EP0790460A2

EP0790460A2 - Heat recovery boiler with finned tubes

Info

Publication number: EP0790460A2
Application number: EP97102155A
Authority: EP
Inventors: Piero De Martino
Original assignee: ABB Combustion Engineering SpA
Current assignee: ABB Combustion Engineering SpA
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1997-02-11
Publication date: 1997-08-20
Also published as: EP0790460A3; ITMI960303A1; IT1282643B1; ITMI960303A0

Abstract

The boiler has tubes (1) with fins (2), through which hot gas, possibly exhaust gas, flows. It has guide sheets (5) for the gas flow between the tubes in a lower row and those in an upper row, guiding the flow to an upper tube (1,2). The finned tubes of a first horizontal row are aligned with the tubes of the next row. Between two adjacent tubes there may be a funnel-like outlet region for the hot gas, in which the apex of the V-shaped guide sheet is fitted. The sheet extends over the entire length of the tube.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abhitzekessel, der mit Rippenrohrgruppen ausgerüstet ist, in welchen Rippenrohren ein aufzuheizendes Medium, zum Beispiel Wasser oder Dampf, fliesst.
Heisse Abgase durchströmen in der Regel die in den senkrecht abgeordneten Abhitzekesseln vorgesehenen Rippenrohrgruppen von unten nach oben und die enthaltene Wärmemenge geht dabei von dem die Rippen bespülenden Strom auf die Rohre über.
Um den Wärmeübergang der Abgase in die Rippenrohre zu verbessern, wurden bisher, nach dem Stand der Technik, die Rippenrohre einer waagerechten Reihe gegenüber den Rippenrohren einer folgenden Reihe versetzt angeordnet, d.h. nach Art eines Schachbrettes versetzt, angeordnet.
Dem Fachmann ist die Tatsache bekannt, dass beim Durchströmen der freien Räume zwischen solchen Rippenrohren Druckverluste im Gasstrom in Kauf zu nehmen sind. Dieser Druckabfall ist zum grössten Teil durch den Zusammenprall zwischen den Abgasen und den Rippenrohren verursacht.
Es wurde auch festgestellt, dass sich der grösste Verlust in der Gasströmung in der Nähe des Einlaufes und des Auslaufes zwischen den Rohrrippen einstellt.
Dies bedeutet, dass es für den grössten Teil der Abgase oder Gase einfacher ist, durch den freien und verhältnismässig breiten Kanal, der zwischen zwei benachbarten Rohren derselben Reihe gebildet ist, zu strömen, als durch die von den Rohrrippen gebildeten kanalartigen Durchlässe. Es wurde festgestellt, dass in den bekannten, in einem senkrechten Abhitzekessel vorgesehenen Rippenrohrgruppen nur etwa 18% der gesamten Abgasmenge durch die Rippen strömen, während die restlichen 82% der heissen Gase und Abgase mit den Rohrrippen einer Reihe überhaupt nicht in Berührung kommen, sondern längs der zwischen den Rohren gebildeten freien Räume mäanderartig entlangströmen, da diese freien Räume der heissen Strömung einen geringeren Widerstand entgegenbringen.The invention relates to a waste heat boiler which is equipped with finned tube groups, in which finned tubes a medium to be heated, for example water or steam, flows.
Hot exhaust gases generally flow through the finned tube groups provided in the vertically arranged waste heat boilers from bottom to top, and the amount of heat contained is transferred to the tubes by the stream flushing the fins.
In order to improve the heat transfer of the exhaust gases into the finned tubes, the finned tubes of a horizontal row have hitherto been arranged offset in relation to the finned tubes of a subsequent row, ie offset in the manner of a chessboard, according to the prior art.
The person skilled in the art is aware of the fact that pressure losses in the gas flow have to be accepted when flowing through the free spaces between such finned tubes. This pressure drop is largely due to the collision between the Exhaust and the finned tubes caused.
It was also found that the greatest loss in gas flow occurs near the inlet and the outlet between the tube fins.
This means that it is easier for most of the exhaust gases or gases to flow through the free and relatively wide channel formed between two adjacent tubes of the same row than through the channel-like passages formed by the tube fins. It was found that in the known finned tube groups provided in a vertical waste heat boiler, only about 18% of the total amount of exhaust gas flows through the fins, while the remaining 82% of the hot gases and exhaust gases do not come into contact with the tube fins of a row at all, but rather lengthways flow along the free spaces formed between the pipes in a meandering manner, since these free spaces offer less resistance to the hot flow.

