DE2824237B1

DE2824237B1 - Roehrenwaermeaustauscher

Info

Publication number: DE2824237B1
Application number: DE19782824237
Authority: DE
Inventors: Frohmut Vollhardt
Original assignee: SAG SIEGENER AG 5900 SIEGEN; STEIFRADE AG
Current assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Priority date: 1978-06-02
Filing date: 1978-06-02
Publication date: 1979-07-12
Also published as: DE2824237C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röhren wärmeaustauscher mit einem Heizgas führenden Mantel und mindestens einem darin angeordneten Rohrbündel aus im wesentlichen senkrecht zur Mantellängsachse gelegenen Rohren oder Rohrabschnitten, das nach

■>■'·■ Öffnen eines Mantelabschnitts aus dem Mantelinnenraum heraus bewegbar ist.

Derartige Wärmeaustauscher sind bekannt (z. B. Fig. 1 der US-PS 29 47 522). — Die Reparatur bzw. das Auswechseln der Rohrpakete solcher Wärmeaustau-

;■> scher verursacht eine mehr oder minder lange Stillstandszeit des Wärmeaustauschers selbst dann, wenn es gelingt, einzelne Rohrpakete, z. B. aus einem stehenden Wärmetauscher, seitlich aus dem Querschnitt des Austauschers herauszuziehen und danach die

•1» Wandöffnung wieder zu verschließen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Röhrenwärmeaustauscher mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Hauptanspruches zu schaffen, mit welchem das Herausbringen des oder mehrerer

r. Rohrpakete aus dem Querschnitt des Wärmeaustauschermantels und das Schließen desselben in kurzer Zeit ohne großen Arbeitsaufwand möglich ist. Ebenso kurzfristig soll das Auswechseln eines Rohrpaketes außerhalb des Austauschermantels und das Hineinbrin-

">'j gen eines neuen Rohrpaketes in den Wärmeaustauschermantel möglich sein. Sowohl das Herausnehmen wie auch das Hineinbringen eines Rohrpaketes in den Wärmeaustauschermantel soll nur eine kurzzeitige Unterbrechung des Austauscherbetriebes mit sich

"> bringen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung einen Röhrenwärmeaustauscher der genannten Gattung vor, bei welchem das Rohrbündel um eine mit der Schwenkachse des Mantelabschnitts gemeinsame oder

I)H hierzu parallele Achse aus dem Mantelinnenraurr durch die von dem schwenkbaren Mantelabschnitt freigegebene und bei ausgeschwenktem Rohrbündel wieder verschließbare Mantelöffnung ausschwenkbar ist.
Durch die DE-OS 23 07 870 ist es bei einem

ι)'- Abhitzekessel mit aus Flossenrohren gebildeten Kesselwänden oder -wandteilen bekannt, die aus Flossenrohren gebildete Rohrfläche mit dem an ihrem einen Rand angeordneten Sammql- und Verteilerrohr um die

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Längsachse dieses Verteilerrohres schwenkbar zu gestalten. Hierbei dient die Schwenkbarkeit der Rohrfläche um ca. 90° der Zugänglichkeit des Kesselinnenraumes, ohne daß die Rohrfläche hierbei durch den Kesselquerschnitt und eine Kesselöffnung > hindurchschwenkt und hierdurch die Aufgabe des vorliegenden Erfindungsgegenstandes gelöst wird.

Vorzugsweise weist das Austauschergestell an seiner Außenseite Trag- und Stützvorrichtungen für das aus dem Mantelquerschnitt ausgeschwenkte Rohrpaket auf. ι ο

