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DE1050489B - - Google Patents

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Publication number
DE1050489B
DE1050489B DENDAT1050489D DE1050489DA DE1050489B DE 1050489 B DE1050489 B DE 1050489B DE NDAT1050489 D DENDAT1050489 D DE NDAT1050489D DE 1050489D A DE1050489D A DE 1050489DA DE 1050489 B DE1050489 B DE 1050489B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ribs
air heater
tubes
air
longitudinal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DENDAT1050489D
Other languages
German (de)
Publication date
Publication of DE1050489B publication Critical patent/DE1050489B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/08—Installation of heat-exchange apparatus or of means in boilers for heating air supplied for combustion
    • 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
    • F23M20/00—Details of combustion chambers, not otherwise provided for, e.g. means for storing heat from flames

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

DEUTSCHE SGERMAN S

Die Erfindung- betrifft einen Wärmeaustauscher für Feuerungen, insbesondere Lufterhitzer, der vornehmlich in hohen Temperaturbereichen zu verwenden ist.The invention relates to a heat exchanger for furnaces, in particular air heaters, which are primarily is to be used in high temperature ranges.

Bei den bisher üblichen Ausführungen von Lufterhitzern, bei denen die Luft durch die Abwärme von Gasen, insbesondere Rauchgasen erhitzt wird, wird die Luft durch normale Rippenrohre geführt, während die Rauchgase die berippten Rohre umspülen. Es ist ferner bekannt, das wärmeabgebende Mittel durch die Rohre und das wärmeaufnehmende um die Rohre herumzuführen, um so einen Wärmeaustauscher zu erhalten, der eine kleine Innen- und große Außenfläche aufweist.In the previously common designs of air heaters, in which the air is caused by the waste heat of Gases, especially flue gases, is heated, while the air is passed through normal finned tubes the flue gases wash around the finned pipes. It is also known that the exothermic agent by the Pipes and the heat-absorbing around the pipes, so as to create a heat exchanger obtained that has a small inside and a large outside area.

Die Erfindung hat zum Ziel, durch zweckentsprechende Gestaltung des Wärmeaustauschers eine raumsparende Bauweise zu schaffen, welche gegenüber den bisher bekannten Ausführungen sowohl hinsichtlich der Verschmutzung als auch des einfachen und doch betriebssicheren Aufbaues wesentliche Vorzüge aufweist.The invention has for its object by appropriate design of the heat exchanger a To create space-saving design, which compared to the previously known designs both in terms of the pollution as well as the simple and yet operationally reliable structure are significant advantages having.

Bei einem Röhrenwärmeaustauscher, bei dem das wärmeabgebende Mittel durch die Rohre strömt und das außerhalb der Rohre geleitete wärmeaufnehmende Mittel quer zu den Rohren zu- und abströmt, besteht die Erfindung darin, daß die Rohre auf der Außenseite an ihren Enden Querrippen und an dem übrigen Teil Längsrippen haben, die zugleich Leit- und Verteilerflächen für die parallel zueinander geführten Teilströme des wärmeaufnehmenden Mittels bilden.In the case of a tubular heat exchanger in which the heat emitting agent flows through the tubes and the heat-absorbing agent conducted outside the tubes flows in and out transversely to the tubes the invention is that the tubes on the outside at their ends transverse ribs and on the remaining part Have longitudinal ribs, which at the same time guide and distributor surfaces for the partial flows that are guided parallel to one another of the heat absorbing agent.

Da normalerweise der Wärmeaustauscher, wenn er beispielsweise als Lufterhitzer verwendet ist, in den Abgaskanal eines Dampfkessels oder einer anderen heiße Abgase abgebende Anlage eingebaut wird, muß die zu erwärmende Luft seitlich in denselben eingeführt werden. Hierbei ist es dann erforderlich, die eintretende, gegebenenfalls auch austretende Luft gleichmäßig auf den Querschnitt des Austauschers zu verteilen, und da man bisher diese Austauscherrohre mit Querverrippung verwendete, war man gezwungen, auch innerhalb des Austauschers selbst nach dem Kreuzstrom- bzw. Kreuz-Gegenstromprinzip zu arbeiten. Dieses bedingt aber seitlich am Austauscher angebrachte Umlenkräume.Since normally the heat exchanger, if it is used, for example, as an air heater, is in the Flue gas duct of a steam boiler or any other system emitting hot exhaust gases must be installed the air to be heated are introduced laterally into the same. In this case it is then necessary to use the air entering and possibly exiting air evenly towards the cross section of the exchanger distribute, and since these exchanger tubes with transverse ribs were used up to now, one was forced to also within the exchanger itself according to the cross-flow or cross-counter-flow principle work. However, this requires deflection spaces attached to the side of the exchanger.

