EP0443440B1 - Kanal zum Abführen der Verbrennungsgase einer Kesselanlage - Google Patents

Kanal zum Abführen der Verbrennungsgase einer Kesselanlage Download PDF

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EP0443440B1
EP0443440B1 EP91102083A EP91102083A EP0443440B1 EP 0443440 B1 EP0443440 B1 EP 0443440B1 EP 91102083 A EP91102083 A EP 91102083A EP 91102083 A EP91102083 A EP 91102083A EP 0443440 B1 EP0443440 B1 EP 0443440B1
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F28D21/0005Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases for domestic or space-heating systems
    • F28D21/0007Water heaters

Definitions

  • the invention relates to a channel for discharging the combustion gases of a boiler system of heating or turbine power plants according to the first part of claim 1.
  • the heat exchangers are formed by parallel plates arranged one above the other; To achieve an S-shaped course of the channel, the heat exchangers are also arranged in sections lying one above the other; here, deflecting spaces are provided for the deflection of the combustion gases from one section to the other, the ends of the plates forming the heat exchangers all ending in a vertical plane.
  • Such deflection rooms prevent the duct from being directly connected to buildings or other facilities.
  • swirls can occur in the deflection rooms, which result in an uneven loading of the individual rooms of the heat exchanger.
  • the invention would like to avoid these disadvantages and thus strives for good connection options for the duct and furthermore a more even utilization and utilization of the individual components of the heat exchanger.
  • the channel is essentially enclosed by an approximately cuboid housing 1, which has an inlet 2 for the combustion gases at the top right and an outlet 3 for these gases at the bottom on the left.
  • the housing 1 ensures adequate insulation and can be directly connected to the outer wall of the boiler house on the right side.
  • a fan 4 is required in the area of the outlet 3 to generate an artificial draft, but there is the great advantage that any escaping pollutants can be caught near the ground and cannot be discharged upwards into the open.
  • a plurality of sections a, b, c and d of the channel are arranged closely one above the other, each in a horizontal position.
  • the combustion gases are guided back and forth in the shape of the arrows in the sense of the arrows, with one section flowing through and then the next flowing when the deflection point 5 has passed.
  • Each section a - d is assigned a heat exchanger which consists of hollow plates 6 which are horizontal in the parallel position are arranged. On both sides of each heat exchanger, side plates 7 - also held hollow - are arranged vertically. The plates 6, 7 are connected by elbows 8 so that cold water can flow into the heat exchanger at 9 and warm water can drain off at 10.
  • the heat exchangers of the various sections a - d are in turn connected to one another in terms of pipes; nor is it absolutely necessary that the partition between two adjacent sections be formed by the plate 6 of a heat exchanger. Rather, an insulating plate can also be provided as a separation if necessary.
  • the grading dimensions x, y and z thus correspond to one another, but opposing gradations are provided if a deflection point 5 is considered.
  • the plate 6 located the most outside (at the deflection point 5) delimits the deflection point 5 upwards in the heat exchanger of section a, while the plate 6 lying at the bottom or its end limits the deflection point 5 downwards. This creates a somewhat triangular (equilateral) deflection point 5, the tip of which is directed at the parting plane between adjacent heat exchangers.
  • the grading can be achieved most simply by moving a plurality of plates 6 of equal length; for them it is only a matter of their attachment in the sense of the drawing in the offset state, it being advantageous if there is symmetry.
  • the separating layer (parting plane) between two superimposed heat exchangers formed by a plate 6 of one of the two heat exchangers.
  • the supply of the combustion gases from inlet 2 to inlet 11 in the heat exchanger located above also takes place via a line 12 which is delimited at the top by the housing 1 and at the bottom by the plate 6 of the heat exchanger of section a located at the top.
  • the guidance of the medium to be heated is particularly advantageous if it is carried out in the direction of arrows 13 according to FIG. 2.
