DE3302304A1 - Waermetauscher zum kuehlen von heissen gasen, insbesondere aus der ammoniak-synthese - Google Patents

Waermetauscher zum kuehlen von heissen gasen, insbesondere aus der ammoniak-synthese

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Description

Wärmetauscher zum Kühlen von heißen Gasen, insbesondere aus der Ammoniak-Synthese
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Kühlen von heißen Gasen, insbesondere aus der Ammoniak-Synthese, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
Bei bekannten Wärmetauschern (DE-PS 20 07 528, DE-OS 30 49 409) wird zur Kühlung der einen Ammoniak-Konverter verlassenden heißen Gase als Kühlmedium ausschließlich verdampfendes Wasser verwendet. Das hat zur Folge, daß die Gase nicht unter den Siedepunkt des Wassers abgekühlt werden können. Werden tiefere Temperaturen verlangt, so müßten die Gase einem weiteren Wärmetauscher zugeführt werden, in dem kälteres Wasser die gasführenden Wärmetauscherrohre umströmt.
Um eine bestimmte Endtemperatur der gekühlten Gase einzustellen, ist es weiterhin bekannt, den bereits gekühlten Gasen einen Teilstrom der heißen Gase zuzumischen. Bei einem bekannten Wärmetauscher (DE-PS 28 46 455) wird der Teilstrom über ein den Wärmetauscherrohren parallel liegendes Rohr aus der Gaseintrittskammer in die Gasaustrittskammer geführt. Zur Regelung der Teilmenge ist das Austrittsende des Rohres mit Hilfe eines Drosselkegels verschließbar.
Weiterhin ist ein Rohrbündel-Dampferzeuger bekannt (DE-OS 24 08 099), bei dem ein Teil der Rohre von einem Vorwärmermantel umschlossen ist. Durch den Vorwärmermantel ist der Zuführungsstutzen für das zu verdampfende Wasser geführt. Der Vorwärmermantel ist an seinem einen Ende mit dem Rohrboden verbunden und an seinem anderen Ende offen.
Der bekannte Rohrbündel-Dampferzeuger mit eingebauter Vorwärmerzone kann exakt nur soviel Wasser vorwärmen wie auch verdampft. Dies ist ein Nachteil, weil in Ammoniak-Anlagen vorgewärmtes' Wasser aus dem Gaskühler auch für andere Dampferzeuger benutzt wird. Die getrennte Anordnung von Vorwärmer und Verdampfer als Gaskühler für Ammoniak-Anlagen ist sehr aufwendig, da die Apparate wegen des hohen Druckes der Gase eine große Wanddicke für die Gehäuse erfordern.
330230A2
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart zu verbessern, daß in dem Wärmetauscher die Kühlung der Gase bis unter den Siedepunkt des Wassers durch Vorwärmung und Verdampfung des Wassers in voneinander unabhängigen Wassermengen erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird erfin dungs gemäß durch die Merkmale-des Anspruches 1 gelöst.
Bei dem erfindungs gemäß en Wärmetauscher können die Gase in einer einzigen Apparatur auf eine verhältnismäßig tiefe Temperatur gekühlt werden. Da die der Vorwärmung von Wasser dienende Kammer von dem der Verdampfung von Wasser dienenden Abschnitt des Wärmetauschers völlig getrennt ist, können beide Vorgänge voneinander entkoppelt und unabhängig voneinander betrieben werden.
Ein Aüsführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ■■- einen Wärmetauscher gemäß der Erfindung im horizontalen Längsschnitt I-I nach Fig. 2 (um 90° im Drehsinne des Uhrzeigers verdreht) und
Fig. 2 - - den Schnitt II—II nach Fig. 1 (um 90° entgegen dem Drehsinne des Uhrzeigers verdreht).
Der dargestellte Wärmetauscher dient vorzugsweise zum Kühlen von heißen Gasen, die einen Ammoniak-Konverter verlassen. Der Wärmetauscher ist liegend angeordnet und weist einen druckfesten Mantel 1 auf. Mit dem Mantel 1 ist ein Rohrboden verbunden, in dem Rohre 3 eingesetzt sind. Die Rohre 3 sind U-förmig gebogen und so angeordnet, daß der eine Schenkel 4 eines jeden Rohres 3 zum Zentrum des Rohr-" bodens 2 hin und der andere Schenkel 5 zum Rand des Rohrbodens 2 hin zu liegen kommt. Es kann auch eine andere Anordnung der U-förmig gebogenen Rohre 3 gewählt werden.
330230/^
Die Rohre 3 werden von den heißen, zu kühlenden Gasen durchströmt. Zur Zu- tind Abführung dieser Gase dient eine Eintrittskamroer 6 und eine Austrittskammer 7. Die Austrittskammer 7 ist an den Rand des Rohrbodens 2 angeschweißt und mit einem Austrittsstutzen 8 versehen. Ein Eintrittsstutzen 9 ist durch die Austrittskammer 7 hindurch in die Eintrittskammer 6 geführt. Die Eintrittskammer 6 ist konzentrisch zur Austrittskammer 7 angeordnet und derart mit dem Rohrboden 2 verbunden, daß jeweils ein Schenkel 4 der U-förmig gebogenen Rohre 3 in die Eintrittskammer 9 mündet. Diese Ausbildung der Kammer ergibt in -Verbindung mit der beschriebenen Anordnung der U-förmig gebogenen Rohre 3 eine einfache Gestaltung des Wärmetauschers.
Die heißen Gase durchströmen den Wärmetauscher in Richtung der ausgezogenen Pfeile. Auf diesem Weg werden die heißen Gase durch ein Kühlmedium gekühlt, das durch den Raum außerhalb der Rohre 3 geführt ist. Im Inneren des Mantels 1 sind durch Trennwände 10, 11, die mit dem Rohrboden 2 bzw. mit dem Mantel 1 verbunden sind, voneinander getrennte Kammern gebildet. Im dargestellten Fall sind zwei in Längsrichtung des Wärmetauschers angeordnete Vorwärmkammern 12 gebildet, die die Austrittsschenkel 5 der Rohre 3 umschließen. Zwischen den Vorwärmkammern 12 verbleibt ein Mittelraum 13, durch den die Eintrittsschenkel 4 der Rohre 3 verlaufen.
Die Vorwärmkammern 12 sind jeweils in der Nähe des Rohrbodens 2 mit einem Einlaßstutzen 14 und am entgegengesetzten Ende des Wärmetauschers mit einem Auslaß stutzen 15 versehen, die durch den Mantel 1 hindurch geführt sind. Das Kühlmedium strömt damit in Richtung der gestrichelten Pfeile im Gegenstrom zu den heißen Gasen durch die Vorwärmkammern 12. Der Mittelraüm 13 ist mit einem oder mehreren durch den unteren Teil des Mantels 1 geführten Einlaß stutzen 16 und mit einem oder mehreren durch den oberen Teil des Mantels 1 durchgeführten Auslaß stutzen 17 versehen. Auch hier geben die gestrichelten Pfeile die Strömungsrichtung an. Der Kühlmitteldurchlauf durch die Vorwärmkammern 12 ist damit von dem Kühlmitteldurchlauf durch den Mittelraum 13 getrennt. In den-Vorwärmkammern 12 wird Wasser vorgewärmt, das anschließend einer externen, nicht dargestellten Dampferzeugeranlage zugeführt wird.
Der Mittelraum 13 wird mit Wasser aus einem Trenngefäß, z. B. einer Dampftrommel der Dampferzeugungsanlage, beaufschlagt. Das Wasser verdampft teilweise an den Eintrittsschenkeln 4 der Rohre 3. Das so entstandene Wasser-Dampf-Gemisch wird in das Trenngefäß zurückgeführt.
Die Eintrittskammer 6 weist in ihrer dem Rohrboden 2 parallel liegenden Wand eine öffnung 18 auf, die eine Verbindung zur Austrittskammer 7 herstellt. Innerhalb der Eintrittskammer 6 ist in der Verlängerung des Eintrittsstutzens 9 ein Schieber 19 angeordnet, der über eine Stange 20, die die öffnung 18 durchdringt, von außen verschiebbar ist. Der Schieber 19 überstreicht die Einmündung des Eintrittsstutzens 9 in die Eintrittskammer 6. Je nach der Stellung des Schiebers 19 kann ein zwischen 0 und 100 % liegender Anteil der eintretenden Gase direkt in die Austrittskammer 7 geleitet werden, um eine gewünschte Austrittstemperatur im austretenden Gas einzustellen.
- Leerseite -

