DE3534822A1

DE3534822A1 - Glasrohrwaermetauscher

Info

Publication number: DE3534822A1
Application number: DE19853534822
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Wallstein
Original assignee: Langbein and Engelbracht GmbH and Co KG
Current assignee: LANGBEIN & ENGELBRACHT GMBH, 44879 BOCHUM, DE
Priority date: 1985-09-30
Filing date: 1985-09-30
Publication date: 1987-04-16
Also published as: DE3534822C2

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Glasrohrwärmetauscher zur Kühlung von heißen Rauchgasen mit aggressiven Bestandteilen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Umfang der DE-PS 31 42 485 ist ein Glasrohrwärmetauscher bekannt geworden, bei dem auch über eine längere Betriebszeit hinweg Korrosionsschäden an den Seitenbereichen des Reingaskanals dadurch vermieden werden, daß die Seitenbereiche doppelwandig und zur Führung des heißen Rauchgases ausgebildet sind. Auf diese Weise kann das Temperaturniveau an den Begrenzungswänden des Reingaskanals so hoch gehalten werden, daß es an keiner Stelle zu Taupunktunterschreitungen kommt. Korrosionsschäden werden wirksam verhindert.

Bei dem Glasrohrwärmetauscher der DE-PS 33 33 057, bei welchem vom heißen Rauchgas durchströmte Glasrohre innerhalb von mit der Atmosphäre verbundenen doppelwandigen Seitenbereichen angeordnet sind, besteht permanent die Gefahr, daß bei einem Glasrohrbruch das dann in die Seitenbereiche austretende Rauchgas auch in die Umgebung gelangt. Diese Gefahr wird noch dadurch erhöht, daß die Luftumwälzung innerhalb der Seitenbereiche mit Hilfe eines Ventilators durchgeführt wird. Das einen hohen Schadstoffgehalt aufweisende Rauchgas wird sich mithin an irgendeiner Stelle außerhalb des Glasrohrwärmetauschers abkühlen und zwar vorwiegend an Trägern, Außenwänden und Dächern, so daß es dort zu Taupunktunterschreitungen und folglich zu Korrosionen kommen kann.

Aus der GB-AS 20 17 288 ist ein gas- oder flüssigkeitsbeaufschlagter Brenner mit Wärmetauscherrohren bekannt, die doppelwandig ausgebildet sind. Hierdurch werden Isolationsspalte geschaffen, die verhindern sollen, daß die Temperatur des Verbrennungsgases unter den Taupunkt fällt. Diese Maßnahmen sind materialmäßig und herstellungstechnisch aufwendig. Ihre Anwendung bei einem Glasrohrwärmetauscher ist nicht angebracht.

Obwohl sich die eingangs geschilderte Bauart eines Glasrohrwärmetauschers in der Praxis grundsätzlich bewährt hat, hat es sich gezeigt, daß es insbesondere beim Anlaufen eines Wärmetauschprozesses zwischen einem Rauchgas mit aggressiven Bestandteilen und einem Reingas oder auch bei Beendigung eines solchen Prozesses, z. B. bei einer Müllverbrennungsanlage, evtl. doch zu Korrosionsschäden kommen kann. Hiervon sind in erster Linie die Seitenbereiche des Reingaskanals betroffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Glasrohrwärmetauscher so weiter auszugestalten, daß auch am Anfang sowie gegebenenfalls am Ende eines Wärmetauschprozesses zwischen einem Rauchgas und einem Reingas keine Schäden an den korrosionsgefährdeten Stellen auftreten können, die evtl. sogar Stillstände zur Folge haben.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Danach bildet es Kern der Erfindung, die besonders korrosionsgefährdeten Seitenwandbereiche zumindest in der Nähe des Eintritts des relativ kühlen Reingases mit einem durch eine Wärmequelle aufgeheizten flüssigen Wärmeträger so zu temperieren, daß es nicht zu Taupunktunterschreitungen und damit zu Korrosionen kommen kann. Der flüssige Wärmeträger kann im Prinzip aus allen geeigneten strömungsfähigen Medien bestehen. Bevorzugt gelangt jedoch Öl zum Einsatz, weil im Hinblick auf die Eintrittstemperaturen des Rauchgases Öl bezüglich der Siedetemperatur das geeignete Wärmeträgermedium ist. Ein flüssiger Wärmeträger hat darüberhinaus den Vorteil, daß bei einem durch gleich welche Ursachen auch immer hervorgerufenen Schaden an den Seitenbereichen des Reingaskanals der Wärmeträger dann aus den Wärmeträger-Kreislauf tritt und dem Betreiber des Glasrohrwärmetauschers sofort den Schaden anzeigt, ohne daß es zu nicht erkannten Spätfolgen kommen kann. Die Wärmequelle kann im Glasrohrwärmetauscher liegen oder extern angeordnet sein. Für jeden Seitenwandbereich kann ein gesonderter Wärmeträgerkreislauf vorgesehen sein. Vorteilhafter dürfte aber ein gemeinsamer Kreislauf für beide Seitenwandbereiche sein.

