DE3121297A1

DE3121297A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der waerme von einem waermetauscher zuzufuehrenden waermeabgebenden gasen

Info

Publication number: DE3121297A1
Application number: DE19813121297
Authority: DE
Inventors: Heinz 5910 Kreuztal Haacker; Frohmut 5900 Siegen Vollhardt
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN GHH Immobilien GmbH
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1982-12-16
Also published as: FR2506920A1; GB2100408B; JPS57198998A; IT8220772A0; DE3121297C2; NL8201328A; IT1152107B; JPS6246800B2; FR2506920B1; US4522155A; GB2100408A

Description

Firma M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg Nürnberg AG, Bahnhofstrasse 66, 4200 Oberhausen 11.

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Wärme von einem Wärmetauscher zuzuführenden wärmeabgebenden Gasen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Wärme von einem Wärmetauscher zuzuführenden wärmeabgebenden Gasen und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens .

Bei der Kühlung von unter gasseitigem Überdruck und hohen Temperaturen anfallenden Gasen, so z. B. bei der partiellen Oxydation von öl, Asphalt, ölschiefer oder Kohle, sind die Gase mit Schadstoffen beladen, die zur Hoch- bzw. Tieftemperaturkorrosion führen. - Duch die DE-PSn 1.918.171 und 1.751.085 sind Abhitzekessel vorgeschlagen worden, mit denen bei kleinster Rohrwandübertemperatur Hochdruckdampf erzeugt und trotzdem unterhalb der Hochtemperatur-Korrosionsgrenze geblieben werden kann.

Da die Gase mit amorphem Ruß bzw. Koks und Ascheteilchen beladen sind, wird der Wärmeübergang des Abhitzekessels durch zunehmende Verschmutzung verschlechtert. Um dem entgegenzuwirken, hat man die Tauscher flächen des Abhitzekessels überdimensioniert, um große Reserven zur Verfügung zu haben und eine lange Benutzungszeit zwischen zwei Reinigungsperioden zu erzielen. - Eine

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weitere Möglichkeit besteht darin, besonderen Reinigungsmöglichkeiten, z.B. Veränderung der Gasgeschwindigkeit während des Betriebes selbst, anzuwenden.

Bei bestimmten Wärmetauschern, so z.B. bei Überhitzern, tritt in gleicher Weise unterhalb einer gewissen Rohrwandtemperatur eine Korrosion auf, die es erforderlich macht, diese Rohrwandtemperatur während des Betriebes zu kontrollieren und zu beeinflussen, ohne daß der kontinuierliche Betrieb der Anlage beeinträchtigt wird. Ist aber z.B. einem Sattdampferzeuger ein Überhitzer nachgeschaltet, so ist es nicht möglich, Heizflächenreserven in dem Verdampfungsbereich vorzusehen, weil bei zu tiefer Gasabkühlung die gewünschte Heißdampftemperatur nicht mehr erreichbar ist.

Hier setzt die Erfindung ein, die zur Aufgabe hat, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen die Wärme der wärmeabgebenden Gase während des laufenden Betriebes derart leicht und ohne großen technischen Aufwand regelbar ist, daß die Nachteile einer Hochtemperaturkorrosior nicht eintreten und hierbei aufwendige Mittel z.B. eine Heizflächenvergrößerung als Austauscherreserve in Fortfall kommen können. Ebenfalls soll vermieden werden, daß eine Veränderung der Gasgeschwindigkeit während des Betriebes notwendig ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches sowie die Merkmale

des kennzeichnenden Teils des Vorrichtungsanspruches vor. Die Merkmale der Uhteransprüche dienen der Verbesserung der Merkmale des Verfahrens- und des Vorrichtungsanspruches.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß durch einfaches Regeln der Flüssigkeitsmenge, im allgemeinen der Wassermenge, in der Vorrichtung die Wärme des wärmeabgebenden Mediums, d.h. der Gase, schnell und problemlos verändert werden kann. Hierzu bedarf es nur des Verringerns oder Vermehrens der Menge des Flüssigkeitsbades in der Vorrichtung durch das Einstellen eines Regelventiles oder einer Pumpe.-Von besonderem Vorteil ist die Anwendung des Verfahrens bei einer Vorrichtung in Verbindung mit einem vorgeschalteten Abhitzekessel und einem nachgeschalteten Überhitzer. Ein raummäßiger Vorteil ergibt sich dann, wenn die Vorrichtung nach der Erfindung mit einem Überhitzer eine Baueinheit bildet und im Prinzip nur durch einen drucklosen Zwischenboden in einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse von dem Überhitzer getrennt ist.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt und zwar zeigt

Fig. 1 die Vorrichtung mit einem vorgeschalteten Abhitzekessel und einem nachgeschalteten Überhitzer und

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II - II der Fig. 1.

