DE2008311B2

DE2008311B2 - Waermetauscher

Info

Publication number: DE2008311B2
Application number: DE19702008311
Authority: DE
Inventors: Joachim 4620 Castrop-Rauxel; Munster Josef 4000 Düsseldorf-Oberkassel; Scharfen Josef Dipl.-Ing. 4040 Neuß; Wellensieck Gerd Dipl.-Ing. 4035 Hösel Kümmel
Original assignee: Arbeitsgemeinschaft Lentjes-Rekuperator, 4000 Düsseldorf-Oberkassel
Priority date: 1970-02-23
Filing date: 1970-02-23
Publication date: 1973-08-09
Also published as: US3802497A; BE763273A; GB1292777A; DE2008311C3; DE2008311A1; DE2025584A1; NL7101984A; FR2080704B1; FR2080704A1

Description

I/

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lässigen Kaminerbelastung, die optimale Verhältnisse Flansch 5 des Spaltgasrohres 25 verbunden ist, und in der Vcrteilerkammer und den üblicherweise ver- aus einer sich an den Eintrittsflansch 6 anschließenwendeten Gasrohren gewährleisten. den Kugelkalotte 7 welche die Rohre 4 mit dem Ein-

Ferner tragt zur Verringerung der Verschmut- trittsflansch 6 verbindet.

zungsneigung bei, daß die Gasrohre im oberen zu 5 Die Rohre 4 münden in oder erweitern sich zu koeiner Gassammeikammer hin führenden Teil als nischen Gasverteilerkammem 8. Die Gasverteiler-Doppelrohre ausgebildet sind, deren Außenrohrc mit kammern8 enden nach Fig.2 jeweils in einer zylinihren oberen Enden in einen den Kühlniittelraum drischen Ausdrehuna9 eines Behälters 10 und sind nach oben hin abschließenden Boden und mit ihren mittels eines Dichtringes 11 und eines Faltenbalges, unteren Enden an den Innenrohren dicht gegenüber 10 der zugleich die Aufgabe hat, Wärmedehnungen und dem Kühlmittelraum befestigt sind und deren Innen- gegebenenfalls auch Herstellungstoleranzen auszurohre über den oberen Boden in die Gassammelkam- gleichen, mit dem Behälter 10 dicht verbunden. Der mer einmünden. Damit wird die Wärmeleitfähigkeit Faltenbalg ist dabei mit einer Leitung versehen, die im oberen Teil der Gasrohre derart verringert, daß das am Dichtring 11 vorbei in den Faltenbalg drindie Temperatur an der Innenseite oberhalb des hoch- 15 gende Leck-Gas abführt.

sten auftretenden Taupunktes des Spaltgases liegt, Der Behälter 10 besteht im wesentlichen aus einem

während die Temperatur an der Außenseite wesent- rohrförmigen Druckmantel 13, zwei Böden 14 und

]ich unter dem Taupunkt liegt. 41 _Und fünf bis zwölf als Gasrohre 16 bezeichneten

Als Kühlmedium kann neben Wasser auch flüssi- Kühlrohren, die, wie in F i g. 3 gezeigt, gleichmäßig

ges Blei oder flüssiges Natrium Verwendung finden, so verteilt zueinander und zur Längsachse des Behälters

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der 10 parallel und kreisförmig angeordnet sind. Die

Erfindung dargestellt. Es zeigt Gasrohre 16 sind in die Böden 14 und 41 einge-

F i g. 1 die Gesamtansicht einer erfindungsgemä- schweißt, so daß das aus der zugehörigen Verteil-

ßen Vorrichtung, kammer 8 strömende Spaltgas durch Durchgangslö-

F i g. 2 eine Teilansicht der Vorrichtung nach 25 eher 17 des Bodens 14, die die Gasrohre 16 mit der

Fig. 1 im Längsschnitt, Verteilkammer8 verbinden, in die Gasrohre 16 zum

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in in Strömungsrichtung hinteren Ende des Behälters 10

F ig. 2, strömt.

