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Wännetauscher für staubhaltige Oase Die Erfindung botrifft einen Wärmetauscher
für staubhaltige Gase, der scheibenförmige Wärmetauscherelemente aufweist. Diese
sind auf einem umlaufenden kettenförmigeti Band angeordnet, wobei die gegenläufigen
Transportebenen des Wärmetauschers vertikal und parallel zueinander verlaufen. Die
Flächen der Wärmetauscherscheiben werden paketweise aufeinanderliegend quer zur
T-ransportebene von den Gasen beaufschlagt.
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Solche Wärmetauscher finden z# B. als mit Abgas beheizte regenerative
Luftvorwärmer -in Dampfkesselanlagen Verwendung. Da die Abgase sehr staubhaltig
sind, hat sich besonders die vorstehend beschriebene Bauart bewährt, da sich die
wärmetechnisch günstig geren fein unterteilt= oder gar porösen Hohlkörper sehr schnell
mit $taub oder Ruß zusetzen würdeia und daher unzweckmäßig sind.
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. Eine bekannte, Konstruktion weist einen umlaufen-den
Wärmeübertragungskörper in Form eines Kettenrostes auf, wobei die einzelnen Platten
des Kettenrostes entweder an ihren Enden durch Schamierbolzen miteinander verbunden
sind oder von seitlichen Tragketten oder -bändern gehalten werden (österreichische
Patentschrift 116 544). Die Konstruktion der Wärmetauscherflächen bedingt
einen relativ niedrigen Wirkungsgrad. Nachteilig ist diese Eigenschaft insbesondere
bei höheren Hitzeleistungen, da einer Vergrößerung des Luftvorwäimers enge bauliche,
Grenzen ges etzt sind. Der Kettenrost selbst stellt eine Baueinheit dar, die bei
Beschädigung einzelner Teile oft unter schwierigen Verhältnissen vollständig aus-
bzw. eingebaut werden muß. Der von staubhaltigen. Gasen auf den Wärnietauscherelementen
abgelagerte Schmutz wird während des Umlaufs des Kette:arostes zum größten Teil
wieder abfallen. Da jedoch diese Ausführung nicht ausdrücklich für staubhaltige
Oase konstruiert wurde, ist eine besondere Maßnahme zur Entstaubung bzw. Staubabscheidurig
nicht vorgesehen.
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Eine weitere bekannte, Konstruktion weist eine kettenförmige, bandumlaufende,
durchbrochene Wärmetauscherscheibe auf. Zur Beseitigung des sich auf den Wärmetauscherelementen
ablagemden Staubes sind Abstreifbürsten vorgesehen und am Boden der Gasführungskanäle
Staubsammelbehälter (USA.-Patentschrift 1697 591). Für den Wirkungsgrad der
sehr einfach ausgebildeten und in relativ großem Ab-
stand zueinander angeordneten
Wärmetauscherelemente gelten im erhöhtem Maße die bereits zur vorhergehenden Konstruktion
gemachten Ausführungen. Da die Strömungsrichtung der Gase hier jeweils parallel
zur Transportebene liegt, ist die Staubablage-. rung besonders stark. Die Abstreifbürsten
hingegen können selbst verschmutzen oder verkleben und müssen ständig kontrolliert,
gereinigt und häufig erneuert werden. Da derartige Wartungsarbeiten erfahrungsgemäß
vondem Personal meist vernachlässigt werden, ist die Wirksamkeit der Entstaubung
überhaupt in Frage gestellt. Wirtschaftlich erscheint ein derart intensiver Wartungsdienst
auch kaum vertretbar.