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Die Vorrichtung 1 nach der Erfindung ist gasseitig einem Sattdampf erzeugenden Gaskühler 2, wie er beispielsweise aus der DE-PS 1.918.171 bekannt ist, nachgeschaltet und einem überhitzer 3 gasseitig vorgeschaltet. Ihr mit einem Boden 4 versehener Zylindermantel 5 umschließt einen Wasser-Dampf-Raum 6, der nach oben hindurch einen drucklosen, gewölbten Boden 7 abgeschlossen ist. In den Boden 4 mündet eine Flüssigkeitszuleitung, in vorliegendem Falle eine Wasserzuleitung 8, in die ein Ventil 9 geschaltet ist. Zusätzlich oder statt des Ventiles 9 kann in den Leitungsabschnitt 8a eine Umwälz- oder eine Speisepumpe eingebaut sein.

•Etwa in mittlerer Höhe des Wasser-Dampf-Raumes 6 mündet in diesen ein Rohrstutzen 10, in dem achsial, wie aus Fig. 2 erkennbar ist, mehrere,in dargestelltem Falle vier Gasführungsrohre 43 verlaufen, die eine Trennwand 12 durchsetzen, die dem Querschnitt des Rohrstutzens 10 gegenüber dem gleichen Querschnitt eines Rohrstutzens 11 abschließt, der einen Teil des Sattdampf erzeugenden Gaskühlers bildet.

Die Gasführungsrohre 43 gehen in Rohrwendeln 13 über, die an ihrem oberen Ende in Überleitungsrohre 14 münden.- Der obere · Boden 7 des Wasser-Dampf-Raumes 6 besitzt eine vorzugsweise zentrische Dampfabführleitung 15» die in eine Zuführungsleitung 16 des Gaskühlers 2 übergeht.

Der Zylindermantel 5 der Vorrichtung 1 findet seine Fortsetzung

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in einem Zylindermantelteil 17» auf dessen Flansch 18 der Flansch 19 des Überhitzers 3 aufgesetzt ist. Die Überleitungsrohre 14 in dem Zylindermantelabschnitt 17 gehen in ein Rohrbündelaas geraden Rohren 20 in dem Überhitzer 3 über, die innerhalb einer zylindrischen Schürze 21 angeordnet sind und die an ihrem oberen Ende ihre Richtung umkehren und in Rohrwendeln 22 des Überhitzers übergehen. Das untere Ende dieser Rohrwendeln mündet in die Gasaustrittsrohre 23» über die das abgekühlte Gasden Überhitzer 3 verläßt.

In dem Raum 24 oberhalb des Bodens 7 mündet die Sattdampfleitung 25 des Gaskühlers 2. Nach dem Durchströmen des unmittelbar über dem Raum 24 gelegenen Überhitzers 3 verläßt der Dampf die gesamte Einrichtung in Richtung des Pfeiles 26.

Der der Vorrichtung 1 gasseitig vorgeschaltete Gaskühler 2 weist den zylindrischen Mantel 27 auf, der den Wasser-Dampf-Raum 28 umschließt und der nach unten durch den Zwischenboden 29 begrenzt ist, in den das obere Ende der kreisförmig um die Mittelachse M des Gaskühlers angeordneten Außenrohre 30 eingelassen sind, in die das untere Ende der gasführenden Rohre 31 ragt. Beide Rohre durchsetzen den unteren Boden 32 des Gaskühlers, wobei die inneren gasführenden Rohre 31 über Kragen 33 mit den Außenrohren 34 verbunden sind, wobei ein Zwischenraum zwischen dem unteren Ende der inneren Rohre 31 und den Kragen 33 belassen ist.

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In dem oberen Abschnitt des Wasser-Dampf-Raumes 28, in dem das Wasser unterhalb des Sattdampfraumes 35 steht (vgl. Wasserspiegel W>j, W₂ ) umgeben Rohrwendeln 36 eine äußere Schürze 38, die wiederum eine weitere Schürze 39 im Abstand zentrisch umgibt, deren unteres Ende 40 auf dem Zwischenboden 29 aufsitzt. Diese Rohrwendeln 36 gehen im oberen Teil des Gaskühlers in die sich nach oben verjüngenden, inneren Gasführungsrohre 31 über und stehen über die Zuführungsrohre 41 mit den Leitungsabschnitten 42 des Rohrstutzens 11 und damit mit den Gasführungsrohren 43 der Rohrwendeln 13 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in Verbindung.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, mündet die Zuführungsleitung 16 für den aus dem Raum 6 der Vorrichtung 1 austretenden Dampf in den Sattdampfraum 35 des Gaskühlers 2, während Sattdampf aus diesem Raum über die Leitung 25 in den Raum 24 oberhalb des drucklosen Bodens 7 eintritt, in dem Überhitzer 3 überhitzt und bei 26 aus diesem austritt.

