DE3625408A1 - Verfahren zur vermeidung von ablagerungen in senkrecht stehenden verdampferheizrohren und vorrichtung - Google Patents
Verfahren zur vermeidung von ablagerungen in senkrecht stehenden verdampferheizrohren und vorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung
von Ablagerungen in senkrecht stehenden Verdampferheizrohren,
die von einzudampfendem Material durchflossen
werden und eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
Es ist bekannt, daß die meisten Heizkörperverdampfer
mit der Zeit eine graduelle Einbuße des Wärmeübergangs
erfahren, weil sich auf der Produktseite
der Heizrohre mehr oder weniger dicke, thermisch
schlecht leitende Ablagerungen bilden. Typische
Beispiele für solche Ablagerungen sind Calciumcarbonat
und Calciumsulfat, aber es kann sich auch um
Produktkristalle handeln. Bisher müssen derart verkrustete
Heizkörper periodisch abgestellt und chemisch
oder mechanisch gereinigt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art anzugeben, das ohne größeren apparativen
Aufwand selbstreinigend wirkt bzw. die sich
kontinuierlich von selbst reinigt.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Flüssigkeit am
unteren Heizrohrende unter Druck eingespeist wird
und im Heizrohr abrasiv wirkende Feststoffpartikel
mitgeführt werden, deren schleifende Einwirkung auf
der Heizrohrinnenseite eine Ablagerung von Verkrustungen
verhindert. Infolge statischer Turbulenzen
schlagen die Feststoffpartikel gegen die Heizrohrinnenwände
und entfernen dort entstehende Ablagerungen,
so daß der Wärmeübergang uneingeschränkt
erhalten bleibt.
Um ein stetiges Nachfüllen der Feststoffpartikel zu
vermeiden, werden diese bevorzugt im Kreislauf geführt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die
Feststoffpartikel innerhalb des Heizrohres durch
einen strahlpumpenartigen Effekt zusammen mit der
Flüssigkeit nach oben bewegt und über ein zentrisch
in einem Heizrohrbündel angeordnetes Zentralrohr
nach unten fallengelassen, von wo aus sie
unter Ausnutzung des Strahlpumpeneffektes erneut
nach oben an der Rohrinnenseite bewegt werden.
Um den strahlpumpenartigen Effekt zu verstärken,
sind um die Primärbohrung weitere Bohrungen kleineren
Durchmessers angeordnet, welche die Feststoffpartikel
dem Primärstrahl zuführen.
Als Material für die Feststoffpartikel bieten sich
zum einen keramische Kügelchen und/oder Sandkörnchen
einheitlicher Größe an, aber auch solche Feststoffpartikel,
die aus dem gleichen Material bestehen
wie die zu verhindernden Ablagerungen. Die
letztgenannte Auswahl der Feststoffpartikel führt
zum einen zu dem gewünschten Abrasionseffekt und
unterstützt zusätzlich eine präferentielle Kristallisation
auf den Feststoffpartikeln selbst, wodurch
Ablagerungen von selbst verhindert werden.
Um den Kreislauf, das ist die Aufwärtsbewegung des
Flüssigkeitsstroms mit den Feststoffpartikeln an
den Rohrinnenwänden und die Abwärtsbewegung im Zentralrohr,
besser aufrecht erhalten zu können, werden
die beiden Ströme thermisch isoliert geführt.
Zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens
wird eine Vorrichtung verwendet, bei der inmitten
flüssigkeitsdurchströmter Heizrohre ein ungeheiztes
Zentralrohr und im unteren Bereich jedes Heizrohres
strahlpumpenartige Ausbildungen ringförmig angeordnet
sind, die die mit Feststoffpartikeln beladene
Flüssigkeit im Kreislauf bewegt. Bevorzugt
besteht das Zentralrohr aus schlecht leitendem Material
und/oder ist thermisch isoliert.
Als strahlpumpenartige Ausbildungen haben sich
ringförmig in dem Boden des Heizrohres eingesteckte
Strahlrohre empfohlen. Zusätzlich kann ein Sekundärstrahleneffekt
noch durch Bohrungen erzielt werden,
die ringförmig um jedes der eingesteckten Strahlrohre
liegen. Hierdurch werden die Feststoffpartikel dem
Primärstrahl zugeführt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1
dargestellt und soll im folgenden erläutert werden.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
Heizkörpers und
Fig. 2 die Darstellung der Schwarmgeschwindigkeitscharakteristik.
