DE4230133A1 - Regenerativ-Wärmetauscher und Verfahren zum Betreiben des Wärmetauschers - Google Patents
Regenerativ-Wärmetauscher und Verfahren zum Betreiben des WärmetauschersInfo
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- F28D19/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
- F28D19/04—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Regenera
tiv-Wärmetauschers und einen Regenerativ-Wärmetauscher, der einen
umlaufenden, radial und axial abgedichtete Speichermassen aufweisen
den Rotor besitzt. Der Regenerativ-Wärmetauscher läßt sich sowohl
für Luftvorwärmer (Luvos) als auch für Gasvorwärmer (Gavos) ein
setzen.
Bei Kraftwerks- und Industriefeuerungsanlagen werden die Abgase in
einem Regenerativ-Wärmetauscher zur Vorwärmung der Verbrennungsluft
genutzt. Bei diesem Prozeß können bspw. die im Abgas enthaltenden
Stickoxide (NOx) weitgehend reduziert werden, indem in diesem Fall
die Speichermassen des Regenerativ-Luftvorwärmers ganz oder teilwei
se als katalytisch wirksame Elemente ausgeführt sind und vor allem
Ammoniak als Reduktionsmittel zugegeben wird. In der Regel ist das
NOx-haltige Abgas das Rauchgas einer Feuerung, das am Ende eines
Dampferzeugers zur Vorwärmung der Verbrennungsluft den Regenerativ
Wärmetauscher durchströmt.
Es entspricht dem Stand der Technik (vgl. den Prospekt "Regenerativ-
Wärmetauscher" der Firma Lugat Aktiengesellschaft für Luft- und
Gastechnik, Basel), daß bei Regenerativ-Wärmetauschern mit umlaufen
den Speichermassen die Rotoren und damit die Rotor- bzw. Speicher
massenkammern sowohl in radialer als auch in axialer Richtung
abgedichtet sind, um den Übertritt von einem in das andere Medium,
d. h. von Rohgas in das Reingas zu vermeiden. Bei Rotorabdichtungen
mit rotierenden Heizflächen werden daher federnde Streifbleche
eingesetzt. Diese sind an allen Radialwänden befestigt und so einju
stiert, daß sie über die Radialholme des Wärmetauschergehäuses
schleifen. Außerdem befinden sich Streifbleche im Umfangsbereich
beider Rotorstirnseiten, die ebenfalls schleifend am Rotorgehäuse
anliegen. Durch die Radialdichtungen werden die den Wärmetauscher
durchströmenden Medien voneinander getrennt, und durch die Umfangs
dichtungen lassen sich vornehmlich Bypass-Strömungen vermeiden.
Bei Anlagen zur Abgasreinigung bzw. Schadgasminderung sind die
Anforderungen an die einzelnen Komponenten heutzutage sehr hoch.
So wird bspw. für einen Wärmetauscher, der in einer Müllverbren
nungsanlage das Abgas zur katalytischen Reinigung auf die nötige
Reaktionstemperatur vorwärmt, ein Leckage-Wert von deutlich unter
0,3% gefordert, um Dioxin- und Furan-Emissionen zu vermeiden. Dabei
hat es sich herausgestellt, daß bei den bekannten, federnden Dich
tungssystemen bei einem Regenerativ-Wärmetauscher mit umlaufenden
Speichermassen eine solche Forderung nicht erfüllt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zu schaffen, die bei einem Regenerativ-Wärmetau
scher der eingangs genannten Art einen hohen Dichtheitsgrad erlauben
und Leckagen weitestgehend vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das den Rotor
axial umschließende Gehäuse und die radial zwischen den wärmetau
schenden Medien angeordneten Trennzonen als Sperrkammern (Umfangs- bzw.
Radialkammern) ausgebildet sind. Mit dem somit erreichten
Sperrkammersystem läßt sich ein direkter Kontakt bzw. ein Übertritt
der wärmetauschenden Medien von dem einen zu dem anderen vermeiden,
denn die beiden Durchströmungsbereiche sind am Ein- und Austritt,
d. h. beidseitig des Rotors, ringsum abgedichtet. Mit dieser Art der
Rotorabdichtung wird vermieden, daß das Medium mit dem höheren Druck
direkt zum Medium mit dem geringeren Druck übertritt; Spaltleckagen
sammeln sich vielmehr zunächst im Wärmetauschergehäuse und strömen
erst dann von da aus über die nächsten Dichtungen in die Bereiche
mit geringeren Drücken ab. Die strömenden Medien sind an jeder
Rotorstirnseite in sich völlig abgedichtet, und im Wärmetauscher
liegen in radialer Richtung an allen Stellen Doppeldichtungen vor.
