DE967145C

DE967145C - Verfahren zum Betrieb dampfbeheizter Waermeaustauscher und Vorrichtungen dafuer

Info

Publication number: DE967145C
Application number: DEM24771A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Paul H Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1954-10-09
Filing date: 1954-10-09
Publication date: 1957-10-10

Description

Verfahren zum Betrieb dampfbeheizter Wärmeaustauscher

und Vorrichtungen dafür

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren

zum Betrieb dampfbeheizter Wärmetauscher zur

Erwärmung strömender Gase. Der Heizdampf

durchströmt dabei im Gegenstrom mehrere Reihen

paralleler Rohre, die außen von den zu erwärmen-

den Gasen umspült werden.

Neben Bier Blockkonstruktion ist es auch ge-

bräuchlich, die RohTreihen in einzelnen Gliedern,

z. B. im. jedem Giiede zwei Rohrxdhenn, unterzu-

bringen und von diesen Gliedfern je nach .der ge-

wünschten Erwärmung eine Anzahl hintereinander

anzuordnen. Die Abb. i zeigt eine -";eitenartsieht

eines isoldien ten fün gliedsigen Wärme-

tauscheTs ,nach Fortnahme der dem Beschauer zu.-

gekehrten Seitenwand. Der durch. das Rohr 2 ZU-

geführte Heizdampf verteilt sich auf die Dampf-

kammern 3 bis 7 und durchströmt dann die I-leiz-

rGhre q.8, welche außen von ,dem zu erwärmenden

Mittel bespült werden. Das sich aus denn Heizdampf

bildende Kondensat gelangt in -die Kondensat-

kammern 8 bis 12 und von dien zum Kondenisat-

abfluT3rohT 13. Alle fünf Glieder sind dennnarh

dampfseitig parallel geschaltet. Das zu, erwärmende

Mittel bespült die Rohre der. fünf Glieder nach-

einander, wobei sich, seine Temperatur ständig er-

höht.

Sind nun alle fünf Glieder untereinander gleich,

haben sie insbesendere gleich große Wärmeaus

tauschflächen, so kann für bestimmte Verhältnisse berechnet werden, um wieviel jedes Glied die Temperatur dies strömenden Mittels .steigern müßte, wenn der Wärmedurchgangswert K und die Dampftemperatur in- allen Gliedern gleich sein würde. Dabei ist zu berücksichtigen, daß das mittlere Temperaturgefälle von Glied zu Glied mit zu nehmender Temperatur des zu erwärmenden Mittels abnimmt. In Abb. 4 stellt die Kurve d das Ergebnis einer solchen Rechnung für einen fünfgliedrigen Wärmetauscher dar, der Luft von 3o° auf 17o° mit Heizdampf von 12- atü, also igo,6° Sättigungstemperatur, erwärmen soll. Im ersten Glied müßte die Temperatur von 30° auf 85°, im zweiten von 85' auf 121', im dritten von 1:21' auf 145', im vierten von 145° auf 16o,4° und im fünften von 16o,4° auf 17o° steigen.