  • the medium is introduced into the bottom plate 6 on one side, passed through it, drawn off on the other side and fed to the plate 6 lying above, plates 7 being completely dispensed with and the transfer of the water or medium directly from one Plate 6 can be done to another.
  • This S-shaped guidance of the medium means that the heated medium can be removed at the top in the direction of arrow 10.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kanal zum Abführen der Verbrennungsgase einer Kesselanlage von Heiz- oder Turbinenkraftwerken nach dem ersten Teil des Patentanspruchs 1.
  • Bei den bekannten Kanälen dieser Art ( EP-A-o 179 161 ) werden die Wärmetauscher von einander parallelen, übereinander angeordneten Platten gebildet; zur Erzielung eines S-förmigen Verlaufs des Kanals sind die Wärmetauscher zudem in übereinander liegenden Abschnitten angeordnet; dabei sind für die Umlenkung der Verbrennungsgase von einem zum anderen Abschnitt hutzenartige Umlenkräume vorgesehen, die Enden der die Wärmetauscher bildenden Platten enden dabei alle in einer senkrechten Ebene.
  • Solche Umlenkräume verhindern den unmittelbaren Anschluss des Kanals an Gebäude oder andere Einrichtungen, zudem können sich in den Umlenkräumen Verwirbelungen einstellen, die eine ungleichmässige Beaufschlagung der einzelnen Räume der Wärmetauscher zur Folge haben.
  • Die Erfindung möchte diese Nachteile vermeiden und strebt somit gute Anschlussmöglichkeiten für den Kanal und ferner eine gleichmässigere Ausnutzung und Auslastung der einzelnen Bestandteile der Wärmetauscher an.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Dadurch ergibt sich, dass an den Umlenkstellen die am weitesten aussen gelegenen Platten die Umlenkstelle oben und unten begrenzen. Die so durchgeführte Staffelung der Plattenenden bewirkt, dass die Verbrennungsgase, die in der Staffelung am weitesten oben in die Umlenkstelle eintreten, vorwiegend in die Staffel am weitesten unten zum nächsten Abschnitt führen. Es entsteht somit ein gewisses Leitsystem, das die Zuleitung der Verbrennungsgase zu bestimmten weiteren Kanälen fördert.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
  • Es zeigen :
  • Fig. 1
    einen senkrechten Längsschnitt durch einen Kanal zum Abführen der Verbrennungsgase der Kesselanlage für ein Turbinen- oder Heizkraftwerk in schaubildlicher Wiedergabe und
    Fig. 2
    einen Teilquerschnitt durch den Randbereich eines Wärmetauschers für den Kanal gemäss Fig. 1.
  • Der Kanal wird im wesentlichen von einem etwa quaderförmigen Gehäuse 1 umschlossen, das an der rechten Seite oben einen Eintritt 2 für die Verbrennungsgase und an der linken Seite unten einen Austritt 3 für diese Gase aufweist. Das Gehäuse 1 gewährleistet eine ausreichende Isolation und kann sich an der rechten Seite unmittelbar an die Aussenwandung des Kesselhauses anschliessen. Wichtig ist aber vor allen Dingen, dass der Kanal insgesamt gesehen einen waagerechten Verlauf hat, also nicht eine Erstreckung nach oben, sondern zur Seite hin. Dazu ist zwar im Bereich des Austritts 3 ein Ventilator 4 zur Erzeugung eines künstlichen Zuges erforderlich, jedoch ergibt sich der grosse Vorteil, dass evtl. austretende Schadstoffe in Bodennähe abgefangen und nicht ins Freie nach oben abgeführt werden können.
  • Innerhalb des Gehäuses 1 sind mehrere Abschnitte a, b, c und d des Kanals eng übereinanderliegend, je in waagerechter Stellung befindlich angeordnet. Die Verbrennungsgase werden dabei im Sinne der Pfeile s-förmig hin und her geführt, wobei jeweils ein Abschnitt durchströmt und dann der nächste angeströmt wird, wenn die Umlenkstelle 5 passiert ist.
