EP0111615A1 - Heat transfer system, especially for a process gas - Google Patents
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- EP0111615A1 EP0111615A1 EP83100230A EP83100230A EP0111615A1 EP 0111615 A1 EP0111615 A1 EP 0111615A1 EP 83100230 A EP83100230 A EP 83100230A EP 83100230 A EP83100230 A EP 83100230A EP 0111615 A1 EP0111615 A1 EP 0111615A1
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- F28D2021/0075—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for syngas or cracked gas cooling systems
Definitions
- the invention relates to a heat exchanger system according to the preamble of claim 1.
- a heat exchanger system according to the preamble of claim 1.
- Such a system has been proposed in which the heat exchanger surfaces are accommodated in different pressure vessels. This solution is complicated, expensive and time-consuming to assemble.
- the heat exchanger system can also be used in the case of very hot process gases and that if the heat transfer changes due to deposits on the heat exchanger surfaces by adjusting the throttle element, the proportional heat transfer at the various heat exchanger surfaces can be varied. By adjusting the supply of the secondary medium, it can then be Influence temperatures differently.
- the features of claim 2 lead to a solution with a minimum of unused space.
- the pressure vessel is therefore small and relatively light, which is expressed in a low price, easier transportability and easier and faster assembly.
- Claim 3 brings considerable structural advantages in that smooth partitions can be provided.
- Claim 5 makes the invention advantageous in terms of price, since the snake tubes can be produced very easily and the suspension of the tubes does not require any special suspension means.
- the embodiment according to claim 6 enables the heat exchanger surface accommodated in the other branch duct to be arranged in cocurrent and / or in countercurrent. This results in a particularly high heat transfer and in the event of a leak, the affected pipes can be easily blinded without this leading to hot strands in the primary medium.
- Claim 7 leads to a simple, relatively small throttle body, which is in a moderate temperature range and can be operated with a very simple drive.
- the wall of the pressure vessel is protected from excessive temperatures in a simple manner.
- Claim 10 shows means which allow to influence the final temperature of the primary gas.
- the solution according to claim 11 has the advantages that in the highest temperature range the heat transfer on the primary side is reduced due to the reduced gas velocity and, conversely, the heat transfer on the secondary side is increased by the higher medium velocity, both of which lead to a reduction in the tube wall temperature. Furthermore, this solution allows a cross flow in the branching area without a higher pressure drop occurring.
- the snake tubes By means of the spacing by means of cams, the snake tubes can be packed together to form a compact ring bundle that can easily be hung from the outermost tubes, as claimed in claim 14.
- a tubular lower part 2 with claws 3 is placed on a foundation 4 of a cylindrical pressure vessel 1.
- the lower part 2 is connected at its lower end to a gas inlet line, not shown.
- a little gas outlet nozzle 5 is arranged laterally a little above its lower end.
- the lower part 2 has a flange 6, on which sits a cover 7, which forms the upper part of the pressure vessel 1.
- an outer channel wall 20 extends with a small radial distance from the chuck 10, which forms a tube section and ends below the ring plate 12.
- a middle channel wall 22 is arranged within the cylindrical surface formed by the outer channel wall 20.
- the middle channel wall 22 carries a sheet metal cone 23 with a valve seat 24.
- a throttle element acts with the valve seat 24 25 together in the form of a poppet valve which is actuated by a servo motor 26.
- An inner channel wall 28 is provided within the middle channel wall 22, which is also circular cylindrical forms and is closed at the top with a hollow sheet metal cone 27.
- the channel wall 28 extends downward beyond the middle channel wall 22 far into the region of the partition wall 14.
- this channel section bifurcates into two branch channels 32 and 34, of which the inner channel 32 as "the one branch channel 32" and the outer channel 32 as “the other branch channel 34" and which are separated from one another by the central channel wall 22.
- a single coil heating surface 36 which is connected as an evaporator, extends over the entire height of the annular section formed by the channel section 30 and the annular space formed by a branch channel 32.
- the coil heating surface 36 consists of thirty-six involute-curved tube sheets 38, which are each formed from a tube with vertically directed legs. Such a tube sheet 38 is particularly highlighted in FIGS. 2 and 3 and drawn in an unwound manner in FIG. 4.
- a vertical leg 51 lying on an outermost tube cylinder 50 (FIG. 3) is connected via an inclined section 52 to a leg 54 lying on an innermost tube cylinder 53.
- the leg 54 is connected at the top via a manifold to a leg 55 which is connected at the bottom via a manifold to a further leg 56.
- a leg 57 finally leads vertically upwards, where it, together with the leg 51, penetrates the sheet metal cone 23 via a sealing part (not shown) and leads to the pressure vessel cover 7, which the tube legs 51 and 57 pierce through known sealing sleeves .
- the legs 51 and 57 are then connected to a distributor 58 and a collector 59 together with the corresponding legs of the remaining thirty-five tube plates 38.
- the tube legs are spaced apart from one another by cams attached to the legs, not shown in the drawing, or by ribs running all around at different heights.
- the tube sheets 38 are layered on the inner channel wall 28, bent to involute surfaces and pressed together radially with tension belts, not shown, which extend over the circumference of the coil heating surface 36.
