EP0232465B1

EP0232465B1 - Wärmetauscher, insbesondere dampfbeheizter Zwischenüberhitzer

Info

Publication number: EP0232465B1
Application number: EP86114195A
Authority: EP
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. Nowak
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1985-12-17
Filing date: 1986-10-14
Publication date: 1988-12-07
Also published as: EP0232465A1; DE3544517C1; CN86108080B; DE3661384D1; ATE39181T1; IN164298B; ES2005815B3; CN86108080A; BR8606219A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere dampfbeheizten Zwischenüberhitzer, mit einem senkrecht zwischen einer oberen Verteil- und einer unteren Sammelkammer angeordneten, gleichsinnig durchströmten Rohrbündel für das wärmeabgebende, Inertgas enthaltende Medium, das in den Rohren kondensiert und hierdurch das die Rohre von aussen beaufschlagende Medium erwärmt.
Ein derartiger Wärmetauscher ist aus der FR-A 2 274 121 bekannt. Da das aufzuwärmende Medium, insbesondere überhitzter Dampf, die aussenliegenden Rohre des senkrecht stehenden Rohrbündels zuerst erreicht und damit stärker beaufschlagt als die im Kern des Rohrbündels liegenden Rohre, ist die Kondensationswirkung des Dampfes im Rohrbündelkern geringer als in den Randgebieten. Dies führt dazu, dass am Ende der Kernrohre unter bestimmten Arbeitsbedingungen noch Restdampf austritt. Dieser Restdampf hat die Tendenz, in die Rohre des Randbereiches zurückzuströmen, da diese Rohre einer grösseren Temperaturdifferenz ausgesetzt sind und damit eine Saugwirkung auf den aus den Kernrohren austretenden Restdampf ausüben.
Eine derartige Rückströmung von Restdampf, der aus dem unteren Ende der Kernrohre des Rohrbündels austritt, ist unerwünscht, weil die Rückströmung nicht nur der Strömungsrichtung des Kondensats in den Aussenrohren des Rohrbündels entgegenwirkt und Kondensatpfropfen bilden kann, sondern auch im Dampf enthaltenes Inertgas zurückhält, das nicht kondensierbar ist und in den Rohren des Randbereiches auf diese Weise Inertgaspfropfen bildet, die im Extremfall eine grosse Kondensationsfläche blockieren und zu einem mit der Zeit zunehmenden Leistungsabfall des Wärmetauschers führen.
Um diese bekannten Nachteile zu verhindern, wurden bereits Einbauten in die Rohre des Wärmetauschers vorgeschlagen, die durch eine unterschiedliche Drosselwirkung eine Vergleichmässigung bei der Verteilung des zu kondensierenden Dampfes bewirken sollen. Neben einem grossen technischen Aufwand haben diese Massnahmen den Nachteil, dass sie störanfällig sind, nur für einen bestimmten Lastfall optimal ausgelegt werden können und durch den unvermeidbaren Druckverlust einen generellen Leistungsabfall des Wärmetauschers zur Folge haben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Wärmetauscher der beschriebenen Art eine Rückströmung des Restdampfes mit einfachen technischen Mitteln und ohne eine Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades zu verhindern.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die rückströmungsgefährdeten, im Randbereich liegenden Rohre des Rohrbündels durch die Rohrscheibe der Sammelkammer hindurchgeführt sind und mit ihrem Ende in eine Kondensat-Sammelwanne hineinragen, die mit einem oberhalb der Rohrenden liegenden Kondensatüberlauf versehen ist.
Durch das Hineinragen jedes einzelnen rückströmungsgefährdeten Rohres in die Kondensat-Sammelwanne, die wegen des oberhalb der Rohrenden liegenden Kondensat-Überlaufs im Betrieb des Wärmetauschers mit Kondensat gefüllt ist, wird ein Abschluss jedes rückströmungsgefährdeten Rohres erreicht, so dass austretender Restdampf nicht in andere Rohre des gleichen Rohrbündels zurückströmen und dort zu den beschriebenen Funktionsstörungen führen kann. Insbesondere bei dem aus der FR-A 2 274 121 bekannten Wärmetauscher, bei dem alle Rohre von dem wärmeabgebenden Medium in gleicher Richtung durchströmt werden, sind die zur Verhinderung der Rückströmung einzusetzenden Mittel einfach, da es lediglich erforderlich ist, bei neuen Wärmetauschern die Rohre des Rohrbündels länger auszubilden und durch die Rohrscheibe der Sammelkammer hindurchzuführen bzw. bei nachträglichen Umbauten an die vorhandenen Rohre Rohrstücke anzusetzen, die bis in die Kondensat-Sammelwanne hinabreichen. Bei der Kondensat-Sammelwanne handet es sich um ein einfaches Bauteil, das ohne Schwierigkeiten in der Sammelkammer des Rohrbündels untergebracht werden kann, so dass sich auch insoweit der technische Aufwand für den erfindungsgemässen Vorschlag in Grenzen hält.
