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PATENTANSPRÜCHE
1. Rohrelement für in einem von insbesondere stark staubhaltigen Gasen durchströmten Gaszug eines Wärmetauschers angeordnete Heizflächengruppen, mit im wesentlichen lotrechten, zwischen je einem schwach geneigten oder horizontalen Verteiler- (8) und Sammelrohr (9) eingesetzten Rohren (7), wobei das Verteiler- bzw. das Sammelrohr über elastische Verbindungsrohre (10, 11) an einen Hauptverteiler (12, 12') und an einen Hauptsammler (13, 13') angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Verbindungsrohre (10, 11) aus der Ebene des Rohrelements herausgebogen sind, derart dass diese ausserhalb dieser Ebene an den Hauptverteiler (12, 12') bzw. -sammler (13, 13') anschliessbar sind.
2. Rohrelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsrohre (10, 11) rechtwinklig zur Ebene des Rohrelements verlaufen derart, dass sie an einen Hauptverteiler (12) bzw. Hauptsammler (13) anschliessbar sind, die parallel zur Rohrelementebene liegen.
3. Rohrelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsrohre (10, 11) schiefwinklig zur Ebene des Rohrelements verlaufen derart, dass sie an einen Hauptverteiler (12') bzw. Hauptsammler (13') anschliessbar sind, die rechtwinklig zur Rohrelementebene liegen.
4. Rohrelement nach einem der Ansprüch e 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Verbindungsrohre (10, 11) rechtwinklig an das Verteiler (8) und an das Sammlerrohr (9) angeschlossen sind, und dass der in der Rohrelementebene verlaufende Abschnitt der elastischen Verbindungsrohre um ein Mehrfaches kleiner ist als der aus der Rohrelementebene her ausgebogene Abschnitt der Verbindungsrohre, der zum Hauptverteiler (12, 12') bzw. -sammler (13, 13') führt.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Rohrelement für in einem von insbesondere stark staubhaltigen Gasen durchströmten Gaszug eines Wärmetauschers angeordnete Heizflächengruppen, mit im wesentlichen lotrechten, zwischen je einem schwach geneigten oder horizontalen Verteiler- und Sammelrohr eingesetzten Rohren, wobei das Verteiler- bzw. das Sammelrohr über elastische Verbindungsrohre an einen Hauptverteiler bzw. einen Hauptsammler angeschlossen sind.
Bei Wärmetauschern, die der Ausnutzung der Wärme von Gasen dienen, die Feststoffe mit sich führen, ist eine Reinigung der Wärmetauschflächen während des Betriebes notwendig.
Hierzu werden häufig Schlag- oder Rüttelvorrichtungen eingesetzt, mit deren Hilfe die Rohrelemente in Schwingungen versetzt werden, um an den Rohren anhaftende Ablagerungen zum Abfallen zu bringen. Sollen derartige Vorrichtungen wirksam sien, ist es notwendig, den Rohrelementen eine gewisse Bewegungsfreiheit zu geben.
Bekannte Rohrelemente bestehen deshalb aus schlangenförmig hin- und hergeführten Rohren, die an ihren oberen Umkehrbogen aufgehängt sind, während die unteren Enden frei schwingen können. Beispiele hierfür geben die folgenden Schriften: US-PS 2 183 496, DT-OS 2 036 061, BE-PS 588 672, DT-GM 7 035 269. Solche Rohrelemente können entweder als Überhitzer dienen oder sie müssen vom wärmeaufnehmenden Medium im Zwanglauf durchströmt sein. Bei Natur- oder Schwerkraftumlauf des wärmeaufnehmenden Mediums sind Rohrelemente mit abwärts durchströmten Strecken aber nicht zu verwenden.
Um Naturumlauf-Wärmetauscher auch für die Ausnutzung von stark staubhaltigen Gasen einsetzen zu können, hat man die Rohrelemente aus Fieldrohren gefertigt, deren obere Enden starr in Sammelkammern befestigt wurden, während die unteren Enden beweglich blieben, um die Fieldrohre in Rüttelschwingungen versetzen zu können (DT GM 1 656 591).
