DE3622969C2 - Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus Schlämmen o. dgl. Flüssigkeiten, insbesondere zur Wärmeübertragung von pasteurisiertem Schlamm oder Faulschlamm auf Rohschlamm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Wärme­ rückgewinnung aus Schlamm o. dgl. Flüssigkeiten, insbesondere zur Wärmeübertragung von pasteurisiertem Schlamm oder Faulschlamm auf Rohschlamm, mit zumindest einem von dem einen Schlamm durchflossenen Innenrohr und einem das Innenrohr konzentrisch umgebenden Außenrohr, wobei unter Bildung eines Ringraumes für den Durchfluß des anderen am Wärmetausch beteiligten Schlammes zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr eine schraubenlinienartig geführte Leitfläche angeordnet ist.

Aus wirtschaftlichen Gründen kennt man die Nutzung der Wärme von pasteurisiertem Schlamm oder Faulschlamm. Die Wärme­ rückgewinnung aus beispielsweise Faulschlamm wird regelmäßig dann durchgeführt, wenn der Faulschlamm entweder zur Konditionierung oder zur Hygienisierung auf höhere Tempe­ raturen (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 aufgeheizt 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 Faulschlamm und Rohschlamm auf zwei Wärmeträgereinheiten aufgeteilt werden. Die Folge ist eine erhebliche Vergrößerung der gesamten benötigten Wärmeübertragungsfläche und damit der Anlagekosten. - Besonders ungünstig wirkt sich die Aufteilung der treibenden Temperaturdifferenz 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.

Aus der CH 242 928 ist ein Wärmetauscher zur Wärme­ rückgewinnung aus Schlamm o. dgl. Flüssigkeiten der eingangs beschriebenen Ausführungsform bekannt. Insgesamt sind ein Außenrohr und ein Innenrohr verwirklicht, wobei beide Rohre konzentrisch zueinander angeordnet sind. Das Innenrohr weist eine senkrechte, schraubenförmige Wand auf, welche ein Ganzes mit dem Innenrohr bildet. Dabei liegt die schraubenförmige Wand nicht direkt am Außenrohr an, sondern es befindet sich zwischen ihnen ein Spielraum. Insgesamt durchläuft das zwischen dem Innen- und dem Außenrohr strömende Medium eine nach einer Schraubenlinie um das Innenrohr gewundenen Kanal von rechteckigem oder trapezförmigem Querschnitt. Auf diese Weise soll ein Wärmetauscher zur Verfügung gestellt werden, welcher vor allem von großer Bedeutung für das Erhitzen von dickflüssigen Stoffen, in denen organische Stoffe gelöst oder suspensiert sind, ist.

