DE3245636A1

DE3245636A1 - Roehrenspaltofen mit umhuellten spaltrohren

Info

Publication number: DE3245636A1
Application number: DE19823245636
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 5960 Olpe Hesse
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1984-06-14

Description

Röhrenspaltofen mit umhüllten Spaltrohren
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Röhrenspalt ofen nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs Der artige Spaltöfen finden Verwendung beispielsweise in Anlagen zur Kohleveredelung, in denen Methan unter Zusatz von Wasserdampf zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff gespalten wird. Diese Reaktion ist stark endothern, so daß eine Beheizung der in den Spaltrohren über Katalysatormaterial geleiteten Reaktanden erforderlich ist. Als Heizfluid, das die Spaltrohre von außen umspült, ist Helium vorgeschlagen worden, das in einem Hochtemperatur-Kernreaktor auf Temperaturen bis zu 0 950 C erhitzt werden kann.
Bei der bekannten Bauart, bei der ein Bündel unten geschlossener Spaltrohre in ein vom Heizfluid durchflos senes Gehäuse ragt, lassen sich über den Querschnitt des Gehäuses keine nach Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur völlig gleichartigen Verhältnisse herstelo len. Die Folge ist eine über den Umfang ungleichmäßige Erwärmung einzelner Spaltrohre und die dadurch hervorgerufene Verbiegung derselben; diese wiederum führt zu einer Anderung der gegenseitigen Abstandes der in einem regelmäßigen Raster angeordneten Spaltrohre und zwar besonders stark an deren unterem, freien Ende, wodurch die Strömungsverhältnisse weiter gestört und in Richtung einer mangelnden Gleichmäßigkeit verändert werden Die bereits erwogene Verwendung von Abstandshaltern, um das Teilungsmaß des Rohrbündels über seine gesamte Länge aufrechtzuerhalten führt, wie Rechnungen ergeben haben, zu einer unzulässig hohen Beanspruchung des Spaltrohrwerkstoffes. Auch besteht bei Bauteilen, die in einer heißen Heliumatmosphäre wenn auch nur geringfügige Bewegungen gegeneinander ausführen, die Gefahr des Reibverschweißens.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Röhrenspaltofen, bei dem um jedes Spaltrohr, für sich betrachtet, gleichmäßige Strömungs- und Tanperaturverhäitnisse herrschen und das dergLflc kerze Tendenz zu einer Auslenkung aus dem Teilungsraster des Bündels hat. Der erfindungsgemäße Röhrenspaltofen soll darüberhinaus eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen Einwirkungen von außen, z.B.
gegen Erdbeben haben als ein solcher nach der bisherigen Bauart.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruchs angegebene Merkmale. Zwischen Hüll- und Spaltrohr wird jeweils ein Ringspalt verhältnismäßig kleinen Querschnitts geschaffen, in dem die Herstellung azimutal gleichartiger Temperatur-und Strömungsverhältnisse keine Schwierigkeiten bereitet. Die dann zur Herstellung eines definierten Abstandes zwischen Hüll- und Spaltrohr vorzusehenden Abstandshalter belasten letztere nicht in unzulässigem Maße. Die Hüllrohre sind nicht fluiddicht ausgeführt; sie stehen vielmehr mit dem gesamten Innenraum des das Spaltrohrbündel umgebenden Gehäuses in Verbindung.
Die im zweiten Anspruch vorgeschlagene besondere Ausgestaltung der Abstandshalter sorgt durch eine ständige Verwirbelung der einzelnen Strähnen des Heizfluids dafür, daß die über den Umfang gleichmäßigen Temperatur- verhältnisse auf der gesamten Länge des Spaltrohres erhalten bleiben.
Durch die Ansprüche 3 und 4 werden zwei alternative Ausführungsformen gekennzeichnet. Beiden ist durch die Führung bzw. Befestigung der Hüllrohre in einem unteren Rohrboden gemeinsam, daß die Spaltrohre auch bei heftigen Erschütterungen, beispielsweise hervorgerufen durch ein Erdbeben, in ihrer Lage zueinander festgehalten werden.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und zwar zeigt Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Röhrenspaltofens im Längsaxialschnitt entsprechend der Linie I-I der Fig. 3, Fig. 2 einen Längsaxialschnitt durch eine zweite Ausführungsform entsprechend der Linie II-II der Fig. 3 und Fig. 3 den Querschnitt entsprechend der Linie II-II der Fig. 1 und 3.
Beide Ausführungsformen haben gemeinsam ein Gehäuse 1, in dem ein oberer und ein unterer Rohrboden 2, 3 eingezogen sind. Im oberen Rohrboden 2 dicht befestigt ist eine größere Anzahl von Spaltrohren 4, (von denen hier nur eines dargestellt ist) die mit Katalysator gefüllt sind und mit einer Sammelabführleitung 6 für Kohlenmonoxid und Wasserstoff verbunden sind. Beheizt werden die Spaltrohre 4 durch heißes Helium, das durch eine Zufuhrleitung 7 unterhalb des Rohrbodens 3 ins Gehäuse eintritt. Dieses Heizfluid wird im unteren Rohrboden 3 auf die Ringräume zwischen den Spaltrohren 4 und Hüllrohren 8 verteilt, die letztere umgeben, wobei ein definierter Abstand durch Abstandshalter 9 bewirkt wird, die durch ihre Form gewährleisten, daß das Heizfluid verwirbelt wird und über den Umfang jedes einzelnen Spaltrohres 4 eine gleichmäßige Temperatur aufweist. In einer Ausführungsform (Fig. 1) sind die Hüllrohre 8 kurz unter dem oberen Rohrboden 2 am jeweils zugehörigen Spaltrohr 4 angeschweißt und sind in einer entsprechenden Bohrung des unteren Rohrbodens 3 gleitend geführt, so daß sie sich entsprechend der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der verschiedenen Teile zwar in Azialrichtung dehnen können, andererseits jedoch eine einwandfreie seitliche Führung auch des Spaltrohres 4 sicherstellen. In diesem Falle ist jedes Hüllrohr 8 nahe seinem oberen Ende mit einer Abfuhrleitung 10 für das Heizfluid versehen, das schließlich in einer Sammelleitung 11 zusammengefaßt und der hier nicht dargestellten Wärmesenke, z.B. einem Dampferzeuger und einer anschliessenden Wärmequelle z.B. einem Hochtemperatur-Kernreaktor zugeführt wird, von wo es durch die Zufuhrleitung 7 zurückkehrt. Die Abfuhrleitungen 10 sind dabei aus Platzgründen unter Umständen der Höhe nach gestaffelt und sind zweckmäßigerweise nicht gerade, sondern zum Ausgleich von Wärmedehnungen in gekrümster Form geführt. Bei der zweiten Ausführungsform (Fig. 2) enden die Hüllrohre 8 kurz unterhalb des oberen Rohrbodens 2 und entlassen das Heizfluid in den Innenraum des Gehäuses 1, von wo aus es ebenfalls über eine Sammelleitung 11 abgeführt wird.
Zur Rekuperation der den Spaltrohren 4 zugeführten fühlbaren Wörme wird die Sammelabfuhrleitung 6 zweckmäßigerweise durch die Rückfuhrleitung 13 und einen Wärmetauscher 12 geführt, in dem die vom Gemisch der Produktgase abgegebene Wärme zum Aufheizen des Einsatzgases verwendet wird.