Bevorzugterweise werden bei Naturumlauf-Wärmetauschern jedoch Rohrelemente mit möglichst geraden Rohren, die an einen unteren Verteiler und oberen Sammler angeschlossen sind, verwendet, da diese z.B. hinsichtlich des Arbeitsmittelumlaufs und der Herstellung Vorteile bieten. Ein Rohrelement dieser Gattung zeigt beispielsweise die DT-PS 1 231 257. Wollte man ein solches Rohrelement in einem Wärmetauscher verwenden, dessen Heizgase Feststoffe mit sich führen, die sich an den Rohren des Elements festsetzen, so müsste man auf andere, aufwendigere Reinigungsverfahren als das Rütteln übergehen, da dieses Rohrelement zu starr ist, als dass es in wirkungsvolle Schwingungen ohne Beschädigungen versetzt werden könnte.
Bei einem Rohrelement der eingangs genannten Gattung (DT-GM 73 42 927) liegen die elastischen Verbindungsrohre in der Ebene des Rohrelements. Dies ist nachteilig, da, um eine ausreichende Elastizität sicherzustellen, diese Verbindungsrohre eine gewisse Mindestlänge haben müssen. Insofern ist der Raumbedarf in der Höhe recht gross, der zusätzliche Raum bleibt aber ungenutzt, da er gegen eine Gasdurchströmung blockiert werden muss, um den Gasen den Weg durch die Rohrelemente aufzuzwingen. Ein weiterer Nachteil der Anordnung der elastischen Verbindungsrohre in der Ebene der Rohrelemente liegt darin, dass die Verbindungsrohre nahe dem einen Ende der Rohrelementverteiler bzw. -sammler angeschlossen sind, was die Auskleidung der Gaszugseitenwände mit Kühlrohren erschwert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rohrelement aus im wesentlichen lotrechten, zwischen je einem schwach geneigten oder horizontalen Verteiler- bzw. Sammelrohr eingesetzten Rohren, bei dem das Verteiler- bzw. Sammelrohr über elastische Verbindungsrohre an einen Hauptverteiler bzw. Hauptsammler angeschlossen sind, zu schaffen, das durch Rüttel- oder Schlagvorrichtungen in Schwingungen versetzt werden kann, um am Rohrelement haftende Ablagerungen zum Abfallen zu bringen, bei dem der vom Rohrelement im Gaszug beanspruchte Raum auch voll für die Gasströmung zur Verfügung steht und das den Aufbau bzw. die Anordnung weiterer Konstruktionselemente des Wärmetauschers nicht behindert oder erschwert.
Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einem gattungsgemässen Rohrelement dadurch erreicht, dass die elastischen Verbindungsrohre aus der Ebene des Rohrelements herausgebogen sind, derart dass diese ausserhalb dieser Ebene an den Hauptverteiler bzw. -sammler anschliessbar sind.
Die gestellte Aufgabe wird damit gelöst, wie der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Neuerung, aus der weitere wesentliche Vorteile für den Fachmann erkennbar werden, zu entnehmen ist.
Fig. 1 ist ein lotrechter Längsschnitt durch einen Wärmetauscher (Naturumlauf-Dampferzeuger hinter einer Müllverbrennungsanlage).
Fig. 2 zeigt den Schnitt nach der Linie II-II in der Fig. 1, das heisst durch einen Gaszug, in dem Rohrelemente gemäss der Erfindung angeordnet sind.
Fig. 3 zeigt schematisch ein Rohrelement nach dem Stand der Technik (DT-GM 73 42 927).
Fig. 4 stellt einen lotrechten Teillängsschnitt durch den Gaszug des Wärmetauschers von Fig. 1 mit in diesem Gaszug angeordneten Rohrelementen gemäss der Erfindung dar.
Fig. 5 ist der lotrechte Querschnitt durch den Gaszug nach der Linie V-V in der Fig. 4.
Fig. 6 zeigt den Schnitt nach der Linie VI-VI in der Fig. 4.
Fig. 7 und 8 sind zu Fig. 6 ähnliche Darstellungen abgewandelter Ausführungsformen für den Gegenstand der Erfindung.
Der Dampferzeuger, in dessen Strahlungsraum 1 die bei der Verbrennung von Müll entstehenden Heizgase in Pfeilrichtung A eintreten und der mit einer im Raum 2 untergebrachten Stützfeuerung (Öl, Gas) versehen sein kann, hat einen an den
Strahlungsraum 1 anschliessenden, in Pfeilrichtung B durchströmten Gaszug 3. Unmittelbar an den Strahlungsraum 1 anschliessend sind im Gaszug 3 Überhitzerflächen 4 angeordnet, die aus schlangenförmig hin- und hergeführten Rohren bestehen und in bekannter Weise rüttelbar angeordnet sein können, um von den bekanntlich stark staubhaltigen Heizgasen herrührende Ablagerungen an den Überhitzerrohren zum Abfallen zu bringen.
Im an den Überhitzer 4 anschliessenden Teil des Gaszuges 3 sind Verdampferheizflächen 5 untergebracht. Diese bestehen aus einzelnen Rohrelementen 6.
Jedes Rohrelement 6 ist aus lotrechten Rohren 7 (Fig. 4 und 5), einem für diese als Verteiler bzw. als Sammler dienenden Rohr 8 bzw. 9 und aus Verbindungsrohren 10 bzw. 11 zum Hauptverteiler 12 bzw. Hauptsammler 13 gebildet.
Die Hauptverteiler 12 sind an Längsverteiler 12' angeschlossen, die über Fallrohre 14 Wasser von der Dampfabscheidetrommel 15 erhalten, der über die Längssammler 13' bzw.
über Überhub- oder Überströmrohre Dampf-Wassergemisch bzw. Dampf zugeführt wird. Ferner stehen mit den Längsverteilern 12' Rücklaufrohre 16 in Verbindung, die in oberen Sammlern vorabgeschiedenes Wasser unter Umgehung der Dampfabscheidetrommel 15 unmittelbar abführen.
Bei dem Rohrelement nach dem Stand der Technik, das in Fig. 3 dargestellt ist, liegen die durch entsprechende Länge der Verbindungsrohre 10a bzw. 11 a sichergestellten, biegeelastischen Verbindungen in der Ebene der lotrechten Rohre 7a und ihres Verteilers 8a bzw. Sammlers 9a. Ein Vergleich mit den Fig. 4 und 5 zeigt, dass bei gleichem Abstand zwischen den Längsverteilern 12' bzw. 12a und den Längssammlern 13' bzw.
13a sehr viel weniger an Heizfläche im vorgegebenen Raum mit einer Ausbildung nach Fig. 3 unterzubringen ist gegenüber der Ausbildung nach Fig. 4 und 5 (Ausbildung gemäss der Erfindung). Umgekehrt können die freien Räume unterhalb des Verteilers 8a und oberhalb des Sammlers 9a bei einer Ausbildung gemäss der Erfindung entfallen, d.h. die Höhe des Gaszuges kann geringer werden.
Dies wird erreicht, indem, wie Fig. 4 zeigt, die elastischen Zuleitungen 10 zu den Verteilern 8 der Rohrelemente und die elastischen Ableitungen 11 von den Sammlern 9 dieser Elemente aus der Ebene der lotrechten Rohre 7 und der zugehörigen Verteiler sowie Sammler 8 bzw. 9 herausgebogen und ausserhalb dieser Ebene mit dem Hauptverteiler 12 sowie -sammler 13 verbunden werden.
Da die elastischen Verbindungen 10 und 11 an irgendeiner Stelle der Verteiler 8 bzw. Sammler 9 angeschlossen werden können, können die Seitenwandrohre 17 des Gaszuges senkrecht an die Längsverteiler 12' bzw. -sammler 13' angeschlossen werden, was bei der Ausführung nach Fig. 3 nicht möglich ist.
