DE19545308A1

DE19545308A1 - Konvektiver Gegenstromwärmeübertrager

Info

Publication number: DE19545308A1
Application number: DE19545308A
Authority: DE
Inventors: Francisco Dr Blangetti; Vaclav Svoboda; Harald Gerhard Fuchs
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1995-12-05
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 1997-06-12
Also published as: US5771963A; BE1011016A3

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen konvektiven Gegenstromwärmeüber trager, im wesentlichen bestehend aus einem in einem zylin drischen Mantel angeordneten, mit Rippenrohren bestückten Rohrbündel, wobei die von der Flüssigkeit durchströmten Rohre eintrittsseitig und austrittsseitig mit je einem Sammler ver bunden sind, welche den Mantel durchdringen und wobei der Mantel mit je einem Gas-Einstrittsstutzen und einem Gas-Aus trittsstutzen versehen ist.

Stand der Technik

Die Probleme der konvektiven Wärmeübertragung zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit sind aus der Literatur wohlbekannt. Der Wärmeübergangsprozeß wird maßgeblich durch die Gasphase kontrolliert, da diese den thermischen Widerstand der Kette darstellt. Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, werden in den Wärmetauschapparaten auf der Seite der Gasphase struk turierte Flächen wie Rippen, Noppen oder Rillen angewendet; solche strukturierten Flächen sind unter dem Begriff "extended surfaces" bekannt.

Gasturbinen der modernen Generation und der oberen Leistungs klasse arbeiten mit sehr hohen Turbinen-Eintrittstemperatu ren, was eine Kühlung der Brennkammer, der Rotoren und der Beschaufelung unumgänglich macht. Hierfür wird in der Regel hochverdichtete Luft am verdichteraustritt abgezogen. Da ein sehr hoher Anteil der verdichteten Luft für die heutige übli che Vormischverbrennung gebraucht wird, verbleibt einerseits für Kühlzwecke nur ein Minimum an Kühlluft. Anderseits ist diese für die Kühlung bestimmte Luft infolge der Verdichtung bereits sehr heiß, weshalb sich deren vorgängige Kühlung empfiehlt. Bekannt ist hierbei das Kühlen mittels Wasserein spritzung ("gas-quenching"); mit dieser Methode wird indes die hochwertige Wärme der Kühlluft, deren Anteil bei den heutigen Maschinen bis zu 20 MW betragen kann, nur teilweise ausgenutzt. Es bietet sich in der Folge an, zur Rückkühlung Wärmerekuperatoren als Teilstromkühler zu verwenden, insbe sondere, wenn die Gasturbine in einem kombinierten Gas-Dampfturbinenprozeß mit Abhitzedampferzeugung arbeitet.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konvektiven Gegenstromwärmeübertrager mit hohem thermodynamischen Nut zungsgrad für hohe Gas-und Flüssigkeitstemperaturen und hohe Drücke zu schaffen. Die spezielle thermohydraulische Anforde rung an diese Klasse von Apparaten ist dabei folgende: hohe Gaseintrittstemperatur zwischen 300-530°C, hoher Druck auf der Gasseite zwischen 20 und 35 bar, hoher Druck auf der Flüssigkeitsseite zwischen 120 und 150 bar, geringe gas- und flüssigkeitseitige Druckverluste und relativ hohe Aufwärm spanne der Flüssigkeit bis zu 200°C im Sinne der Wärmerekupe ration.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,

- daß das aus einer Mehrzahl von geschichteten Rohren aufgebaute Rohrbündel einen rechteckigen Querschnitt aufweist und in einem rechteckigen Kasten gelagert ist, welcher im wesentlichen aus vier äußeren Kastenwänden besteht, die im Mantel geführt sind und mit dem Mantel einen Ringraum bilden,
- daß die Rohre zwischen den beiden Sammlern eine geschlossene Rohrschlange bilden und in ihren geraden Teilen mit aufgeschweißten Rippen versehen sind,
- daß die die geraden Rohrteile verbindenden Rohrbögen nicht mit Rippen versehen sind und beidseitig der gera den Rohrteile in Kompartimenten untergebracht sind, welche nicht vom Gas durchströmt sind,
- daß die Kompartimenten in Rohrlängsrichtung durch eine äußere und ein innere Kastenwand begrenzt sind und sich über die ganze Höhe des durchströmten Kastens erstrecken,
- daß der durchströmte Kasten austrittsseitig in einen vom Mantel begrenzten Dom mündet,
- und daß der Gas-Austrittsstutzen an dem dem Dom abge kehrten Ende des Ringraumes im Mantel angeordnet ist.