Nach der Erfindung ist nun. infolge der Längsverrippung des mittleren Hauptteiles des Austauschers ein Arbeiten nach dem reinen Gleich- oder Gegenstromprinzip möglich, also eine Umlenkung innerhalb dieses Hauptteiles nicht mehr erforderlich, so daß nur die gleichmäßig verteilte Einführung bzw. Verteilung der Luft erforderlich ist. Diese wird dadurch erreicht, daß in den Endräumen Leitflächen eingebaut weiden bzw. die in diesen Räumen vorgesehene Querverrippung so ausgebildet wird, daß durch die Rippen selbst Leitkanäle entstehen, die eine gleichmäßige und unterAccording to the invention is now. due to the longitudinal ribbing of the central main part of the exchanger working according to the pure co-current or counter-current principle is possible, i.e. a diversion within this main part is no longer required, so that only the evenly distributed introduction or distribution the air is required. This is achieved in that guide surfaces are installed in the end spaces or the transverse ribbing provided in these spaces is designed so that the ribs themselves Guiding channels arise that have a uniform and under

Röhrenwärmeaustauscher für Feuerungen, insbesondere LufterhitzerTubular heat exchangers for furnaces, in particular air heaters

Anmelder:
L. & C. Steinmüller G. m. b. H.,
GummersbachApplicant:
L. & C. Steinmüller G. mb H.,
Gummersbach

Dipl.-Ing. Eduard Weißgerber und Friedrich Karl Ludwigs, Gummersbach, sind als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Eduard Weissgerber and Friedrich Karl Ludwigs, Gummersbach, have been named as inventors

Umständen sehr fein gegliederte Verteilung auf den Gesamtquerschnitt ermöglichen. Durch die Art und Weise der Ausbildung bzw. der Zuordnung von Quer- und Längsrippen zueinander innerhalb dieser Endbereiche des Austauschers lassen sich die verschiedensten Arten von Leitwänden ohne besondere Einbauteile herstellen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Längs- und Querrippen im Umlenkbereich aneinanderstoßen.Certain circumstances allow very finely structured distribution over the total cross-section. By the way and Way of the formation or the assignment of transverse and longitudinal ribs to one another within these end regions the exchanger can be the most different types of baffles without special Manufacture built-in parts. It is particularly advantageous if the longitudinal and transverse ribs in the deflection area butt against each other.

