DE1751085C3

DE1751085C3 - Mehrteiliger Rohrboden fuer Heissgaskuehler

Info

Publication number: DE1751085C3
Application number: DE19681751085
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl-Ing Markert; Michael Dr Schunck
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1968-03-30
Filing date: 1968-03-30
Publication date: 1974-10-24
Also published as: DE1751085A1; DE1751085B2

Description

Die Erfindung betrifft einen mphrtpiHgen Rohr- daß die äußersten Rohrenden torusförmig gerundet boden für die Heißgaseintrittsseite von Heißgasküh- 55 sind. Besondere konstruktive Maßnahmen zum lern, bei dem zwischen dem zu kühlenden, mit hoher Schutz der dickwandigen Rohrplatte gegen die Strah-Geschwindigkeit durch das Rohrinnere strömenden lungswärme hocherhitzter Gase auf der Eintrittsseite Heißgas und dem die Rohre im Mantelraum des sind nicht vorgesehen.

Kühlers umgebenden Kühlfluid hohe Differenzdrücke Aus der französischen Patentschrift 1310484 ist

auftreten, die Heißgaseintrittsenden der Rohre die 60 eine Rohrplatte für Wärmetauscher bekannt, bei der zugehörige Rohrplattenöffnung jeweils unter Bildung zur Gewährleistung sicherer Schweißverbindungen, eines Ringraums durchdringen, wobei die Rohrenden zwischen den verhältnismäßig dünnwandigen Rohren heißgasseitig über je ein dünnwandiges Zwischenstück und der starkwandigen Rohrplatte Rohrzwischenmit der Rohrplatte verbunden sind, in jedem Ring- stücke vorgesehen sind, die die Lochleibungen in der raum ein den Ringraum in zwei konzentrische Ring- 65 Rohrplatte durchdringen und gegebenenfalls unter spalte aufteilendes Leitrohr angeordnet ist, das je- Bildung von Ringspalten mit der Rückseite der Rohrweite am heißgasseitigen Leitrohrende eine Strö- platte verschweißt sind. Die anderen Enden dieser mungsverbindung zwischen den Ringspalten beläßt Rohrzwischenstücke stehen gegenüber der Rohrbo-

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denebene bis in den Zuströmraum hinein vor und bildet ist, der aus einem warmfesten Spezialwerkstoff

