DE3643303A1 - Vorrichtung zum waermetausch, insbesondere zwischen synthesegas- und kesselspeisewasser - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Wärme­ tausch, insbesondere zwischen Synthesegas- und Kesselspei­ sewasser, mit einer Speisewasservorwärm- und einer Dampf­ erzeugungszone.

Derartige Vorrichtungen werden in der Regel als sogenanntes Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet mit einem Druckbehäl­ ter, einem Rohrboden und einer Vielzahl von Rohrschlangen, die im wesentlichen U-förmig gebogen sind und deren Ein- und Austritt im gleichen Rohrboden vorgesehen ist. Bei Festbodenapparaten dagegen kommt es wegen der unterschied­ lichen Temperaturen zwischen der Apparatewand und den WAT- Rohren in den Verbindungen von Rohren und Platten zu in der Regel unzulässig hohen Spannungen, was hier durch die unterschiedliche Temperaturlage in der Speisewasservorwärm­ zone und der Verdampferzone noch verstärkt wird. Damit ver­ schließt sich eine derartige Vorrichtung einer Konstruk­ tion, bei der die Wärmetauscherrohre an zwei gegenüberlie­ genden Rohrböden, befestigt sind, d. h. bei der z. B. das Syn­ thesegas von einer Kammer quer durch den Wärmetauscher hin­ durch zu einer anderen Kammer am gegenüberliegenden Teil sei­ ner Wärme an Wasser bzw. Dampf abgibt. Die unterschiedli­ chen Temperaturen würden zu ganz unterschiedlichen Ausdeh­ nungen der Rohre und/oder der Wand des Wärmetauschers füh­ ren, hier müssen dann insbesondere bei diesen Hochdruck­ apparaten entsprechende technisch aufwendige Vorkehrungen getroffen werden, um diese Spannungen und unteschiedli­ chen Dehnungen auszugleichen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der mit vergleichsweise einfachen Mitteln erreicht wird, daß die genannten unzulässigen Spannungen vermieden wer­ den.

Mit einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe dr Erfindung dadurch gelöst, daß die gasfüh­ renden Wärmetauscherrohre in zwei Festböden integriert sind, wobei das Rohrbündel im Bereich des Kesselwasserein­ trittes von einem den Kesselspeisewassereintritt mit um­ schließenden Mantel auf Abstand zur Behälterwand umgeben ist.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß das im Prinzip kalte Kesselspeisewasser zunächst nicht die Behälterwand berührt und damit diese kühlt, sondern in der Speisewasservorwärm­ zone durch den Mantel von der Behälterwand abgehalten wird. Damit ist es möglich, daß sich der Ringraum zwischen Mantel und Behälterwand durch zirkulierendes Kesselwasser durchströmt wird, so daß sich eine definierte hohe Tempe­ ratur über die gesamte Länge der Behälterwand einstellt.

So wird es durch die Wahl der Länge des Mantels möglich, die genannten Spannungen zu minimieren. Die Erfindung er­ laubt somit, die U-Rohr-Konstruktionen zu vermeiden, die auf der Basis gleichen gasseitigen Druckverlustes doppelt so viele Rohre im Rohrboden unterbringen müssen wie der Festbodenapparat. Die Ersparnis an Wandstärken, der Behäl­ terwände und der Rohrböden sind erheblich.

Die Erfindung sieht vor, daß der Kesselspeisewasser­ eintritt im Bereich eines Rohrbodens angeordnet und der Mantel zwischen diesem und dem Rohrboden nicht befestigt ist.

Wie oben bereits ausgeführt, soll mit der Erfindung er­ reicht werden, daß die Wandtemperatur des Druckbehälters im Bereich des Wärmetauschers möglichst gleich und hoch gehalten wird und zwar über die gesamte Länge, um die be­ schriebenen Belastungen zu vermeiden. In einer besonderen Ausgestaltung sieht die Erfindung daher vor, daß im Be­ reich des Mantels eine Zuführung für umlaufendes Kessel­ wasser zur Beaufschlagung des Ringraumes zwischen Behäl­ terwand und Mantel vorgesehen ist.

Mit dieser Gestaltung ist es möglich, durch umgewälztes oder bzw. umlaufendes Kesselwasser die Wandtemperatur der Vorrichtung in diesem Bereich eben auf der Temperatur des umlaufenden Kesselwassers zu halten, wobei dies mit kon­ struktiv einfachen Mitteln erreichbar ist. Der Mantel dient dabei als Verteiler bzw. Leitblech für das in den Ringraum einströmende Kesselwasser, dadurch ist gewähr­ leistet, daß die Behälterwand immer mit Kesselwasser benetzt ist, der Mantel hält das kalte eintretende Kesselspeise­ wasser von diesem Bereich fern.

In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß am Mantel zwischen den gasführenden Rohrschlangen Schikanen für das Kesselspeisewasser angeordnet sind, um eine möglichst gute Führung des vorzuwärmenden Kesselspeisewassers zu errei­ chen.

Um zu verhindern, daß der Mantel auf das ihn umspülende Kesselspeisewasser abkühlend wirkt, ist vorgesehen, daß der Mantel aus einem isolierenden Material gefertigt ist. Dies ist, wie oben bereits angesprochen, zweckmäßig, um zu verhindern, daß die Temperatur des kalten Kesselspeise­ wassers, welches in den Mantelinnenraum eingespeist wird, das den Mantel umströmende Kesselwasser abkühlt, so daß es dann mittelbar zu einer Abkühlung der Behälterwand käme, und/oder den Wirkungsgrad des Wärmetauschers herabsetzt, was es zu verhindern gilt.

