DE4030250A1 - Waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Kühlung von heißem Rohgas mit aggressiven Bestandteilen und zur Erwär­ mung des zu Reingas gereinigten Rohgases, dessen Gehäuse von zwei Seitenwänden und einem oberen und unteren Rohrboden ge­ bildet ist, wobei den Seitenwänden innen zur Bildung von Hohlräumen Trennwände zugeordnet sind und in den oberen und unteren Rohrböden die Enden einer Vielzahl von parallel zu­ einander und zu den Seitenwänden angeordneten Tauscherrohren eingesetzt sind und das heiße Rohgas die Tauscherrohre und das Reingas das Gehäuse quer zu den Tauscherrohren durch­ strömt.

Das Gehäuse sowie die Trennwände sind vorzugsweise aus hoch­ korrosionsfesten Blechen und die Tauscherrohre vorzugsweise aus Glas hergestellt. Derartige Wärmetauscher finden insbe­ sondere in Abgasreinigungsanlagen Verwendung.

Durch die DE 31 42 485 C2 ist ein Glasrohrwärmetauscher vor­ genannter Art bekannt, bei dem an den Seitenwänden Strömungs­ kanäle ausgebildet sind, die zur Erwärmung dieser Wände und damit zur Vermeidung von korrodierenden Kondensationen von heißem Rauchgas durchströmt sind. Der angestrebte Zweck wird mit dem bekannten Glasrohrwärmetauscher jedoch nicht mit Sicherheit erreicht, da sich das heiße Rauchgas in den Strömungskanälen oftmals so weit abkühlt, daß Säurepunktun­ terschreitungen eintreten und dadurch Korrosionen infolge der aggressiven Bestandteile des Rauchgases wirksam werden.

Um diese Nachteile zu beheben, ist es durch die DE 33 33 057 C1 bekannt, einen Glasrohrwärmetauscher der hier in Rede ste­ henden Art dahingehend zu verbessern, daß die Erwärmung der Seitenwände nicht unmittelbar durch Einleitung des heißen Rauchgases in deren Strömungskanäle erfolgt, sondern mittel­ bar mit Hilfe von reiner Umgebungsluft, welche jedoch zuvor von dem heißen Rauchgas in einem weiteren Wärmetauscher aufge­ heizt wird, der in den Strömungskanälen an den Seitenwänden ausgebildet ist. Auch bei dieser bekannten Ausführung eines Wärmetauschers können bei niedrigen Rauchgastemperaturen ebenfalls Taupunktunterschreitungen in den Tauscherrohren der Wärmetauscher in den Strömungskanälen auftreten, ganz ab­ gesehen davon, daß in diesen die anzustrebende gleichmäßige Temperaturverteilung nicht erreichbar ist.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, bei dem die Seitenwände mit geringem apparativen Aufwand besser gegen korrodierende Kondensationen geschützt werden können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die zwischen den Seiten- und den Trennwänden ausgebildeten Hohlräume mit Unterdruck beaufschlagt sind und daß durch die Trennwände in die Hohlräume diffundierte Schadgase des Reingases durch eine Leitung dem Reingasstrom zugeführt werden, bzw. dadurch, daß die zwischen den Seiten- und den Trennwänden ausgebildeten Hohlräume mit Überdruck beaufschlagt sind.

Erfindungsgemäß wird diese bisher durchgängige Maßnahme zum Schutz der Seitenwände, nämlich diese zu beheizen, verlas­ sen. Gemäß der ersten Alternative wird eine Korrosion der Seitenwände dadurch verhindert, daß etwaig in den Zwischen­ raum bzw. Hohlraum zwischen der Trenn- und der Seitenwand eingedrungene Schadgase des Reingases unmittelbar nach ihrem Eindringen aufgrund des Unterdrucks aus dem Hohlraum entfernt und dem Reingasstrom zugeführt werden. Die Zeit, in der das Schadgas innerhalb des Hohl- bzw. Zwischenraums verbleibt, ist zur Kondensation des Schadgases und damit für eine etwai­ ge Beschädigung der Seitenwand nicht ausreichend. Gemäß der anderen Lösungsalternative wird der Hohl- bzw. Zwischenraum zwischen der Seiten- und der Trennwand unter Überdruck ge­ halten. Hierdurch wird überhaupt das Eindringen von Schad­ gasen in diesen Hohlraum vermieden. Die Seitenwände sind dem­ gemäß zuverlässig gegen eine Korrosion aufgrund der Konden­ sation von aus dem Reingasstrom stammenden Schadgasen ge­ schützt.

