DE3828646A1 - Heizflaeche zum auskoppeln von waerme aus einem mit feststoffpartikeln beladenen fluidstrom - Google Patents
Heizflaeche zum auskoppeln von waerme aus einem mit feststoffpartikeln beladenen fluidstromInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Heizfläche zum Auskoppeln von
Wärme aus einem mit Feststoffpartikeln beladenen
Fluidstrom, insbesondere aus einem einer
Wirbelschichtfeuerung entstammenden staubbeladenen
Rauchgasstrom, mit in Richtung des Fluidstromes in einer
Ebene angeordneten Rohren und aus fluidseitig ebenen
Wärmetauscheroberflächen.
Eine Heizfläche der genannten Gattung ist aus der
Veröffentlichung K. Harz - H. Schlumberger, "Planung,
Errichtung und Inbetriebsetzung eines
Industriekraftwerkes", VGB-Kraftwerkstechnik 67 (1987)
Heft 11, Seite 1041, Bild 9 und zugehörigen Text bekannt.
Diese als Super-Omega-Konstruktion bezeichnete Heizfläche
besteht aus querschnittsmäßig besonders geformten Rohren,
die bei fluchtender Rohr-an-Rohr-Anordnung zwei möglichst
glatte Wärmetauscheroberflächen bildet, durch die eine
aufgrund hoher Staubbeladung eines heißen Gasstromes
hervorgerufene Erosion an vom staubbeladenen Gas quer
angeströmten oder hervorstehenden Heizflächenteilen,
insbesondere den Rohren, weitestgehend vermieden wird.
Obwohl die bekannte Heizfläche aufgrund der besonderen
Querschnittsform und einer damit verbundenen Erhöhung der
Wandstärke gegenüber dem staubbeladenen Gasstrom eine
zusätzliche Sicherheit bietet, sind ihr konstruktiver und
/oder fertigungstechnischer Aufwand und somit auch die
Herstellungskosten sehr hoch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte
Heizfläche in konstruktiver und fertigungstechnischer
Hinsicht zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rohre in einem
geschlossenen Gehäuse angeordnet sind.
Eine in Richtung einer Fluidströmung in einer Ebene
vorgenommenen Anordnung von Rohren zum Wärmetausch
innerhalb eines von einem staubbeladenen gasförmigen,
dampfförmigen und/oder flüssigen Fluid umströmten
geschlossenen Gehäuses erlaubt es, Rohre beispielsweise in
U-Form, in Form einer Rohrschlange oder einer Rohrtafel in
Rohr-Steg-Rohr- oder Flossenrohr-Konstruktion
einzusetzten, zumindest aber so wie sie insbesondere im
Dampferzeugerbau als von Wasser und/oder Dampf
durchströmte Berührungsheizflächen Verwendung finden.
Dabei ist die Lage der Rohrachsen von der Richtung des
Fluidstromes unabhängig. Eine Hintereinanderanordnung von
Rohren kann sowohl fluchtend als auch in einer bestimmten
Rohrfolge leicht versetzt zueinander sein.
Für eine besonders einfache Fertigung ist es zweckmäßig,
wenn das Gehäuse aus einem Anströmteil, aus zwei an den
Anströmteil anschließenden, parallelen ebenen
Flächenteilen, aus einem die Flächenteile verbindenden
Abströmteil und aus seitlichen Abschlußteilen
zusammengefügt ist.
Die Gehäuseform erlaubt es in vorteilhafter Weise den
Einsatz von handelsüblichen Bauelementen. So bietet sich
für den Anström- oder Abströmteil des Gehäuses die
Verwendung eines symmetrischen Profils an, beispielsweise
in Form eines gleichschenkeligen Winkelprofils oder eines
runden V-Profils, das den staubbeladenen Gasstrom in
Verbindung mit einer möglichst glatten Oberfläche der die
Profile des An- und Abströmteils verbindenden ebenen
Flächenteile mit geringer Angriffsmöglichkeit für Erosion
um die Heizfläche führt.
Beim Einsatz eines geschlossenen Gehäuses erfolgt der
Wärmeübergang vom staubbeladenen Fluidstrom im
wesentlichen durch erzwungene Konvektion an die
Gehäuseoberfläche, durch Wärmeleitung in der Gehäusewand
und vom Gehäuse zu den ein die Wärme aufnehmendes Medium
führenden Rohren in erster Linie durch Strahlung.
