SE510240C3 - Roervaermevaexlare med balkplatta indelad i ett antal kanaler - Google Patents

Description

15 20 25 5'l0 240 2 1 inkommande luften en fram- och återgående rörelse genom att anordna ett flertal i huvudsak vågräta bafflar 15. Dessa utgörs av plåtar som sträcker sig uppemot ungefär “Å av värmeväxlarrummets diameter, varvid varje baffelplåt är försedd med ett flertal hål för upptagandet av rören 13. Temperaturen vid värmeväxlarrörens 13 inlopp kan vara ungefär 1000°C och luften som strömmar in genom inloppet 1 kan förvärmas till ungefär 800°C. Dessa förhållanden innebär ytterst svåra påfrestningar på materialen i värmeväxlaren. Den del av värmeväxlaren som är utsatt för de högsta mekaniska belastningarna är den nedre delen av manteln samt balkplattan, där metalltemperaturen kan uppgå till ungefär 900°C. Sålunda, vid ett inre tryck av c:a 1 bar vid nämnda temperatur, en manteldiarneter på omkring 2000 mm, ett antal rör på mellan 50 och ungefär 150, samt en tomhöjd på ungefär 13 m, inses lätt att balkplattan måste utstå utomordentligt stora påfrestningar, i synnerhet med hänsyn till att rören 13 vilar med hela sin tyngd på balkplattan. Motsvarande problem för själva mantelväggen 14 har lösts genom vår tidigare svenska patentansökan 9504344-4, vars innehåll härmed inkorporeras genom denna referens. Enligt nämnda patentansökan innefattar värmeväxlaren ytterligare en mantelvägg, vilken är väsentligen cylindrisk och placerad innanför och i huvudsak koncentriskt med den yttre mantelväggen så att ett i båda ändarna öppet, huvudsakligen cylinderforrnat spaltutrymme bildas mellan de två mantelväggarna, varvid den genom inloppet inströmmande gasen passerar detta spaltutrymme innan den kommer i kontakt med värmeväxlarrören. Det har understtmdom inträffat att balkplattan givit vika för den stora belastningen, med mycket höga reparationskostnader som följd.

Försök har gjorts att kyla balkplattan medelst dubbla bottenkonstruktioner i enlighet med Figur 2. Enligt denna konstruktion avleds en del av den genom inloppet 1 inkommande luften in i ett ståndarrör 17 och ned i den dubbla balkplattan 18, vilken omfattar en övre värmeisolerad vägg 19 och en undre värmeisolerad vägg 20, så att ett hålrum 21 bildas mellan dessa. Luften från ståndarröret 17 strömmar in i hålrurnmet 21 och kyler därigenom balkplattan, varefter luften strömmar ut genom utloppsrören 22 och återförs till värmeväxlaren. Denna konstruktion har dock inte visat sig tillräckligt effektiv efiersom den inte kyler balkplattan tillräckligt. 10 15 20 25 510 240 3 Syftet med föreliggande uppfinning är således att tillhandahålla en rörvärmeväxlare, som klarar av den höga belastning och de stora påfrestningar som dess balkplatta tvingas utstå.

Detta och andra syften har på ett överraskande sätt lyckats uppnås genom att utforma en värmeväxlare innefattande de i patentkravets 1 kärinetecknande del angivna särdragen.

I åskådliggörande men icke begränsande syfte kommer nu en föredragen utforingsforrn av uppfinningen att närmare beskrivas, under hänvisning till de bifogade ritningarna. Dessa presenteras kort härmed: Figur 1A visar schematiskt en konventionell anläggning för tillverkning av kimrök, såsom redan beskrivits ovan.

Figur IB visar en värmeväxlare enligt teknikens ståndpunkt, såsom redan beskrivits ovan.

Figur 2 visar också en värmeväxlare enligt teknikens ståndpunkt, såsom redan beskrivits ovan.

Figur 3 visar en värmeväxlare enligt uppfinningen rakt framifrån, delvis i genomskärning.

Figur 4 visar ett horisontalsnitt av balkplattan enligt uppfinningen, rakt ovanifrån.

Figur 5 visar en s.k. ferrul, vilken är monterad i balkplattan enligt uppfinningen.

Fig 3 visar en uppfinningsenligt utformad rörvärmeväxlare, vilken med fördel kan användas i en anläggning för tillverkning av kiirirök enligt fig 1A. Den innfattar ett inlopp 1 för omgivníngsluft, vilken strömmar på rörens 13' utsida och ut genom utloppet 5, varifrån den strömmar vidare till en förbränningskarrirnare. Inför utloppet 5 kan en skärm 39 vara anordnad for en jämnare fördelning av den utströmmande luften. Upptill löper rören i tätande kompensatorer eller manschetter 38, vilka tillåter en viss rörlighet med hänsyn till återkommande kontraktioner resp värmeutvidgningarria av rören. Vidare kan bafflar 15 vara anordnade, på samma sätt som i fig lB och 2. Den genom inloppet 1 inkommande luften har lämpligen en temperatur på mellan omgivningstemperatur och ungefär l00°C. Värmeväxlaren innefattar en mantel 10 15 20 25 30 510 240 4 14 avi huvudsak cirkulärt tvärsnitt, vilken innesluter ett rum 23. Den har ofta ansenliga dimensioner, såsom en diameter på ungefär 2 m och en höjd på mellan 10 och 15 m, samt innesluter mellan 50 och 150 rör. Upptill är värmeväxlaren ansluten till en ledning 6 (se fi g 1A) via en gavelvägg (ej visad). Nedtill begränsas värmeväxlaren av en väsentligen rund balkplatta enligt föreliggande uppfinning, vilken innefattar en övre värmeisolerad balkplåt 19 och en undre värmeisolerad balkplåt 20. Mellan dessa föreligger ett balkrum 21. Båda balkplåtarna är värmeisolerade m h a ett lämpligt isolennaterial, såsom exempelvis en keramisk massa. Genom balkrummet 21 strömmar ett lämpligt kylmedium, såsom luft, vilken låtes passera genom balkplattan för att i möjligaste mån kyla värmeväxlaren och undvika alltför hög upphettning från den mycket heta indunstningskamrnaren 10 (se fig IA) , vilken har en temperatur på ungefär lOO0°C. Den undre balkplåten 20 innefattar lärnpligen en sockeldel 24, vilken är fastgjord på undre ändplåten 25 eller på indunstningskamrnaren. Både överplattan 19 och underplattan 20 är anordnade med ett antal mot varandra belägna hål för upptagande av värmeväxlararören 13, vilka alltså sträcker sig genom balkplattan och dess balkrurn 21.

Vidare innefattar balkplattan enligt föreliggande uppfinning ett flertal stutsar, nämligen kylmedieinlopp 26 och kylmedieutlopp 27, varvid kylmediet lämpligen är luft, samt ett antal mellan- eller skiljeväggar 28, vilket framgår tydligare ur fig 4. Dessa skiljeväggar 28 är väsentligen täta och operforerade och delar upp balkrummet 21 i ett flertal inbördes åtskilda delrum eller kanaler 29, varvid ett antal värmeväxlarrör 13 förefinnes i var och en av kanalema 29. Dessa skiljeväggar 28 fyller en för föreliggande uppfinning karakteristisk dubbelfunktion: Dels förbättrar de kylverkan för kylmediet som inkommer genom inloppen 26 och strömmar ut genom utloppen 27, dels bidrar de på ett väsentligt sätt till att bära upp och staga hela balkplattan 18. Lärnpligen kan inloppen 26 vara anslutna till en gemensam tilloppsledning och utloppen 27 till en gemensam frånloppsledning. För att öka genomströmningen genom kanalerna 29 kan luften som kommer in genom inloppen 26 pressas på med hjälp av en yttre monterad fläkt. I syfte att minimera temperaturskillnader i balkplattan, är för angränsande kanaler 29 företrädesvis inloppen 26A-F resp utloppen 27A-F anordnade på motstående sidor av kanalema.

Således framgår tydligt av figur 4 att på vardera kanalsidan är varannan stuts ett inlopp 26 och varannan stuts ett utlopp 27. 10 15 20 25 510 240 5 Figur 5 visar närmare konstruktionen av hur ett värmeväxlarrör 13 _ genomlöper en balkplatta enligt uppfinningen. Den övre balkplåten betecknas 19 och den undre 20, varvid mellan dessa är anordnad en skiljevägg 28. Över balkplåten 19 är anordnat ett isoleringsmaterial 30 samt en tunnare skyddsplåt 31 för att skydda isoleringen. Även under den undre balkplåten 20 är isolering anordnad, nämligen ett första skikt 32 och ett andra skikt 33, lämpligen keramiska material. Om så skulle önskas, kan dessa hållas på plats m h a en värmebeständing skyddsplåt under skiktet 33.

I den understa delen av ett rör 13 förefinnes ett skyddsrör eller en s.k. ferrul för inströmning av mycket heta gaser. Fermlen har till funktion att förhindra att den aggressiva gasen kommer i kontakt med röret 13 och de bärande delarna av den nedre balkplattan, samt att genom isolering begränsa värmeupptagning i balkplattan. Mellan denna ferrul 34 och röret 13 finns en mellanisolering 35. För att bereda plats för denna isolering 35, har ferrulen 34 sig vidgande myrmingar i båda ändarna. Vidare är anordnad en skyddshylsa 36 utanpå röret 13, vilken hylsa sträcker sig från den övre plåten 19 till och förbi den undre plåten 20. Företrädesvis förefinnes en isolering 37 även under hylsan 36. Samtliga nämnda metalldelar är sarnmansvetsade.

Genom konstruktionen med mellanväggar och kanaler har så pass låga materialtemperaturer som 300°C uppmätts, mot tidigare 600°C eller högre.

Mantelväggen 14 kan vara enkel, såsom i figur lB, eller dubbel, i enlighet med vad som beskrivs i svenska patentansökan 9504344-4.

Traditionellt används austenitiska rostfria stål i såväl rör som ferruler.

Dessa stål har god kryphållfasthet och kan ha tillfredsställande beständighet mot uppkolning. Vid högsvavelhaltiga förbränningsmiljöer är emellertid beständigheten otillräcklig. Sulfidering har i flera fall begränsat livslängden på ferrulerna och rören vid de högsta temperaturema hos gasen vid sarntidigt höga svavelhalter i oljan. Genom att arbeta vid höga temperaturer sarntidigt som höga svavelhalter föreligger, accentueras problemen. Ferritiska rostfria stål har traditionellt god beständighet mot svavelhaltiga miljöer, men har nackdelen av en låg kryphållfasthet.

Det har nu framkommit att kryphållfastheten hos ferritiska rostfria stål ökas om framställningen sker på pulvermetallurigisk väg. Dessutom kombinerar aluminiumlegerade ferritiska rostfria stål framställda på pulvermetallurgisk väg de 10 15 510 240 6 önskade egenskaperna med en ytterst stabil oxid på ytan och samtidigt en acceptabelt hög kryphållfasthet. Sålunda har framkommit att ett mycket lämpat material för de starkt utsatta detaljerna är en järnbaslegering med 10-40 vikt-% krom, 2-10 vikt-% aluminium, högst 5 vikt-% vardera av kobolt, nickel, kisel, mangan, zirkonium och titan, dock sammanlagt högst 10 vikt-%, mindre än totalt 2 vikt-% av tillsatser av kväve, kol och/eller yttriurn, hafniurn och metaller i gruppen sällsynta jordartsmetaller, samt därutöver 0,02-0,1 vikt-% syre bundet i form av oxider eller andra refraktära föroreningar, resten järn, varvid oxidema föreligger som i materialet jämt fördelade dispergerade partiklar med en medeldiameter av 100-300 nm och komen i den metalliska fasen är väsentligen likaxliga. Efter bearbetning till exempelvis band eller rör och värmebehandling vid minst 1050°C innehåller järnbaslegeringen mycket långsträckta kom med en längd av minst 5 mm och ett förhållande längd till tvärsnitt av minst 10: l.

Dessa legeringar beskrivs närmare i SE-B-467 414, vars innehåll härmed inkorporeras genom denna referens. Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är således alla detaljer som utsätts for höga temperaturer och höga mekaniska belastningar tillverkade av ovannämnda materialgrupp. Dessa detaljer omfattar således vissa eller samtliga i balkplattan ingående element, i synnerhet ferrulema 34 och den nedre delen av rören 13. Även sammandraget utgör en del av denna beskrivning.

Claims (11)

10 20 510 240 PATENTKRAV

1. Rörvärmeväxlare, i synnerhet avsedd att användas vid tillverkning av kirnrök, innefattande ett väsentligen cylindriskt rum inneslutet av en väsentligen cylinderformad yttre mantelvägg ( 14) och två ändväggar, samt en mångfald rör (13) vilka sträcker sig genom hela det väsentligen cylinderformade rummet, från den ena ändväggen till den andra, varvid till värmeväxlaren är anordnade ett inlopp (1) och ett utlopp (5) för gas avsedd att strömma på rörens (13) utsida samt under det väsentligen cylinderformade rummet är anordnad en balkplatta innefattande en övre balkplåt (19), en undre balkplåt (20) samt ett mellan dessa plåtar bildat balkrum (21), genom vilken balkplatta värmeväxlarrören (13) löper, varvid stutsar för inlopp (26) och utlopp (27) är anordnade till balkrurnmet (21), kännetecknad därav, att balkrumrnet är uppdelat i ett flertal kanaler (29) medelst skíljeväggar (28), varvid varje kanal är försedd med ett inlopp (26A-F) och ett utlopp (27A-F) och varje kanal genomlöps av ett flertal värmeväxlarrör (13).

2. Rörvärmeväxlare enligt krav 1, kännetecknad därav, att den innefattar ytterligare en mantelvägg vilken är 'väsentligen cylindrisk och placerad innanför och i huvudsak koncentriskt med den yttre mantelväggen (14) så att ett i båda ändarna öppet, huvudsakligen cylinderformat spaltutrymme bildas mellan de två mantelväggarna, varvid den genom inloppet ( 1) inströmmande gasen passerar detta spaltutryrnme innan den kommer i kontakt med rören (13).

3. Rörvärmeväxlare enligt krav 1, känneteclmad därav, att på vardera kanalsidan är varannan stuts ett inlopp (26) och varannan stuts ett utlopp (27).

4. Rörvärrneväxlare enligt krav 1 eller 2, kännetecknad därav, att den övre och/eller den undre balkplåten (19, 20) är täckta med ett värrneisoleringsmaterial.

5. Rörvärmeväxlare enligt krav l, 2 eller 3, känneteclmad därav, att de delar av värmeväxlarrören (13) som genomlöper balkplattan är värmeisolerade. 10 15 20 30 510 240 8

6. Rörvärmeväxlare enligt krav 5, kännetecknad därav, att värme- isoleringen på värmeväxlarrören utgörs av ett i röret infört rörformigt stycke eller ferrul (34) samt en utanpå värmeväxlarröret (13) anordnad hylsa (36), varvid företrädesvis ett värmeisolerande material (35, 37) är infört mellan ferrulen och värmeväxlarröret samt mellan värmeväxlarröret och hylsan.

7. Rörvärmeväxlare enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att balkplattan helt eller delvis och ferrulema (34) samt åtminstone den nedre delen av rören (13) är utförda av en aluminiumhaltig, järnbaserad legering som fiarnställts pulvermetallurgiskt.

8. Rörvärmeväxlare enligt krav 7, kânnetecknad därav, att balkplattan helt eller delvis är utförd av en jämbaslegering med 10-40 vikt-% krom, 2-10 v'ikt-% aluminium, högst 5 vikt-% vardera av kobolt, nickel, kisel, mangan, zirkonium och titan, dock sammanlagt högst 10 vikt-%, mindre än totalt 2 vikt-% av tillsatser av kväve, kol och/eller yttriurn, hafnium och metaller i gruppen sällsynta jordartsmetaller, samt därutöver 0,02-0,1 vikt-% syre bundet i forrn av oxider eller andra refraktära föroreningar, resten järn, varvid oxidema föreligger som i materialet jämnt fördelade dispergerade partiklar med en medeldiarneter av 100-300 nm och komen i den metalliska fasen är väsentligen likaxliga.

9. Rörvärmeväxlare enl något av kraven l-8, kännetecknad därav, att de i värmeväxlaren lodrätt arrangerade rören (13) åtminstone till sin nedre del är tillverkade av en jämbaslegering innehållande 10-40 vikt-% krom, 2-10 vikt-% aluminium, samt resten huvudsakligen järn.

10. Rörvärmeväxlare enligt krav 9, kännetecknad därav, att järnbas- legeringen är ett ferritiskt rostfritt stål, som är tillverkat på pulvermetallurgisk väg. 510 240 9

11. Rörvärrneväxlare enligt något av kraven 1-8, kännetecknad därav, att åtminstone den nedre delen av rören invändigt är beklädda med ett material, som är utfört av en jämbaslegering med 10-40 vikt-% krom, 2-10 vikt-% aluminium, högst 5 vikt-% vardera av kobolt, nickel, kisel, mangan, zirkonium och titan, dock sammanlagt högst 10 vikt-% rnindre än totalt 2 vikt-% av tillsatser av kväve, kol och/eller yttrium, hafnium och metalleri gruppen sällsynta jordansmetaller, samt därutöver 0,02-0,1 vikt-% syre bundet i form av oxider eller andra refralaära föroreningar, resten järn, varvid oxiderna föreligger som i materialet jämnt fördelade dispergerade partiklar med en medeldiarneter av 100-300 nm och komen i den metalliska fasen är väsentligen likaxliga.