Selbstverständlich erlauben es diese Strömungsverhältnisse nicht, die im heissen Gasstrom vorhandene Wärmemenge zum Heizen der Rohrrippen und des in den Rohren strömenden Mediums in bester Weise auszunützen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten, zum bisherigen Stand der Technik gehörenden Nachteile zu beseitigen und einfache sowie kostengünstige Mittel vorzuschlagen, mit denen sich der gesamte heisse Gasstrom durch die von den gerippten Rohren begrenzten Räume führen lässt und der heisse Gasstrom daran gehindert wird, in nicht beherrschbarer Weise entlang der freien Kanäle zwischen den benachbarten Rippenrohren zu strömen, sondern dass es erreicht wird, dass der gesamte Gasstrom vollständig in die zwischen den Rippen gebildeten Räume einströmt, um dem in den Kesselrohren fliessenden Medium eine grösstmögliche Wärmemenge abzugeben und somit den Wärmeaustauschkoeffizienten des Kessels wesentlich zu erhöhen.
Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, konstruktiv einfache Mittel vorzuschlagen, die sich zur Halterung der Rippenrohrgruppen rasch in den Kessel einbauen lassen.
Diese Aufgaben werden mit einem Abhitzekessel gelöst, der mit Rippenrohren versehen ist, die von heissen Abgasen umströmt werden und dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen zwei in einer unteren Reihe liegenden Rohren und zwischen zwei in einer oberen Reihe angeordneten Rohren geformte Leitbleche vorgesehen sind, die den Strom heisser Gase zu einem oberhalb liegenden Rippenrohr leiten.
In vorteilhafter Weise sind die in einer ersten waagerechten Reihe angeordneten Rippenrohre fluchtend mit den Rohren der folgenden Reihen angeordnet, wobei in dem zwischen zwei benachbarten Rohren gebildeten, trichterförmigen Austrittsbereich der heissen Gase der Scheitel eines V-förmigen Leitbleches angeordnet ist, das sich über die gesamte Länge der Rohre erstreckt, und dass die freien Enden des Leitbleches dem unteren Umfang der oberhalb angeordneten Rippenrohre zugekehrt sind.
In einer weiteren Ausführungsform haben die Leitbleche in vorteilhafter Weise tulpenförmigen Querschnitt, wobei der Scheitel des V-förmigen Leitbleches zwischen die Rippen von zwei unterhalb angeordneten Rohren eindringt, während sich der obere Teil des Leitbleches über einen gewölbten Bereich erstreckt und sich an verjüngende Endabschnitte anschliesst, die teilweise dem Umfang der oben liegenden Rohre folgen.
Durch diese Massnahme ist es möglich, den heissen Gas- und Abgasstrom, der durch die von den durch die Rippen der unten liegenden Rohre begrenzten Räume strömt, vollständig zur Mitte eines oberhalb angeordneten Rohres zu lenken. Um zu vermeiden, dass nach dem Eintritt des Gasstromes in den durch Rippen eines oberhalb angeordneten Rohres gebildeten Raumes, der Gasstrom in unbeherrschbarer Weise aus diesen Räumen austritt, sind die Arme der Leitbleche so verlängert, dass sie in den zwischen zwei oberhalb angeordneten Rohren gebildeten Raum eindringen; ausserdem ist es vorgesehen, dass diese Verlängerung der Leitbleche den unteren Umfang der Rippen von oberhalb angeordneten Rohren umgreift.Of course, these flow conditions do not allow the amount of heat present in the hot gas stream to be used to heat the tube fins and the medium flowing in the tubes in the best possible way.
The invention is based on the object of eliminating the disadvantages mentioned and related to the prior art and simple and inexpensive means to propose, with which the entire hot gas flow can be led through the spaces delimited by the finned tubes and the hot gas flow is prevented from flowing in an uncontrollable manner along the free channels between the adjacent finned tubes, but rather it is achieved that the entire gas flow flows completely into the spaces formed between the fins in order to give off the greatest possible amount of heat to the medium flowing in the boiler tubes and thus to significantly increase the heat exchange coefficient of the boiler.
Furthermore, the invention has for its object to propose structurally simple means that can be quickly installed in the boiler for holding the finned tube groups.
These tasks are solved with a waste heat boiler, which is provided with finned tubes, around which hot exhaust gases flow, and is characterized in that shaped baffles are provided between two tubes lying in a lower row and between two tubes arranged in an upper row Guide the stream of hot gases to a finned tube above.
Advantageously, the finned tubes arranged in a first horizontal row are arranged in alignment with the tubes of the following rows, in which between two funnel-shaped outlet region of the hot gases formed adjacent tubes, the apex of a V-shaped baffle is arranged, which extends over the entire length of the tubes, and that the free ends of the baffle face the lower circumference of the finned tubes arranged above.
In a further embodiment, the baffles advantageously have a tulip-shaped cross section, the apex of the V-shaped baffle penetrating between the ribs of two tubes arranged below, while the upper part of the baffle extends over a curved area and adjoins tapering end sections, some of which follow the circumference of the overhead pipes.
This measure makes it possible to completely direct the hot gas and exhaust gas flow which flows through the spaces delimited by the ribs of the tubes lying below to the center of a tube arranged above. In order to avoid that after the entry of the gas flow into the space formed by fins of a pipe arranged above, the gas flow emerges from these rooms in an uncontrollable manner, the arms of the guide plates are extended so that they are in the space formed between two pipes arranged above penetration; it is also provided that this extension of the guide plates engages around the lower circumference of the ribs from pipes arranged above.

