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BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen korrosionsbeständigen
Mehrzug-Luftvorwärmer mit Bündeln von Heizrohren, welche zu mehreren zum Teil in
der korrosionsgefährdeten Zone liegenden und an der Luftseite nacheinander geschaltete
getrennten Zügen zusammengefaßt sind, weiterhin mit Luftumlenkkanälen, welche die
benachbarten Züge nacheinander verbinden, und mit Kaltluftzuführungskanälen, von
denen einer eine Heizvorrichtung zum Vorwärmen eines durch den ersten Zug geführten
Teils des Kaltluftstromes enthält, während die anderen Luftzuführungskanäle über
Mischvorrichtungen für Kalt- und Warmluft an die Luftumlenkkanäle angeschlossen
sind, die sich in der korrosionsgefährdeten Zone des Luftvorwärmers befinden und
diese Zone mit den anderen Zügen des Luftvorwärmers verbinden.
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Derartige Luftvorwärmer werden vorzugsweise in der Energiewirtschaft
bei Dampferzeugern verwendet.
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Die Erfindung betrifft insbesondere Luftvorwärmer für Dampferzeuger,
öfen und ähnliche Anlagen, bei denen die Kaltluft durch aggressive, korrodierend
wirkende heiße Abgase erhitzt wird. Bei solchen Luftvorwärmern, die üblicherweise
an der Luftseite mehrere Züge aufweisen, sind die ersten durch kalte Luft durchströmten
Züge besonders stark der Korrosion ausgesetzt. Es sind mehrzügige Luftvorwärmer,
die sogenannten Kaskaden-Luftvorwärmer bekannt, bei denen der kältere Teil dadurch
gegen Korrosion geschützt wird, daß der durch den ersten Zug geführte Teil des Luftstromes
auf eine relativ hohe Temperatur vorerhitzt wird. Der restliche Teil des Kaltluftstromes
wird in Teilen zwischen den Zügen in die Luftumlenkkanäle zugemischt, die die benachbarten
Züge an der Luftseite verbinden.
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Das Mischen von Kalt- und Warmluft erfolgt bei bekannten
Kaskaden-Luftvorwärmern
entweder durch den simplen Anschluß der Kaltluftzuführung am Luftumlenkkanal oder
jegliche Vorrichtungen, oder mit Anwendung von Taschen-Mischvorrichtungen.
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Die Kaskaden-Luftvorwärmer haben eine hohe Wirksamkeit, da ihre Korrosionsbeständigkeit
grundsätzlich bei insgesamt geringer Vorwärmung des Gesamt-Luftstromes und bei relativ
geringen Außen-Abmessungen Heizvorrichtungen erreicht wird.
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Jedoch hängen die Korrosionsbeständigkeit und die Wirksamkeit des
Kaskaden-Luftvorwärmers im starken Maße von der Funktion der Mischvorrichtung ab
und können beim Versagen derselben zunichte gemacht werden. Wird die Kaltluft beim
Mehrzug-Luftvorwärmer in mehreren Stufen beigemischt, so ist für seine zuverlässige
Funktion die einwandfreie Arbeit ohne Ausnahmen aller Mischvorrichtungen erforderlich.
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Es ist jedoch bekanntlich schwierig, eine vollkommene Mischung zu
erreichen. Daher muß die Temperatur der Luftmischung bei den bekannten Kaskaden-Luftvorwärmern
über den Auslegungswert erhöht werden, was ihre Wirksamkeit beeinträchtigt. Dieser
Umstand ist als Nachteil der bekannten Kaskaden-Luftvorwärmer anzusehen. Ein anderer
Nachteil derselben, welcher ebenfalls mit den Mischvorrichtungen im Zusammenhang
steht, liegt in den großen Abmessungen der Luftumlenkkanäle, die relativ groß bemessen
werden sollen, um die erforderliche Länge der Kalt-Heißluft-Mischstrecke zu gewährleisten.