  • Jedem Abschnitt a - d ist ein Wärmetauscher zugeordnet, der aus hohlen Platten 6 besteht, die in Parallelstellung waagerecht angeordnet sind. Zu beiden Seiten eines jeden Wärmetauschers sind Seitenplatten 7 - ebenfalls hohl gehalten - senkrecht angeordnet. Die Platten 6, 7 stehen dabei durch Krümmer 8 in Verbindung, damit kaltes Wasser bei 9 in den Wärmetauscher einströmen und oben bei 10 warmes Wasser abfliessen kann. Darüber hinaus sind auch die Wärmetauscher der verschiedenen Abschnitte a - d wiederum untereinander leitungsmässig verbunden; auch ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Trennwand zwischen zwei benachbarten Abschnitten von der Platte 6 eines Wärmetauschers gebildet wird. Vielmehr kann hier ggfs. auch eine Isolierplatte als Trennung vorgesehen werden.
  • Wichtig für die Erfindung ist die Anordnung der Platten 6, die unter Stufung ihrer Enden fortschreitend gegeneinander versetzt sind. Die Stufungsmasse x, y und z entsprechen somit einander, jedoch sind gegensinnige Stufungen vorgesehen, wenn eine Umlenkstelle 5 betrachtet wird. Die am weitesten aussen ( an der Umlenkstelle 5 ) gelegene Platte 6 begrenzt bei dem Wärmetauscher des Abschnittes a die Umlenkstelle 5 nach oben hin, während die am weitesten unten gelegene Platte 6 bzw. ihr Ende die Umlenkstelle 5 nach unten hin begrenzt. Damit entsteht eine gewissermassen dreieckförmige (gleichseitig) Umlenkstelle 5, deren Spitze auf die Trennebene zwischen benachbarte Wärmetauscher gerichtet ist.
  • Mit Vorteil ergibt sich hieraus eine besonders günstige Führung der Verbrennungsgase im Sinne der Pfeile 7. Während im Bereich der Trennebene benachbarter Wärmetauscher eine unmittelbare Umlenkung der Verbrennungsgase stattfindet ( Pfeil 7' ) geschieht die Umlenkung bei den anderen Stufen symmetrisch, indem z.B. die über die Stufe bei z entstehende Ausströmung in die zugehörige unten gelegene Stufe z gelangt, wobei es sich natürlich versteht, dass auch bei der Stufung Verwirbelungen entstehen können, jedoch haben aber Versuche gezeigt, dass eine wesentlich gleichmässigere Beaufschlagung der einzelnen Platten durch die Verbrennungsgase eintritt, der Wirkungsgrad des Wärmetauschers also erheblich verbessert wird.
  • Die Stufung lässt sich am einfachsten durch eine Versetzung einer Vielzahl gleich langer Platten 6 verwirklichen; bei ihnen kommt es also nur auf ihre Befestigung im Sinne der Zeichnung im versetzten Zustand an, wobei es vorteilhaft ist, wenn eine Symmetrie gegeben ist.
  • Zur Erzielung eines einfachen Aufbaus des Kanals ist es auch zweckmässig, die Trennschicht ( Trennebene ) zwischen zwei übereinander liegenden Wärmetauschern von einer Platte 6 eines der beiden Wärmetauscher bilden zu lassen. Die Zuführung der Verbrennungsgase vom Eintritt 2 zum Eintritt 11 in den oben gelegenen Wärmetauscher erfolgt auch über eine Leitung 12, die oben vom Gehäuse 1 und unten von der oben gelegenen Platte 6 des Wärmetauschers des Abschnitts a begrenzt ist.
  • Besonders vorteilhaft ist die Führung des zu erwärmenden Mediums ( Wasser ), wenn sie im Sinne der Pfeile 13 gemäss Fig. 2 erfolgt. Das Medium wird in die unterste Platte 6 auf einer Seite eingeführt, durch diese hindurchgeleitet, an der anderen Seite abgezogen und der darüber liegenden Platte 6 zugeführt, wobei auch ganz auf die Platten 7 verzichtet werden und die Überleitung des Wassers bzw. Mediums unmittelbar von einer Platte 6 zur anderen erfolgen kann. Diese s-förmige Führung des Mediums bedingt, dass das erwärmte Medium oben im Sinne des Pfeiles 10 abgezogen werden kann.