Der Wärmeträger kann in dem Wärmeträger-Kreislauf ausschließlich aufgrund von Konvektion strömen. Eine demgegenüber wirkungsvollere Lösung wird erfindungsgemäß unter Verwendung der Merkmale des Anspruchs 2 gesehen.

Die Wärmequelle für den Wärmeträger kann verschiedenartig ausgebildet sein. Eine vorteilhafte Ausführungsform kennzeichnet sich in den Merkmalen des Anspruchs 3. Die den Wärmeträger also direkt temperierende Heizvorrichtung kann beispielsweise mit Dampf, Wasser, Öl, Gas oder elektrischer Energie betrieben werden.

Die Ausführungsform gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 sieht gewissermaßen zwei ineinander geschachtelte Kreisläufe vor, und zwar einmal den Wärmeträger-Kreislauf und einmal den Heizkreislauf. Hierbei sind in den Seitenbereichen des Reingaskanals von dem Heizmedium durchströmte Heizrohre angeordnet, welche den Wärmeträger in den Seitenbereichen so temperieren, daß es nicht zu Taupunktunterschreitungen und damit zu Korrosionen an den den Reingaskanal begrenzenden Wänden kommen kann. Die Konfiguration der Heizrohre in den Seitenbereichen kann beliebig gestaltet sein. Es sind z. B. schleifenförmige oder gitterartige Strukturen besonders zweckmäßig. Als Heizmedium kann z. B. Wasser, Öl oder Dampf verwendet werden. Die Heizquelle ist bevorzugt ebenfalls extern vorgesehen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht in den Merkmalen des Anspruchs 5. Diese Ausführungsform wird zweckmäßig mit einer externen Heizvorrichtung kombiniert. Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß mit Hilfe der externen Heizvorrichtung der Wärmeträger nur am Anfang und am Ende eines Wärmetauschprozesses auf die notwendige Temperatur gebracht wird. Ansonsten hält das heiße Rauchgas die schützende Temperatur aufrecht.

Wenn im vorstehenden von in den Seitenbereichen angeordneten Rohren die Rede ist, so kann es sich hierbei um mehrere Rohre oder auch um Einzelrohre handeln, welche dann einen entsprechenden Querschnitt aufweisen. Auch Plattenwärmetauscher können in die Seitenbereiche eingegliedert werden.

Die Aktivierung jeder Heizvorrichtung zur Erwärmung des Wärmeträgers kann mit Hilfe der Merkmale des Anspruchs 6 erfolgen. Wird z. B. über einen Temperaturfühler festgestellt, daß der Wärmeträger ein zu niedriges Temperaturniveau hat, veranlaßt der Temperaturregler den Start der Heizvorrichtung und damit die Wiedererwärmung des Wärmeträgers. Hat der Wärmeträger die erforderliche Temperatur erreicht, wird die Heizvorrichtung automatisch durch den Temperaturregler abgeschaltet. Der Temperaturfühler befindet sich zweckmäßig an einer Stelle der Seitenwandbereiche, die in der Nähe des Rauchgasaustritts liegt.