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Aufgabe, der Erfindung ist es daher, einen Wärmetauscher mit einem
hohen wärmetechnischen Wirkungsgrad zu schaffen, dessen Wärmetauschereleinente sich
weitgehend selbsttätig reinigen, und gegebenenfalls schnell entfernt und ausgrwQehseIt
werden können. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die mit gewellten
Oberflächen ausgestatteten Wärmetauscherscheiben auf den beiden parallelen Transportebenen
des Trägerbandes jeweils geschlossene Pakete bilden, Der obere Abschnitt dieser
Pakete liegt dabei im Austrittskanal der heißen, staubhaltigen Gase, Beide Pakete
liegen in Strömungsrichtung hintereinander, Die Gehäuseteile, in denen die beiden
Abschnitte umlaufen, sind voneinander dichtend getrennt, wobei der untere Gehäusetell
in an sich bekannter Weise als Staubsammeltrichter ausgebildet ist. Ein leichtes
Auswechseln einzelner Wärmetauscherelemente wird dadurch ermöglicht, daß, wie, es
crfindungsgernäß weiter vorgesehen ist, jeweils mehrere Scheiben durch Verbindungsstege
zu Teilpaketen zusammengefaßt sind, die jeweils mit einem Tragglied verbunden auf
einer Gelenkachse des Trägerbandes bzw. der Kette, sitzt. Zweckmäßigerweise, weist
das Tragglied für die Scheibenpakete in Gelenkachsrich# tung gesehen einen T"förmigen
Querschnitt und das
Scheibenpaket selbst eine entsprechend geformte
Ausnehmung auf.
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Die gewellten Scheiben gewährleisten einen besonders guten Wärmeübergang.
Sie sind einfach herzustellen und leicht montierbar. Das Auswechseln einzelner Elemente
bereitet keine Schwierigkeiten. Ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang wird auch
dadurch erzielt, daß die jeweiligen Abschnitte beider Transportebenen nacheinander
von dem jeweiligen Gasstrom in den zugehörigen Gehäusen durchströmt werden. Die
Scheibenpakete wirken -in vorteilhafter Weise dabei wie die Filterlamellen eines
Staubfilters, so daß sich die Verunreinigungen auf den Scheiben absetzen und die
durchströmenden Gase gereinigt werden. Eine Selbstreinigung der Wärmetauscherelemente
wird dadurch bewirkt, daß der Staub insbesondere an den Umkehrpunkten des Trägerbandes
beim Umlaufen wieder abfällt und einem Staubsammelbe# hälter zugeführt wird. Ein
besonders vorteilhafter Effekt bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Wärmetauschers
entsteht in Zuordnung zu einem Verbrennungsaggregat dadurch, daß die durch die Scheibenpakete
geführte Frischluft den brennbaren Feinstaub, der sich auf den Scheiben abgesetzt
hat, von diesen herunterbläst und dem Verbrennungsraum zuführt. Auch der in dem
S2mmel ehälter niedergeschlagene, brennbare Staub kann dem Verbrennungsaggregat
erneut zugeführt werden.
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Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten regenerativen Luftvorwärmen
kann die Belastbarkeit weitgehend der Leistung des Dampfkessels angepaßt werden.
Die Investitionskosten steigen im Gegensatz zu
anderen bekannten Ausführunaen
nur etwa direkt proportional zu der Belastbarkeit. Die Baumasse des Luftvorwärmers
vergrößert sich bei Erhöhung der Leistung in derselben Richtung oder Ebene wie die
Abmessungen der zugehörigen Dampferzeugungsanlage. Eine Leistungssteigerung des
Wärmetauschers ist ohne Erhöhung des Strömungswiderstandes und ohne Herabsetzung
der Strömungsgeschwindigkeit möglich.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dar. Es zeigt F i g. 1 einen in eine Dampferzeugungsanlage eingebauten
Luftvorwärmer im Vertikalschnitt, F i g. 2 einen Luftvorwärmer im vergrößerten
Vertikalschnitt, F i g. 3 ein Teilpaket mit mehreren Scheiben im Schnitt,
F i g. 4 ein gehäuseseitiges Dichtelement im Schnitt, F i g. 5 einen
Teilschnitt durch den Luftvorwärmer in der Ebene V-V in F i g. 3.
