DE6900487U - Rekuperativer waermeaustauscher fuer heisse gase. - Google Patents

Description

Alois Steiger, 89Q2 Gq^gfnserf.su ^QgSODTg₅ untereeldstr.5

Seiorperativ-er Wärmeaustauscher für· beiße Gase

Die Iseuersmg betrifft einen rekupersfeiven tfarseeustsuselier für heiße Sase als wanaeabgebendes Medium, iiisbesosdere für öl— oder gasbef euierte WaiiüikVassea?— oder Saa.p£kessel Bjit; relativ noser Heisiläciieabelas*uag, wobei ixi des gasführenden Za-Baien zur Blldtmg vob 2iBgkaaälea dienesde Sixäsaozkörper an— geordaei; s3jqq.

Es ist seit; lauges OeSianat;» dsS die Wärmeabgabe oder strömender Medien auf eins oder vom einer "Sand äxzsch bedeutend gröSer ?ilrd. Zu diesea Zweci: iiat aan ianerhalb des das Fl-oidum fahrenden Zanales Einsatz— oder YerdräüigerkoEper !konzentrisch angeordnet, so daß ein StrömungsVanal mit ringfönnigem Querschnitt gebildet ist. Dabei sind folgende Systeme bekannt geworden:

Der rohrfönsige Sin satzkoTOer ist an seinen Enden an den Saum des wärmeaufnehmen den iiediuas angeschlossen, so daS er intensiv gekühlt wird. Die InneniTlächen dieser Sinsatzrohre bilden also zusätzliche direkte Heizflächen« Diese laorünung nat den Hachteil, daß die Vorrichtung sowohl gasseitig als aucb wasserseitig schwer zu reinigen ist« Restliche Yerschiatitzuögen stören aber den Wärmeübergang.

Bei einem anderen System dient der Einsatzkörper ausschließlich zur Verwirbelung der heißeren uad schnelleren Eernströmung mit der durch Wärmeabgabe abgekühlten und infolge Wandreibung verlangsamten Mantel strömung» Dies wird mit ata rohr- oder sbabförmigen Einsatz angebrachten Wendeln oder mit Wirbelleitflachen bewirkt, die iin erstgenaüütori TsuLl ztüglelcL

als Kratzer zur Beindgung der Bauchrohre dienen. Solche Wandeln und Wirbelieitflächen erhöhen nicht nur den Strömungswiderstand des Kanals, sondern auch die Wärmebeanspruchung der Sauchrohr«» da der lesaperaturgradient an deren Eintrittsenden sehr groß wird und dadurch sehr unterschiedlicbe Dilatationen bzw. Kontraktionen verursacht werden. Dieser Nachteil dürfte der Hauptgrund dafür sein, daß solche Drall-Leitflächen praktisch keine nennenswerte Verbreitung gefunden haben. Infolge der der Gasströnung aufgezwungenen Uiafangskomponente treteä aäuöi a«ca Seswri*wgalkr«i"w^ suf, ^©iehe im Gasstrom enthaltene Schwebeteilcheo und spezifisch schwerere Substanzen an der Innenwand des Außenrohres zur Ablagerung bringen» wodurch der Wärmeübergang wesentlich reduziert wird.

Bei einem anderen System ist dar rohrförsdge Einsatz ao Eintrittsende offen, am anderen Ende geschlossen und über seine ganze Länge mit Öffnungen (Schlitze, Böhruögeta und dgl.) versehen, durch die die gesamte StröaungsEenge Madurchgeleitet wird. Die einzelnen Strahlen sollen dabei aSglichst im rechten Winkel auf die Innenfläche des Atsßenrohres auftreffen, damit die hier gebildete Grenzschicht ständig aufgerissen und so der Wärmeübergang gesteigert wird. Amoli bei dieser Anordnung muß am eintrittseitigen Ende ein großer Temperaturgradient mit der daraus folgenden Tkärsebeaaspsuchung entstehen. Außerdem hat diese Vorrichtung einen sehr großen Strömungswiderstand, und es sind Ablagerungen bzw. S schlage an den Auftreffstellen der Einzelstrahlen au Außenrohr unvermeidlich.