Claims

Röhrenspaito fen mit umhü'll-ten Sp-a'ltrohren Patentansprüche 1. Röhrenspaltofen mit einer Vielzahl von innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses (1) an einem oberen Rohrboden (2) hängend angeordneten, an ihrem unteren Ende verschlossenen Spaltrohren (4), die von einem Heizfluid umspült werden1 dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltrohr (4) zumindest auf einem Teil ihrer Länge in definiertem Abstand von Hüllrohren (8) umgeben sind, die an ihrem unteren bzw. oberen Ende mit Heizfluidverteilungs- (7) bzw. -sammlungsräumen (11) in Verbindung stehen.
2. Spaltofen nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß zwischen Spalt- (4) und Hüllrohren (8) Abstandshalter (9) mit drallerzeugenden Leitflächen für das Heizfluid angeordnet sind.
3. Spaltofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllrohre (8) an ihrem oberen Ende am oberen Rohrboden (2) oder an den Spaltrohren (4) befestigt und am ihrem unteren Ende in einem unteren Rohrboden (3) gleitend geführt, sowie über seitlich angeschlossene Rohrleitungen (10) mit demHeizfluidsammelraum (11) verbunden sind.
4. Spaltofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllrohre (8) an ihrem unteren Ende in einem Rohrboden befestigt sind und an ihrem oberen Ende im Abstand vom oberen Rohrboden (2) offen enden.