Wegen des sehr hohen Wärmeübergangskoeffizienten bei
Anströmung einer ebenen Gehäuseoberfläche durch einen
feststoffbeladenen Fluidstrom nimmt das Gehäuse nahezu die
Temperatur des anströmenden Fluidstromes an.
Dementsprechend ist der Wärmeübergang durch Strahlung
zwischen dem Gehäuse und den Rohren wegen der großen
Temperaturdifferenz sehr intensiv. Gegegenüber der
bekannten Heizfläche ist der Wärmedurchgangskoeffizient k
für eine Heizfläche mit Gehäuse nur geringfügig
schlechter. Folglich muß die für die Übertragung einer
bestimmten Wärmemenge Q benötigte Fläche bei einem Gehäuse
nur geringfügig größer dimensioniert werden.
Einen weiteren Vorteil bietet eine gekapselte Heizfläche
beim Abstellen und vor allem beim ungeplanten Ausfall, z.
B. im Schwarzfall, einer mit Wärmetauscherrohrbündel
ausgerüsteten Anlage. In diesem Fall wirkt das Gehäuse als
Strahlungsschutz gegen die speziell bei
Wirbelschichtanlagen auftretende intensive
Festkörperstrahlung. Durch das Gehäuse wird die an die
ungekühlten Wärmetauscherrohre übertragene Wärmemenge
ungefähr halbiert und die maximale Rohrwandtemperatur
gegenüber einer Heizfläche ohne Gehäuse erheblich gesenkt.
Aus diesem Grund bietet sich in besonders vorteilhafter
Weise ein Einsatz dieser Heizfläche in einem
Wärmetauscherrohrbündel zum Wärmeauskoppeln aus einem ca.
850°C heißen, staubbelastenem Rauchgasstrom innerhalb
einer Wirbelschichtanlage an.
Der Wärmetransport von einem heißen, gasbeladenen Gasstrom
über eine mit einem Gehäuse versehene Heizfläche zu einem
wärmeaufnehmenden Medium läßt sich durch verschiedene
Maßnahmen erhöhen:
In diesem Sinne kann es zweckmäßig sein, wenn zwischen dem
Gehäuse und den Rohren Wärmebrücken bildende Elemente
angeordnet sind.
Andererseits kann es auch zweckmäßig sein, wenn das
Gehäuse zu den Rohren einen für eine Gaszirkulation
optimalen Abstand aufweist.
Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, wenn das Gehäuse
aus einem geeigneten Strahlungemittierenden Material und
die Rohre aus einem geeigneten Strahlungabsorbierenden
Material bestehen.
Demzufolge läßt sich mittels der Wärmebrücken bildenden
Elemente die Wärmeleitung durch einen optimalen
Gehäuse-Rohr-Abstand der infolge der freien Konvektion
gegebene Wärmeübergang und/oder durch einen besonderen
Materialeinsatz die Wärmestrahlung erhöhen.
Eine bevorzugte, besonders einfache Ausführung soll nun
anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es
zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kanal mit einem
aus mehreren mit einem Gehäuse versehenen Heiz
flächen bestehenden Wärmetauscherrohrbündel,
Fig. 2 einen gegenüber der Fig. 1 entlang der
Schnittlinie II-II um 90° gedrehten Längs
schnitt des Kanals, und
Fig. 3 eine Detailansicht eines in Fig. 2 durch einen
strichpunktierten Kreis gekennzeichneten Heiz
flächenausschnittes Reaktionsraum.
Gemäß Fig. 1, 2 und 3 ist in einem Raktionsraum 1,
insbesondere einer Wirbelschichtfeuerung, nachgeschalteten
und von einem heißen, staubbeladenen Fluid 2 senkrecht
durchströmten Kanal 3 ein Wärmetauscherrohrbündel 4
angeordnet, das aus mehreren, parallel zur Strömung des
Fluids 2 ausgerichteten Heizflächen 5 besteht. Jede dieser
Heizflächen 5 besteht aus einem geschlossenen Gehäuse 6
mit einem Anströmteil 6 a, mit zwei an dem Anströmteil 6 a
anschließenden, parallelen ebenen Flächenteilen 6 b, mit
einem die Flächenteile 6 b verbindenden Abströmteil 6 c und
mit seitlichen Abschlußteilen 6 d. Der Anströmteil 6 a
besteht aus einem gleichschenkeligen Winkelprofil, dessen
Schenkelenden mit den ebenen Flächenteilen 6 b verbunden
sind. Der Abströmteil 6 c ist wie der Anströmteil 6 a
geformt, wobei jeweils auch die Möglichkeit auch zu einer
asymmetrischen Profilform gegeben ist. Die seitlichen
Abschlußteile 6 d werden durch die Wand des Kanals 3
gebildet.
