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Korrosionssichere Anordnung bei Kreuzstromwärmeaustauschern Bei Wärmeaustauschern,
insbesondere rauchgasbeheizten Lufterhitzern, treten Zerstörungen der Wandungen
auf, wenn die Wandungstemperatur unter eine bestimmte Grenze sinkt. Bei derartigen
Austauschern berücksichtigt man daher, daß bei gewöhnlichen Belastungen diese Temperaturgrenze
nicht unterschritten wird. Meistens ist es aber nicht zu vermeiden, daß unterhalb
einer gewissen Teilbelastung die Wandungstemperaturen unter die erwähnte Gefahrgrenze
sinken.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung, die auch bei geringen
Belastungen das Unterschreiten der Gefahrtemperatur verhütet.
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Diese Lufterhitzer von Feuerungen erwärmen die Luft meistens von der
Temperatur der Außenluft an. Mit einer Verringerung der Belastung durch Zugdrosselung
ist eine Senkung der Rauchgastemperatur verknüpft. Bleibt das Verhältnis der Wärmeübergangszahlen
von Gas auf Wand und von Luft auf Wand gleich, so sinkt die Temperatur der Heizfläche.
Bei gleichen Luft- und gasseitigen Wärmeübergangszahlen entspricht die Wandungstemperatur
etwa dem aritlitnetischen Mittel aus Luft- und Gastemperatur.
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Bekannt sind Verfahren, die den Zerstörungen der Heizflächenwandungen
dadurch entgegenwirken, daß sie die Temperatur des anzuwärmenden Mittels heraufsetzen.
Dadurch wird dann auch die Wandungstemperatur in dem eigentlichen Wärmeaustauscher
gehoben. Die Verfahren, die entweder mit besonders vorgeschalteten Heizflächen oder
mit Umwälzung eines Teilstromes des anzuwärmenden Mittels arbeiten, sind mehr oder
weniger umständlich oder erfordern für die Umwälzarbeit einen zusätzlichen Kraftbedarf.
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Die Erfindung geht von der bekannten Tatsache aus, daß die Wärmeübergangszahl
(Wärmeübergang vom Gas an die Wandung und umgekehrt) mit der Gasgeschwindigkeit
steigt und daß man daher durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des wärmeabgebenden
Mittels die Wandungstemperatur erhöhen und damit die Gefahr der Korrosion vermindern
kann. Es ist also nur erforderlich, mit sinkender Belastung den Hei;zflächenquerschnitt
auf der Seite des wärmeabgebenden Mittels zu verringern.
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Es sind bereits Wärmeaustauschvorrichtungen, insbesondere Lufterhitzer,
bekannt, bei denen die Luft- und Gaskanäle bei sinkender Belastung gleichzeitig
teilweise überdeckt werden. Es wird also in einem solchen Fall die Strömungsgeschwindigkeit
auf beiden Seiten der wärmeübertragenden Wände zunehmen und demgemäß auch. der Wärmeübergangsbetrag.
Korrosionssicherheit ist daher auf diese Weise nicht zu erreichen.
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Bei anderen, ebenfalls bekannten Wärmeaustauschern sind zwar Regelklappen
im Wege des wärmeabgebenden Mittels angeordnet, und zwar können die Klappen einzeln
oder gruppenweise abgesperrt werden. Bei dieser bekannten Einrichtung schließen
die
Klappen jedoch nicht Teilstränge des wärmeabgebenden Mittels
innerhalb des Lufterhitzers ab, sondern das wärmeabgebende Mittel kann sich nach
Vorbeiströmen an den Klappen über die ganze Breite des Wärmeaustauschers ausbreiten.
Die Strömungsgeschwindigkeit des wärmeabgebenden Mittels innerhalb des Wärmeaustauschers
wird also durch die Klappen nicht beeinflußt.
