DE3324581A1 - Economiser - Google Patents

Description

HOF-FMANN · EiTLE & PARTNER

PATENT-UND RECHTSANWÄLTE

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FCICHSLE ■ DR. RER. NAT. B. ΗΛΝΏΕΝ ■ DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GORG

DIPL.-ING. K. KOHLMANN RIC¹HTLjANWALI A NETIi.

38 884 p/we

Nippon Furnace Kogyo Kaisha Ltd.
Tokyo / Japan

Economiser

Die Erfindung bezieht sich auf einen Economiser des Horizontaltyps zum Verbessern des Wärmeübertragungswirkungsgrades durch den Economiser und zum Schutz der den Economiser bildenden Economiserrohre gegen ein überhitzen aufgrund von oberen Räumen in diesen Rohren, welche von Dampfblasen gebildet werden, welche aus der übertragenen Wärme des Abgases resultieren.

Die Anmelderin hat erhebliche Mühen aufgebracht, Economiser für den Niedrigtemperaturbetrieb populär zu machen, welche Wärmeübertragungsrohre aus hitzebeständigem Glas verwenden. Die Erfindung erfolgte unter der Erkenntnis der Bildung von Dampfblasen in diesen Wärmeübertragungsrohren aus Glas, was von der Außenseite beobachtet werden kann. 15

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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Wärmeübertragungswirkungsgrad bei einem Economiser des Horizontaltyps vorzusehen und dabei die Erzeugung von Dampfblasen in den den Economiser bildenden Wärmeübertragungsrohren klein zu halten.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rohre im Economiser leicht schräg angestellt werden, und zwar vorzugsweise mit einem Gradienten von 2 bis 5, bevorzugt 5 mm ,pro ein Meter Längeneinheit.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Schrägstellung der Rohre die stehende Ausbildung von Dampfblasen weitgehend verhindert werden kann, woraus ein überhitzen der oberen Seiten der Wärmeübertragungsrohre aufgrund der Erzeugung von Dampfblasen verhindert werden kann. Außerdem erreicht man einen verbesserten Wärmeübertragungswirkungsgrad .

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt:

Fig. 1 eine erläuternde Darstellung eines Economisers für den Niedrigtemperaturbetrieb, bestehend aus hitzebeständigem Glas-übertragungsrohren,

Fig. 2 ' eine Ausführungsform der Erfindung mit der Dar-. _ stellung einer Verbesserung des Economisers

für den Niedrigtemperaturbetrieb unter Verwendung von Wärmeübertragungsrohren, die aus hitzebeständigem Glas hergestellt sind,

-A-

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Neigungen der Wärmeübertragungsrohre auf der Abszisse und der Abgabetemperaturen, d.h. der Wärmeübertragungsmengen auf der Ordinate, entsprechend einem Experiment mit einem Economiser der Erfindung,

Fig. 4 eine erläuternde Darstellung eines herkömmlichen Economisers des Horizontalrohrtyps mit dem Hochtemperatur- und dem Hochdruckbereich, dessen Rohre Stahlrohre sind,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform der Erfindung mit der Darstellung eines verbesserten Economisers des Horizontalrohrtyps für den Hochtemperatur- und den Hochdruckbereich, wobei die Rohre Stahlrohre

sind, und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer verbesserten Reihe von Economisern, die aus Stahlwärmeübertragungsrohren des Horizontaltyps für den Hoch

temperatur- und Hochdruckbetrieb sind.

Ein bekannter Economiser, der Wärmeübertragungsrohre aus hitzebeständigem Glas enthält, wird anhand eines in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels nachfolgend erläutert-

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Zug, durch den eine geeignete Abgasmenge zwischen zwei Seitenwänden 2 und 2'· ungefähr 1 m breit in Pfeilrichtung strömt. Die Economisereinheit 3 weist Wärmeübertragungsrohre 4, 4' ... auf, die aus hitzebeständigem Glas hergestellt sind. Diese Rohre sind in dem genannten Zug untergebracht. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Wasserbehälter, das Bezugszeichen 6 ein Saugrohr und das Bezugszeichen 7 einen Sammler oder Verteilerkopf. Angesaugtes Wasser strömt

vom Verteilerkopf 7 zu jedem Wärmeübertragungsrohr der unteren Stufe und kommt an einem Verteilerkopf 9 zusammen. Das auf ungefähr 90⁰C erwärmte Wasser wird durch eine Pumpe 10 abgepumpt und durch ein Abgaberohr 11 abgegeben. Es ist unmöglich, Wärmeübertragungsrohre, die aus hitzebeständigem Glas bestehen, mit hohem Druck zu beaufschlagen. Fig. 1 zeigt ein Beispiel, bei dem der genannte Economiser für den Niedrigdruckbetrieb an der Saugseite der Pumpe untergebracht ist.