Dank der Tatsache, dass die vorher beschriebenen Mittel eingesetzt werden, wird es ermöglicht, den heissen Abgasstrom zu zwingen, unmittelbar zum tiefsten Bereich der Rippen eines oberhalb angeordneten Rohres zu strömen und somit den Abgasstrom in den Raum zwischen den Rippen des oberhalb liegenden Rohres zu lenken, so dass sich der Abgasstrom anschliessend in zwei Teilströme teilt, die das oben angeordnete Rohr sowie die Rippen dieses Rohres an beiden Umfangsseiten vollständig umströmen und dadurch ein Höchstmass an Wärmeaustausch erreicht wird.
Weitere Merkmale können der nachstehenden Beschreibung, den Unteransprüchen, sowie den beiliegenden Zeichnungen entnommen werden.
Anhand der beigefügten Zeichnungen soll nun anhand eines Ausführungsbeispieles der Gegenstand der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1 eine Vorderansicht einer bisher üblichen Anordnung einer Rippenrohrgruppe in einem Abhitzekessel;
Figur 2 einen Schnitt durch zwei benachbarte Rippenrohre;
Figur 3 ein Strömungsmodell der Abgase durch Rippenrohre, die in einem bekannten Abhitzekessel angeordnet sind;
Figur 4 in einem Diagramm das Verhältnis der die Räume zwischen den Rippen durchströmenden heissen Strömungsmenge zur Gesamtmenge der durch den Kessel strömenden Gase;
Figur 5 eine Vorderansicht der Rippenrohranordnung, bei der die von der Erfindung vorgeschlagenen Hilfsmittel vorgesehen sind;
Figur 6 das schematische Strömungsmodell der heissen Gase, die eine Rippenrohrgruppe nach der Erfindung durchströmen;
Figur 7, in einem Diagramm das Verhältnis zwischen den von den Rippen gebildeten Räume durchströmenden Gasmasse und der Gesamtmenge der von den Stromleitblechen geführten Gase;
Figur 8 eine schematische Ansicht des Stützrahmens für die im Kessel angeordneten Rippenrohre; und
Figur 9 eine weitere Ausführungsform von Leitblechen, die zwischen den Rippenrohren des Kessels eingebaut sind.

Die in Figur 1 dargestellte Vorderansicht zeigt die mit Rippen 2 versehenen Rohre 1, die in einem gesamthaft mit 3 gekennzeichneten Kessel nach dem üblichen Schachbrettmuster versetzt angeordnet sind.
Der Zeichnung ist zu entnehmen, dass die in einer ersten waagerechten Reihe A angeordneten Rohre gegenüber den darüber angeordneten bzw. unterhalb liegenden Rohren 1 einer zweiten Reihe B versetzt angeordnet sind.
Dadurch werden mäanderartig verlaufende Strecken Z gebildet, die im wesentlichen den Strömungsverlauf der von unten in Pfeilrichtung f dem Kessel zugeführten heissen Gas- und Abgasströme bestimmen.
In Figur 2 sind die von einem aufzuheizenden Medium F durchströmten Rohre 1 im Schnitt dargestellt. Die Rohre 1 weisen über ihre ganze Ausdehnung bekannte Rippen 2 auf, welche die Aufgabe haben, die Oberfläche des Rohres 1 zu vergrössern, um eine grössere Fläche für den Wärmeaustausch zur Verfügung zu stellen.
In Figur 3 sind die Rohre 1 mit den entsprechenden Rippen 2 im Querschnitt dargestellt.
Unterhalb des Rohres 1 mit der waagerechten Achse A (Figur 3) ist ein zweites mit Rippen 2 versehenes Rohr 1 an einer Achse B vorgesehen und oberhalb des um die Achse A angeordneten Rohres 1 ist ein weiteres Rohr 1 mit Rippen 2 an der waagerechten Achse B angeordnet.
Wird um einen Teil des Umfanges des mit Rippen 2 versehenen Rohres 1 ein in die Abschnitte A bis O unterteiltes Strömungsprofil 3 angeordnet, so dass das Profil 3 in unterschiedliche Strömungsfronten des zufliessenden Abgasstroms Z unterteilt, so wird es ermöglicht, der durch die Rippen im Bereich der Abschnitte A-O strömenden Masse (Abgas) einen bestimmten Verlauf zu verleihen.
Die (für den Wärmeaustausch nutzbaren) Mengen, die im Verhältnis zur Gesamtmasse für jeden Durchflussquerschnitt durch die Rippen 2, zwischen zwei benachbarten Rohren 1 strömen, sind in dem in Figur 4 schematisch dargestellten Schaubild angegeben.
Im Schaubild ist auch der Durchschnittswert des zwischen die Rippen 2 eines Rohres 1 einfliessenden Gasstroms angegeben.Thanks to the fact that the means described above are used, it is possible to force the hot exhaust gas flow to flow directly to the deepest area of the fins of a pipe arranged above and thus to direct the exhaust gas flow into the space between the fins of the pipe above , so that the exhaust gas flow then divides into two partial flows, which completely flow around the pipe arranged at the top and the fins of this pipe on both circumferential sides, thereby achieving a maximum degree of heat exchange.
Further features can be found in the following description, the subclaims and the accompanying drawings.
The subject matter of the invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings. Show it:

Figure 1 is a front view of a previously common arrangement of a finned tube group in a waste heat boiler;
Figure 2 shows a section through two adjacent finned tubes;
FIG. 3 shows a flow model of the exhaust gases through finned tubes which are arranged in a known waste heat boiler;
FIG. 4 shows in a diagram the ratio of the hot flow quantity flowing through the spaces between the ribs to the total quantity of gases flowing through the boiler;
Figure 5 is a front view of the finned tube assembly in which the aids proposed by the invention are provided;
Figure 6 shows the schematic flow model of the hot gases flowing through a finned tube group according to the invention;
FIG. 7 shows, in a diagram, the relationship between the gas mass flowing through the ribs and the total amount of gases carried by the baffles;
Figure 8 is a schematic view of the support frame for the finned tubes arranged in the boiler; and
Figure 9 shows another embodiment of baffles, which are installed between the finned tubes of the boiler.

The front view shown in FIG. 1 shows the tubes 1 provided with fins 2, which are arranged offset in a boiler with a total of 3 according to the usual checkerboard pattern.
The drawing shows that the tubes arranged in a first horizontal row A are offset from the tubes 1 of a second row B arranged above or below them.
As a result, meandering sections Z are formed, which essentially determine the flow of the hot gas and exhaust gas flows supplied to the boiler from below in the direction of arrow f.
The tubes 1 through which a medium F to be heated flows are shown in section in FIG. The pipes 1 have known ribs 2 over their entire extent, which have the task of increasing the surface of the tube 1 in order to provide a larger area for the heat exchange.
In Figure 3, the tubes 1 are shown with the corresponding ribs 2 in cross section.
Below the tube 1 with the horizontal axis A (FIG. 3) there is a second tube 1 provided with ribs 2 on an axis B and above the tube 1 arranged around the axis A there is another tube 1 with ribs 2 on the horizontal axis B. arranged.
If a flow profile 3 divided into sections A to O is arranged around part of the circumference of the tube 1 provided with ribs 2, so that the profile 3 is divided into different flow fronts of the inflowing exhaust gas flow Z, it is made possible by the ribs in the area of the sections AO flowing mass (exhaust gas) to give a certain course.
The quantities (usable for heat exchange) which flow in relation to the total mass for each flow cross-section through the fins 2, between two adjacent tubes 1, are indicated in the diagram shown schematically in FIG.
The diagram also shows the average value of the gas flow flowing between the fins 2 of a pipe 1.

