DE3622969A1 - Waermetauscher zur waermerueckgewinnung aus schlaemmen oder dergleichen fluessigkeiten, insbes. zur waermeuebertragung von pasteurisiertem schlamm oder faulschlamm auf rohschlamm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus Schlämmen oder dergleichen Flüssigkeiten, insbes. zur Wärme­ übertragung von pasteurisiertem Schlamm oder Faulschlamm auf Roh­ schlamm, mit zumindest einem von dem einen Schlamm durchflossenen Innenrohr und einem das Innenrohr konzentrisch umgebenden Außen­ rohr.

Aus wirtschaftlichen Gründen kennt man die Nutzung der Wärme von pasteurisiertem Schlamm oder Faulschlamm. Die Wärmerückgewinnung aus beispielsweise Faulschlamm wird regelmäßig dann durchgeführt, wenn der Faulschlamm entweder zur Konditionierung oder zur Hygieni­ sierung auf höhere Temperaturen (70°C bis 200°C) aufgeheizt und für weitere biologische Prozesse oder sonstige Behandlungen abgekühlt werden muß. Die Wärmerückgewinnung erfolgt im allgemeinen mittels Doppelrohr-Wärmeübertragern aus zwei konzentrischen Rohren, durch welche unter Zwischenschaltung eines Wärmeträgermedium-Kreislaufes der behandelte Faulschlamm gekühlt und der frische Rohschlamm auf­ geheizt wird. Ein derartiger Wärmeträgermedium-Kreislauf verlangt nicht nur die Installation einer Umwälzpumpe sowie von Absperr- und Steuerorganen, sondern bedingt auch erhebliche Wärmeverluste. Darüber hinaus muß die treibende Temperaturdifferenz zwischen Faul­ schlamm und Rohschlamm auf zwei Wärmeträgereinheiten aufgeteilt werden. Die Folge ist eine erhebliche Vergrößerung der gesamten benötigten Wärmeübertragungsfläche und damit der Anlagekosten. - Besonders ungünstigt wirkt sich die Aufteilung der treibenden Tem­ peraturdifferenz auf solche Fälle aus, bei denen nur kleine Aufheiz­ bzw. Abkühltemperaturdifferenzen erzielt werden können, wie z. B. bei der Rückgewinnung von Wärmeenergie aus Faulschlamm mit 30 °C bis 38°C. Hierbei wird der wirtschaftlich übertragbare Anteil der zur Verfügung stehenden Energie erheblich reduziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus Schlämmen oder dergleichen Flüssigkeiten, insbes. zur Wärmeübertragung von pasteurisiertem Schlamm oder Faul­ schlamm auf Rohschlamm, der eingangs beschriebenen Art zu schaf­ fen, der ohne Zwischenschaltung eines Wärmeträgermediums selbst bei verhältnismäßig kleinen Temperaturdifferenzen eine besonders wirtschaftliche Wärmerückgewinnung gewährleistet.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Wärme­ tauscher dadurch, daß unter Bildung eines Ringraumes für den Durchfluß des anderen am Wärmetausch beteiligten Schlammes zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr eine schraubenlinienartig geführte Leitfläche bzw. Wendel angeordnet ist. - Nach Lehre der Erfindung wird eine Schlammführung verwirklicht, die zu völlig andersartigen Strömungsverhältnissen als bei der bekannten achsparallelen Durch­ strömung des Ringraumes eines Doppelrohr-Wärmeübertrages führt. Gegenüber dem dort vorhandenen Gegenstromprinzip wird im Rahmen der Erfindung ein Kreuz-Gegenstrom-Prinzip verwirklicht, wobei durch ständige Umlenkung des Volumenstromes und unter der Wirkung von Zentrifugalkräften eine deutliche Verbesserung des Wärmeübergangs erreicht wird. Das gilt selbst bei niedrigen Faulschlammtemperaturen bzw. geringen Temperaturdifferenzen. - Die Verwirklichung der Kreuz- Gegenströme ist bei einer schraubenförmig ausgebildeten Außenfläche des Innenrohres an sich nur bei sehr engen Spaltweiten zwischen Außen- und Innenrohren möglich, also bei der Strömung sauberer Fluide im Ringraum. Bei Klärschlammströmung werden wegen der Verstopfungsgefahr große Spaltweiten - bei möglichst glatten Ober­ flächen - verlangt, so daß die Kreuz-Gegenströmung nur im Grenz­ bereich wirksam werden kann. Wegen der im allgemeinen geringen Volumenströme wird dabei die Geschwindigkeit im Ringspaltquer­ schnitt und damit der äußere Wärmeübergang sehr klein, was auch nicht durch den evtl. erzielten Turbulenzgrad infolge der gewellten Oberfläche kompensiert werden kann.