sind an diesen freien Enden mit den nichtverformten hergestellt sein kann

Enden der Wärmeaustauscherrohre durch Kehlnaht- In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des schweißungen verbunden. Hierbei können zwischen Rchrbodens und der Gaseintrittsstellen wiedergeden Rohrzwischenstucken und den Mantelflächen der 5 geben, die nachfolgend näher beschrieben werden.
Wärmetauscherrohre ebenfalls enge ringspaltförmige Die F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Rohr-Räume zur Erhöhung der Elastizität der gesamten platten-, d. h. Rohrbodenbereich bzw. den Gasein-Verbindung vorgesehen sein, die jedoch für Kühl- laufstutzen des Heißgaskühlers. Der Rohrboden 1 bezwecke unbrauchbar sind, weil sie sich im Betrieb mit findet sich in einem beidseitig mit Flanschen vensehe-Schmutz zusetzen. _{10 nen} Mantel. Über den Flansch A ist der Rohrboden Es ist schließlich aus der deutschen Auslegeschrift mit dem Heißgaseintritts- bzw. Vergasungsraum H, 1233 421 ein Röhrenwärmetauscher zum Kühlen fri- über den Flansch B mit dem Rückkühlraum K bzw. scher Spaltgase bzw. zur Verwendung in Verbindung dem Abhitzekessel für die Wiedergewinnung der mit Vergasungsprozessen bek--n. V -_Ur Erzeugung Wärme der heißen Gase lösbar verbunden. Die Gevon Dampf und gleichzeitige ^;-i ng _z. ß. von 15 staltung des Rückkühlraums K bzw. des Abhitzekes-Kesselspeisewasser dient. P _t snstruktion lei- sels mit wärmetauschenden Flächen in Form von ^ tet man das zu verdampfe, ' - ■ .%: Über Verteiler Rohrschlangen od. dgl. ist nicht Gegenstand der Fr- § in im Bereich der Gaseintriusstellen angeordnete ring- findung. — Im Rohrboden 1 sind Rohrabschnitte 2 % förmige Kühlkammern und das Dampf-Wasser-Ge- nach geeigneten, herkörnmlicßen Verfahren befestigt, :■· misch aus entsprechenden Kammern nahe den Gas- ao die dem aus dem Vergasungsraum H in den Heißgas- ; austrittsstellen. Eine definierte, an allen Stellen der kühle*· einzuführenden Gasstrom derart entgegenge-Kühlkammem gleiche Kühlmittelströmung im Bereich richtet sind, daß sie weit in den Heißgasraum vor- ;■ der Gaseintrittsstellen der gasführenden Rohre ist stehen. Die vom Heißgas durchströmten Rohre 3 -i hierbei jedoch nicht vorgesehen. sind in diese Rohrstücke 2 koaxial eingeschoben, so Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus- 25 daß über die Länge der Rohrabschnitte 2 hinweg dopgehend von Rohrboden der eingangs bezeichneten pelwandige Rohre bzw. ringspaltförmige Hohlräume c bekannten Art, eine Bauweise zu finden, bei der die entstehen. Die freien Enden der diesen ΗοΜκ im c Wärmebeaufschlagung der Rohrplatte durch das zu- begrenzenden F.ohre2 und 3 sind ringförmig zuge-J strömende Heißgas wesentlich verringert wird und kümpelt und miteinander verschweißt. — Von der ^ welche die Erzeugung von hochgespanntem Dampf 30 dem Vergasungsraum H abgewandten Seite her sind '\ bei der Kühlung von Heißgasen aus Vergasungspro- in die ringspaltförmigen Hohlräume c Leitrohre 4 kozessen in einer für die Rohrplatte und die Rohr- axial eingeschoben, die ihrerseits in einer mit Ab-F: Rohrplatten-Verbindungen dauerhaft betriebssicheren stand vom Rohrboden 1 angeordneten Zwischen-Weise ermöglicht. platte bzw. Zwischenboden 5 befestigt sind. Die fr Diese Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs 35 freien, in den Hohlraum c eintretenden Enden der bezeichneten bekannten Gattung von Rohrböden für Leitrahre 4 enden mit geringem Abstand von den Gaskühler, erfindungsgemäß gelöst durch die Verbin- ringförmig zugekümpelten Rohrenden 2 und 3, so daß dung der folgenden Merkmale: an dieser Stelle ein bestimmter uurchtrittsquerschnitt \ a) Jedes Zwischenstück ist als ein Rohrabschnitt f^{ur das} Kühlmittel entsteht.

ί ausgebildet, der zur thermischen Abschirmung 4° Die die unmittelbaren Einlaufzonen für das heiße der Rohrplatte weit in den Heißgas-Zuström- Gas in die Rohre 3 bildenden gekümpelten Rohrraum vorsteht; enden können Querschnitte unterschiedlicher Art auf-

b) der Verbinuungsbereich an Rohrende—Rohrab- ^weisen" ^{Bei de}.^r Ausführungsfonu nach Fig 2 ist schnitt ist torusförmig gerundet· lediglich das einlaufseitige Ende des in den Ruck-

^ α vuia a 1,1 η α ν · _■■ ν·ΐ_ΐ 45 kühlraum K bzw. den Abhitzekesse! eintretenden

c) der Kuhlfluidajischluß der Kammer ist die Kühl- _Rohres 3 _zam _{Rohrabschnitt 2 größere}n Durchmesfluid-Emtnttsstelle, _{sers hm tonisartig verfomU} ^/^ _{diesem verbun}.

d) der Hc<sgaßkuhler ist zur Erzeugung von hoch- den, so daß mehr oder weniger scharfe Kanten mit gespanntem Dampf bei der Kühlung von Heiß- dem Durchmesser des Rohres 2 entstehen. — Bei der gasen aus Vergö3ungsprozessen bestimmt. ₅₀ Ausführungsform nach Fig. 3 ist jede gekümpelte

