DE3043853C2

DE3043853C2 - Heißgaskühler mit einem Druckbehälter

Info

Publication number: DE3043853C2
Application number: DE3043853A
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Masch.-Ing. Winterthur Ziegler
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1980-09-19
Filing date: 1980-11-21
Publication date: 1985-04-04
Also published as: DE3167938D1; CH643649A5; US4385501A; JPS5784986A; ZA815917B; EP0048325B1; JPH0253714B2; EP0048325A2; DE3043853A1; EP0048325A3

Description

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Die Erfindung betrifft einen Heißgaskühler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einem solchen Kühler, der Gegenstand der gleichen Zeitrang aufweisenden DE-OS 30 43 855 derselben Anmelderin ist, ist die Ver· bindung zum Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Einsatzes und dem Raum zwischen dem Einsatz und der Behälterwand üblicherweise an der Stelle tiefster Gastemperatur vorgesehen, so daß bei Druckänderungen lediglich Heißgas der tieften Temperatur in den Raum zwischen dem Einsatz und der Behälterwand gelangen kann. Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß - wenn im Einsatz gasseitig stromoberhalb der Druckausgleichöffnung eine Leckage auftritt — mehr oder weniger heißes Gas durch den Raum zwischen dem Einsatz und der Behälterwand strömt so daß die Wand eine unzulässig hohe Temperatur annehmen kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Heißgaskühier der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß bei Auftreten einer Leckage im Einsatz auf sichere Weise ein Einströmen von Heißgas in den Raum zwischen den Einsatz und die Behälterwand vermieden wird

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Druckausgleichsverbindung steht zwar der Druckbehälter unter dem höchst möglichen Druck und auch der Einsatz steht unter äußerem statt innerem Oberdruck, jedoch wird im Falle einer Leckage an irgendeiner Stelle des Einsatzes entweder der Zwischenraum nicht von Heißgas (wenn sich die Leckage im Bereich des Eintritts befindet) oder ausschließlich von im Kühler gekühltem Gas durchströmt Da bei Normaibetrieb das uas im Kühler stagniert bleibt dieser sauber, so daß er nicht gereinigt werden muß — falls nicht eine Leckage auftritt die ohnehin Wartungsarbeiten bedingt

Die Merkmale nach Anspruch 2 ergeben eine besonders raumsparende Lösung bei verhältnismäßig kurzem Druckbehälter.

Anspruch 3 lehrt eine zweckmäßige Ausnützung bereits vorhandener Elemente als Kühler.

Anspruch 4 zeig! eine der Erfindung eigene Möglichkeit zur Kontrolle der Leckage: Tritt eine erhebliche Leckage auf, so steigt die Temperatur des Gases ini Bereich des Kühlerausgangs. Diese Temperatur ist somit ein geeignetes Maß für die Größe einer Leckage.

Die Merkmale nach Anspruch 5 schaffen eine Vergleichsmöglichkeit für die gemessene Temperatur, so daß auch beim An- und Abfahren sowie bei Laständerungen auf eine Leckage geschlossen werden kann.

Die Erfindung wird nun an in der Zeichnung schema tisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Heißgaskühler mit Einbauten,

Fig.2 einen ebensolchen Längsschnitt durch einen Heißgaskühler gemäß Anspruch 2.

In Fig. 1 besteht ein Heißgaskühler 1 aus einem Druckbehälter 2 mit einem zylindrischen, doppelwandigen Einsatz 3, der unten über einen radialen Zufuhrstutzen 4 mit Kühlwasser versorgt wird. Oben bildet der Einsatz 3 eine Konusfläche 6, an die ein Hals 8 anschließt, dem ein Austrittsstutzen 9 für das Kühlwasser vorgesehen ist Der Hals 8 durchdringt den Druckbehälter 2 durch einen Stutzen 10 mit Flansch 11.

Am unteren Ende weist der Einsatz 3 einen Flansch 12 auf, an dem über einen Balg 14 ein Trichter 16 mit Hals 18 dicht angeschlossen ist. Dieser Hals 18 durchdringi ebenfalls den Druckbehälter 2 durch einen Stutzen 20 mit Flansch 21. Die Hälse 8 und 18 sind mit den Stutzen 10 bzw. 20 gasdicht verbunden.