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Es ist das Ziel der Erfindung, die genannten Nachteile zu beheben
und einen neuen vervollkommneten mehrzügigen korrosionsbeständigen Luftvorwärmer
zu entwickeln.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Anordnung und
bauliche Gestaltung der Mischvorrichtung zu finden, bei denen eine gute Durchmischung
von Kalt- und Warmluft auf einer kurzen Strecke erfolgt und die Mischvorrichtungen
somit eine platzsparende Bauart aufweisen,so daß eine hohe Korrosionsbeständigkeit
gesichert
wird und die Abmessungen und das Gewicht des Luftvorwärmers verringert werden und
die Mischtemperatur der Luft bis auf das zulässige Minimum herabgesetzt werden kann
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Mischvorrichtungen für Kalt-
und Warmluft in den Luftumlenkkanälen eingebaut sind und ein System parallelliegender
über die Länge mit Löchern versehener Mischrohre bilden, die in Front zu den Heizrohren
des entsprechenden Zuges angeordnet und an den Verteilerkammern für Kaltluft angeschlossen
sind, in die die Luftzuführungskanäle münden.
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Eine solche Ausbildung des Vorwärmers ermöglicht es, eine hohe Wirksamkeit
und Korrosionsbeständigkeit bei kleinen Abmessungen und kleinem Gewicht zu erreichen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Löcher an den
Mischrohren so angeordnet, daß die Kaltluftstrahlen quer Warmluftströmung austreten.
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Bei einer solchen Ausbildung der Mischrohre, wird die Mischvorrichtung
durch nur eine oder zwei Reihen von perforierten Mischrohren gebildet, wodurch die
Abmessungen der Luftumlenkkanäle weiter verringert werden.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, daß die benachbarten
Mischrohre der Mischvorrichtung jeweils an gegenUberliegenden Seiten an einem Ende
verschlossen und mit den anderen Enden an den verschiedenen Kaltluft-Verteilerkammern
angeschlossen sind.
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Eine solche Ausbildung der Mischvorrichtung ermöglicht es, das Temperaturfeld
der aus Kalt- und Warmluft gebildeten Mischluft über die Höhe auszugleichen und
damit die notwendige Mischtemperatur herabzusetzen.
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Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, daß als Mischrohr der
Mischvorrichtung eine Gruppe von Heizrohren des entsprechenden Zuges des Luftvorwärmers
benutzt wird.
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Diese technische Lösung vereinfacht die Herstellung des Luftvorwärmers
dadurch, daß die Mischvorrichtung ein Ganzes mit den Rohrbündeln der Heizflächen
bildet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 den Luftvorwärmer in schematischer Darstellung,
Fig. 2 den Luftvorwärmer gemäß Fig. 1 im Querschnitt durch den ersten Zug, Fig.
3 veranschaulicht die Unterbringung der Mischvorrichtung und die Anordnung der Löcher
in den Mischrohren bei dem Luftvorwärmer gemäß Fig. 1, Fig. 4 eine Ausführungsvariante
der Mischrohre in den Kaltluft-Verteilerkammern, Fig. 5 die Anordnung der Mischvorrichtung
innerhalb des ersten Luftvorwärmerzuges.
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Als Beispiel für die Ausführung des Gegenstandes der Erifndung ist
in der nachstehenden Beschreibung ein korrosionsbeständiger Kaskaden-Luftvorwärmer
mit drei Zügen und einer Mischstufe dargestellt, in der Kaltluft beigemischt wird
(selbstverständlich sind auch mehrere Mischstufen möglich). Der erste Zug 1 des
Luftvorwärmers sowie die übrigen Züge enthalten ein Bündel 2 von Heizrohren. An
der stirnseitigen Front desselben ist im Umlenkkanal 3 eine Mischvorrichtung 4 angeordnet,
die Kalt-und Warmluft miteinander mischt. Die Mischvorrichtung stellt ein System
von parallelen Mischrohren 5 dar, die über ihre Länge verteilt Löcher aufweisen.
Die Mischrohre sind an einer Kaltluft-Verteilerkammer 6 angeschlossen, der die Kaltluft
durch einen Luftzuführungskanal 7 zugeführt wird. Der Luftvorwärmer weist noch einen
weiteren Luftzuführungskanal 8 auf, der aber nur mit einem kleinez-en Teil des Kaltluftstromes
beaufschlagt
wird. In diesem Kanal befindet sich eine Luftheizvorrichtung
9. Der ganze Kaltluftstrom wird durch ein Gebläse 10 gefördert. Der Luftvorwärmer
enthält weiterhin auch einen zweiten Zug 11 und einen dritten Zug 12 in der heißeren
Zone sowie einen Umlenkkanal 13. In der Zeichnung ist nur eine Verteilerkammer 6
dargestellt, es sind aber Anordnungen mit zwei Verteilerkammern möglich, von denen
eine sich oben und die andere unten befindet. Die nun vorgeschlagene Anordnung und
der Aufbau der Mischvorrichutng ermöglichen es, die Mischvorrichtung sehr platzsparend
zu gestalten und zwar in Form von einer oder zwei Rohrreihen, und damit eine wirksame
Mischung von Kalt- und Heißluft zu gewährleisten, da die durch das Bündel von Heizrohren
2 austretende Warmluft über den ganzen Querschnitt in das ähnliche Bündel von Mischrohren
5 der Mischvorrichtung 4 eintritt.