- the heating surface bundle formed in this way is tightly encased in the region of the one branch duct 32 with a wire mesh and then with the central duct wall 22 welded together / from two half-shells.
- the outermost pipe limbs 51 rest against the partition 14, which is thereby cooled during operation.
- a wire mesh made of highly heat-resistant material or an insulation, which reduces the heat transfer to the partition 14 can also be provided here, optionally in several layers. Means for improving the heat transfer can be provided on the outside of the partition wall 14.
- the heat exchanger surface in the other branch duct 34 is in the form of a helical heating surface 62, which consists of ninety-two helically wound tubes 64, which form five tube cylinders.
- the pipes 64 are connected to manifolds 75, 75 'via connecting pipes 72 which penetrate the wall of the lower part 2.
- each pipe 64 is connected via a pipe bend 65 to one of ninety-two riser pipes 66, which run vertically in the annular channel formed between the lining 10 and the outer channel wall 20.
- the risers leave the ring channel mentioned and emerge laterally through the wall of the lower part 2, through the wall of the lower part 2, via temperature compensation connections - which are known under the name " T hermosleeves".
- the risers are connected to two collectors 70, 70 '.
- the tubes 64 of the Helissen heating surface are held in perforated support plates 61, which are arranged within the branch channel 34 in three planes offset by 120 ° from one another and running through the vertical axis of the pressure vessel 1.
- the upper ends of the support plates are fastened laterally to the wall of the lower part 2 and have 62 bores 63 over the height region of the Helissen heating surface.
- the tubes 64 are wound into these bores.
- valve cone 82 is arranged coaxially to the associated opening 80 on a valve rod 81.
- Each valve rod 81 is guided in arms 83 fastened to the partition 14 and coupled to a fork lever 84 with an elongated hole via a connecting pin (not shown in the drawing).
- the fork lever 84 sits on a shaft 85 which is rotatable in a sleeve 86 is stored.
- the sleeve 86 is removably attached to a suitably arranged pressure vessel connector 87.
- the shaft 85 penetrates a flat cover 88 with a stuffing box 89. It can be rotated from the outside to adjust the height of the valve cone 82.
- the gas outlet nozzle 5 is lined with a feed plate 92 which forms an inlet nozzle and which leads into a static mixer 93.
- the partition wall 14, the connection 16 and the lowermost section of the lower part 2 are protected from excessive temperatures by a brick lining 46, which may not contain cooling pipes.
- the collector 59 is connected via a saturated steam line 45 to a separator 46, the steam outlet line 47 leading to the distributors 75 and 75 ', while separated water is discharged via an outlet connection 48 attached to the bottom of the separator 46.
- a further steam supply line 49 is connected to the distributor 75, 75 ′, which comes from cooling devices or a boiler system, for example.
- the heat exchanger system according to FIGS. 1 to 4 works as follows:
- the pressure vessel 1 is supplied with a process gas of, for example, 1000 ° C. and 20 to 40 bar at its lower end.
- This gas flows through the channel section 30, whereupon it is distributed to one branch channel 32 and the other branch channel 34 after cooling to approximately 800 ° C. in the height region of the lateral opening between the ring plate 12 and the lower edge of the central channel wall 22.
- these branch channels there is further heat, - the partial flow in the branch channel 32 being cooled to, for example, 320 ° C. and that in the other branch channel to, for example, 380 ° C.
- the two gas flows Downstream of the throttle element 25 the two gas flows combine, resulting in a mixing temperature of, for example, 350 ° C.
- the combined gas flow then passes through the annular space 9, tempering the wall of the pressure vessel, into the annular space below the annular plate 12 and from there through the gas outlet connection 5 for further use.
- the lining plate 92 In order that the hot gas streaks emanating from the openings 80 neither cause hot spots on the wall of the lower part 2 nor on the gas outlet connection 5, the lining plate 92, optionally supported by additional guide plates, keeps such streaks away from the pressure-bearing wall.
- the static mixer 93 then makes the gas temperature more uniform.
- Preheated water is supplied to the heat exchanger system as a secondary medium via the distributor 58 and is fed into the coil heating surface 36 via the legs 51 serving as support tubes.
- this coil heating surface serves as an evaporator; a steam water mixture therefore flows into the collector 59 via the legs 57.
- the steam water mixture is then separated in the separator 46; the water is excreted through the nozzle 48, and the saturated steam is fed via line 47 into the distributors 75, 75 '.
- the heating surfaces in the channel section 30 and the two branch channels 32 and 34 are designed so large with regard to any heating surface contamination that initially it is possible to operate with the throttle element 25 open little and the openings 80 wide open. in the
- Channel section 30 is emitted a lot of heat, so that the branch channel 32 can be throttled accordingly. Since the inlet temperature in the other branch duct 34 is relatively low, there is no risk that the overheating of the steam will rise too high. In contrast, there is a relatively low mixing temperature of the gas mixture downstream of the two branch channels. By admixing a relatively large amount of hot gas through the openings 80, the temperature of the gas emerging from the pressure vessel 1 is raised again to the desired level.
- the coil heating surface 36 absorbs too little heat in its lower part, which is caused by a further opening of the throttle member 25 can be corrected. Since the bundle of helicopters 62 is very oversized, there is little risk that the desired superheating temperature will not be reached.