Es wird vorgeschlagen, daß an der kalten und der heißen Stirnseite
am äußeren Umfang des Rotors angeordnete, vorzugsweise als Dicht
leisten mit einer dem Bogenmaß von mindestens zwei Speichermassen
kammern entsprechenden Länge ausgebildete Umfangsdichtungen die
Umfangskammern begrenzen.
Es wird vorgeschlagen, daß die beidseitig des Rotors in den Trenn
zonen angeordneten Radialdichtungen jeweils mindestens eine Spei
chermassenkammer voll abdecken. Die Radialdichtungen sind somit an
die Abmessungen bzw. die Kontur einer Rotorkammer angepaßt. Während
sich für die stirnseitigen Umfangsdichtungen zwar segmentierte,
jedoch im wesentlichen zylinderkopfartige Dichtringe vorsehen
lassen, sind die Radialdichtungen im wesentlichen streifenartig,
mit einem sich an ihren außenliegenden Enden weitenden Verlauf
ausgebildet; nach dem Auflegen der Umfangsdichtungen lassen sich
die Radialdichtungen bündig zwischen diese einfügen. Es läßt sich
damit in vorteilhafter Weise erreichen, daß die Umfangs- und die
Radialdichtungen eine in einer gemeinsamen Ebene liegende, an den
Stoßstellen lückenlos durchgehende bzw. ineinander übergehende
Dichtfläche bilden.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die
Umfangs- und die Radialdichtungen elastisch angestellt sind. Die
Dichtungen sind hierbei im Unterschied zu den bekannten federnden
Blechlamellendichtungen als axial aufliegende, breite Dichtleisten
ausgebildet, die sich der betriebsbedingten Wärmeausdehnung des
Rotors problemlos anpassen. Sie werden dem jeweiligen Betriebs
zustand folgend über eine Sensorsteuerung, wie bekannt, vollautoma
tisch eingestellt. Aufgrund der elastischen, federnd nachgiebigen
Anordnung der Abdichtungen kann der Rotor bei größeren Temperatur
unterschieden nicht im Gehäuse blockieren, wie auch im Störfall,
bspw. bei Stillstand des Motors, eventuell einseitige Verformungen
zu keinem Blockieren führen können, so daß sich der Rotor aus jeder
Betriebsposition heraus jederzeit wieder anfahren läßt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Umfangskammern
unterteilt sind, d. h. bei einem Regenerativ-Wärmetauscher mit
vertikaler Drehachse eine obere und eine untere bzw. bei einem
Regenerativ-Wärmetauscher mit einer horizontalen Drehachse eine
hintere und eine vordere Kammer aufweisen. Im Bereich der beiden
Kammern sind zur Unterteilung zylindrische Dichtungen um den Rotor
gelegt. Die unterteilten Umfangskammern erlauben in vorteilhafter
Weise eine Betriebsweise des Regenerativ-Wärmetauschers, bei der
gezielt und angemessen den örtlich im Wärmetauscher gegebenen
Druckverhältnissen entsprechend an den jeweiligen Dichtstellen
abgesaugt, gesperrt, ausgeblasen oder ausgesaugt werden kann. Eine
solche Betriebsweise ist allerdings auch bei nicht unterteilten
Umfangskammern möglich.
Die erfindungsgemäß radial erreichten Doppeldichtungen erlauben es
in vorteilhafter Weise, an die Sperrkammern entweder eine Absaugung,
z. B. einen Ventilator, oder eine Sperrgasleitung anzuschließen und
damit entweder einen Unter- oder einen Überdruck zu erzeugen, sowie
an die Radialkammern eine Spülgaszuleitung anzuschließen. Das bietet
die Möglichkeit, Spaltleckagen in Regenerativ-Wärmetauschern auf
einfache Art und Weise gezielt teilweise oder auch völlig zu ver
meiden, z. B. durch Absaugung oder Zuführung von Sperrgas. Außerdem
können über die betreffenden Radialbereiche Schleißverluste durch
Ausblasen minimiert werden. Schließlich wird mit jedem Spülvorgang
zusätzlich erreicht, daß jede Speichermassenzelle bzw. -kammer vom
schadstoffbeladenen Rohgassektor kommend im Bereich der radialen
Doppeldichtung mit sauberem Gas ausgespült wird, bevor sie in den
Reingassektor eintritt.
