DE9016352U1

DE9016352U1 - Device for burning oxidizable components contained in an exhaust air stream

Info

Publication number: DE9016352U1
Application number: DE9016352U
Authority: DE
Original assignee: H Krantz GmbH and Co
Current assignee: H Krantz GmbH and Co
Priority date: 1990-03-10
Filing date: 1990-12-01
Publication date: 1991-02-21
Anticipated expiration: 2000-12-02

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Abluftstrom enthaltenen oxidierbaren Bestandteilen aus einem zylindrischen Behälter mit einem Zuführstutzen und einem Abführstutzen. Der Zuführstutzen mündet in einen Verteilraum, an den die eintrittsseitigen Enden von abgewinkelten Wärmetauscherrohren angeschlossen sind. Diese erstrecken sich über einen wesentlichen Teil der Länge des Behälters und münden in eine einer Stirnseite des Behälters benachbarte Ringkammer. Diese umschließt einen konzentrisch angeordneten Brenner, dem koaxial ein Rauchgasmischrohr gegenüberliegt. Dieses ist durch eine es umschließende Hauptbrennkammer mit einem diese wiederum umschließenden Ringraum verbunden, der die Wärmetauscherrohre aufnimmt und an den der Abführstutzen angeschlossen ist.The invention relates to a device for burning oxidizable components contained in an exhaust air stream from a cylindrical container with a feed nozzle and a discharge nozzle. The feed nozzle opens into a distribution chamber, to which the inlet ends of angled heat exchanger tubes are connected. These extend over a significant part of the length of the container and open into an annular chamber adjacent to one end of the container. This encloses a concentrically arranged burner, opposite which a flue gas mixing pipe is coaxially located. This is connected by a main combustion chamber that encloses it to an annular chamber that in turn encloses this, which accommodates the heat exchanger tubes and to which the discharge nozzle is connected.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 35 32 232 C2 bekannt. Da die Vorheiztemperatur der mit oxidierbaren Bestandteilen beladenen Abluft möglichst in die Nähe der Brennkammertemperatur gebracht werden soll, ergeben sich insbesondere unter dynamischen Bedingungen, d.h. VeränderungenSuch a device is known from DE 35 32 232 C2. Since the preheating temperature of the exhaust air loaded with oxidizable components should be brought as close as possible to the combustion chamber temperature, particularly under dynamic conditions, i.e. changes

L)KUTSCHE BANK AG. AACHRV 2SO2B31 (BLZ 390 7OO 20)L)KUTSCHE BANK AG. AACHRV 2SO2B31 (Bank code 390 7OO 20)

POSTGIROKONTO KÖLN 231333-508 'BLZ 37&Ogr;1&Ogr;&Ogr;5&Ogr;)POSTAL ACCOUNT COLOGNE 231333-508 'BLZ 37&Ogr;1&Ogr;&Ogr;5&Ogr;)

hinsichtlich Temperatur, Volumenstrom und Störstoffbeladung der Abluft, hohe Anforderungen an die Kompensationsfähigkeit von Längenänderungen der Wärmetauscherrohre. Soll die Vorrichtung auch mit nur einem sehr geringen Abluftteilstrom betrieben werden, liegen sogar Wärmetauscherrohre mit laminarer Beströmung unmittelbar neben Wärmetauscherrohren mit turbulenter Beströmung. Der daraus resultierende unterschiedliche Wärmeübergang an den Rohrwandungen führt zwangsläufig zu unterschiedlichen Rohrwandtemperaturen mit der Folge, daß sogar unmittelbar benachbarte Wärmetauscherrohre unterschiedliche Längendehnungen erfahren.with regard to temperature, volume flow and impurity load of the exhaust air, high demands are placed on the ability of the heat exchanger tubes to compensate for changes in length. If the device is to be operated with only a very small partial exhaust air flow, heat exchanger tubes with laminar flow are even located directly next to heat exchanger tubes with turbulent flow. The resulting different heat transfer on the tube walls inevitably leads to different tube wall temperatures with the result that even immediately adjacent heat exchanger tubes experience different length expansions.

Um mit konstruktiv einfachen Mitteln den Wärmetauscherrohren insbesondere eine temperaturbedingte Ausdehnung zu ermöglichen und sie dadurch vor Schäden zu sichern, sind bei der bekannten Vorrichtung die Wärmetauscherrohre an ihren kälteren einströmseitigen Enden nach außen gebogen, wobei die außerhalb der Wärmetauscherrohre strömende, von den oxidierbaren Bestandteilen befreite Abluft über die Rohrbögen und die abgebogenen Rohrabschnitte geführt wird.In order to enable the heat exchanger tubes to expand in particular due to temperature using simple structural means and thereby protect them from damage, the heat exchanger tubes in the known device are bent outwards at their colder inflow ends, whereby the exhaust air flowing outside the heat exchanger tubes and freed from the oxidizable components is guided over the pipe bends and the bent pipe sections.