Bildet in einer solchen Anordnung der Einsatz zwischen den Hälsen 8 und 18 ein gasdichtes System, so ist der Druck in dem abgeschlossenen Zwischenraum 5 zwischen dem Einsatz 3 und dem Druckbehälter 2 von der Temperatur abhängig und damit starken Änderungen unterworfen. Es liegt nahe, diesen Druck zu kontrollieren, indem man vom Innenraum 7 des Einsatzes 3 /um Zwischenraum 5 eine kleine Verbindungsöffnung schafft, durch die ein Druckausgleich stattfinden kann.

Eine solche Verbindungsöffnung wird natürlich dort angebracht, wo das Medium im Einsatz 3 die tiefste Temperatur aufweist so daß beim Erhöhen des Heißgasdruckes ausschließlich Gas tiefster Temperatur in den Zwischenraum strömt >

Nach der Erfindung ist nun im Bereich der Konusfläche 6 eine Druckausgleichverbindung 30 vorgesehen, die über einen die Kühlstrecke bildenden Kühler 32 in den Zwischenraum 5 mündet Der Kühler 32 ist über eine Zufuhrleitung 35 und eine Abfuhrleitung 36 zum Strömungspfad des Kühlmittels im Einsatz 3 parallelgeschaltet. Am Austritt des Kühlers 32 ist ein Thermoelement 38 angeordnet, dem ein im Raum 5 angebrachtes Thermoelement 39 gegenübersteht Die Thermoelemente 38 und 39 sind elektrisch derart in Serie geschaltet, daß das auf ein Anzeigegerät 40 geleitete Signal der Temperatardifferenz an den Meßstellen der beiden Thermoelemente 38 und 39 proportional verläuft

Bei Normalbetrieb strömt von einer nicht gezeichneten Heißgasquelle ein Gas von beispielsweise 1400°C durch den Hals 8 in den Innenraum 7 des Einsatzes 3, in dem es vorwiegend durch Gasstrahlung Wärme an den gekühlten Einsatz 3 abgibt Mit einer Temperatur von etwa 500⁰C verläßt das Gas den Einsatz über den Hals 18. Im Zwischenraum 5 stellt sich ein Druck ein, der dem Druck an der Konusfläche 6 gleich ist da beim Anfahren der Anlage mit zunehmendem Druck im Einsatz Gas durch die Druckausgleichverbindung 30 über den Kühler 32 in den Zwischenraum 5 strömt Das im Zwischenraum 5 stagnierende Gas nimmt eine Temperatur an, die zwischen der Wandtemperatur des Einsatzes 3 und jener des Druckbehälters 2 liegt

Tritt nun eine Leckage, beispielsweise am Balg 14 auf, so bildet sich im Zwischenraum 5 eine vom Druckabfall zwischen der Konusfläche 6 und dem Balg 14 abhängige Strömung aus, wobei das Heißgas abhängig von der durch das Leck strömenden Gasmenge auf eine noch zulässige Temperatur hinuntergekühlt wird. Da der TcmperaturaMall im Kühler 32 bei großer Durchströmmenge kleiner ist als bei kleiner Durchströmmenge, bildet er ein Maß für die Größe des Lecks. Dieser Temperaturabfall kann gemessen werden durch die Bestimmung der Temperatur am Eintritt und am Austritt des Kühlers 32 oder aber durch Vergleich mit der nicht gestörten Temperatur, wie dies in F 13. 1 dargestellt ist An Stelle eines Anzeigegerätes 40 läßt sich eine Alarmeinrichtung vorsehen, die bei entsprechend hohem Eingangssignal auch direkt eine Abstelleinrichtung betätigen kann.

In Fig.2 sind Teile die solchen von Fig. 1 entsprechen, gleich bezeichnet. Im Gegensatz zu F i g. 1 besteht der Einsatz in Fig.2 aus einem Hemd 42 und einem Mantel 43, die beide in ihrem mittleren Abschnitt 44 als konzentrische Kreiüzylinder mit dichten Wänden ausgebildet sind. Hemd und Mantel bestehen aus über Steg-3 miteinander verschweißten Rohren 50. Die Rohre 50 des Hemdes 42 sind in einem unteren Bereich 45 aufgegabelt so daß sie dort keine Trennwand mehr bilden, sondern dem durch das Hemd strömenden Rauchgas Durchgang gewähren in einen ringförmigen Zwischenraum 25 zwischen Hemd 42 und Mantel 43.