Eine Möglichkeit nach der Erfindung, die isolierende Wir­ kung des Mantels zu erreichen, besteht darin, daß er in Sandwichbauweise aus einem Metallgitter zwischen zwei dün­ nen Blechen gebildet ist, wobei die Zwischenräume des Me­ tallgitters mit einem Gasbeton o. dgl. ausgefüllt sind. Dabei wird die hauptisolierende Wirkung vom Gasbeton oder einer andren keramischen Masse bewirkt, trotz der Sand­ wichbauweise durch durch das Ausfüllen der Hohlräume mit Gasbeton erreicht, daß der Mantel auch hohen Beanspruchun­ gen, insbesondere Druckbeanspruchungen, stand hält.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur den Querschnitt durch eine Vorrichtung nach der Er­ findung in vereinfachter Darstellung.

Die allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung besteht aus einem Druckbehälter 2, in welchem zwei Rohrböden 3 und 4 als sogenannte Festböden eingebaut sind, an denen ein Wär­ metauscherrohrbündel 5 befestigt ist. Die Festböden 3 und 4 trennen den Wärmetauscherinnenraum 6 von einer Vorkammer 7 und einer Abströmkammer 8, z. B. für Prozeßgas etwa für die Abkühlung dieses Gases aus einer Dampfreformierungs­ sektion bzw. CO-Konvertierungssektion.

Dem Wärmetauscherraum 6 wird kaltes, frisches Kesselspeise­ wasser durch einen angedeuteten Rohrstutzen 9 im Bereich des Rohrbodens 3 zugeführt. Funktionsmäßig ist dabei der Wärmetauscher in zwei Bereiche eingeteilt, nämlich eine Speisewasservorwärmzone, in der Figur mit VZ bezeichnet, und eine Dampferzeugungszone, in der Figur mit DZ bezeich­ net.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß das Rohrbündel 5 et­ wa im Bereich der Vorwärmzone VZ von einem Mantel 10 um­ schlossen ist, der in einem Abstand zur mit 11 bezeichne­ ten Behälterwand angeordnet ist, derart, daß sich ein Ring­ raum 12 bildet.

Wie aus der Figur ersichtlich, wird das kalte Kesselspeise­ wasser über den Stutzen 9 berührungfrei zu dem Medium, welches sich im Ringraum 12 befindet, dem Rohrbündel 5 zu­ geführt, so daß es in dem Bereich des Mantels 10 nicht mit der Behälterwand 11 in Berührung kommen kann. Durch in die­ sen Bereich eingebaute Schikanen 13 wird das Kesselspeise­ wasser im Kreuz/Gegenstrom zu dem die Wärmetauscherrohre 5 durchströmenden Medium geführt, was mit einem Pfeil 14 angedeutet ist.

Über einen weiteren Rohrstutzen 15, der allerdings direkt in den Ringraum 12 zwischen Behälterwand 11 und Mantel 10 mündet, wird umlaufendes Kesselwasser zugeführt, derart, daß der Ringraum 12 von diesem Kesselwasser umspült wird, womit erreicht wird, daß dieser Wandbereich der Vorrich­ tung 1 die Temperatur des umgewälzten Kesselwassers hat. Da auch in der Dampferzeugungszone keine wesentlich ande­ ren Bedingungen herrschen, wird erreicht, daß die Wand 11 des Druckbehälters einer vergleichsweise gleichen Tempera­ tur über ihrer Gesamtlänge unterworfen ist. Die Kesselwas­ sersteigrohre sind der Vollständigkeit halber noch mit 16 bezeichnet, der Prozeßwassereintrittsstutzen mit 17, der Aus­ trittsstutzen mit 18. Im Bereich DZ vereinigen sich der Kesselwasserstrom und der erwärmte Speisewasserstrom.

Der Mantel 10 ist im dargestellten Beispiel im wesentli­ chen dreilagig ausgebildet, und zwar mit einem inneren Me­ tallgitter 10 a etwa als hexadiagonales Wabengitter, auf welches äußere Bleche 10 b aufgelegt sind. Die durch das Metallgitter gebildeten Hohlräume sind mit z. B. Gasbeton ausgefüllt.

Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann die dargestellte Vor­ richtung 1 auch als doppelt ausgebildeter Wärmetauscher gestaltet sein u. dgl. mehr.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Wärmetausch, insbesondere zwischen Synthe­ sengas- und einem Kesselspeisewasser, mit einer Speisewas­ servorwärm- und einer Dampferzeugungszone, dadurch gekennzeichnet, daß die gasführenden Wärmetauscherrohre (5) in zwei Fest­ böden (3, 4) befestigt sind und im Bereich der Speisewas­ servorwärmzone (VZ) von einem einen Abstand zur Innenseite der Behälterwand (11) aufweisenden Mantel (10) umschlossen sind, wobei die Zufuhr des Kesselspeisewassers in den vom Mantel gebildeten Innenraum erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kesselspeisewassereintritt (9) im Bereich eines Rohrbodens (3) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Mantels (10) eine Zuführung (15) für umlaufendes Kesselwasser zur Beaufschlagung des Ringraumes (12) zwischen Behälterwand (11) und Mantel (10) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Mantel (10) zwischen den gasführenden Rohrschlangen (5) Schikanen (13) für das Kesselspeisewasser angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (10) aus einem isolierenden Material gefer­ tigt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (10) in Sandwichbauweise aus einem Metall­ gitter (10 a) zwischen zwei dünnen Blechen (10 b) gebildet ist, wobei die Zwischenräume des Metallgitters mit einem Gasbeton o. dgl. ausgefüllt sind.