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Die Wirksamkeit der Mischung wird durch eine solche Anordnung der
Löcher in den Mischrohren 5 der Mischvorrichtung 4 günstig beeinflußt, bei welcher
die Kaltluftströme quer zu der Strömungsrichtung der Warmluft austreten. Diese Lösung
ist in Fig. 3 veranschaulicht, die Heizrohre 14 eines ersten Zuges 15 und den aus
diesem Zug austretenden Warluftstrom 6 sowie Rohre einer Mischvorrichtung 17 mit
den aus seinen Löchern austretenden Kaltluftstrahlen 18 zeigt. Die aus der Mischvorrichtung
austretende Mischung aus Warm- und Kaltluft hat einen hohen Mischgrad. Dies ermöglicht
es, die Mischtemperatur nah an der niedrigsten zulässigen Grenze zu wählen, die
zur Erhaltung des zweiten Zuges des Luftvorwärmers erforderlich ist, was eine hohe
Wirksamkeit des Luftvorwärmers bei sicherem Schutz desselben gegen Korrosion erreichen
läßt.
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Um eine ungleichmäßige Temperaturverteilung der Luftmischung über
die Länge der Mischrohre, die-im allgemeinen durch die allmähliche Abnahme des Kaltluftdurchsatzes
über die Rohrlänge infolge des Ausströmens der Luft verursacht wird, zu vermeiden,
schlägt
die vorliegende Erfindung vor, die benachbarten Mischrohre an den gegenüberliegenden
Seiten jeweils an einem Ende zu verschließen, und an den anderen Enden an verschiedenen
Kaltluft-Verteilerkammern anzuschließen, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist. Hier
versorgen zwei Verteilerkammern 20, 21 das System der zueinander parallelen Mischrohre
22, 23 mit Löchern 24 für Kaltluft. Die benachbarten Mischrohre 22 und 23 sind an
ihren gegenüberliegenden Enden verschlossen und mit den anderen Enden, wie dies
Fig. 4 zeigt, an den verschiedenen Verteilerkammern 20, 21 angeschlossen.
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Bei einer solchen Ausbildung der Mischvorrichtung sind die Verläufe
des Luftdurchsatzes nebeneinanderliegender Mischrohre 22, 23 weitgehend identisch,
und ihre Durchsätze ergänzen sich gegenseitig, so daß der Gesamtdurchsatz in einem
beliebigen Querschnitt der gleiche bleibt, wodurch auch die Mischtemperatur über
die Länge der Mischrohre konstant ist.
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Dies ermöglicht es, die Mischtemperatur noch weiter an die zulässige
Temperaturgrenze heranreichend zu wählen, bei der der zweite Zug des Luftvorwärmers
vor Korrosion noch mit Sicherheit geschützt wird.
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Die Erfindung schlägt schließlich noch eine Lösung vor, die noch weiter
zur Verringerung des Gewichtes und des Platzbedarfes des Luftvorwärmers beiträgt.
Insbesondere wird nach der Erfindung als Mischvorrichtung eine Gruppe von Frontheizrohren
des entsprechenden Luftvorwärmerzuges benutzt. Diese Lösung ist schematisch in Fig.
5 dargestellt. Hier ist die Mischvorrichtung 25 als ein Ganzes mit dem Heizrohrbündel
des ersten Zuges 26 ausgeführt, wobei als Mischvorrichtung 25 einige Frontrohrreihen
des ersten Zuges 26 dienen. Dabei ist der Querschnitt des Gaskanales 27 entsprechend
verkleinert, um die am Luftzuführungskanal 29 angeschlossenen Verteilerkammern unterzubringen.
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Die Wirkungsweise der Luftvorwärmer ist folgende: Das Gebläse 10 (Fig.