Dem Schaubild nach Figur 4 ist folglich zu entnehmen, dass die heisse Gasmasse (Kurve 100), die in einem bekannten Kessel die Rippen 2 umspült, ausgehend von einem Bereich A bis zu einem Bereich G allmählich zunimmt und dann bis zum Punkt O allmählich abnimmt. Die Kurve 101 des Schaubildes zeigt, dass der zwischen den Rippenreihen gebildete, nutzbare freie Raum, der von den Abgasen durchströmt werden könnte und für den unmittelbaren Wärmeaustausch zur Verfügung stehen wurde, beträchtlich kleiner ist als der gesamte Durchflussquerschnitt.
Die Strichpunktlinie 102 zeigt, dass bei der in Figur 3 dargestellten herkömmlichen Anordnung der Rohre 1 durchschnittlich 18% des heissen Gasstromes Z zwischen die Rippen 2 eindringen, so dass nur dieser geringe Anteil des heissen Gasstroms Z unmittelbar für den Wärmeaustausch genutzt werden kann.
Es ist einleuchtend, dass solche Verhältnisse hinsichtlich des Wirkungsgrades des Kessels nicht zufriedenstellend sind, deshalb schlägt die Erfindung für einen neuen, mit Rippenrohren versehenen Abhitzekessel 3 Mittel vor, die geeignet sind, den Wärmeaustausch zwischen dem heissen Gasstrom Z und den Rippenrohren des Kessels zu verbessern.
Figur 5 zeigt die entlang einer waagerechten Achse A angeordneten Rohre 1 mit den entsprechenden Rippen 2. Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik sind die Rohre nicht mehr zueinander versetzt, sondern in vorteilhafter Weise in Reihe angeordnet.
In Vorderansicht sind die Rohre 1 mit einer gemeinsamen, senkrechten Achse D untereinander fluchtend angeordnet, mit anderen Worten, die Rohre sind längs der Achsen A und B in waagerechten Gruppen angeordnet, wobei man in der Regel darauf verzichtet, die Rohre 1 in senkrechter Richtung versetzt anzuordnen; es wird vorgeschlagen, die Rohre 1 jeder senkrechten Säule fluchtend entlang einer gemeinsamen Achse D anzuordnen.
Der heisse Gasstrom Z wird wie üblich in Pfeilrichtung f von unten zugeführt.
Es ist des weiteren vorgesehen, dass im Bereich des oberen Umfanges der Rippen 2, von zwei benachbarten Rohren 1 ein trichterförmiger Raum 4, zur Stromablenkung dienende Formbleche 5 angeordnet sind.
Die Leitbleche 5 können verschiedene Formen aufweisen und sind in ihrer einfachsten Ausführungsform V-förmig ausgebildet.
Die V-förmigen Leitbleche 5 erstrecken sich oberhalb der mit Rippen 2 versehenen Rohre 1 über die gesamte Länge der Rohre.It can thus be seen from the diagram in FIG. 4 that the hot gas mass (curve 100) which flows around the fins 2 in a known boiler gradually increases from an area A to an area G and then gradually decreases to the point O. Curve 101 of the diagram shows that the usable free space formed between the rows of fins, which could be traversed by the exhaust gases and which would have been available for direct heat exchange, is considerably smaller than the total flow cross section.
The chain line 102 shows that in the conventional arrangement of the pipes 1 shown in FIG. 3, an average of 18% of the hot gas flow Z penetrates between the fins 2, so that only this small proportion of the hot gas flow Z can be used directly for the heat exchange.
It is obvious that such conditions are unsatisfactory with regard to the efficiency of the boiler, therefore the invention proposes 3 means for a new finned-tube heat recovery boiler which are suitable for improving the heat exchange between the hot gas stream Z and the finned tubes of the boiler .
Figure 5 shows the tubes 1 arranged along a horizontal axis A with the corresponding ribs 2. In contrast to the known prior art, the tubes are no longer offset from one another, but advantageously arranged in a row.
In the front view, the tubes 1 are arranged in alignment with one another with a vertical axis D, in other words, the tubes are arranged in horizontal groups along the axes A and B, with the rule that the tubes 1 are not displaced in the vertical direction to arrange; it is proposed to arrange the tubes 1 of each vertical column in alignment along a common axis D.
The hot gas stream Z is fed from below as usual in the direction of arrow f.
It is furthermore provided that in the region of the upper circumference of the ribs 2, from two adjacent tubes 1, a funnel-shaped space 4, shaped sheets 5 for current deflection are arranged.
The guide plates 5 can have different shapes and, in their simplest embodiment, are V-shaped.
The V-shaped baffles 5 extend above the tubes 1 provided with ribs 2 over the entire length of the tubes.

