DE3715783C1 - Heat exchanger for combination with a burner hood of a contact reactor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für den Zusammenbau mit einer Brennerhaube eines Kontaktreaktors, insbesondere eines Dünnschicht-Kontaktreaktors zur Ammoniakverbrennung, mit einem Druckbehälter, der einen Einlaß und einen Auslaß für das die Brennerhaube verlassende und axial durch den Druckbehälter geführte Produktgas aufweist, mit mindestens einer Verdampferheizfläche und mindestens einer Überhitzerheizfläche mit Eintrittsverteilern und Sammlern in dem Druckbehälter, mit durch die Behälterwandung geführten Verbindungsrohren von einem Wasser-Dampf-System bzw. zu einem Dampfverbraucher, insbesondere einem La-Mont-System, und mit mindestens einem Einspritzkühler.

Ein solcher Wärmetauscher ist aus dem Prospekt der Anmelderin "Process Engineering Equipment" (1976), Seiten 16-17 bekannt.

Des weiteren verweist die Anmelderin auf ihre Anmeldung gemäß DE-OS 35 36 450.

Bei dem bekannten Wärmetauscher erfolgt die Regelung der dem Verbraucher zugeführten Heißdampftemperatur extern mittels Oberflächenkühler oder Einspritzkühler. Die Oberflächenkühler sind in der Dampftrommel angeordnet, und die Einspritzkühler sind bei einstufigen Erhitzern der Überhitzerstufe extern nachgeschaltet und bei mehrstufigen, insbesondere zweistufigen Überhitzern in der externen Verbindungsleitung zwischen den beiden Überhitzerteilstufen angeordnet. Im Kesselbau befinden sich somit diese sogenannten Einspritzstationen immer außerhalb des eigentlichen Kesselkörpers; es sind somit ein erheblicher Rohrleitungsaufwand und zusätzliche Behälterdurchtritte erforderlich.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher der vorstehend genannten Art anzugeben, bei dem für die Regelung der Heißdampftemperatur der Leitungsaufwand und die Zahl der Durchtritte durch die Behälterwandung reduziert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Druckbehälter ein sich im wesentlichen quer durch den Druckbehälter erstreckendes und mit dem Sammler der Überhitzerheizfläche verbundenes Rohr der Überhitzerheizfläche nachgeschaltet ist, wobei in das eine Ende des Rohres eine sich durch die Wandung des Druckbehälters und durch den Sammler erstreckende Einspritzdüse hineinragt.

Für das Einspritzen ist es also nicht erforderlich, daß eine mit dem Sammler verbundene Rohrleitung nach außen geführt wird. Durch die damit eingesparten Dampfwege sinkt der Druckabfall zwischen Trommel und Druckregler, so daß bei vorgegebenem Austrittsdruck der Betriebsdruck in dem gesamten Verdampfungssystem einschließlich dem erforderlichen Speisewasservorwärmer bis zur Einspeisepumpe sinkt. Entsprechend der größeren Temperaturdifferenz kann die Verdampferheizfläche verringert werden. Es ist davon auszugehen, daß die Wanddicken der druckführenden Teile sowie der Kraftbedarf der Speisepumpe ebenfalls verringert werden.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausgestaltung des Einspritzkühlers kann die Kühlspanne - falls erforderlich - wesentlich erhöht, z. B. verdoppelt bis verdreifacht, werden, was bei der Verwendung eines Oberflächenkühlers fast unmöglich ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann nicht nur mit Vorteil bei kleinen Überhitzerheizflächen verwendet werden, bei denen eine Teilung unwirtschaftlich ist, sondern mit besonderem Vorteil bei einem Wärmetauscher mit einer in mindestens zwei Stufen geteilten Überhitzerheizfläche mit getrennten Eintrittsverteilern und Sammlern.

Bei einem solchen Wärmetauscher ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Sammler der ersten Überhitzerteilheizfläche dem Eintrittsverteiler der zweiten Überhitzerteilheizfläche radial gegenüberliegt und daß sich das Einspritzrohr zwischen dem Sammler und dem Einspritzverteiler erstreckt.

Bei einem ungeteilten Überhitzer ist vorzugsweise aus Dehnungsgründen an mindestens einem Ende des Einspritzrohres ein Kompensator angeordnet.

Die Erfindung soll nun anhand der Figuren näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Wärmetauscher mit einer ungeteilten Überhitzerheizfläche und

Fig. 2 einen Wärmetauscher mit einer geteilten Überhitzerheizfläche.

In der Fig. 1 ist ein Wärmetauscher für einen Dünnschicht- Kontaktreaktor zur Ammoniakverbrennung dargestellt, auf dessen oberes Ende eine nicht gezeigte Brennerhaube aufgesetzt wird. Der Wärmetauscher weist einen Druckbehälter (1) auf, dessen Bodenabschnitt mit einem mittig angeordneten Auslaßstutzen (2) für das Produktgas versehen ist. Der Druckbehälter ist über eine Zargenanordnung (3) abgestützt. Dem Mantelabschnitt des Druckbehälters ist eine aus Rohren aufgebaute Mantelkühlung (4) zugeordnet, deren Einlaßverteiler für die Verteilung des Kühlwassers und deren Sammler für den Abzug des Wassers aus Gründen der Einfachheit nicht mitdargestellt sind.

In dem Behälter (1) ist eine Verdampferheizfläche (5) und eine einstufige Überhitzerheizfläche (6), in die von oben das beispielsweise 800°C heiße Produktgas eintritt. Wie üblich sind die Verdampferheizfläche (5) und die Überhitzerheizfläche (6) in einer Baugruppe zusammengefaßt. Verdampferheizfläche (5) und Überhitzerheizfläche (6) sind auf Pratzen (7) gelagert, die mit der Behälterinnenwandung verbunden sind.

