-
Wärmetauscher, insbesondere mit Beheizung durch staubhaltige Gase
-
Die Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher, insbesondere Wasserrohr-Dampf-
oder Heißwassererzeuger mit mehreren lotrechten, von Heizgasen nacheinander durchströmten
Gaszügen.
-
Derartige Wärmetauscher sind bekannt (Zeitschrift Energie", 25. Jg.,
Heft 11, Nov. 1973, Seite 341, Bild 1). Werden solche Wärmetauscher durch staubhaltige
Gase beheizt, so treten Probleme hinsichtlich der Verschmutzung der Wärmetauschflächen
- vor allem im Bereich der Umlenkung vom einen in den nächsten Gaszug - und auch
hinsichtlich des notwendigen Temperaturabbaus der Gase vor Beruhrungsheizflächen
auf. Durch die Umlenkung der Gase um 1800 erfolgt eine gewisse Ausschleuderung von
mitgeführten Staubteilen, wobei diese sich dann im folgenden Gaszug an einem bestimmten
Wandabschnitt konzentrieren und dort eingebaute Heizflächen stark verschmutzen bzw.
an diesen Erosionen sowie auch Korrosionen hervorrufen. Durch die Verschmutzungen
wird der Wärmeübergong von den Gasen an die zu beheizenden Flächen vermindert, die
Gastemperatur wird also nicht in dem Maß abgebaut, wie es gewünscht und/oder gefordert
wird. Um vor den Berührungsheizflochen Temperaturen von 750 OC und weniger zu erhalten,
manchmal werden sogar 600 OC gefordert, wurde vorgeschlagen, in den zweiten, abwärts
durchströmten Zug Rohrtafeln in der Art von Schottenheizflächen einzubauen. Der
Wärmeübergang auf diese parallel zum Gasstrom angeordneten Rohrtafeln ist nur mäßig,
er wird noch durch an diesen sich ablagernde Verschmutzungen verschlechtert und
somit ist eine große Heizfläche erforderlich. FUr die Reinigung dieser Rohrtafeln
hat man Klopfvorrichtungen vorgesehen, was elastische Aufhängungen notwendig macht.
Das große Gewicht der Tafeln führt jedoch zu Schwierigkeiten bei den Aufhängungen
wie bei den Klopfvorrichtungen. Ein weiterer Nachteil liegt in der durch die Schottenheizflächen
im abwärts durchströmten Gaszug hervorgerufene Gassenbildung, die eine Mischung
der Gase und deren Ausbrand verhindert oder erschwert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wurmetauscher
der eingangs genannten Gattung dafür zu sorgen, daß mit einfachen, kostensparenden
Mitteln der Ausbrand der Gase und ihre Mischung vor dem Eintritt in Berührungsheizflächenbündel
sichergestellt werden, daß der geforderte Temperaturabbau vor den Bertihrungshei
zfl öchen erreicht wird und daß eine Gasströmung, die zum Ansetzen von Verschmutzungen
an bestimmten Wandabschnitten führt, unterbunden wird.
-
Diese Aufgobe wird gemäß der Erfindung bei einem Wrrmetauscher mit
mehreren lotrechten, von Heizgasen nacheinander durchströmten Gaszügen dadurch gelöst,
daß im Bereich der Umlenkung der Gase vom einen in den anderen Gaszug einen Abstand
zueinander aufweisende und in der Höhe versetzte, aus vom aufzuheizenden Medium
durchströmten Rohren bestehende Leitflächen angeordnet sind, deren Zu- und/oder
Ableitungen federnd ausgebildet sind.