Da der Wärmeaustauscher insbesondere auch in hohen Temperaturbereichen verwendbar sein soll, ist es zweckmäßig, den Endraum des Austauschers auf der Austrittsseite des wärmeaufnehmenden Mittels so zu unterteilen, daß die Befestigungsstelle der Austauschrohre in der Kopfplatte möglichst weitgehend durch frisch eingeführte wärmeaufnehmende Mittel gekühlt und damit geschützt wird. Dieses kann einerseits dadurch erfolgen, daß man einen Teilstrom des wärmeaufnehmenden Mittels in diesen Bereich leitet und bei reinem Gegenstrombetrieb diesen Anteil in einem Randbereich des Austauscherbündels im Gleichstrom mit dem wärmeabgebenden Mittel bis in den entgegengesetzten Endteil des Austauschers führt und hier mit dem Hauptstrom wieder mischt. Die Mischung kann natürlich auch innerhalb des mittleren Hauptteiles des Austauschers oder noch früher erfolgen. Andererseits besteht natürlich die Möglichkeit, durch andere Schaltung von wärmeaufnehmendem und wärmeabgebendem Mittel den vollen Strom des frisch eintretenden wärmeaufnehmenden Mittels an die gefährdete Stelle des Wärmeaustauschers heranzuleiten. In jedem Falle ist es jedoch mit Hilfe der kombinierten \7errippung der Austauscherrohre möglich, die für die Leitung des wärmeaufnehmenden Mittels hotwendigen Lenkwände durch die Form und Anordnung der Rippen innerhalb des Austauschers so zu schaffen,Since the heat exchanger should be able to be used especially in high temperature ranges, it is advisable to subdivide the end space of the exchanger on the outlet side of the heat-absorbing agent so that the attachment point of the exchange tubes in the top plate is cooled as much as possible and thus protected by freshly introduced heat-absorbing agents . This can be done on the one hand by directing a partial flow of the heat-absorbing agent into this area and, with pure countercurrent operation, leading this portion in an edge area of the exchanger bundle in cocurrent with the heat-emitting agent to the opposite end of the exchanger and mixing it again with the main flow. The mixing can of course also take place within the central main part of the exchanger or even earlier. On the other hand, there is of course the possibility of routing the full flow of the freshly entering heat-absorbing agent to the endangered point of the heat exchanger by other switching of the heat-absorbing and heat-emitting means. In any case, however, it is with the help of the combined \ 7 of the exchanger errippung possible to provide the hotwendigen for managing the heat-absorbing agent steering walls by the shape and arrangement of the ribs inside the exchanger so,

Claims (3)