Claims (5)

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    Patentansprüche
    Wärmetauseher zum Kühlen von heißen Gasen, insbesondere aus der Ammoniak-Synthese, durch verdampfendes Wasser, bestehend 5, aus U-förmig gebogenen Rohren (3), die innerhalb eines
    Mantels (1) angeordnet und in einen Rohrboden (2) eingesetzt sind, wobei sich an den Rohrboden (2) eine Austrittskammer (7) und eine darin angeordnete Eintrittskammer (6) für die zu kühlenden Gase anschließen und wobei an den Mantel (1) Stutzen (16, 17) für die Zufuhr und Abfuhr des Wassers angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Mantels (1) Trennwände (10, 11) zur Bildung einer geschlossenen Vorwärmkammer (12) angeordnet sind, die die Austrittssehenkel (5) aller Rohre (3) zumindest teilweise umschließen und daß die Vorwärmkammer (12) mit separaten Anschlüssen (14, 15) für einen eigenen Wasserdurchlauf versehen ist.
  2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (10, 11) mit dem Rohrboden (2) und dem Mantel (1) verbunden sind und den Wärmetauscher in zwei sich in Längsrichtung erstreckende Vorwärmkammern (12) und einen dazwischen liegenden Mittelraum (13) aufteilen.
  3. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauseher liegend angeordnet ist.
  4. 4. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskammer (6) eine mit der Austrittskammer (7) verbundene Öffnung (18) und eine Verstelleinrichtung aufweist, über die der Öffnung (18) eine veränderbare Teilmenge der eintretenden Gase zuführbar ist.
  5. 5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskammer (6) mit einem Eintrittsstutzen (9) versehen ist, in dessen Verlängerung ein von außen verschiebbarer Schieber (19) angeordnet ist, der die'Einmündung des Eintrittsstutzens (9) in die Eintrittskammer (6) überstreicht.
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