-
Durch die Anordnung solcher Leitflächen im Bereich der Umlenkung,
wobei hier vor allem eine Umlenkung von einem abwärts durchströmten, an einen Gasstrahlungsraum
sich anschließenden Leerzug in einen aufwärts von den Gasen durchströmten, mit Berührungsheizflächenbündeln
versehenen Gaszug ins Auge gefaßt ist, kann der Leerzug von Heizflächen frei bleiben,
d. h., die Gase können sich dort mischen und ungehindert ausbrennen, kann eine Lenkung
der Gase erreicht werden, so daß nicht an bestimmten Wandabschnitten bevorzugt sich
Ablagerungen ansetzen, und können die Gastemperaturen im erforderlichen Ma!3 abgesenkt
werden. Durch die federnde Ausbildung der Zu- und/oder Ableitungen für die Leitflächen
ist es möglich, diese einer Ruttel- oder Klopfwirkung zu unterwerfen, wodurch an
diesen sich ablagernde Staubteile zum Abfallen gebracht werden, so daß sie also
in der Lage sind, die Gase in ausreichendem Maß abzukühlen, was dann nicht der Fall
ist, wenn sie verschmutzt sind. Vorzugsweise werden die Leitflächen lotrecht angeordnet,
wobei sie entweder in dem stromoberhalb oder in dem stromunterhalb gelegenen Umlenkungsbereich
oder in diesen beiden Bereichen vorgesehen sein können, was sich nach dem geforderten
Temperaturabbau, aber auch nach den im Umlenkbereich herrschenden Strömungsbedingungen,
die z. B. durch dort befindliche Staubsammeltrichterwände beeinflußt werden können,
richtet.
-
Vorteilhaft ist es, die Leitflächenrohre mit Zu- und Ableitungsrohren
zu verbinden, die Teil der Seitenwandberohrung des Gaszuges sind oder vor diesen
Seitenwandrohren liegen, da bei dieser Anordnung die Zu- und Ableitungen eine große
Länge haben und die für dos Rütteln oder Klopfen notwendige Elastizität aufweisen.
-
Zum Stand der Technik ist es bekonnt, Schottenheizflächen durch Rüttel-
oder Klopfvorrichtungen zu reinigen (Zeitschrift "Energietechn k!', Jg. 8, Heft
2 (1958), Seiten 67-73); es ist ferner bekannt (DT-PS 10 85 889), die Oberkanten
von Rohrtafel-Beruhrungsheizflächen derart gestaffelt anzuordnen, daß sie frei angeströmte
Leitflächen in einem waagerechten Gaszug bilden, um die Gase in lotrechte Richtung
umzulenken, wobei die Unterkanten ebenfalls auf verschiedenen Höhen liegen können;
ferner ist es bekannt (DT-PS 2245 261), geneigte Lenkwände vor einer Wand eines
Feuer- oder Ausbrennraumes aus mit Seitenwandrohren verbundenen U-förmigen Rohren
und zwischen diese geschweißten Blechstegen zu bilden.
-
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert.
-
Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Wasserrohr-Dampferzeuger
mit Leitflächen im stramoberhalb liegenden Umlenkungsbereich.
-
Fig. 2 zeigt einen im wesentlichen zu Fig. 1 gleichartigen Dampferzeuger
mit Leitflächen im stromunterhalb gelegenen Umlenkungsbereich.
-
Fig. 3 ist eine Ansicht einer Leitfläche mit ihrer Zu- und Ableitung.
-
Fig. 4 und 5 zeigen gegenüber der Ausführung von Fig. 3 abgewandelte
Ausbildungen.
-
Fig. 6 zeigt den Schnitt nach der Linie Vl - VI in der Fig. 5.
-
Fig. 7 ist ein der Fig. 6 ähnlicher Horizontolabschnitt zur Darstellung
einer besonders wirksamen Klopfvorrichtung mit Anlage der Wandrohre an einer Schiene.
-
Fig. 8 stellt die Ansicht zu Fig. 7 dar.
-
Fig. 9 zeigt eine Abwandlung gegenüber der Ausführungsform von Fig.
2 mit Überhitzerheizflächen als Leitflächen.
-
Über einem Rost 1 (Fig. 1 und 2), der beispielsweise der Verbrennung
von Mull dient, ist ein Wasserrohr-Dampferzeuger 2 angeordnet. Es handelt sich hier
um einen "Eckrohrkessel", d. h. um einen Naturumlaufkessel, der ein die Heizflächen
und die Dampfabscheidetrammel tragendes Rohrgerust hat. Die Erfindung ist natürlich
nicht auf derartige Kessel systeme beschränkt, sondern auch bei Kesseln anderer
Bauart anwendbar, wenngleich der Gegenstand der Erfindung besondere Vorteile bei
Naturumlaufsystemen bringt.