F i g. 4 in schematischer Darstellung einen Teil der Das gleichförmige Einströmen des Spaltgases in

Gesamtherstellungsanlage für Spaltgas. 30 die Gasrohre 16 wird dabei durch einen Verdrän-

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Kühlvorrich- gungskörper 18 erleichtert. Der Verdrängungskörper tung gezeigt, die aus vier parallel zueinander geschal- 18 ist dazu in der Verteilkammer 8 und in Ströteten Wärmetauschern 1 besteht. Die Wärmetau- mungsrichtung des Spaltgases vor dem Boden 14 anscher 1 sind gleichzeitig räumlich parallel zueinander geordnet und hat eine das Spaltgas zu den Durchangeordnet und zur Montage jeweils an zwei über- 35 gangslöchern 17 lenkende Form, die im vorliegenden einanderliegenden Stellen über Laschen 2 und Bolzen Fall die eines mit seiner Spitze in die Verteilkammiteinander verbunden. Im Betriebszustand hängen mer 8 ragenden Kegels mit kreisförmiger Grunddie Wärmetauscher an geeigneten Laschen, Seilen fläche ist. Der Verdrängungskörper 18 verstärkt oder Vorrichtungen, und sind die jeweils unteren außerdem den Boden 14 und gibt der wärmeabge-Bolzen gelöst, so daß die Wärmetauscher 1 bei aus- 40 berden Fläche des Bodens 14 vorteilhafterweise ein reichender Bewegungsfreiheit in den oberen La- Verhältnis von mindestens 2 : 1 zu der wärmeaufnehschen 2 und Bolzen pendelnd gelagert sind. Dadurch menden Fläche.

werden Verschiebungen und maßliche Veränderun- Im Ausführungsbeispiel werden bei einem Konus

gen der Wärmetauscher 1, die infolge Wärmedeh- der Verteilkammer 8 von 60 bis 100° und bei einem

nung auftreten, sehr einfach ausgeglichen. 45 eine Kammerbelastung in der Verteilkammer 8 von

Zur Verbindung mit den Laschen oder Seilen sind 90 bis 125 kg pro Sekunde und Kubikmeter verursadie Wärmetauscher 1 im oberen und insbesondere im chenden Verdrängungskörper 18 besonders günstige unteren Bereich mit Zugankern 23 versehen. Die An- Strömungsverhältnisse erreicht.
Ordnung der Zuganker 23 im unteren Bereich hat da- Das durch die Gasrohre 16 strömende Spaltgas bei den Vorteil, daß die Wärmetauscher sich bei Er- 50 verliert durch Berührung mit der gekühlten Rohrwärmung nach oben hin ausdehnen und dadurch ein wandung der Gasrohre 16 innerhalb von 15 bis 20 Verbiegen der zu den Wärmetauschern 1 führenden Millisekunden so viel Wärme, daß eine Temperatur Transferleitungen, die gegenüber den von den War- von 500 bis 550° C erreicht wird und der chemische metauschern 1 abführenden Transferleitungen einer Zustand des Spaltgases eingefroren, d. h. eine Rückwesentlich höheren Wärmebelastung unterliegen, 55 bildung des Spaltgases verhindert ist.
verhindert wird. Die Kühlung der Gasrohre 16 geschieht nach

Die vier Wärmetauscher 1 bilden zusammen eine F i g. 2 in der Weise, daß Kühlmedium, in diesem

sogenannte Kühlersektion. Nach Fig.4 ist an einem Fall Wasser, durch ein zentrales Fallrohr 19 zwi-

Spaltgas erzeugenden Pyrolyseofen 24 jeder Spaltgab sehen die Böden 14 und 41, die mit dem Druckman-

abführenden, sogenannten Spaltgasleitung 25 eine 60 tel 13 des Behälters 10 einen abgeschlossenen Raum

Kühlersektion zugeordnet. Dabei wird das frische bilden, geleitet wird. An dem dem Boden 14 zuge-

Spaltgas innerhalb einer Kühlersektion den Wärme- wandten Ende ist das Fallrohr 19 mit einem Zwi-

tauschern 1 mit einer Temperatur von 830 bis 850° C schenboden 20 verbunden, der Durchgangslöcher 30

und einem Druck von 1,6 bis 1,8 ata über eine Ver- für die Gasrohre 16 und Führungsrohre 31 aufweist,

teilereinrichtung 3 und Rohre 4 aus dem zugehörigen 65 die das aus den Durchgangslöchern 30 austretende

Spaltgasrohr 25 zugeführt. Wasser an den Gasrohren 16 entlanglenken.

