DE7639554U1

DE7639554U1 - Waermetauscher, insbesondere mit beheizung durch staubhaltige gase

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Publication number: DE7639554U1
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Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1976-12-17
Publication date: 1977-04-07
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Description

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Dr.-lng. Heinrich Vorkauf Berlin, den 15. Dezember 1976

Davoser Straße 2 b E 236

Ga/Sk 1000 Berlin 33

Wärmetauscher, insbesondere mit Beheizung durch staubhaltige Gase

Die Neuerung bezieht sich auf Wärmetauscher, insbesondere Wasserrohr-Dampf- oder Heißwassererzeuger mit mehreren lotrechten, von Heizgasen nacheinander durchströmten Gaszügen.

Derartige Wärmetauscher sind bekannt (Zeitschrift "Energie", 25. Jg., Heft 11, Nov. 1973, Seite 341, Bild 1). Werden solche Wärmetauscher durch staubhaltige Gase beheizt, so treten Probleme hinsichtlich der Verschmutzung der Wärmetauschflächen - vor allem im Bereich der Umlenkung vom einen in den nächsten Gaszug - und auch hinsichtlich des notwendigen Temperaturabbaus der Gase vor Berührungsheizflächen auf. Durch die Umlenkung der Gase um 180° erfolgt eine gewisse Ausschleuderung von mitgeführten Staubteilen, wobei diese sich dann im folgenden Gaszug an einem bestimmten Wandabschnitt konzentrieren und dort eingebaute Heizflächen stark verschmutzen bzw. an diesen Erosionen sowie auch Korrosionen hervorrufen. Durch die Verschmutzungen wird der Wärmeübergang von den Gasen an die zu beheizenden Flächen vermindert, die Gastemperatur wird also nicht in dem Maß abgebaut, wie es gewünscht und/oder gefordert wird. Um vor den BerUhrungsheizflachen Temperaturen von 750 ⁰C und weniger zu erhalten, manchmal werden sogar 600 ⁰C geordert, wurde vorgeschlagen, in den zweiten, abwärts durchströmten Zug Rohrtafeln in der Art von Schottenheizflächen einzubauen. Der Wärmeübergang auf diese parallel zum Gasstrom angeordneten Rohrtafeln ist nur mäßig, er wird noch durch an diesen sich ablagernde Verschmutzungen verschlechtert und somit ist eine große Heizfläche erforderlich. FUr die Reinigung dieser Rohrtafeln hat man Kippvorrichtungen vorgesehen, was elastische Aufhängungen notwendig nacht. Das große Gewicht der Tafeln führt jedoch zu Schwierigkeiten bei den Aufhängungen wie bei den Klopfvorrichtur.gen. Ein weiterer Nachteil liegt in der durch die Schottenheizflächen im abwärts durchströmten Gaszug hervorgerufenen Gassenbildung, die eine Mischung der Gase und deren Ausbrand verhindert oder erschwert.

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Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärmetauscher der eingangs genannten Gattung dafür zu sorgen, daß mit einfachen, kostensparenden Mitteln der Ausbrand der Gase und ihre Mischung vordem Eintritt in BerUhrungsheizflächenbUndel sichergestellt wird, daß der geforderte Temperaturabbau von den Berührungsheizflächen erreicht wird und daß eine Gasströmung, die zum Ansetzen von Verschmutzungen an bestimmten Wandabschnitten führt, unterbunden wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Neuerung bei einem Wärmetauscher mit mehreren lotrechten, von Heizgasen nacheinander durchströmten GaszUgen dadurch gelöst, daß im Bereich der Umlenkung der Gase vom einen in den anderen Gaszug mit waagerechtem Abstand zueinander und in der Höhe gestaffelte, aus vom aufzuheizenden Medium durchströmten Rohren bestehende Leitflächen angeordnet sind, deren Zu- und Ableitungen federnd ausgebildet sind.