Bei vielen vorgenommenen Versuchen wurde nun aber gefunden, daß, dieses nach der Rechnung zu erwartende Ergebnis durchaus (nicht eintritt. Im ersten Glied wird die errechnete Temperatur erreicht, im zweiten noch nahezu, dann aber bleibt die wirkliche Temperatursteigerung von Glied zu Glied immer mehr hinter der errechneten zurück, so daß in dem betrachteten Falle beispielsweise nur i 4o' als Höchsttemperatur des zu erwärmenden Mittels erreicht werden (Kurve b).
Als Ursache dieser überraschenden Erscheinung wurde schließlich gefunden, daß in die hinteren, d. h. von dem zu erwärmenden Mittel zuletzt bespülten Heizrohre entsprechend dem abnehmenden mittleren Temperaturgefälle weniger Dampf einströmt, im letzten Gliede am wenigsten. Dadurch wird der auf die in den Rohren sich blildende Kondensathaut vom strömenden Dampf ausgeübte Schub geringer, .die Kondensathaut fließt in 'den Rohren immer träger. Dadurch wird die Kondensatsohicht dicker. Dieses verringert den Wärmedurchgangswert K. Ist der Dampf etwas gashaltig (Luft unid Kohlensäure), so wird ihr Anteil im Dampf mit zunehmender Kondensation des Dampfes im Rohr immer größer. Dadurch sinkt bei gleichbleibender Gesamtspannung des Heizmittels die Dampfteilspannung immer mehr. Infolgedessen sinkt die Temperatur des Heizmittels und damit das mittlere Temperaturgefälle. Dieses wirkt natürlich um so stärker, je kleiner es schon an sich ist, wie es in den letzten Gliedern und ganz besonders im letzten .der Fall isst.
Auf Grund dieser Erkenntnis wurde der Wärmetauscher nach der Erfindung entwickelt. In dem neuen Wärmetauscher wird in bekannter Weise der Heizdampf so- geführt, daß er zunächst die von bereits vorgewärmten Gasen umspülten Rohrreihen durchströmt und dann nach Abscheidung des in diesen Rohren gebildeten Kondensats erfindungsgemäß mit praktisch unverminderter Spannung dem Eintrittsende der von den zu erwärmenden Gasen zuerst umspülten Rohrreihen zugeführt wird.
Hierdurch wird erreicht, daß auch in den vom Strom des zu erwärmenden Mittels zuletzt getroffenen Rohren, in denen nur wenig Dampf kondensiert wird, ein lebhafter Dampfstrom herrscht, weil. auch der Dampf hindurch muß, der hinterher :dien ersten Gliedern zugeführt wird. DaduToh wird der Schub des Dampfes auf die Kondensathaut auch in den letzten Gliedern bzw. letzten Rohrreihen groß, und: :ein etwaiger Gasgehalt des Dampfes kann :sich nicht nachteilig geltend machen, da sein Anteil an der strömenden Dampfmenge noch gering ist.
Dabei ist die Dampfspannung und damit auch die Dampftemperatur beim Eintritt des Dampfes in den zweiten Dampfweg noch praktisch die gleiche wie beim Eintritt in den ersten Dampfweg, weil der Spannungsabfall im ersten Dampfweg wegen der erheblichen Zahl parallel geschalteter Rohre und wegen der reichlichen Querschnitte der Überführungsleitung zum zweiten Dampfweg belanglos klein ist.
In dieser Beziehung unterscheidet sich der Anmeldungsgegenstand vorteilhaft von einer bekannten Ausführung mit hintereinandergeschalteten Teilwärmeaustaüschern, von denen wie beim Wärmetauscher nach der Erfindung der im Strom des zu erwärmenden Mittels nachgeschaltete Teil des Wärmetauschers von dem frisch eintretenden Dampf und der Teil des Wärmetauschers, in den das zu erwärmende Mittel eintritt, mit dem abströmenden Dampf beheizt wird. Um die Temperatur des austretenden Kondensats möglichst niedrig zu halten, wird bei der bekannten Ausführung der von dem erstgenannten Teilwärmetauscher zum anderen Teilwärmetauscher strömende Dampf herabgedrosselt. Diese Drosselung hat auch eine Temperaturabnahme des Heizdampfes und damit eine Abnahme des Temperaturgefälles zur Folge, welche der mit der Erfindung angestrebten Einschränkung der Wärmeaustauschflächen entgegenwirkt.