Schließlich besteht eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Grundgedankens noch darin, daß entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 7 auch mindestens der Rohrboden am Rauchgasaustritt doppelwandig gestaltet und an den Wärmeträger- Kreislauf angeschlossen ist. Dadurch kann auch derjenige Rohrboden noch zusätzlich geschützt werden, welcher jeweils am Rauchgasaustritt liegt, weil dort das Rauchgas bereits abgekühlt ist und es evtl. zu Taupunktunterschreitungen kommen könnte.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Glasrohrwärmetauscher im vertikalen Querschnitt entlang der Linie I-I der Fig. 2 in zwei verschiedenen Ausführungsformen;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Glasrohrwärmetauscher der Fig. 1;

Fig. 3 in der Draufsicht eine weitere Ausführungsform eines Glasrohrwärmetauschers und

Fig. 4 einen vertikalen Querschnitt durch den Glasrohrwärmetauscher der Fig. 3 entlang der Linie IV-IV.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein Glasrohrwärmetauscher zur Kühlung von heißen Rauchgasen mit aggressiven Bestandteilen bezeichnet. Das Rauchgas tritt hierbei gemäß den Pfeilen 2 von oben in den Wärmetauscher 1 ein, strömt durch in Rohrböden 3, 4 befestigte Glasrohre 5 und tritt gemäß den Pfeilen 6 am unteren Ende des Wärmetauschers 1 wieder aus.

Zur Kühlung des heißen Rauchgases wird kaltes Reingas entsprechend den Pfeilen 7 in Fig. 2 quer zu den Glasrohren 5 durch einen Reingaskanal 8 des Wärmetauschers 1 geführt. Es erfolgt mithin ein indirekter Wärmeaustausch durch Wärmeübergang von dem Rauchgas auf das Reingas im Bereich der Glasrohre 5.

Die Rohrböden 3, 4 bestehen aus hochkorrosionsfesten Blechen. Sie können doppelwandig ausgeführt sein, wie es in Fig. 1 bezüglich des unteren Rohrbodens 4 dargestellt ist. Auch der obere Rohrboden 3 kann - wie die strichpunktierte Linienführung 9 andeutet - gegebenenfalls doppelwandig ausgebildet sein.

Die Seitenbereiche 10 des Wärmetauschers 1 sind ebenfalls doppelwandig ausgebildet. Die doppelwandige Gestaltung der Seitenbereiche 10 und des Rohrbodens 4 ist vorgesehen, um in diesen Bereichen 10, 4 einen flüssigen Wärmeträger strömen zu lassen, welcher die Begrenzungswände 11 des Reingaskanals 8 so temperieren soll, daß es nicht zu Taupunktunterschreitungen und damit zu Korrosionen an den Begrenzungswänden 11 kommen kann. Als Wärmeträger gelangt Öl zur Anwendung.

Wie die Ausführungsform auf der linken Seite der Mittellinie M-M in den Fig. 1 und 2 zeigt, sind die Seitenbereiche 10 und der untere Rohrboden 4 Bestandteile eines geschlossenen Ölkreislaufs 12. Das Öl wird im Kreislauf 12 mit Hilfe einer externen Pumpe 13 umgewälzt. Die Erwärmung des Öls erfolgt in einer ebenfalls extern angeordneten Heizvorrichtung 14, die über eine Steuerleitung 15 mit einem Temperaturregler 16 verbunden ist. Der Temperaturregler 16 ist seinerseits über eine Steuerleitung 17 mit einem Temperaturfühler 18 verbunden, der in der Nähe des unteren Rohrbodens 4, d. h. also in der Nähe der bereits abgekühlten Rauchgase liegt.

