DE3625408C2

DE3625408C2 -

Info

Publication number: DE3625408C2
Application number: DE19863625408
Authority: DE
Inventors: Karl Joachim Dr.-Ing. 5000 Koeln De Zeitsch
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: BWS Technologie GmbH
Priority date: 1986-07-26
Filing date: 1986-07-26
Publication date: 1989-09-28
Also published as: DE3625408A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Ablagerungen in senkrecht stehenden Heizrohren in einem Verdampfer, die von einzudampfendem Material, in welchem abrasiv wirkende Feststoffpartikel mitgeführt werden, durchflossen werden.The invention relates to a method for Avoiding deposits in vertical Heating tubes in an evaporator by material to be evaporated, in which abrasive acting solid particles are carried along, flow through.

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 Kalziumcarbonat und Kalziumsulfat, aber es kann sich auch um Produktkristalle handeln. Um zu vermeiden, daß derart verkrustete Heizkörper periodisch abgestellt und chemsich oder mechansich gereinigt werden müssen, wurde vorgeschlagen, dem einzudampfenden Medium Scheuersubstanzen beizugeben und mit der Flüssigkeit umlaufen zu lassen, um so Ablagerungen bzw. Inkrustierungen zu vermeiden, wie z. B. aus AT-PS 1 04 112 und DE-PS 3 69 231 ersichtlich.It is known that most Radiator evaporator gradually over time Experience loss of heat transfer because on the product side of the heating pipes more or less thick, thermally poorly conductive deposits form. Typical examples of such deposits are calcium carbonate and calcium sulfate, but it is can also be product crystals. In order to avoid radiators encrusted in this way periodically turned off and chemical or mechanical have to be cleaned, it was suggested that medium to be evaporated to add abrasive substances and circulating with the liquid, so Avoid deposits or incrustations, such as e.g. B. from AT-PS 1 04 112 and DE-PS 3 69 231 evident.

Bei dieser Verfahrensführung ergibt sich ein hoher apparativer Aufwand, dadurch daß die Rückführung und Trennung der mitgeführten Festkörper in angeflanschten Apparaten und Rohrleitungen außerhalb des eigentlichen Verdampfers erfolgt, was auch zu Strömungs- und Wärmeverlusten führt. Ein weiterer Nachteil solcher Ausführungsformen bsteht darin, daß zur Rückführung eine Pumpeinrichtung oder ein Propeller in der feststoffbeladenen Flüssigkeit arbeitet, was natürlich auch am Propeller zu hohem, abrasivem Verschleiß führt.This procedure results in a high one apparatus expenditure, because the return and separation of the carried solids in flanged devices and pipelines outside the actual evaporator, which also leads to flow and heat loss. Another disadvantage of such Embodiments consist in that for recycling a pumping device or a propeller in the solids-laden liquid works, which is natural also leads to high, abrasive wear on the propeller.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, das die obengenannten Nachteile vermeidet und vor allem ohne größeren apparativen Aufwand selbstreinigend wirkt bzw. die sich kontinuierlich von selbst reinigt.It is an object of the present invention to provide a method and a device of the type mentioned specify that avoids the disadvantages mentioned above and above all without major equipment expenditure has a self-cleaning effect or is continuous cleans itself.

Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art das zu verdampfende Material am unteren Rohrende unter Druck eingespeist wird, und daß zur Bildung eines Feststoffpartikel-Kreislaufs die Feststoffpartikel innerhalb der Heizrohre zusammen mit der Flüssigkeit nach oben bewegt werden, wobei die Geschwindigkeit so bemessen wird, daß die Feststoffpartikel oben absinken und über ein zentrisch im Heizrohrbündel angeordnetes Zentralrohr nach unten fallen, von wo aus sie unter Ausnutzung des Strahlpumpeneffektes erneut in den Kreislauf geführt werden. Hierdurch werden verschleiß- und störanfällige, separate Pumpeinrichtungen oder Propeller vermieden. Die Feststoffpartikel werden innerhalb der Heizrohre durch den strahlpumpenartigen Effekt zusammen mit der Flüssigkeit nach oben bewegt. Infolge statischer Turbulenzen schlagen die Feststoffpartikel gegen die Heizrohrinnenwände und entfernen dort entstehende Ablagerungen, so daß der Wärmeübergang uneingeschränkt erhalten bleibt. In dem Raum oberhalb der Heizrohre wird die Strömungsgeschwindigkeit, bedingt durch die geometrischen Verhältnisse stark reduziert, so daß die Feststoffpartikel absinken und über ein zentrisch in dem Heizrohrbündel angeordnetes Zentralrohr nach unten fallen, von wo aus sie unter Ausnutzung des Strahlpumpeneffektes erneut nach oben an der Rohrinnenseite bewegt werden.The object is achieved by using a method of type described above, the material to be evaporated is fed under pressure at the lower end of the pipe, and that to form a solid particle cycle the solid particles inside the heating pipes together be moved up with the liquid, the Speed is measured so that the Solid particles sink above and over a centric Central tube arranged in the heating tube bundle downwards from where they take advantage of the Jet pump effect again in the circuit will. As a result, wear and failure-prone, separate pumping devices or propellers avoided. The solid particles are inside the heating tubes due to the jet pump-like effect together with the Liquid moves upwards. As a result of static Turbulence hits the solid particles against the Inner walls of the heating pipe and remove any resulting Deposits so that the heat transfer is unrestricted preserved. In the room above the heating pipes the flow velocity is determined by the geometric conditions greatly reduced, so that the solid particles sink and over arranged centrally in the heating tube bundle Central tube fall down from where it is below Use of the jet pump effect again on the inside of the pipe.

Um den strahlpumpenartigen Effekt zu verstärken, sind nach einer besonderen Ausbildung des Verfahrens um die Primärbildung weitere Bohrungen kleineren Durchmessers angeordnet zur Erzeugung weiterer Strahlpumpeneffekte, welche die Feststoffpartikel dem Primärstrahl zuführen.To intensify the jet pump-like effect, are after a special training of the Procedure for the primary formation of further holes smaller diameter arranged for generation further jet pump effects which the Feed solid particles to the primary jet.

Als Material für die Feststoffpartikel wird in den bereits zitierten Schriften AT-PS 1 04 112 und DE-PS 3 69 231 Sand, Glaspulver oder ähnliche Stoffe ohne chemische Einwirkung auf die Flüssigkeit genannt, durch deren schleifende Einwirkung auf die Heizrohrinnenseite eine Ablagerung von Verkrustungen vermieden werden soll.As a material for the solid particles in the already cited documents AT-PS 1 04 112 and DE-PS 3 69 231 sand, glass powder or similar materials without chemical action on the liquid called by their grinding action on the A deposit of Incrustations should be avoided.

Als Alternative wurde vorgeschlagen, Ablagerungen und Inkrustationen dadurch zu verhindern, daß der zu verdampfenden Flüssigkeit "Kristalle der gleichen Art wie die zu behandelnde Lösung" (Impfkristalle genannt) zugefügt werden, wie von L. Junghahn in "Methoden zum Herabsetzen oder Verhindern der Krustenbildung" (Chem. Ing. Techn. 36. Jahrgang 1964/Nr. 1) beschrieben. Hierbei haben die Kristalle jedoch keinerlei schleifende oder abrasive Wirkung.As an alternative, deposits have been suggested and to prevent incrustations by the liquid to be evaporated "crystals of same type as the solution to be treated " (Called seed crystals) can be added as by L. Junghahn in "Methods of Diminishing or Preventing crust formation "(Chem. Ing. Techn. 36th year 1964 / no. 1). Have here however, the crystals have no grinding or abrasive effect.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Verwendung von Feststoffpartikeln einheitlicher Größe vorgesehen, die aus dem gleichen Material bestehen, wie die zu verhindernden Ablagerungen. According to a development of the invention Use of solid particles more uniform Size provided from the same material exist, like the deposits to be prevented.

Diese Auswahl der Feststoffpartikel führt als Kombination beider Verfahren zum einen zu dem gewünschten Abrasionseffekt und unterstützt zusätzlich eine präferenzielle Kristallisation auf den Feststoffpartikeln selbst, wodurch Ablagerungen von selbst verhindert werden.This selection of solid particles leads as Combination of both methods on the one hand desired abrasion effect and supports preferential crystallization the solid particles themselves, whereby Deposits can be prevented by themselves.