Sämtliche Rotor-Abdichtungen lassen sich mit mechanischen Vorrich
tungen den jeweiligen Betriebsverhältnissen entsprechend an die
Rotorstirnflächen dicht anlegen. Die Verstellungen können von Hand
oder auch automatisch durchgeführt werden; dabei lassen sich größere
Bereiche der Umfangsdichtungen, deren Bogenmaß mindestens der
Bogenlänge von zwei Speichermassenkammern entsprechen sollte, von
einzelnen Betätigungspunkten aus feststellen. Zur Betätigung lassen
sich Hebel einsetzen, die von den Betätigungspunkten aus zu den
einzelnen Verbindungsstellen an den Dichtungen reichen. Die Anzahl
der Betätigungsvorrichtungen läßt sich auf diese Weise verringern.
Damit die Betätigungs- und Andruckkräfte der Dichtungen möglichst
gering sind, werden die Gewichte der Dichtplatten bzw. -ringe durch
Gegengewichte über die vorhandenen Hebelgestänge ausgeglichen.
Gegenüber Anstellfedern haben Gegengewichte den Vorteil, daß die
Reaktionskräfte auch bei unterschiedlichen Abdichtungspositionen
konstant bleiben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der einige Aus
führungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung näher erläutert
sind. Es zeigen:
Fig. 1 den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Regenerativ-
Wärmetauschers mit umlaufenden Speichermassen, schema
tisch dargestellt;
Fig. 2 den Regenerativ-Wärmetauscher gemäß Fig. 1 entlang der
Linie II-II geschnitten;
Fig. 3 in teilweise geschnittener Darstellung die Vorderansicht
eines Regenerativ-Wärmetauschers mit einer angeschlosse
nen Leckage-Absaugung; und
Fig. 4 in teilweise geschnittener Darstellung die Vorderansicht
eines Regenerativ-Wärmetauschers mit einem Sperrgasan
schluß.
Der Regenerativ-Wärmetauscher 1 gemäß Fig. 1 besitzt einen um eine
vertikale Drehachse 2 rotierenden Rotor 3, der zahlreiche Speicher
massenzellen bzw. -kammern 4 (vgl. Fig. 2) aufweist. Der Regenera
tiv-Wärmetauscher 1 wird gemäß Pfeilrichtung 5, d. h. von oben nach
unten von heißem, von einem nicht dargestellten Dampferzeuger über
einen Kanal zugeführtes Abgas durchströmt, während im Gegenstrom
gemäß Pfeilrichtung 6 Reingas, z. B. Luft, den von dem Abgas aufge
heizten Speichermassenkammern 4 zugeführt wird. Die Luft kühlt die
Speichermassenkammern 4 ab und strömt oben, d. h. an der heißen Seite
7 des Wärmetauschers 1 als Heißluft durch einen Kanal zur Feuerung.
Sowohl an der heißen Seite 7 als auch an der kalten Seite 8 sind
auf den Rotor 3 an dessen äußerem Umfang bzw. Rand ringartige
Umfangsdichtungen 9 aufgelegt, die segmentartig unterteilt sind und
eine Bogenlänge 11 aufweisen, die ein Mehrfaches der Bogenlänge
einer Speichermassenkammer 4 entsprechen (vgl. Fig. 2); in dem in
Fig. 2 dargestellten Beispiel bestehen die Umfangsdichtungen 9 aus
vier an den Stoßstellen eng aneinandergefügten Viertelkreisringen.
Die Umfangsdichtungen 9 schaffen in dem Bereich zwischen dem das
den Rotor 3 axial umschließende Gehäuse 12 und dem Rotor 3 Sperr- bzw.
Umfangskammern 13.
Weiterhin sind in den die beiden Medienströme 5 bzw. 6 voneinander
trennenden Trennzonen 14 Radialkammern 15 (vgl. Fig. 1) ausgebildet,
indem in diesen Zonen Radialdichtungen 16 jeweils oben und unten
auf den Rotor 3 aufgelegt sind; die Radialdichtungen 16 sind im
wesentlichen streifenförmig, mit sich weitenden Enden ausgebildet
und so bemessen, daß sie eine Speichermassenkammer 4 völlig ab
decken. Auf diese Weise sind die den Regenerativ-Wärmetauscher 1
im Gegenstrom durchströmenden Medien 5 bzw. 6 auf jeder Rotorstirn
seite, d. h. sowohl an der heißen als auch an der kalten Seite 7 bzw.
8 in sich völlig abgedichtet; im Wärmetauscher liegen in der radia
len Erstreckung des Rotors 3 somit Doppeldichtungen vor. Die Radial
dichtungen 16 sind so bemessen, daß sie sich - den Durchmesser der
Umfangsdichtungen 9 überbrückend - in die Umfangsdichtungen 9 ein
passen lassen. Sämtliche aufgrund der Umfangsdichtungen 9 und der
Radialdichtungen 16 entstehenden Dichtflächen liegen in einer Ebene,
d. h. es liegt kein Versatz zwischen ihnen vor; außerdem besitzen
sie keinerlei Durchdringungen von Antriebs- und sonstigen Betäti
gungselementen.
Die Umfangsdichtungen 9 und die Radialdichtungen 16 sind elastisch,
d. h. nachgiebig federnd angestellt bzw. an den Rotor angedrückt.
Zu diesem Zweck sind für die Umfangsdichtungen 9 sowohl an der
heißen als auch an der kalten Seite 7 bzw. 8 des Rotors 3 mehrere Be
tätigungspunkte 17 für den manuellen oder vollautomatischen Betrieb
vorhanden; jeweils einem größeren Bereich der Umfangsdichtungen 9
ist dabei ein Betätigungspunkt 17 zugeordnet, von dem aus sich Hebel
18 zu den Dichtungen erstrecken. Damit ist es möglich, von wenigen
Betätigungspunkten 17 aus die gesamten Umfangsdichtungen 9 soweit
wie nötig zu beeinflussen. Zum Andrücken der Radialdichtungen 16
sind an den in den Trennzonen 14 ausgebildeten, umfangsgeschlossenen
Radialkammern 15 Anstellfedern 19 (vgl. Fig. 1) angeordnet.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Regenerativ-Wärmetauscher 1 sind
die Umfangskammern 13 durch eine um den Mantel des Rotors 3 gelegte
Ringdichtung 21 in eine obere und eine untere Kammer 13a, 13b
unterteilt. An die obere Kammer 13a ist eine Zuleitung 22 für eine
obere Absaugung bzw. Abdrückung und an die untere Kammer 13b ist
eine Zuleitung 23 für eine untere Absaugung bzw. Abdrückung angeord
net; die Zuleitungen dienen zur Leckage-Minimierung bzw. -Vermei
dung. Die Umfangskammern 13 bzw. 13a, 13b und die Radialkammern 15
lassen sich nämlich gemeinsam oder getrennt über einen separaten
Ventilator absaugen und damit auf einem Unterdruck halten, oder in
umgekehrter Weise mit Sperr- oder Spülgas beaufschlagen und auf
einen Überdruck bringen.
Bei der Ausführung eines Regenerativ-Wärmetauschers 100 nach Fig. 3
ist eine Leckage-Absaugung für das Sperrkammer- und Dichtungs
system genauer dargestellt; sie besteht aus Rohranschlüssen 24, 25,
über die ein nicht dargestellter Ventilator in Pfeilrichtung 26
Leckagen aus der in diesem Fall nicht unterteilten Umfangskammer
13 und der unteren Radialkammer 15 absaugt.
Der in Fig. 4 dargestellte Regenerativ-Wärmetauscher 200 unter
scheidet sich von der Ausführung nach Fig. 3 im wesentlichen le
diglich dadurch, daß über die Rohranschlüsse 24 bzw. 25 in umgekehr
ter Richtung, d. h. gemäß den Pfeilen 27 Sperr- bzw. Spülgas in die
Umfangskammer 13 bzw. Radialkammer 15 eingebracht wird. Außerdem
ist noch eine Rohrleitung 28 an die obere Radialkammer 15 ange
schlossen, über die das eingeleitete Sperr- bzw. Spülgas nach dem
Durchströmen des Sperrkammer- und Dichtungssystems wieder nach außen
austreten kann.