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Der Luftvorwärmer 10 ist, wie in F i,g. 1 dargestellt
in eine Dampfkesselanlage 11 eingebaut. Er ist in ein isoliertes Blechgehäuse
12 eingebaut, das einen Gaseintrittskanal 13, einen Gasaustrittskanal 14,
einen Frischlufteinlaßkanal 15 und einen Frischluftauslaßkanal
16 aufweist. Innerhalb des Gehäuses 12 ist ein elastisches, umlaufendes,
kettenförmiges Trägerband 17 angeordnet, das in Form einer Schlinge 2 vertikale
und parallel zueinander verlaufende gegenläufige Transportebenen bildet. Das Band
17 läuft oben um ein durch einen Motor21 angetriebenes Kettenrad
19. Am unteren Ende wird das Band 17 durch ein lose mitlaufendes Kettenrad
22 geführt. Das Antriebsrad 19 und das Umlenkrad 22 befindet -sich
jeweils außerhalb des Strömungsbereiches. Das Band trägt die mit gewellten Oberflächen
ausgestatteten Wärmet> tauscherscheiben 18, die auf den beiden parallelen
Transportebenen des Bandes 17 jeweils geschlossene Pakete bilden. Das Trägerelement
17 besteht dabei aus einer Vielzahl von Metallketten, die schlingenförmig
in parallelen, voneinander getrennten Ebenen angebracht sind. Die Kette
17 ist aus Metallgelenken 55 aufgebaut, die durch Gelenkachsen
56 miteinander verbunden sind (F i g. j). Ein Tragglied
53 ist scharnierartig auf einer solchen Gelenkachse 56 befestigt.
Das Wärmetauscherelement18 besteht aus einer Reihe von im allgemeinen parallel im
Abstand zueinander angeordneten geweRten Scheiben, die miteinander verschweißt sind,
wobei die Verbindung durch kleine, zwischen den verschiedenen Scheiben eingesetzten
Metallstreifen bewirkt wird. Ein solches Teilpaket weist eine T-förmige Ausnehmung
57 auf, -die dem T-förmigen Querschnitt des Traggliedes 53 entspricht.
Das Teilpaket ist mit dem Tragglied verbunden.
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Die gelenkige Befestigung des Traggliedes an dem Kettenband
17 ist in F i g. 5 dargestellt. Die Kettenglieder 55 ruhen
auf jeder Seite des Kettenrades 19
und werden durch die Gelenkachse
56 miteinander verbunden, auf der jeweils eine Distanzhülse 62 sitzt.
Die Gelenkachse 56 lagert auf jeder Seite in einem verriegelbaren Lager
63 und 64. Diese Lager sind auf dem Tragglied 56 befestigt und ermöglichten
das Lösen des Gliedes von der Gelenkachse 56.
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Der aesamte Lufterhitzer erstreckt sich über, die ganze rückwärtige
Wand 27 des Dampfkessels. Innere halb der durch das Band 17 gebildeten
Schlinge befindet sich unterhalb der Achse des Kettenrades 19
und oberhalb
der Achse des Kettenrades 22 sowie an der Trennstelle der beiden Gasströme jeweils
eine die Innenwand des Bandes 17 berührende Dichtwand. Ähnliche Dichtungen
sind an den Gas- bzw. Luft-Ein-und-Auslässen des Luftvorwärmers vorhanden. Eine
solche typische Dichtung 58, wie sie in F i g. 4 dargestellt ist,
lagert in einem Scharnier 59, das am Gehäuse 12 befestigt ist. Eine Blattfeder
61 drückt die Dichtfläche 58 mit der vorgesehenen Auflagekraft an
die abzudichtende Oberfläche an.
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Die Seitenwand des Gehäuses 12 ist mit einer Zugangstür 54 versehen,
die in einem Teil des Gehäuses außerhalb der Vorsprünge der Gas- und Lufteinlässe
und -auslässe angeordnet ist. Die Tür ist. groß genug, um die Entfernung und das
Auswechseln der Teilpakete 18 zu gestatten. Der untere Teil des Gehäuses
12 ist als Staubsammelt ichter 23 ausgebildet. Von dem Lufteinlaß15 ist ein
Saugventilator24 und an dem Rauchgasauslaß 14 ein Kamin 25 vorgesehen.
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Die Staubkesselanlage 11 hat eine Vorderwand 26,
eine
rückwärtige Wand 27 und Seitenwände 28, die den vertikal gestreckten
Verbrennungsraum 29 umgrenzen. Die Vorderwand 26 ist mit einer Einbuchtung
40 versehen, auf der ein Richtungslangbrenner 31 befestigt ist, während die
rückwärtige Wand 27
eine ähnliche Einbuchtung 32 mit einem Brenner
33
aufweist. Die Einbuchtungen 40 und 32 begrenzen eine untere Hochtemperaturzelle
im Unterteil des Dampfkessels, in dem die Verbrennung hauptsächlich stattfindet.
Die Brenner 31 und 33 sind durch Kanäle mit dem Frischluftauslaßkanal
16 des Luftvorwärmers 10 verbunden, und eine Flugaschenwiedereinspritzleitung
30 geht von dem Staubsammeltrichter 23 zu dem Brenner 33 und
ist mit einem gasdichten Ventil 68 versehen.
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Von der Dampf- und Wassertrommel 33 führt eine Leitung 34 zu
den unteren Quersammelbehältern 35
und 40. Von dort aus läuft
eine Reihe von Wandrohren in an sich bekannter Weise zurück in die Trommel33. Am
Oberteil des Verbrennungsraumes 29 ist die Vorderwand26 mit einem Vorsprung37
versehen, während ein ähnlicher nach innen gerichteter Vorsprung38 in der Rückwand27
ausgebildet ist. Diese Vorsprünge umgrenzen einen verengten Gasabzug 39,
der zu einem Konvektionszug 41 führt. Dieser Abzug ist durch eine zentrale Wand
42 in einen vorderen Teil 43 und einen rückwärtigen Teil 44 unterteilt. In diesen
Teilen sind eine Reihe von überhitzern 47, 48, 49 und 51 untergebracht. Sowohl
der vordere Teil 43 als auch der rückwärtige Teil 44 sind gekrümmt und verlaufen
nach abwärts und rückwärts an der rückwärtigen Wand 27 und sind mit Drosselventilen
versehen, die den Gasdruck durch beide Züge regeln. Durch beide Teile verläuft ein
Speisewasservorwärmer 52. Beide Züge sind mit dem Rauchgaseinlaß
13 des Luftvorwärmers verbunden.
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Die in der Hochtemperatur7elle des Kessels durch die Brenner
31 und 33 erzeugten heißen Rauchgase steigen durch den Kesselraum
nach oben und bewirken eine Dampferzeugung in den Kesselrohren. Über den Schacht
39 und die Gasabzüge 43 und 44 strömen sie an den verschiedenen überhitzem
47, 48, 49 und 51 sowie an dem Vorwäriner 52 vorbei und geben dort
einen Teil ihrer Wärme ab. Hinter dem Drosselventil werden beide Gasströme wieder
vereinigt und dem Luftvorwärmer 10 durch den Rauchgaseinlaß 13 zugeführt,
strömen durch diesen hindurch und gelangen über den Rauchgasauslaß 14 in den Kamin
25.
Luft für die Brenner 31 und 33 wird durch einen angetriebenen
Saugventilator 24 bereitgestellt, der die Luft durch den Frischlufteinlaß
15 des Lufterhitzers ansaugt, durch diesen hindurchdrückt und durch den Frischluftauslaß
16 an die Brenner 31 und 33 führt. Es ist insbesondere aus
F i 1 ersichtlich, daß die Wärmetauscherelemente18 dem Gas und der Luft gestatten,
durch diese hindurchzuströmen, da die gewellten Scheiben mit Abständen zueinander
in der Strömungsebene angeordnet sind. Die gewellte Oberfläche der Wärmetauscherscheiben
18 bewirkt eine gute Wärmeübertragung. Das flexible Band 17 ist aus
einer begrenzten Anzahl von Gelenkketten aufgebaut, die in breitem Abstand über
die Breite des Bandes verteilt sind und nur durch die Tragglieder 53 und
die Scheiben 18 verbunden sind, so daß der Luftwiderstand gering bleibt.
Es ist ferner wesentlich, daß ein bestimmtes Teilpaket 18 durch den vom Ofen
kommenden Strom des Gases zweimal läuft, und zwar einmal bei der Aufwärts- und einmal
bei der Ab-
wärtsbewegung, ebenso wie auch durch die dem Kessel zugeführte
Frischluft.
