EP3134676B1 - Wärmetauscher - Google Patents

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EP3134676B1
EP3134676B1 EP16700316.9A EP16700316A EP3134676B1 EP 3134676 B1 EP3134676 B1 EP 3134676B1 EP 16700316 A EP16700316 A EP 16700316A EP 3134676 B1 EP3134676 B1 EP 3134676B1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
gas
distribution box
gas distribution
protective
Prior art date
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Active
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EP16700316.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3134676A1 (de
Inventor
Tobias Kern
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Mokesys AG
Original Assignee
Mokesys AG
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Publication date
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Application filed by Mokesys AG filed Critical Mokesys AG
Priority to PL16700316T priority Critical patent/PL3134676T3/pl
Publication of EP3134676A1 publication Critical patent/EP3134676A1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/10—Water tubes; Accessories therefor
    • F22B37/107—Protection of water tubes
    • F22B37/108—Protection of water tube walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B21/00—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically
    • F22B21/02—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically built-up from substantially straight water tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G3/00—Steam superheaters characterised by constructional features; Details of component parts thereof
    • F22G3/008—Protection of superheater elements, e.g. cooling superheater tubes during starting-up periods, water tube screens
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/08—Cooling thereof; Tube walls
    • F23M5/085—Cooling thereof; Tube walls using air or other gas as the cooling medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0041—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for only one medium being tubes having parts touching each other or tubes assembled in panel form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/002—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using inserts or attachments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/027—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes
    • F28F9/0275—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits in the form of distribution pipes with multiple branch pipes

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger according to the preamble of independent claim 1.
  • Heat exchangers with a plurality of heat exchanger tubes extending in parallel over a predetermined length range are typically used in incineration plants, in particular waste incineration plants, where they are usually suspended in one or more passes of the incineration plant and serve to cool the flue gases. The energy gained is usually used to generate steam or steam overheating.
  • a generic heat exchanger for incinerators is in the EP 2 754 961 A2 described.
  • the air supply or more generally the supply of inert gas takes place in a space between the heat exchanger tubes and their protective cover by special gas pipes, which extend substantially parallel to the heat exchanger tubes.
  • the ceramic or preferably metal existing gas pipes have at least one outlet opening, preferably a plurality of distributed over its length arranged outlet openings, through which the air or the inert gas at the desired locations along the heat exchanger tubes of the heat exchanger in the space between the heat exchanger tubes and the protective cover exits.
  • EP0981015A1 discloses a heat exchanger according to the prior art.
  • a heat exchanger of the generic type is to be simplified and improved with respect to the protective gas.
  • the heat exchanger according to the invention for an interior of an incineration plant comprises a plurality of heat exchanger tubes extending in parallel over a predetermined length range, which are surrounded overall by a refractory protective covering over this length range. At least one intermediate space is formed between the heat exchanger tubes and the protective shroud, and the heat exchanger includes gas supply means for supplying a shielding gas into the at least one space.
  • the heat exchanger tubes together with them mechanically connecting webs form a tube wall.
  • the at least one intermediate space between the heat exchanger tubes and the protective covering is formed on both sides of the tube wall.
  • the gas supply means comprise a gas distribution box, which has at least one gas inlet opening for the protective gas and a plurality of gas outlet openings, which open into the at least one intermediate space between the heat exchanger tubes and the protective lining.
  • the supply of inert gas by means of a gas distribution box is particularly advantageous and advantageous in terms of design.
  • the gas outlet openings preferably open out on both sides of the tube wall into the at least one intermediate space. This leads on both sides of the pipe wall to a good ventilation.
  • the gas distribution box consists essentially of a refractory material, preferably ceramic material.
  • the gas distribution box is made of steel. Such a gas distribution box is relatively inexpensive and easy to manufacture and assemble.
  • the gas distribution box is arranged with respect to the installation position of the heat exchanger at the lower end of the protective cover. This allows optimal ventilation with a protective gas flow from bottom to top can be achieved.
  • the protective cover comprises a plurality of side by side and one above the other and fixed to the pipe wall plate elements.
  • the plate elements of the protective cover are supported on the gas distribution box.
  • the gas distribution box thus has a mechanical support function in addition to its protective gas distribution function.
  • a plurality of the heat exchanger tubes preferably all heat exchanger tubes, passed through the gas distribution box.
