DE2721061B1

DE2721061B1 - Regenerativ-Luftvorwaermer

Info

Publication number: DE2721061B1
Application number: DE2721061A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Gollnick; Ernst Wirz
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1977-05-11
Filing date: 1977-05-11
Publication date: 1978-08-31
Also published as: AU521267B2; MX143937A; FR2390693A1; FR2390693B1; DE2721061C2; AU3576178A; ZA782525B; IT1094974B; IT7823231A0; BR7802940A; US4197905A; GB1591078A; ES469634A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Regenerativ-Luftvorwärmer mit der Zu- und Abfuhr von Rauchgas sowie von mindestens zwei getrennten, konzentrisch zueinander liegenden Teilströmen aufzuwärmender Luft dienenden kantenartigen Leitvorrichtungen und mit einem Wärmeaustauschkörper, der durch eine Relativbewegung zwischen den Leitvorrichtungen und dem Wärmeaustauschkörper nacheinander von wärmeabgebendem Rauchgas und aufzuwärmender Luft durchströmt ist, wobei die Temperatur der getrennten Teilströme der Luft regulierbar ist, beispielsweise durch in Strömungsrichtung vor dem Wärmeaustauschkörper angeordnete rekuperative Luftvorwärmer.

Regenerativ-Luftvorwärmer der voranstehend beschriebenen Art sind bekannt. Während es früher, beispielsweise bei kohlenstaubgefeuerten Dampfkesseln hinsichtlich der Haupt- und Mühlenluft, notwendig war, die Vorwärmung getrennter Luftströme mittels separater Aggregate vorzunehmen, stellen die eingangs erwähnten Mehrstrom-Regenerativ-Luftvorwärmer eine platz- und kostensparende Lösung dar. Sie besitzen jedoch den Nachteil, daß die aus dem Dampfkessel austretenden, gleichmäßig temperierten Rauchgase im Regenerativ-Luftvorwärmer infolge der unterschiedlichen Menge und Temperatur der einzelnen Teilströme der aufzuwärmenden Luft, und zwar auf Grund der unterschiedlichen Brennstoffzusammensetzung, im Wärmeaustauschkörper eine unterschiedliche Abkühlung erfahren können, welche Temperaturdifferenzen von mehr als 100° auf der Abgasseite nicht ausschließen. Da die Teilströme der aufzuwärmenden Luft konzentrisch zueinander liegen, ergibt sich auch rauchgasseitig eine heiße Rauchgassträhne, die sich bei den bekannten Konstruktionen der Regenerativ-Luftvorwärmer nicht oder nur sehr ungenügend auflöst. Derartige heiße Rauchgassträhnen ergeben jedoch Probleme bei der Einleitung des Rauchgases in den nachgeschalteten Filter, da hier Temperaturdifferenzen von mehr als 10⁰C sehr nachteilig sind. Weiterhin ergibt sich ein schädlicher Einfluß der Temperatur-Strähnen auf ίο Kanäle, Leitbleche, Gebläse usw.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regenerativ-Luftvorwärmer der eingangs beschriebenen Art mit mindestens zwei getrennten Teilströmen der aufzuwärmenden Luft zu schaffen, der trotz unterschiedlicher Temperaturen in diesen Teilströmen eine gleichmäßige Austrittstemperatur der Rauchgase gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite des Rauchgasaustrittes aus dem Wärmetauschkörper zwischen den Leitvorrichtungen für die aufzuwärmende Luft eine Abdeckhaube im Bereich eines Abgasteilstromes angeordnet ist, welche mit einzelnen Abgaskanälen zur Überführung des einen Abgasteilstromes in den anderen Abgasteilstrom versehen ist. Vorzugsweise wird der heißere Abgasteilstrom in den kühleren Abgasteilstrom überführt.

Mit diesem Vorschlag der Erfindung wird durch einfache konstruktive Mittel eine zwangsweise Aufteilung und Überführung des einen Rauchgasteilstromes in den anderen Rauchgasteilstrom erzielt und hierdurch eine gleichmäßige Vermischung der Rauchgasteilströme unterschiedlicher Temperatur gewährleistet, so daß in dem dem Regenerativ-Luftvorwärmer nachgeschalteten Abgaskanal und damit vor dem Filter ein über den gesamten Strömungsquerschnitt gleichmäßiges Temperaturniveau sichergestellt ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Abgaskanäle als radial verlaufende Abgasrohre ausgebildet sein, deren Austrittsquerschnitt sich keilförmig über die gesamte Breite des jeweiligen Abgasteilstromes erstreckt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die radial verlaufenden Abgaskanäle keilförmig mit zur Mitte des Luftvorwärmers weisender Spitze geschlitzt, wodurch sich eine besonders einfache und preiswerte Gestaltung ergibt.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Regenerativ-Luftvorwärmers dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 eine Schemazeichnung in der Art eines senkrechten Schnittes durch einen Regenerativ-Luftvorwärmer der bekannten Art,

Fig.2 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie H-II in Fig. 1,

F i g. 3 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie III-IIIinFig. 1,

F i g. 4 einen gegenüber der Darstellung in F i g. 1 um 90° gedrehten Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Regenerativ-Luftvorwärmer und

F i g. 5 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie V-V in Fig. 4.