Bei einer der möglichen weiteren Ausführungsformen kann der dem Rohrpaket benachbarte Mantelabschnitt einteilig ausgebildet sein. Bei einer weiteren Ausführungsmöglichkeit hingegen kann der schwenkbare Mantelabschnitt unterteilt sein, wobei der dem Rohrpa- ι ~> ket abgekehrte Abschnittsteil unabhängig von der Schwenkung des Rohrpaketes schwenkbar ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß das Rohrpaket und der schwenkbare Mantelabschnitt um eine gemein- jo same Achse schwenkbar sind und dem einen Mantelabschnitt ein zweiter, vorzugsweise gleicher, in Bezug auf die Quermittelebene des Rohrpaketes symmetrischer Mantelabschnitt zugeordnet ist, der um die gemeinsame Achse schwenkbar ist. Dieses aus zwei Mantelabschnit- _>> ten und einem Rohrpaket geformte Gebilde hat die Form eines T, wobei die beiden Mantelabschnitte in einer gemeinsamen Ebene gelegen sind, zu welcher das Rohrpaket senkrecht steht.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform «> sind die beiden Mantelabschnitte unabhängig vor dem Rohrpaket schwenkbar und wahlweise mit diesem drehsteif kuppelbar. Eine vereinfachte Ausführungsform sieht demgegenüber vor, daß die Mantelabschnitte mit dem Rohrpaket drehsteif verbunden sind: π

Um das Ausschwenken eines von mehreren Rohrpaketen aus dem Mantelquerschnitt des Austauschers zu bewerkstelligen, kann einer oder beide einem mittleren Rohrpaket benachbarten Mantelabschnitt und das mittlere Rohrpaket in eine Stellung von ca. 45° zur 4<> Längsachse des Austauschermantels gebracht werden, wobei das auszuschwenkende Rohrpaket durch den Zwischenraum zwischen das ca. auf 45° gestellte benachbarte Rohrpaket und dem rechtwinklig hiervon gelegenen zugehörigen Mantelabschnitt ausschwenkbar π ist. Hierbei ist der Mantelabschnitt erheblich länger als das Rohrpaket.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röhrenwärmeaustauschers sind zwei gegenüberliegende Mantelwände mit schwenkbaren Abschnitten versehen, wobei die Schwenkachsen der in Mantellängsrichtung aufeinanderfolgenden Rohrpakete höhenmäßig gegeneinander versetzt sind.

Um die Rohrpakete von angesetztem, den Wärmeaustausch behinderndem Staub u. dgl. Verunreinigungen w zu befreien, können die Rohrpakete zu Reinigungszwekken über einen kleinen Winkel gegenüber ihrem benachbarten Mantelabschnitt schwenk- und rüttelbar sein.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des wi erfindungsgemäßen Röhrenwärmeaustauschers dargestellt und zwar zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen stehenden Austauscher mit drei übereinandergelegenen Rohrpaketen, b¹»

F i g. 2 einen liegenden Wärmetauscher, bei welchem die schwenkbaren Mantelabschnitte nach

Fig.3 und 4 wesentlich größer sind als der Querschnitt eines Rohrpaketes, damit dieses ausschwenkbar ist, wenn das benachbarte Rohrpaket und der ihm zugeordnete Mantelabschnitt in eine ca. 45°-Stellung gegenüber der Längsachse des Austauschermantels geschwenkt sind,

F i g. 5 und 6 einen Wärmeaustauscher mit unterteilten Mantelabschnitten und eine Ausführungsform, bei der schwenkbare Rohrpakete an den beiden gegenüberliegenden Wänden eines Austauschermantels angeordnet sind,

F i g. 7 die Anordnung eines Rohrpaketes gegenüber einem Mantelabschnitt,

Fig.8 bis 10 eine hohle Schwenkachse eines Rohrpaketes und zweier Mantelabschnitte.

Der Wärmeaustauscher nach F j g. 1 weist ein senkrechtes Gestell ί auf, in welchem der einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisende Mantel 2 des Wärmeaustauschers mit einer senkrechten Längsachse L gehalten ist Das Heizgas wird in Richtung des Pfeiles 3 dem Innenraum des Mantels zugeführt und kann am Kopf 4 des Mantels 2 abgezogen werden. Die Regulierung der Heizgasmenge kann durch Schwenkklappen 5,6 im oberen und unteren Querschnittsteil des Mantels 2 erfolgen.

Im dargestellten Beispiel wird die eine Seitenwand 7 des Mantels 2 durch zwei schwenkbare ebene Mantelabschnitte 8, 9 gebildet, die sowohl drehfest wie auch schwenkbar mit einer gemeinsamen Schwenkachse 10 verbunden sind.