Der oder die Eintrittsverteiler und die Sammler für die Verdampferheizfläche sind aus Gründen der Einfachheit nicht mitdargestellt. Die Überhitzerheizfläche (6) wird über einen teilringartig gebogenen Eintrittsverteiler (8) beaufschlagt, wie dies in der Figur durch die Pfeile (P ₁), die eine Vielzahl von Rohrleitungen repräsentieren, dargestellt ist.

In entsprechender Weise wird der überhitzte Dampf aus der Überhitzerheizfläche (6) abgezogen und einem Sammler (9) zugeleitet, wie dies durch die Vielzahl der Pfeile (P ₂) dargestellt ist. Der Sammler (9) ist ebenfalls kreisbogenförmig ausgebildet. Mit dem Innenraum des Sammlers (9) ist ein sich im wesentlichen radial erstreckendes geradliniges Einspritzrohr (10) verbunden.

Dem in der Fig. 1 links liegenden Ende (10 a) des Einspritzrohres ist eine Einspritzeinrichtung (11) zugeordnet. Diese besteht aus einem Gehäuse (11 a), das über einen gasseitig beaufschlagten Kompensator (12) mit dem Behälter (1) im Bereich einer Öffnung verbunden ist. Mit dem Gehäuse (11 a) ist ein Rohrstutzen (11 b) verbunden, der innerhalb des Kompensators (12) liegend die Öffnung durchsetzt und mit dem Sammler (9) verbunden ist.

Weiterhin gehört zur Einspritzeinrichtung (11) eine Einspritzdüse (11 c), die den Sammler (9) durchsetzt und in das Einspritzrohr (10) vorragt. Der Einspritzeinrichtung (11) wird von einer nicht gezeigten Quelle her Wasser zugeführt, das durch einen Antrieb (11 d) geregelt über die Einspritzdüse in das Einspritzrohr (10) einspritzbar ist.

Das Einspritzrohr (10) durchsetzt mit seinem anderen Ende (10 b) verschweißt die Wandung des Behälters (Festpunkt).

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist die Überhitzerheizfläche (6) in zwei Teilstufen (6 a) und (6 b) unterteilt. Die Teilheizfläche (6 a) ist ein Eintrittsverteiler (8 a) und ein Sammler (9 b) zugeordnet, während der Überhitzerteilheizfläche (6 b) ein Eintrittsverteiler (8 b) und ein Sammler (9 b) zugeordnet sind. Die Überhitzerteilheizfläche (6 b) liegt in Strömungsrichtung des Gases gesehen vor der Teilheizfläche (6 a). Da der Sammler (9 b) in der Fig. 2 vor der Zeichenebene liegt, ist er in der Fig. 2 gestrichelt dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist zweckmäßigerweise der Eintrittsverteiler (8 b) mit einer selbsttätigen Entwässerung (8 b′) versehen, um im Störfall anfallendes Überschußwasser sicher ableiten zu können.

Das Einspritzrohr (10) erstreckt sich bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 zwischen dem Sammler (9 a) und dem Eintrittsverteiler (8 b) und ist mit diesen beiden verbunden. Die Einspritzeinrichtung ist mit der Einspritzeinrichtung gemäß Fig. 1 vergleichbar. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist ein Kompensator an dem Einspritzende (10 a) des Rohres nicht erforderlich, sondern ein die Einspritzdüse (11 c) umgebender Rohrstutzen (11 b) vorgesehen.

Claims (3)

1. Wärmetauscher für den Zusammenbau mit einer Brennerhaube eines Kontaktreaktors, insbesondere eines Dünnschicht- Kontaktreaktors zur Ammoniakverbrennung, mit einem Druckbehälter (1), der einen Einlaß und einen Auslaß für das die Brennerhaube verlassende und axial durch den Druckbehälter geführte Produktgas aufweist, mit mindestens einer Verdampferheizfläche (5) und mindestens einer Überhitzerheizfläche (6) mit Eintrittsverteilern (8) und Sammlern (9) in dem Druckbehälter, mit durch die Behälterwandung geführten Verbindungsrohren von einem Wasser-Dampf-System bzw. zu einem Dampfverbraucher, insbesondere einem La-Mont-System, und mit mindestens einem Einspritzkühler, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Druckbehälter (1) ein sich im wesentlichen quer durch den Druckbehälter (1) erstreckendes und mit dem Sammler (9; 9 a) der Überhitzerfläche verbundenes Rohr (10) der Überhitzerfläche (6; 6 a) nachgeschaltet ist, wobei in das eine Ende (10 a) des Rohres (10) eine sich durch die Wandung des Druckbehälters und durch den Sammler erstreckende Einspritzdüse (11 c) hineinragt.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, mit einer in mindestens zwei Stufen geteilten Überhitzerheizfläche mit getrennten Eintrittsverteilern und Sammlern, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (9 a) der ersten Überhitzerteilheizfläche (6 a) dem Eintrittsverteiler (8 b) der zweiten Überhitzerteilheizfläche (6 b) radial gegenüberliegt und daß sich das Einspritzrohr (10) zwischen dem Sammler (9 a) und dem Eintrittsverteiler (8 b) erstreckt.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, mit ungeteilter Überhitzerheizfläche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an einem Ende (10 a; 10 b) des Einspritzrohres (10) ein Kompensator (12) angeordnet ist.