Wenn der Unterdruck in den Hohlräumen durch den an einem An­ schluß der Leitung erzeugten Saugzug des Reingasstroms er­ zeugt wird, kann die Abfuhr in den Hohl- bzw. Zwischenraum eingedrungener Schadgase in apparativ besonders einfacher Weise durchgeführt werden, wobei der Unterdruck allein durch den aufgrund der Strömung des Reingasstroms erzeugbaren Saug­ druck aufgebracht wird.

Zur Unterstützung der Unterdruckerzeugung in den Hohlräumen kann in der die Hohlräume mit dem Reingasstrom verbindenden Leitung eine Pumpe angeordnet werden, wodurch das Druckgefälle erhöht werden kann. Durch diese Erhöhung des Druckgefälles kann die Verweilzeit etwaig in den Hohlraum eingedrungener Schadgase innerhalb des Hohlraums weiter herabgesetzt werden.

Durch die Überwachung des im Hohlraum herrschenden Überdrucks mittels eines Manometers oder mehrerer Manometer kann in zuverlässiger Weise das Auftreten einer Beschädigung der Trennwand ermittelt werden, da jedweder Druckabfall innerhalb des Hohlraums unmittelbar erfaßt werden kann. Eine Unterbrechung des Betriebs des Wärmetauschers ist auch bei Beschädigungen der Trennwand nicht erforderlich, da durch Zufuhr von Frischluft oder einem Inertgas in den Hohlraum der Überdruck innerhalb des Hohlraums aufrecht erhalten und das Eindringen von Schadgasen zuverlässig verhindert werden kann. Bei dem nächsten planmäßigen Betriebsstillstand kann dann die Trennwand repariert werden.

Sofern das in den Hohlraum eingepumpte Inertgas bzw. die in den Hohlraum eingepumpte Frischluft mit einem Farbstoff ver­ sehen wird, können etwaige Fehlerstellen der Trennwand un­ mittelbar optisch erfaßt werden, wodurch sich die Reparatur­ zeit, die herkömmlicherweise zu einem Großteil für das Auf­ finden etwaiger Schadstellen verbraucht wird, erheblich re­ duziert werden kann.

Vorteilhaft können die Hohlräume in mindestens zwei Abschnitte unterteilt werden, wobei der in diesen vorhandene Überdruck bzw. Unterdruck mittels entsprechender Druckmeßeinrichtungen überwacht ist, wodurch insbesondere bei vergleichsweise großen Ausführungen eine schnelle und einfache Lokalisierung einer eingetretenen Beschädigung möglich ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß sich bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher in den Hohl­ räumen eine Adsorptionsmittelschüttung befindet, sei es in Form eines Mehls oder Granulats. Vorzugsweise findet als Adsorp­ tionsmittel Kalkstein, Aktivkohle od. dgl. Verwendung. Bei etwaigen Korrosionserscheinungen trifft das Rauchgas zuerst auf die Adsorptionsmittelschüttung und verhindert den direkten Kontakt mit den Seitenwandungen, da das Verwendung findende Adsorptionsmittel gegen die im Rauchgas befindlichen Schad­ stoffe nicht nur resistent ist, sondern diese auch adsorbiert und neutralisiert. Ist eine Leckage aufgetreten, so läßt sich diese über den in den Wandungen in den oberen Bereichen der Hohlräume vorgesehene Stutzen leicht feststellen, welche der Entlüftung oder Leckageanzeige dienen. Etwa auftretende Kondensate können über Entwässerungsstutzen abgezogen werden, welche in den unteren Bereichen der Hohlräume vorhanden sind.

Je nach dem angestrebten Sicherheitsgrad gegen Korrosions­ erscheinungen ist es auch möglich, die Verwendung einer Ad­ sorptionsmittelschüttung mit der Unterdruck- oder Überdruck­ methode zu kombinieren.

Vorteilhaft sind die Trennwände und/oder die Seitenwände ganz oder teilweise auswechselbar ausgebildet und ange­ ordnet, so daß bei Auftreten einer Leckage diese ganz oder abschnittsweise ausgewechselt werden können, wobei der Be­ trieb des Wärmetauschers weiter fortgeführt werden kann.

Um die Störanfälligkeit des Wärmetauschers weiter zu verrin­ gern, ist es auch möglich, weitere Bauteile des Wärmetau­ schers, nämlich den unteren Rohrboden, den oberen Rohrbo­ den, den Eintrittflansch und den Austrittflansch alternativ oder gemeinsam doppelbödig bzw. doppelwandig auszuführen und die so entstandenen Hohlräume an die Überdruck- bzw. die Un­ terdruckquelle anzuschließen. Somit können auch diese ge­ fährdeten Bereiche besser gegen Korrosion geschützt werden.