Sämtliche Rohre 50 sind an ihrem unteren Ende an einem Verteiler 52 angeschlossen. Ein Teil der den Mantel bildenden Rohre 50 ist dabei knieförmig aus der Zylinderfläche gegen außen ausgebogen, so daß die Einmündung der Rohre 50 in den Verteiler 52 nicht auf derselben Mantellinie liegen, was zu einer Schwächling des Verteilers führen würde. Im Bereich dieser Ausbiegungen erstrecken sich die Stege jeweils zwischen benachbarten gerade durchlaufenden Rohren, so daß der Mantel 43 auch im Abschnitt 45 eine gasdichte Wand bildet In einem oberhalb des mittleren Abschnitts 44 gelegenen Abschnitt 46 sind die Rohre 50 gegen die Achse des Druckbehälters hin abgekröpft. Dabei bildet ein Teil der Rohre des Hemdes wie auch des Mantels gasdichte Schulterflächen 55 beziehungsweise 57 und gasdichte, daran anschließende Hälse 59 beziehungs-

weise 60. Im Bereich der Obergänge zu den Schultern 55 und 57 wird ein Teil der Rohre zur Bildung einer dichten Wand überzählig. Diese mit 50' bezeichneten Rohre verlaufen als freies Bündel zwischen den feste Wände bildenden Schultern 55 und 57 und Hälsen 59 und 60.

Sämtliche Rohre 50 und 50' münden sodann in einen in einer horizontalen Ebene koaxial zum Behälter angeordneten Ringkollektor 62.

Hemd 42 und Mantel 43 sind über Zugbänder 64 und 65 an zwei Balkenkränzen 68 und 69 aufgehängt. Dabei sind die Zugbänder 64 im Bereich zwSrihen den beiden Schultern 55 und 57 zu einer dichten zylindrischen Wand verbunden.

Die Rohre des Halses 59 sind, eine Oberkante des Halses bildend, nach außen und hernach nach unten umgebogen und bis auf eine später noch diskutierte Stelle über Stege dicht miteinander verbunden. Im Bereich der Oberkante des Halses 59 schließt ein innerer Flansch 70 eines Stutzens 71 an, der auf einem nach innen gerichteten Rand eine Isolation 72 trägt Der Stutzen 71 weist einen Flansch 74 auf. an dem eine nicht gezeichnete Heißgasquelle angeschlossen ist.

Im obersten Bereich des Ringraums 25 zwischen Hemd 42 und Mantel 43 ist im Mantel eine durch Ausbiegen von Rohren und Weglassen von Rippen erzeugte Öffnung 75 vorgesehen, an deren Rand ein Balg 77 mit einem Gasaustrittsrohr 78 angeschlossen ist. Dieses Gasaustritisrohr durchdringt die Wand des Behälters 2 durch eine Wärmespannungen vermeidendt Hülse 80. Analog zu F i g. 1 ist auf der Unterseite des Verteilers 52 über einen Balg 14 ein Trichter 16 angeschlossen, der in diesem Ausfuhrungsbeispiel doppelwandig ausgeführt ist und, mit Wasser angefüllt, ein Abschreckbad für im Heißgaskühler anfallende Schlacketeilchen biidet.

Die erfindungsgemäße Druckausgleichverbindung führt im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 von einer Off nung 82 in der Schulter 55 des Hemdes durch den Raum zwischen den Hälsen 59 und 60 zu einer Öffnung 04 oberhalb des Ringkollektors 62. Dabei wird die Kühlstrecke gebildet einerseits durch die den Verbindungsweg begrenzenden Wände der Schultern und der Hälse und andererseits durch die Rohre 50', die durch den Zwischenraum zwischen rfen Hälsen verlaufen.