Die Verteilereinrichtung 3 besteht aus einem Ein- Das Wasser strömt im Naturumlauf von unten

trittsflansch 6, der mit einem entsprechenden nach oben durch den Behälter und erwärmt sich an

dem Boden 14 und an den Gasrohren 16, so daß es einen entsprechenden Auftrieb erfährt. Da das Wasser im Siedezustand eingeleitet wird, führt die Erwärmung zur Dampfbildung. Durch die Dampfbildung, den damit verbundenen Wechsel des Aggregatzustandes und die hohe Wärmestromdichte werden von dem verwendeten Kühlmedium örtlich, d.h. an den Gasrohren 16 und dem Boden 14 sehr große Wärmemengen aufgenommen. Außerdem wird die Strömung an den Gasrohren 16 wesentlich verstärkt.

An dem Boden 14 ergeben sich besonders günstige Kühlbedingungen, wenn bei ausreichend großer Verteilkammer 8 das Verhältnis der wärmeabgebenden Fläche zur wärmeaufnehmenden Fläche größer als 2 ist.

Vorteilhafterweise wirken die Führungsrohre 31 zusammen mit dem Zwischenboden 20 zugleich ais Schmutztaschen, in denen sich Zunder und dergleichen Verunreinigungen sammeln können. Dadurch wird verhindert, daß sich diese Verunreinigungen auf ao dem zu kühlenden Boden 14 wärmeisolierend ablagern und den Wärmeübergang zum Kühlmedium verschlechtern.

Das im Behälter 10 aufsteigende Wasser-Dampf-Gemisch wird durch Überströmrohre 32, die in Strömungsrichtung des Spaltgases unmittelbar vor dem Boden 41 an entsprechende öffnungen in dem Druckmantel 13 angeschlossen sind, einer bekannten Ausdampf trommel 51 zugeführt. Aus der Ausdampftrommel 51 wird über das Fallrohr 19 siedendes Wasser in den Behälter zurückgeleitet.

Zur Wartung bzw. Reinigung des Behälters 10 ist zwischen dem Boden 14 und dem Zwischenboden 20 an dem Druckmantel 13 ein Entschlämm- und Entwässerungsabfluß 33 angebracht, der aus einem Rohr und einem nicht dargestellten Absperrschieber oder Absperrhahn besteht.

Das aus dem Wärmetauscher 1 mit 360 bis 450° C austretende, gekühlte Spaltgas strömt in eine an den Druckmantel 13 angeflanschte und sich in Strömungsrichtung des Spaltgases verjüngende Gassammelkammer 34, die sich in einer Rohrleitung 35 fortsetzt. Die Rohrleitung 35 mündet mit den Rohrleitungen 35 der drei anderen Wärmetauscher 1 in eine Sammeleinrichtung 36, die analog zu der Verteilereinrichtung 3 aufgebaut ist und den zuvor von der Verteilereinrichtung 3 aufgeteilten Spaltgasstrom wieder bündelt, um ihn einer weiteren Kühler-Sektion oder einer Verarbeitungseinrichtung zuzuführen. Im oberen Teil und über zwei Drittel ihrer Länge sind die Gasrohre 16 als Doppelrohre ausgebildet. An der Stelle, an der die Gasrohre 16 in Doppelrohre übergehen, sind ihre Innenrohre 42 und ihre Außenrohre 43 beispielsweise mit einem Übergangsteii 44 dicht verschweißt. Das Innenrohr kann auch in das Außenrohr eingeschoben und mit dem Außenrohr verwalzt sein. Am oberen Ende sind die Gasrohre 16 lediglich an dem Außenrohr 43 mit dem oberen Boden 41 dicht verbunden. Die Innenrohre 42 der Gasrohre sind wahlweise über den oberen Boden 41 hinausgeführt und mit einem nicht dargestellten Flansch oder Boden der Gassammeikammer 34 dicht verbunden. Dabei kann Umgebungsluft in den Hohlraum zwischen dem Innenrohr 42 und dem Außenrohr 43 dringen. Andererseits kann der Hohlraum zwischen Innen- und Außenrohr auch mit einer Dichtungsmasse gegenüber den Spaltgasen verschlossen sein. Die doppelwandige Ausbildung der Gasrohre 16 hat die vorteilhafte Folge, daß durch Verringerung des Wärmedurchgangs die Temperatur an der Innenwand der Rauchrohre, insbesondere in deren oberem Bereich immer oberhalb des höchsten Taupunktes des Spaltgases liegt, obgleich die Temperatur an der Außenwand des Außenrohres 43 wesentlich unterhalb der zu dem höchsten Taupunkt gehörenden Temperatur liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

2 008 1 2 oder Rückbildung nicht mehr möglich ist, d.h. der erzeugte chemische Zustand eingefroren ist, Patentansprüche: jetkl. Pyrolyseofen btsimeine Reihe von Spalt gasleitungen, in denen das erzeugte Spaltgas abge-

1. Wärmetauscher zum Kühlen frischer Spalt- 5 führt wird.

gase, bestehend aus einem senkrecht angeordne- Zur Kühlung des Spaltgases wird nach Möglichten zylindrischen Mantel mit einer unten vorgese- keit die anfallende Spaltgasmenge mehrerer Spaltgashenen, zum Mantel hin sich konisch erweiternden leitungen gesammelt und einem gemeinsamen Spalt-VerteÖerkammer, in die eine von einem Gaser- gaskühler zugeleitet. Ansonsten ist jede Spaltgasleizeuger kommende Spaltgasleitung einmündet, mit io tung mit einem gesonderten Spaltgaskühler versehen, innerhalb des Mantels angeordneten, axial ver- Da die Länge der Gasrohre und deren Durchmesser laufenden, im Boden der Verteilerkammer befe- in einem Spaltgaskühler begrenzt sind, hängt ihre stigten Gasrohren, die ein zentrales, ein Kühlmit- Anzahl in einem Spaltgaskühler in der Regel von der tel zuführendes Fallrohr umgeben und einen von anfallenden Spaltgasmenge ab. Die Vielzahl der dann der Verteilerkammer ausgehenden Gasrohrring ₁ in mehreren Reihen angeordneten Gasrohre führt in bilden, zu dem hin sich ein in der Verteilerkam- Verbindung mit den hohen Strömungsgeschwindigmer angeordneter, die Spaltgase unmittelbar zu keiten in Konvektions-Spaltgaskühlern zu Rücklaufden Gasrohren hin umlenkender Verdrängungs- wirbeln vor den Gasrohren. Es kommt gasseitig zu körper konisch erweitert, dadurch gekenn- ungleichmäßigen Beaufschlagungen der Rohre, die zeichnet, daß die Verteilerkammerbelastung _2o die Ursache dafür sind, daß der Kühler ungleichmäbei einem Spaltgasdurchsatz von mindestens ßig und stark verschmutzt. Deshalb besitzen die be-3000 kg pro Stunde durch jedes vom Gaserzeuger kannten Kühler eine relativ geringe Reisezeit.
(24) kommende Rohr (25) mittels Parallelschal- In einem der bekannten Spaltgaskühler werden tung mehrerer Wärmetauscher (1) bei 1,6 bis Rücklaufwirbel vor den Gasrohren dadurch wesent-1,8 ata Gasdruck mindestens 90 kg/sec · m³ und lieh vermindert, daß die Spaltgase lediglich einer einhöchstens 125 kg/sec · m³ beträgt und jeder War- zigen Reihe ringförmig um ein zentrales Fallrohr anmetauscher (1) nur einen Gasrohrring aufweist. geordneter Gasrohre zugeführt werden und von