Das Gebrauchsmuster DE-GM 19 67 260 befaßt sich mit einem Wärmeaustauscher in Form eines doppelwandigen Rohrsystems zum Beheizen von Klärschlamm. Dazu sind im Zwischenraum des doppelwandigen Rohrsystems schraubenlinienförmig geführte Leitwände eingezogen. Das Heizmedium strömt durch einen Einführungsstutzen in den Hohlraum zwischen den beiden Rohren und erfährt hierbei eine Geschwindigkeitserhöhung durch eine Querschnittsverringerung. Insgesamt soll hierdurch eine Verbesserung des Wärmedurchgangs innerhalb der Wärme­ austauschfläche einer Schlammbeheizung erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus Schlamm o. dgl. Flüssigkeiten, insbesondere zur Wärmeübertragung von pasteurisiertem Schlamm oder Faulschlamm auf Rohschlamm, der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der selbst bei verhältnismäßig kleinen Temperaturdifferenzen ohne Druckverluste in den Übergängen von einem zum anderen Rohrstrang eine besonders wirtschaft­ liche Wärmerückgewinnung gewährleistet.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher dadurch, daß unter Bildung von hin- und rückführenden Rohrsträngen die Außenrohre in ihren Umkehr­ bereichen über Ein- bzw. Austrittsstutzen mit kastenförmigem Querschnitt miteinander verbunden sind, und daß der kasten­ förmige Querschnitt dem Strömungsquerschnitt innerhalb der wendelförmigen Leitfläche entspricht und die Ein- und Austrittsstutzen tangential in die Ringräume zwischen Innen­ rohr und Außenrohr einlaufen. - Nach Lehre der Erfindung wird zunächst einmal eine Schlammführung verwirklicht, die zu völlig andersartigen Strömungsverhältnissen als bei der bekannten achsparallelen Durchströmung des Ringraumes eines Doppelrohr-Wärmeübertragers 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 Oberflächen - verlangt, so daß die Kreuz-Gegenströmung nur im Grenzbereich wirksam werden kann. Wegen der im allgemeinen geringen Volumenströme wird dabei die Geschwindigkeit im Ringspaltquerschnitt 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 Leitbleche über der gesamten Länge und Kanalbreite das Kreuz- Gegenstrom-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 geeignete Mindestquerschnitte erreicht 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 kastenförmigem Querschnitt miteinander verbunden. Dabei entspricht der kastenförmige, regelmäßig rechteckige Quer­ schnitt der Ein- und Austrittsstutzen am Ringraum zwischen Innenrohr und Außenrohr dem Strömungsquerschnitt innerhalb der wendelförmigen Leitfläche. Dadurch, daß die kasten­ förmigen Ein- bzw. Austrittsstutzen tangential am Außenrohr ansetzen, werden Druckverluste in den Übergängen von einem zum anderen Rohrstrang, die typische Strömungsschwachstellen bei vergleichbaren Bauarten darstellen, sehr klein. Die aufwendigen, für Klärschlämme sonst ungünstigen Kammern am Ein- und Austritt mit ihren ausgedehnten Toträumen entfallen dann und werden durch einfache, handelsübliche Formteile ersetzt, in denen es nicht zu Ablagerungen und zur Ansiedlung von Bakterienkulturen kommen kann.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt. So lehrt die Erfindung, daß die Leitfläche einen Innendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des Innenrohres entspricht und einen Außendurchmesser aufweist, der nahezu dem Innendurchmesser des Außenrohres entspricht. Durch geeignete Wahl der Konstruktionsparameter wie Innen- und Außenrohrdurchmesser, Krümmungsverhältnis und Steigung der wendelförmigen Leitfläche lassen sich die Baugrößen für beliebige Volumenströme variieren. Erfindungsgemäß ist die wendelförmige Leitfläche auf dem Innenrohr befestigt, z. B. aufgeschweißt und das Innenrohr mit der Leitfläche aus dem Außenrohr herausziehbar gelagert. Das Innenrohr kann also mit der aufgeschweißten Leitfläche zu Inspektions- und Reini­ gungszwecken aus dem Außenrohr herausgezogen werden.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung aus Schlämmen o. dgl. Flüssigkeiten, insbesondere zur Wärmeübertragung von pasteurisiertem Schlamm oder Faulschlamm auf Rohschlamm verwirklicht wird, der besonders wirtschaftlich und ohne anlagentechnischen Aufwand arbeitet. Als wärmeübertragende Fläche steht die gesamte Mantelfläche des Innenrohres zur Verfügung, daß selbst für solche Fälle, bei denen nur kleine Temperaturdifferenzen zwischen den Schlammströmen bestehen, wie z. B. bei der Rückgewinnung von Wärmeenergie aus Faulschlamm mit 30°C bis 38°C Eintrittstemperatur, eine wirtschaftliche Wärmerück­ gewinnung unter Verzicht auf einen Zwischenwärmeträger erreicht wird. Tatsächlich wird nach Lehre der Erfindung ein völlig neuartiger Wärmetauschertyp vorgeschlagen, der im Kreuz-Gegenstrom-Prinzip arbeitet und Kompaktbauweise ermög­ licht. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher besteht - mit Ausnahme der leicht ausbrennbaren Führungsbleche - aus handelsüblichen 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 Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ausschnittsweise einen erfindungsgemäßen Wärme­ tauscher in teilweise geschnittener Seitenansicht und

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

In den Figuren ist ein Wärmetauscher 1 zur Wärmerückgewinnung aus Schlämmen, insbesondere zur Wärmeübertragung von Faulschlamm auf Rohschlamm dargestellt, und zwar mit zumindest einem von dem einen Schlamm durchflossenen Innenrohr 3 und einem das Innenrohr 2 konzentrisch umgebenden Außenrohr 3. Zwischen dem Innenrohr 2 und dem Außenrohr 3 ist unter Bildung eines Ringraumes 4 für den Durchfluß des anderen am Wärmetausch beteiligten Schlammes eine schraubenlinienartig geführte Leitfläche 5 bzw. Wendel für den betreffenden Schlamm angeordnet. Die Leitfläche 5 weist einen Innendurchmesser 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 Austrittsstutzen 7 bzw. Übergangsstutzen mit kastenförmigem Querschnitt miteinander verbunden, wobei die Übergangsstutzen tangential in die Ringräume 4 zwischen Innenrohr 2 und Außenrohr 3 einlaufen.

Claims (3)

1. Wärmetauscher (1) zur Wärmerückgewinnung aus Schlamm o. dgl. Flüssigkeiten, insbesondere zur Wärmeübertragung von pasteurisiertem Schlamm oder Faulschlamm auf Rohschlamm, mit zumindest einem von dem einen Schlamm durchflossenen Innenrohr (2) und einem das Innenrohr (2) konzentrisch umgebenden Außenrohr (3), wobei unter Bildung eines Ringraumes (4) für den Durchfluß des anderen am Wärmetausch beteiligten Schlammes zwischen dem Innenrohr (2) und dem Außenrohr (3) eine schraubenlinienartig geführte Leitfläche (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß unter Bildung von hin- und rückführenden Rohrsträngen die Außenrohre (3) in ihren Umkehrbereichen über Ein- bzw. Austrittsstutzen (7) mit kastenförmigem Querschnitt miteinander verbunden sind, und daß der kastenförmige Querschnitt dem Strömungsquerschnitt innerhalb der wendelförmigen Leitfläche (5) entspricht und die Ein- und Austrittsstutzen (7) tangential in die Ringräume (4) zwischen Innenrohr (2) und Außenrohr (3) einlaufen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfläche (5) einen Innendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des Innenrohres (2) entspricht und einen Außendurchmesser 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.