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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.