Wenn bei der bekannten Vorrichtung relativ große Behälterdurchmesser vermieden werden sollen, müssen mit Rücksicht auf die nach außen gebogenen Enden der Wärmetauscherrohre diese im übrigen auf einem möglichst kleinen Durchmesser angeordnet werden. Die Folge davon ist, daß der Brennraum, soweit er innerhalb des Wärmetauschers eingebettet ist, nur ein sehr kleines Volumen bekommt, d. h. daß (der Hauptteil des Brennraums bzw.) ein großer Teil des gesamten Brennraums außerhalb des von den WärmetauscherrohrenIf relatively large container diameters are to be avoided in the known device, the heat exchanger tubes must be arranged with as small a diameter as possible, taking into account the outwardly bent ends. The consequence of this is that the combustion chamber, as far as it is embedded within the heat exchanger, only has a very small volume, i.e. that (the main part of the combustion chamber or) a large part of the entire combustion chamber is outside the area covered by the heat exchanger tubes.

umschlossenen Bereichs anzuordnen ist, wodurch sich die Länge des Behälters zwangsläufig erheblich vergrößert. Zudem können bei nach außen gebogenen Wärmetauscherrohren die radialen Schenkel der außen angeordneten Wärmetauscherrohre nur verhältnismäßig kurz ausgebildet werden, so daß diese sich, eingeschweißt in die äußere Wandung des Behälters, zu starr verhalten, um eine nennenswerte Dehnung kompensieren zu können. Bedingt durch die Kürze der nach außen abgebogenen Rohrschenkel sind diese allenfalls geeignet, Dehnungsunterschiede der Rohre untereinander auszugleichen, nicht aber auch noch die Dehnungsunterschiede zwischen dem aus den Wärmetauscherrohren gebildeten vollständigen Rohrbündel einerseits und dem das Rohrbündel umgebenden Mantel andererseits. Deshalb muß dazu bei der bekannten Vorrichtung zusätzlich ein weiterer Hauptkompensator vorgesehen werden, der die Vorrichtung erheblich verteuert.enclosed area, which inevitably increases the length of the container considerably. In addition, with outwardly bent heat exchanger tubes, the radial legs of the externally arranged heat exchanger tubes can only be made relatively short, so that when welded into the outer wall of the container, they behave too rigidly to be able to compensate for any significant expansion. Due to the shortness of the outwardly bent tube legs, they are at best suitable for compensating for differences in expansion between the tubes, but not for the expansion differences between the complete tube bundle formed from the heat exchanger tubes on the one hand and the casing surrounding the tube bundle on the other. For this reason, an additional main compensator must be provided in the known device, which makes the device considerably more expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, die sich durch eine kompakte Bauweise auszeichnet und bei der trotzdem jedes Wärmetauscherrohr erhebliche Längenänderungen erfahren kann, ohne daß dazu nennenswerte Verstellkräfte überwunden werden müssen.The invention is based on the object of proposing a device of the type described above, which is characterized by a compact design and in which each heat exchanger tube can nevertheless experience considerable changes in length, without having to overcome significant adjustment forces.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten gattungsgemäßen Art ausgegangen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil desselben angegebenen Merkmale aufweist.To solve this problem, a device of the generic type mentioned in the preamble of claim 1 is used, which according to the invention has the features specified in the characterizing part thereof.

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Durch die erfindungsgemäß radial nach innen abgewinkelten eintrittsseitigen Schenkel der Wärmetauscherrohre kann die Länge dieser Schenkel auch bei einem verhältnismäßig kleinen Behälterdurchmesser in Abhängigkeit vom Durchmesser des zylindrischen Mantels, der den Verteilraum umschließt, so groß gewählt werden, daß jedes Wärmetauscherrohr über ein erhebliches Kompensationsvermögen hinsichtlich seiner Wärmeausdehnung verfügt.Due to the inlet-side legs of the heat exchanger tubes, which are angled radially inwards according to the invention, the length of these legs can be chosen so large, even with a relatively small container diameter, depending on the diameter of the cylindrical shell that encloses the distribution space, that each heat exchanger tube has a considerable compensation capacity with regard to its thermal expansion.