- the cover 7 is lifted off to clean the heating surfaces, the central duct wall 22, which is suspended from the supporting legs 51, the coil heating surface 36 and the inner channel wall 28 are also pulled out.
- the middle channel wall 22 can then be relatively easily detached from the cone 23 and separated into two shells so that they can be removed sideways.
- the tube panels 38 can now be bent slightly outwards, in particular in the middle and lower part of the coil heating surface, so that they can be cleaned.
- the bundle of helicopters 62 can be inspected from the inside and can also be cleaned from there.
- the partition wall 14 can easily be raised beyond the ring plate 12 or the middle channel wall 22 shortened or extended downwards.
- branch point adjustable, for example by one or two ring slides or by a bypass provided in the central channel wall 22.
- the invention is not limited to the illustrated embodiment.
- it can also be advantageous to design the channels 30, 32 and 34 at least partially as membrane walls, that is to say from tubes welded to walls.
- the heat exchanger surfaces are shown in the simplest form. Of course, they can also be subdivided and the flows in whole or in part reverse directions.
- more than one secondary medium can be involved in the heat transfer. If throttling elements in the pressure vessel are to be avoided, they can also be placed in connecting lines which serve to guide the gas outside the pressure vessel.
- the quantity distribution of the secondary medium or the secondary media can also be changed under certain circumstances.
- the invention is by no means bound to the exemplary embodiment shown; for example, pocket pipes or heat pipes can also be used.
- the branching to the branch channels can be staggered at different temperatures or temperature ranges.
- the merging of the branch streams can also be staggered.
- the openings 80 can be connected to points of lower temperature, be it of one or the other branch channel. Depending on the boundary conditions, it can also be expedient to interchange the arrangement of the channels in the pressure vessel or to arrange them in some other way. In order to facilitate the blinding of individual pipes, especially in the superheater pipe bundle, where higher temperatures occur, it can be expedient to connect the connecting pipes 72 according to CH-PS 384 602 to pipe plates.
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Abstract
Das Wärmeübertragersystem weist einen Kanalabschnitt (30) auf, der sich in zwei parallele Zweigkanäle (32,34) gabelt, die in einen gemeinsamen Mischraum münden. Im Kanalabschnitt (30) und im Zweigkanal (32) ist eine gemeinsame Verdampferheizfläche (36) untergebracht. Im anderen Zweigkanal (34) ist eine Wärmeübertragerfläche in Form einer Helissenheizfläche (62) angeordnet, in der der in der Verdampferheizfläche erzeugte Dampf überhitzt wird. Der Zweigkanal (32) weist ein verstellbares Drosselorgan (25) auf und alle Heizflächen (36, 62) sind in einem einzigen, im wesentlichen zylindrischen Druckgefäss (1) untergebracht. Hierdurch wird ein Wärmeübertragersystem geschaffen, das einfach in seinem Aufbau ist und bei dem im Falle einer Verschmutzung der Heizflächen (36, 62) sich mindestens die Verdampferheizflache (36) relativ gut ausbauen und reinigen lässt; die Ueberhitzerheizfläche (62) lässt sich innerhalb des Druckgefässes (1) reinigen.The heat exchanger system has a channel section (30) which forks into two parallel branch channels (32, 34) which open into a common mixing space. A common evaporator heating surface (36) is accommodated in the duct section (30) and in the branch duct (32). In the other branch duct (34) there is a heat transfer surface in the form of a helical heating surface (62) in which the steam generated in the evaporator heating surface is overheated. The branch duct (32) has an adjustable throttle element (25) and all heating surfaces (36, 62) are accommodated in a single, essentially cylindrical pressure vessel (1). This creates a heat exchanger system which is simple in its construction and in which, if the heating surfaces (36, 62) are contaminated, at least the evaporator heating surface (36) can be relatively easily removed and cleaned; the superheater heating surface (62) can be cleaned inside the pressure vessel (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertragersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs l. Es ist ein solches System vorgeschlagen worden, bei dem die Wärmeübertragerflächen in verschiedenen Druckgefässen untergebracht sind. Diese Lösung ist kompliziert, teuer und hinsichtlich der Montage aufwendig und zeitraubend.The invention relates to a heat exchanger system according to the preamble of
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Wärmeübertragersystem zu schaffen, das diese Nachteile nicht aufweist und betriebssicher ist.It is an object of the invention to provide a heat exchanger system that does not have these disadvantages and is reliable.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Kennzeichens von Anspruch 1 gelöst. Dabei wird der besondere Vorteil erzielt, dass das Wärmeübertragersystem auch im Falle sehr heisser Prozessgase sich anwenden lässt und dass bei einer Veränderung des Wärmeübergangs durch Ablagerungen an den Wärmeübertragerflächen durch Verstellen des Drosselorgans die anteilige Wärmeübertragung an den verschiedenen Wärmeübertragerflächen variiert werden kann. Durch Einstellen der Zufuhr des Sekundärmediums lassen sich dann dessen Temperaturen unterschiedlich beeinflussen.This object is achieved with the features of the characterizing part of
Die Merkmale nach Anspruch 2 führen zu einer Lösung mit einem Minimum an nicht genütztem Raum. Das Druckgefäss wird daher klein und verhältnismässig leicht, was in einem günstigen Preis, in leichterer Transportierbarkeit und in einfacherer und schnellerer Montage sich ausdrückt.The features of
Anspruch 3 bringt erhebliche konstruktive Vorteile, indem glatte Trennwände vorgesehen werden können.