Mit einem solchen Apparat, in dem das Konzept einer Gegen stromführung realisiert ist, wird ein optimaler Nutzungsgrad der verfügbaren treibenden Temperaturdifferenzen erzielt. Je nach geforderten Leistungen, welche ihren Ausdruck in ver schieden großen Wärmeübertragungsflächen findet, kann ein Einmantel-Apparat oder eine Zweimantelausführung in Serien anordnung zur Ausführung gelangen. Dies ist insbesondere wich tig, da sowohl beim Aufstellen als auch bei der Wartung der Platzbedarf eine maßgebende Rolle spielen kann.

Um eine gute Mantelkühlung zu gewährleisten, ist der neue Kastenaufbau mit innerer geschlossener Strömungsführung um den berippten Teil der Rohre herum und mit äußerer Kasten- Umspülung mittels bereits abgekühltem Gas von großer Bedeu tung. Letzteres ist auch mitentscheidend für die als hoch betrachtete Betriebssicherheit.

Besonders günstig ist es, wenn hierzu im Bereich des Kasten austritts im Ringraum strömungsumlenkende Mittel angeordnet sind. Mit dieser Maßnahme kann eine lokale Überhitzung der mit Gas umspülten Wandungen des Kastens verhindert werden.

Bei Verwendung eines solchen Apparates in einem Kombiprozeß ist der Vorteil unter anderem darin zu sehen, daß hochwer tige Wärme dem Prozeß voll erhalten bleibt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer kombinierten Gas-Dampf-Kraftwerksanlage schema tisch dargestellt. Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrich tung der Arbeitsmedien ist mit Pfeilen bezeichnet.

Es zeigen:

Fig. 1 Ein vereinfachtes Schaltschema einer kombinierten Gas-Dampf-Kraftwerksanlage;

Fig. 2 einen teilweisen Schnitt durch zwei gekoppelte Gegenstromwärmeübertrager in Rohrquerrichtung;

Fig. 3 einen teilweisen Schnitt durch einen Gegenstrom wärmeübertrager in Rohrlängsrichtung,

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Übertrager;

Fig. 5 eine Druntersicht auf die Anordnung nach Fig. 2.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Gemäß Fig. 1 wird im Gasturbinenkreislauf atmosphärisch angesaugte Frischluft in einem Verdichter 2 auf den Arbeits druck verdichtet. Die verdichtete Luft wird in einer bei spielsweise mit Erdgas befeuerten Brennkammer 3 stark erhitzt und das so entstandene Brenngas wird in einer Gasturbine 4 arbeitsleistend entspannt. Die dabei gewonnene Energie wird an einen Generator 5 bzw. den Verdichter 2 abgegeben. Das noch heiße Abgas der Gasturbine wird über eine Leitung 6 vom Ausgang der Gasturbine einer Abhitzedampferzeugungsanlage 7 zugeführt und daraus nach Abgabe seiner Wärme über einen nicht dargestellten Kamin ins Freie geleitet.

Im Dampfturbinenkreislauf ist eine dreistufige Dampfturbine 9, 10 und 11 auf der gleichen Welle mit der Gasturbine ange ordnet. Der in der 11 entspannte Arbeitsdampf kondensiert in einem Kondensator 13. Das Kondensat wird mittels einer Kon densatpumpe 14 direkt in den Dampferzeuger 7 gefördert. Die gezeigte Anlage weist keine, in der Regel entnahmedampfbe heizte Niederdruckvorwärmer, Speisewasserbehälter und Hoch druckvorwärmer auf.