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Die Ausbildung der Wärmetauscherelemente 18
bewirkt ferner,
daß diese als Lamellenfilter wirken und den Niederschlag von Staub und Flugasche
des den Kessel verlassenden Gases bewirken. Diese Ansammlung von Staub wird in dem
Band 18 nach abwürts transportiert, wobei eine bestimmte Menge von Feinstaub
mit der Verbrennungsluft dem Ofen wieder zugeführt wird. Dieses hat zur Wirkung,
daß der Staub zu einer Schlacke reduziert wird, die in einer konzentrierten Form
den Kessel wieder verläßt und einfach entfernt werden kann. Die groben Teilchen
des Staubes fallen von den Scheiben 18 ab und werden in dem Staubsammeltrichter
23 gesammelt. Von dort strömt die Flugasche durch die Ventile 68 und
durch die Leitung 30 zum Brenner 33, wo sie mit dem Brennstoff und
der Luft in den Kessel eingeführt und verschlackt wird. Weitere brennbare Bestandteile,
sofern sie in dem Staub enthalten sind, werden ebenfalls verbrannt und dadurch der
Wirkungsgrad des Kessels erhöht.
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Die Leistung des Lufterhitzers kann durch Erhöhung der Länge der Scheiben
18 vergrößert werden; allerdings ist eine solche Verlängerung begrenzt, da
diese ja auslegerartig während des vertikalen Laufes entlang der Transportebene
abgestützt werden. Jedoch gibt es praktisch keine Begrenzung in der senkrechten
Höhe des Luftvorwärmers, jedoch erscheinen Normhöhen zweckmäßig. Zur Steigerung
der Leistung des Luftvorwärmers entsprechend den Anforderungen des Kessels ist es
nur notwendig, daß die Breite des Bandes 17 geändert wird. Die besondere
Ofen- und Kesselanordnung, wie sie im Beispiel dargestellt ist, ermöglicht es, daß
die Dampferzeugungsleistung lediglich durch Vergrößerung des Abstandes zwischen
den Seitenwänden 28 erhöht werden kann, Der längsweise vertikale Querschnitt
bleibt der gleiche. Bei der Erfindung wird in Betracht gezogen, daß die Dampfkesselanlage
eine Kesselanordnung dieser Art zusammen mit einem Luftvorwärmer einschließt, und
zwar so, daß eine Normkonstraktion im Querschnitt ähnlich der in F i g. 1
gezeigten verwendet werden kann und daß die Leistung der gesamten Anlage lediglich
durch Änderung der Abmessung senkrecht zu der Ebene der F i g. 1 verändert
werden kann, d. h., der Abmessung von Seitenwand 28 zu Seitenwand
28 und der Breite des Bandes 17.
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Es soll ebenfalls darauf hingewiesen werden, daß im Hinblick auf die
Rauchgasausnutzung, das zu dem ,Kamin 25 strömt und die Erwärmung der Luft,
die von dem Saugventilator 24 zum Kessel strömt, jede dieser Funktionen durch Änderung
der Abmessungen geändert werden können, die sie in der vertikalen Höhe des Luftvorwärmers
einnehmen. Es könnte z. B. notwendig werden, den Durchströmquerschnitt für die Frischluft
doppelt so groß auszulegen wie den Querschnitt des Gasstromes. Es ist jedoch normal
so viel Lufterwärmungsleistung anzusetzen, wie es wirtschaftlich angebracht erscheint,
um die Gastemperatur so niedrig wie möglich zu halten. Dabei ist der erfindungsgemäß
ausgebildete Luftvorwärmer in relativ geringem Maße dem Angriff von Schwefelsäure
und Kondensationsniederschlägen ausgesetzt, obwohl die Gastemperatur unterhalb der
Niederschlagstemperatur solch flüssiger Chemikalien liegt. Falls jedoch ein Wärmetauscherelement
18 unbrauchbar geworden ist und ersetzt werden muß, braucht der Luftvorwärmer
10 nur für eine kurze Zeit stillgelegt zu werden. Die Zugangstür 54 im Gehäuse
12 ist zu öffnen und das Teilpaket 18 zu entfernen und auszuwechseln. Das
Teilpaket wird zusammen mit seinem Tragglied 53 entfernt, und zwar durch
Lösen der Verriegelungszapfen 66 und 67 und durch senkrechtes Abheben
aus dem Band 17 und dem Kettenrad. Wegen der Dichtungen 50 bzw.
58 kann nur eine geringe Menge Gas austreten, was die Arbeit erleichtert
und die Antriebselemente schützt.