Die Merkmale nach Anspruch 4 führen zu einer Lösung,die wegen der leichten Ausbaubarkeit der höchstbeanspruchten Heizflächen besonders betriebsgünstig ist.The features of
Anspruch 5 macht die Erfindung preislich vorteilhaft, da die Schlangenrohre sich sehr einfach herstellen lassen und die Aufhängung der Rohre keine besonderen Tragmittel erfordert.Claim 5 makes the invention advantageous in terms of price, since the snake tubes can be produced very easily and the suspension of the tubes does not require any special suspension means.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 ermöglicht die im anderen Zweigkanal untergebrachte Wärmeübertragerfläche im Gleich-und/oder im Gegenstrom anzuordnen. Es ergibt sich ein besonders hoher Wärmeübergang und im Falle einer Leckage lassen sich betroffene Rohre leicht abblinden, ohne dass dies zu heissen Strähnen im Primärmedium führen würde.The embodiment according to
Anspruch 7 führt zu einem einfachen, relativ kleinen Drosselorgan, das in einem Bereich mässiger Temperatur liegt und mit einem sehr einfachen Antrieb betätigt werden kann.Claim 7 leads to a simple, relatively small throttle body, which is in a moderate temperature range and can be operated with a very simple drive.
Die Merkmale nach Anspruch 8 ergeben konstruktive und betriebliche Vorteile, da sich die Einbauten des Druckgefässes konstruktiv günstig anordnen und im Bedarfsfall leicht ausbauen lassen.The features of claim 8 result in constructive and operational advantages, since the internals of the pressure vessel can be arranged in a structurally advantageous manner and can be easily removed if necessary.
Durch Anspruch 9 wird die Wand des Druckgefässes auf einfache Weise vor zu hohen Temperaturen geschützt.By
Anspruch 10 zeigt Mittel, die gestatten, die Endtemperatur des primären Gases zu beeinflussen.
Die Lösung nach Anspruch 11 bringt die Vorteile, dass im höchsten Temperaturbereich der primärseitige Wärmeübergang wegen erniedrigter Gasgeschwindigkeit verkleinert und,umgekehrt, der sekundärseitige Wärmeübergang durch höhere Mediumgeschwindigkeit erhöht wird, was beides zu einer Reduktion der Rohrwandtemperatur führt. Ueberdies gestattet diese Lösung eine Querströmung im Verzweigungsbereich,ohne dass ein höher Druckabfall auftreten würde.The solution according to claim 11 has the advantages that in the highest temperature range the heat transfer on the primary side is reduced due to the reduced gas velocity and, conversely, the heat transfer on the secondary side is increased by the higher medium velocity, both of which lead to a reduction in the tube wall temperature. Furthermore, this solution allows a cross flow in the branching area without a higher pressure drop occurring.
Die Merkmale nach Anspruch 12 gestatten, eine Beeinträchtigung des Wärmeübergangs durch Ablagerungen auf derThe features of
Verdampferheizfläche auf einfache Weise zu korrigieren.Correct the evaporator heating surface in a simple way.
Durch die Distanzierung mittels Nocken gemäss Anspruch 13 lassen sich die Schlangenrohre zu einem kompakten Ringbündel zusammenpacken, das sich leicht an den äussersten Rohren aufhängen lässt, wie dies in Anspruch 14 beansprucht wird.By means of the spacing by means of cams, the snake tubes can be packed together to form a compact ring bundle that can easily be hung from the outermost tubes, as claimed in
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung an einemThe invention is now based on the drawing of a
Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1: einen fragmentarischen, leicht schematisierten Vertikalschnitt durch ein Druckgefäss mit einem Wärmeübertragersystem nach der Erfindung,
- Figur 2: einen Sektor eines Horizontalschnittes nach der Ebene II-II in
Figur 1, - Figur 3: einen Sektor eines stufenförmig abgesetzten Horizontalschnittes im Bereich der Ebene III-III in Fig. 1 und
- Figur 4: die Abwicklung einer Rohrtafel aus Schlangenrohren.
- FIG. 1: a fragmentary, slightly schematic vertical section through a pressure vessel with a heat transfer system according to the invention,
- FIG. 2: a sector of a horizontal section along the plane II-II in FIG. 1,
- Figure 3: a sector of a stepped horizontal section in the area of the plane III-III in Fig. 1 and
- Figure 4: the processing of a tube sheet from snake tubes.