2. Wärmetauscher nar.h Anspruch 1, dadurch einem den Gasrohren vorgeordneten Verdrängungsgekennzeichnet, daß die Gasrohre (16) im oberen körper gelenkt werden. Mit der einzigen Reihe Gaszu einer Gassammeikammer (34) hin führenden rohre erhöht sich bei gleichbleibender anfallender Teil als Doppelrohre ausgebildet sind, deren Spaltgasmenge aber die Strömungsgeschwindigkeit Außenrohre (43) mit ihren oberen Enden in der Spaltgase.

einen den Kühlmittelraum nach oben hin ab- Einerseits ist die Wirbelbildung so stark geschwinschließenden Boden (41) und mit ihren unteren diekeitsabhängig, daß die Beschränkung der Spalt-Enden an den Innenrohren (42) dicht gegenüber gaszuführung auf eine einzige Reihe Gasrohre und dem Kühlmittelraum befestigt sind und deren In- die Verwendung des Verdrängungskörpers kaum nenrohre (42) über den oberen Boden (41) in die einen merklichen Vorteil bringen kann, wenn sie mit Gassammeikammer (34) einmünden. einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit ver-

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch bunden ist. Andererseits muß der infolge der erhöhgekennzeichnet, daß die Gasrohre (16) im oberen ten Strömungsgeschwindigkeit geringeren Abkühlung Teil über höchstens zwei Drittel ihrer Länge als der Spaltgase in den Gasrohren in dem bekannten Doppelrohre ausgebildet sind. Kühler durch eine zweite Reihe ringförmig um das

Fallrohr angeordneter Gasrohre Rechnung getragen werden. Die Spaltgase bewegen sich im Gegenstrom

₄₅ durch die zweiten Gasrohre und müssen aus den ersten Gasrohren um 180° umgelenkt werden. Das hai an der Umlenkungsstelle so starke Ablagerungen von Petrolkoks zur Folge, daß sich der bekannte Spalt-

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum gaskühler allein schon aus diesem Grund nicht Kühlen frischer Spaltgase, bestehend aus einem senk- durchsetzen konnte.

recht angeordneten zylindrischen Mantel mit einer Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, die

unten vorgesehenen, zum Mantel hin sich konisch er- Verschmutzungsneigung infolge von Petrolkoksbilweiternden Verteilerkammer, in die eine von einem dung und Rußabscheidung an Spaltgaskühlern zu Gaserzeuger kommende Spaltgasleitung einmündet, verringern.

mit innerhalb des Mantels angeordneten, axial ver- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelaufenden, im Boden der Verteilerkammer befestig- löst, daß die Verteilerkammerbelastung bei einem ten Gasrohren, die ein zentrales, ein Kühlmittel zu- Spaltgasdurchsatz von mindestens 3000 kg pre führendes Fallrohr umgeben und einen von der Ver- Stunde durch jedes vom Gaserzeuger kommende feuerkammer ausgehenden Gasrohrring bilden, zu Rohr mittels Parallelschaltung mehrerer Wärmetau· dem hin sich ein in der Verteilerkammer angeordne- _6o scher bei 1,6 bis 1,8 ata Gasdruck mindestens 90 kg/ ter, die Spaltgase unmittelbar zu den Gasrohren hin see · m³ und höchstens 125 kg/sec · m³ beträgt und jeumlenkender Verdrängungskörper konisch erweitert. der Wärmetauscher nur eine einzige Reihe ringför-Spaltgase oder sogenannte Crack-Gase werden mig angeordneter Gasrohre aufweist. Erfindungsgeüblicherweise bei hohen Temperaturen und unter maß besitzt eine von einem Spaltgaserzeuger kornentsprechendem Druck in sogenannten Röhren- oder 65 mende Spaltgasleitung demnach nicht nur einen, son-Pyrolyseofen erzeugt. Danach müssen die Gase in dem mehrere parallelgeschaltete Spaltgaskühler. Die einer extrem kurzen Zeit auf eine Temperatur abge- Anzahl der parallelgeschalteten Spaltgaskühler ergib; kühlt werden, bei der eine chemische Aufbaureaktion sich aus der anfallenden Spaltgasmenge und der zu-