In vorteilhafter Weise dringt der Scheitel 6 eines jeden Leitbleches 5 in den, zwischen den beiden mit Rippen 2 versehenen Rohren 1 gebildeten, freien und trichterförmigen Raum 4 ein, das bedeutet, dass der Scheitel 6 eines jeden Leitbleches 5 auf die waagerechten Achse A bzw. B der entsprechenden waagerechten Reihe der Rohre 1 ausgerichtet ist.
Die freien Enden der V-förmig gebogenen Leitbleche 5 sind den Rohren 1 bzw. den Rippen 2 der oberen Reihe der Rohre 1 zugekehrt.
Die das Leitblech 5 bildenden Schenkel stossen in besonders vorteilhafter Weise in einem Winkel α von etwa 70° zusammen. Zwischen dem Umfang der Rippen 2 der obenliegenden Rohre 1 lassen die freien Enden der Leitbleche 5 eine Strecke D frei, die eine Verengung darstellt und die Durchströmung der Abgase zulässt. Durch Vorsehen der Leitbleche 5 wird ein Düseneffekt erreicht, und zwar unter Beibehaltung der Geschwindigkeit der Strömung Z, welche die Rippen der oberen Rohre 1 beaufschlagt und zwischen diese eindringt.
In Figur 6 ist der Strömungsverlauf des von unten (Pfeil f) nach oben zugeführten Gasstromes Z in einer Vorderansicht dargestellt.
Der Figur 6 kann entnommen werden, dass eine Hälfte des Umfanges des Rohres 1 erneut in einzelne Abschnitte A-M unterteilt wurde und dass sich der heisse Gasstrom beim Verlassen der unten liegenden Leitbleche 5 in zwei Teilströme aufteilt, die das Rohr 1 und die Rippen 2 umspülen.
Im Schaubild nach Figur 7 ist schematisch das Verhalten des heissen Abgasstromes längs der Abschnitte A-M dargestellt.
Dem Schaubild von Figur 7 ist zu entnehmen, dass im Verhältnis zum Gesamtstrom der im Bereich des Punktes A gemessene Anteil (Kurve 201) des die Rippen 2 durchströmenden heissen Gasstroms Z einem Wert von ungefähr 70% entspricht. Dies bedeutet, dass 70% der gesamten Abgasmenge zwischen die Rippen 2 eindringen. Dieser Anteil nimmt langsam ab und erreicht in der Nähe der Messpunkte c und D einen Minimalwert, während im Bereich der Punkte H-I erneut ein Höchstwert erreicht wird, der dann im Bereich des letzten Messpunktes M erneut abnimmt.
Interessant ist die Tatsache, dass der durch die von Rippen gebildeten Räume strömende heisse Gasstrom (Kurve 203) durchschnittlich etwa 65% des gesamten Gasstromes entspricht, der zwischen den Rippen 2 des Rohres 1 durchströmt (Kurve 202).
Betrachtet man nun erneut das Strömungsmodell der Abgase für eine Ausführungsform nach Figur 6, so kann man feststellen, dass der gesamte, mit Rippen versehene Bereich, wirksam am Wärmeaustausch beteiligt ist, da dieser Bereich vom Gasstrom Z umspült wird, und dies mit einer höheren und konstanten Geschwindigkeit der Gasmenge (Schaubild in Figur 7).
Ein weiterer durch das Strömungsleitblech erzielbare Vorteil besteht darin, dass die Gastemperatur für jede Rohrreihe langsamer abnimmt, da ein Anteil des Gasstromes von mehr als 65% unmittelbar zwischen die von den Rippen begrenzten Räumen eindringt. Dies bedeutet, dass der durchschnittliche Temperaturunterschied zwischen den Rippenoberflächen und den Abgasen höher bleibt und daher ein grösserer Wärmeaustausch erfolgt.
Ausser Leitblechen für den Abgasstrom, die sich durch eine einfache V-artige Form kennzeichnen, schlägt die Erfindung auch weiterentwickelte und in Figur 9 dargestellte Formen für die Leitbleche 5 vor, welche einen grossen Teil der Rippenrohre 1, 2 umhüllen bzw. umschliessen.
Die in Figur 9 dargestellten Leitbleche 5 weisen Tulpenform auf, wobei der Scheitel des V-förmigen Leitbleches zwischen die Rippenreihen von zwei unterhalb angeordneten Rohren 1 eindringt und dem oberen Teil des Verlaufes der Rippen 2 folgt, um sich über einen gewölbten Zwischenbereich an Endabschnitte anzuschliessen, welche sich verjüngen und teilweise dem Umfang der obenliegenden Rippen 2 folgen.
Durch diese Massnahme lässt sich erreichen, dass der durch die Rippen 2 der unteren Reihe 1 strömende heisse Abgas- oder Gasstrom zur Mitte eines oberen Rohres 1 gelenkt wird. Um zu vermeiden, dass nach dem Eintritt in den, durch die Rippen 2 eines oberen Rohres 1 gebildeten Raumes, der Gasstrom in unkontrollierter Weise aus diesen Räumen austritt, ist vorgesehen, die Arme der Leitbleche 5 so zu verlängern, dass diese Verlängerungen in den, zwischen zwei obenliegenden Rohren gebildeten Raum, eindringen. Ausserdem ist vorgesehen, dass diese Verlängerungen der Leitbleche den unteren Umfang der Rippen 2 von obenliegenden Rohren 1 umgreifen.
Dank dieser Ausgestaltung der Leitbleche wird eine wirksamere Abgasführung erzielt, bei der über 90% des heissen Gasstroms Z in die Räume zwischen den Rippen 2 der Rohre 1 strömen, so dass noch höhere Wärmeaustauschzahlen und geringere Gasströmungsverluste erreicht werden.
Das sich einstellende Ergebnis ist überraschend und beweist, dass die nach der Erfindung vorgeschlagene Reihenanordnung der Rohre 1 sowie der Einsatz von Leitblechen 5 zu einer weiteren Steigerung des Wärmeaustausches zwischen Rohr 1 und Rippe 2 führen.
In Figur 8 ist eine in senkrecht angeordneten Kesseln 3 zur Anwendung kommende und insgesamt mit 10 bezeichnete Vorrichtung dargestellt.
Diese Vorrichtung dient zur Halterung der mit Rippen 2 ausgerüsteten Rohre 1 sopwie der entsprechenden Leitbleche 5 im Innenraum des Kessels 3.
Zu diesem Zweck ist im unteren Teil und im oberen Teil des Kessels 3 jeweils ein Teller 11 zur Aufnahme von Blechständern 12 vorgesehen, die zueinander parallel angeordnet sind und sich in einem vorgegebenen Abstand senkrecht erstrecken.
Jeder Ständer 12 weist Ausschnitte 13 auf, in die Halteleisten 14 eingesetzt werden können.
Nach Befestigen der Ständer 12 im Innenraum des Kessels wird in die eine untere, waagerechte Reihe bildende Ausschnitte eine Leiste 14 eingeführt und auf diese Leiste 14 werden die zugeordneten Rippenrohre 1 aufgesetzt. Anschliessend werden die Leitbleche 5 eingebaut, welche von der, anschliessend in eine zweite Reihe von Ausschnitten 13 eingeführten Leiste 14 gehalten werden. Anschliessend wird eine weitere Reihe von Rohren 1 aufgesetzt und es werden die bisher beschriebenen Montageschritte wiederholt (siehe auch Figur 5).
Die von der Erfindung vorgeschlagenen Strömungsleitbleche können auch für waagerechte angeordnete Abhitzekessel mit natürlichem Rauchgasumlauf vorgesehen werden. In diesem Fall sind die Rippenrohre senkrecht anzuordnen und die Abgase strömen in waagerechter Richtung.
Ein mit den, durch die Erfindung vorgeschlagenen Mitteln ausgerüsteter Kessel wird in der Art verbessert, dass ein neuer Kesseltyp geschaffen wird, dessen Wirkungsgrad durch eine bessere thermische Ausnützung der die in den heissen Gasen und Abgasen enthaltene Wärme, die die Rohrgruppen durchströmen, beträchtlich erhöht wird.