Zwar ist aus der US-A 4 166 497 ein Wärmetauscher bekannt, dessen U-förmige, liegend angeordnete Rohrbündel gemeinsam in einen Sammeltopf ragen, der über einen Stutzen in eine Kondensatwanne hinabreicht, jedoch wird auf diese Weise nur ein Dampfaustausch zwischen den beiden, den jeweiligen Rohrenden zugeordneten Sammelkammern verhindert. Diese Dampfsperre ist notwendig, da das aus den Rohrenden in den Sammeltopf austretende Gemisch von Dampf und Kondensat aufgetrennt werden muss, wobei das Kondensat den Wärmetauscher über einen Abflussstutzen verlassen soll, der sich jedoch in der anderen Kammer befindet. Die aus dem Stutzen und der Kondensatwanne gebildete Dampfsperre verhindert daher einen Dampfaustausch zwischen den Kammern, in die die Rohrbündel münden. Hinweise auf den mit der Erfindung beschrittenen Lösungsweg lassen sich der US-A 4 166 497 nicht entnehmen, da bei den gemeinsam in den Sammeltopf einmündenden Rohren ein Zurückströmen von Restdampf in solche Rohre, die einer grösseren Temperaturdifferenz ausgesetzt sind und damit eine Saugwirkung auf den Restdampf ausüben, nicht verhindert wird. Deshalb ist auch bei diesem bekannten Wärmetauscher die Bildung von Inertgaspfropfen, die im Extremfall eine grosse Kondensationsfläche blockieren können, nicht auszuschliessen.
Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist die Kondensat-Sammelwanne ringförmig ausgebildet und ihr Kondensatüberlauf im Bereich der Kernrohre des Rohrbündels angeordnet. Die erfindungsgemässen Massnahmen werden somit auf einfache Weise auf die rückströmungsgefährdeten Rohre des Rohrbündels beschränkt.
Um die Bildung eines Wasserschleiers beim Verlassen des Kondensats über den Kondensatüberlauf der Sammelwanne zu vermeiden, der das Abziehen der Inertgase erschweren würde, wird mit der Erfindung schliesslich vorgeschlagen, den Rand des Kondensatüberlaufs gezackt auszubilden. Hierdurch entstehen Kondensatsträhnen, die eine zuverlässige Absaugung der Inertgase nicht behindern.
Mit der Erfindung wird insgesamt die Weiterbildung eines bekannten Wärmetauschers geschaffen, welche die Möglichkeit einer Rückströmung von aus den Kernrohren des Rohrbündels austretendem Restdampf in die Rohre des Randbereiches zuverlässig verhindert, so dass sich in diesen Randbereichsrohren keine Inertgase ansammeln können, wodurch zugleich eine Blockierung von Kondensationsflächen verhindert und ein mit der Zeit zunehmender Leistungsabfall des Wärmetauschers vermieden wird.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Wärmetauschers in einem Längsschnitt dargestellt.
Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen stehenden dampfbeheizten Zwischenüberhitzer, der ein Bündel aus senkrecht verlaufenden Rohren 1 für das wärmeabgebende Medium, nämlich den Dampf umfasst. Am oberen Ende sind diese Rohre 1 an eine Verteilkammer 2 angeschlossen, am unteren Ende an eine Sammelkammer 3. Der Inertgas enthaltende Dampf wird der Verteilkammer 2 durch einen Stutzen 4 zugeführt. Das durch Wärmeabgabe in den Rohren 1 entstehende Kondensat gelangt in die Sammelkammer 3, aus der es durch einen Abfluss 5 abgezogen wird.
Das aus den Rohren 1 gebildete Rohrbündel ist von einem Gehäusemantel 6 umgeben, dem beim Ausführungsbeispiel von unten her aufzuwärmender Dampf zugeführt wird, wie dies die beiden Pfeile in der Zeichnung erkennen lassen. Dieser Dampf beaufschlagt die Rohre 1 von aussen; der aufgewärmte Dampf verlässt den Gehäusemantel 6 durch einen Dampfstutzen 7.
Da der zu überhitzende Dampf die aussenliegenden Rohre 1 a des Rohrbündels stärker beaufschlagt als die im Kern des Rohrbündels liegenden Rohre 1 b, ist die Kondensationswirkung des wärmeabgebenden, durch den Stutzen 4 zugeführten Dampfes in den innenliegenden Rohren 1 des Rohrbündelkernes geringer als in den aussenliegenden Rohren 1 a. Unter bestimmten Arbeitsbedingungen kann deshalb aus dem unteren Ende der innenliegenden Rohre 1 b neben Kondensat Restdampf austreten.
Um zu verhindern, dass dieser aus den Rohren 1 b austretende Restdampf in die aussenliegenden Rohre 1 a zurückströmt, sind beim Ausführungsbeispiel diese rückströmungsgefährdeten, im Randbereich des Rohrbündels liegenden Rohre 1 a durch die Rohrscheibe 3a der Sammelkammer 3 hindurchgeführt. Sie ragen mit ihrem Ende in eine Kondensat-Sammelwanne 8 hinein, die beim Ausführungsbeispiel somit ringförmig ausgeführt ist. In dieser Kondensat-Sammelwanne 8 wird ständig ein solcher Flüssigkeitsstand gehalten, dass durch das vorhandene Kondensat die einzelnen Enden der Rohre 1 a abgeschlossen sind. Aus den Enden der innenliegenden Rohre 1 b austretender Restdampf kann somit nicht in die untenliegenden Enden der aussenliegenden Rohre 1 a eintreten. Der Flüssigkeitsstand wird dadurch gehalten, dass ein Kondensatüberlauf 9 oberhalb der Enden der Rohre 1 a angeordnet ist. Beim Ausführungsbeispiel ist der Rand des Kondensatsüberlaufs 9 gezackt ausgebildet. Mit Hilfe dieses Kondensatüberlaufs 9 gelangt somit das aus den aussenliegenden Rohren 1 a austretende, die Kondensat-Sammelwanne 8 über den Kondensatüberlauf 9 verlassende Kondensat gemeinsam mit den aus den innenliegenden Rohren 1 b austretenden Kondensat in die Sammelkammer 3 des Wärmetauschers, aus der es mittels des Abflusses 5 abgezogen wird.
Bezugsziffernliste:

1 Rohr
1 a aussenliegendes Rohr
1 b innenliegendes Rohr
2 Verteilkammer
3 Sammelkammer
3a Rohrscheibe
4 Stutzen
5 Abfluss
6 Gehäusemantel
7 Dampfstutzen
8 Kondensat-Sammelwanne
9 Kondensatüberlauf

Claims

1. Wärmetauscher, insbesondere dampfbeheizter Zwischenüberhitzer, mit einem senkrecht zwischen einer oberen Verteil- und einer unteren Sammelkammer angeordneten, gleichsinnig durchströmten Rohrbündel für das wärmeabgebende, Inertgas enthaltende Medium, das in den Rohren kondensiert und hierdurch das die Rohre von aussen beaufschlagende Medium erwärmt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die rückströmungsgefährdeten, im Randbereich liegenden Rohre (1a) des Rohrbündels (1) durch die Rohrscheibe (3a) der Sammelkammer (3) hindurchgeführt sind und mit ihrem Ende in eine Kondensat-Sammelwanne (8) hineinragen, die mit einem oberhalb der Rohrenden liegenden Kondensatüberlauf (9) versehen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensat-Sammelwanne (8) ringförmig ausgebildet ist und ihr Kondensatüberlauf (9) im Bereich der Kernrohre (1b) des Rohrbündels (1) angeordnet ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand des Kondensatüberlaufs (9) gezackt ausgebildet ist.