In den Querschnitt des Mantelinnenraumes ragen drei Rohrpakete 11, 12, 13, die aus einem schlangenförmig gewundenen Rohr bestehen, wobei die geraden Rohrabschnitte quer zur Längsachse L des Wärmeaustauschers gelegen sind. Die Rohrpakete 11 — 13 sind in geeigneter Weise an einem Rahmen oder Gestell gehalten, das um eine Achse 14, 15 bzw. die Achse 10 schwenkbar ist. Auf diese Weise können die Rohrpakete 11 — 13 in Richtung der Pfeile P um 180° in die Stellungen 11', 12' und 13' seitlich an dem Gestell 1 verschwenkt werden. Hierzu wird jeweils der eine schwenkbare Mantelabschnitt 8 bzw. 9 ausgeschwenkt, so daß die beiden Rohrpakete 11 bzw. 13 in ihre Lage 11' und 13' gelangen können. Nach dem Ausschwenken in die Stellungen 11', 13' werden der Wandabschnitt 8 bzw. 9 in ihre Ausgangslage um die Achse 10 zurückgeschwenkt und damit der Mantel 2 wieder geschlossea

Soll das mittlere Rohrpaket 12 in die Lage ΥΪ ausgeschwenkt werden, so bedarf es nur des Drehens des Rohrpaketes um 180° und der nunmehr drehsteif mit der Achse 10 und damit mit dem Rohrpaket 12 verbundenen Mantelabschnitte 8,9 gleichfalls um 180°, so daß der Abschnitt 8 in die Ausgangsstellung des Abschnittes 9 und umgekehrt der Abschnitt 9 durch Schwenken durch den Innenraum des Mantels 2 in die Ausgangsstellung des Abschnittes 8 gelangt Hierzu sind die durch die schwenkbaren Mantelabschnitte 8, 9 verschließbaren Mantelöffnungen länger als der horizontale Querschnitt der Rohrpakete 11—13 (vgL Kreisbögen P).

Bei der Ausführungsform nach den Fig.2—4 ist die Länge M (F i g. 3) der Mantelabschnitte 28 und 29 um einiges größer als die Länge F der Rohrpakete 30—32, so daß, wie F i g. 2, 3 und 4 erkennen lassen, z. B. das mittlere Rohrpaket 30 sowie der benachbarte Mantelabschnitt 28 einen Winkel von etwa 45° gegenüber der Parallelen P zur Längsachse des Mantels 2 einnehmen können und hierbei das Rohrpaket 31 durch den Zwischenraum 34 zwischen dem Rohrpaket 30 und dem

Mantelabschnitt 28 in Richtung des Pfeiles K in F i g. 3 schwenkbar ist. — Gleiches gilt von dem Mantelabschnitt 32, der durch den rechtwinkligen Zwischenraum 35 zwischen dem Rohrpaket 30 und dem Mantelabschnitt 29 verschwenkt werden kann.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform nach den F i g. 2—4 sind die Mantelabschnitte 28,29 und das Rohrpaket 30 drehsteif mit ihrer gemeinsamen Schwenkachse 33 verbunden, so daß nach dem Ausschwenken eines der Rohrpakete 31, 32 jeweils sofort wieder der Mantelquerschnitt für den weiteren Betrieb des Austauschers geschlossen werden kann, wobei die Mantelabschnitte ihre Ausgangsstellung einnehmen. Wird das Rohrpaket 30 ausgeschwenkt, so nimmt der Mantelabschnitt 28 die Ausgangslage des Abschnitts 29 und der Abschnitt 29 die Ausgangsstellung des Abschnitts 28 ein, so daß auch hier der Mantel 2 sofort wieder geschlossen ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig.5 sind die Mantelabschnitte 40,41 hälftig unterteilt, wobei die eine Abschnittshälfte 42 bzw. 43 mit dem unteren Rohrpaket 44 bzw. dem oberen Rohrpaket 45 drehsteif verbunden sein kann, während die zweite Abschnittshälfte 46, 47 mit dem mittleren Rohrpaket 48 verbunden ist. Entsprechend der Länge der Wandabschnitte 40,41 sind die Teile 42, 43 und 46, 47 entweder drehfest oder schwenkbar mit den Achsen 49,50,51 und damit mit den benachbarten Rohrpaketen verbunden.