Der in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Regenerativ-Luftvorwärmer dient lediglich zur Veranschaulichung der Rauchgas- bzw. Luftströmung. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein Wärmeaustauschkörper 1 feststehend angeordnet, dessen Wärmeaustauschelemente durch Zwischenwände in einen Innenring la und

einen Außenring Xb unterteilt und durch ein Statorgehäuse Ic umschlossen sind.

Das Rauchgas gelangt beim dargestellten Ausführungsbeispiel von oben her über ein Rauchgaseintrittsgehäuse 2 in den Wärmeaustauschkörper 1. Das einströmende Rauchgas ist mit R_e eingezeichnet. Unterhalb des Wärmeaustauschkörpers 1 befindet sich ein ebenfalls feststehendes Rauchgasaustrittsgehäuse 3, welches das Rauchgas (siehe Pfeil R_a) verläßt.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Regenerativ-Luftvorwärmer dient zur Aufheizung von zwei getrennten, konzentrisch zueinander liegenden Luftteilströmen, die als Primärluft bzw. Sekundärluft bezeichnet sind.

Die Primärluft, welche beim dargestellten Ausführungsbeispiel den Innenring la des Wärmeaustauschkörpers 1 abwechselnd und im Gegenstrom zum Rauchgas durchströmt, tritt durch einen Primärlufteintrittskanal 4 ein. Die einströmende Primärluft ist mit dem Pfeil L\_e gekennzeichnet. Konzentrisch um die Primärluft wird außerdem Sekundärluft durch einen Sekundäreintrittskanal 7 zugeführt; der Sekundärlufteintritt ist mit dem Pfeil Lic bezeichnet.

Sowohl die Primärluft als auch die Sekundärluft werden durch eine haubenartige untere Leitvorrichtung 5 in den Wärmeaustauschkörper 1 eingeleitet. Diese Leitvorrichtung 5 dreht sich mit konstanter Geschwindigkeit um eine senkrechte Achse und sorgt dafür, daß die Primärluft die Wärmeaustauschelemente des Innenringes Xa und die Sekundärluft die Wärmeaustauschelemente des Außenringes 1 b des Wärmeaustauschkörpers 1 durchströmt.

Nach dem Durchströmen des Wärmeaustauschkörpers 1 gelangen Primär- und Sekundärluft über eine obere haubenartige Leitvorrichtung 9 in die zugehörigen Austrittskanäle. Die Leitvorrichtung 9, die sich entsprechend der Leitvorrichtung 5 dreht, führt die austretende Primärluft L_u in einen Primärluftaustrittskanal 6 und die aus dem Wärmeaustauschkörper 1 austretende Sekundärluft L₁₁ in einen Sekundärluftaustrittskanal 8. Beide Leitvorrichtungen 5 und 9 werden vorzugsweise auf einer gemeinsamen Welle befestigt, die auf der Zeichnung nicht dargestellt ist, auf der lediglich ein diese Welle umgebendes Wellengehäuse 10 zu erkennen ist.

Der voranstehend geschilderte Sachverhalt ist auch in F i g. 2 dargestellt. Die schräge Schraffur zeigt die Fläche des Rauchgasaustrittes. Die kariert angelegte Fläche innerhalb der Leitvorrichtung 5 zeigt den von der eintretenden Primärluft bestrichenen Querschnitt, wogegen der entsprechende Querschnitt für die eintretende Sekundärluft gepunktet eingezeichnet ist. Mit der gleichen Kennzeichnung ist auch der Querschnitt gemäß Fig.3 versehen, aus welchem der Rauchgaseintritt Re, der Primärluftaustritt L\„ und der Sekundärluftaustritt L₂₁ zu erkennen sind.

Da die zu übertragenden Wärmemengen zwischen Primärluft und Wärmeaustauschkörper 1 einerseits und Sekundärluft und Wärmeaustauschkörper 1 andererseits bezogen auf ein einzelnes Wärmeaustauschelement im allgemeinen unterschiedlich sind, werden die den Wärmeaustauschkörper 1 im Gegenstrom zur Luft durchströmenden Rauchgase im Innenring la und Außenring Xb des Wärmeaustauschkörpers 1 unterschiedlich stark abgekühlt. Dies bedeutet, daß in dem in F i g. 1 gekreuzt schraffierten Teil des Rauchgasaustrittsquerschnittes eine andere Rauchgastemperatur herrscht als im restlichen Querschnitt. Hierdurch ergeben sich heiße Rauchgassträhnen, die sich bei der bekannten Konstruktion nach den F i g. 1 bis 3 nicht oder nur sehr ungenügend auflösen und in einem dem Regenerativ-Luftvorwärmer nachgeschalteten Filter erhebliche Probleme zur Folge haben. Das gilt gleichermaßen für Kanäle, Leitbleche, Gebläse usw.