Durch die Anordnung solcher Leitflächen im Bereich der Umlenkung, wobei hier vor allem eine Umlenkung von einem abwärts durchströmten, an einen Gasstrahlungsraum sich anschließenden Leerzug in einen aufwärts von den Gasen durchströmten, mit BerUhrungsheizflächenbUndel η versehenen Gaszug ins Auge gefaßt ist, kann der Leerzug von Heizflächen frei bleiben, d. h., die Gase können sich dort mischen und ungehindert ausbrennen, kann eine Lenkung der Gase erreicht werden, so daß nicht an bestimmten WandabscSnitten bevorzugt sich Ablagerungen ansetzen, und können die Gastemperaturen im erforderlichen Maß abgesenkt werden. Durch die federnde Ausbildung der Zu- und Ableitungen fUr die Leitflächen ist es möglich, diese einer RUttel- oder Klopfwirkung zu unterwerfen, wodurch an diesen sich ablagernde Staubteile zum Abfallen gebracht werden, so daß sie also in der Lage sind, die Gase in ausreichendem Maß abzukühlen, was dann nicht der Fall ist, wenn sie verschmutzt sind. Vorzugsweise werden die Leitflächen lotrecht angeordnet, wobei sie entweder in dem stromoberhalb oder in dem stromunterhalb gelegenen Umlenkungsbereich oder in diesen beiden Bereichen vorgesehen sein können, was sich nach dem geforderten Temperaturabbau, aber auch nach den im Umlenkbereich herrschenden Strömungsbedingungen, die z. B. durch dort befindliche Staubsammeltrichterwände beeinflußt werden können, richtet.

Vorteilhaft ist es, die Leitflächenrohre mit Zu- und Ableitungsrohren zu verbinden, die Teil der Seirenwandhsrohrung des Gaszuges sind oder vor diesen Seitenwandrohren liegen, da bei dieser Anordnung die Zu- und Ableitungen eine große Länge haben und die fUr das Rütteln oder Klopfen notwendige Elastizität aufweisen.

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Zum Stand der Technik ist es bekannt, Schottenheizflächen durch R(JHeI- oder Klopfvorrichtungen zu reinigen (Zeitschrift "Energietechnik", Jg. 8, Heft 2 (1958), Seiten 67 - 73); es ist ferner bekannt (DT-PS 1 085 889), die Oberkanten von Rohrtafel-Be rUhrungsheizflächen derart gestaffelt anzuordnen, daß sie frei angeströmte Leitflächen in einem waagerechten Gaszug bilden, um die Gase in lotrechte Richtung umzulenken, wobei die Unterkanten ebenfalls auf verschiedenen Höhen liegen können; ferner ist es bekannt (DT-PS 22 45 261), geneigte Lenkwände vor einer Wand eines Feuer- oder Ausbrennraumes aus mit Seitenwandrohren verbundenen U-förmigen Rohren und zwischen diese geschweißten Blechstegen zu bilden. ,

Der Gegenstand der Neuerung wird nachfolgend anhand von Ausfuhrungsbeispielen erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Wasserrohr-Dampferzeuger mit Leitflächen im stromoberhalb liegenden Umlenkungsbereich.

Fig. 2 zdigt einen im wesentlichen zu Fig. 1 gleichartigen Dampferzeuger mit Leitflächen im stromunrerhaIb gelegenen Umlenkungsbereich.

Fig· 3 ist eine Ansicht einer Leitfläche mit ihrer Zu- und Ableitung. Fig. 4 und 5 zeigen gegenüber der Ausfuhrung von Fig. 3 abgewandelte Ausbildungen. Fig. 6 zeigt den Schnitt nach der Linie Vl - Vl in der Fig. 5.

Fig. 7 ist ein der Fig. 6 ähnlicher Horizontalabschnitt zur Darstellung einer besonders wirksamen Klopfvorrichtung mit Anlage der Wandrohre an einer Schiene.