1) fördert die Kaltluft durch die zwei Luftzuführungskanäle 7, 8. Im kleineren Luftzuführungskanal
8 ist eine Luftheizvorrichtung 9 zum Vorwärmen der Kaltluft vorgesehen. In dieser
Luftheizvorrichtung 9 wird ein kleiner Teil des Kaltluftstromes (z.B. mit Dampf)
soweit erhitzt, daß er beim Eintritt in den ersten Zug 1 des Luftvorwärmers die
Heizrohre 2 desselben vor Korrosion schützt, indem er ihre Temperatur am Eintritt
über den Taupunkt erhöht.
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Dieser Teil des Luftstromes wird im ersten Zug 1 des Luftvorwärmers
noch weiter erhitzt und weist beim Austritt aus dem Bündel der Heizrohre 2 über
den ganzen Querschnitt eine realtiv hohe Temperatur auf. Unmittelbar hinter dem
ersten Zug 1 durchströmt die vorerhitzte Luft die Mischvorrichtung 4, die sich im
Luftumlenkkanal 3 befindet, der den ersten Zug 1 mit dem zweiten Zug 11 verbindet.
Die Mischrohre der Mischvorrichtung 4 können als ein Ganzes mit dem Rohrbündel des
ersten Zuges 1 gestaltet sein und zwar mit dem stirnseitigen Frontteil desselben
(Fig. 5). Aus den Mischrohren 5 der Mischvorrichtung 4 treten quer zu der Warmluftströmung
Kaltluftstrahlen aus. Diese kalte Luft, die den größten Teil des Gesamtluftstromes
bildet und in Umgehung des ersten Zuges 1 geführt wird, tritt in die Mischrohre
5 durch die Verteilerkammer 6 (oder zwei Verteilerkammern gemäß Fig. 4) ein, an
der der zweite Luftzuführungskanal 7 angeschlossen ist. Durch die Anordnung der
Mischrohre 5 über den ganzen Querschnitt des ersten Zuges und den Austritt der der
Höhe nach verteilten Kaltluft quer zur Warmluftströmung erfolgt eine gute Durchmischung
von Kalt- und Warmluft und eine entsprechende Abkühlung der wärmeren Luftströmung
auf einer kurzen Strecke und mit großer Wirksamkeit schon bei Verwendung einer oder
zwei Reihen von Mischrohren, so daß die Abmessungen des Luftumlenkkanals 3 nicht
größer werden. Um die Gleichmäßigkeit der
Durchmischung noch weiter
zu erhöhen, können die Mischrohre abwechselnd an verschiedenen Verteilerkammern
angeschlossen sein und an ihren freien Enden verschlossen werden (s. Fig. 4).
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Durch die hochwirksame und gleichmäßige Durchmischung hat die aus
Kalt- und Warmluft bestehende Mischluft über den ganzen Querschnitt des Umlenkkanals
3 die gleiche Temperatur, und diese Temperatur kann sehr nah am Grenzwert gewählt
werden, der durch die Korrosionssicherheit des zweiten Zuges 11 bestimmt wird. Die
gewählte Temperatur liegt in jedem Fall nicht über der Vorwärmtemperatur der Luft.
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Diese Besonderheit macht den vorgeschlagenen Luftvorwärmer nicht nur
sehr wirksam sondern auch sehr betriebssicher. Der ganze aus dem zweiten Zug 11
austretende Luftstrom wird durch den nächsten Luftumlenkkanal 13 zum dritten Zug
12 geleitet.
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Nach Verlassen dieses Zuges tritt die warme Luft in den Hauptteil
der Anlage, den Brennraum des Dampferzeugers, oder des Ofens ein. Der ganze Luftvorwänler
ist damit vor Korrosion geschützt, die Vorwärmvorrichtung nimmt wenig Platz in Anspruch,
die Mischvorrichtungen sind im Aufbau einfach und platzsparend und die Luftumführungskanäle
bleiben unverändert. Dabei hat der Luftvorwärmer dadurch eine hohe Wirksamkeit,
daß nur ein kleiner Teil des Luftstromes durch Vorwärmung auf eine hohe Temperatur
gebracht wird und die Mischtemperatur von Kalt- und Warmluft nahe an der untersten
zulässigen Grenze gewählt werden kann.
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Alles Dargeleate betrifft Luftvorwärmer mit nur einer Beimischungsstufe,
aber es gilt auch für Luftvorwärmer mit mehreren Stufen der Beimischung.