Schließlich ist ein als massiver roorförmiger Körper ausgebildeter Einsatz bekannt, der ähnlich einer Ausmauerung als Wärmespeicher wirken soll, was zur TorsasSetzung hat, äaS er aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit bestem;. Mit der gespeicherten Wärme soll bei niedrigeren Bauelsgas— ■temneraturen der fehlende Wärmebedarf kompensiert werden -

Der vorliegenden Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für rekuperativen Wärmeaustausch mit sehr hoher spezifischer Heizflächenbelastung unter Vermeidung großer Temperaturgradienten zu schaffen, wobei zugleich der Wärmeübergang für längere Betriebszeiten konstant bleiben soll, d.h. Verschmutzungen an der vom wärmeabgebenden Gas benetzten Fläche vermieden werden.

Diese Aufgabe wird neueü-üngsgeisäS dadurch gelöst-_T daß der Einsatzkörper eine glatte Außenfläche aufweist, so daß die axiale Strömungsrichtung des Gases erhalten bleibt, und daß er aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht. Die heiße Gasströmung wird also ohne Richtungsänderung durch den Eingspaltkanal geführt, so daß Ablagerungen durch Fliehkrafteinwirkung vermieden werden. Die Turbulenz der Strömung sorgt für einen intensiven Wärmeaustausch, wobei auch der Einsatzkörper aufgeheizt wird und infolge seiner guten Wärmeleitfähigkeit über seine gesamte Länge eine wesentlich ausgeglichene Temperatur annimmt. Er wirkt nun nicht nur als Verdränger zur Bildung eines Ringkanals, sondern zugleich als Strahlkörper. Mit der Erfindung werden also lie drei Arten der Wärmeübertragung, nämlich Konvektion, Strahlung und Leitung, in sinnvoller Weise zur Erzielung größter spezifischer Heizflächenbelastungen bei verminderter Wärmebeanspruchung vereinigt.

Barüber hinaus hat der stark aufgeheizte Einsatzkörper noch·! die Wirkung eines Filters für vornehm! ich in Rauchgasen enthaltene Biederschlagbare Stoffe, wie z.B. Schwefel und Phosphor. Bei der hohen Temperatur des Einsatzes werden diese Stoffe auf seiner Außenwand sublimiert. Wenn, solche Anwachsxragec eine gewisse Stärke erreicht haben, werden die Einsätze herausgezogen und die Ablagerungen durch schnelles Aufheizen mit; einer Flamme "bzw. Abschrecken in kaltem Wasser oder durch mechanisches Klopfen zum Abplatzen gebracht. Teraöge dieser Filterwirkung; der Einsätze bleiben: die Wärme-

Übergangsflächen über größere Betriebszeiten sauber, damit bleibt auch der Wärmeübergang Konstant, und es ist auch bei 61- oder gasbefeuerten Kesseln die Gefahr der Kaminversotweitgehend gebannt.

Im folgenden wird die Neuerung ars einigen Ausführungsbeispielen erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 den Verlauf der Wand temperatur über der Länge eines

Pig. 2 einen rohrförmigen Einsatzkörper mit einer Stauscheibe aa Austrittsende,

Fig. 3 eine Segelungsvorrichtuag zum schnelleren Aufheizen des Einsatzkörper» und

Fig. 4· einea lediglich act Siutrittsende verripptea Einsatz körper«

In jfig. 1 ist über der Iiänge £■ eines Wärmeaustauischrohres dessen Waadtesperatur T aufgetragen. Die Kurve a zeigt den steil abfallenden Verlauf der !Temperatur bei Verwendung von Drall-Leitflachen. Mit der Erfindung; hingegen wird gemäß ■lemperaturlinie ο die hohe Sesperaturspitse aa Eingang merklich, abgebaut und die Wandtemperatur weitgehend gleichmäßiger.