In dem Gehäuse 6 befinden sich zu einer Rohrschlange
verbundene oder geformte Rohre 7, die von einem Wärme
aufnehmenden Medium 8 durchströmt werden und die in einer
zur Fluidströmung 2 parallelen Ebene fluchtend angeordnet
sind. Anstelle der zu einer Rohrschlange verbundenen Rohre
7 besteht auch die Möglichkeit Rohre in Rohr-Steg-Rohr-
oder Flossenrohr-Konstruktion (Fig. 3) einzusetzen, wobei
es aufgrund des Gehäuses 6 gleichgültig ist, ob die
Rohrachsen parallel oder senkrecht zur Fluidströmung
ausgerichtet sind.
Die Verwendung der Heizflächen 5 ist nicht auf einen
senkrecht durchströmten Gaskanal 3 beschränkt. So besteht
auch die Möglichkeit die Heizflächen innerhalb eines in
einem horizontal durchströmten Kanal befindlichen
Wärmetauscherrohrbündels anzuordnen, wobei die Heizflächen
sowohl horizontal als auch vertikal ausgerichtet sein
können. Im Falle vertikaler Ausrichtung der Heizflächen
können diese im Kanal hängend oder stehend befestigt sein.
Claims (5)
1. Heizfläche zum Auskoppeln von Wärme aus einem mit
Feststoffpartikel beladenen Fluidstrom, insbesondere
aus einem einer Wirbelschichtfeuerung entstammenden
staubbeladenen Rauchgasstrom, mit in Richtung des
Fluidstromes in einer Ebene angeordneten Rohren und aus
fluidseitig ebenen Wärmetauscherober
flächen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohre (7) in einem geschlossenen Gehäuse (6)
angeordnet sind.
2. Heizfläche nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) aus
einem Anströmteil (6 a), aus zwei an dem Anströmteil
(6 a) anschließenden, parallelen ebenen Flächenteilen
(6 b), aus einem die beiden Flächenteile (6 b)
verbindenden Abströmteil (6 c) und aus seitlichen
Abschlußteilen (6 d) zusammengefügt ist.
3. Heizflächen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den Gehäusen
(6) und den Rohren (7) Wärmebrücken bildende Elemente
angeordnet sind.
4. Heizfläche nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gehäuse (6) zu den Rohren (79) einen für eine
Gaszirkulation optimalen Abstand (A) aufweist.
5. Heizfläche nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (6) aus
einem geeigneten strahlungsemittierenden Material und
die Rohre (7) aus einem geeigneten strahlungs
absorbierenden Material bestehen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883828646 DE3828646A1 (de) | 1988-08-24 | 1988-08-24 | Heizflaeche zum auskoppeln von waerme aus einem mit feststoffpartikeln beladenen fluidstrom |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883828646 DE3828646A1 (de) | 1988-08-24 | 1988-08-24 | Heizflaeche zum auskoppeln von waerme aus einem mit feststoffpartikeln beladenen fluidstrom |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3828646A1 true DE3828646A1 (de) | 1990-03-01 |
Family
ID=6361459
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883828646 Withdrawn DE3828646A1 (de) | 1988-08-24 | 1988-08-24 | Heizflaeche zum auskoppeln von waerme aus einem mit feststoffpartikeln beladenen fluidstrom |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3828646A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8141502B2 (en) | 2006-04-20 | 2012-03-27 | Metso Power Oy | Fluidized bed boiler and a grate element for the same |
WO2013024201A1 (en) * | 2011-08-15 | 2013-02-21 | Metso Power Oy | Improvement of heat transfer from a fluidized bed to a heat exchanger pipe |
-
1988
- 1988-08-24 DE DE19883828646 patent/DE3828646A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8141502B2 (en) | 2006-04-20 | 2012-03-27 | Metso Power Oy | Fluidized bed boiler and a grate element for the same |
WO2013024201A1 (en) * | 2011-08-15 | 2013-02-21 | Metso Power Oy | Improvement of heat transfer from a fluidized bed to a heat exchanger pipe |
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Legal Events
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---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |