EP0447631A2 - Combustion device for impurities - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for burning contaminants contained in a media stream.
- the device consists of a cylindrical container with an inlet connection and an outlet connection for the media flow. This can be introduced into an annular chamber by means of radially extending bundles of heat exchanger tubes arranged inside the container. This surrounds a burner arranged on an inside face of the container and merges into a high-speed tube arranged coaxially with the burner.
- the high-speed pipe opens into an annular space which surrounds the high-speed pipe.
- the media flow can be fed from the annular space to the outlet connection via the heat exchanger tubes.
- the end regions of the heat exchanger tubes on the inflow side are bent radially outward and are washed around by the heated media stream treated.
- Such a device is known from DE 35 32 232 C2.
- the heat exchanger tubes on the hot side of the device that is to say in the region of the burner, are bent inwards and inserted in a drum concentrically surrounding the burner, the result is that bent outwards Heat exchanger tubes the advantage that the tube ends on a much larger Circumferential surface can be arranged so that easier welding is achieved.
- the welded ends can be at a considerably greater distance from one another, so that the jacket receiving the ends does not have to be an additional component such as a drum, but the inner wall of an outer annular space can be used as a fastening surface through which the carrier gas containing the oxidizable components can be used Entry opening is guided to the heat exchanger tubes.
- the invention has for its object to propose a device of the type described in the introduction, in which all heat exchanger tubes have the same bending and compensating capacity, the force acting on each tube should be as low as possible, which is also a prerequisite for harmful vibration of pipes is avoided.
- all radii of the bends and the connecting pieces between the bends of all heat exchanger tubes can be dimensioned the same, so that all heat exchanger tubes also have mutually matching compensation properties.
- the connecting pieces between the arcs of the heat exchanger tubes are aligned tangentially to a circle, the center of which lies in the central axis of the container.
- this embodiment enables the use of heat exchanger tubes with relatively long connecting pieces between the bends with the same device dimensions, so that the flexibility of the heat exchanger tubes can be increased considerably.
- an embodiment of the invention provides that the end regions of the heat exchanger tubes are arranged in an end piece which is radially widened with respect to an outer annular chamber and to which the inlet connector is connected.
- the device essentially consists of a cylindrical container 1, which is provided on the outside with a heat-insulating insulation 2.
- the container 1 is near an end face 3 with a radially penetrating the container wall Provided inlet port 4, which opens into an annular prechamber 5. This is delimited on its side facing the center of the container by a circular disk 6, through which the inflow ends of heat exchanger tubes 7 are passed.
- the heat exchanger tubes 7, which are arranged cylindrically near the wall of the container 1 and extend axially over a substantial part of the container length, are each provided with two bends 8 at the inflow-side end region, which form a Z- or S-shaped double bend 8-8 via a connecting piece 9.
- the inflow-side end of a heat exchanger tube 7 lies on a larger radius than its outflow-side end, which penetrates a partition 10. This is arranged at a distance from an end face 11 of the container 1, whereby an annular chamber 12 is divided into which the outlet-side ends of the heat exchanger tubes 7 open.
- the ends of the heat exchanger tubes 7 are welded rigidly on the inflow side to the circular disk 6, which in turn is rigidly arranged, and are also rigidly welded on the outflow side to the dividing wall 10, which is likewise rigidly arranged. Every change in length of the heat exchanger tubes 7 as a result of temperature changes is completely compensated for by a corresponding deformation of the S- or Z-shaped double bends 8-8.
- the deformability of the double arches 8-8 is all the greater and can do so done more elastic, the greater the length of the connecting pieces 9.
- these are preferably not completely radially oriented, but instead extend tangentially bent to form a circle, the center of which lies in the central axis of the container 1 and the diameter of which can correspond, for example, to approximately half the outer diameter of the container.
- the annular space 12 encloses a burner 13, which is arranged concentrically with the end face 11 and opens into a coaxial high-speed tube 14. This in turn opens into a swirling chamber 15 which is delimited by the end face 3.
- the swirl chamber 15 is adjoined in the exit plane of the high-speed tube 14 by an inner annular space 16, which encloses the high-speed tube 14 and extends over the most essential part of its length before it opens into an annular deflection space 17.
- An outer annular space 18, which contains the heat exchanger tubes 7, is connected to this.
- the outer annular space 18 extends with a radially widened end piece 19, in which the double bends 8-8 of the heat exchanger tubes 7 are accommodated, into an area which partially surrounds the swirl chamber 15.
- an outlet connection 20 is connected radially, which likewise penetrates the container wall in the vicinity of the inlet connection 4 and is arranged parallel to the latter.