Um die Hohlräume stabil zu gestalten, können in diesen Ab­ standhalterstangen angeordnet werden, die unterbrochen an die entsprechenden Wände angeschweißt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeich­ nung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Wärmetauschers;

Fig. 2 eine Draufsicht der Fig. 1 und

Fig. 3 eine Darstellung von für die Erfindung wesentlichen Teilen des Wärmetauschers.

Das Gehäuse 1 des Wärmetauschers ist von den beiden Seiten­ wänden 2, 3, welche gleichzeitig die Außenwände darstellen, und einem oberen und unteren Rohrboden 4, 5 gebildet. Den Seitenwänden 2, 3 sind innen zur Bildung von Hohlräumen 6, 7 Trennwände 8, 9 zugeordnet. In den oberen und unteren Rohr­ boden 4, 5 sind die Enden einer Vielzahl von parallel zuein­ ander und zu den Seitenwänden 2, 3 angeordneten Tauscher­ rohren 10 eingesetzt. Das heiße Rohgas durchströmt die Tau­ scherrohre 10, während das gereinigte Reingas das Gehäuse 1 des Wärmetauschers quer zu den Tauscherrohren 10 durchströmt. Die Seitenwände 2, 3 sowie die Trennwände 8, 9 und der obere und der untere Rohrboden 4, 5 bestehen vorzugsweise aus hoch­ korrosionsfesten Blechen, während die Tauscherrohre 10 vorzugs­ weise aus Glas hergestellt sind. Es ist jedoch auch möglich, diese beispielsweise aus Graphit oder Kunststoff zu fertigen.

Wie am besten aus Fig. 3 hervorgeht, ist jeder Hohlraum - in der Darstellung gemäß Fig. 3 der Hohlraum 6 - über eine Lei­ tung 11 an eine externe Druckquelle angeschlossen.

Mittels der externen Druckquelle kann innerhalb des Hohlraums 6 ein Unter- oder ein Überdruck erzeugt werden. Bei Erzeugung eines Unterdrucks wird Schadgas, das in den Hohlraum 6 ein­ tritt, so schnell abgeführt, daß es innerhalb des Hohlraums 6 nicht kondensiert. Hierdurch wird die Seitenwand 2 zuverlässig gegen Korrosion geschützt.

Sofern durch die Leitung 11 bzw. durch eine in der Leitung 11 angeordnete Druckquelle innerhalb des Hohlraums 6 ein Über­ druck aufrecht erhalten wird, wird das Eindringen von Schad­ gasen in den Hohlraum 6 zuverlässig verhindert.

Innerhalb des Hohlraums 6 sind Abstandhalterstangen 13 ange­ ordnet, die an der Trennwand 8 bzw. an der Seitenwand 2 un­ terbrochen angeschweißt sind. Durch diese Abstandhalterstan­ gen kann der Hohlraum 6 stabil gehalten werden.

Wie in Fig. 2 angedeutet, kann die Leitung 11 an einen An­ schluß 12 angeschlossen sein; der Anschluß 12 ist seinerseits so an den Reingasstrom angeschlossen, daß der infolge der Rein­ gasströmung auftretende Saugdruck zur Unterdruckerzeugung in­ nerhalb des Hohlraums 6 nutzbar ist und als Unterdruckquelle dient.

In der Leitung 11 kann jedoch auch eine Unterdruckpumpe ange­ ordnet sein, durch die die Unterdruckerzeugung innerhalb des Hohlraums 6 unterstützt bzw. bewerkstelligt wird.

Falls innerhalb des Hohlraums 6 ein Überdruck vorgesehen ist, kann die Leitung 11 außer der Überdruckquelle zusätzlich ein Manometer enthalten, mittels dem der Überdruck innerhalb des Hohlraums 6 überwacht werden kann.

Die Erfindung ist auf die dargestellte und beschriebene Aus­ führung nicht beschränkt. So ist es beispielsweise auch möglich, die Reingase durch die Tauscherrohre zu leiten und die Rohgase diese umströmen zu lassen.

Claims (17)