Bezugszeichenliste
1, 100, 200 Regenerativ-Wärmetauscher
2 Drehachse
3 Rotor
4 Speichermassenkammer
5 Pfeilrichtung
6 Pfeilrichtung
7 heiße Seite
8 kalte Seite
9 Umfangsdichtung
10
11 Bogenlänge
12 Gehäuse
13, 13a, 13b Sperrkammer
14 Trennzone
15 Radialkammer
16 Radialdichtung
17 Befestigungspunkt
18 Hebel
19 Anstellfeder
20
21 Ringdichtung
22 Zuleitung
23 Zuleitung
24 Rohranschluß
25 Rohranschluß
26 Pfeilrichtung
27 Pfeil
28 Rohrleitung
2 Drehachse
3 Rotor
4 Speichermassenkammer
5 Pfeilrichtung
6 Pfeilrichtung
7 heiße Seite
8 kalte Seite
9 Umfangsdichtung
10
11 Bogenlänge
12 Gehäuse
13, 13a, 13b Sperrkammer
14 Trennzone
15 Radialkammer
16 Radialdichtung
17 Befestigungspunkt
18 Hebel
19 Anstellfeder
20
21 Ringdichtung
22 Zuleitung
23 Zuleitung
24 Rohranschluß
25 Rohranschluß
26 Pfeilrichtung
27 Pfeil
28 Rohrleitung
Claims (12)
1. Regenerativ-Wärmetauscher mit einem umlaufenden, radial und
axial abgedichtete Speichermassen aufweisenden Rotor,
dadurch gekennzeichnet,
daß das den Rotor (3) axial umschließende Gehäuse (12) und die
radial zwischen den wärmetauschenden Medien angeordneten
Trennzonen (14) als Sperrkammern (Umfangs- bzw. Radialkammern
13; 13a, 13b bzw. 15) ausgebildet sind.
2. Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der kalten und der heißen Stirnseite (7, 8) am äußeren
Umfang des Rotors (3) angeordnete Umfangsdichtungen (9) die
Umfangskammern (13; 13a, 13b) begrenzen.
3. Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Umfangsdichtungen (9) als Dichtleisten mit einer dem
Bogenmaß von mindestens zwei Speichermassenkammern (4) ent
sprechenden Länge ausgebildet sind.
4. Regenerativ-Wärmetauscher nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beidseitig des Rotors (3) in den Trennzonen (14)
angeordneten Radialdichtungen (16) jeweils mindestens eine
Speichermassenkammer (4) voll abdecken.
5. Regenerativ-Wärmetauscher nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Umfangs- und die Radialdichtungen (9, 16) eine in einer
gemeinsamen Ebene liegende, an den Stoßstellen lückenlos
durchgehende Dichtfläche bilden.
6. Regenerativ-Wärmetauscher nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Umfangs- und die Radialdichtungen (9, 16) elastisch
angestellt sind.
7. Regenerativ-Wärmetauscher nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Umfangskammern in eine obere bzw. hintere und eine
untere bzw. vordere Kammer (13a, 13b) unterteilt sind.
8. Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 7,
gekennzeichnet durch
eine zwischen den beiden Kammern (13a, 13b) an den Mantel des
Rotors (3) gelegte Dichtung (21).
9. Regenerativ-Wärmetauscher nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß an die Sperrkammern (13, 13a, 13b bzw. 15) eine Absaugung
(22, 23; 24, 26) angeschlossen ist.
10. Regenerativ-Wärmetauscher nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß an die Sperrkammern (13, 13a, 13b bzw. 15) eine Sperr
gaszuleitung (24, 25) angeschlossen ist.
11. Regenerativ-Wärmetauscher nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß an die Radialkammern (15) eine Spülgaszuleitung angeschlos
sen ist.
12. Verfahren zum Betreiben eines Regenerativ-Wärmetauschers
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß gezielt und angemessen den örtlich im Wärmetauscher (1,
100, 200) gegebenen Druckverhältnissen entsprechend an den
jeweiligen Dichtstellen abgesaugt, gesperrt, ausgeblasen oder
ausgesaugt werden kann.
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Publication Number | Publication Date |
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DE4230133A1 true DE4230133A1 (de) | 1994-03-10 |
Family
ID=6467590
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4230133A Withdrawn DE4230133A1 (de) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | Regenerativ-Wärmetauscher und Verfahren zum Betreiben des Wärmetauschers |
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JP (1) | JPH0712477A (de) |
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BR (1) | BR9303726A (de) |
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ES (1) | ES2113457T3 (de) |
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PL (2) | PL56220Y1 (de) |
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