daß weder besonderer Raum für Umlenkkanäle benötigt werden, noch durch die Umlenkung Wärmeverluste eintreten. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, wobei der Wärmeaustauscher jeweils als Lufterhitzer gedächt ist. Abb. 1 zeigt einen Gegenstrom-Lufterhitzer mit Vorschaltteil im senkrechten Schnitt und Abb. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A der Abb. 1; Abb. 3 a und 3 b sowie 4 a und 4b zeigen Aus- . — uii^u i^j t iin.il lui JUUllVIH' \Ji, W . J . UL IAU^ll ILLO bereich, des Lufterhitzers und Abb. 5 a, 5 b und 5 c verschiedene Möglichkeiten für die Längsverrippung; Abb. 6 zeigt einen im Gleich-Gegen-Strom zu betreibenden Lufterhitzer schematisch, während Abb. 7 einen im reinen Gegenstrom betriebenen Lufterhitzer schematisch zeigt. Bei dem in Abb. 1 dargestellten Lufterhitzer sind die Rohre 1 an einer unteren und oberen Kopfplatte 2 und 3, z. B. durch Einwalzen oder Schweißen befestigt und so in den Heizgaskanal 4 eingebaut, daß das Heizgas im Gegenstrom zu der um die Rohre 1 geführten Luft durch diese strömt. Die Luft tritt bei 5 ein und verteilt sich, unterstützt durch die in diesem Endbereich des Lufterhitzers eingebauten Lenkwände 6, auf den Querschnitt des Lufterhitzers. Bei 7 tritt die erhitzte Luft aus. In diesem Endbereich können ebenfalls Lenkwände 6 vorgesehen sein. Zwischen den beiden Endbereichen des Lufterhitzers befindet sich der Hauptlufterhitzerteil 8, in dem die Rohre 1 mit Längsrippen 9 versehen sind. Im Eintrittsbereich der Heizgase in den Lufterhitzer, also der Kopfplatte 2, ist ein Kaltluftvorschaltteil 10 zum Schutz der Befestigungsstellen der Rohre 1 vorgesehen, in dem die Rohre 1 vorteilhaft mit Querrippen 11 ausgerüstet sind. Um eine Umlenkhaube od. dgl. zu vermeiden, sind die Längsrippen 9 der letzten oder vorletzten Rohrreihe des Hauptlufterhitzerteiles 8 so lang ge- ■ wählt und/oder angeordnet, daß sie sich gegenseitig berühren oder überdecken, so daß eine geschlossene, von den Rohren 1 und den Längsrippen 9 gebildete Lenkwand 12 entsteht, und die durch den Vorschaltteil 10 geleitete Kaltluft im Gleichstrom zu den Heizgasen zwischen den letzten Rohrreihen bis in den Bereich des Eintrittes des Hauptanteiles der Kaltluft geführt werden, wo sie sich mit diesen vermischen. Die Lenkwand 12 kann jedoch auch bereits früher enden bzw. völlig wegfallen, was sich aber je nach den . örtlichen Verhältnissen bei der Anwendung richtet. Im Bereich des Lufteintrittes 5 bzw. Luftaustrittes 7 können die Stahlrohre ohne Verrippung ausgeführt sein. Zweckmäßig ist es jedoch, hier eine Querverrippung vorzusehen, wobei durch die Gestalt der Querrippen 11 oder einzelner Rippenreihen bereits die Wirkung der Lenkwände 6 erzielt werden kann, so daß diese nicht besonders eingebaut zu werden brauchen. Ausführungsformen sind als Beispiele in den Abb. 3 und 4 gezeigt. Hierbei sind die Querrippen 11 gemäß Abb. 3 a zunächst als normale Rippenringe 13 auf das Rohr 1 aufgebracht, während die mit 14 bezeichneten Rippen eckig ausgeführt sind und die Leitwände 6 ergeben. Diese Größe der Rippen 14 ist entsprechend dem Rohrabstand so gewählt, daß sie aneinanderstoßen und so eine geschlossene Wand ergeben. Die Längsrippen 9 sind jeweils bis an die erste Querrippe 10 bzw. 14 herangeführt. Eine ähnliche Au^iuiiiung isi in Abb. 4 bzw. 4a gezeigr, wobei nur eckige Querrippen 14 verwendet sind, die in einer nach strömungslechnischen bzw. Verteilungsgesichtspunkten zu !^stimmenden Linie B-B enden, wobei unter Umständen eine leichte Abkantung des Rippenendes vorteilhaft ist. Da die Lenkwände 6 und 12 nicht unbedingt gasdicht sein müssen, ist ein Verschweißen oder eine andere besondere Dichtverbindung der die Innenwände bildenden Rippen untereinander nicht erforderlich. Die Längsrippen 9 können grundsätzlich beliebig auf dem Umfang des Rohres 1 angeordnet werden und sowohl völlig parallel zum Rohr 1 wie auch schraubenlinienförmig um das Rohr 1 verlaufen. Zweckmäßig ist es jedoch, die Rippenform so zu wählen, das gleichzeitig mehrere Längsrippen 9 durch eine Schweiße mit dem Rohr 1 verbunden werden können. Die kombinierte Anwendung der Längs- und Querverrippung gestattet den Lufterhitzer sowohl im Gleich- als auch im Gegenstrom zu betreiben, ohne besonderen Raum zu beanspruchen, da alle für die Lenkung der Mittel erforderlichen Trennwände innerhalb des Lufterhitzers durch die Rippenanordnung erreicht werden können. Patentansprüche:that neither special space is required for deflection channels, nor do heat losses occur due to the deflection. In the drawing, exemplary embodiments of the invention are shown schematically, the heat exchanger in each case being imagined as an air heater. Fig. 1 shows a countercurrent air heater with an upstream part in vertical section and Fig. 2 shows a section along the line A-A of Fig. 1; Fig. 3 a and 3 b and 4 a and 4b show Aus. - uii ^ u i ^ j t iin.il lui JUUllVIH '\ Ji, W. J. UL IAU ^ ll ILLO area, of the air heater and Fig. 5 a, 5 b and 5 c different possibilities for the longitudinal ribbing; Fig. 6 schematically shows an air heater to be operated in co-countercurrent, while Fig. 7 shows schematically an air heater operated in pure countercurrent. In the air heater shown in Fig. 1, the tubes 1 are on a lower and upper head plate 2 and 