Fig. 8 stellt die Ansicht zu Fig. 7 dar.

über einem Rost 1 (Fig. 1 und 2)/ der beispielsweise der Verbrennung von Muli dient, 1st ein Wasserrohr-Dampferzeuger 2 angeordnet. Es handelt sich hier um einen "Eckrohrkessel", d. h. um einen Naturumlaufkessel, der ein die Heizflächen und die Dampfabscheidetrommel tragendes Rohrgerüst hat. Die Neuerung ist natürlich nicht auf derartige Kesselsysteme beschränkt, sondern auch bei Kesseln anderer Bauart anwendbar, wenngleich der Gegenstand der Neuerung besondere VorteiIe bei Naturumlaufsystemen bringt.

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Das tragende Rohrgerüst besteht aus Fallrohren 3, die die Dampfabscheidetrommel 4 ab-

> stutzen, und aus Rücklaufrohren 5, von denen nur die in den Ecken der KesselrUckwand

!, liegenden gezeigt sind, weitere-könne η an den Seitenwänden angeordnet sein. Ferner

gehören zum tragenden Rohrgerüst die unteren Längs- und Querverteiler 6 bzw. 7 sowie die oberen Längs- und Quersammier 8 bzw. 9. Der Wasserrohrkessel ist an seinen Außenwänden allseits von Rohren umschlossen, die mit den quer- und längsliegenden Verteilerund Sammelrohren verbunden sind. Es sind Frontwand rohre 10, Rückwandrohre 11, Trennoder Zwischenwandrohre 12 und 13 sowie Seitenwand rohre 14 vorhanden. Die Rohre 10 und 12 begrenzen einen Strahlungsraum 15 an zwei Seiten, an den sich ein von den Gasen abwärts durchströmtet, von den Rohren 12 und 13 an zwei Seiten begrenzter Leerzug 16 anschließt, auf den ein aufwärts durchströmter Gaszug 17 mit BerUhrungsheizflächenbUndeln folgt, der an zwei Seiten von den Rohren 11 und 13 begrenzt wird.

Gemäß der Neuerung sind im Bereich der Umlenkung vom Zug 16 in den Zug 17 Leitflächen bzw. 18' angeordnet, die sich quer zur Längsachse des Dampferzeugers 2 erstrecken. Diese Leitflächen haben zueinander einen horizontalen Abstand in Richtung der Kessellängsachse und sind in ihrer Höhenlage gestaffelt zueinander angebracht, wobei die der Trennwand 13 zwischen den GaszUgen 16 und 17 zunächst liegende Leitfläche [eweils am höchsten liegt, das heißt, daß die der die Umlenkung der Gase bestimmenden Trennwand 13 zunächst gelegene Leitfläche 18 in ihrer Höhenlage der Abschlußkante 26 dieser Lenkwand am nächsten liegt. Mit zunehmendem horizontalen Abstand von der Wand 13 wird auch der vertikale Abstand der Leitflächen von der Abschlußkante 26 größer.

Es wird damit erreicht, daß der Gaszug 16 völlig oder fast völlig von eingebauten Heizflächen frei ist, so daß die aus dem Strahlungsraum 15 kommenden Gase ausbrennen und sich mischen können. Es wird ferner erreicht, daß den Heizgasen in bestimmter Weise bei ihrem Austritt aus dem Gaszug 16 oder/und bei ihrem Eintritt in den Gaszug 17 eine Strömungsrichtung und eine Teilung in einzelne Gasströme aufgezwungen wird, die das Ansammeln von mitgefühlten Staubtollen an btittirnmton Wundabtchnltten und damit die Gefahr von Erosion und/oder Korrosion verhindern odor vermindern, und ei wird eine Abionkunjj der Temperatur dei Gate vor deren Eintritt in die Im Gaizug 17 befindlichen BerUhrungihei/fluchen auf die gewünschte Höhe erreicht.