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Abstract
Die Verbrennungsvorrichtung besteht aus einem zylindrischen Behälter (1) in dem in einer Ringkammer (18) Bündel von Wärmetauscherrohren (7) angeordnet sind. Während der zu behandelnde Medienstrom durch die Wärmetauscherrohre (7) einem Brenner (13) zugeführt wird, erfolgt die Ableitung des aufgeheizten behandelten Medienstromes über die Wärmetauscherrohre (7) und umspült diese. Dadurch sind die Wärmetauscherrohre (7) Längenveränderungen ausgesetzt, die dadurch kompensiert werden, daß am einströmseitigen Endbereich die Wärmetauscherrohre (7) mit Z- oder S-förmigen Doppelbögen (8-8) versehen sind. Verbindungsstücke (9) zwischen den Doppelbögen (8-8) sind tangential zu einem Kreis geneigt, dessen Mittelpunkt in der Mittelachse des Behälters (1) liegt. Dadurch lassen sich die Verbindungsstücke (9) verhältnismäßig lang dimensionieren, wodurch besonders große Längenänderungen der Wärmetauscherrohre (7) in sehr elastischer Weise kompensiert werden können.The combustion device consists of a cylindrical container (1) in which bundles of heat exchanger tubes (7) are arranged in an annular chamber (18). While the media stream to be treated is fed through the heat exchanger tubes (7) to a burner (13), the heated treated media stream is discharged via the heat exchanger tubes (7) and flows around them. As a result, the heat exchanger tubes (7) are exposed to changes in length, which are compensated for by the fact that the heat exchanger tubes (7) are provided with Z-shaped or S-shaped double bends (8-8) at the inflow end region. Connecting pieces (9) between the double arches (8-8) are inclined tangentially to a circle, the center of which lies in the central axis of the container (1). As a result, the connecting pieces (9) can be dimensioned relatively long, as a result of which particularly large changes in length of the heat exchanger tubes (7) can be compensated in a very elastic manner.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthaltenen Störstoffen. Die Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen Behälter mit einem Eintrittsstutzen und einem Austrittsstutzen für den Medienstrom. Dieser ist durch im Innern des Behälters zylinderförmig angeordnete und sich radial erstreckende Bündel aus Wärmetauscherrohren in eine Ringkammer einleitbar. Diese umschließt einen an einer Stirninnenseite des Behälters angeordneten Brenner und geht in ein zum Brenner koaxial angeordnetes Hochgeschwindigkeitsrohr über. Das Hochgeschwindigkeitsrohr mündet in einen Ringraum, welcher das Hochgeschwindigkeitsrohr umschließt. Von dem Ringraum aus ist der Medienstrom über die Wärmetauscherrohre dem Austrittsstutzen zuleitbar. Die einströmseitigen Endbereiche der Wärmetauscherrohre sind radial nach außen gebogen und werden vom behandelten aufgeheizten Medienstrom umspült.The invention relates to a device for burning contaminants contained in a media stream. The device consists of a cylindrical container with an inlet connection and an outlet connection for the media flow. This can be introduced into an annular chamber by means of radially extending bundles of heat exchanger tubes arranged inside the container. This surrounds a burner arranged on an inside face of the container and merges into a high-speed tube arranged coaxially with the burner. The high-speed pipe opens into an annular space which surrounds the high-speed pipe. The media flow can be fed from the annular space to the outlet connection via the heat exchanger tubes. The end regions of the heat exchanger tubes on the inflow side are bent radially outward and are washed around by the heated media stream treated.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 35 32 232 C2 bekannt. Gegenüber einer entsprechenden, aus der EP 0 040 690 bekannten Vorrichtung, bei der die Wärmetauscherrohre an der heißen Seite der Vorrichtung, also im Bereich des Brenners, nach innen umgebogen und in einer den Brenner konzentrisch umgebenden Trommel eingefügt sind, ergibt sich durch nach außen abgebogene Wärmetauscherrohre der Vorteil, daß die Rohrenden auf einer wesentlich größeren Umfangsfläche angeordnet werden, so daß ein einfacheres Einschweißen erreicht wird. Die eingeschweißten Enden können dabei einen erheblich größeren Abstand zueinander aufweisen, so daß der die Enden aufnehmende Mantel kein zusätzliches Bauteil wie eine Trommel sein muß, sondern die innere Wandung eines äußeren Ringraumes als Befestigungsfläche benutzbar ist, durch den das die oxidierbaren Bestandteile aufweisende Trägergas von der Eintrittsöffnung zu den Wärmetauscherrohren geführt wird.Such a device is known from DE 35 32 232 C2. Compared to a corresponding device known from EP 0 040 690, in which the heat exchanger tubes on the hot side of the device, that is to say in the region of the burner, are bent inwards and inserted in a drum concentrically surrounding the burner, the result is that bent outwards Heat exchanger tubes the advantage that the tube ends on a much larger Circumferential surface can be arranged so that easier welding is achieved. The welded ends can be at a considerably greater distance from one another, so that the jacket receiving the ends does not have to be an additional component such as a drum, but the inner wall of an outer annular space can be used as a fastening surface through which the carrier gas containing the oxidizable components can be used Entry opening is guided to the heat exchanger tubes.
