DE4028598A1 - Rohrbuendelwaermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrbündelwärmetauscher für den Betrieb bei hohen Gastemperaturen und hohen mantelseitigen Drücken, mit je einem dünnen Rohrboden auf der Gaseintritts- und Gasaustrittsseite, mit auf Teilkreisen der Rohrböden angeordneten Wärmetauscherrohren und mit auf jedem zweiten Teilkreis der beiden Rohrböden angeordneten, die Rohrböden abspannenden Zugankern.

Derartige Rohrbündelwärmetauscher bestehen aus einem zylindrischen Mantel, der durch zwei Rohrböden abgeschlossen ist. Die Kühlrohre, durch die parallel zur Mantelachse das Gas strömt, sind in die Rohrböden eingelassen. Die Kühlrohre werden von außen umströmt. Je nach Anordnung unterscheidet man zwischen stehenden und liegenden Wärmetauschern.

Die DE 36 40 970 C2 beschreibt die Ausführung eines Rohrbündelwärmetauschers nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Bei diesem bekannten Wärmetauscher, der jedoch auch Gaseintrittstemperaturen von über 800°C verkraften kann und insbesondere als Spaltgaskühler einsetzbar ist, weisen die auf Teilkreisen angeordneten Wärmetauscherrohre zwischen den beiden Rohrböden einen in Rohrlängsachse wendelförmigen Bereich auf, wobei die Wärmetauscherrohre geradlinig in die beiden Rohrböden übergehen und die Länge der geraden Rohrabschnitte am gaseintrittsseitigen Rohrboden größer ist als am gasaustrittsseitigen Rohrboden. Die über einen großen Bereich der Wärmetauscherlängsachse in Wendelform ausgeführten Wärmetauscherrohre sollen, kombiniert mit den beiden dünnen Rohrböden und der Abspannung durch Zuganker die bei hohen mantelseitigen Drücken und Gastemperaturen auftretenden Belastungen schadlos auffangen. Die mit höherer Temperatur beaufschlagten gewendelten Wärmetauscherrohre sollen nur einen geringen Teil ihrer Wärmeausdehnungen als Belastung auf die Rohrböden abgeben, da der größte Teil der Dehnung durch die Flexibilität der Wendel aufgenommen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rohrbündel­ wärmetauscher für hohe Gastemperaturen, die jedoch unterhalb der bei Spaltgaskühlern üblichen Gaseintrittstemperaturen von 800°C liegen, zu schaffen, der einen gleichmäßigen Wärmeaustausch gewährleistet und mit möglichst geringem Fertigungs- und Montageaufwand hergestellt werden kann, wobei aber konstruktive Anregungen des Rohrbündelwärmetauschers für Spaltgaskühler nach der DE 38 40 970 C2 übernommen werden.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe in der Weise gelöst, wie es in den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche angegeben ist.

Dabei geht es darum, die Wärmetauscherrohre, die bei dem Rohrbündelwärmetauscher des Standes der Technik über einen großen Bereich der Wärmetauscherlängsachse in Wendelform ausgeführt sind, als geradlinige Rohre mit eingearbeiteten Kompensatoren auszuführen.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Wärmetauschers mit ausschließlich geraden Wärmetauscherrohren mit in jedem Rohr eingebautem Kompensator werden axiale Wärmezug- und Wärmedruckspannungen zwischen den Rohrböden kompensiert.

Die Herstellung des Rohrbündels und der Einbau des Bündels in die Rohrböden des Wärmetauschers erweist sich aufgrund der Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen als einfach. Kompensatoren für den genannten Zweck sind handelsüblich und der Einbau in das Wärmetauscherrohr ist unkompliziert, da der mit Rohrstutzen an beiden Enden versehene Kompensator nur an einem Ende mit dem geradlinigen Wärmetauscherrohr verschweißt werden muß und das andere Stutzenende direkt in den Rohrboden eingelassen wird. Das beidseitige Anschweißen des Kompensators zwischen Wärmetauscherrohrabschnitten entfällt also.

An Hand der schematischen Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmetauschers näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt durch den Wärmetauscher,

Fig. 2 eine Draufsicht eines Teilstückes eines Rohrbodens und

Fig. 3 eine vergrößerte Teillängsansicht von Rohren, Kompensatoren, Zugankern und Rohrboden.

Fig. 1 zeigt einen liegend angeordneten Wärmetauscher, wie er beispielsweise für Gaseintrittstemperaturen unter 800°C verwendet werden kann.

Die äußere Struktur des Wärmetauschers wird durch einen druckfesten Mantel (1) mit den druckfesten Eintritts- und Austrittskammern (2, 3) gebildet. Die Eintrittskammer (2) weist eine feuerfeste Ausmauerung (4) auf.

Das zu kühlende Gas strömt in Pfeilrichtung über die Eintrittskammer (2) in die Rohre (5) des Wärmetauschers. Die Wärmetauscherrohre (5) werden in den Rohrböden (6, 7) gehalten, die in den Mantel (1) eingeschweißt sind. Der Schmiedering (8) ist, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, nur bei ausgemauerter Eintrittskammer erforderlich und wird in Abhängigkeit von der Ausmauerungsdicke (4) dimensioniert. Über den Stutzen (10) seitlich aus der Austrittskammer (3) tritt das gekühlte Gas in Pfeilrichtung aus.

Das Kühlmedium, das die Wärmetauscherohre (5) mit den Kompensatoren (13) umspült, tritt über den Zulaufstutzen (11) ein, kühlt den Boden (6) und tritt über den Auslaufstutzen (12) aus.

Zwischen den Rohrböden (6, 7) erstrecken sich über die Längsachse des Wärmetauschers die geradlinigen Wärmetauscherrohre (5) mit den wechselseitig angeordneten Kompensatoren (13). Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, sind die Wärmetauscherrohre (5) und die Zuganker (8) in Teilkreisen angeordnet. In jedem zweiten Teilkreis sind die Zuganker (8), die die beiden Rohrböden (6, 7) abspannen, angeordnet.

Unterhalb von Fig. 3 ist ein Kompensator (13) mit beidseitigen Rohrstutzen in vergrößertem Maßstab dargestellt.

Im Ausführungsbeispiel sind die Kompensatoren wechselseitig angeordnet. Eine einseitige Anordnung ist jedoch ebenfalls möglich.

Claims (3)

1. Rohrbündelwärmetauscher für den Betrieb bei hohen Gastemperaturen und hohen mantelseitigen Drücken, mit je einem dünnen Rohrboden auf der Gaseintritts- und Gasaustrittsseite, mit auf Teilkreisen der Rohrböden angeordneten Wärmetauscherrohren und mit auf jedem zweiten Teilkreis der beiden Rohrböden angeordneten, die Rohrböden abspannenden Zugankern, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den beiden Rohrböden (6, 7) geradlinig angeordneten Wärmetauscherrohre (5) mit je einem Kompensator (13) ausgestattet sind.

2. Rohrbündelwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensatoren (13) zwischen den geradlinig angeordneten Wärmetauscherrohren (5) einseitig auf einer Seite eines Rohrbodens (6, 7) oder wechselseitig auf beiden Seiten der Rohrböden (6, 7) angeordnet sind.

3. Rohrbündelwärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensatoren (13) jeweils mit ihrem zum Rohrboden (6, 7) gerichteten Rohrstutzen am Rohrboden (6, 7) befestigt sind.