DE3703302C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher mit von Rauchgas durchströmten Rohren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Ein solcher, aus der DE-AS 11 00 855 bekannter Wärmetauscher wirkt der Erscheinung entgegen, daß in heißen, durch ein Rohr strömenden Gasen sich schnell eine langsame Mantelströmung herabgesetzter Temperatur und eine schnell fließende Kern­ strömung hoher Temperatur ausbilden würde. Durch die auf dem Stab angeordneten, besonders ausgebildeten Leitflügel wird erreicht, daß wiederholt Teile des heißen Strömungskernes mit hoher Geschwindigkeit in den Strömungsmantel eingebracht werden. Der Strömungsmantel wird dadurch aufgewärmt und beschleunigt und kann somit erneut in einen wirkungsvollen Wärmetausch mit der Wärmetauscheroberfläche treten. Diese mehrfache Austausch­ wirkung bewirkt, daß das Gas mit einheitlicher Geschwindig­ keit und Temperatur aus dem Wärmetauscher austritt, ohne daß sich ein bedeutender Strömungswiderstand ergibt.

Aus der US-PS 17 07 812 ist ein Wasserkessel mit Rauchrohren bekannt, in denen unbewegliche Einsätze vorgesehen sind. Diese Einsätze, die aus zwei gegeneinander versetzten, spiralförmig gebogenen Metallstreifen bestehen, haben die Aufgabe, den Durchgang des Gases durch die Rohre zu verzögern, so daß die Beheizung der Rohre und damit die Wärmeausnutzung verbessert wird. Aufgrund der Anordnung der Metallstreifen sind die bekannten Einsätze nicht in der Lage, eine gleichmäßige Durchströmung der Rohre in der Weise zu bewirken, daß die langsame Mantelströmung herabgesetzter Temperatur mit der schnellfließenden Kernströmung hoher Temperatur effektiv gemischt wird. Eine solche gleich­ mäßige Durchströmung wird auch nicht durch Einsätze erreicht, die in den waagerechten Rauchrohren eines aus der US-PS 20 77 776 bekannten Dampferzeugers angeordnet sind. Diese Einsätze be­ stehen aus unbeweglichen Stäben, auf denen unter einem Winkel zur Stabachse paarweise und gegeneinander versetzt halbe Ringscheiben angebracht sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Wärmetauscher im Sinne eines erhöhten Wärmeüberganges und eines vergrößerten rauchgasseitigen Strömungswiderstandes zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Durch die Anordnung einer zweiten Reihe von Leitflügeln in Form eines zweiten Schraubenganges wird die Durchmischung der sich in den Rohren einstellenden Gasströme verbessert, was sich in einem erhöhten Wärmeübergang bei einer gewissen Erhöhung des Strömungswiderstandes äußert. Dieser erhöhte Strömungswiderstand erzeugt eine gleichmäßigere Belastung der nachgeschalteten Heizflächen. Da die mit den Leitflügeln versehenen Stäbe heb- und senkbar sind und auch der Abreinigung der Rohre dienen, kann aufgrund der dichteren Berippung der Hub der Stäbe verringert werden, wodurch die Höhe des Wärmetauschers verringert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Wärmetauscher,

Fig. 2 die Seitenansicht eines Einsatzes,

Fig. 3 die gleiche Seitenansicht um 90 Grad gedreht und

Fig. 4 den Schnitt IV-IV nach Fig. 2.

Der dargestellte Wärmetauscher bildet die Nachschaltheizfläche eines nur teilweise wiedergegebenen Feststoffkessels. Der Kessel enthält eine von einer Außenisolierung 1 umgebene Wand 2, eine Kesseldecke 3, einen Einfülltrichter 4 für den festen Brennstoff, einen Brennraum 5, den noch näher beschriebenen Wärmetauscher 6 als Nachschaltheizfläche und ein Rauchgasabzugsrohr 7. Die Wand 2 des Kessels ist als Doppelwand ausgeführt, wobei der Zwischenraum 8 von Wasser durchströmt ist.

Der Wärmetauscher 6 enthält senkrecht angeordnete Rohre 9, die mit dem Brennraum 5 in Verbindung stehen und somit von Rauchgas durchströmt sind. Die Rohre 9 sind in zwei Rohrplatten 10, 11 gehalten, von denen eine den Abschluß zum Brennraum 5 bildet. Die andere Rohrplatte 10 begrenzt zusammen mit der Wand 2 des Kessels und der Kesseldecke 3 einen Gassammelraum 12, der mit dem Rauchgasabzugsrohr 7 verbunden ist. Der zwischen den Rohrplatten 10, 11 außerhalb der Rohre 9 gebildete Raum ist mit Wasser gefüllt und dient als Wassermantel 13. Der Wassermantel 13 ist mit dem Zwischenraum 8 innerhalb der Wand 2 wasserseitig verbunden und an einen Wasserzulauf und einen Wasserablauf angeschlossen.

In jedes Rohr 9 des Wärmetauschers 6 ist ein als Turbulator wirkender Einsatz eingehängt. Der Einsatz besteht aus einem Stab 14, der sich zum unteren Ende hin konisch verjüngt. Der Stab 14 ist von zwei Reihen von Leitflügeln 15, 15′ in Form einer zweigängigen Schraube umgeben. Der Stab 14 und die Leitflügel 15, 15′ sind aus einem Stück gegossen. Die Leitflügel 15, 15′ bestehen aus ebenen, schräg angeordneten Abschnitten 16, die den Stab 14 schraubenlinienförmig umziehen. Die schräg angeordneten Abschnitte 16 sind durch ebene, parallel zur Längsachse des Stabes 14 verlaufende Abschnitte 17 miteinander verbunden. Die schräg verlaufenden Abschnitte 16 weisen im Randbereich am Übergang in den Abschnitt 17 Randausnehmungen 18 auf. Die Neigung der schräg verlaufenden Abschnitte 16 gegenüber der Vertikalen beträgt etwa 35 Grad, um sicherzustellen, daß die vom Rauchgas mitgerissenen Staubpartikel abrutschen können. Die eine Reihe der Leitflügel 15 ist gegenüber der anderen Reihe 15′ um 180 Grad versetzt, wobei die Randausnehmungen 18 einer jeden Reihe von Leitflügeln 15, 15′ sich in der gleichen radialen Ebene befinden.

Der zentrale, ein Rohr 9 durchströmende Gasstrom wird durch den schräg verlaufenden Abschnitt 16 der Leitflügel 15, 15′ nach außen gelenkt und in die dort vorhandene Mantelströmung eingemischt. Durch die Rand­ ausnehmungen 18 kann sich das Gas im gesamten Querschnitt des Rohres 9 ausbreiten, bevor es durch die nachfolgenden schrägen Abschnitte 16 erneut nach außen geführt wird.

Die Stäbe 14 sind am oberen Ende mit einer Bohrung 19 versehen, durch die eine Stange 20 geführt ist. Die Stange 20 ist an einem Hubrahmen 21 befestigt, der innerhalb des Gassammelraumes 12 angeordnet und über einen Antrieb 22 heb- und senkbar ist. Die Stäbe 14 einer Reihe von Rohren 9 sind durch eine Stange 20 verbunden. In Längsrichtung des Gassammelraumes 12 sind zwei Hubrahmen 21 angeordnet, die gegensinnig bewegt werden.

Der Hub des Hubrahmens 21 beträgt etwa 70 mm und entspricht damit 5 bis 10% der Länge des Stabes 14. Das Anheben der Stäbe 14 dient der Abreinigung der Rohre 9 und erfolgt intermittierend in Abhängigkeit von der verfeuerten Brennstoffmenge. Durch die zweifache Anordnung der Leitflügel 15, 15′ läßt sich die Dichte der Berippung vergrößern, so daß die Hubhöhe bei gleicher Reinigungswirkung gegenüber einer einfachen Leitflügelanordnung verringert werden kann. Die Verringerung der Hubhöhe bedeutet gleichzeitig eine geringere Höhe des Gassammelraumes 12 und damit der Bauhöhe des Kessels insgesamt.

Claims (3)

1. Wärmetauscher mit von Rauchgas durchströmten senkrecht angeordneten Rohren (9), die innerhalb eines Wasser­ mantels (13) angeordnet sind, wobei in den Rohren (9) ein Einsatz angeordnet ist, der aus einem Stab (14) besteht, auf dem schraubenlinienförmig Leitflügel (15) angebracht sind, die aus abwechselnd hintereinander liegenden schräg und parallel zur Längsachse des Stabes (14) verlaufenden Abschnitten (16, 17) bestehen, wobei die schräg verlaufenden Abschnitte (16) jeweils am Übergang vom parallel zur Längsachse des Stabes (14) verlaufenden Abschnitt (17) mit einer Randausnehmung (18) versehen sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf dem heb- und senkbaren Stab (14) zwei Reihen von Leitflügeln (15, 15′) ange­ ordnet sind, die um 180 Grad gegeneinander versetzt sind und eine zweigängige Schraube bilden und daß sich die Randausnehmungen (18) einer jeden Reihe von Leitflügeln (15, 15′) in der gleichen radialen Ebene befinden.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Neigung der schräg verlaufenden Abschnitte (16) einen Winkel von etwa 35 Grad gegenüber der Vertikalen bildet.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stäbe (14) reihen­ weise über jeweils eine Stange (20) an einem heb- und senkbaren Hubrahmen (21) aufgehängt sind.