Die Leitflächen können die ihnen zugedachte Aufgabe, insbesondere hinsichtlich der Temperaturabsenkung, aber nur dann im geforderten Maß erfüllen, wenn sie weitestgehend von Verschmutzungen frei sind, um einen ausreichenden Wärmeübergang aber auch einen ausreichenden Strömungsquerschnitt sicherzustellen. Deshalb werden gemäß der Neuerung die Zu-

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und Ableitungen der Leitflächen federnd ausgebildet, so daß sie auf einfachste Weise der Wirkung von Schlag-, RUttel- oder Vibratlonseinrkhtungen ausgesetzt* werden können.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die Leitflächen 1Θ, die vorzugsweise aus U-förmigen Rohren gebildet sind, an Seitenwandrohren 14 angeschlossen, die aufgrund ihrer Länge eine gewisse Elastizität haben. Bei durchgehenden Seitenwandrohren wird In diesen eine Abschluß- oder Drosselstelle 19 vorgesehen, so daß das Wasser bzw. der Dampf bzw. das Dampf-Wassergemisch die U-Rohre durchströmen müssen. Dem Seitenwandrohr 14 ist eine Klopfvorrichtung 20 zugeordnet, die aus einem Bolzen und Hammer, aus einem durch einen drehenden NocKen gespannten und wieder entlasteten Feder- Sch lagwerk/ aus einer Ruttel- oder Vibrationseinrichtung oder dergleichen bestehen kann.

Die Seitenwandrohre 14, d. h. also auch die Zu- und Ableitungen für die Leitflächen 18, |

können tangential sich berührend angeordnet sein, wobei es vorteilhaft ist, die mit Leitflächen versehenen Rohre auf ganzer Länge ohne feste Halterung zu belassen. Die äußere Abdichtung kann nach Art des "skirt-casing" ausgeführt sein. Auch bei miteinander verschweißten Wandrohren, z. B. Flossenrohren, ist die Ausbildung nach Fig. 3 möglich, da auch derartige Wände noch genügend Elastizität haben, um eine Klopf- oder RUttelwirkung auf die Leitflächen zu Übertragen.

Vorteilhafter ist aber bei Flossenrohrwänden die Ausfuhrung nach Fig. 5 und 6, wobei vor den Wandrohren 14 ein besonderes Rohr 14' liegt, das als Zu- und Ableitung fUrdie Leitflächen 18 dient. Der Stößel 21 wird hierbei durch die zwischen den Rohren 14 befindlichen Flossen hindurchgeführt und greift am Rohr 14' an.

Diese Ausfuhrung ist auch dann von Vorteil, wenn die Leitfläche 18", wie Fig. 4 zeigt, zur Überhitzung von Dampf dienen soll, wobei dann die Zu- und Ableitung 14" an je einen eigenen Dampfverteiler 6" und -sammler 8" angeschlossen wird.

Bei dem Beiipiel nach den Fig. 7 und 8 liegt auf der unbeheizten Seite der Wandrohre 14 eine Schiene 22, die die Rohre In einer Ebene hält, die aber die RUttelwirkung ganz beträchtlich iteigern kann. Hierzu wird ein der Kraft einer Feder 23 auigoietzter Bolzen 24 durch die Schiene 22 gefuhrt, wobei die Feder 23 dui Kohr 14 gegen die Schiene 22 zieht. Bei einem Schlag gegen den Kopf 25 der Ruttel- oder Schlagvorrichtung erfolgt «in« Einwärtibewagung dei Rohrei 14, dai dann durch die Feder 23 zurückgeholt und gegen die Schiene 22 getchlagen wird, wodurch alio die Schlag- oder Klopfwirkung verstärkt wird.