-
Das tragende Rohrgerüst besteht aus Fallrohren 3, die die Dampfabscheidetrammel
4 abstützen, und aus Rücklaufrohren 5, von denen nur die in den Ecken der Kesselrückwand
liegenden gezeigt sind; weitere können an den Seitenwänden angeordnet sein. Ferner
gehören zum tragenden Rohrgerust die unteren Längs- und Querverteiler 6 bzw. 7 sowie
die oberen Längs-und Quersammler 8 bzw. 9. Der Wasserrohrkessel ist an seinen Außenwänden
allseits von Rohren umschlossen, die mit den quer- und längsliegenden Verteiler-
und Sammelrohren verbunden sind. Es sind Frontwandrohre 10, Rückwandrohre 11, Trenn-
oder Zwischenwandrohre 1 2 und 1 3 sowie Seitenwandrohre 1 4 vorhanden. Die Rohre
10 und 1 2 begrenzen einen Strahlungsraum 15 an zwei Seiten, an den sich ein von
den Gasen abwärts durchströmter, von den Rohren 1 2 und 1 3 an zwei Seiten begrenzter
Leerzug 16 anschließt, auf den ein aufwärts durchströmter Gaszug 17 mit BeNhrungshei
zflächenbllndeln folgt, der an zwei Seiten von den Rohren 11 und 1 3 begrenzt wird.
-
Gemäß der Erfindung sind im Bereich der Umlenkung vom Zug 1 6 in den
Zug 1 7 Leitflächen 1 8 bzw. 18' bzw. 1 8" angeordnet, die sich quer zur Längsachse
des Dampferzeugers 2 erstrecken. Die Leitflächen 1 8 bzw. 18' haben zueinander einen
horizontalen Abstand in Richtung der Kessel längsachse und sind in ihrer Höhenlage
gestaffelt zueinander angebracht, wobei die der Trennwand 1 3 zwischen den Gaszug
16 und 1 7 zunächst liegende Leitfläche jeweils am höchsten liegt, das heißt, daß
die der die Umlenkung der Gase bestimmenden Trennwand 1 3 zunächst gelegene Leitfläche
1 8 in ihrer Höhenlage der Abschlußkante 26 dieser Lenkwand am nächsten liegt. Mit
zunehmendem horizontalen Abstand von der Wand 1 3 wird auch der vertikale Abstand
der Leitflächen von der Abschlußkante 26 größer.
-
Es wird damit erreicht, daß der Gaszug 16 völlig oder fast völlig
von eingebauten Heizflächen frei ist, so daß die aus dem Strahlungsraum 15 kommenden
Gase ausbrennen und sich mischen können. Es wird ferner erreicht, daß den Heizgasen
in bestimmter Weise bei ihrem
Austritt aus dem Gaszug 1 6 oder/und
bei ihrem Eintritt in den Gaszug 1 7 eine Strömungsrichtung und eine Teilung in
einzelne Gasströme aufgezwungen wird, die das Ansammeln von mitgeführten Staubteilen
an bestimmten Wandabschnitten und damit die Gefahr von Erosion und/oder Korrosion
verhindern oder vermindern, und es wird eine Absenkung der Temperatur der Gase vor
deren Eintritt in die im Gaszug 17 befindlichen Berührungsheizflächen auf die gewünschte
Höhe erreicht.
-
Die Leitflächen können die ihnen zugedachte Aufgabe, insbesondere
hinsichtlich der Temperaturabsenkung, aber nur dann im geforderten Maß erfüllen,
wenn sie weitestgehend von Verschmutzungen frei sind, um einen ausreichenden Wormeübergang
aber auch einen ausreichenden Strömungsquerschnitt sicherzustellen. Deshalb werden
gemäß der Erfindung die Zu- und Ableitungen der Leitflächen federnd ausgebildet,
so daß sie auf einfachste Weise der Wirkung von Schlag-, Ruttel- oder Vibrationseinrichtungen
ausgesetzt werden können.
-
Wie Fig. 3 zeigt, sind die Leitflächen 1 8, die vorzugsweise aus U-förmigen
Rohren gebildet sind, an Seiteriwandrohren 1 4 angeschlossen, die aufgrund ihrer
Länge eine gewisse Elastizität haben. Bei durchgehenden Seitenwandrohren wird in
diesen eine Abschluß- oder Drosselstelle 1 9 vorgesehen, so daß das Wasser bzw.
der Dampf bzw. das Dampf-Wasser-Gemisch die U-Rohre durchströmen mUssen. Dem Seitenwandrohr
1 4 ist eine Klopfvorrichtung 20 zugeordnet, die aus einem Bolzen und Hammer, aus
einem durch einen drehenden Nocken gespannten und wieder entlasteten Feder-Schlagwerk,
aus einer Rüttel- oder Vibrationseinrichtung oder dergleichen bestehen kann.