In der bezüglich der Mittellinie M-M rechten Bildhälfte der Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, in welcher die in den geschlossenen Öl-Kreislauf 12 integrierten Seitenbereiche 10 des Reingaskanals 8 von Rohren 19 durchsetzt sind, die parallel zu den Glasrohren 5 verlaufen und ebenfalls in den Rohrböden 3, 4 festgelegt sind. Diese Rohre 19, welche aus Metall, Kunststoff, Graphit oder Glas bestehen können, werden ebenfalls mit Rauchgas beaufschlagt. Bei dieser Ausführungsform ist es im Prinzip nur zu Beginn eines Wärmeaustauschprozesses, gegebenenfalls aber auch am Ende, erforderlich, das Öl im Kreislauf 12 mit Hilfe der externen Heizvorrichtung 14 zu temperieren. Während der überwiegenden Zeit des Wärmeaustauschprozesses übernimmt das die Rohre 19 durchströmende Rauchgas die Erwärmung des Öls.

Die beiden Seitenbereiche 10 des Reingaskanals 8 können - gegebenenfalls unter Einschluß zumindest eines Teils eines Rohrbodens, z. B. 4 oder beider Rohrböden 3, 4 - in voneinander getrennte Öl-Kreisläufe 12 eingegliedert sein. Selbstverständlich ist dann auch in jedem Kreislauf 12 eine Pumpe 13, eine Heizvorrichtung 14 sowie eine Temperatursteuerung 15 bis 18 vorhanden. Es kann aber auch für beide Seitenbereiche 10 und den doppelwandig gestalteten Rohrboden 4 ein gemeinsamer Öl-Kreislauf 12 eingerichtet sein.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Ausführungsform eines Glasrohrwärmetauschers 1′ dargestellt, bei welcher die Erwärmung des Öls im Kreislauf 20 durch einen besonderen Heizkreislauf 21 erfolgt. Der Heizkreislauf 21 besitzt eine externe Heizvorrichtung 22 sowie in den Seitenbereichen 23 des Reingaskanals 24 angeordnete horizontale und vertikale Heizrohre 25, 26, an denen der Wärmetausch zwischen dem Heizmedium und dem Öl im Kreislauf 20 stattfindet. Eine Pumpe 27 im Kreislauf 20 sorgt für den Umlauf des Öls.

Auch bei der Ausführungsform der Fig. 3 und 4 können für beide Seitenwandbereiche 23 getrennte Öl-Kreisläufe 20 und Heizkreisläufe 21 vorgesehen sein. Denkbar ist jedoch auch ein gemeinsamer Öl-Kreislauf bzw. Heizkreislauf für beide Seitenbereiche 23.

Die Heizvorrichtungen 22 sind wiederum über Steuerleitungen 28 an Temperaturregler 29 angeschlossen, welche ihrerseits über Steuerleitungen 30 mit Temperaturfühlern 31 an den Öl-Kreisläufen 20 im Bereich des unteren Rohrbodens 32 verbunden sind. Der Rohrboden 32 ist doppelwandig ausgebildet. Er bildet Bestandteil wenigstens eines Kreislaufs 20. Gegebenenfalls ist auch der Rohrboden 33 auf der Rauchgaseintrittsseite doppelwandig gestaltet und an mindestens einen Kreislauf 20 angeschlossen.

Die Fig. 3 zeigt einen Glasrohrwärmetauscher 1′ mit insgesamt zwei in Längsrichtung des Reingaskanals 24 hintereinander angeordneten Längenabschnitten A, B. Während der näher zur Reingaseintrittsseite liegende Abschnitt A des Reingaskanals 24 Seitenbereiche 23 aufweist, die von einem erwärmten Öl durchströmt werden, besitzt der näher zur Austrittsseite des Reingases liegende Kanalabschnitt B doppelwandige Seitenbereiche 34, die ausschließlich vom Rauchgas durchströmt werden. Während also im Bereich des eintretenden kalten Reingases ein flüssiger Wärmeträger zur Temperierung der den Reingaskanal 24 begrenzenden Wände 35 dient, wird im Bereich B des bereits erwärmten Reingases die Temperierung der den Reingaskanal 24 begrenzenden Wände 36 ausschließlich durch das heiße Rauchgas durchgeführt. Die Seitenbereiche 34 von B können kanalisiert sein.

