DK149722B - Apparat til varmeudveksling mellem fra en nh3-konverter udstroemmende cirkulationsluft og vand - Google Patents

Description

i 149722 o

Den foreliggende opfindelse angår et apparat til varmeudveksling mellem fra en NH^-konverter udstrømmende cirkulationsluft og vand, med varmeudvekslingsrør, som gennemstrømmes af cirkulationsluften og er lufttæt for-5 bundet med en pletteret rørbund, som opdeler apparatet i et trykfast forkammer og et varmeudvekslingskammer, og med en klokke, som fører opvarmet cirkulationsluft til rørbunden, og som udvendig afkøles af kold cirkulationsluft.

10 For at forøge virkningsgraden af varmeudvekslere, og især også for at forbedre genindvindingen af ved forskellige processer opstået varme, har man bestræbt sig på at gennemføre varmeudvekslingen ved højst mulige indgangstemperaturer for det varmeafgivende medium. Ved am-moniaksyntesen har man søgt såvidt muligt at gennemføre varmeudvekslingen ved selve reaktorernes driftstemperatur.

Dette kan gennemføres ved, at man giver afkald på en varmeudveksling i reaktoren, således at man kan opnå temperaturer på ca. 480°C ved varmeudvekslerindgangen. De varme, 20 nitrogenholdige luftarter og/eller luftarter, som indeholder nitrogenforbindelser, stiller også ved de eksisterende arbejdstryk særlige krav til den pågældende varmeud-veksler.

Fra DE-PS 20 07 528 kendes et apparat af den oven-25 for beskrevne type, ved hvilket en med en nitreringsbe-standig belægning forsynet rørbund af varmeudvekslerrør af nitreringsbestandigt materiale, f.eks. af stål med 32% Ni og 20% Cr, er indvalset på luftindstrømningssiden.

Disse stål-varmeudvekslerrør er svejst sammen med rørbunds-30 pletteringen.

Fra DE-fremlæggelsesskrift 23 30 015 kendes gasførende, som kompositrør betegnede varmeudvekslerrør, der er dannet af et inderrør og et yderrør, og hvor inderrøret består af eh mod alkali-korrosion bestandig austenit eller 35 stål med højt nikkelindhold, medens yderrøret består af ferri tisk kedelkonstruktionsstål. Disse rør er indsvejset i de to rørbundplader på disses forside.

2 o 149722

Ganske vist modstår sådanne varmevekslerrør faren for nitrering af det anvendte stål, dvs. dannelsen af revner eller afskalninger, men sådant stål har den ulempe, at det, for at skader ved spændingsrevne-korrosion kan und-5 gås, nødvendiggør en meget høj kvalitet af det vand, som skal fordampes. Tilvejebringelsen af vand af meget høj kvalitet er ikke altid mulig og desuden meget dyr, hvilket tillige gælder anvendelsen af tilstrækkeligt nitrerings-bestandige materialer til varmeudvekslingsrør.

10 Det er formålet med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe et apparat, ved hvilket de dele af ap-paratet, som kommer i berøring med den meget varme luft, er tilstrækkeligt beskyttet mod en skadelig nitrering, og hvor på den anden side de for vandet udsatte apparatdele 15 er tilstrækkeligt beskyttet mod korrosion.

Ved et apparat af den ovenfor beskrevne art opnås dette formål ifølge opfindelsen ved, at der som varmeudvekslingsrør anvendes sådanne af ferritstål, som er svejst sammen med rørbunden på bagsiden af denne, og at hver af 20 varmluftindstrømningsområdets rørbundsudboringer er forsynet med en belægning af nitreringsbestandigt materiale.

Ved opfindelsen opnår man for det første, at varm-luftindgangen i varmeudvekslingsrørene samt i udboringerne i den meget tykvæggede rørbund beskyttes mod nitrering, 25 for det andet opnår man ved anvendelse af varmeudvekslingsrør af ferritstål, som sædvanligvis anvendes ved kedelbygning, at korrosionsfaren elimineres, og dette på økonomisk forsvarlige betingelser.

Den såkaldte bagpladesvejsning af varmeudvekslings-30 rør ved tynde rørbunde er i sig selv kendt. Ved tykvæggede rørbunde er den imidlertid hidtil ikke blevet anvendt.