Bei Untersuchungen an dieser Economisereinheit für den Niedrigtemperaturbetrieb hat man erkannt, daß Dampfblasen an den oberen Innenseiten der Wärmeübertragungsrohre 4, 4' ... erzeugt wurden, wenn diese aus wärmewiderstandsfähigem Glas hergestellt waren. Diese Blasen entwickelten sich in beträchtlicher Größe, die blieb und sich nicht über die Erwartung hinausbewegten. Die Existenz dieser Blasen führte zu einer extremen Reduzierung des Wärmeübertragungskoeffizienten der Wärmeübertragungsrohre.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine Verbesserung entsprechend der Erfindung für den Economiser in Fig» 1 für den Niedrigtemperaturbetrieb erwirkt wurde, bei dem die Rohre aus hitzebeständigem Glas bestehen. In Fig. 2 liegen die aus hitssbeständigem Glas hergestellten Wärmeübertragungsrohre 14, 14" ... entlang jeder Richtung, in der das Wasser in diesen Rohren strömt, ein wenig geneigt nach oben, ausgehend von angeschlossenen U-förmigen Rohren 18, 18' .... Wenn ein vertikaier Gradient von ungefähr 2 mm der Wärmeübertragungsrohre 14, 14' ... für ungefähr 1 m Länge vorliegt, beginnen die Dampfblasen in diesen Rohren sich leicht zu bewegen. Weil ein vertikaler Gradient von ungefähr 5 mm tür diese Wärmeübertragungsrohre pro 1 m Länge vorliegt, bewegen sich die Dampfblasen in diesen Rohren glatt und

weich in Richtung der Wasserströmung. Wenn sogar ein vertikaler Gradient von mehr als 5 mm für diese Wärmeübertragungsrohre pro 1 m Länge vorliegt, können die Dampfblasen in diesem Rohr vollständig am Stehenbleiben gehindert werden. Jedoch wird die Form eines derartigen Economisers für den Niedrigtemperaturdienst extrem groß und kostspielig.

Wenn das vorgenannte Experiment und die Wärmeübertragungsmessung am Niedrigtemperatureconomiser gleichzeitig durchgeführt werden, wird ein Verhältnis erzielt, das in Fig. dargestellt ist, und zwar für die Gradienten dieser Wärmeübertragungsrohre und die Verbesserung der Wärmeübertragungsmengen, d.h. die Abgabetemperaturen des Economisers. in dieser Grafik gibt die Ordinate die Abgabetemperaturen des Warmwassers an, die beim genannten Economiser erzielt werden. Die Abszisse zeigt den Gradienten jedes Glasrohres des genannten Economisers.

Die zuvor erwähnte Tatsache, die im Zusammenhang mit dem Economiser beschrieben wurde, der Wärmeübertragungsrohre umfaßt, welche aus hitzebeständigem Glas hergestellt sind, wird jedoch das selbe Dampfblasenphänomen angenommen, durch welches Dampfblasen in einem Economiser des Horizontalrohrtyps mit dem Hochtemperatur- und Hochdruckarbeitsbereich auftreten, wenn die Wärmeübertragungsrohre aus Stahl bestehen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.

In Fig. 4'bezeichnet das Bezugszeichen 21 einen Rauchgaszug. Rauchgas bzw. Abgas von hoher Temperatur strömt zwischen beiden Seitenwänden 22 und 22', die in einem Abstand von 1 m angeordnet sind, in Pfeilrichtung. Die Economisereinheit 23 des Horizontalrohrtyps für den Hochtemperatur- und Hochdruckbetrieb besteht aus Stahl-Wärme-Übertragungsrohren 24, 24' ..., die im Zug horizontal ange-

ordnet sind. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet einen Wasserbehälter, das Bezugszeichen 26 ein Saugrohr, das Bezugszeichen 27 eine Hochdruckpumpe, das Bezugszeichen 28 ein Abgaberohr und das Bezugszeichen 29 einen Verteilerkopf. Wasser strömt von dem genannten Verteilerkopf in jedes der Wärmeübertragungsrohre 24, und zwar an der Bodenseite, und strömt dann durch die Wärmeübertragungsrohre 24', 24'' ... sowie durch die U-förmigen Rohrstücke 30, 30' .... Das auf eine hohe Temperatur erwärmte, unter hohem Druck stehende Wasser kommt im Verteilerkopf 31 wieder zusammen und wird dort einem Gegenstand, wie einem Dampfboiler, zugeführt, was über ein Abgaberohr 32 erfolgt.

