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Wärmetauscher aus Rippenrohren
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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher aus Rippenrohren, die von
kondensierendem Dampf durchströmt ud von einem Warmeaustauschmedium quer angeströmt
sind und die in Strömungsrichtung des Wärmeaustauschmediums in mehreren Reihen hintereinander
angeordnet sind.
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Derartige Rippenrohrwärmetauscher werden zum Beispiel als luftgekühlte
Rippenrohrkondensatoren, dampfbeheizte Lufterhitzer oder Zwischenüberhitzer für
Dampf eingesetzt.
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Im letztgenannten Fall wird in den Rohren kondensierender Hochdruckdampf
und um die Rohre der zu überhitzende Zwischendampf geführt. Aufgrund des Querströmens
und der Uberhitzung über den Rohren stellt sich um die Rohre ein Temperaturprofil
mit einer von der ersten zur letzten Rohrreihe hin ansteigenden Temperatur ein.
Durch diesen Temperaturanstieg wird die erste Rohrreihe mit einer wentlich höheren
Dampfmenge beaufschlagt als die letzte Rohrreihe. Der sich dadurch einstellende
unterschiedliche Druckverlust kann in den Uberhitzerrohren zu einer Rückströmung
und zu einem Kondensatstau in den ersten Rohrreihen führen. Um diese Probleme und
die aus -ol,densatschwingungen resultierendenThermoschockbean pruchungen zu vermeiden,
ist es bekannt, den Druckverust am Eintritt der Rohre durch Blenden auszugleichen
und/oder durch Dampf absaugung ein Rückströmen zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der
eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, daß mit einfachen Mitteln eine
Rückströmung und
ein Kondensatstau in den ersten Rohrreihen sowie
die aus Kondensatschwingungen resultierenden Termoschockbeanspruchungen wirksamer
vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die von dem
Wärmeaustauschmedium zuerst angeströmten Rohre als Glattwandrohre ausgebildet sind.
Auf diese Weise wird im Bereich der Eintrittsseite mit dem hohen Temperaturgefälle
die Oberfläche vermindert und die Innenbeaufschlagung pro Flächeneinheit und damit
der Druck annähernd vergleichmäßigt.
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Bei einem als Zwischenüberhitzer verwendeten Wärmetauscher, der innerhalb
eines Druckmantels angeordnet und von zu überhitzendem Dampf angeströmt ist, tritt
ein zusätzlicher Vorteil auf. Dieser besteht darin, daß eventuell in dem zu überhitzendem
Dampf noch vorhandenes Wasser auf den Glattrohren verdampft und nicht an die Rippenrohre
gelangt. Das in dem mit dem Dampf ankommende Wasser enthält unter Umständen noch
Ferritanteile, die beim Verdampfen an der Oberfläche ausfallen und zu einem Verkleben
der Rippen führen können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Uberhitzer im Längsschnitt, Fig. 2 im vergrößterten
Maßstab den Schnitt II-II nach Fig. 1, und Fig. 3 den Temperaturverlauf innerhalb
eines Wärmetauscherbündels.
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Innerhalb eines äußeren Druckmantels 1 sind mehrere aus Rohrbandeln
bestehende Wärmetauscher 2 angeordnet.
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Jeder Wärmetauscher 2 ist durch Rohre 3, 4, 5 gebildet, die innernalb
eines viereckigen Rohrfeldes in mehreren Reihen angeordnet sind. Die Wärmetauscher
2 sind an zwei gegenüberliegenden Seiten des Rohrfeldes von Begrenzun;swänden 6
umgeben, die sich in Längsrichtung des Druckmantels 1 erstrecken. An den einander
gegenüberliegenden Enden sind die Rohre 3, 4, 5 in eine Rohrplatte 7 von rundem
Querschnitt eingespannt. Jede der beiden Rohrplatten 7 ist auf ihrer den Rohren
3, 4, 5 abgewandtLn Seite von einem Kugelboden 8 umschlossen.
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Uber Verteilleitungen 9 wird Hochdruckdampf einem von der oberen Rohrplatte
6 und dem Kugelboden 8 umschlossenen Sammelraum 10 der im dargestellten Fall senkrecht
angeordneten Wärmetauscher 2 zugeführt. Der Hochdruckdampf kondensiert teilweise
oder vollständig unter Wärmeabgabe in den Rohren 3, 4, 5. Der Dampf und das in ihm
enthaltene Kondensat wird durch einen Sammelraum 11 abgeführt, ier zwischen der
unteren Rohrplatte 7 und dem sich an sie anschließenden Kugelboden 8 gebildet ist.
