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Wärmeaustauscher, insbesondere für die Speisewasservorwärmung im Hochdruckdampfbetrieb
Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher zur Übertragung von positiver oder
negativer Wärme, der also als Vorwärmer oder als Kühler dienen kann und der sich
besonders für hohe Drücke und hohe Temperaturen eignet.
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Die Vorwärmung des Speisewassers von Hochdruckkesseln in Hochdruckwärmeaustauschern,
bei denen die einzelnen Heizrohre zugänglich sind, bereitete ;Schwierigkeiten, weil
die Behälterwandungen entsprechend den Drücken sehr stark sein mußten. Dadurch wurde
die Herstellung erschwert und das Gewicht und die Kosten, insbesondere bei Austauschern
größerer Leistung, so weit erhöht, daß sie unwirtschaftlich waren. Auch war es schwierig,
die zur Erzielung der notwendigen Austauschfläche erforderliche Zahl von Heizrohren
unterzubringen. Im Hochdruckdampfbetrieb zeigten sich auflerdem an der Verbindung
der Austauschbehälter mit den die Rohrböden tragenden Vorlagen starke Temperatur-
und Spannungsunterschiede, die zu Undichtigkeiten führten und eine weitere Verstärkung
der Werkstoff; erforderten.
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Diese Schwierigkeiten werden nach der Erfindung vermieden, die einen
für hohe -,Beanspruc'hungen geeigneten Wärmeaustauscher betrifft, der bei geringem
Raumbedarf eine hohe Leistung aufweist, der wirtschaftlich und betriebssicher ist.
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Der Wärmeaustauscher nach der vorliegenden Erfindung zeichnet sich
durch einen U-förmigen Behälter von kreisförmigem oder ähnlichem Querschnitt
aus,
durch den die Austauschleitungen vorzugsweise so geführt sind, daßo das zu behandelnde
Medium, z. B.. das Speisewasser, in einem Schenkel des Behälters im Gleichstrom
mit dem Wärmeübertragungsmittel, z.,B. dem Heizdampf, und dann im anderen ,Schenkel
im Gegenstrom zum Wärmeübertragungsmittel geführt wird. Der Behälter kann aus zwei
geraden Schenkeln bestehen, die durch einen Rohrbogen mittels Schweißung verbunden
sind. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Behälter an seiner
Krümmung mit einer abnehmbaren Haube od. dgl. versehen. An seinen beiden freien
Enden ist der Behälter mit je einer Vorlage verbunden, und die Vorlage des einen
Schenkels besitzt eine Zuleitung und die des anderen Schenk:ls eine Ableitung für
das zu behandelnde Medium, und jede Vorlage ist mit einem Rohrboden ausgestattet,
in dem die Austauschrohre durch Einwalzen und/oder Schweißung befestigt sind. Vorzugsweise
ist der Behälter so aufgestellt, daß seine beiden Schenkel senkrecht mit den freien
Enden nach oben weisen. An jedem Schenkel ist, vorzugsweise in der Nähe der Vorlage,
je ein Zuführungsstutzen und im unteren Teil ein Sammler sowie eine Ableitung für
das Wärmeübertragungsmittel vorgesehen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise an einem Hochdruckspeisewasservorwärmer
veranschaulicht.
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Fig. i zeigt einen Wärmeaustauscher nach der vorliegenden Erfindung
im senkrechten Schnitt; Fig. 2 ist ein .Schnitt in Richtung A-B nach F ig. i ; Fig.3
zeigt eine andere Ausführungsform des unteren Teiles des Wärmeaustauschers nach
Fig. i, wobei der .Krümmer durch einen Rohrbogen gebildet ist, der mit den beiden
Schenkeln vQrschw,- iGt ist.
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Nach der veranschaulichten Ausführungsform besteht der Wärmeaustauscher
nach der vorliegenden Erfindung aus einem U-förmigen Behälter, z. B. einem U-Rohr
mit den Schenkeln 1, 2, die durch den Krümmer 3 verbunden sind. Nach Fig. i und
2 ist an Stelle des Krümmers eine Haube 3 mittels Flanschen q., 5 befestigt, die
so ausgebildet sein können, wie aus F ig. 2 zu ersehen ist, daß die Haube 3 abgenommen
werden kann, wenn eine Reinigung oder Ausbesserung der Einrichtung erforderlich
ist.