Die Abhitzedampferzeugungsanlage 7 ist als stehender Kessel ausgeführt und arbeitet im vorliegenden Fall nach einem Zweidruck-Dampfprozeß.

Das Niederdrucksystem ist als Umlaufssystem mit Trommel aus geführt, wobei hier ein Zwangsumlaufsystem gewählt worden ist. Es besteht im Rauchgasweg des Kessels aus dem Nieder druckvorwärmer 15, in den das Kondensat eingeleitet wird, dem Niederdruckverdampfer 16 und dem Niederdrucküberhitzer 19. Der Niederdruckverdampfer ist über eine Umwälzpumpe mit der Trommel 17 verbunden. Der überhitzte Dampf wird über eine Niederdruck-Dampfleitung 25 in eine geeignete Stufe der Nie derdruck-Dampfturbine 11 überführt.

Das Hochdrucksystem ist als Zwangsdurchlaufsystem ausgeführt und damit sowohl für unterkritische als auch für überkriti sche Parameter auslegbar. Es besteht im Rauchgasweg des Kes sels im wesentlichen aus dem Hochdruckvorwärmer 21, dem Hoch druckverdampfer 22 und dem Hochdrucküberhitzer 23. Dem Hoch druckvorwärmer 21 wird das Arbeitsmittel über eine Spei sepumpe 20 aus der Niederdrucktrommel 17 zugeführt. Auf diese Weise kann der bisher übliche Speisewasserbehälter entfallen. Der überhitzte Dampf wird über eine Frischdampfleitung 24 in den Hochdruckteil 9 der Dampfturbine überführt. Zwischen deren Austritt und dem Eintritt der Mitteldruckturbine 10 wird der teilentspannte Dampf in einem Zwischenüberhitzer 26 wieder aufgeheizt.

Für die zu Kühlzwecken gebrauchte Luft zweigt vom Austritt des Verdichters 2 eine Luftleitung 27 zu einem im Beispiels fall zweiteiligen Teilstromkühler 28 ab. Von dessen Luftaus trittsstutzen führt die abgekühlte Luft über eine Kühlleitung 29 zu den verschiedenen Verbrauchern. Wasserseitig ist der Teilstromkühler über die Leitungen 1 und 8 mit der Nieder drucktrommel 17 der Abhitzedampferzeugungsanlage 7 verbunden.

Dieser Teilstromkühler 28 - im folgenden Gegenstromwärmeüber trager genannt und anhand der Fig. 2 näher erläutert - ist ein sogenannte Duplex-Apparat, welcher in Serienanordnung mit folgenden inneren Verbindungen arbeitet; der Gas-Austritts stutzen 32 und der eintrittsseitige Flüssigkeits-Sammler 33 eines ersten Wärmeübertragers 30 sind demnach mit dem Gas- Eintrittsstutzen 131 respektiv dem austrittsseitigen Flüssig keits-Sammler 134 eines zweiten Wärmeübertragers 130 verbun den.

In der Folge wird das Gas als Luft und die Flüssigkeit als Wasser bezeichnet. Dementsprechend führt die in Fig. 1 darge stellte Luftleitung 27 zum Luft-Eintrittsstutzen 31 des ersten Wärmeübertragers 30 und die Kühlleitung 29 zweigt vom Luft-Austrittsstutzen 132 des zweiten Wärmeübertragers 130 ab. Desweiteren wird der eintrittsseitige Wasser-Sammler 133 des zweiten Wärmeübertragers 30 aus der Leitung 1 (mittels einer in Fig. 1 nicht dargestellten Umwälzpumpe) angespeist und das erwärmte Wasser wird aus dem austrittsseitigen Wasser-Sammler 34 des ersten Wärmeübertragers 30 über die Leitung 8 in die Trommel 17 zurückbefördert.

Der in der rechten Hälfte von Fig. 2 sowie in den Fig. 3 und 4 dargestellte Gegenstromwärmeübertrager weist einen die Übertragungsflächen umhüllenden zylindrischen Mantel 35 auf, der in der Praxis von einer nicht gezeigten äußeren Isolie rung umgeben ist. Der Mantel ist an seinem oberen und seinem unteren Ende gewölbt.

Das Rohrbündel 36 besteht aus einer Vielzahl von nebeneinan der geschichteten Rohren, welche geschlossene Rohrschlangen bilden. Eine solche Rohrschlange besteht aus einer Anzahl - in Luftströmungsrichtung - übereinander angeordneten geraden Rohren 37, die an ihren beiden Enden über Rohrbögen 38 mit einander verschweißt sind. Dadurch, daß die nebeneinander geschichteten Rohre alle die gleiche Länge aufweisen, weist das Bündel 36 eine rechteckige Querschnittsform auf. Die Anzahl nebeneinandergeschichteter Rohre wird mit Vorteil mit der Rohrlänge so abgestimmt, daß zumindest annährend eine quadratische Form entsteht, welche sich günstig im zylindri schen Mantel einfügt.

Oberhalb und unterhalb des Bündels sind Sammler angeordnet, mit denen ist die Rohrschlangen an ihren beiden Enden verschweißt sind. Im vorliegenden Fall eines stehenden Appa rates 30 erfolgt die Wasserführung von oben nach unten, d. h. vom eintrittsseitigen Sammler 33 durch die Berohrung hindurch zum austrittsseitigen Sammler 34. Die beiden Sammler durch dringen auf geeignete Weise den Mantel 35 zwecks Verbindung mit den zugehörigen Zu- und Abströmleitungen verbunden. In der jeweiligen Ebene der Sammler 33, 34 ist der Mantel 35 mit durch Kappen 54 verschweißten Zugangsöffnungen 55 versehen. Da die Zuströmtemperatur der Luft sehr hoch sein kann, ist der untere, austrittsseitige Wasser-Sammler 34 überdies wär meisoliert mittels eines ringförmigen Schutzschildes 53. Dies zumindest in jenem Bereich, in dem er dem Strömungsfeld der Luft ausgesetzt ist, erstreckt.

Bei den geraden Rohren 37 handelt es sich um Rippenrohre, bei welchen in der Regel schraubenförmig aufgewickelte Rippen mit dem Kernrohr kontinuierlich verschweißt sind. An ihren unbe rippten beiden Enden sind sie mit einer Schweißnahtvorbereitung versehen und liegen in Registern ein. Je zwei direkt übereinanderliegende gerade Rohre 37 werden beidseitig mit einem unverrippten Rohrbogen 38 miteinander verschweißt. Alle aufeinandergestockten Register, in denen die geraden Rohre gelagert sind, bilden in Bündellängsersteckung eine strömungsbegrenzende Wand 39, welche verhindert, daß die Rohrbögen 38 vom der Luft beaufschlagt werden.

Diese strömungsbegrenzende Wandungen 39 bilden die inneren Wände eines Kastens 40, der das Rohrbündel 36 über seine ganze Länge einschließt. Der Kasten wird gebildet von 2 seitlichen, in Rohrlängsrichtung verlaufenden Kastenwänden 41 und zwei quer dazu verlaufenden, äußeren Kastenwänden 42. Die vier Wände 41, 42 sind mittels Streben 43 im Mantel 35 gestützt. Zusammen mit der inneren Mantelwandung umschließen die 4 Kastenwände einen Ringraum 44.

Zwischen den beiden inneren Wänden 39 und den zugehörigen äußeren Wänden 42 sind somit Kompartimente 45 gebildet, wel che sich über die ganze Kastenhöhe erstrecken. In diese Kom partimente ragen die Rohrbögen 38 hinein. Die Kompartimente sind über der Höhe mehrfach unterteilt durch horizontale Platten 49, die in regelmäßigen Abständen mit den Wänden 39 und 42 verbunden sind. Mit dieser Maßnahme wird die Entwick lung einer frei konvektiven Strömung im Kompartiment verhin dert. Dies aufgrund der Überlegungen, daß freie Konvektion in Wärmeleitung übergeht bei genügend kleiner eingeschlosse ner Kavität. Die Größe dieser Kavitäten kann demnach über die Anzahl von Platten 49 bestimmt werden.