1. Wärmetauscher zur Kühlung von heißem Rohgas mit aggressi­ ven Bestandteilen und zur Erwärmung des zu Reingas gereinigten Rohgases, dessen Gehäuse (1) von zwei Seitenwänden (2, 3) und einem oberen und unteren Rohrboden (4, 5) gebildet ist, wobei den Seitenwänden (2, 3) innen zur Bildung eines Hohlraums (6, 7) Trennwände (8, 9) zugeordnet sind und in den oberen und unteren Rohrboden (4, 5) die Enden einer Vielzahl von parallel zueinander und zu den Seitenwänden (2, 3) angeordne­ ten Tauscherrohren (10) eingesetzt sind und das heiße Rohgas die Tauscherrohre (10) und das Reingas das Gehäuse (1) quer zu den Tauscherrohren (10) durchströmt, dadurch gekennzeich­ net, daß die zwischen den Seiten- (2, 3) und den Trennwänden (8, 9) ausgebildeten Hohlräume (6, 7) mit Unterdruck beauf­ schlagt sind und daß durch die Trennwände (8, 9) in die Hohl­ räume (6, 7) diffundierte Schadgase des Reingases durch eine Leitung (11) dem Reingasstrom zugeführt werden.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck in den Hohlräumen (6, 7) durch den an einem Anschluß (12) der Leitung (11) erzeugten Saugzug des Reingas­ stroms erzeugt wird.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß in der die Hohlräume (6, 7) an den Saugzug des Rein­ gases anschließenden Leitung (11) zur Unterstützung der Un­ terdruckerzeugung eine Pumpe angeordnet ist.

4. Wärmetauscher zur Kühlung von heißem Rohgas mit aggressi­ ven Bestandteilen und zur Erwärmung des zu Reingas gereinig­ ten Rohgases, dessen Gehäuse (1) von zwei Seitenwänden (2, 3) und einem oberen und unteren Rohrboden (4, 5) gebildet ist, wobei den Seitenwänden (2, 3) innen zur Bildung eines Hohlraums (6, 7) Trennwände (8, 9) zugeordnet sind und in den oberen und unteren Rohrboden (4, 5) die Enden einer Vielzahl von parallel zueinander und zu den Seitenwänden (2, 3) angeordneten Tau­ scherrohren (10) eingesetzt sind und das heiße Rohgas die Tauscherrohre (10) und das Reingas das Gehäuse (1) quer zu den Tauscherrohren (10) durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Seiten- (2, 3) und den Trennwänden (8, 9) ausgebildeten Hohlräume (6, 7) mit Überdruck beaufschlagt sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung des Überdrucks ein oder mehrere Manometer vorgesehen ist bzw. sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hohlräume (6, 7) mit einem Inertgas oder mit Frischluft gefüllt sind.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas bzw. die Frischluft mit einem Farbstoff versehen sind.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (6, 7) in mindestens zwei Abschnitte unterteilt sind, wobei der in diesen vor­ handene Überdruck bzw. Unterdruck mittels einer oder mehrerer entsprechender Druckmeßeinrichtungen überwacht ist.

9. Wärmetauscher zur Kühlung von heißem Rohgas mit aggressi­ ven Bestandteilen und zur Erwärmung des zu Reingas gereinigten Rohgases, dessen Gehäuse (1) von zwei Seitenwänden (2, 3) und einem oberen und unteren Rohrboden (4, 5) gebildet ist, wobei den Seitenwänden (2, 3) innen zur Bildung eines Hohlraums (6, 7) Trennwände (8, 9) zugeordnet sind und in den oberen und unteren Rohrboden (4, 5) die Enden einer Vielzahl von parallel zueinander und zu den Seitenwänden (2, 3) angeordne­ ten Tauscherrohren (10) eingesetzt sind und das heiße Rohgas die Tauscherrohre (10) und das Reingas das Gehäuse (1) quer zu den Tauscherrohren (10) durchströmt, insbesondere nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß sich in den Hohlräumen (6, 7) eine Adsorptionsmittelschüttung befindet.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorptionsmittel Kalkstein, Aktivkohle od. dgl. Ver­ wendung findet.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wandungen in den oberen Be­ reichen der Hohlräume (6, 7) Stutzen vorgesehen sind.

12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wandungen in den unteren Be­ reichen der Hohlräume (6, 7) Entwässerungsstutzen vorhanden sind.

13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (8, 9) und/oder die Seitenwände (2, 3) ganz oder teilweise auswechselbar aus­ gebildet und angeordnet sind.

14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß der untere (5) und/oder der obere Rohr­ boden (4) doppelbödig ausgebildet ist bzw. sind, wobei der zwischen den beiden Böden ausgebildete Hohlraum an den Un­ ter- bzw. den Überdruck angeschlossen ist.

15. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt- und/oder der Austrittflansch des Wärmetauschers doppelwandig ausgebildet ist bzw. sind, wo­ bei der zwischen den beiden Wänden ausgebildete Hohlraum an den Unter- bzw. den Überdruck angeschlossen ist.

16. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in den Hohlräumen (6, 7) Abstandhalterstan­ gen (13) angeordnet sind, die unterbrochen an die Wände (2, 3, 8, 9) angeschweißt sind.

17. Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschers, vorzugs­ weise nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wandung des Gehäuses (1) des Wärmetauschers ausge­ bildete Hohlräume unter Überdruck oder unter Unterdruck ge­ halten werden.