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Die Wärmetauscher 2 sind um einen zentralen Kanal 12 angeordnet, durch
den als Wärmeaustauschmedium zu überhitzender Zwischendampf zugeführt wird. Der
Zw Schendampf strömt die Rohre 3, 4, 5 quer an, gel ngt nach dem Umströmen der Rohre
3, 4, 5 in den Ringram zwischen den Wärmetauschern 2 und dem Druckmantel 1 und wird
durch einen in dem Druckmantel 1 vorhandenen Dampfaustrittsstutzen 13 einer nicht
dargestellten Turbine zugeführt.
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In Strömungsrichtung des Zwischendampfes sind vor den Wärmetauschern
2 Wasserabscheider 14 angeordnet. Diese Wasserabscheider 14 bestehen aus Paketen
aus gewellten Hlechen, zwischen denen der durch den Eintrittsstutzen 1 5 zuc3efühl^te
Zwischendampf hindurchcjefu'hrt wird. Dabei wird der Zwischendampf von den in ihm
enthaltenden Wassertropfen befreit. Das abgeschiedene Wasser wird in einer unter
den Wasserabscheidern 14 angeordneten Rinne 16 gesammelt und üSer einen Kondensataustrittsstutzen
17 aus dem Druckmantel 1 abgezogen.
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Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Rohre 3, 4,5 eines jeden
Wärnetauscher 2 in mehreren in Strömungsrichtung des zu überhitzenden Zwischenclampfes
hinteren anderliegenden Rohrreihen angeordnet. Die zuerst angeströmten Rohre sind
als Glattrohre 3 ausgebildet. Die hinteren Rohrreihen enthalten Rippenrohre 5. Zwischen
den Glattrohren 3 und den Rippenrohren 5 der hinteren Rohrreihen können weitere
Rippenrohre 4 angeordnet sein.
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Diese den Glattrohren 3 benachbarten, weiteren Rippenrohre 4 sind
im Vergleich zu den Rippenrohren 5 mit Rippen von geringerer Anzahl und/oder Höhe
bestückt, so daß sie eine geringere Oberfläche aufweisen. Das VerhAltnis zwischen
den Glattrohren 3 und den Rippenrohren 4, 5 hängt von der Auslegung des tiberhitzers
ab und wird so abgestimmt, daß die Druckunterschiede in den Glatt- und Rippenrohren
3, 4, 5 so klein werden, daß ein Rückstau des Kondensats auszuschließcn ist.
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Zur Verdeutlichung wird auf die Fig. 3 hingewieeen,in der über die
Breite s des in der Fig. 2 gezeigten Wärmetauschers 2 der Verlauf der Temperatur
T der Wärmeaustauschmedien
beim Durchgang durch den Wärmetauscher
2 dargestellt ist. Auf der Abszisse ist durch die Zahlen 3, 4 und 5 angedeutet worden,
wie weit sich die Glattrohre 3 und die Rippenrohre 4, 5 erstrecken. Durch den Linienzug
18 ist die Temperatur des die Glatt- und Rippenrohre 4, 5 als Heiztno.dium durchströmenden
Sattdampfes wiedergegeben. Der Kurvenzug 19 zeigt den Anstieg der Temperatur des
außen an den Glatt- und Rippenrohren 3, 4, 5 entlang strömenden, zu Uberhitzendnn
Zwischendampfes.
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Das Optimum der Aufteilung der Glatt- und Rippenrohre 3, 4, 5 ist
erreicht, wenn die Oberfläche und der Innenquerschnitt dieser Rohre dem Temperaturprofil
und damit dem Dampfbedarf angepaßt ist.
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In der-Fig. 1 ist ein Uberhitzer mit mehreren innerhalb eines Druckmantels
angeordneten Wärmetauschern dargestellt. Es ist auch möglich, nur einen einzigen,
quer angeströmten Wrmetauscher vorzusehen. Ein solcher Wärmetauscher kann in an
sich bekannter Weise als liegend angeordneter U-Rohr-Wärmetauscher ausgebildet sein.
In diesem Fall wären für die zuerst angeströmten, heißeren Rohrschenkel der U-Rohre
Glattrohre und für die anschließend angeströmten, kälteren Rohrschenkel Rippenrohre
vorzusehen.
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Wenn au die Erfindung anhand eines Oberhitz Ls für Zwischendampf erläutert
ist, so kann die Erfindung auch auf andere Wärmetaucher angewendet werden, zum Beispiel
auf luftcjekühlte Rippcnrohrkondensatoren, dampfbehe izte Lufterhitzer und ähnliche
Apparate.