Ein wesentlicher Nachteil aller bekannten Vorrichtungen dieser Art mit an Enden radial nach außen abgebogenen Wärmetauscherrohren ist darin zu sehen, daß die radial abgebogenen Endstücke der Rohre in Abhängigkeit vom Radius, auf dem die Rohre im übrigen angeordnet sind, unterschiedliche Längen aufweisen müssen, um in einen zylindrischen Mantel eingeschweißt werden zu können. In der Praxis hat sich auch gezeigt, daß bedingt durch unterschiedlich lange Rohrschenkel, die durch die Abbiegung angestrebte Elastizität entsprechend unterschiedlich ausfällt. Die Spannungen in kurzen Schenkeln sind nämlich zwingend größer als die in langen und daher eine größere Elastizität aufweisenden Schenkel. Geringe Kräfte und vor allem gleich große Kräfte an allen Rohren sind wichtige Voraussetzungen für eine gute Kompensation der an den Wärmetauscherrohren auftretenden Wärmedehnungen. Durch das Einschweißen der radial nach außen abgebogenen Wärmetauscherrohre in die zylindrische Wandung wird zudem ein beträchtliches Teilstück des Schenkels so fest eingespannt, daß dieses nicht mehr am Kompensationsvorgang teilnimmt. Somit ist das Biegevermögen insbesondere der auf dem radial äußersten Zylinder angeordneten Rohre nur sehr gering im Vergleich zu den Rohren, die auf dem innersten Zylinder angeordnet sind.A major disadvantage of all known devices of this type with heat exchanger tubes which are bent radially outwards at the ends is that the radially bent end pieces of the tubes, depending on the radius on which the tubes are arranged, must have different lengths in order to be able to fit into one cylindrical jacket can be welded. In practice it has also been shown that, due to the different lengths of the pipe legs, the elasticity sought by the bending turns out correspondingly differently. The tensions in short legs are inevitably greater than those in long legs and therefore have greater elasticity. Low forces and, above all, equally large forces on all tubes are important prerequisites for good compensation of the thermal expansions occurring on the heat exchanger tubes. By welding the heat exchanger tubes bent radially outwards In addition, a considerable portion of the leg is clamped so tightly in the cylindrical wall that it no longer participates in the compensation process. Thus, the bending capacity, in particular of the tubes arranged on the radially outermost cylinder, is only very low in comparison to the tubes which are arranged on the innermost cylinder.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, bei der alle Wärmetauscherrohre die gleiche Biege- und Kompensationsfähigkeit aufweisen, wobei die auf jedes Rohr einwirkende Kraft möglichst gering sein soll, was auch eine Voraussetzung dafür ist, daß ein schädliches Schwingen der Rohre vermieden wird.The invention has for its object to propose a device of the type described in the introduction, in which all heat exchanger tubes have the same bending and compensating capacity, the force acting on each tube should be as low as possible, which is also a prerequisite for harmful vibration of pipes is avoided.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten gattungsgemäßen Art ausgegangen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil desselben angegebenen Merkmale aufweist.To achieve this object, a device of the generic type mentioned in the preamble of claim 1 is assumed, which according to the invention has the features specified in the characterizing part of the same.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung können alle Radien der Bögen und die Verbindungsstücke zwischen den Bögen aller Wärmetauscherrohre gleich dimensioniert werden, so daß auch alle Wärmetauscherrohre untereinander übereinstimmende Kompensationseigenschaften erhalten.Due to the design according to the invention, all radii of the bends and the connecting pieces between the bends of all heat exchanger tubes can be dimensioned the same, so that all heat exchanger tubes also have mutually matching compensation properties.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Verbindungsstücke zwischen den Bögen der Wärmetauscherrohre tangential zu einem Kreis ausgerichtet, dessen Mittelpunkt in der Mittelachse des Behälters liegt.According to one embodiment of the invention, the connecting pieces between the arcs of the heat exchanger tubes are aligned tangentially to a circle, the center of which lies in the central axis of the container.
Diese Ausgestaltung ermöglicht im Gegensatz zu Wärmetauscherrohren mit radial strahlenförmig ausgerichteten Endstücken den Einsatz von Wärmetauscherrohren mit verhältnismäßig langen Verbindungsstücken zwischen den Bögen bei im übrigen gleichen Vorrichtungsdimensionen, so daß die Flexibilität der Wärmetauscherrohre erheblich gesteigert werden kann.In contrast to heat exchanger tubes with radially radially oriented end pieces, this embodiment enables the use of heat exchanger tubes with relatively long connecting pieces between the bends with the same device dimensions, so that the flexibility of the heat exchanger tubes can be increased considerably.