^!Jni..it:elbar am Austritt 84 der Druckausgleichverbindung ist eine Temperaturmeßstelle 90 vorgesehen, von der aus eine Signalleitung zu einem Anzeigegerät 92 führt

Die Temperaturmeßstelle 90 könnte auch innerhalb der Kühlstrecke angeordnet sein.

Im Gegensatz zur Ausführungsform nach F i g. 1 strö-

6ü men bei Fig.2 die Gase nicht geradlinig durch den Heißgaskühler, sondern sie werden am unterer- Ende des Hemdes nach ober, umgelenkt und verlassen den Ringraum 25 über die Leitung 78. Schlacke- und Rußteilchen fallen größtenteils durch Schwerkraftwirkung

o5 in den Trichter 16, aus dem sie mit dem dort eingebrachten Wasser ausgetragen werden.

Bei stationärem Normalbetrieb herrscht beidseits der Druckausgleichsverbindung derselbe Druck. Der Zwi-

schenraum zwischen den Hälsen wird in diesem Fall nicht durchströmt. Bildet sich ein Leck, so wird dies wahrscheinlich an einer Stelle sein, an welcher innenseitig der Gasdruck tiefer liegt als an der Stelle 82. Ein solches Leck hat somit eine Gasströmung von der Stelle 5 82 über die Stelle 84 an der Meßstelle 90 vorbei zur Folge, die am Anzeigegerät 92 wegen der steigenden Temperatur festgestellt werden kann.

Die miteinander verschweißten Rohre 50 des Hemdes 42 und des Mantels 43 bilden beispielsweise Heizflä- io chen, vorzugsweise im Zwanglauf durchströmte Verdampferheizflächen, eines Dampferzeugers.

Die Rohre 50 können — statt über Stege — auch direkt miteinander gasdicht verschweißt sein.

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Hierzu I Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Heißgaskühler mit einem Druckbehälter und darin angeordnetem Kühleinsatz aus miteinander dicht verschweißten von einem Wärmeübertragungsmedium durchflossenen Rohren, der die Wand des Druckbehälters vor unzulässigem Wärmeeinfall abschirmt, wobei der Kühleinsatz heißgaseintrittsel· tig durch einen die Wand des Druckbehälters durchdringenden Eintrittskanal an eine Heißgasquelle angeschlossen ist und gasausgangseitig einen Austrittskanal aufweist der ebenfalls die Druckbehälterwand durchdringt und wobei ferner der Innenraum des Einsatzes zum Druckausgleich mit dem Raum zwisehen Einsatz und Druckbehälterwand verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsverbhdung (30; 82,84) vom Bereich des Gasei,c*ritts ausgeht und über eine zusätzliche Kühlstrecke^; 50') führt

2. Heißgaskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Einsatz aus einem inneren Hemd (42) und einem äußeren Mantel (43) besteht, daß zwischen Hemd (42) und Mantel (43) ein Ringraum (25) vorgesehen ist der an seinem dem Eintrittskanal gegenüberliegend» Ende mit dem Innenraum des Hemdes (42) in Verbindung steht daß an einem dem Eintrittskanal benachbarten Ende des Ringraums (25) mindestens ein Austrittskanal (78) ' für das gekühlte Gas ausgeht und daß am gleichen Ende des Ringraums (25) ein im wesentlichen geschlossener, von Hefcid (42} and Mantel (43) begrenzter gekühlter Ringraumabschnitt sich anschließt, über den die Druckt jsgleichsverbindung (82,84) zum Raum (5) zwischen Einsatz und Druckbehälterwand (2) führt, wobei Hemd (42) und Mantel (43) Bestandteile der Kühlstrecke (50') sind.

3. Heißgaskühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus Hemd (42) und aus Mantel (43) herausgebogene Rohre (50') zusätzliche Kühlflächen der Kühlstrecke bilden.

4. Heißgaskühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß im Bereich des Ausganges der Kühlstrecke ein erster Temperaturfühler (38; 90) angeordnet ist.

5. Heißgaskühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise auf derselben Höhe und auf demselben Radius wie der erste Temperaturfühler (38), jedoch in Umfangsrichtung des Druckgefäßes (2) gegenüber jenem versetzt, ein zweiter Temperaturfühler (39) vorgesehen ist, der zum ersten in einer Vergleichsanordnung steht.