Fig. 5 bezeichnet eine Ausführungsform der Erfindung, bei 1.5 der eine Verbesserung auf der Basis der Erfindung am Economiser des Horizontaltyps für Hochtemperatur- und Hochdruckbetrieb vorgenommen wird, und zwar unter Verwendung von aus Stahl bestehenden Wärmeübertragungsrohren (Fig. 4).
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In Fig. 5 sind die Stahl-Wärmeübertragungsrohre 34, 34' jeweils so angeordnet, daß sie in einer Richtung entlang des Wasserstromes in diesen Rohren ein wenig geneigt angeordnet sind. Diese Rohre sind jeweils mit dem darüberliegenden Wärmeübertragungsrohr 34*, 34*' übar U-förmige Rohrstücke 40, 40' ... verbunden.

Bei den Stahl-Wärmeübertragungsrohren kann das Dampfblasenphänomen nicht von der Außenseite beobachtet werden. Es ist jedoch möglich, ein Experiment einer verbesserten Wärmeübertragungsradmenge durchzuführen, indem diese Wärmeübertragungsrohre um 2 min bis 5 mm pro 1 m Länge schräggestellt werden. Ein Resultat dieses Experiments ist ein Verhältnis, welches nahezu dieselbe Tendenz hat wie die in Fig. 3 angegebene Kurve für das andere Ausführungsbeispiel.

Fig. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei erfolgt eine Verbesserung der Erfindung an einem Econoiniser des Horizontalrohrtyps für den Hochteiaperatur- und Hochdruckbetrieb, wobei der Economiser Wärraeübertragungsrohre verwendet, die aus Stahl bestehen und an beiden Seiten mit Verteilerköpfen 49, 50 versehen sind. Abgas mit hoher Temperatur strömt im Zug 41 in Pfeilrichtung zwischen zwei Seitenwänden 42 und 42', die in einem Abstand von 1 m voneinander angeordnet sind. In diesem Zug sind mehrere Economisereinheiten für den Hochdruck- und Hochtemperaturbetrieb untergebracht, welche Economisereinheiten Stahl-Wärmeübertragungsrohre 44, 44' verwenden. Das Bezugszeichen 45 bezeichnet einen Wasserbehälter,.46 ein Saugrohr, 47 eine Hochdruckpumpe, 48 ein Abgaberohr, 49 und 50 Verteilerköpfe und 51 ein Abgaberohr. Durch die verschiedenen Economisereinheiten bei hoher Temperatur erwärmtes Wasser wird einem anderen Objekt, wie beispielsweise einem Dampfboildr, zugeführt. Als Resultat eines Experimentes ergibt sich ein Economiser gemäß der Erfindung mit derselben Wirkung wie die in Fig. 3 dargestellte Kurve.

Jeder Economiser, welcher auf der Basis der Erfindung gebaut ist, erzielt eine bessere Wärmeübergangsmenge von ungefähr 10 % als die bekannten Economiser, und zwar dadurch, daß die Wärmeübertragungsrohre um 2 bis 5 mm geneigt angeordnet werden, und zwar im allgemeinen um 5 mm nach oben entlang einer WasserStrömungsrichtung in diesen Rohren von ungefähr 1 m. Dadurch kann eine erhebliche Wärmeenergieersparnis erzielt werden.

Claims (1)

1. HOFFMANN -EITLE & PARTNER

   PATENT- UND RECHTSANWÄLTE

   PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-1NG. W. LEHN

   DIPL-ING. K. FuCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-ING. K. GORG

   DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

   38 884 p/we

   Nippon Furnace Kogyo Kaisha Ltd.
   Tokyo / Japan

   Economiser

   Patentanspruch

   Warmeübertragungsrohre umfassender Economiser, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Wärmeübertragungsrohr (14, 14', 14" ...; 34, 34', 34" ...; 44, 44', 44" ...) so angeordnet ist, daß es entlang einer Richtung, in der das Wasser in den Wärmeübertragungsrohren strömt, ein wenig nach oben geneigt verläuft.