Um den Kreislauf, das ist die Aufwärtsbewegung des Flüssigkeitsstromes mit den Feststoffpartikeln an den Rohrinnenwänden und die Abwärtsbewegung im Zentralrohr, besser aufrechterhalten zu können, werden die beiden Ströme thermisch isoliert geführt.Around the cycle, that is the upward movement of the Liquid flow with the solid particles the inner tube walls and the downward movement in the Central tube to be able to maintain better the two currents are thermally isolated guided.

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 bewegen. Bevorzugt besteht das Zentralrohr aus schlecht leitendem Material und/oder ist thermisch isoliert.To perform the procedure described above a device is used in the middle liquid-flowed heating pipes an unheated Central tube and in the lower area of each heating tube jet pump-like designs ring-shaped are arranged, which with solid particles Move the loaded liquid in the circuit. Prefers the central tube consists of poorly conductive Material and / or is thermally insulated.

Als strahlpumpenartige Ausbildungen werden ringförmig in einem Boden befindliche, konzentrisch in das untere Ende der Heizrohre hineinragende Strahlrohre empfohlen. Zusätzlich kann ein Sekundärstrahleffekt noch durch Bohrungen erzielt werden, die ringförmig um jedes der eingesteckten Strahlrohre liegen. Hierdurch werden die Feststoffpartikel dem Primärstrahl zugeführt.As jet pump-like training ring-shaped in a bottom, concentric in the lower end of the Radiant tubes protruding into the heating tubes are recommended. In addition, a secondary beam effect can still pass through Holes are achieved that are ring-shaped around each of the inserted radiant tubes. Hereby the solid particles become the primary jet fed.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist an Hand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Fig. 1 dargestellt und im folgenden erläutert. Es zeigenThe method according to the invention is shown in FIG. 1 using an exemplary embodiment of the device according to the invention and is explained below. Show it

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Heizkörpers und Fig. 1 is a schematic representation of a radiator and

Fig. 2 die Darstellung der Schwarmgeschwindigkeitscharakteristik. Fig. 2 shows the swarm speed characteristic.

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 ge eignetem 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.The heater shown in Fig. 1 consists essentially of a central tube 1 made of a thermally poorly conductive material and circularly around the central tube arranged around heating pipes. 2 As usual, the tube bundle is heated with steam or a heat transfer oil. The medium to be evaporated is fed with a pump, not shown, under suitable pressure on the flange 3 and exits the flange 4 . From there, a pipe leads to a steam separator in a manner known from the prior art. The medium entering the flange 3 flows through narrow tubes 5 which protrude concentrically into the lower end of the heating tubes 2 . Because of the high speed in the tubes 5 , there is a jet pump effect which sucks in liquid from the space 6 under the central tube 1 and conveys it upward through the heating tubes 2 . In this way, there is a circulating flow through the heating tubes 2 from bottom to top and through the central tube 1 from top to bottom. The bubbles formed in the heating pipes by evaporation support the upward flow due to mammoth pump effects, while no steam bubbles form in the central pipe 1 because of its poor thermal conductivity, so that the downward flow there cannot be impeded by a mammoth pump effect.

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. Der Bodenkopf 7 stellt den inneren Teil eines Bodens dar, in dem die Rohre 5 angeordnet sind. 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 Geschwindigkeiten 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.After the inlet of the heating steam or the heat transfer oil, 4 ceramic balls or sand particles of diameter d are added through a lock, not shown, over the flange. These fall through the central tube 1 onto the bottom head 7 , from which they roll radially downward to the lower outer wall of the tubes 5 . The bottom head 7 represents the inner part of a bottom in which the tubes 5 are arranged. In this area there are bores 8 through which the medium to be evaporated flows under pressure from the flange 3 upwards at high speed and thereby conveys the beads or sand particles into the circulating flow. The speeds are such that the balls or sand particles are conveyed upward through the heating pipes 2 into the space 9 according to the Stokes law modified for swarm effects. This is dimensioned so that there the speeds for levitation of the beads or sand particles are no longer sufficient, so that they come directly or via the inclined surface 10 of the upper tube sheet back into the central tube 1 and sink to the bottom head 7 , thus the circulation of new begins.