Der in Fig. 1 dargestellte Heizkörper besteht im
wesentlichen aus einem Zentralrohr 1 aus thermisch
schlecht leitendem Material und kreisförmig um das
Zentralrohr herum angeordneten Heizrohren 2. Das
Rohrbündel wird wie üblich mit Dampf oder einem
Wärmeträgeröl beheizt. Das einzudampfende Medium
wird mit einer nicht dargestellten Pumpe unter geeignetem
Druck am Flansch 3 eingespeist und tritt
am Flansch 4 aus. Von dort führt ein Rohr in nach
dem Stand der Technik bekannter Weise zu einem
Dampfabscheider. Das am Flansch 3 eintretende Medium
strömt durch enge Rohre 5, die konzentrisch in
das untere Ende der Heizrohre 2 hineinragen. Wegen
der hohen Geschwindigkeit in den Rohren 5 ergibt
sich ein Strahlpumpeneffekt, welcher Flüssigkeit
aus dem Raum 6 unter dem Zentralrohr 1 ansaugt und
durch die Heizrohre 2 nach oben befördert. Auf
diese Weise ergibt sich eine Umlaufströmung durch
die Heizrohre 2 von unten nach oben und durch das
Zentralrohr 1 von oben nach unten. Die in den Heizrohren
durch Verdampfung entstehenden Blasen unterstützen
die Aufwärtsströmung durch Mammutpumpeneffekte,
während sich im Zentralrohr 1 wegen seiner
schlechten thermischen Leitfähigkeit keine Dampfblasen
bilden, so daß die dortige Abwärtsströmung
nicht durch einen Mammutpumpeneffekt behindert werden
kann.
Nach dem Einlaß des Heizdampfes oder des Wärmeträgeröls
werden durch eine nicht dargestellte
Schleuse über dem Flansch 4 keramische Kügelchen
oder Sandpartikel vom Durchmesser d zugegeben.
Diese fallen durch das Zentralrohr 1 auf den Bodenkopf
7, von dem sie radial nach unten zur unteren
Außenwand der Rohre 5 abrollen. In diesem Bereich
befinden sich Bohrungen 8, durch welche das einzudampfende
Medium unter Druck vom Flansch 3 herkommend
mit hoher Geschwindigkeit nach oben strömt und
dadurch die Kügelchen oder Sandpartikel in die Umlaufströmung
befördert. Die Geschwindigkeiten sind
so bemessen, daß die Kügelchen oder Sandpartikel
nach dem für Schwarmeffekte modifizierten Gesetz
von Stokes durch die Heizrohre 2 nach oben in den
Raum 9 befördert werden. Dieser ist so bemessen,
daß dort die Geschwindigkeit für eine Levitation
der Kügelchen oder Sandpartikel nicht mehr ausreicht,
so daß sie direkt oder über die schräge
Fläche 10 des oberen Rohrbodens wieder in das Zentralrohr
1 gelangen und auf den Bodenkopf 7 absinken,
womit der Kreislauf von neuem beginnt.
Auf dem Wege durch die Heizrohre 2 schlagen die
Kügelchen oder Sandpartikel infolge statischer
Turbulenzen schleifend gegen die Innenwände dieser
Rohre, was zur Folge hat, daß Ablagerungen kontinuierlich
abrasiv entfernt werden. Auf diese Weise
bleibt der Wärmeübergang uneingeschränkt erhalten.
Es versteht sich, daß die relative Menge und Abrasivität
der Feststoffteilchen nur so groß gewählt
wird, daß ihr Effekt gerade zur Beseitigung der Ablagerungen
ausreicht aber keinen nennenswerten Verschleiß
der Heizrohre 2 verursacht. Wo immer möglich,
sollten die Feststoffteilchen aus dem gleichen
Material bestehen wie die zu verhindernden
Ablagerungen, weil dann zusätzlich zu dem Abrasionseffekt
eine präferentielle Kristallisation auf
den Teilchen die Verhinderung von Ablagerungen
unterstützt.
Fig. 2 zeigt die Schwarmgeschwindigkeitscharakteristik,
das ist die Abhängigkeit des sogenannten
Behinderungsfaktors von der Feststoffkonzentration.
Hierzu folgende Erläuterungen:
Für die Geschwindigkeit eines einzigen in einer
ruhenden Flüssigkeit unter dem Einfluß der Schwerkraft
nach unten sinkenden kugelförmigen Teilchens
gilt nach dem Gesetz von Stokes
wobei
Δ ρ= Differenz der Dichten von Feststoff und
Flüssigkeitd= Teilchendurchmesserg= Erdbeschleunigung und
µ= Viskosität der Flüssigkeit.
Handelt es sich nicht um ein einzelnes Teilchen,
sondern um einen Schwarm gleicher Teilchen, so ist
die Sinkgeschwindigkeit kleiner als v s , weil die
nach unten sinkenden Teilchen durch Verdrängung
eine Flüssigkeitsströmung nach oben erzeugen, die
der Sinkbewegung entgegenwirkt. Die Sinkgeschwindigkeit
des Teilchenschwarms ist dementsprechend
v = Φ v s ,
wobei Φ eine Größe kleiner als 1 ist, die Behinderungsfaktor
genannt wird. Φ ist eine Funktion
der volumetrischen Feststoffkonzentration, die als
Schwarmgeschwindigkeitscharakteristik bezeichnet
wird und in Fig. 2 dargestellt ist.