Durch das weite Vorziehen der mit Zwischenstük- Verbindungsstelle der Rohrabschnitte 2 mit den Gasken veroundenen Gasrohre in den Heißgas-Zuström- rohren 3 zur Verbesserung des Wärmeabflusses sowie raum ist eine thermische Schattenwirkung für die der inneren und äußeren Strömungsverhältnisse torus-Rohrplatte erzielt, die durch den besonderen Weg des förmig gerundet. Die torusförmige Verbindung der \. gegen die Gasaustrittsstellen gerichteten Kühlmittel- 55 Rohrabschnitte 2 mit den Rohren l· macht auch eine Stroms noch unterstützt wird. Bei weitgehender Torus- Verminderung der Wanddicke im Bereich der Küm- : form der Verbindungsstelle zwischen den Rohrenden pelverbin^.ung möglich. — Schließlich kann diese und den Rohrabschnitten entsteht im Innern für das Verbindung gemäß Fig. 3 auch in der Weise gestaltet Kühlfluid ein glatter Kanal, mit dem Ablagerungen sein, daß auf die Rohre 2 und 3 vorgefertigte forusan jeder kritischen Gaseintrittsstelle vermieden wer- 60 förmige gerundete Ringe aufgeschweißt sind, die auch den. Gleichzeitig wird im Außenbereich der torusför- aus warmfestem Spezialwerkstoff hergestellt sein mig gerundeten Eintrittsstellen die Erosionsfestigkeit können.

gegenüber Feststoffen verbessert, die in den mit hoher In die Kammer D zwischen dem Rohrboden 1 und

Geschwindigkeit in die Rohre einströmenden Gasen dem Zwischenboden 5 wird die zu verdampfende

enthalten sein können. Eine diesbezüglich weitere 65 Flüssigkeit bei 8 eingeleitet. Dieses Mittel strömt darm

Ausbildung besteht erfindungsgemäß darin, daß der zwischen den Rohrabschnitten 2 und den Leitrohren 4

Verbindungsbereich an Rohrende—Rohrabschnitt bis an die gekümpelte Einlaufstelle der Rohrab

durch einen aufgeschweißten, vorgeformten Ring ge- schnitte 2 und der Rohre 3 und von dort zwischen

den das Gas führenden Rohren und den Leitrohren zurück in den Außenraum des Heißgaskühlers.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Rohrbodens und der Einlaufstellen in die Rohre 3 läßt steh durch zusätzliche konstruktive Maßnahmen noch weiter verbessern.

Zur Erhöhung der Tangentialgeschwindigkeit des Kühlmittels entlang den zu kühlenden Flächen können leitschaufelförmig gekrümmte Elemente 6 auf die Enden der Leitrohre 4 aufgesetzt sein, die eine Drallströmung um die Achse jedes Rohres 3 im Bereich der Einlaufstellc erzeugen. Eine zu hohe Temperatur des dickwandigen Rohrbodens 1 kann zusätzlich noch dadurch vermieden werden, daß gemäß F t g. 1 und 3 der Raum zwischen den Rohrabschnitten 2 mit einer eingestampften Masse 7 oder mit Formsteinen isoliert ist. Zur sicheren Befestigung dieser Stampfmasse sind die Rohrabschnitte 2 zweckmäßig mit radial angeordneten Stiften oder anderen an sich bekannten Haftelementen verschen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 und am anderen Leitrohrende in einer Zwischenplatte Patentansprüche: befestigt ist, die vom Mantelraum eine mit den äuße ren Ringspalten kommunizierende Kammer abteilt,