Erkennbar ist, daß die gesamte für die Wärmeübertragung wirksame Berohrung im Kasten eingeschlossen ist. Hierdurch wird das Gegenstromprinzip gewährleistet. Dadurch, daß sich der unberippte Bogenteil der Berohrung in den seitlichen Kom partimenten befindet, und diese überdies mittels der Platten unterteilt sind, werden Strömungsbypässe vermieden, die die Wirkungsweise des Apparates erheblich beeinträchtigen könn ten.

Der Mantel 35 weist an seinem unteren gewölbten Ende eine Öffnung für den Luft-Einstrittsstutzen 31 auf. Dieser ist über ein Hitzeschutzschild 46 (Thermosleeve) in den Mantel eingehängt und an seinem aus dem Apparat herausragenden Ende mit der Luftleitung 27 verbunden. Der Übergang vom kreisför migen Einstrittsstutzen 31 auf den rechteckigen Bündelquer schnitt erfolgt über einen entsprechend konfigurierten Adap ter 47. Dieser ist mit den Wänden 39 und 41 verbunden, welche mit ihren Innenseiten die Strömung begrenzen.

Das Rohrbündel 36 ist in seiner Längserstreckung in mehrere Teilbündel unterteilt ist, welche zwischen sich je einen Druckausgleichsraum 48 aufweisen. Diese Modulbauweise mit Zwischenräumen hat zudem einige weitere Vorteile. Neben der Möglichkeit der Vorfabrikation von Teilbündeln wird die Mon tage erleichtert und es ist Raum vorhanden, um die Berohrung zu entrußen, falls dies erforderlich wird.

Der von unten nach oben von der abzukühlenden Luft durch strömte Kasten 40 mündet austrittsseitig (50) in einen vom Mantel 35 begrenzten Dom 51. In diesem Dom wird die nunmehr "kalte" Luft umgelenkt und durchströmt in Abwärtsrichtung den Ringraum 44. Hierbei erfüllt sie die außerordentlich wich tige Funktion der Mantelkühlung. Um diese Maßnahme noch wirksamer zu gestalten, können im Bereich des Kastenaustritts 50 im Ringraum 44 strömungsumlenkende Mittel 52 in Form von einfachen Umlenkblechen angeordnet sein. Diese sind so bemes sen und gerichtet, daß sie der Luftströmung eine schrauben förmige Bewegung aufzwingen, welche eine vollständige Umspü lung der Mantelwandung bewirken. Diese Luftumspülung ist sehr wichtig, um eine Überhitzung des außen isolierten Mantels 35 insbesondere in seinem unteren Teil zu verhindern. Während des Betriebes wird der Mantel infolge Strahlung und Konvek tion zumindest annähernd die Temperatur der Kastenwände annehmen.

Hieraus ist auch die Wichtigkeit der Kastenauskleidung erkennbar, wie anhand eines Zahlenbeispiels erläutert sei. In der Annahme, daß die Zuströmtemperatur der Luft ca. 500°C beträgt, wird die Berohrung je nach Vorlauftemperatur des Wassers so ausgelegt, daß am Kastenaustritt 50 die Lufttem peratur ca. 240°C beträgt. Die Auskleidung hat demnach noch die Funktion, einerseits Wärmestrahlungseffekte zu reduzie ren, die bei ca. 250°C maßgebend werden, anderseits den kon vektiven Wärmetransport zwischen Kasten und Mantel zu vermin dern. Der Mantel wird demnach annähernd die Temperatur der abgekühlten Luft, d. h. ca. 240°C annehmen, was bei einer ent sprechenden Auslegung mit günstigen Festigkeitswerten - der angenommene Druck der zu kühlenden Luft beträgt ca. 34 bar - zu einer hohen Betriebssicherheit führt.