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Ferner sind schon Gegenstromlufterhitzer bekannt, bei denen innerhalb
des Erhitzerkörpers für die Rauchgase mehrere parallele, einzeln absperrbare Kanäle
vorgesehen sind. Hier wird die Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase bei sinkender
Belastung erhöht; aber es besteht der Übelstand, daß nur einzelne Teilstränge der
Luft erhitzt werden und daß bei der Mischung der erhitzten mit den kalten Teilsträngen
der Luft starke örtliche Temperaturunterschiede innerhalb des Wärmeaustauschers
auftreten, so daß an einzelnen Stellen die Wandungstemperatur sehr niedrig ausfallen
kann. An diesen Stellen treten dann Korrosionserscheinungen auf.
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Gemäß der Erfindung wird daher ein Kreuzstromwärmeaustauscher gewählt,
bei dem der Strom des wärmeabgebenden Mittels durch Zwischenwände o. dgl. in mehrere
parallele Teilstränge zerlegt ist, von denen jeder einzelne sämtliche Teilströme
des wärmeaufnehmenden Mittels beaufschlagt, und die einzeln durch Klappen oder ähnliche
Mittelregelbar sind.
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In der Zeichnung ist schematisch ein Schaltungsbeispiel eines Lufterhitzers
gemäß der Erfindung dargestellt.
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a, b, c sind Teile eines im Kreuzstrom betriebenen Taschenlufterhitzers.
Das Gebläse v drückt Luft von Außentemperatur durch die luftseitig hintereinandergeschalteten
Lufterhitzerteile. Die vorgewärmte Luft strömt durch den Kanal s zu der Verbrauchsstelle.
Vor oder hinter den rauchgasseitig parallel geschalteten Lufterhitzerteilen liegen
Drosselklappen, die nacheinander zur Wirkung gelangen. Dabei sind die Rauchgaskanäle
innerhalb des Wärmeaustauschers durch Zwischenwände o. dgl. in Teilstränge zerlegt,
von denen jeder durch eine Drosselklappe beherrscht wird. In der Abbildung sind
die Klappen lel, k2, k3 im Sinne der Rauchgasströmung hinter den Lufterhitzer geschaltet.
Bei gewöhnlicher Last sind sämtliche Klappen geöffnet. Bei abnehmender Last wird
zunächst die Klappe k3 geschlossen. Für die Rauchgase ist nur der Weg durch die
Teile a und b noch offen. Bei weiterer Lastverringerung wird die Klappe k2
geschlossen. Die einzelnen jalousiestücke der Klappe k1 werden zweckmäßig so miteinander
verbunden, daß sie bei Bedienung nacheinander schließen, und zwar in der Richtung
von innen nach außen. Zweckmäßig wird im allgemeinen bei nachgeschalteten Klappen
die Zahl der getrennt zu bedienenden Klappen in Übereinstimmung mit der Zahl der
auf der Rauchgasseite senkrecht zur Luftströmung stehenden Zwischenwände bemessen.
Um bei nicht dicht schließenden Absperrvorrichtungen eine Unterkühlung der schleichenden
Gase unter die kritische Temperatur zu verhüten, hat die Reihenfolge der Abschaltung
der einzelnen Klappen entgegen der Richtung der Luftströmung zu erfolgen.
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Die vorteilhafte Wirkung dieser besonderen Bedienungsart der Klappen
ergibt sich aus einem Vergleich mit der bisher üblichen Zugdrosselung. Von einer
bestimmten Teillast ab sind die Klappen k2 und k3 geschlossen. Die Gasgeschwindigkeiten
sind dann bei der vorgeschlagenen Anordnung dreimal so groß wie bei der üblichen
Ausführungsform. Infolge der erhöhten Wärmedurchgangszahlen wird die durch die Erfindung
bedingte Verringerung der wirksamen Heizflächen teilweise ausgeglichen.
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Die Regelung der Klappen erfolgt nach Maßgabe der einzustellenden
Belastungsverhältnisse. Das Unterdruckgefälle nach dem Schornstein zu wird nicht,
wie sonst üblich, nutzlos abgedrosselt, sondern dient bei Teillasten zur Erhöhung
der Rauchgasgeschwindigkeiten im Lufterhitzer.