  • the outer cross-sectional dimensions of the gas distribution box substantially coincide with the outer cross-sectional dimensions of the protective casing.
  • the heat exchanger designated as a whole by 100 essentially has the shape of a wall which is relatively thin in relation to its width B and height H (thickness D, Fig. 3 ). Due to this shape, the heat exchanger is also referred to as bulkhead.
  • the heat exchanger 100 comprises a metallic tube wall 10 (FIG. Fig. 2 ) and a pipe wall 10 around all four sides surrounding protective cover 20 made of a refractory material, preferably a ceramic material.
  • the protective covering 20 is arranged at a distance of 1-5 mm, preferably 1-3 mm, to the tube wall 10, so that between the tube wall 10 and the protective covering 20 on both sides a gap 30 remains free (see Fig. 3 ).
  • a gas distribution box 40 is arranged, the outer cross-sectional dimensions substantially coincide with those of the protective cover 20 so that the gas distribution box 40 externally forms an extension of the protective cover 20 as it were.
  • the gas distribution box 40 is made of metal or preferably also of a refractory ceramic material.
  • the tube wall 10 in the interior of the heat exchanger 100 comprises a plurality of substantially parallel heat exchanger tubes 11, which are mechanically connected in pairs by a respective web 12 ( Figures 2 and 3 ).
  • the protective cover 20 is composed of a plurality of juxtaposed and stacked and fixed to the tube wall 10 refractory plate elements 21, wherein the joints between adjacent plate elements are filled with a sealing material 22.
  • the bottom row of the plate elements 21 is supported on the gas distribution box 40 via a sealing material 23.
  • the plate elements 21 are fastened to plate holders 27, which are welded to the webs 12 of the tube wall 10.
  • the plate holders 27 engage in vertically continuous, unspecified grooves of the plate elements 21 a.
  • the Plate elements 21 are provided with support bridges 28, with which they sit on the plate mounts.
  • the existing of the heat exchanger tubes 11 and connecting webs 12 tube wall 10 is sealed by the gas distribution box 40.
  • the terminal ends of the heat exchanger tubes 11 projecting at the bottom of the gas distribution box 40 are designated 11a.
  • the heat exchanger 100 is connected via these connection ends 11a to a line system LS for the supply and / or removal of heat exchange medium (usually water) ( Fig. 9 ).
  • the Fig. 4 shows the heat exchanger 100 partially in perspective view.
  • the gas distribution box 40 is expediently composed of two parts which embrace the heat exchanger tubes 11 like a comb.
  • the gas distribution box 40 is therefore also referred to as a comb box.
  • the gas distribution box 40 serves to introduce protective gas or so-called sealing gas into the interspaces 30 of the heat exchanger 100.
  • the protective or sealing gas in use under slight overpressure is intended to prevent flue gas from penetrating into the interior of the heat exchanger due to unavoidable cracks or other leaks. Normally air is used as the protective or sealing gas.
  • the gas distribution box 40 is provided on its underside with a plurality of gas inlet openings 41 and on its upper side with a plurality of gas outlet openings 42.
  • the gas outlet openings 42 open directly into the intermediate space 30 on both sides of the tube wall 10 and are distributed over the width B of the heat exchanger 100.
  • the gas outlet openings 42 can also be formed as longitudinal slots.
  • the gas inlet openings 41 are distributed over the width B of the heat exchanger 100.
  • gas supply pipes 43 opening into the gas inlet openings 41 are provided on the underside of the gas distribution box 40.
  • the heat exchanger 100 or the gas distribution box 40 is connected via these gas supply pipes 43 and a corresponding line system to a barrier gas or compressed air source.
  • FIGS 5-8 show a slightly modified second embodiment of the inventive heat exchanger, the differences are essentially only in the supply of the sealing gas in the gas distribution box and the consequent formation of the latter.
  • the unchanged compared to the first embodiment components of the heat exchanger are therefore provided with the same reference numerals as in the embodiment of Figures 1-4 ,
  • the heat exchanger of this embodiment is designated as a whole by 100 ', the associated gas distribution box by 40', the gas inlet openings by 41 'and the gas outlet openings by 42'.