. 2 zeigfc einen Hohrenwärneaastauscher mit den Böden Λ und 2, in welchen das Hohr 5 durch Einwalzen oder Schweißen befestigt ist- In diesem ist öer rohrföraige Einsatzkörper Ά-laittels Stegen 5,6 gelagert. Die Strösungsrichtung der Rauchgase ist Salt dem Pfeil 7 angedeutei;. Der Einsatz 4 1st am Sini;r±"utsende mil; einem iioölen; Mantel 8 versehen,, der elüj einem Material holier Wärmeleitfähigkeit, s.B. IfatrxTiüi, aus— go-Tnl 1 -h ist. Aber aacn das Hoijuc des Einsatzes -Q- bestehfu aas einem gut; wärselextiendeQ lfeAerial, z.B. legiertem Stahl. Das Sintri-fctsenäe kasti aas einem bsi nahen 'Temperaturen Sioiirosioasfssten iäatesial, s.B. Sicäromal, oestenen.

j Außerdem kann die Oberfläche des Einsatzkörpers noch mit

\ korrosionshemmenden uüd die Abstrahlung (Reflexion) för-

dernden Überzügen versehen sein, wie diese z.B* durch Inchromieren, Flammenspritaen und dgl. entstehen.

Am Austrittsende ist die Stauscheibe 9 angebracht, so daß. durch Veränderung des Spaltes s die den Ringspalt durcheilende Strömung stärker oder schwächer gedrosselt werden kann.

3>urcn das gute Wär-seleitvermogss srLrd is Einsatzkörper . - sc-ändig Wärme vom Einlaßende 11 zum Auslaßende 12 hin transportiert und durch Strahlung auf das Außenrohr übertragen. Auf diese Weise wird eine bedeutende Steigerung ^ der Heizflächenbelastung bis auf 80 000 bis 100 000 Kcal/m^ möglich.

TJm den Einsatzkörper 14 nach Pig. 3 beim Anfahren, z.B., eines Kessels schneller aufheizen zu können, sind nahe der Stauscheibe 19 Schlitze 13 vorgesehen, so daß die von der Feuerung kommenden heißen Gase auch durch das Innere des Einsatzkörpers strömen und diesen scl?aeller anffoeisea können. Die aus den Schlitzen 13 austretenden Gase, die gegenüber dem aus dem Ringspaltkanal 10 kommenden Gase eine höhere Temperatur haben, vermischen sich mit diesen und verhindern so den Niederschlag von Schwitzwasser. Sobald die normale Betriebstemperatur erreicht ist, verschließt der Ringschieber 14, der von dem Stab i5 aus einem. Material sZTlt größerer Wärmedehnung gegenüber dem Rohr des Einsatzes Ί4 gesteuert wird, automatisch die Schlitze

TTm bei sehr hohen HeiSgastemperairtrren dea Gasen ss Sin— triiitsende 11 mehr· ifärEe zu entziehen, können ±b dieses Bereich - wie 31g. 4- zeigt - axiale Rippen 16 aa Einsatzkörper 24- angebracht sein, deren axiale länge sich nach der gewünsem;eG Stespeiminzrsenkoug 3?ichi;e"i;..

Claims (1)

1. Schutzanspr ΰ c h e

   1. Sekuperativer Wärmeaustauseher für heiße &ase als wärmeabgebendes Hedium, insbesondere für öl- oder gasbefeuerte Warmwasser- oder Dampfkessel mit relativ boiler HeSzflächenbelastung, wobei in den gasführenden Kanälen zur Bildung von Singkanälen dienende Einsatzkörper angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzkörper (4-, 14, 24) eine glatte Außenfläche aufweist, so daß die axiale Strömtmgsrichtung des Gases erhalten bleibt, ^2Bd aus einem Material mit guter Wärme leitfähigkeit besteht ♦

   2. TiärmeausOauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, äaS öer Einsatzkörper (²J-) als Sohr «ziit einem dem Heißgas führenden Sohr (3) ähnlichen Querschnitt ausgebildet ist;, tuacL daß an seinem Au stritt sende eine Stauscheibe (9)

   Λ oder 2._v dadurch.^gekenn-. zeichnet, daß der Einsatzkörper (4-) mit einem Matex'ial sT Wärmeleitfähigkeit ausgefüllt ist«

   IJäsasaustauscöer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daS der Biasatzkörper (4·) am Eintrittsende (11) mit einem alt Ssatriua gefüllten Mantel (8) versehen ist.

   wfärs&austatäSGiier nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch

   , da3 der Einsatzkörper (24) am Eintritts-(11) üit axialen Rippen (16) versehen ist.

   6. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, durcb gekennzöicbaet, daß der über seine ganze Länge noble aod aus Sißtrittsende offene Einsatzkörper (14·) öö3* Statasclieibo (19) Schlitze (13) aufweist, die Högäciäieber (14-) teaperatttrabhängig steuerbar