Bei der besonders vorteilhaften Ausführungsform nach F i g. 6 ragen wiederum Rohrpakete 60,61, 62, 63 in den rechteckigen oder quadratischen Querschnitt des Mantels 2, wobei, wie bei allen übrigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers, die Länge S jedes Paketes kleiner ist als der Rohrpaketabstand und die durch die schwenkbaren ebenen Mantelabschnitte 64,65,66 bzw. 67,68,69 abgeschlossenen Mantelöffnungen. Jedes der Rohrpakete 60—63 ist hierbei drehsteif mit seinen benachbarten Mantelabschnitten verbunden, wobei diese drei Teile jeweils um die gemeinsame Schwenkachse 70, 71, 72, 73 schwenkbar sind. — Die Pakete, die in Längsrichtung des Mantels 2 einen Abstand χ voneinander haben, sind jeweils in die Stellungen 6Γ, 62' und 63' schwenkbar.

Wie F i g. 6 weiter erkennen läßt, sind die Schwenkachsen der in Längsrichtung des Mantels 2 aufeinanderfolgenden Rohrpakete an den gegenüberliegenden Wänden 80, 81 des Mantels 2 gelegen, wobei die Schwenkachsen einen Abstand y aufweisen, der mindestens dem Abstand χ zuzüglich der Stärke w eines Rohrpaketes entspricht. — Wie bei allen übrigen Ausführungsbeispielen.

F i g. 7 läßt die Verbindung eines Rahmens 85 eines Rohrpaketes gegenüber einem zugeordneten Mantelabschnitt 86 mit dessen Fuß 87 erkennen. Der Fuß 87 und der Rahmen 85 besitzen die gemeinsame Schwenkachse 88, wobei einer der beiden Teile 85 oder 87 einen Stift 89 trägt, der in ein kurzes Langloch 90 des anderen Teils ragt. Hierdurch ist der Rahmen 85 des Rohrpaketes um ein geringes Winkelmaß gegenüber dem Fuß 87 und dem Mantelabschnitt 86 schwenkbar, so daß bei geschlossenem Mantel 2 des Austauschers dennoch das Rohrpaket mit seinem Rahmen 85 eine kurze Rüttel-Schwenkbewegung vollführen kann, um an der Rohrschlange des Rohrpaketes anhaftenden Schmutz zu entfernen.

Das Gestell 1 besitzt, wie F i g. 1 erkennen läßt, für jedes ausschwenkbare Rohrpaket eine horizontale

ίο Stütze 100, auf die das Rohrpaket aufsetzbar ist. Wenigstens bei den Rohrpaketen, die entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt werden, wie z. B. das Rohrpaket 13 in Fig. 1, das Rohrpaket in Fig.5, können die Stützen aus zwei parallelen Streben bestehen, der Abstand voneinander größer als die Breite des Rohrpaketes sein und das Rohrpaket durch über die Streben gelegte Schienen 101 und Keilen gehalten werden.

Wie Fig.8 und 10 erkennen lassen, münden die einzelnen Rohre 110 mit ihren Enden 111,112 in eine als Rohr ausgebildete Schwenkachse 113, wo das Rohr entsprechende Bohrungen 114,115 aufweist, wobei die Bohrungen 114 eine obere Bohrungsreihe und die Bohrungen 115 eine untere Bohrungsreihe bilden. Der Innenraum der hohlen Schwenkachse 113 ist durch die Längswand 116 und zwei hälftige Endwände 117,118 in zwei Kammern 119, 120 unterteilt, in die jeweils die Enden 111 bzw. 112 der Rohre 110 münden, so daß die Kammer 119 die Verteilerkammer und die Kammer 120

3d die Sammelkammer für das durch die Rohre 110 des Rohrpaketes fließende Medium bildet.

Die Endstutzen 121,122 jeder hohlen Schwenkachse 113, an der auch in nicht dargestellter Weise die Mantelabschnitte angeordnet sind, stehen über Einrich-