  • the heat exchanger tubes 11 laterally staggered gas supply pipes 43 are provided in this embodiment, two gas supply pipes 43 ', which are each aligned with a heat exchanger tube 11, wherein the respective heat exchanger tube 11 is closed at its lower end and not through the gas distribution box 40' performed ( Figures 5 . 7 and 8th ).
  • this relates to the two souptäussersten heat exchanger tubes 11, which therefore, in contrast to the other heat exchanger tubes 11 on the underside of the gas distribution box 40 'protruding terminal ends 11a.
  • the two gas supply pipes 43 'could also be provided over the width of the heat exchanger distributed distributed gas supply pipes, in which case the corresponding number of terminal ends 11a would be omitted.
  • the Fig. 8 shows the heat exchanger 100 'partially in perspective view.
  • Fig. 9 schematically shows the arrangement of a heat exchanger 100 according to the invention in a flue Z of a combustion plant VA.
  • a piping system for Supply of inert gas and removal of heat exchange medium is designated LS1
  • a conduit system for supplying heat exchange medium is designated LS2.
  • the arrangement of the heat exchanger 100 in the flue Z is such that the heat exchanger is flown by flue gas from all four sides, that is, from its two opposite flat sides and the narrow sides between them.
  • a heat exchanger assembly consisting of a plurality of heat exchangers is normally used in the incinerator.
  • Fig. 10 shows such a heat exchanger assembly 1000, which is composed of a plurality of parallel juxtaposed heat exchangers 100 according to the invention.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.
  • Wärmetauscher mit mehreren über einen vorgegebenen Längenbereich parallel verlaufenden Wärmetauscherrohren werden typischerweise in Verbrennungsanlagen, insbesondere Kehricht- bzw. Müllverbrennungsanlagen, eingesetzt, wo sie in einem oder mehreren Zügen der Verbrennungsanlage meist frei hängend angeordnet sind und zur Kühlung der Rauchgase dienen. Die dabei gewonnene Energie wird üblicherweise zur Dampferzeugung bzw. Dampfüberhitzung ausgenutzt.
  • Ein gattungsgemässer Wärmetauscher für Verbrennungsanlagen ist in der EP 2 754 961 A2 beschrieben. Bei diesem sogenannten hinterlüfteten Wärmetauscher erfolgt die Luftzufuhr bzw. allgemeiner die Zufuhr von Schutzgas in einen Zwischenraum zwischen den Wärmetauscherrohren und deren Schutzverkleidung durch spezielle Gasrohre, die im Wesentlichen parallel zu den Wärmetauscherrohren verlaufen. Die aus Keramik oder vorzugsweise Metall bestehenden Gasrohre weisen mindestens eine Austrittsöffnung, vorzugsweise mehrere über ihre Länge verteilt angeordnete Austrittsöffnungen, auf, durch welche die Luft bzw. das Schutzgas an der oder den gewünschten Stellen entlang der Wärmetauscherrohre des Wärmetauschers in den Zwischenraum zwischen den Wärmetauscherrohren und der Schutzverkleidung austritt. Auch EP0981015A1 offenbart ein Wärmetauscher nach dem Stand der Technik.
  • Die Luft- bzw. Gaszufuhr in den Zwischenraum mittels spezieller Gasrohre ist konstruktiv relativ aufwändig. Ausserdem ist es mit dieser Technologie praktisch kaum möglich, bestehende Wärmetauscher ohne Hinterlüftung nachträglich mit einer Hinterlüftung auszurüsten.
  • Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Wärmetauscher der gattungsgemässen Art hinsichtlich der Schutzgaszufuhr vereinfacht und verbessert werden.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Wärmetauscher gelöst, wie er durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 spezifiziert ist, bzw. durch eine Verbrennungsanlage mit einem solchen Wärmetauscher gemäss dem unabhängigen Patentanspruch 10. Weitere vorteilhafte Aspekte ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.