Der Manteldurchmesser des vorzugsweise konzentrisch zur Behälterachse angeordneten Verteilraums kann so klein bemessen werden, daß die Größe der Mantelfläche gerade noch ausreicht, um sämtliche einströmseitigen Enden der Wärmetauscherrohre am Mantel anzuschweißen. So wie der Verteilraum konzentrisch zur Behälterachse angeordnet ist, läßt sich der Zuführstutzen vorzugsweise koaxial zur Behälterachse anordnen. Dadurch ergibt sich die strömungstechnisch günstige Ausbildungsmöglichkeit, daß der Zuführstutzen stufenlos in den zylindrischen Mantel des Verteilraums übergeht.The diameter of the shell of the distribution chamber, which is preferably arranged concentrically to the vessel axis, can be so small that the size of the shell surface is just enough to weld all the inflow ends of the heat exchanger tubes to the shell. Just as the distribution chamber is arranged concentrically to the vessel axis, the feed nozzle can preferably be arranged coaxially to the vessel axis. This results in the flow-optimized design option that the feed nozzle merges seamlessly into the cylindrical shell of the distribution chamber.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in einer Stirnseite des Verteilraums zu dieser koaxial ein Bypass vorgesehen, der aus einem in das Rauchgasmischrohr hineinragenden Rohrstutzen besteht.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, a bypass is provided in one end face of the distribution chamber, coaxial to the latter, which bypass consists of a pipe socket extending into the flue gas mixing pipe.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, diese mit geringem Aufwand, im Bedarfsfalle auch nachträglich, mit einem solchen Bypass auszurüsten, der vorzugsweise nur bei einer bestimmten Betriebsweise erforderlich ist.The device according to the invention makes it possible to equip it with such a bypass with little effort, if necessary also subsequently, which is preferably only required for a certain operating mode.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeipiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Längsschnitt dargestellt:The drawing shows an embodiment of a device according to the invention in a longitudinal section:

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Behälter 1, der außenseitig mit einer wärmedämmenden Isolierung 2 versehen ist.The device essentially consists of a cylindrical container 1, which is provided on the outside with a heat-insulating insulation 2.

Der Behälter 1 ist auf einer Stirnseite 3 mit einem koaxial zur Behälterachse angeordneten Zuführstutzen 4 versehen, der in eine zylindrische Verteilkammer 5 mündet. Der Zuführstutzen und die Verteilkammer 5 haben einen übereinstimmenden Durchmesser und gehen daher stufenlos ineinander über.The container 1 is provided on a front side 3 with a feed nozzle 4 arranged coaxially to the container axis, which opens into a cylindrical distribution chamber 5. The feed nozzle and the distribution chamber 5 have a matching diameter and therefore merge seamlessly into one another.

In einem Mantel 6 der Verteilkammer 5 sind einströmseitige Enden von Wärmetauscherrohren 7 eingeschweißt. Dazu sind die Wärmetauscherrohre 7, die in Wandnähe des Behälters 1 zylinderförmig angeordnet sind und sich insoweit axial über einen wesentlichen Teil der Länge des Behälters 1 erstrecken, jeweils mit einem eintrittsseitigen Schenkel 8 radial nach innen gebogen.In a casing 6 of the distribution chamber 5, inflow-side ends of heat exchanger tubes 7 are welded. For this purpose, the heat exchanger tubes 7, which are arranged in a cylindrical shape near the wall of the container 1 and extend axially over a significant part of the length of the container 1, are each bent radially inwards with an inlet-side leg 8.

Die austrittsseitigen Enden der Wärmetauscherrohre 7 münden in eine Ringkammer 9, die an eine Stirnseite 10 des Behälters 1 angrenzt. Die Stirnseite 10 trägt einen konzentrisch zur Ringkammer 9 angeordneten Brenner 11, der in ein Rauchgasmischrohr 12 mündet. Dieses endet in einem Abstand zu einer Trennwand 13, welche die Verteilkammer 5 abdeckt und eine Hauptbrennkammer 14 stirnseitig begrenzt.The outlet ends of the heat exchanger tubes 7 open into an annular chamber 9, which is adjacent to a front side 10 of the container 1. The front side 10 carries a burner 11 arranged concentrically to the annular chamber 9, which opens into a flue gas mixing pipe 12. This ends at a distance from a partition wall 13, which covers the distribution chamber 5 and delimits a main combustion chamber 14 at the front.