1. Mehrteiliger Rohrboden für die Heißgasein- welche einen Kühlfluidanschluß aufweist so daß zwitrittsseite von Heißgaskühlern, bei dem zwischen 5 sehen Mantelraum und Kühlfluidanschluß über die dem zu kühlenden, mit hoher Geschwindigkeit Ringspalten durchgehende Strömungswege vorliegen, durch das Rohrinnere strömenden Heißgas und Bei vielen Vergasungsprozessen fallen die erzeugdem die Rohre im Mantelraum des Kühlers um- ten Gase mit hohen Temperaturen an und müssen gebenden Kühlfluid hohe Differenzdrücke auftre- vor der weiteren Verarbeitung unter Ruckgewinnung ten, die Heißgaseintrittsenden der Rohre die zu- ia der fühlbaren Wärme gekühlt werden. Von den dafür gehörige Rohrplattenöffnung jeweils unter Bildung eingesetzten Heißgaskühlern wird für Gewihrleistung eines Ringraums durchdringen, wobei die Rohr- ihrer Festigkeit sowie zur Vermeidung hoher Wärmeenden heißgasseitig über je ein dünnwandiges spannungen und von Korrosionsangriff gefordert, daß Zwischenstück mit der Rohrplatte verbunden sind, die dem Gasstrom ausgesetzten Metallflächen, insbein jedem Ringraum ein den Ringraum in zwei 15 !,ondere Rohre und Rohrboden, keine extrem hohen konzentrische Ringspalte aufteilendes Leitrohr Temperaturen annehmen. Schwierigkeiten treten bei angeordnet ist, das jeweils am heißgasseitigen mit Rohrbündeln aufgebauten Heißgaskühlern insbe-Leitrohrende eine Strömungsverbindung zwischen sondere dann auf, wenn im Außenraum Hochdruckden Ringspalten beläßt und am anderen Leitrohr- dampf erzeugt werden eoH. Die Rohrboden müssen ende in einer Zwischenplatte befestigt ist, die vom io dann verhältnismäßig dickwandig sein, und es ist bei Mantelraum eine mit den äußeren Ringspalten den üblichen Ausführungsformen oft nicht möglich, kommunizierende Kammer abteilt, welche einen die Wärme von den am stärksten beheizten Eintritts-Kühlfluidanschluß aufweist, so daß zwischen stellen des Gases in die Rohre ausreichend abzu-Ma^telraum und Kühlfluidanschluß über die Ring- führen.

spalten durchgehende Strömungswege vorliegen, as Bei einem aus der französischen Patentschrift gekennzeichnet durch die Verbindung der 1378 640 bekannten Wärmetauscher der eingangs folgenden Merkmale: beschrieben,^ C-ttung durchdringen die Heißgasein-

a) Jedes Zwischenstück ist als ein Rohrabschnitt trittsenden der Rohr* die zugehörige Rohrplattenil) ausgebildet, der zur thermischen Abschir- öffnung jeweils unter Bildung eines Ringraums, und mung der Rohrplatte (1) weit in den Heiß- 3o die Rohrenden sind heißgasseitig über je ein dünngas-Zdströmraum vorsteht; wandiges Zwischenstück mit der Rohrplatte verbun-

b) derVerbindungsbereich an Rohrende-Rohr- den Zur Führung eines Kühlmittelstroms ist dann abschnitt ist torusförmig gerundet; «° den Rmgraumm zwei konzentnsche ^gspalte

λ j vi-in j ti η ϊ ν ins - aufteilendes Leitrohr angeordnet, das am heißgassei-

^C) i'J^'Ä⁸⁰¹?'¹* ^ar ^Kammer (^D> ^lst 35 tigen Leitrohrende eine Strömungsverbindung zwi-

die Kuhlfiuid-Eintnttsstelie; _{schen den} Rjngspalten beläßt. Am anderen Ende ist

d) der Heißgaskühler ist zur Erzeugung von das Leitrohr in einer Zwischenplatte befestigt, die

hochgespanntem Dampf bei der Kühlung von vorn Mantelraum eine mit den äußeren Ringspalten

Heißgasen aus Vergasungsprozessen be- kommunizierende Kammer abteilt, welche einen

stimmt. 40 Kühlfluidanschluß aufweist. — Bei dieser Ausführung

2. Rohrboden nach Anspruch 1, dadurch ge- liegen die Heißgaseintrittsstel'en und die an den kennzeichnet, daß der Verbindungsbereich an Leitrohrenden gegebenen Strömungsverbindungen für Rohrende—Rohrabschnitt durch einen aufge- den Kühlmittelstrom in der Ebene der Rohrplatte, schwe.ßten vorgeformten Ring gebildet ist Eine solche Konstruktion schützt daher bei ihrer An-(Fig. 3). 45 wendung für hohe Drücke und Temperaturen die

3. Rohrboden nach Anspruch 1, dadurch ge- stehengebliebenen Teile des thermisch und mechakennzeichnet, daß der Raum zwischen den Rohr- nisch besonders hoch belasteten Rohrbodens nicht,
abschnitten (2) ganz oder teilweise mit Wärme- Aus der schweizerischen Patentschrift 370 810 ist dämmstoff ausgefüllt ist. bereits eine thermisch hochbelastbare Rohrplatte für

50 Wärmetauscher bekannt, bei der ebenfalls Ringräume

zwischen den Rohrenden und den Loch)« 'bungen in

der Rohrplatte gebildet sind. Diese Ringräume ohne Leitelemente für ein Kühlfluid entstehen dadurch,