j-> tungen wie Leitungsgelenke, Stopfbuchsen od. dgl. mit Verbindungsleitungen drehbar in Verbindung, so daß die Schwenkachse 113 um 180° schwenkbar ist und die Verbindung der Verbindungsleitungen zwischen den Schwenkachsen selbst stets erhalten bleibt, selbst dann, wenn das eine oder andere Rohrpaket aus dem Austauschermantel in oben beschriebener Weise ausgeschwenkt wird.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Unterbrechung des Austauscherbetriebes sich auf das Aus- bzw. Einschwenken der Mantelabschnitte um 180° aus ihrer Arbeits- in die Ruhestellung oder umgekehrt beschränkt, wobei eine Unterbrechung des Flusses des Mediums in den Austauscherrohren nicht stattfindet. — Es können daher z. B. die Rohre noch im erwärmten Zustand von anhaftendem Belag noch vor der Abkühlung und Taupunktunterschreitung befreit werden. — Da eine hohle Schwenkachse, in welche die Enden von Rohren münden, aus der DE-PS 23 07 870 bekannt ist, wird für die vorstehend aufgeführten und in den Fig.8 bis 10 dargestellten Merkmale nur in Verbindung mit den übrigen Merkmalen der Erfindung Schutz beansprucht.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Röhrenwärmeaustauscher mit einem Heizgas führenden Mantel und mindestens einem darin angeordneten Rohrbündel aus im wesentlichen senkrecht zur Mantellängsachse gelegenen Rohren oder Rohrabschnitten, das nach öffnen eines Mantelabschnittes aus dem Mantelinnenraum heraus bewegbar 'ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrbündel (11,13,30,32,48,60—63) um eine mit der Schwenkachse des Mantelabschnitts (8, 9, 28, 29, 40, 41, 64—69) gemeinsame oder eine hierzu parallele Achse (10,14,15,33,49-51,70-73) aus dem Mantelinnenraum durch die von dem schwenkbaren Mantelabschnitt freigegebene und bei ausgeschwenktem Rohrbündel wieder verschließbare Mantelöffnung ausschwenkbar ist.

2. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austauschermantel (2) mehreckigen Querschnitt besitzt und die schwenkbaren Mantelabschnitte (8,9, 28, 29,40,41, 64—69) eben sind.

3. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Austauschergestell (1) an seiner einen Außenseite Trag- und Stützvorrichtungen (100) für das aus dem Mantelquerschnitt ausgeschwenkte Rohrpaket (10—13, 30-32,48,60-63) aufweist.

4. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schwenkbare Mantelabschnitt (8, 9, 28, 29, 40, 41, 64-69) in Richtung des Austauscherquerschnitts unterteilt ist.

5. Röhrenwärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Rohrpaket und der schwenkbare Mantelabschnitt um eine gemeinsame oder zwei nahe beieinanderliegende Achsen schwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem einen Mantelabschnitt ein zweiter in Bezug auf die Quermittelebene des Rohrpaketes symmetrischer Mantelabschnitt zugeordnet ist, der um die gemeinsame Achse oder eine weitere nahe dabei liegende Achse schwenkbar ist.

6. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Mantelabschnitte unabhängig von dem Rohrpaket schwenkbar und wahlweise mit diesem drehsteif kuppelbar sind.

7. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelabschnitte mit dem Rohrpaket drehsteif verbunden sind.

8. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß der schwenkbare Mantelabschnitt erheblich größer ist als der Rohrpaketquerschnitt.

9. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche 1 —8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende Mantelwände (80, 81) mit schwenkbaren Abschnitten (64—66 bzw. 67—69) versehen sind, wobei die Schwenkachsen (70, 71 bzw. 72, 73) der auf gleicher Höhe gelegenen Mantelabschnitte (64,69; 65,68; 66, 67) in Mantellängsrichtung um eine Mantelöffnung oder den Abstand (x) zweier aufeinanderfolgender Rohrpakete (60—63) versetzt sind.

10. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche 1 —9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrpakete zu Reinigungszwecken über einen kleinen Winkel gegenüber ihren benachbarten Mantelabschnitten schwenk- und rüttelbar sind.

11. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche 1 — 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (113) der Rohrpakete hohl ist, daß die Enden (111, 112) der Rohre (110) der Rohrpakete in Kammern (119,120) der im Innenraum unterteilten Schwenkachse münden und die Kammern jeder Schwenkachse mit der oder den Kammern einer oder zweier benachbarter Schwenkachsen oder einem Zuführbzw. Abführbehälter verbunden sind.

12. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Schwenkachsen (113) in zwei Längskammern (119, 120) unterteilt sind, in die je ein Ende des aus mehreren Rohren gebildeten Rohrpaketes münden und die Enden der Schwenkachse die Zu- und Ableitung zu den Kammern bilden oder aufnehmen.