In Figur 1 ist von einem zylindrischen Druckbehälter 1 ein rohrartiger Unterteil 2 mit Pratzen 3 :auf einem Fundament 4 abgestellt. Das Unterteil 2 ist an seinem unteren Ende an eine nicht gezeichnete Gaseintrittsleitung angeschlossen. Wenig oberhalb seines unteren Endes ist seitlich ein Gasaustrittstutzen 5 angeordnet. An seinem oberen Ende weist das Unterteil 2 einen Flansch 6 auf, auf dem ein Deckel 7 sitzt, der den Oberteil des Druckgefässes 1 bildet.In FIG. 1, a tubular
Ueber einen mittleren, ausgedehnten Höhenbereich des Unterteils 2 erstreckt.sich mit geringem Abstand von der Innenwand des Unterteils 2, einen Ringraum 9 bildend, ein Futter 10, das unten an der Peripherie eines Ringbleches 12 endet und mit diesem dicht verbunden ist. An der inneren Kante des Ringbleches 12 ist eine zylindrische Trennwand 14 dicht angeschlossen, die an ihrem unteren Ende über eine dichte, aber leicht lösbare Verbindung 16 an der Wand des Unterteils 2 angeschlossen ist. Innerhalb des vom Futter 10 gebildeten Kreiszylinders erstreckt sich mit geringem radialem Abstand vom Futter 10 eine- äussere Kanal- wand 20, die einen Rohrabschnitt bildet und unten oberhalb des Ringbleches 12 endet. Innerhalb der von der äusseren Kanalwand 20 gebildeten Zylinderfläche ist eine mittlere Kanalwand 22 angeordnet, die unten etwa auf gleicher Höhe endet wie die äussere Kanalwand 20. Oben trägt die mittlere Kanalwand 22 einen Blechkonus 23 mit einem Ventilsitz 24. Mit dem Ventilsitz 24 wirkt ein Drosselorgan 25 in Form eines Tellerventils zusammen, das von einem Servomotor 26 aus betätigt wird.Over a central, extended height range of the
Innerhalb der mittleren Kanalwand 22 ist eine innere Kanalwand 28 vorgesehen, die ebenfalls kreiszylindrisch ausgebildet ist und oben mit einem hohlen Blechkegel 27 verschlossen ist. Die Kanalwand 28 erstreckt sich nach unten über die mittlere Kanalwand 22 hinaus bis weit in den Bereich der Trennwand 14 hinein.An
Der Ringbereich zwischen der Trennwand 14 und der inneren Kanalwand 28 bildet einen Kanalabschnitt 30. Oberhalb des Ringbleches 12 gabelt sich dieser Kanalabschnitt in zwei Zweigkanäle 32 und 34, von denen der innere Kanal 32 als "der eine Zweigkanal 32" und der äussere Kanal 32 als "der andere Zweigkanal 34" bezeichnet werden und die durch die mittlere Kanalwand 22 voneinander getrennt sind.The ring area between the
Ueber die ganze Höhe des vom Kanalabschnitt 30 und des vom einen Zweigkanal 32 gebildeten Ringraums erstreckt sich eine einzige Schlangenheizfläche 36, die als Verdampfer geschaltet ist. Die Schlangenheizfläche 36 besteht aus sechsunddreissig evolventenförmig-gekrümmten Rohrtafeln 38, die aus je einem Rohr mit vertikal gerichteten Schenkeln gebildet sind. Eine solche Rohrtafel 38 ist in Fig. 2 und 3 besonders hervorgehoben und in Fig. 4 abgewickelt gezeichnet. Ein auf einem äussersten Rohrzylinder 50 (Fig. 3) liegender vertikaler Schenkel 51 ist über einen Schrägabschnitt 52 mit einem auf einem innersten Rohrzylinder 53 liegenden Schenkel 54 verbunden. Der Schenkel 54 ist oben über einen Krümmer mit einem Schenkel 55 verbunden, der unten über einen Krümmer an einem weiteren Schenkel 56 angeschlossen ist. Nach mehrmaligem Hin- und Herführen des Rohres führt schliesslich ein Schenkel 57 vertikal nach oben, wo er zusammen mit dem Schenkel 51 über eine nicht näher dargestellte Dichtpartie den Blechkonus 23 durchdringt und zum Druckgefässdeckel 7 führt, den die Rohrschenkel 51 und 57 über bekannte Dichthülsen durchstossen. Zusammen mit den entsprechenden Schenkeln der übrigen fünfunddreissig Rohrtafeln 38 sind die Schenkel 51 und 57 sodann an einen Verteiler 58 bzw. einen Sammler 59 angeschlossen.A single
Etwa auf der Höhe des unteren Endes der mittleren Kanalwand 22 sind alle Schenkel der Rohrtafeln 38 im Durchmesser abgesetzt, indem sie unterhalb dieser Stelle einen kleineren Durchmesser d (Fig. 3) und oberhalb dieser Stelle einen grösseren Durchmesser D (Fig. 2) aufweisen. Hierdurch wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Kanalabschnitt 30 herabgesetzt und gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit des zu verdampfenden Mediums erhöht. Es wird daher der Wärmeübergang auf der Aussenseite der Rohre herabgesetzt und auf der Innenseite der Rohre erhöht, was beides zu einer tieferen Temperatur des Rohrmaterials führt. Darüberhinaus wird durch den kleineren Rohrdurchmesser der Strömungsquerschnitt für den aus dem Kanalabschnitt 30 in den anderen Zweigkanal 34 übertretenden Teilstrom des Gases vergrössert.Approximately at the level of the lower end of the