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FUr die Abdichtung von durch die Rohrwltode zu führenden Tollen der Schlag- oder RUtte!· vorrichtungen können Membranen oder Balge und dergleichen vorgesehen werden»

Durch die Anordnung der U-Rohr« der Leitflächen mit einem gewissen Abstand zueinander \ können die Gase auch teilweise quer durch die Leitflächen strömen/ wodurch natürlich die Temperaturabsenkung gegenüber der alleinigen Strömung parallel zur Ebene der Leitflächen verbessert und die Abscheidung von Staubteilchen durch die Wirbelbildung gesteigert wird, was gegensätzlich zu der Wirkung von Schottenheizflächen ist und die Leitflächen gemäß der Neuerung im Vergleich zu diesen" Schottenheizflächen Überlegen macht.

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Claims

1« Wärmetauscher, insbesondere Wasserrohr-Dampf- oder Heißwassererzeuger, mit mehreren lotrecht von Heizgasen nacheinander durchströmten GaszUgen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Umlenkung der Gase vom einen 06) in den anderen Gaszug (17) mit waagerechtem Abstand zueinander und in der Höhe gestaffelte, aus vom aufzuheizenden Medium durchströmten Rohren bestehende Leitflächen (18) angeordnet sind, deren Zu- und Ableitungen (14, 14', 14") federnd ausgebildet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen (14) Teile der Seitenwandberohrung der Gaszüge (16, 17) sind.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß die Zu- und Ableitungen (14) in der Ebene einer dichtgeschweißten Rohrwand liegen.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen (14'/ 14") vor der Ebene der Seitenwände im Gaszug liegen.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen (14, 14') sowie die Seitenwandverkleidung bildende Rohre an einen gemeinsamen Verteiler (6) und Sammler (8) angeschlossen sind.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen (14") an je einen eigenen, von dem Verteiler (6) und Sammler (8) der Seitenwandrohre (14) unabhängigen Verteiler (6") und Sammler (8") angeschlossen sind.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen sowie die Rohre der Leitflächen von zu überhitzendem Dampf durchströmt sind.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre einer jeden Leitfläche U-förmig gebogen und in einer lotrechten Ebene liegend an ein gemeinsames, die Zu- und Ableitungen bildendes Rohr angeschlossen sind.

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9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche I bis θ, dadurch gekennzeichnet, daß die lotrechte Erstreckung Jer Leitfläche geringer als deren waagerechte Erstreckung Ist.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlußstellen des innersten U-Rohres der Leitfläche in dem gemeinsamen Zu- und Ableitungsrohr eine Drossel- oder Abschlußscheibe (19) angeordnet ist.

11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen in dem stromoberhalb liegenden Umlenkungsbereich angeordnet sind.

12. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen in dem stromunterhalb liegenden Umlenkungsbereich angeordnet sind.

13. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Zu- und Ableitungsrohr (14) bzw. mit der Leitfläche (18) ein die Seitenwand des Gaszuges durchsetzender, von außen klopf- oder rUttelbarer Stößel (21) verbunden ist.

14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf der unbeheizten Seite der Wandrohre eine deren gemeinsame Ebene festlegende Anschlagschiene (22) angeordnet ist, die von einem mit dem Zu- und Ableitungsrohr (14) bzw. der Leitfläche (18) verbundenen Beizen (24) durchsetzt ist, der unter Federkraft (23) das mit ihm verbundene Teil (14, 18) gegen die Anschlagflache zieht.

15. Wärmetauscher nach Anspruch 1 3 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die die Seitenwände durchsetzenden Stößel bzw. Bolzen durch elastische Elemente gegen Gasdurchtritt abgedichtet sind.

16. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die der die Umlenkung der Gase bestimmenden Wand (13) zunächst gelegene Leitfläche (1 ^) in ihrer Höhenlage der Abschlußkante dieser Wand am nächsten liegt, während m>t zunehmendem horizontalen Abstand der Leitflächen von der Wand (13) sich auch der vertikale Abstand von der Abschlußkante erhöht.

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