Aufgrund dieser Überlegungen ist der Luft-Austrittsstutzen 32 folgerichtig an dem, dem Dom 51 abgekehrten Ende des Ringrau mes 44 im Mantel 35 angeordnet.

Der in Fig. 2 gezeigten Duplex-Anordnung von zwei Apparaten liegt folgende Überlegung zugrunde, wobei festzuhalten ist, daß den Zahlenwerten nur Beispielscharakter zukommt, da diese von allzu zahlreichen Parametern abhängig sind:

Neben dem oben erwähnten Eintrittszustand der zu kühlenden Luft von 34 bar und 500°C beträgt die Luftmenge ca. 35 kg/sec. Die Wassereintrittstemperatur beträgt ca. 155°C, die Aufwärmspanne des Wassers wurde mit 165°C vorgegeben, der Wassermassenfluß beträgt 15.5 kg/sec. Dies erfordert luft seitig eine Wärmeübertragungsfläche von nahezu 2000 m².

Wird von einem Apparat ausgegangen, dessen Manteldurchmesser 2 m nicht wesentlich überschreiten soll und soll ein sauber durchströmbarer Ringraum 44 vorliegen, so liegen die Wand breiten des Kastens bei ca. 1200 mm.

Bei Verwendung von Rohren mit 1′′ Außendurchmesser, 1 3/4′′ Rippendurchmesser und 350 Rippen/m ergibt sich unter Berück sichtigung der Einbaubreite der Rohre zum einen die Anzahl geschichteter Rohre in einer Rohrbank. Berücksichtigt man dann die Einbauhöhe der Rohrbänke sowie jene der zwischen den Teilbündeln vorzusehenden Ausgleichräume, so ergibt sich die Anzahl der übereinander zu staffelnden Rohrbänken. Rechnet man den Platzbedarf der beiden gewölbten Mantelenden sowie der Wassersammler dazu, ist leicht errechenbar, daß sich sich ein Apparat mit einer unverhältnismäßig großer Höhe ergibt.

Hier setzt nun die Überlegung ein, den Apparat in zwei seri ell geschaltete Teilapparate aufzuteilen, wobei aus bereits genannten Gründen die Unterteilung mit Vorteil so erfolgt, daß an der Interphase zwischen den beiden Teilapparaten die Lufttemperatur ca. 240°C beträgt. Dies ergibt an der Apparate-Interphase eine Wassertemperatur von ca. 185°C.

Konstruktiv bieten sich nunmehr folgende Lösungen an:

- Der Luft-Austrittsstutzen 32 des ersten Übertragers 30 und der Luft-Eintrittsstutzen 131 des zweiten Übertragers 130 befinden sich in einer gleichen Ebene, d. h. hier auf gleicher Höhe. Die abgekühlte Luft durchströmt somit den Ringraum 144 des zweiten Übertragers 130 von unten nach oben. Sie wird im Dom 151 umgelenkt und durchströmt über den oben offenen Kasteneintritt 150 den zweiten Übertrager 130 im Gegenstrom mit dem Wasser. Über den Luft-Austrittsstutzen 132 verläßt das Arbeitsmittel den Apparat als Kühlluft mit einer Tempera tur von ca. 170°C. Im vorliegenden Fall wird die Luft demnach um 330°C heruntergekühlt.
- Die oben auf gleichem Niveau liegenden eintrittsseitigen Sammler 33 des ersten Übertragers 30 und austrittsseitigen Sammler 134 des zweiten Übertragers 130 sind als einteiliges durchgehendes Bauteil konzipiert.

Der eintrittsseitige Sammlers 133 des zweiten Übertragers 130 wird auf gleicher Höhe angeordnet wie der austrittsseitige Wasser-Sammler 34 des ersten Übertragers 30. Bei stehenden Apparaten befinden sich die Zu- und Ableitungen der beiden Sammler vorzugsweise unterhalb der Verbindung vom Luft-Aus trittsstutzen 32 mit dem Luft-Eintrittsstutzen 131. Wie bereits beim ersten Teilapparat ist auch der Mantel 135 des zweiten Übertragers im Bereich der Sammler 133 und 134 mit durch Kappen 54 verschweißten Zugangsöffnungen 55 ausgerü stet.

Nachdem die Wasser-Sammler 133 und 45 sich auf gleichem Niveau befinden, werden zweckmäßigerweise auch die zugehö rige Anspeisung 56 und der Abzug 57 in diese Ebene verlegt. Fig. 5 zeigt eine mögliche Anordnung dieser Anschlüsse, welche trotz nicht dargestellter Mantel-Außenisolierung zwischen diese Mäntel hineinpassen.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Das neue Apparatekonzept ist grundsätzlich anwendbar bei allen Prozes sen, bei welchen die beteiligten Arbeitsmittel hohe Tempera turen und selbst hohe Drücke aufweisen. Selbst als Enthitzer oder als Verdampfer könnten sie mit Erfolg verwendet werden. Statt der gezeigten stehenden Anordnung könnte der neue Gegenstromwärmeübertrager selbstverständlich auch liegend angeordnet sein.

Bezugszeichenliste

1 Leitung aus der Trommel 17 zu 28
2 Verdichter
3 Brennkammer
4 Gasturbine
5 Generator
6 Leitung (Abgas)
7 Abhitzedampferzeugungsanlage
8 Leitung von 28 zur Trommel 17
9 Hochdruckturbine
10 Mitteldruckturbine
11 Niederdruckturbine
13 Kondensator
14 Kondensatpumpe
15 Niederdruckvorwärmer
16 Niederdruckverdampfer
17 Niederdrucktrommel
18 Umwälzpumpe
19 Niederdrucküberhitzer
20 Speisewasserpumpe
21 Hochdruckvorwärmer
22 Hochdruckverdampfer
23 Hochdrucküberhitzer
24 Frischdampfleitung
25 Niederdruck-Dampfleitung
26 Zwischenüberhitzer
27 Luftleitung
28 Teilstromkühler
29 Kühlleitung
30 erster Wärmeübertrager
130 zweiter Wärmeübertrager
31 erster Gas-Eintrittsstutzen
131 zweiter Gas-Eintrittsstutzen
32 erster Gas-Austrittsstutzen
132 zweiter Gas-Austrittsstutzen
33 erster eintrittsseitiger Flüssigkeits-Sammler
133 zweiter eintrittsseitiger Flüssigkeits-Sammler
34 erster austrittsseitiger Flüssigkeits-Sammler
134 zweiter austrittsseitiger Flüssigkeits-Sammler
35 Mantel
36 Rohrbündel
37 gerades Rohr
38 Rohrbogen
39 strömungsbegrenzende Wand, innere Kastenwand
40 Kasten
41 Kastenwand
42 Kastenwand
43 Strebe
44 Ringraum von 30
144 Ringraum von 130
45 Kompartiment
46 Hitzeschutzschild
47 Adapter
48 Druckausgleichsraum
49 horizontale Platte in 45
50 Kastenaustritt von 30
150 Kasteneintritt von 130
51 Dom von 30
151 Dom von 130
52 strömungsumlenkende Mittel in 44
53 ringförmiger Schutzschild um 34
54 Kappe
55 Zugangsöffnung
56 Anspeisung
57 Abzug

Claims

1. Konvektiver Gegenstromwärmeübertrager, im wesentlichen bestehend aus einem in einem zylindrischen Mantel (35) angeordneten, mit Rippenrohren (37) bestückten Rohrbün del (36), wobei die von der Flüssigkeit durchströmten Rohre eintrittsseitig und austrittsseitig mit je einem Sammler (33, 34) verbunden sind, welche den Mantel durchdringen-und wobei der Mantel mit je einem Gas- Eintrittsstutzen (31) und einem Gas-Austrittsstutzen (32) versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das aus einer Mehrzahl von geschichteten Rohren aufgebaute Rohrbündel (36) einen rechteckigen Quer schnitt aufweist und in einem rechteckigen Kasten (40) gelagert ist, welcher im wesentlichen aus vier äußeren Kastenwänden (41, 42) besteht, die im Mantel geführt sind und mit dem Mantel einen Ringraum (44) bilden,
daß die Rohre zwischen den beiden Sammlern eine geschlossene Rohrschlange bilden und in ihren geraden Teilen (37) mit aufgeschweißten Rippen versehen sind,
daß die die geraden Rohrteile verbindenden Rohrbögen (38) nicht mit Rippen versehen sind und beidseitig der geraden Rohrteile in Kompartimenten (45) untergebracht sind, welche nicht vom Gas durchströmt sind,
daß die Kompartimente (45) in Rohrlängsrichtung durch eine äußere (42) und ein innere Kastenwand (39) begrenzt sind und sich über die ganze Höhe des durchströmten Kastens (40) erstrecken,
daß der durchströmte Kasten (40) austrittsseitig (50) in einen vom Mantel (35) begrenzten Dom (51) mündet, und daß der Gas-Austrittsstutzen (32) an dem dem Dom (51) abgekehrten Ende des Ringraumes (44) im Mantel angeordnet ist.

2. Gegenstromwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrbündel (36) in seiner Längserstreckung in mehrere Teilbündel unterteilt ist, welche zwischen sich je einen Druckausgleichsraum (48) aufweisen.

3. Gegenstromwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas-Einstrittsstutzen (31) über ein Hitzeschutzschild (46) mit dem Mantel (35) verbunden ist.

4. Gegenstromwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem heißen Gasstrom ausge setzte Flüssigkeits-Austrittssammler (34) von einem Hitzeschutzschild (53) umgeben ist.

5. Gegenstromwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Kastenaustritts (50) im Ringraum (44) strömungsumlenkende Mittel (52) angeordnet sind.

6. Gegenstromwärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (35) in den Ebenen der Sammler (33, 34) mit durch Kappen (54) verschweißten Zugangsöffnungen (55) versehen ist.

7. Gegenstromwärmeübertrager nach Anspruch 1 in Serienan ordnung, bei welchem der Gas-Austrittsstutzen (32) und der eintrittsseitige Sammler (33) eines ersten Übertra gers (30) mit dem Gas-Eintrittsstutzen (131) beziehungs weise dem austrittsseitigen Sammler (134) eines zweiten Übertragers (130) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Gas-Austrittsstutzen (32) des ersten Über tragers (30) und der Gas-Eintrittsstutzen (131) des zweiten Übertragers (130) in einer gleichen Ebene befin den,
und daß der eintrittsseitige Sammler (33) des ersten Übertragers (30) und austrittsseitige Sammler (134) des zweiten Übertragers (130) als einteiliges durchgehendes Bauteil ausgebildet sind.

8. Gegenstromwärmeübertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anspeisung (56) des eintritts seitigen Sammlers (133) des zweiten Übertragers (130) und der Abzug (57) des austrittsseitigen Sammlers (34) des ersten Übertragers (30) zwischen den Mänteln (35, 135) der beiden Übertrager befinden und vorzugsweise in einer gleichen Ebene angeordnet sind, bei stehenden Apparaten vorzugsweise unterhalb der Verbindung vom Gas- Austrittsstutzen (32) des ersten Übertragers mit dem Gas-Eintrittsstutzen (131) des zweiten Übertragers.

9. Verwendung eines Gegenstromübertragers nach Anspruch 1 oder 7 in einem kombinierten Gas-Dampfturbinenprozeß mit Abhitzedampferzeugung, wobei der Gas-Eintrittsstut zen (31 mit dem Austritt eines Gasturbinen-Verdichters und der Gas-Austrittsstutzen (132) mit einer Kühlluft leitung (29) verbunden ist, und wobei die eintrittssei tigen und austrittsseitigen Sammler (133, 34) mit der Dampftrommel (16) eines Abhitzedampferzeugers (7) ver bunden sind.