  • Der erfindungsgemässe Wärmetauscher für einen Innenraum einer Verbrennungsanlage umfasst mehrere über einen vorgegebenen Längenbereich parallel verlaufende Wärmetauscherrohre, die über diesen Längenbereich insgesamt von einer feuerfesten Schutzverkleidung umgeben sind. Zwischen den Wärmetauscherrohren und der Schutzverkleidung ist mindestens ein Zwischenraum ausgebildet und der Wärmetauscher umfasst Gaszufuhrmittel zum Zuführen eines Schutzgases in den mindestens einen Zwischenraum. Die Wärmetauscherrohre bilden zusammen mit sie mechanisch verbindenden Stegen eine Rohrwand. Der mindestens eine Zwischenraum zwischen den Wärmetauscherrohren und der Schutzverkleidung ist beidseits der Rohrwand ausgebildet. Die Gaszufuhrmittel umfassen einen Gasverteilkasten, welcher mindestens eine Gaseinlassöffnung für das Schutzgas und eine Mehrzahl von Gasauslassöffnungen aufweist, welche in den mindestens einen Zwischenraum zwischen den Wärmetauscherrohren und der Schutzverkleidung ausmünden.
  • Die Zufuhr von Schutzgas mittels eines Gasverteilkastens ist in konstruktiver Hinsicht besonders zweckmässig und vorteilhaft.
  • Vorzugsweise münden die Gasauslassöffnungen zu beiden Seiten der Rohrwand in den mindestens einen Zwischenraum aus. Dies führt beidseits der Rohrwand zu einer guten Hinterlüftung.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsvariante besteht der Gasverteilkasten im Wesentlichen aus einem feuerfesten Material, vorzugsweise Keramikmaterial.
  • Bei einer alternativen vorteilhaften Ausführungsvariante besteht der Gasverteilkasten aus Stahl. Ein solcher Gasverteilkasten ist relativ kostengünstig und einfach herzustellen und zu montieren.
  • Mit Vorteil ist der Gasverteilkasten bezüglich der Einbaulage des Wärmetauschers am unteren Ende der Schutzverkleidung angeordnet. Dadurch kann eine optimale Hinterlüftung mit einem Schutzgasstrom von unten nach oben erreicht werden.
  • Vorzugsweise umfasst die Schutzverkleidung eine Vielzahl von neben- und übereinander angeordneten und an der Rohrwand befestigten Plattenelementen.
  • Vorteilhafterweise stützen sich zumindest einige der Plattenelemente der Schutzverkleidung auf dem Gasverteilkasten ab. Der Gasverteilkasten hat so neben seiner Schutzgasverteilfunktion auch eine mechanische Stützfunktion.
  • Zweckmässigerweise sind eine Vielzahl der Wärmetauscherrohre, vorzugsweise alle Wärmetauscherrohre, durch den Gasverteilkasten hindurchgeführt.
  • Vorteilhafterweise stimmen in einer zur Längsrichtung der Wärmetauscherrohre senkrechten Ebene die äusseren Querschnittsabmessungen des Gasverteilkastens im Wesentlichen mit den äusseren Querschnittsabmessungen der Schutzverkleidung überein.
  • Weitere vorteilhafte Aspekte ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemässen Wärmetauschers mit Hilfe der Zeichnungen. Es zeigen:
    • Fig. 1
    - eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Wärmetauschers;
    Fig. 2
    - einen Schnitt durch den Wärmetauscher gemäss der Linie II-II der Fig. 1;
    Fig. 3 -
    einen Schnitt durch einen unteren Teil des Wärmetauschers gemäss der Linie III-III der Fig. 2;
    Fig. 4 -
    eine perspektivische Teilansicht des Wärmetauschers der Fig. 1;
    Fig. 5 -
    eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Wärmetauschers;
    Fig. 6 -
    einen Schnitt durch den Wärmetauscher der Fig. 5 gemäss der Linie VI-VI der Fig. 5;
    Fig. 7 -
    einen Schnitt durch einen unteren Teil des Wärmetauschers der Fig. 5 gemäss der Linie VII-VII der Fig. 6;
    Fig. 8 -
    eine perspektivische Teilansicht des Wärmetauschers der Fig. 5;
    Fig. 9 -
    eine schematisierte Schnittansicht einer Verbrennungsanlage mit einem darin angeordneten erfindungsgemässen Wärmetauscher und
    Fig. 10-
    eine Perspektivansicht einer aus mehreren Wärmetauschern bestehenden Wärmetauscheranordnung.
  • Für die nachstehende Beschreibung gilt die folgende Festlegung: Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugszeichen angegeben, aber im unmittelbar zugehörigen Beschreibungsteil nicht erwähnt, so wird auf deren Erläuterung in vorangehenden oder nachfolgenden Beschreibungsteilen verwiesen. Umgekehrt sind zur Vermeidung zeichnerischer Überladung für das unmittelbare Verständnis weniger relevante Bezugszeichen nicht in allen Figuren eingetragen. Hierzu wird auf die jeweils übrigen Figuren verwiesen. Die im Folgenden verwendeten Abmessungs- und Lageangaben wie oben, unten, seitlich, Länge bzw. Höhe, Breite und Dicke bzw. Tiefe beziehen sich auf die allgemein übliche, im Wesentlichen vertikale Einbauposition des Wärmetauschers in der Verbrennungsanlage.
  • Wie aus den Figuren 1-4 hervorgeht, hat der als Ganzer mit 100 bezeichnete Wärmetauscher im Wesentlichen die Gestalt einer im Verhältnis zu seiner Breite B und Höhe H relativ dünnen Wand (Dicke D, Fig. 3). Aufgrund dieser Gestalt wird der Wärmetauscher auch als Schott bezeichnet.
  • Der Wärmetauscher 100 umfasst eine metallische Rohrwand 10 (Fig. 2) und eine die Rohrwand 10 um alle vier Seiten herum umgebende Schutzverkleidung 20 aus einem feuerfesten Material, vorzugsweise einem Keramik-Material. Die Schutzverkleidung 20 ist in einem Abstand von 1-5 mm, vorzugsweise 1-3 mm, zur Rohrwand 10 angeordnet, so dass zwischen der Rohrwand 10 und der Schutzverkleidung 20 beidseits ein Zwischenraum 30 frei bleibt (siehe Fig. 3). Am in Einbaulage des Wärmetauschers 100 unteren Ende der Rohrwand 10 bzw. der Schutzverkleidung 20 ist ein Gasverteilkasten 40 angeordnet, dessen äussere Querschnittsabmessungen im Wesentlichen mit denen der Schutzverkleidung 20 übereinstimmen, so dass der Gasverteilkasten 40 äusserlich gewissermassen eine Verlängerung der Schutzverkleidung 20 bildet. Der Gasverteilkasten 40 besteht aus Metall oder vorzugsweise ebenfalls aus einem feuerfesten Keramikmaterial.
  • Die Rohrwand 10 im Inneren des Wärmetauschers 100 umfasst eine Vielzahl von im Wesentlichen parallel verlaufenden Wärmetauscherrohren 11, die paarweise durch je einen Steg 12 mechanisch verbunden sind (Figuren 2 und 3).
  • Die Schutzverkleidung 20 ist aus einer Vielzahl von neben- und übereinander angeordneten und an der Rohrwand 10 befestigten feuerfesten Plattenelementen 21 zusammengesetzt, wobei die Fugen zwischen benachbarten Plattenelementen mit einem Dichtmaterial 22 gefüllt sind. Die unterste Reihe der Plattenelemente 21 stützt sich über ein Dichtmaterial 23 auf dem Gasverteilkasten 40 ab.
  • Die Plattenelemente 21 sind an Plattenhalterungen 27 befestigt, welche an den Stegen 12 der Rohrwand 10 angeschweisst sind. Die Plattenhalterungen 27 greifen in vertikal durchgehende, nicht näher bezeichnete Nuten der Plattenelemente 21 ein. Die Plattenelemente 21 sind mit Stützbrücken 28 versehen, mit welchen sie auf den Plattenhalterungen aufsitzen.
  • Die aus den Wärmetauscherrohren 11 und den sie verbindenden Stegen 12 bestehende Rohrwand 10 ist dicht durch den Gasverteilkasten 40 hindurchgeführt. Die an der Unterseite des Gasverteilkastens 40 herausragenden Anschlussenden der Wärmetauscherrohre 11 sind mit 11a bezeichnet. Im praktischen Einsatz ist der Wärmetauscher 100 über diese Anschlussenden 11a an ein Leitungssystem LS zur Zu- und/oder Abfuhr von Wärmetauschmedium (üblicherweise Wasser) angeschlossen (Fig. 9).
  • Die Fig. 4 zeigt den Wärmetauscher 100 partiell in perspektivischer Ansicht.
  • Der Gasverteilkasten 40 ist zweckmässigerweise aus zwei Teilen zusammengesetzt, welche die Wärmetauscherrohre 11 kammartig umgreifen. Der Gasverteilkasten 40 wird deshalb auch als Kammkasten bezeichnet.
  • Der Gasverteilkasten 40 dient zur Einleitung von Schutzgas oder sogenanntem Sperrgas in die Zwischenräume 30 des Wärmetauschers 100. Das im Einsatz unter geringem Überdruck stehende Schutz- bzw. Sperrgas soll verhindern, dass durch unvermeidliche Ritzen oder andere Undichtigkeiten Rauchgas in den Innenraum des Wärmetauschers eindringen kann. Als Schutz- bzw. Sperrgas wird normalerweise Luft eingesetzt.
  • Der Gasverteilkasten 40 ist an seiner Unterseite mit einer Mehrzahl von Gaseinlassöffnungen 41 und an seiner Oberseite mit einer Mehrzahl von Gasauslassöffnungen 42 ausgestattet. Die Gasauslassöffnungen 42 münden direkt in den Zwischenraum 30 beidseits der Rohrwand 10 und sind über die Breite B des Wärmetauschers 100 verteilt angeordnet. Die Gasauslassöffnungen 42 können auch als Längsschlitze ausgebildet sein. Auch die Gaseinlassöffnungen 41 sind über die Breite B des Wärmetauschers 100 verteilt angeordnet.
  • An der Unterseite des Gasverteilkastens 40 sind in die Gaseinlassöffnungen 41 ausmündende Gaszufuhrrohre 43 vorgesehen. Im praktischen Einsatz ist der Wärmetauscher 100 bzw. der Gasverteilkasten 40 über diese Gaszufuhrrohre 43 und ein entsprechendes Leitungssystem an eine Sperrgas- bzw. Druckluftquelle angeschlossen.
  • Die Figuren 5-8 zeigen ein geringfügig modifiziertes zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Wärmetauschers, wobei die Unterschiede im Wesentlichen lediglich in der Zuführung des Sperrgases in den Gasverteilkasten und der dadurch bedingten Ausbildung des letzteren liegen. Die gegenüber der ersten Ausführungsform unveränderten Komponenten des Wärmetauschers sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen wie bei der Ausführungsform der Figuren 1-4.
  • Der Wärmetauscher dieser Ausführungsform ist als Ganzes mit 100' bezeichnet, der zugehörige Gasverteilkasten mit 40', die Gaseinlassöffnungen mit 41' und die Gasauslassöffnungen mit 42'. Anstelle der beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1-4 gegenüber den Wärmetauscherrohren 11 seitlich versetzt angeordneten Gaszufuhrrohre 43 sind bei dieser Ausführungsvariante zwei Gaszufuhrrohre 43' vorgesehen, welche jeweils mit einem Wärmetauscherrohr 11 fluchten, wobei das jeweils betreffende Wärmetauscherrohr 11 an seinem unteren Ende verschlossen und nicht durch den Gasverteilkasten 40' durchgeführt ist (Figuren 5, 7 und 8). Im gezeichneten Ausführungsbeispiel betrifft dies die beiden zweitäussersten Wärmetauscherrohre 11, die daher im Gegensatz zu den anderen Wärmetauscherrohren 11 keine an der Unterseite des Gasverteilkastens 40' herausragenden Anschlussenden 11a aufweisen. Anstelle der zwei Gaszufuhrrohre 43' könnten auch mehrere über die Breite des Wärmetauschers verteilt angeordnete Gaszufuhrrohre vorgesehen sein, wobei dann die entsprechende Anzahl Anschlussenden 11a wegfallen würde.
  • Die Fig. 8 zeigt den Wärmetauscher 100' partiell in perspektivischer Ansicht.
  • Fig. 9 zeigt schematisch die Anordnung eines erfindungsgemässen Wärmetauschers 100 in einem Rauchgaszug Z einer Verbrennungsanlage VA. Ein Leitungssystem zur Zufuhr von Schutzgas und Abfuhr von Wärmetauschermedium ist mit LS1 bezeichnet, während ein Leitungssystem zur Zufuhr von Wärmetauschermedium mit LS2 bezeichnet ist. Die Anordnung des Wärmetauschers 100 im Rauchgaszug Z ist so, dass der Wärmetauscher von allen vier Seiten, das heisst von seinen beiden gegenüberliegenden flachen Seiten und den dazwischenliegenden schmalen Seiten, von Rauchgas angeströmt wird.