Innerhalb der Rohrtafeln 38 und zwischen ihnen sind die Rohrschenkel durch auf den Schenkeln angebrachte, in der Zeichnung nicht dargestellte Nocken oder durch auf verschiedenen Höhen angeordnete, rundum laufende Rippen voneinander distanziert. Zwecks Herstellung der Schlangenheizfläche 36 werden die Rohrtafeln 38 an die innere Kanalwand 28 geschichtet, nach Evolventenflächen gebogen und mit nicht gezeichneten, über den Umfang der Schlangenheizfläche 36 sich erstreckende Spanngürtel radial zusammengepresst. Das so gebildete Heizflächenbündel wird im Bereich des einen Zweigkanals 32 mit einem Drahtgeflecht und anschliessend mit der aus zwei Halbschalen zu- sammengeschweissten/mittleren Kanalwand 22 dicht umhüllt. Im Bereich des Kanalabschnittes 30 liegen die äussersten Rohrschenkel 51 an der Trennwand 14 an, die dadurch im Betrieb gekühlt wird. Es kann aber auch hier, gegebenenfalls in mehreren Schichten, ein Drahtgeflecht aus hochhitzebeständigem Material oder eine Isolation vorgesehen sein, die den Wärmeübergang an die Trennwand 14 herabsetzt. Auf der Aussenseite der Trennwand 14 können Mittel zur Verbesserung des Wärmeübergangs vorgesehen sein.Within the
Gemäss Fig. 2 hat die Wärmeübertragerfläche im anderen Zweigkanal 34 die Form einer Helissenheizfläche 62, die aus zweiundneunzig schraubenförmig gewundenen Rohren 64 besteht, die fünf Rohrzylinder bilden. An ihren oberen Enden sind die Rohre 64 über Verbindungsrohre 72, die die Wand des Unterteils 2 durchdringen, mit Verteilern 75,75' verbunden. An seinem unteren Ende ist jedes Rohr 64 über einen Rohrkrümmer 65 mit einem von zweiundneunzig Steigrohren 66 verbunden, die in dem zwischen dem Futter 10 und der äusseren Kanalwand 20 gebildeten Ringkanal vertikal verlaufen. Ueber eine nicht näher dargestellte, praktisch gasdichte Durchtrittstelle verlassen die Steigrohre den genannten Ringkanal und treten seitlich über Temperaturausgleichstutzen - die unter dem Namen "Thermo- sleeves" bekannt sind - durch die Wand des Unterteils 2, aus dem Druckgefäss 1 aus. Die Steigrohre sind an zwei Sammlern 70,70' angeschlossen.2, the heat exchanger surface in the
Die Rohre 64 der Helissenheizfläche werden in gelochten Tragblechen 61 gehalten, die innerhalb des Zweigkanals 34 in drei um 120° gegeneinander versetzten, durch die vertikale Achse.des Druckgefässes 1 verlaufenden Ebenen angeordnet sind. Die oberen Enden der Tragbleche sind seitlich an der Wand des Unterteils 2 befestigt und weisen über den Höhenbereich der Helissenheizfläche 62 Bohrungen 63 auf. In diese Bohrungen sind die Rohre 64 eingewunden.The
Gemäss Fig. 3 sind im Ringblech 12 zwei diametral gegeneinander versetzte, kreisförmige Oeffnungen 80 vorgesehen, unterhalb denen jeweils koaxial zur zugehörigen Oeffnung 80 auf je einer Ventilstange 81 ein Ventilkegel 82 angeordnet ist. Jede Ventilstange 81 ist in an der Trennwand 14 befestigten Armen 83 geführt und über einen in der Zeichnung nicht sichtbaren Verbindungsstift mit einem Gabelhebel 84 mit Langloch gekuppelt. Der Gabelhebel 84 sitzt auf einer Welle 85, die in einer Hülse 86 drehbar gelagert ist. Die Hülse 86 ist demontierbar an einem passend angeordneten Druckgefässstutzen 87 befestigt. Die Welle 85 durchdringt einen Flachdeckel 88 mit Stopfbüchse 89. Sie kann zum Einstellen der Höhenlage des Ventilkegels 82 von aussen gedreht werden.3, two diametrically offset,
Der Gasaustrittstutzen 5 ist mit einem eine Eintrittsdüse bildenden Futterblech 92 ausgekleidet, das in einen statischen Mischer 93 führt.The gas outlet nozzle 5 is lined with a
Im Höhenbereich unterhalb der Schlangenheizfläche 36 sind die Trennwand 14, die Verbindung 16 und der unterste Abschnitt des Unterteils 2 durch eine Ausmauerung 46, die nicht gezeichnete Kühlrohre enthalten kann, vor zu hohen Temperaturen geschützt.In the height range below the
Der Sammler 59 ist über eine Sattdampfleitung 45 mit einem Abscheider 46 verbunden, dessen Dampfaustrittleitung 47 zu den Verteilern 75 und 75' führt, während abgeschiedenes Wasser über einen am Grund des Abscheiders 46 angebrachten Ablassstutzen 48 abgegeben wird. An die Verteiler 75,75' ist zusätzlich zur Sattdampfleitung 47 eine weitere Dampfzufuhrleitung 49 angeschlossen, die zum Beispiel von Kühleinrichtungen oder einer Kesselanlage herkommt.The
Das Wärmeübertragersystem nach den Fig. 1 bis 4 funktioniert wie folgt: Dem Druckbehälter 1 wird an seinem unteren Ende ein Prozessgas von beispielsweise 1000°C und 20 bis 40 bar zugeführt. Dieses Gas strömt durch den Kanalabschnitt 30, worauf es sich nach Kühlung auf etwa 800°C im Höhenbereich der seitlichen Oeffnung zwischen dem Ringblech 12 und der Unterkante der mittleren Kanalwand 22 auf den einen Zweigkanal 32 und den anderen Zweigkanal-34 verteilt. In diesen Zweigkanälen gibt es weiter Wärme ab,- wobei der Teilstrom im Zweigkanal 32 auf beispielsweise 320°C und der im anderen Zweigkanal auf beispielsweise 380°C abgekühlt werden.The heat exchanger system according to FIGS. 1 to 4 works as follows: The
Stromunterhalb des Drosselorgans 25
vereinigen sich die beiden Gasströme,wobei sich eine Mischtemperatur von beispielsweise 350°C ergibt. Der vereinigte Gasstrom gelangt sodann durch den Ringraum 9, die Wand des Druckgefässes temperierend, in den Ringraum unterhalb des Ringbleches 12 und von dort durch den Gasaustrittstutzen 5 zur weiteren Verwendung.Downstream of the
the two gas flows combine, resulting in a mixing temperature of, for example, 350 ° C. The combined gas flow then passes through the
Ist die Temperatur des Gases am Austritt des Druckbehälters 1 zu tief, so wird diesem Gas durch die Oeffnungen 80 heisses Gas vom Ende des Kanalabschnitts 30 zugeführt. Das Dosieren dieser Gaszumischung geschieht durch Verdrehen der Welle 85, wodurch der Ventilkegel 82 mehr oder weniger hoch angehoben wird.If the temperature of the gas at the outlet of the
Damit die von den Oeffnungen 80 ausgehenden heissenGasschlieren weder an der Wand des Unterteils 2 noch am Gasaustrittstutzen 5 heisse Stellen hervorrufen, hält das Futterblech 92, gegebenenfalls unterstützt durch zusätzliche Leitbleche, solche Schlieren von der drucktragenden Wand fern. Anschliessend wird durch den statischen Mischer 93 die Gastemperatur vergleichmässigt.In order that the hot gas streaks emanating from the
Als Sekundärmedium wird dem Wärmeübertragersystem über den Verteiler 58 vorgewärmtes Wasser zugeführt, das über die als Tragrohre dienenden Schenkel 51 in die Schlangenheizfläche 36 eingespeist wird. Diese Schlangenheizfläche dient, wie schon erwähnt, als Verdampfer; es strömt deshalb über die Schenkel 57 ein Dampfwassergemisch in den Sammler 59. Das Dampfwassergemisch wird sodann im Abscheider 46 getrennt; das Wasser wird über den Stutzen 48, ausgeschieden und der Sattdampf über die Leitung 47 in die Verteiler 75, 75' eingespeist.Preheated water is supplied to the heat exchanger system as a secondary medium via the
In diese Verteiler 75, 75' kann über die Leitung 49 weiterer Sattdampf aus'der im übrigen nicht dargestellten Anlage zugeführt werden. Der Sattdampf gelangt nun über die Verbindungsrohre 72 in das Helissenrohrbündel 62,wo er im Kreuz-Gegenstrom zum heizenden Gas überhitzt wird. Der überhitzte Dampf verlässt über die Steigrohre 66 und die Kollektoren 70, 70' das Wärmeübertragersystem.Further saturated steam can be fed into these
Die Heizflächen im Kanalabschnitt 30 und den beiden Zweigkanälen 32 und 34 sind im Hinblick auf eine etwaige Heizflächenverschmutzung so gross ausgelegt, dass zunächst mit wenig geöffnetem Drosselorgan 25 und weit offenen Oeffnungen 80 gefahren werden kann. ImThe heating surfaces in the
Kanalabschnitt 30 wird viel Wärme abgegeben, sodass der Zweigkanal 32 entsprechend gedrosselt werden kann. Da die Eintrittstemperatur im andern Zweigkanal 34 verhältnismässig-tief liegt, besteht keine Gefahr, dass die Ueberhitzung des Dampfes zu hoch steigt. Dagegen ergibt sich eine verhältnismässig tiefe Mischtemperatur des Gasgemisches stromunterhalb der beiden Zweigkanäle. Durch Zumischen einer verhältnismässig grossen Menge heissen Gases über die Oeffnungen 80 wird die Temperatur des aus dem Druckbehälter 1 austretenden Gases wieder auf die gewünschte Höhe angehoben.