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.Der Krümmer 3 kann aber auch an die senkrechten Schenkel 1, 2 angesch-vveißt
sein, wie Fig. 3 zeigt. Im unteren Teil des Krümmers 3 ist ein Sammler für das Wärmeübertragungsmittel,
z. B.. ein Kondensatsammler 6 mit einer Kondensatableitung 7, angeordnet, während
in dieSchenkel 1, 2, vorzugsweise in der -Nähe der freien Enden, Zuführungsstutzen
8 und 9 für das Heizmittel, beispielsweise für den Heizdampf, münden.
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Auf jedem der freien Enden der Schenkel 1, 2 ist eine Vorlage io und
ii durch Schweißung oder mittels Flanschen od. dgl. befestigt. Die eine Vorlage
io hat einen Zulauf 23 für das zu behandelnde :Medium, im vorliegenden Falle für
das Kesselspeisewasser, und die andere Vorlage i i eine Ableitung 24. für das Speisewasser.
Beide Vorlagen io, i i sind über der Öffnung der Schenkel 1, 2 mit je einem Rohrboden
12, 13 ausgestattet, in denen in üblicher Weise Austauschrohre 1q. durch Einwalzen
und/oder Schweißung befestigt sind, die parallel und axial durch den U-förmigen
Behälter 1, 3, 2 verlaufen und die Innenräume 15, 16 der Vorlagen io, ii verbinden.
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Zweckmäßig sind die Vorlagen io, ii durch einen abnehmbaren Deckel
17, 18 verschlossen, der sich dichtend gegen einen Kupferring 19, 20 od. dgl. legt,
der an einer inneren schulterartigen Dichtfläche einer Verschraubung 21, 22 anliegt.
Statt der Deckel 17, 18 und der Verschraubung 2;1,:22 kann auch ein Flanschverschluß
od. dgl. angewandt werden, der den Zutritt in das Innere der Vorlagen 1o, 11 gestattet,
wenn das zum Reinigen oder bei Reißen von Austauschrohren zwecks Zupflockens der
beschädigten Rohre erforderlich ist.
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In der Zeichnung sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur drei Austauschrohre
14 dargestellt. Die Zahl der Austausch- oder Heizrohre 1d. richtet sich natürlich
nach der erforderlichen Wärmeaustauschfläche, und so können 5o oder ioo oder mehr
Austauschrohre durch den Behälter 1, 3, 2 geführt sein.
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Zum Betrieb der dargestellten Vorrichtung als Hochdruckspeisewasservorwärmer
wird in die Zuführungsstutzen 8, 9 Heizdampf geleitet, der in beiden Schenkeln des
Behälters nach unten strömt. Das Kondensat sammelt sich im Sammler 6 und wird durch
die Leitung 7 abgeführt.
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Das Speisewasser wird in den Zulaufstutzen 23 eingeleitet, fließt
in den Raum 15 der Vorlage io und dann innerhalb der Austauschrohre 1:I durch den
Behälter, in dem es zunächst im Schenkel i mit dem Heizdampf im Gleichstrom verläuft,
wobei der Dampf seine Wärmemenge an das Speisewasser abgibt. Das Speisewasser fließt
dann im anderen Schenkel2 nach oben, und zwar im Gegenstrom zum Heizdampf, wobei
das Speisewasser zuletzt mit frischem Heizdampf in indirekte Berührung kommt. Es
fließt dann in den Raum 16 der Vorlage ii und verläßt sie durch den Ableitungsstutzen
24.
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Durch Verwendung eines U-förmigen Behälters ist es möglich, die Austauschrohre
in einer Richtung hindurchzuführen, so daß eine größere Anzahl von Austauschröhren
untergebracht werden kann. Für die Schenkel 1, 2 können Stahlrohre verwendet werden,
und die Länge des Austauschweges kann den jeweiligen Erfordernissen angepaß.t werden.
Die Anordnung hat den Vorteil, daß! die Vorlagen und die Rohrböden unter gleichmäßigem
Druck und gleicher Temperatur stehen, so daß@ unerwünschte Spannungen vermieden
werden, wie sie bei den bekannten Vorwärmern auftreten, bei denen sich der Speisewasserzulauf
und der Austritt in einer einzigen Vorlage befinden und zwischen dem Eintritt des
kalten Speisewassers und dem Austritt des heißen Speisewassers ein starkes Temperaturgefälle
besteht. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung herrscht auf der Eintrittsseite,
der Austrittsseite
und an den Flanschen 4, 5 an der Haube 3 eine
gleichmäßige Temperatur, so daß unerwünschte Druck- und Wärmespannungen vermieden
werden.
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,Der Behälter und die Austauschrohre können haarnadelartig oder ähnlich
gebogen sein.