  • In der Praxis wird normalerweise nicht nur ein einzelner Wärmetauscher, sondern eine aus einer Vielzahl von Wärmetauschern bestehende Wärmetauscheranordnung in der Verbrennungsanlage eingesetzt. Fig. 10 zeigt eine solche Wärmetauscheranordnung 1000, die aus einer Vielzahl von parallel nebeneinander angeordneten erfindungsgemässen Wärmetauschern 100 zusammengesetzt ist.
  • Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, soll jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt sein. Vielmehr sind für den Fachmann zahlreiche Modifikationen denkbar, ohne dabei von der Lehre der Erfindung abzuweichen. Der Schutzbereich wird durch die nachstehenden Patentansprüche definiert.

Claims (11)

  1. Wärmetauscher (100; 100') für einen Innenraum einer Verbrennungsanlage, mit mehreren über einen vorgegebenen Längenbereich (H) parallel verlaufenden Wärmetauscherrohren (11), die über diesen Längenbereich insgesamt von einer feuerfesten Schutzverkleidung (20) umgeben sind, wobei zwischen den Wärmetauscherrohren (11) und der Schutzverkleidung (20) mindestens ein Zwischenraum (30) ausgebildet ist und der Wärmetauscher Gaszufuhrmittel zum Zuführen eines Schutzgases in den mindestens einen Zwischenraum (30) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherrohre (11) zusammen mit sie mechanisch verbindenden Stegen (12) eine Rohrwand (10) bilden, dass der mindestens eine Zwischenraum (30) zwischen den Wärmetauscherrohren (11) und der Schutzverkleidung (20) beidseits der Rohrwand (10) ausgebildet ist und dass die Gaszufuhrmittel einen Gasverteilkasten (40; 40') umfassen, welcher mindestens eine Gaseinlassöffnung (41; 41') für das Schutzgas und eine Mehrzahl von Gasauslassöffnungen (42; 42') aufweist, welche in den mindestens einen Zwischenraum (30) zwischen den Wärmetauscherrohren (11) und der Schutzverkleidung (20) ausmünden.
  2. Wärmetauscher (100; 100') nach Anspruch 1, wobei die Gasauslassöffnungen (42; 42') zu beiden Seiten der Rohrwand (10) in den mindestens einen Zwischenraum (30) ausmünden.
  3. Wärmetauscher (100; 100') nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gasverteilkasten (40; 40') im Wesentlichen aus einem feuerfesten Material, vorzugsweise Keramikmaterial, besteht.
  4. Wärmetauscher (100; 100') nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gasverteilkasten (40; 40') aus Stahl besteht.
  5. Wärmetauscher nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Gasverteilkasten (40: 40') bezüglich der Einbaulage des Wärmetauschers am unteren Ende der Schutzverkleidung (20) angeordnet ist.
  6. Wärmetauscher (100; 100') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schutzverkleidung (20) eine Vielzahl von neben- und übereinander angeordneten und an der Rohrwand (10) befestigten Plattenelementen (21) umfasst.
  7. Wärmetauscher (100; 100') nach Anspruch 6, wobei sich zumindest einige der Plattenelemente (21) der Schutzverkleidung (20) auf dem Gasverteilkasten (40; 40') abstützen.
  8. Wärmetauscher (100; 100') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Vielzahl der Wärmetauscherrohre (11), vorzugsweise alle Wärmetauscherrohre (11), durch den Gasverteilkasten (40; 40') hindurchgeführt sind.
  9. Wärmetauscher (100; 100') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in einer zur Längsrichtung der Wärmetauscherrohre (11) senkrechten Ebene die äusseren Querschnittsabmessungen des Gasverteilkastens (40; 40') im Wesentlichen mit den äusseren Querschnittsabmessungen der Schutzverkleidung (20) übereinstimmen.
  10. Verbrennungsanlage mit einem Wärmetauscher (100; 100') gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, der so in einem Innenraum der Verbrennungsanlage angeordnet ist, dass er von mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten von Rauchgas anströmbar ist.
  11. Verbrennungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei parallel angeordnete Wärmetauscher (100; 100') umfasst.
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