Um die Temperatur der aus dem Gaskühler 2 austretenden Gase variieren zu können, wird der Wasserstand in dem Raum 6 durch das Ventil 9 und/oder durch die nicht dargestellte Umwälz- oder Speisepumpe reguliert. Steht der Wasserstand unterhalb der Eintrittsöffnung 44 des Rohrstutzens 10 und damit der Rohre 43 in der Vorrichtung 1, so findet keine Kühlung der Gase statt,, vielmehr treten die Gase ungekühlt in die Rohre 20 des Überhitzers 3 über,- Wird der Wasserstand in dem Raum 6 bis kurz

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oberhalb der Rohre 43 gewählt, so findet eine geringere Wärmeabfuhr aus den Gasen in den Rohrwendeln 13 statt, als wenn der Raum 6 mehr oder vollständig mit Wasser gefüllt ist.-Ohne somit eine große Reservetauscherfläche zu schaffen, wird durch das Kühlmittel in Form des Wasserbades in dem Wasserraum 6 eine Regulierung der Wärme der in den Überhitzer 3 eintretenden Gase geschaffen, wobei der zusätzliche Vorteil auftritt, daß die in der Vorrichtung 1 erzeugte Dampfmenge genutzt werden kann.

Claims

Patentansprüche

(1); Verfahren zur Regelung der Wärme von einem Wärmetauscher zuzuführenden wärmeabgebenden Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase vor Eintritt in den Wärmetauscher durch ein in seiner Menge stufenlos verringer- oder vermehrbares wärme» aufnehmendes Medium hindurchgeführt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeaufnehmende Medium eine verdampfbare Flüssigkeit ist.
3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das wärmeabgebende Gas in einem abgeschlossenen Leitungssystem durch ein Flüssigkeitsbad geführt wird.
4) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch bis 3» gekennzeichnet durch von den wärmeabgebenden Gasen durchströmte Wärmetauscherrohre (13» 43) in einem Dampf-Flüssigkeitsbehälter (1) mit einer Zuführungsleitung (8) für die wärmeaufnehmende Flüssigkeit, in die ein Regelventil (9) und/oder eine Umwälz- oder Speisepumpe eingebaut ist ρ sowie durch eine Dampfabzugsleitung (15).

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5) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß s.ie gas- und flüssigkeitsseitig hinter einem Sattdampf erzeugenden Gaskühler (2) angeordnet ist und ein ihr gasseitig nachgeschalteter Wärmetauscher ein Überhitzer (3) ist.
6) Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet,

daß sie mit dem Wasser-Dampf-Raum (35) des Gaskühlers (iO über ein das Regelventil (9) und/ oder eine Umwälzoder Speisepumpe aufweisende Verbindungsleitung (8, 8a) verbunden ist.
7) Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherrohre der Vorrichtung (1) mit den Tauscherrohren (31, 36) des Gaskühlers (2) über wassergekühlte Verbindungsrohre (42, 43) verbunden sind.
8) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gasseitigen Verbindungsrohre (42, 43) zwischen den Wärmetauscherrohren (13) der Vorrichtung (1) und den Tauscherrohren (31, 36) des Gaskühlers (2) in einem mit einer Trennwand (12) versehenen Rohrstück (10, 11) zwischen den Wasser-Dampf -Räumen (6, 28) des Gaskühlers (2) und der Vorrichtung

(1) angeordnet sind.
9) Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) unterhalb des Überhitzers (3) angeordnet ist und der Wasser-Dampf-Raum (6) der Vorrichtung (1)

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durch einen Zwischenboden (7) von dem Dampfraum des Überhitzers (3) getrennt ist.
10) Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Wasser-Dampf-Raum (6) der Vorrichtung (1) mit dem Dampfraum (28) des Gaskühlers (2) über eine Leitung (16) und dieser mit dem Dampfraum des Überhitzers (3) über eine Leitung (25) verbunden ist.
11) Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) mit dem Überhitzer (3) eine Baueinheit bildet.