Die Ergebnisse der durchgeführten Versuche haben erwiesen, dass es mit einem Kessel, der die erfindungsgemässen Merkmale aufweist und dessen Abmessungen mit denen eines zum Stand der Technik gehörenden Kessels vergleichbar sind, möglich wird, den Wirkungsgrad des Kessels annähernd um 300% zu verbessern.Advantageously, the apex 6 of each guide plate 5 penetrates into the free and funnel-shaped, formed between the two tubes 1 provided with ribs 2 Space 4, this means that the apex 6 of each guide plate 5 is aligned with the horizontal axis A or B of the corresponding horizontal row of tubes 1.
The free ends of the V-shaped baffles 5 face the tubes 1 or the ribs 2 of the upper row of tubes 1.
The legs forming the guide plate 5 collide in a particularly advantageous manner at an angle α of approximately 70 °. Between the circumference of the ribs 2 of the overhead pipes 1, the free ends of the guide plates 5 leave a distance D, which represents a constriction and allows the exhaust gases to flow through. By providing the baffles 5, a nozzle effect is achieved, while maintaining the speed of the flow Z which acts on the fins of the upper tubes 1 and penetrates between them.
FIG. 6 shows a front view of the flow of the gas stream Z supplied from below (arrow f) upwards.
It can be seen from FIG. 6 that one half of the circumference of the tube 1 has been subdivided into individual sections AM and that the hot gas stream, when leaving the guide plates 5 below, is divided into two partial streams which wash around the tube 1 and the fins 2.
In the diagram according to FIG. 7, the behavior of the hot exhaust gas flow along the sections AM shown.
It can be seen from the diagram in FIG. 7 that, in relation to the total current, the proportion (curve 201) of the hot gas flow Z flowing through the fins 2 corresponds to a value of approximately 70% in the area of point A. This means that 70% of the total amount of exhaust gas penetrate between the ribs 2. This proportion slowly decreases and reaches a minimum value in the vicinity of the measuring points c and D, while a maximum value is again reached in the area of the points HI, which then decreases again in the area of the last measuring point M.
It is interesting to note that the hot gas flow (curve 203) flowing through the spaces formed by fins corresponds on average to approximately 65% of the total gas flow that flows between the fins 2 of the tube 1 (curve 202).
If one now looks again at the flow model of the exhaust gases for an embodiment according to FIG. 6, it can be seen that the entire area provided with fins is effectively involved in the heat exchange, since this area is surrounded by the gas stream Z, and this with a higher and constant rate of gas flow (graph in Figure 7).
Another advantage that can be achieved by the flow baffle is that the gas temperature for each row of pipes decreases more slowly, since a proportion of the gas flow of more than 65% penetrates directly between the spaces delimited by the ribs. This means that the average temperature difference between the fin surfaces and the exhaust gases remains higher and therefore there is a greater heat exchange.
In addition to baffles for the exhaust gas flow, which are characterized by a simple V-like shape, the invention also proposes further developed baffles 5, shown in FIG. 9, which envelop or enclose a large part of the finned tubes 1, 2.
The guide plates 5 shown in FIG. 9 have a tulip shape, the apex of the V-shaped guide plate penetrating between the rows of ribs from two tubes 1 arranged below and following the upper part of the course of the ribs 2 in order to connect to end sections via a curved intermediate area. which taper and partially follow the circumference of the ribs 2 above.
This measure makes it possible for the hot exhaust gas or gas flow flowing through the ribs 2 of the lower row 1 to be directed to the center of an upper pipe 1. In order to avoid that after entering the space formed by the ribs 2 of an upper tube 1, the gas flow escapes from these spaces in an uncontrolled manner, it is provided to extend the arms of the guide plates 5 so that these extensions in the between two overhead Pipes formed space, penetrate. In addition, it is provided that these extensions of the guide plates encompass the lower circumference of the ribs 2 from overhead tubes 1.
Thanks to this design of the baffles, more effective exhaust gas routing is achieved, in which over 90% of the hot gas flow Z flows into the spaces between the fins 2 of the pipes 1, so that even higher heat exchange rates and lower gas flow losses are achieved.
The result is surprising and proves that the row arrangement of the tubes 1 proposed according to the invention and the use of guide plates 5 lead to a further increase in the heat exchange between tube 1 and fin 2.
FIG. 8 shows a device which is used in vertically arranged boilers 3 and is designated overall by 10.
This device serves to hold the tubes 1 equipped with ribs 2 and the corresponding guide plates 5 in the interior of the boiler 3.
For this purpose, a plate 11 is provided in the lower part and in the upper part of the boiler 3 for receiving sheet metal stands 12, which are arranged parallel to one another and extend vertically at a predetermined distance.
Each stand 12 has cutouts 13 into which Holding strips 14 can be used.
After the stand 12 has been fastened in the interior of the boiler, a strip 14 is inserted into the cutouts forming a lower, horizontal row and the associated finned tubes 1 are placed on this strip 14. The guide plates 5 are then installed, which are held by the strip 14 which is subsequently introduced into a second row of cutouts 13. A further row of tubes 1 is then placed on and the assembly steps described so far are repeated (see also FIG. 5).
The flow guide plates proposed by the invention can also be provided for horizontally arranged waste heat boilers with natural flue gas circulation. In this case, the finned tubes must be arranged vertically and the exhaust gases flow in a horizontal direction.
A boiler equipped with the means proposed by the invention is improved in such a way that a new type of boiler is created, the efficiency of which is considerably increased by better thermal utilization of the heat contained in the hot gases and exhaust gases which flow through the tube groups .
The results of the tests carried out have shown that it is possible with a boiler which has the features according to the invention and whose dimensions are comparable to those of a boiler belonging to the prior art, improve the boiler efficiency by approximately 300%.