Ifølge en udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen kan der som nitreringsbestandig belægning i rørbundsboringen være indført en beskyttelseskappe af nitre-35 ringsbestandigt materiale, hvis udvendige diameter er mindre end rørbundsboringen, og endvidere er det ring-

O

3 149722 formede rum mellem rørbundsboringens væg og beskyttelseskappen udfyldt med varmeisolerende materiale. Denne foranstaltning medfører ved et apparat af den ovenfor nævnte art en udjævning af temperaturfordelingen inden for den 5 solidt dimensionerede rørbund.

Ifølge opfindelsen kan beskyttelseskappen med det varmeisolerende materiale strække sig ind i varmeudvekslingsrørene, dvs. at den regelmæssigt er i det mindste lidt længere end rørbundens tykkelse, således at den iso-10 lerende virkning udvides til at dække forbindelsesområdet mellem rørbunden og varmeudvekslingsrørene.

Ifølge en yderligere udførelsesform kan der mellem rørbundens bagside og det ferritholdige varmeudvekslingsrør være anordnet et kompoundrør med en nitreringsbestan-15 dig belægning, hvorhos beskyttelseskappen med varmeisoleringen strækker sig ind i dette kompoundrør.

Der kendes kompoundrør af forskellige materialer. Anvendelsen af sådanne rør har imidlertid hidtil været vanskelig, idet det var nødvendigt at forbinde det ene 20 rørlag med den tykke, ferritholdige del af rørbunden og det andet lag med bundens nitreringsbestandige plettering, hvilket fuldsætndig undgås ved udførelsesformen ifølge opfindelsen.

Til opnåelse af kompoundrørets ferrit-forbindelse 25 med rørbunden kan kompoundrørets belægning ved montagen være fjernet i området for svejsesømmen, og desuden er dette område i driftsstillingen dækket af varmeisoleringen.

Ved forbindelsen af rørbund og varmeudvekslingsrør konfronteres således ensartede materialer, hvorved forbindel-30 sen kan etableres uden problemer.

Ifølge opfindelsen kan varmeudvekslingsrørene være udformet som kompoundrør frem til stedet for den for ni-treringen lavkritiske vægtemperatur. Denne lavkritiske temperatur ligger på omkring 350°C.

35 Til opnåelse af, at de især ved varierende belast ning optrædende stærke temperatursvingninger i den tyk- o 4 149722 væggede rørbund ikke skal medføre beskadigelser, samt til opnåelse af en jævn temperaturfordeling såvel i aksial som i radial retning inde i rørbunden, som på den ene side er udsat for de varme procesgasser og på den anden 5 side for vandets temperatur, kan rørbunden ifølge opfindelsen være forsynet med et ledekammer for kold luft, og klokken kan være svejst lufttæt sammen med ledekammerets væg, hvorhos de for varmluften udsatte rørbundsboringer under driften er svejst lufttæt sammen med tilsvarende 10 boringer i ledekammerets væg. Koldluftledeksammeret bevirker, at en del af den afkølede cirkulationsluft strømmer langs den varme side af rørbunden og holder denne på den temperatur, som også den på vandsiden beliggende væg af rørbunden har, således at der tilvejebringes et jævnt 15 temperaturforløb inde i rørbunden, hvorved skiftende belastninger let kan afbødes, uden at de optrædende temperatursvingninger fører til tilsvarende termospændinger.

Ifølge en udførelsesform for apparatet kan rørbundsboringen være forbundet med tilsvarende boringer i 20 ledekammerets væg via rørkapper, idet disse rørkapper er forsynet med en indvendig belægning, som er nitreringsbe-standig. Endvidere kan den nitreringsbestandige belægning være udformet som beskyttelseskappe af nitreringsbestan-digt materiale med en udvendig diameter, som er mindre end 25 rørkappernes indvendige diameter, hvorhos det ringformede rum mellem beskyttelseskappe og rørkappe er forsynet med et isolerende materiale. Beskyttelseskappen og isoleringen kan med fordel udformes til gennemgående at strække sig fra ledekammerets væg og til det pågældende varmeud- 30 vekslingsrør.

En udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et skematisk snit gennem hele appa- 35 ratet, fig. 2 i snit apparatets rørbund, i større målestok,

O

5 149722 fig. 3 den i fig. 2 viste rørbund med det foran denne beliggende ledekammer, fig. 4 en yderligere udførelsesform for den i fig.

2 viste rørbund, og 5 fig. 5 endnu en udførelsesform for den i fig. 2 viste rørbund.

Det som helhed med 1 betegnede apparat består af et forkammer 2 med et trykbestandigt kammerhus 3, som er svejst sammen med en rørbund 4, samt af et varmeud-10 vekslingskammer 5 med et hus 6, som ligeledes er svejst sammen med rørbunden 4, som vist i forenklet gengivelse.

En trykpåvirket indstrømningsstuds 7 i kammerhuset 3 til indstrømning af den varme cirkulationsluft (tilstandsstørrelserne ved denne studs udgør omkring 15 420° - 500°C og 150 - 320 bar) bærer også den indsnæv rede del 8 af en klokke 9, som fører den varme cirkulationsluft til varmeudvekslingsrør 10, i det viste eksempel i apparatets centrale område. Varmeudvekslingsrørene 10 er som vist med pile 11 krumt anbragt i varmeudveks-20 lingskammeret 5 og fører først cirkulationsluften gennem rørbunden ind i varmeudvekslingskammeret 5 og derefter tilbage til forkammeret 2. Derfra føres den afkølede cirkulationsluft ud af apparatet 1 gennem en luftudstrømningsstuds 12.

25 Det vand eller kedelfødevand, som skal fordampes, tilføres varmeudveklsingskammeret 5 over en indstrømningsstuds 13, fordampes på de varme varmeudvekslingsrør 10 og udtages i apparatets overdel 14 som damp via en studs 15.

30 Som det fremgår af fig. 1, berører klokken 9 i den viste udførelsesform ikke rørbunden 4 direkte, men derimod en ledekammervæg 16, som først fører en stor del af den afkølede, i forkammeret indstrømmende cirkulationsgas langs rørbunden 4, som vist ved pilene 17, og derefter 35 afgiver denne luftstrøm i forkammerrummet 19 sammen med den afkølede luftstrøm (pil 18), der strømmer direkte ind i dette rum, som er dannet mellem kammerhuset 3 og

O

6 )49722 klokken 9, For at forbedre ophvirvlingen og ensartetheden af strømningen i forkammerområdet 19 kan der her være anbragt ledeplader eller andre ledeanordninger, hvilket i-midlertid ikke er nærmere angivet. Klokken 9 samt lede-5 kammeret 20's væg 16 består af nitreringsbestandigt materiale eller er i det mindste på den varme side forsynet med en tilsvarende belægning, hvilket ikke er nærmere angivet.

I fig. 2 er rørbunden 4 på den "varme side" forsynet med en nitreringsbestandig plettering 21. Indstrøm-10 ningen af den varme cirkulationsluft er antydet ved en pil 22. Hver rørbundsboring 23 af den varme del er udstyret med en belægning 24 af nitreringsbestandigt materiale .

Som det fremgår af fig. 2, er der på rørbunden 4's 15 bagside 25 omkring rørbundsboringen 23 tilvejebragt en ringvulst 26 eller et andet svejsehjælpemiddel, hvorpå det i fig. 2 viste varmeudvekslingsrør 10 ved hjælp af en ferritholdig svejsesøm er svejst sammen med rørbunden 4 fra dennes forside 27. Denne type svejsning betegnes 20 generelt bagpladesvejsning. Udtrykket "ferritholdig svejsesøm" skal antyde, at materialerne i rørbunden 4 og varmeudvekslingsrøret 10, som er forbundet med hinanden ved svejsesømmen 28, er svejseteknisk ensartede.

Belægningen 24 af nitreringsbestandigt materiale 25 strækker sig så langt ind i varmeudvekslingsrøret 10, at den ferritholdige svejsesøm 28's område er dækket. Belægningen 24 kan f.eks. ved hjælp af en tilsvarende sammensvejsning være svejst sammen med pletteringen 21 ved en svejsesøm 29, således at tilgang af cirkulationsluft til 30 rørbundsboringen 23's væg forhindres.

Fig. 3 viser en ændret udførelsesform for appa-ratet ifølge opfindelsen, med et på den "varme side" for-‘an rørbunden 4 beliggende ledekammer 20.

