verbrennungsgase, die durch die Kammer 36 fließen, fließen über und um die Heizrohre 20, die darin angeordnet sind, und geben Wärme zusätzlich an die zu erhitzende Flüssigkeit ab. Die Verbrennungsgase werden dann aus der Kammer 38 und aus dem Feuerungsraum 18 über die Gasabzüge 40 abgeführt, die damit verbunden sind.

Dia konkav-konvexen Prallplatten 44 im Feuerungsraum 18 erleichtern eine sanfte Richtungsänderung der Verbrennungsgase, die abwarte; strömen, und verstärken die Rezirkulation der Gase vm clie Heizrohre 20.

Die Einrichtung nach den Fig. 5 und 6 arbeitet in ähnlicher Weise wie die eben beschriebene. Die Vereinigung verstärkter Zirkulation der Verbrennungsgase um die Heizrohre und der zusätzlichen Wärmeübertragung von den Verbrennungsgasen, während sie durch die Sekundärkammer oder Kammern strömen, die in dem Feuerungsraum vorgesehen

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sind, führt zu einem Flüssigkeitserhitzer von hoher Wärmeübertragungswirksamkeit.

Die Heizrohre können in parallelen Bänken verbunden werden, in Reihe oder in anderer Fließeinrichtung, wie sie von den Bedingungen der zu erhitzender» Flüssigkeit und der zu übertragenden Wärmemenge abhängt. Zusätzlich kann eine Anzahl von Hochleistungsbrennern verwendet werden, wenn es die Wärmeabgabe erfordert.

Außerdem können mehr oder weniger Gas ab züge als die beschriebenen verwendet werden. Die Verbrennungsgase können von nahe der Rückwand innerhalb des Feuerungsraumes zu einem Punkt in der Nähe der Feuerwand außerhalb des Feuerungsraumes durch Anwendung von einer oder mehreren Leitungen und Gasbläsern zirkuliert werden.

Der Feuerungsraum kann beispielsweise quadratisch, rechteckig oder zylindrisch sein. Die Heizrohre können gerade, kreisförmig, in kontinuierlichen Schraubengangen usw. geformt sein_o

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Claims

Patentansprüche

Jl^/Flüssigkeitserhitzer mit einem Feuerungsraum, der durch eine Feuerungswand, eine Rückwand und Seitenwände begrenzt ist, mit mindestens einem in der Feuerungswand so angeordneten Hochleistungsbrenner, daß er die Brenngase auf die Rückwand richtet, mit einer Mehrzahl von Rohren zur Erhitzung von Flüssigkeit, die im Wege der Brenngase nach Verlassen der Rückwand angeordnet sind, und mit mindestens einem zur Abführung der Brenngase aus dem Feuerungsraum dienenden Gasabzug, gekennzeichnet durch mindestens eine Prallplatte (36) im Feuerungsraum, die so angeordnet ist, daß mindestens ein Teil der Brenngase nach Auftreffen auf die Rückwand auf sie auftrifft und die Brenngase zu einer Rezirkulation um die Heizrohre zwingt, wobei die Prallplatte (Prallplatten) innerhalb des Feuerungsraumes eine Sekundärkammer (30,69) bildet, und daß mindestens ein Gasabzug (40,70) mit dieser Sekundärkammer in Verbindung steht, so daß die Brenngase aus dem Feuerungsraum über die Sekundärkammer abgezogen werden.
2. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Heizrohre (20,60)

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- 12-innerhalb der Sekundärkarnmer angeordnet sind.
3. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerungsraum durch im wesentlichen rechteckige Wände (12,16,17) begrenzt ist und die Heizrohre parallel zu einander gegenüberliegenden Wänden (17) sind.
4. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Prallplatten (16) dichtend an den Seitenwänden (17) befestigt sind, und zwischen sich in der Nähe des Auslasses dieses mindestens einen Brenners (30) einen freien Zwischenraum lassen.
5. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabzüge mit den gleichen Wänden (17) der Sekundärkammer verbunden sind wie die Prallplatten (36).
6. Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (56) des Feuerungsraumes durch eine zylindrische Wand begrenzt sind und die Feuerungswand (52) und die Rückwand (54) die Enden des Zylinders bilden.

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7. Flüssigkeitserhitzer nach einem oder mehreren der Voransprüche _f dadurch gekennzeichnet, daß an den Prallplatten (36,66) mindestens eine konkav-konvexe Prallplatte nit der konkaven Seite nach dem Feuerungsraum befestigt ist.

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