Statt der vorgenannten Glasrohre können bei Bedarf auch Rohre aus Kohlenstoff zum Einsatz gelangen.

Ferner ist es unter Umständen denkbar, daß Reingas durch die Rohre geleitet wird, während Rauchgas die Rohre quer anströmt.

Bezugszeichenaufstellung 1 Glasrohrwärmetauscher
2 Pfeile für Rauchgas
3 oberer Rohrboden
4 unterer Rohrboden
5 Glasrohre
6 Pfeile für Rauchgas
7 Pfeile für Reingas
8 Reingaskanal
9 Linienführung
10 Seitenbereiche von 1
11 Begrenzungswände von 8
12 Wärmeträgerkreislauf
13 Pumpe
14 Heizvorrichtung
15 Steuerleitung
16 Temperaturregler
17 Steuerleitung
18 Temperaturfühler
19 Rohre in 10
20 Wärmeträgerkreislauf
21 Heizkreislauf
22 Heizvorrichtung
23 Seitenbereiche von A
24 Reingaskanal
25 Heizrohre
26 Heizrohre
27 Pumpe
28 Steuerleitungen
28 Temperaturregler
30 Steuerleitungen
31 Temperaturfühler
32 Rohrboden
33 Rohrboden
34 Seitenbereiche von B
35 Wände von 24 in A
36 Wände von 24 in B
M-M Mittellinie
1′ Glaswärmetauscher
A Längenabschnitt von 24
B Längenabschnitt von 24

Claims

1. Glasrohrwärmetauscher zur Kühlung von heißen Rauchgasen mit aggressiven Bestandteilen, bei welchem das Rauchgas durch die in Rohrböden aus hochkorrosionsfesten Blechen gelagerten Glasrohre und ein zu erwärmendes Reingas quer zu den Glasrohren strömt, wobei die ebenfalls aus hochkorrosionsfesten Blechen bestehenden Seitenbereiche des Reingaskanals doppelwandig und mindestens abschnittsweise zur Führung eines erwärmten Fluids ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die dem Reingaseintritt benachbarten doppelwandigen Seitenbereiche (10, 23) in einen geschlossenen Wärmeträger-Kreislauf (12, 20) mit einem flüssigen Wärmeträger integriert sind und der Wärmeträger-Kreislauf (12, 20) über wenigstens eine Wärmequelle (14, 19, 25, 26, 22) geführt ist.

2. Glasrohrwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wärmeträger-Kreislauf (12, 20) eine Pumpe (13, 27) integriert ist.

3. Glasrohrwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle durch eine extern des Reingaskanals (8) in den Wärmeträger-Kreislauf (12) eingegliederte Heizvorrichtung (14) gebildet ist.

4. Glasrohrwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle aus einem geschlossenen Heizkreislauf (21) mit die Seitenbereiche (23) zumindest teilweise durchsetzenden Heizrohren (25, 26) und einer externen Heizvorrichtung (22) im Heizkreislauf (21) besteht.

5. Glasrohrwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle durch die Seitenbereiche (10) parallel zu den Glasrohren (5) durchsetzende Rauchgasrohre (19) gebildet ist.

6. Glasrohrwärmetauscher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Heizvorrichtung (14, 22) über an den Seitenbereichen (10, 23) in der Nähe des Rauchgasaustritts angeordnete Temperaturfühler (18, 31) sowie Temperaturregler (16, 29) steuerbar ist.

7. Glasrohrwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Rohrboden (4) am Rauchgasaustritt doppelwandig gestaltet und an den Wärmeträger-Kreislauf (12, 20) angeschlossen ist.