Varmeudvekslingsrøret 10 er over et område udfor-35 met som kompoundrør 30, som vist ved klammen i fig. 3.

Længden af kompoundrøret 30 bestemmes af den pågældende 149722 o 7 varmeudvekslers driftstilstande og vælges fortrinsvis således, at temperaturen af varmeudvekslingsrørets inder-væg er lavkritisk ved enden af kompoundområdet. Den nitre-ringsbestandige belægning 31 er i området for svejsesøm- g men 28 ubetydeligt nedbragt, som antydet ved en lille klamme 32.

Som det ligeledes fremgår af fig. 3, er ledekammerets væg 16 forsynet med borehuller 33, som flugter med rørbundens borehuller 23, og gennem hvilke der er stukket 10 rørkapper 34, som på den ene side ved en svejsesøm 35 er svejst sammen med pletteringen 21 og på den anden side ved en svejsesøm 36 er svejst sammen med ledekammerets væg 16.

En beskyttelseskappe 37 af nitreringsbestandigt materiale er skubbet ind i rørkappen 34 og er i givet 15 fald forbundet med den frie ende af kappen 34 ved hjælp af rulning eller ved påsvejsning, hvilket ikke er nærmere vist. Beskyttelseskappen 37 strækker sig igennem såvel rørkappen 34 som rørbunden 4 og rager så langt ind i kompoundrøret 30 eller varmeudvekslingsrøret 10, at den 20 strækker sig over såvel svejsesømmen 28 som det reducerede område 32 af kompoundrøret 30's belægning 31, således som det er vist i fig. 3. Kappen 37's udvendige diameter er derhos mindre end det indvendige borehul i rørbunden 23 eller rørkappen 34. Det derved dannede, ringformede rum er ud-25 fyldt med et isolerende materiale 38, som især skal forhindre en gennemgang af varme fra beskyttelseskappen 37's indre og ud.

Fig. 4 og 5 viser yderligere udførelsesformer for apparatet ifølge opfindelsen. De funktionsmæssigt iden-30 tiske dele bærer de samme henvisningsbetegnelser som i-følge ovenstående beskrivelse.

35

Claims (5)

149722 * δ ο Patentkr av.

1. Apparat til varmeudveksling mellem fra en NHj-konverter udstrømmende cirkulationsluft og vand, med varmeudvekslingsrør (10), som gennemstrømmes af cirkula- 5 tionsluften og er lufttæt forbundet med en pletteret (21) rørbund (4), som opdeler apparatet i et trykfast forkammer (19) og et varmeudvekslingskammer (5), og med en klokke (9), som fører opvarmet cirkulationsluft til rørbunden (4) og som udvendig afkøles af kold cirkulationsluft, 10 kendetegnet ved, at der som varmeudvekslingsrør (10) anvendes sådanne af ferritstål, som er svejst sammen med rørbunden (4) på bagsiden (25) af denne, og at hver af varmluftindstrømningsområdets rørbundsudboringer (23) er forsynet med en belægning (24) af nitreringsbe-15 standigt materiale.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der som nitreringsbestandig belægning (24) er indført en beskyttelseskappe (37) af nitreringsbestandigt materiale i rørbundsudboringen (23), hvis udvendige dia- 20 meter er mindre end rørbundsboringen, og at det ringformede rum mellem rørbundsboringens væg og beskyttelseskappen (37) er udfyldt med et varmeisolerende materiale (38) .

3. Apparat ifølge krav 2,kendetegnet 25 ved, at beskyttelseskappen (37) med det varmeisolerende materiale (38) strækker sig ind i varmeudvekslingsrørene (10) .

4. Apparat ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at der mellem rørbundens (4) bag- 30 side (25) og det ferritholdige varmeudvekslingsrør (10) er anordnet et kompoundrør (30) med en nitreringsbestandig belægning (31), hvorhos beskyttelseskappen (37) med varmeisoleringen (38) strækker sig ind i dette kompoundrør (30) .

5. Apparat ifølge et af de foregående krav, ken detegnet ved, at kompoundrørets (30) belægning (31) . ved montagen er fjernet i området for svejsesømmen (32) til etablering af kompoundrørets (30) ferrit-forbindelse