Die Abb. 2 und 3 der Zeichnung zeigen als Beispiele Wärmetauscher für das Verfahren. Bei der Ausführung nach Abb. 2 verteilt sich der durch das Rohr 14 zugeführte Dampf auf die Dampfkammern 15, 16, 17 .der letzten drei Glieder. Aus ihnen strömt der Dampf durch die Heizrohre in die Kammern 18, i g, 2o. Dampf und das in den Heizrohren der letzten drei Glieder gebildete Kondensat gelangen dann in die Abscheidekammer 21. Aus ihr strömt der von dem Kondensat befreite Dampf durch das Überführungsrohr 22 in den Dampfverteiler 23 und aus diesem in die Dampfkammern 24 und 25 der ersten beiden Glieder. Von hier gelangt der Dampf als Heizmittel in die Rohre .dex ersten beiden Glieder und das sich in ihnen bildende Kondensat in die Kondensatkammern 26 und 27, von wo :es durch die Rohre 28, 29 und 3o dem Kondensatableiter zugeführt, wird. Außerdem wird dem Rohr 3o das Kondensat aus dem Kondensatabscheidler 21, wenn es nicht durch einen besonderen Kondensatableiter abgeführt wird, durch die Rohrschleife 31 (Siphonrohr) zugeführt, um mit dem Kondensat der ersten beiden Glieder dem Kondensatableiter zuzuströmen. Eine selche nach unten geführte Rohrschleife 31 ist nötig, um zu verhindern, daß auch Dampf aus dem Kondensatabscheider 2 1 durch das Rohr 3 0 zu den ersten beiden Gliedern von unten übertritt, was den Dampfstrom in diesen Gliedern stören würde. Ein solcher übertritt würde ohne die Rohrschleife 31 eintreten, weil die Dampfspannung im Kondensatabscheider 21 um den geringfügigen Widerstand des Dampfes in den Rohren der ersten beiden Glieder höher ist, als die Spannung in den Kondensatkammern 26 und 27.
Abb. 3 zeigt das gleiche wie Abb. 2 für eine Blockkonstruktion. Die obere Dampfkammer ist durch die Zwischenwand 3¢ in die beiden Teilkammern 33 und 32 aufgeteilt. Der Heizdampf gelangt zuerst in die Kammer 32 und von dieser durch die Heizrohre der letzten Rohrreihen in die Kondensatabscheidekammer 35. Auis dieser tritt der Dampf durch das überströmrahr 36 in die Kammer 33, aus der die vorderen Rohrreihen den Heizdampf erhalten. Das in ihnen gebildete Kondensat gelangt in die Kondensatkammer 37, aufs der es durch das Rohr 38 zuni Kondensatableiter strömt, zusammen mit dem Kondensat der Kammer 35, das durch die Rßhrschleife 39 in die Kammer 37 gelangt, falls das Kondensat aus der Abscheidekammer 3 5 nicht unmittelbar einem besonderen Kondensatableiter zugeführt wird.
Die Rohre der Wärmetauscher können Glatt-oder Rippenrohre sein. Auch bei der Darstellung der Wärmetauscher nach Abb. 2 und 3 sind die dem Beschauer der Zeichnung zugekehrten Seitenwände fortgenommen gedacht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betrieb dampfbeheizter Wärmetauscher zur Erwärmung strömender Gase, bei welchem der frisch eintretende Heizdampf zuerst die vom austretenden Heizdampf vorgewärmten Gase erwärmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdampf nach Beheizung von von bereits vorgewärmten Gasen umspülten Rohrreihen und nach Abscheidung des in diesen Rohren gebildeten Kondensats mit praktisch unverminderter Spannung den von den zu erwärmenden Gasen zuerst umspülten Rohrreihen zugeführt wird.
2. Wärmetauschxir mit mehreren in Stromrichtung des zu erwärmenden Mittels hintereinander angeordneten Reihen paralleler, dampfdurdtströmter Rohre für das Verfahren nach Ansprach i, dadurch gekennzeichnet, daß. mindestens eine Dampfverteilungskammer, aus der die hinteren Rohrreihen den Heizdampf erhalten und mindestens 'eine Dampf- und Kondensatsammelkammer vorgesehen ist, in welche aus diesen Rohrreihen austretender Dampf und das in ihnen gebildete Kondensat ungedrosselt gelangen und daß für diesen unter praktisch unvermindertem Druck stehenden Dampf eine Überführungsleitung zu mindestens einer Dampfverteilungskammer der vorderen Rohrreihen vorhanden ist, welche in eine Kondensatsammelkammer mündet.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da@ß jede der beiden Kondten satsammelkammern mit einem Kondensatableiter versehen ist. q.. Wärmetauscher ,nach Anspruch 2, daduTch gekennzeichnet, daß nur eine Kondensatsammelkammer, im besonderen die des zuletzt vom Dampf durchströmten Rohrbündels mit einem Kondensatableiter versehen ist, während für den. Übertritt des Kondenisats der anderen Kondensatsammelkammer zu der mit dem Komdensatableiter verbundenen eine Rohrschleife (Siphonrohr) vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 513a87.