Sollten die Heizflächen verschmutzt werden, so geschieht dies in erster Linie im Kanalabschnitt 30. Damit nimmt die Schlangenheizfläche 36 in ihrem unteren Teil zu wenig Wärme auf, was durch ein weiteres Oeffnen des Drosselorgans
25 korrigiert werden kann. Da das Helissenbündel 62 stark überdimensioniert ist, besteht dabei wenig Gefahr, dass die gewünschte Ueberhitzungstemperatur nicht erreicht wird.Should the heating surfaces become soiled, this occurs primarily in the
25 can be corrected. Since the bundle of
Da im eben behandelten Falle verschmutzter Heizflächen die Mischtemperatur des Gases im Ringraum 9 höher liegt als im Fall sauberer Heizflächen, wird durch Anheben der Ventilkegel 82 die durch die Oeffnungen 80 strömende Gasmenge vermindert.Since the mixed temperature of the gas in the
Schreitet die Verschmutzung der Heizflächen so stark fort, dass das Drosselorgan 25 voll geöffnet werden muss und die können verlangten Temperaturen nicht mehr eingehalten werden, so wird zur Reinigung der Heizflächen der Deckel 7 abgehoben, wobei die an den tragenden Schenkeln 51 hängende mittlere Kanalwand 22, die Schlangenheizfläche 36 und die innere Kanalwand 28 mit herausgezogen werden. Die mittlere Kanalwand 22 lässt sich dann verhältnismässig leicht vom Konus 23 lösen und in zwei Schalen auftrennen, dass diese seitwärts entfernt werden können. 36If the heating surfaces become so dirty that the
Nach Entfernen der die Schlangenheizfläche umgebenden Spanngürtel lassen sich nun, insbesondere im mittleren und unteren Teil der Schlangenheizfläche,die Rohrtafeln 38 leicht nach aussen biegen, sodass sie gereinigt werden können. Das Helissenbündel 62 lässt sich von innen inspizieren und auch von dort aus reinigen.After removing the tensioning belt surrounding the coil heating surface, the
Sollte sich zeigen, dass bei der Auslegung des Sysytems die Verzweigungsstelle zu tief oder zu hoch gelegt wurde, so lässt sich leicht die Trennwand 14 über das Ringblech 12 hinaus erhöhen oder die mittlere Kanalwand 22 verkürzen oder nach unten verlängern.Should it become apparent that the branching point was set too low or too high when the system was designed, the
Es ist auch denkbar, die Abzweigstelle einstellbar zu gestalten, beispielsweise durch einen oder zwei Ringschieber oder durch, einen in der mittleren Kanalwand 22 vorgesehenen Bypass.It is also conceivable to make the branch point adjustable, for example by one or two ring slides or by a bypass provided in the
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. So kann es beispielsweise auch vorteilhaft sein, die Kanäle 30, 32 und 34 mindestens teil- weise als Membranwände, das heisst aus zu Wanden verschweissten Rohren, auszubilden.The invention is not limited to the illustrated embodiment. For example, it can also be advantageous to design the
Im Ausführungsbeispiel sind die Wärmeübertragerflächen in einfachster Form dargestellt. Selbstverständlich lassen sie sich auch unterteilen und ganz oder partiell die Strömungsrichtungen umkehren.In the exemplary embodiment, the heat exchanger surfaces are shown in the simplest form. Of course, they can also be subdivided and the flows in whole or in part reverse directions.
Schliesslich kann auch mehr als ein Sekundärmedium an der Wärmeübertragung beteiligt sein. Sollen Drosselorgane im Druckbehälter vermieden werden, so können diese auch in Verbindungsleitungen gelegt werden, die der Gasführung ausserhalb des Druckbehälters dienen.Finally, more than one secondary medium can be involved in the heat transfer. If throttling elements in the pressure vessel are to be avoided, they can also be placed in connecting lines which serve to guide the gas outside the pressure vessel.
Zur Verteilung der Wärmeübertragung auf verschiedene Heizflächen kann unter Umständen auch die Mengenverteilung des Sekundärmediums oder der Sekundärmedien verändert werden. Auch bezüglich der Art der Wärmeübertragerflächen ist die Erfindung durchaus nicht an das gezeichnete Ausführungsbeispiel gebunden; so können beispielsweise auch Sackrohre oder Wärmerohre eingesetzt werden.To distribute the heat transfer to different heating surfaces, the quantity distribution of the secondary medium or the secondary media can also be changed under certain circumstances. Also with regard to the type of heat exchanger surfaces, the invention is by no means bound to the exemplary embodiment shown; for example, pocket pipes or heat pipes can also be used.
Die Verzweigung auf die Zweigkanäle kann bei verschiedenen Temperaturen oder Temperaturbereichen gestaffelt erfolgen. Auch das Zusammenführen der Zweigströme lässt sich staffeln.The branching to the branch channels can be staggered at different temperatures or temperature ranges. The merging of the branch streams can also be staggered.
Die Oeffnungen 80 können eintrittsseitig mit Stellen tieferer Temperatur, sei es des einen oder des anderen Zweigkanals, verbunden sein. Je nach den gestellten Randbedingungen kann es auch zweckmässig sein, die Anordnung der Kanäle im Druckgefäss zu vertauschen oder sonstwie anders anzuordnen. Um das Abblinden einzelner Rohre, insbesondere im Ueberhitzerrohrbündel,wo höhere Temperaturen auftreten, zu erleichtern, kann es zweckmässig sein, etwa die Verbindungsrohre 72 nach der CH-PS 384 602 an Rohrplatten anzuschliessen.On the inlet side, the
Um ein Ausbauen des Helissenbündels 62 zu erleichtern, kann es vorteilhaft sein, den Unterteil 2 des Druckgefässes unterhalb der Befestigungsstelle der Tragplatten 61 durch Zwischenflanschen zu unterteilen.In order to facilitate removal of the
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