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.On the way through the heating pipes 2 , the balls or sand particles rub against the inner walls of these pipes as a result of static turbulence, with the result that deposits are continuously removed in an abrasive manner. In this way, the heat transfer remains unrestricted.

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. It is understood that the relative amount and abrasiveness of the solid particles is chosen only so large that its effect is sufficient to remove the deposits, but does not cause any significant wear on the heating tubes 2 . Wherever possible, the solid particles should be made of the same material as the deposits to be prevented, because then, in addition to the abrasion effect, preferential crystallization on the particles helps prevent deposits.

Fig. 2 zeigt die Schwarmgeschwindigkeitscharakteristik, das ist die Abhängigkeit des sogenannten Behinderungsfaktors von der Feststoffkonzentration. Fig. 2 shows the swarm speed characteristic, that is the dependence of the so-called disability factor on the solids concentration.

Hierzu folgende Erläuterungen:The following explanations:

Für die Geschwindigkeit eines einzigen in einer ruhenden Flüssigkeit unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten sinkenden kugelförmigen Teilchens gilt nach dem Gesetz von StokesFor the speed of one in one dormant liquid under the influence of gravity spherical particles sinking downwards applies according to the Stokes law

wobeiin which

Δ ρ = Differenz der Dichten von Feststoff und Flüssigkeit
d = Teilchendurchmesser
g = Erdbeschleunigung und
µ = Viskosität der Flüssigkeit. Δ ρ = difference in density of solid and liquid
d = particle diameter
g = gravitational acceleration and
µ = viscosity of the liquid.

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 dementsprechendIf it is not a single particle, but a swarm of the same particles, the sinking rate is lower than v _s , because the particles sinking downward produce a liquid flow upwards, which counteracts the sinking movement. The rate of descent of the swarm of particles is accordingly

v = Φ v _s, 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. where Φ is a size less than 1 called the disability factor. Φ is a function of the volumetric solids concentration, which is referred to as the swarm speed characteristic and is shown in FIG. 2.

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.If you want spherical, suspended in a liquid Particles of uniform diameter through promote a vertical pipe up, you have to Make the speed of the suspension greater than the swarm speed. Conversely, you can Separate particles from the liquid if one ensures that the vertical speed of the Suspension is less than the swarm speed.

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.The densest packing of balls of the same diameter has an empty volume of 26%, so that the maximum possible solids concentration is 74% by volume. At this concentration Φ reaches zero. It is therefore understood that the volumetric solid concentration to be selected for the present invention in the heating pipes must be considerably below the limit mentioned.

Claims

1. A method for avoiding deposits in vertical heating pipes in an evaporator, which are traversed by the material to be evaporated, in which abrasive solid particles are carried, characterized in that the material to be evaporated is fed in at the lower end of the pipe under pressure, and that for Formation of a solid particle circuit the solid particles are moved upwards together with the liquid within the heating tubes, the speed being measured so that the solid particles sink at the top and fall down over a central tube arranged centrally in the heating tube bundle, from where they can be exploited using the Jet pump effect are brought into the cycle again.

2. The method according to claim 1, characterized characterized in that by drilling around one Primary bore producing jet pump effect further jet pump effects are generated which feed the solid particles to the primary jet.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized that one is abrasive Solid particles of uniform size and from the same material as that to prevent deposits.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the upward current the liquid with the solid particles in the heating pipes thermally insulated from the Downflow is carried in the central tube in order maintain the circulation better to be able to

5. Apparatus for carrying out the method according to claims 1 to 4, characterized in that in the middle of liquid-flowed heating tubes ( 2 ) an unheated central tube ( 1 ) and in the lower region of each heating tube ( 2 ) jet pump-like designs ( 5 ) are arranged in a ring, which Move liquid loaded with solid particles in the circuit.

6. The device according to claim 5, characterized in that the central tube ( 1 ) consists of poorly conductive material, preferably made of plastic or ceramic and / or is thermally insulated.

7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that are arranged as jet pump-like training ring-shaped in a bottom and concentrically in the lower end of the heating tubes ( 2 ) projecting jet tubes ( 5 ).

8. The device according to claim 7, characterized in that around the jet tubes ( 5 ) are bores ( 8 ) which produce a secondary jet effect which supplies the solid particles to the primary jet.