Diese Probleme werden dadurch beseitigt, daß gemäß den Darstellungen in den F i g. 4 und 5 auf der Seite des Rauchgasaustrittes aus dem Wärmeaustauschkörper 1 zwischen den haubenartigen Leitvorrichtungen 5 für die aufzunehmende Primär- bzw. Sekundärluft Abdeckhauben 11 im Bereich eines Abgassteilstromes angeordnet sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich diese Abdeckhaube 11 im Bereich des Innenringes Xa des Wärmetauschkörpers 1. Diese Abdeckhaube 11 ist mit einzelnen Abgaskanälen 12 zur Überführung dieses Abgasteilstromes in den anderen Abgasteilstrom versehen. Vorzugsweise wird der heißere Abgasteilstrom aus dem Innenring la in den kälteren Abgasteilstrom im Bereich des Außenringes Xb überführt. Durch diese Abdeckhauben 11 und Abgaskanäle 12 wird bei im übrigen unveränderter Bauweise des Regenerativ-Luftvorwärmers eine zwangsweise Überführung des einen Rauchgasteilstromes bis in den anderen Rauchgasteilstrom und damit eine gleichmäßige Vermischung der Rauchgasteilströme unterschiedlicher Temperatur erzielt, so daß in dem dem Regenerativ-Luftvorwärmer nachgeschalteten Abgaskanal und damit vor dem Filter ein über den gesamten Strömungsquerschnitt gleichmäßiges Temperaturniveau im Rauchgas sichergestellt wird.

Die an Hand eines Ausführungsbeispiels dargestellte und voranstehend beschriebene Konstruktion läßt sich selbstverständlich auch bei Regenerativ-Luftvorwärmern anwenden, bei welchen nicht wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Leitvorrichtungen 5 und 9 drehend angetrieben werden, sondern bei feststehenden Leitvorrichtungen ein Drehantrieb des Wärmeaustauschkörpers erfolgt. Die Konstruktion ist darüber hinaus nicht auf stehende, d. h. eine Relativbewegung um eine senkrechte Achse ausführende Luftvorwärmer beschränkt, sondern kann ebenfalls an solchen Regenerativ-Luftvorwärmern angewendet werden, deren Drehachse waagerecht oder schräg liegt. Selbstverständlich ist es weiterhin möglich, den äußeren Rauchgasteilstrom in den inneren Rauchgasteilstrom zu überführen.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Abgaskanäle 12 als im Querschnitt rhombische Rohre ausgebildet, die in radialer Richtung an der haubenartigen Leitvorrichtung 5 angeordnet sind. Durch eine Neigung dieser Abgaskanäle 12 in Richtung des ausströmenden Rauchgases und durch ein Auftrennen dieser Abgaskanäle 12 an der unteren Seite ergibt sich ein keilförmiger, sich über die gesamte Breite des jeweiligen Abgasteilstromes erstreckender Austrittsquerschnitt, der am besten in F i g. 5 zu erkennen ist und eine gute Durchmischung der Rauchgasteilströme gewährleistet.

Bezugsziffernliste:

1 Wärmeaustauschkörper
Xa Innenring

Xb Außenring
Ic Statorgehäuse

2 Rauchgaseintrittsgehäuse

3 Rauchgasaustrittsgehäuse

4 Primärlufteintrittskanal

5 Leitvorrichtung (untere)

6 Primärluftaustrittskanal

Claims

Patentansprüche:

1. Regenerativ-Luftvorwärmer mit der Zu- und Abfuhr von Rauchgas sowie von mindestens zwei getrennten, konzentrisch zueinander liegenden Teilströmen aufzuwärmender Luft dienenden haubenartigen Leitvorrichtungen und mit einem Wärmeaustauschkörper, der durch eine Relativbewegung zwischen den Leitvorrichtungen und dem Wärmeaustauschkörper nacheinander von wärmeabgebendem Rauchgas und aufzuwärmender Luft durchströmt ist, wobei die Temperatur der getrennten Teilströme regulierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite des Rauchgasaustrittes aus dem Wärmeaustauschkörper (1) zwischen den Leitvorrichtungen (5) für die aufzuwärmende Luft eine Abdeckhaube (11) im Bereich eines Abgasteilstromes angeordnet ist, welche mit einzelnen Abgaskanälen (12) zur Überführung des einen Abgasteilstromes in den anderen Abgasteilstrom versehen ist.

2. Regenerativ-Luftvorwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaskanäle (12) als radial verlaufende Abgasrohre ausgebildet sind.

3. Regenerativ-Luftvorwärmer nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt der Abgaskanäle (12) sich keilförmig über die gesamte Breite des jeweiligen Abgasteilstromes erstreckt.

4. Regenerativ-Luftvorwärmer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufenden Abgaskanäle (12) keilförmig mit zur Mitte des Luftvorwärmers weisender Spitze geschlitztsind.