Claims (8)

  1. Kanal zum Abführen der Verbrennungsgase einer Kesselanlage von Heiz- und Turbinenkraftwerken, wobei der Kanal insgesamt gesehen waagerecht oder gegenüber der Waagerechten schwach ansteigend verläuft, wobei im Kanal hohle, sich waagerecht erstreckende Platten so angeordnet sind, daß Abschnitte (a-d) gebildet werden, wobei im Bereich des Überganges von einem Abschnitt (a-d) zum nächsten Abschnitt (a-d) plattenfreie Umlenkstellen (5) für die Verbrennungsgase vorgesehen sind, sodaß ein S-förmiger Strömungskanal für die Verbrennungsgase durch den Kanal gebildet wird, wobei die Platten eines jeden Abschnittes miteinander verbunden sind und für jeden Abschnitt jeweils einen Wärmetauscher bilden und am Kanalende ein Zugerzeuger (4) vorgesehen ist, der den Zug im Kanal zumindest im wesentlichen bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die den Umlenkstellen (5) zugekehrten Plattenenden eines jeden Wärmetauschers fortschreitend gegeneinander versetzt sind, an den Umlenkstellen (5) die Plattenenden eines Wärmetauschers gegenüber den Plattenenden des folgenden Wärmetauschers in der Weise gegensinnig versetzt sind, daß die einander benachbart liegenden Platten (6) von zwei zu einer Umlenkstelle (5) führenden Wärmetauschern von der die Umlenkstelle (5) seitlich begrenzenden Wandung des Gehäuses (1) des Kanals den größten Abstand haben und daß die Platten (6) der beiden Wärmetauscher, welche den größten gegenseitigen Abstand haben, an die die Umlenkstelle seitlich begrenzende Wandung des Kanals angrenzen und die Umlenkstelle durch diese Platten (6) im wesentlichen oben und unten begrenzt wird.
  2. Kanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher aus Platten (6) gleicher Länge bestehen.
  3. Kanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkstellen (5) im wesentlichen einen Querschnitt nach Art eines gleichseitigen Dreiecks haben, wobei eine Spitze des Dreiecks auf die Trennebene zwischen zwei benachbarte Wärmetauscher gerichtet ist und die beiden anderen Spitzen durch die beiden Plattenenden von Platten (6) der beiden an der Umlenkstelle (5) befindlichen Wärmetauscher bestimmt sind, welche Plattenenden am weitesten auseinander liegen.
  4. Kanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mass der gegenseitigen Versetzung der an einer Umlenkstelle (5) befindlichen Plattenenden konstant ist.
  5. Kanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennebene übereinander liegender Wärmetauscher von der Platte (6) eines der beiden Wärmetauscher gebildet ist.
  6. Kanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem im Kanal oben liegenden Abschnitt (a) die Verbrennungsgase an dem der Eintrittsöffnung (2) des Kanals abgekehrten Ende zuführbar sind und dass die von der Eintrittsöffnung (2) zum Eintritt in den oben liegenden Abschnitt (a) führende Leitung oben von einer Gehäusewand des Kanals und unten von der oben gelegenen Platte (6) des den Abschnitt (a) bildenden Wärmetauschers gebildet ist.
  7. Kanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Wärmetauschern zu erwärmende Medium in die unterste Platte (6) des Wärmetauschers eingeleitet, wechselseitig durch die darüber liegenden Platten (6) geführt ( s-förmiger Verlauf; Pfeile 13 ) und in der am weitesten oben gelegenen Platte (6) abgezogen wird.
  8. Kanal nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Wärmetauscher, zumindest zwei Wärmetauscher wirkungsmässig in Serie geschaltet sind.
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