3, z. B. fastened by rolling or welding and so installed in the heating gas duct 4 that the heating gas flows in countercurrent to the air guided around the tubes 1 through them. The air enters at 5 and, supported by the guide walls 6 built into this end area of the air heater, is distributed over the cross section of the air heater. At 7 the heated air exits. In this end area, steering walls 6 can also be provided. The main air heater part 8, in which the tubes 1 are provided with longitudinal ribs 9, is located between the two end regions of the air heater. In the area in which the heating gases enter the air heater, that is to say the top plate 2, a cold air supply part 10 is provided to protect the fastening points of the pipes 1, in which the pipes 1 are advantageously equipped with transverse ribs 11. In order to avoid a deflection hood or the like, the longitudinal ribs 9 of the last or penultimate row of tubes of the main air heater part 8 are selected and / or arranged so long that they touch or overlap each other, so that a closed one of the tubes 1 and the longitudinal ribs 9 formed steering wall 12 is created, and the cold air passed through the front-end part 10 is guided in cocurrent to the heating gases between the last rows of tubes up to the area where the main portion of the cold air enters, where they mix with them. The steering wall 12 can, however, also end earlier or be omitted entirely, but depending on the. local conditions when applying. In the area of the air inlet 5 or air outlet 7, the steel pipes can be designed without ribs. However, it is expedient to provide transverse ribs here, the shape of the transverse ribs 11 or individual rows of ribs already making it possible to achieve the effect of the steering walls 6, so that they do not need to be specially built in. Embodiments are shown as examples in Figs. Here, the transverse ribs 11 according to Fig. 3a are initially applied as normal rib rings 13 on the tube 1, while the ribs designated 14 are angular and result in the guide walls 6. This size of the ribs 14 is selected according to the pipe spacing so that they abut one another and thus result in a closed wall. The longitudinal ribs 9 are each brought up to the first transverse rib 10 and 14, respectively. A similar layout is shown in Fig. 4 and 4a, only angular transverse ribs 14 being used, which end in a line B-B which corresponds to flow-technical and distribution points of view, whereby a slight bevel of the rib end may be advantageous. Since the guide walls 6 and 12 do not necessarily have to be gas-tight, welding or some other special sealing connection between the ribs forming the inner walls is not necessary. The longitudinal ribs 9 can in principle be arranged as desired on the circumference of the pipe 1 and run both completely parallel to the pipe 1 and also helically around the pipe 1. However, it is expedient to choose the shape of the ribs in such a way that several longitudinal ribs 9 can be connected to the tube 1 by welding at the same time. The combined use of the longitudinal and transverse ribs allows the air heater to be operated both in cocurrent and in countercurrent flow without taking up any special space, since all the partition walls within the air heater required for directing the means can be reached through the rib arrangement. Patent claims: 1. Röhrenwärmeaustauscher für Feuerungen, insbesondere Lufterhitzer für hohe Temperaturbereiche, bei dem das wärmeabgebende Mittel durch die Rohre strömt und das außerhalb der Rohre geleitete wärmeaufnehmende Mittel quer zu den Rohren zu- und abströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre auf der Außenseite an ihren Enden Querrippen und an dem übrigen Teil Längsrippen haben, die zugleich Leit- und Verteilerflächen für die parallel zueinander geführten Teilströme des wärmeaufnehmenden Mittels bilden. 1. Tubular heat exchangers for furnaces, especially air heaters for high temperature ranges, in which the heat-emitting agent flows through the tubes and the heat-absorbing agent directed outside the tubes flows in and out transversely to the tubes, characterized in that the tubes are on the outside at their ends Have transverse ribs and longitudinal ribs on the remaining part, which at the same time form guide and distribution surfaces for the partial flows of the heat-absorbing agent that are guided parallel to one another. 2. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkungsbereich nicht verrippt ist.2. Tubular heat exchanger according to claim 1, characterized in that the deflection area is not ribbed. 3. Röhrenwärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Längs- und Querrippen im Umlenkungsbereich aneinanderstoßen.3. Tubular heat exchanger according to claim 1, characterized in that longitudinal and transverse ribs butt against each other in the deflection area. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 817 484, 102 853;
französische Patentschrift Nr. 345 862.Considered publications:
German Patent Nos. 817 484, 102 853;
French patent specification No. 345 862. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings @ 809 74Ϊ/Ί83 2.55-@ 809 74Ϊ / Ί83 2.55-
DENDAT1050489D Pending DE1050489B (en)

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