Will man kugelförmige, in einer Flüssigkeit suspendierte
Teilchen von einheitlichem Durchmesser durch
ein vertikales Rohr nach oben fördern, muß man die
Geschwindigkeit der Suspension größer machen als
die Schwarmgeschwindigkeit. Umgekehrt kann man die
Teilchen von der Flüssigkeit abtrennen, wenn man
dafür sorgt, daß die Vertikalgeschwindigkeit der
Suspension kleiner ist als die Schwarmgeschwindigkeit.
Die dichteste Packung von Kugeln gleichen Durchmessers
hat ein Leervolumen von 26%, so daß die
maximal mögliche Feststoffkonzentration bei 74 Volumen-%
liegt. Bei dieser Konzentration erreicht
Φ den Wert Null. Es versteht sich daher, daß die
für die vorliegende Erfindung zu wählende volumetrische
Feststoffkonzentration in den Heizrohren
beträchtlich unter dem genannten Grenzwert liegen
muß.
Claims (11)
1. Verfahren zur Vermeidung von Ablagerungen in
senkrecht stehenden Verdampferheizrohren, die
von einzudampfendem Material durchflossen werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flüssigkeit am unteren Heizrohrende
unter Druck eingespeist wird und im
Heizrohr abrasiv wirkende Feststoffpartikel mitgeführt
werden, deren schleifende Einwirkung auf
der Heizrohrinnenseite eine Ablagerung von Verkrustungen
verhindert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Feststoffpartikel im Kreislauf geführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Feststoffpartikel innerhalb des
Heizrohres durch einen Strahlpumpeneffekt an der
Innenseite zusammen mit der Flüssigkeit nach
oben bewegt werden und über ein zentrisch in
einem Heizrohrbündel angeordnetes Zentralrohr
nach unten fallen, von wo aus sie unter Ausnutzung
des Strahlpumpeneffektes erneut in den
Kreislauf geführt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß durch Bohrungen um
die einen Strahlpumpeneffekt erzeugende Primärbohrung
weitere Strahlpumpeneffekte erzeugt
werden, die die Feststoffpartikel dem Primärstrahl
zuführen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoffpartikel
keramische Kügelchen und/oder Sandkörnchen
einheitlicher Größe verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffpartikel
aus dem gleichen Material bestehen wie die
zu verhindernden Ablagerungen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsaufwärtsstrom
vom Flüssigkeitsabwärtsstrom thermisch
isoliert geführt wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
inmitten flüssigkeitsdurchströmter Heizrohre ein
ungeheiztes Zentralrohr und im unteren Bereich jedes
Heizrohres strahlpumpenartige Ausbildungen
ringförmig angeordnet sind, die die mit Feststoffpartikeln
beladene Flüssigkeit im Kreislauf
bewegen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zentralrohr aus schlecht
leitendem Material, vorzugsweise aus Kunststoff oder
Keramik, besteht und/oder thermisch isoliert ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß als strahlpumpenartige Ausbildungen
ringförmig in einem Boden des Heizrohres
eingesteckte Strahlrohre dienen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß um die Strahlrohre Bohrungen liegen,
die einen Sekundärstrahleneffekt erzeugen,
der die Feststoffpartikel dem Primärstrahl zuführt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863625408 DE3625408A1 (de) | 1986-07-26 | 1986-07-26 | Verfahren zur vermeidung von ablagerungen in senkrecht stehenden verdampferheizrohren und vorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863625408 DE3625408A1 (de) | 1986-07-26 | 1986-07-26 | Verfahren zur vermeidung von ablagerungen in senkrecht stehenden verdampferheizrohren und vorrichtung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3625408A1 true DE3625408A1 (de) | 1988-02-04 |
DE3625408C2 DE3625408C2 (de) | 1989-09-28 |
Family
ID=6306095
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863625408 Granted DE3625408A1 (de) | 1986-07-26 | 1986-07-26 | Verfahren zur vermeidung von ablagerungen in senkrecht stehenden verdampferheizrohren und vorrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3625408A1 (de) |
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1986
- 1986-07-26 DE DE19863625408 patent/DE3625408A1/de active Granted
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EP1357344A3 (de) * | 2002-04-23 | 2007-04-25 | ExxonMobil Research and Engineering Company | Wärmetauscher mit schwimmendem Endkasten |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3625408C2 (de) | 1989-09-28 |
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