Die Hauptbrennkammer 14 umschließt das Rauchgasmischrohr 12 und steht über einen Umlenkraum 15 mit einem Ringraum 16 in Verbindung.The main combustion chamber 14 encloses the flue gas mixing pipe 12 and is connected to an annular space 16 via a deflection space 15.

Im Ringraum 16 sind die Wärmetauscherrohre 7 untergebracht, die auch den Umlenkraum 15 durchdringen und in eine diese stirnseitig begrenzende Ringscheibe 17 fest eingefügt sind.The heat exchanger tubes 7 are housed in the annular space 16, which also penetrate the deflection space 15 and are firmly inserted into an annular disk 17 that delimits the deflection space at the front.

Untereinander unterschiedliche Längenänderungen der Wärmetauscherrohre 7 infolge unterschiedlicher Rohrtemperaturen werden dadurch kompensiert, daß sich die Winkel, welche die verhältnismäßig langen Schenkel 8 mit dem übrigen Verlauf der Wärmetauscherrohre 7 einschließen, entsprechend ändern, wozu geringfügige Dehnungskräfte ausreichen, so daß nennenswerte Druck-, Zug- oder Biegebeanspruchungen in den Wärmetauscherrohren 7 und entsprechende Beanspruchungen an deren Einfügestellen verhindert sind.Different changes in the length of the heat exchanger tubes 7 due to different tube temperatures are compensated by the angles that the relatively long legs 8 form with the rest of the heat exchanger tubes 7 changing accordingly, for which slight expansion forces are sufficient, so that significant compressive, tensile or bending stresses in the heat exchanger tubes 7 and corresponding stresses at their insertion points are prevented.

Der Ringraum 16 steht mit einem am Mantel des Behälters 1 radial angeschlossenen Abführstutzen 18 in Verbindung.The annular space 16 is connected to a discharge nozzle 18 which is radially connected to the shell of the container 1.

Um wahlweise einen Teil des mit oxidierbaren Bestandteilen beladenen Abgases unter Umgehung der Wärmetauscherrohre 7, des Brenners 11 und des wesentlichsten Teils des Rauchgasmischrohrs 12 im Kurzschluß in den inneren Ringraum 14 einzuleiten, ist konzentrisch in der Trennwand 13 ein Bypass 19 vorgesehen, der aus einem stirnseitig verschlossenen, mit radialen Bohrungen 20 versehenen und in das Hochgeschwindigkeitsrohr 12 hineinragenden Rohrstutzen 21 besteht. Der Bypass 19 ist in Abhängigkeit von der Stellung einer Klappe 22 im Rohrstutzen 21 mehr oder weniger freigebbar bzw. verschließbar.In order to selectively introduce a portion of the exhaust gas loaded with oxidizable components into the inner annular space 14 bypassing the heat exchanger tubes 7, the burner 11 and the most important part of the flue gas mixing tube 12 in a short circuit, a bypass 19 is provided concentrically in the partition wall 13, which consists of a pipe socket 21 closed at the front, provided with radial holes 20 and protruding into the high-speed pipe 12. The bypass 19 can be opened or closed more or less depending on the position of a flap 22 in the pipe socket 21.

Claims

Protection claims:

1. Device for burning oxidizable components contained in an exhaust air flow from a cylindrical container (1) with a feed nozzle (4) and a discharge nozzle (18), the feed nozzle (4) opening into a distribution chamber (5) to which the inlet-side ends of angled heat exchanger tubes (7) are connected, which extend over a substantial part of the length of the container and open into an annular chamber (9) adjacent to an end face (10) of the container (1), which encloses a concentrically arranged burner (11), opposite which a flue gas mixing tube (12) is coaxially located, which is connected by a main combustion chamber (14) surrounding it to an annular chamber (16) surrounding the latter, receiving the heat exchanger tubes (7), to which the discharge nozzle (18) is connected, characterized in that the inlet-side Legs (8) of the heat exchanger tubes (7) are angled radially inwards near the front side (3) of the container (1) opposite the burner (11) and their ends are embedded in a cylindrical casing (6) which encloses the distribution chamber (5).

2. Device according to claim 1, characterized in that the distribution space (5) is arranged concentrically and the feed nozzle (4) is arranged coaxially to the axis of the container (1).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the feed nozzle (4) merges seamlessly into the cylindrical casing (6) of the distribution chamber (5).

4. Device according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that in one end face (13) of the distribution chamber (5) coaxially thereto a bypass (19) made of
a pipe socket (21) protruding into the high-speed pipe (12).