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher weist dagegen durch die Leit­ bleche über der gesamten Länge und Kanalbreite das Kreuz-Gegen­ strom-Prinzip auf. Der Strömungsquerschnitt kann durch Veränderung der Steigung der Leitwendel und der Spaltweite nach Belieben variiert werden, so daß für die Strömung von Klärschlämmen geeig­ nete Mindestquerschnitte erreicht werden.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt. So lehrt die Erfindung, daß die Leifläche einen Innendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des Innenrohres entspricht und einen Außendurchmesser aufweist, der nahezu dem Innendurchmesser des Außenrohres entspricht. Durch geeignete Wahl der Konstruktions­ parameter wie Innen- und Außenrohrdurchmesser, Krümmungsverhält­ nis und Steigung der wendelförmigen Leitfläche lassen sich die Bau­ größen für beliebige Volumenströme varrieren. Erfindungsgemäß ist die wendelförmige Leitfläche auf dem Innenrohr befestigt, z. B. auf­ geschweißt, und das Innenrohr mit der Leitfläche aus dem Außenrohr herausziehbar gelagert. Das Innenrohr kann also mit der aufge­ schweißten Leitfläche zu Inspektions- und Reinigungszwecken aus dem Außenrohr herausgezogen werden. Zweckmäßigerweise sind unter Bildung von hin- und rückführenden Rohrsträngen die Innenrohre in ihren Umkehrbereichen über Rohrbögen und die Außenrohre in ihren Umkehrbereichen über Ein- bzw. Austrittsstutzen mit kastenför­ migem Querschnitt miteinander verbunden. Der kastenförmige, regel­ mäßig rechteckige Querschnitt der Ein- und Austrittsstutzen bzw. Übergangsstutzen am Ringraum zwischen Innenrohr und Außenrohr entspricht dem Strömungsquerschnitt innerhalb der wendelförmigen Leitfläche. Vorzugsweise wird man kastenförmige Ein- bzw. Austritts­ stutzen tangential am Außenrohr ansetzen, so daß Druckverluste in den Übergängen von einem zum anderen Rohrstrang, die typische Strömungsschwachstellen bei vergleichbaren Bauarten darstellen, sehr klein werden. Die aufwendigen, für Klärschlämme sonst ungünstigen Kammern am Ein- und Austritt mit ihren ausgedehnten Toträumen entfallen ganz und werden durch einfache, handelsübliche Formteile ersetzt, in denen es nicht zu Ablagerungen und zur Ansiedlung von Bakterienkulturen kommen kann.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus Schlämmen oder dergleichen Flüssigkeiten, insbes. zur Wärme­ übertragung von pasteurisiertem Schlamm oder Faulschlamm auf Roh­ schlamm verwirklicht wird, der besonders wirtschaftlich und ohne anlagentechnischen Aufwand arbeitet. Als wärmeübertragende Fläche steht die gesamte Mantelfläche des Innenrohres zur Verfügung, das selbst für solche Fälle, bei denen nur kleine Temperaturdifferenzen zwischen den Schlammströmen bestehen, wie z. B. bei der Rückgewin­ nung von Wärmeenergie aus Faulschlamm mit 30°C bis 38°C Ein­ trittstemperatur, eine wirtschaftliche Wärmerückgewinnung unter Ver­ zicht auf einen Zwischenwärmeträger erreicht wird. Tatsächlich wird nach Lehre der Erfindung ein völlig neuartiger Wärmetauschertyp vorgeschlagen, der im Kreuz-Gegenstrom-Prinzip arbeitet und Kompakt­ bauweise ermöglicht. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher besteht - mit Ausnahme der leicht ausbrennbaren Führungsbleche - aus han­ delsüblichen Grundelementen (Rohren, Flanschen etc.) und kann zum Zwecke der Reinigung ausziehbar ausgeführt werden, was ihm ohne Zweifel erhebliche Preis- und Betriebsvorteile verschafft.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ausschnittsweise einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher in teilweise geschnittener Seitenansicht und

Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 in teilweise geschnittener Front­ ansicht mit lediglich der Außenrohrverbindung.

In den Figuren ist ein Wärmetauscher 1 zur Wärmerückgewinnung aus Schlämmen, insbes. zur Wärmeübertragung von Faulschlamm auf Rohschlamm dargestellt, und zwar mit zumindest einem von dem einen Schlamm durchflossenen Innenrohr 3 und einem das Innenrohr 2 kon­ zentrisch umgebenden Außenrohr 3. Zwischen dem Innenrohr 2 und dem Außenrohr 3 ist unter Bildung eines Ringraumes 4 für den Durch­ fluß des anderen am Wärmetausch beteiligten Schlammes eine schrau­ benlinienartig geführte Leitfläche 5 bzw. Wendel für den betreffen­ den Schlamm angeordnet. Die Leitfläche 5 weist einen Innendurchmes­ ser auf, der dem Außendurchmesser des Innenrohres 2 entspricht und besitzt einen Außendurchmesser, der nahezu dem Innendurchmesser des Außenrohres 3 entspricht. Die wendelförmige Leitfläche 5 ist auf dem Innenrohr 2 befestigt bzw. angeschweißt. Das Innenrohr 2 ist mit dieser Leitfläche 5 aus dem Außenrohr 3 herausziehbar gelagert. Unter Bildung von hin- und rückführenden Rohrsträngen sind die Innenrohre 2 in ihren Umkehrbereichen über Rohrbögen 6 und die Außenrohre 2 in ihren Umkehrbereichen über Ein- und Ausstritts­ stutzen 7 bzw. Übergangsstutzen mit kastenförmigem Querschnitt mit­ einander verbunden, wobei die Übergangsstutzen tangential in die Ringräume 4 zwischen Innenrohr 2 und Außenrohr 3 einlaufen.

Claims (4)

1. Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus Schlamm oder der­ gleichen Flüssigkeiten, insbes. zur Wärmeübertragung von pasteuri­ siertem Schlamm oder Faulschlamm auf Rohschlamm, mit zumindest einem von dem einen Schlamm durchflossenen Innenrohr und einem das Innenrohr konzentrisch umgebenden Außenrohr, dadurch gekennzeichnet, daß unter Bildung eines Ringraumes (4) für den Durchfluß des anderen am Wärmetausch beteiligten Schlam­ mes zwischen dem Innenrohr (2) und dem Außenrohr (3) eine schrau­ benlinienartig geführte Leitfläche (5) angeordnet ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfläche (5) einen Innendurchmesser aufweist, der dem Außen­ durchmesser des Innenrohres (2) entspricht und einen Außendurch­ messer aufweist, der nahezu dem Innendurchmesser des Außenrohres (3) entspricht.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmige Leitfläche (5) auf dem Innenrohr (2) befestigt ist und das Innenrohr (2) mit der Leitfläche (5) aus dem Außenrohr (3) herausziehbar gelagert ist.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß unter Bildung von hin- und rückführenden Rohrsträn­ gen die Außenrohre (3) in ihren Umkehrbereichen über Ein- bzw. Aus­ trittsstutzen (7) mit kastenförmigem Querschnitt miteinander verbun­ den sind.