Daraus ergibt sich, dass für einen nach dem Grundgedanken der Erfindung gebauten Kessel, dessen Wärmewirkungsgrad demjenigen eines vergleichbaren bekannten Kessels entspricht, bauliche Abmessungen vorgesehen werden können, die etwa zwei Drittel kleiner sind als ursprüngliche Abmessungen.It follows from this that for a boiler built according to the basic idea of the invention, the thermal efficiency of which corresponds to that of a comparable known boiler, structural dimensions can be provided which are approximately two thirds smaller than the original dimensions.

Claims

Waste heat boiler with finned tubes through which a hot exhaust gas or gas stream flows, characterized in that baffles (5) for the flue gas stream (Z.) Between the tubes (1) arranged in a lower row and the tubes (1) arranged in an upper row ) are provided which guide the flue gas flow (Z) to an upper finned tube (1, 2).

Waste heat boiler, with finned tubes through which a hot exhaust gas or gas stream flows, according to claim 1, characterized in that the fins (2) provided with tubes (1) of a first horizontal row (A) of tubes (1) with the tubes (1) of a following row (B) are arranged so that the vertex of a V-shaped baffle (5) is arranged in the funnel-shaped outlet area (4) of the hot exhaust gases formed between two adjacent pipes (1) Extends over the entire length of the tubes (1) and that the free ends of the guide plate (5) face the lower circumference of overhead finned tubes (1, 2).

Waste heat boiler according to claim 1, characterized characterized in that the legs of the guide plate (5) meet at an angle (α) of about 70 °.

Waste heat boiler according to claim 1, characterized in that the baffles (5) have a tulip-shaped cross section, the apex (6) of the V-shaped baffle (5) between the ribs (2) of two lower tubes (1) penetrating while the upper part of the guide plate (5) connects over a curved area with tapering end sections and those which partly follow the circumference of the ribs (2) of the upper pipes (1) (FIG. 9).

Waste heat boiler, according to claim 1, characterized in that a distance (T) is formed between the free ends of the V-shaped baffle plate (5) and the upper tubes (1) for the exhaust gases to flow through.

Heat recovery boiler, according to claim 1, characterized in that a support frame (10) is provided in the interior of the boiler, which consists of an upper and a lower support (11) for receiving sheet metal brackets (12) which are arranged parallel to each other and in extend in the vertical direction, and that each holder (12) has cutouts (13) into which retaining strips (14) can be used, which serve to hold the finned tubes (1, 2) and the V-shaped guide plates (5).