-
Die Seitenwandrohre 14, d. h. also auch die Zu- und Ableitungen fUr
die Leitflächen 18, können tangential sich berührend angeordnet sein, wobei es vorteilhaft
ist, die mit Leitflächen versehenen Rohre auf ganzer Länge ohne feste Halterung
zu belassen. Die äußere Abdichtung konn nach Art des "skin-casing" ausgeführt sein.
Auch bei miteinander verschweißten Wandrohren, z. B. Flossenrohren, ist die Ausbildung
nach Fig. 3 möglich, da auch derartige Wände noch genügend Elastizität haben, um
eine Klopf- oder Ruttelwirkung auf die Leitflächen zu übertragen.
-
Vorteilhafter ist aber bei Flossenrohrwänden die Ausführung nach Fig.
5 und 6, wobei vor den Wandrohren 14 ein besonderes Rohr 14' liegt, das als Zu-
und Ableitung für die Leitflächen
1 8 dient. Der Stößel 21 wird
hierbei durch die zwischen den Rohren 1 4 befindlichen Flossen hindurchgeführt und
greift am Rohr 14' an.
-
Diese Ausführung ist auch dann von Vorteil, wenn die Leitfläche 18",
wie Fig. 4 zeigt, zur Überhitzung von Dampf dienen soll, wobei dann die Zu- und
Ableitung 14" an je einen eigenen Dampfverteiler 6" und -sammler 8" angeschlossen
wird.
-
Bei dem Beispiel nach den Fig. 7 und 8 liegt auf der unbeheizten Seite
der Wandrohre 14 eine Schiene 22, die die Rohre in einer Ebene hält, die aber die
Rüttelwirkung ganz beträchtlich steigern kann. Hierzu wird ein der Kraft einer Feder
23 ausgesetzter Bolzen 24 durch die Schiene 22 geführt, wobei die Feder 23 das Rohr
14 gegen die Schiene 22 zieht.
-
Bei einem Schlag gegen den Kopf 25 der Rüttel- oder Schlagvorrichtung
erfolgt eine Einwärtsbewegung des Rohres 14, das dann durch die Feder 23 zurückgeholt
und gegen die Schiene 22 geschlagen wird, wodurch also die Schlag- oder Klopfwirkung
verstärkt wird.
-
Bei dem Beispiel der Fig. 9 bestehen die Leitflächen ebenfalls aus
Überhitzerheizflächen 18" mit Dampfverteilern 6" und einem Dampfsammler 8". Die
vom Verteiler 6" ausgehenden Rohre, die in Achsrichtung der Verteiler einen Abstand
zueinander aufweisen, sind in zwei mit Abstand zueinander in unterschiedlichen Höhen
liegenden Ebenen schräg ansteigend verlegt und gehen dann in in horizontalen Ebenen
liegende Rohrschlongen über. Die Verteiler 6" sind auch hier an federnden Zuleitungs-Seitenwandrohren
mit einem Ende angeschlossen, so daß sie in Querrichtung des Kessels etwas bewegbar
sind. Damit können auch die geneigten Überhitzerflächen gerüttelt oder geklopft
werden, um sie sauber zu halten, wobei die Schwingungen auch noch im Bereich der
horizontalen Rohrschlangen wirken.
-
Für die Abdichtung von durch die Rohrwände zu führenden Teilen der
Schlag- oder Rüttelvorrichtungen können Membranen oder Balge und dergleichen vorgesehen
werden.
-
Durch die Anordnung der U-Rohre der Leitflächen mit einem gewissen
Abstand zueinander können die Gase auch teilweise quer durch die Leitflächen strömen,
wodurch natürlich die Temperaturabsenkung gegenüber der alleinigen Strömung parallel
zur Ebene der Leitflächen verbessert und die Abscheidung von Staubteilchen durch
die Wirbel bildung gesteigert wird, was gegensätzlich zu der Wirkung von Schottenheizflächen
ist und die Leitflächen gemäß der Erfindung im Vergleich zu diesen Schottenheizflächen
überlegen macht.