DE599300C - Waermeaustauscher fuer sehr hohe Heizgasgeschwindigkeiten - Google Patents

Waermeaustauscher fuer sehr hohe Heizgasgeschwindigkeiten

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DE599300C
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pipes
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pipe
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22DPREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D1/00Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters
    • F22D1/02Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters with water tubes arranged in the boiler furnace, fire tubes, or flue ways
    • F22D1/04Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters with water tubes arranged in the boiler furnace, fire tubes, or flue ways the tubes having plain outer surfaces, e.g. in vertical arrangement

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

  • Wärmeaustauscher für sehr hohe Heizgasgeschwindigkeiten Bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Heizgase in Wärmeaustauschvorrichtungen, z. B. über ioo m/s, ist es von besonderer Wichtigkeit, daß der Arbeitsbetrag, der zur Erzeugung dieser Heizgasgeschwindigkeiten aufgewendet . wird, in einem günstigen Verhältnis zur erreichbaren Wärmeübertragung steht. Zu vermeiden sind daher alle Stoß- und Wirbelverluste, die eine Vernichtung von Strömungsenergie und damit eine Erwärmung innerhalb des strömenden Heizmittels zur Folge haben, der Wärmeübertragung aber nicht unmittelbar dienlich sind. So sind z. B. Wärmeaustauschvorrichtungen, bei denen die Heizgase senkrecht zur Rohrachse strömen und bei denen stets mehrere Rohrreihen hintereinander stehen, wegen der durch die wiederholte Querschnittsänderung bedingten Geschwindigkeitsänderungen und Wirbelverluste nicht brauchbar, selbst wenn die Rohre mit stromlinienförmigen Verkleidungen versehen werden. Es ist nämlich auch nicht möglich, die Rohre so eng zu stellen, daß der für die hohen Strömungsgeschwindigkeiten erforderliche kleine Durchtrittsquerschnitt erreicht wird. Für Wärmeaustauschvorrichtungen für große Heizgasgeschwindigkeiten sind daher nur solche Heizgasführungen geeignet, bei welchen der Heizgasstrom in Richtung der Längsachse der v orzugsweise geradlinig verlaufenden Wärmeaustauschflächen geführt wird. Da aber die Wärmeaustauschvorrichtungen meist aus mehreren Gruppen bestehen müssen, um eine genügend große Heizfläche in einem vorgeschriebenen Raum unterbringen und gut herstellen zu können, so wird der Heizgasstrom durch die dann erforderlichen Verbindungsstücke zwischen den einzelnen Gruppen an zahlreichen Stellen unterbrochen. Werden diese Rohrverbindungen in der üblichen Weise als Rohrkrümmer oder Rohrenden mit (in Strömungsrichtung gesehen) unverändertem Rohrquerschnitt ausgeführt, so ergibt sich durch diese Rohrverbindung eine Querschnittsverengung des Heizgasstromes, die eine weitere Verlustquelle darstellt.
  • Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, insbesondere zur Wasservorwärmung und Überhitzung für Dampferzeuger, der aus mehreren parallelen geradlinigen Rohren besteht, an denen die Heizgase in Richtung der Rohre mit einer Geschwindigkeit von etwa über ioo m/s vorbeigeführt werden. Die Erfindung besteht darin, daß die in Strömungsrichtung der Heizgase angeordneten Rohre in Gruppen unterteilt sind, wobei die Rohre der einzelnen Gruppen gleichachsig aneinanderstoßen und nebeneinanderliegende Rohre untereinander durch Hohlkörper in Stromlinienform verbunden sind.
  • In den Abb. i bis 8 sind Wärmeaustauscher für hohe Geschwindigkeiten gemäß der Erfindung dargestellt. Abb. i zeigt z. B. einen Vorwärmer mit kaminartigem Aufbau. Er ist aus drei übereinandergesetzten Rohrgruppen i, z und 3 gebildet. Jede Rohrgruppe besteht, wie- aus dem vergrößerten Querschnitt (Abb. z) be_rv(irgeht, aus sieben Rohrlagen von je sieben Rohren. Das vorzuwärmende Wasser strömt innerhalb der Rohre. Es tritt bei 4 ein und verläßt den Vorwärmen bei 5. Die einzelnen Rohrlagen der drei Rohrgruppen sind durch die Rohrbögen 6 und 7 verbunden. Die Heizgase bespülen die Außenseite der Rohre, sie treten bei 8 ein und verlassen den Vorwärmen bei 9, um von dort durch den kegelig erweiterten Kamin ins Freie zu gelangen. Da die Geschwindigkeit der Heizgase zur Erreichung hoher Wärmeübergänge über ioo m/s sein soll, so muß jedes Hindernis vermieden werden, das eine Vernichtung von Geschwindigkeit zur Folge hat, ohne eine entsprechende Erhöhung des Wärmeüberganges herbeizuführen. Solche Hindernisse bilden in erster Linie die üblichen Querverbindungen von Rohrlagen oder die Rohrschleifen, sie verengen den freien Durchtrittsquerschnitt der Heizgase, so daß diese örtlich ein Mehrfaches der Geschwindigkeit längs der Rohre annehmen müssen, sie verursachen aber auch wegen der plötzlichen Querschnittsverengung und unmittelbar darauffolgenden Querschnittszunahme störende Wirbel und Strömungsverluste. Erfindungsgemäß sollen diese Verbindungen daher als Körper in Stromlinienform ausgebildet werden. Abb. 3, 5 und 7 zeigen derartige Stromlinienkörper. Sie sind wesentlich schmäler als das Rohr, das sie verbinden. Die Verengung des Heizgaskanales zwischen den Rohren ist daher nur eine unbedeutende. Der Energieaufwand, der zur Erzeugung dieser Geschwindigkeitserhöhung erforderlich ist, ist sehr gering, da infolge des guten Auslaufes des Körpers der. zusätzliche Energieaufwand fast ganz zurückgewonnen wird. Das Verbindungsstück kann aus gegossenem Metall hergestellt sein und z.B. wie in Abb. 3 und 4 für die Verbindung von je zwei Rohren dienen. Es können aber auch die Verbindungsstücke einer ganzen Rohrgruppe ein gemeinsames Guß- oder Schmiedestück bilden, wie Abb.5 und 6 zeigt. Die Verbindung kann auch aus dem Werkstoff der Rohre selbst bestehen, wie Abb. 7 und 8 zeigt, und durch Schweißen hergestellt sein. Ebenso wichtig wie die Vermeidung von Strömungsverlusten durch die Querverbindungen der Rohre ist die Vermeidung der Verluste, die durch eine Versetzung der Rohrgruppen verursacht wird. Um einen von Unterbrechungen und Versetzungen freien Gaskanal zu erhalten, werden die Rohrenden mit Zapfen versehen, die in Vertiefungen der vorhergehenden 'und nachfolgenden Rohrgruppe eingreifen. In Abb. 3 und 4 sind bei io und ii Zapfen und Vertiefung ersichtlich. Diese Zapfen enthalten auch eine Verschlußschraube 12, die eine Zugänglichkeit des Rohrinnern zu Reinigungszwecken ermöglicht. Die Querverbindung besteht hier aus zwei Teilen 13 und 14, die zwei verschiedenen Rohrlagen angehören. Durch die Paßstücke werden sie ebenfalls in ihrer Lange zueinander festgehalten.
  • Die Zwischenstücke i,5 des gemeinsamen Verbindungsstückes (Abb. 6) sind blind und können, wie auch aus Abb. 2 hervorgeht, noch wesentlich schmaler gehalten werden als die Durchtrittsöffnungen 16 zwischen zwei Rohren.
  • Die Öffnung 17 bei der Rohrverbindung gemäß Abb.7 und 8 wird durch Herauspressen der an dieser Stelle aufgeschlitzten Rohrwand erhalten. Die Enden werden dann verschweißt.
  • Diese für sehr hohe Geschwindigkeiten bestimmte und größere Geschwindigkeitsänderungen und tote Ecken verhütende Bauweise ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb auch bei starkem Staubgehalt der Heizgase, da eine Ablagerung des Staubes an den Heizflächen nicht möglich ist. Es kann ferner bei Anwendung der Bauweise gemäß der Erfindung die Abkühlung der Heizgase in Speisewasservorwärmern weit unter die sonst als Minimum geltende Temperatur von iao bis 13o° C getrieben werden. Da keine toten Ecken vorhanden sind, in denen Wasser aus kondensiertem Brennwasserdampf oder aus Undichtigkeiten längere Zeit verweilt, ist die Bildung von korrodierender Säure auch unmöglich. Eine Kondensation des Brennwasserdampfes kann sogar erwünscht sein, um auch den Wärmeinhalt dieses Dampfes für die Vorwärmung nutzbar zu machen. Da infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Heizgases die an den kalten Wänden sich bildenden Tröpfchen sofort wieder abgeschleudert und ins Freie abgeführt werden, so kann weder eine Bildung von Säure noch ein Rückverdampfen der Tropfen in den heißeren Abgasen stattfinden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE i. Wärmeaustauscher, insbesondere zur Wasservorwärmung und Überhitzung für Dampferzeuger, der aus mehreren parallelen geradlinigen Rohren besteht, an denen die Heizgase in Richtung der Rohre mit einer Geschwindigkeit von etwa über ioo m/s vorbeigeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die in Strömungsrichtung der Heizgase angeordneten Rohre in Gruppen (1,:2,3) unterteilt sind, wobei die Rohre der einzelnen Gruppen gleichachsig aneinanderstoßen und nebeneinanderliegende Rohre untereinander . durch Hohlkörper (16) in Stromlinienform verbunden sind. z. Wärmeaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die stromlinienförmigen Hohlkörper geteilt sind und jeder Teil (13, 1q.) als wasserseitiges Verbindungsstück zweier verschiedener Rohrgruppen für zwei nebeneinanderliegende Rohre der gleichen Gruppe dient. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstücke zwischen je zwei nebeneinanderliegenden Rohren durch Pressen aus der Rohrwand erhalten und durch Schweißen miteinander verbunden werden. q.. Wärmeaustauscher nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichachsig aneinanderstoßenden Rohre der Rohrgruppen mit Paßstücken (1o, i i) versehen werden, die eine Versetzung der Rohre verhüten.
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