Schließlich sieht eine Ausgestaltung der Erfindung noch vor, daß die Endbereiche der Wärmetauscherrohre in einem gegenüber einer äußeren Ringkammer radial erweiterten Endstück angeordnet sind, an das der Eintrittsstutzen angeschlossen ist.Finally, an embodiment of the invention provides that the end regions of the heat exchanger tubes are arranged in an end piece which is radially widened with respect to an outer annular chamber and to which the inlet connector is connected.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Längsschnitt dargestellt:In the drawing, an embodiment of a device according to the invention is shown in a longitudinal section:
Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Behälter 1, der außenseitig mit einer wärmedämmenden Isolierung 2 versehen ist.The device essentially consists of a cylindrical container 1, which is provided on the outside with a heat-insulating
Der Behälter 1 ist in der Nähe einer Stirnseite 3 mit einem die Behälterwandung radial durchdringenden Eintrittsstutzen 4 versehen, der in eine ringförmige Vorkammer 5 mündet. Diese ist auf ihrer der Behältermitte zugewandten Seite durch eine Kreisscheibe 6 begrenzt, durch welche die einströmseitigen Enden von Wärmetauscherrohren 7 hindurchgeführt sind. Die in Wandnähe des Behälters 1 zylinderförmig angeordneten und sich über einen wesentlichen Teil der Behälterlänge axial erstreckenden Wärmetauscherrohre 7 sind am einströmseitigen Endbereich mit jeweils zwei Bögen 8 versehen, die über ein Verbindungsstück 9 einen Z- bzw. S-förmigen Doppelbogen 8-8 bilden. Dadurch liegt jeweils das einströmseitige Ende eines Wärmetauscherrohres 7 auf einem größeren Radius als dessen ausströmseitiges Ende, das eine Trennwand 10 durchdringt. Diese ist in einem Abstand zu einer Stirnseite 11 des Behälters 1 angeordnet, wodurch eine Ringkammer 12 abgeteilt wird, in welche die austrittsseitigen Enden der Wärmetauscherrohre 7 münden.The container 1 is near an
Die Enden der Wärmetauscherrohre 7 sind einströmseitig starr mit der ihrerseits starr angeordneten Kreisscheibe 6 und ausströmseitig gleichfalls starr mit der ihrerseits ebenso starr angeordneten Trennwand 10 verschweißt. Jede Längenveränderung der Wärmetauscherrohre 7 infolge Temperaturveränderungen wird durch eine entsprechende Verformung der S- bzw. Z-förmigen Doppelbögen 8-8 gänzlich ausgeglichen. Die Verformbarkeit der Doppelbögen 8-8 ist umso größer und kann umso elastischer erfolgen, je größer die Länge der Verbindungsstücke 9 ist. Deshalb sind diese vorzugsweise nicht gänzlich radial ausgerichtet, sondern verlaufen tangential verneigt zu einem Kreis, dessen Mittelpunkt in der Mittelachse des Behälters 1 liegt und dessen Durchmesser beispielsweise etwa der Hälfte des Behälteraußendurchmessers entsprechen kann. Dadurch ergeben sich für alle Wärmetauscherrohre 7 zwischen den Doppelbögen 8-8 Verbindungsstücke 9 mit einer maximalen Länge, so daß sich dadurch auch eine maximale Elastizität der Wärmetauscherrohre 7 hinsichtlich ihrer unbehinderten Längenveränderbarkeit ergibt.The ends of the
Der Ringraum 12 umschließt einen Brenner 13, der konzentrisch zur Stirnseite 11 angeordnet ist und in ein koaxiales Hochgeschwindigkeitsrohr 14 mündet. Dieses mündet seinerseits in eine Verwirbelungskammer 15, die durch die Stirnseite 3 begrenzt ist. An die Verwirbelungskammer 15 schließt sich in der Austrittsebene des Hochgeschwindigkeitsrohres 14 ein innerer Ringraum 16 an, der das Hochgeschwindigkeitsrohr 14 umschließt und sich über den wesentlichsten Teil dessen Länge erstreckt, bevor es in einen ringförmigen Umlenkraum 17 mündet. An diesem ist ein äußerer Ringraum 18 angeschlossen, der die Wärmetauscherrohre 7 enthält. Der äußere Ringraum 18 erstreckt sich mit einem radial erweiterten Endstück 19, worin die Doppelbögen 8-8 der Wärmetauscherrohre 7 untergebracht sind, bis in einen Bereich, der zu einem Teil die Verwirbelungskammer 15 umschließt.The
Am radial erweiterten Endstück 19 des äußeren Ringraumes 18 ist radial ein Austrittsstutzen 20 angeschlossen, der die Behälterwandung in der Nähe des Eintrittsstutzens 4 gleichfalls durchdringt und zu diesem parallel angeordnet ist.At the radially widened
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