Wie in Fig. 5 zeigt, greift eine Schlagvorrichtung 18, die hier nur schematisch angedeutet ist und irgendeine bekannte Ausbildung haben kann, an den Verteilern 8 an, um die Rohrelemente in Schwingungen zu versetzen.
Die Hauptverteiler 12 und -sammler 13 sind arbeitsmittelseitig mit den Längsverteilern 12' und -sammlern 13' verbunden (vgl. Fig. 4-6). Hierbei sind mehrere Rohrelemente an den gleichen Hauptverteiler und -sammler arbeitsmittelseitig angeschlossen, weshalb die elastischen Verbindungen 10 bzw. 11 unterschiedlich lang sein müssen. Dies kann vermieden werden, wenn, wie die Fig. 7 und 8 zeigen, die elastischen unteren Verbindungen 10 (und natürlich auch die nicht sichtbaren oberen Verbindungen 11) unmittelbar an die Längsverteiler 12' (und Längssammler 13') angeschlossen werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 sind somit alle Rohrelemente vollkommen gleich, bei der Ausführungsform nach Fig. 8 sind zwei Rohrelementtypen mit links- und rechtsseitig abgewinkelten Verbindungen 10 (bzw. 11) vorgesehen.
Diese beiden Ausführungsformen (Fig. 7 und 8) ergeben fertigungstechnisch Vorteile.
Die beschriebene Ausbildung gestattet es, die Verbindungsrohre 10 im Vergleich zu bekannten Ausführungen (Fig. 3) länger und damit elastischer auszugestalten sowie die Querschnittsfläche des Gaszuges besser auszunutzen.
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PATENT CLAIMS
1. Pipe element for heating surface groups arranged in a gas train of a heat exchanger, in particular through which gas with a high dust content flows, with essentially vertical pipes (7) inserted between a weakly inclined or horizontal manifold (8) and manifold (9), the manifold or the manifold are connected via elastic connecting pipes (10, 11) to a main distributor (12, 12 ') and to a main collector (13, 13'), characterized in that the elastic connecting pipes (10, 11) from the plane of the Pipe elements are bent out in such a way that they can be connected to the main distributor (12, 12 ') or header (13, 13') outside this level.
2. Pipe elements according to claim 1, characterized in that the connecting pipes (10, 11) run at right angles to the plane of the pipe element such that they can be connected to a main distributor (12) or main collector (13) which are parallel to the pipe element plane.
3. Pipe element according to claim 1, characterized in that the connecting pipes (10, 11) run at an oblique angle to the plane of the pipe element such that they can be connected to a main distributor (12 ') or main collector (13') which are perpendicular to the pipe element plane .
4. Pipe element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the elastic connecting pipes (10, 11) are connected at right angles to the distributor (8) and to the collector pipe (9), and that the section running in the pipe element plane elastic connecting pipes is several times smaller than the section of the connecting pipes bent out from the pipe element plane, which leads to the main distributor (12, 12 ') or header (13, 13').
The invention relates to a tubular element for heating surface groups arranged in a gas train of a heat exchanger, in particular through which gas with a high dust content flows, with essentially vertical pipes inserted between a weakly inclined or horizontal distributor and collector pipe, the distributor pipe or the collector pipe above elastic connecting pipes are connected to a main distributor or a main collector.
In the case of heat exchangers which use the heat of gases which carry solids with them, the heat exchange surfaces must be cleaned during operation.
Impact or vibrating devices are often used for this purpose, with the aid of which the tube elements are set in vibration in order to bring deposits adhering to the tubes to fall off. If such devices are to be effective, it is necessary to give the tubular elements a certain freedom of movement.
Known pipe elements therefore consist of serpentine pipes that are suspended on their upper reversing bends, while the lower ends can swing freely. Examples of this are given in the following documents: US Pat. No. 2,183,496, DT-OS 2,036,061, BE-PS 588,672, DT-GM 7,035,269. Such tubular elements can either serve as superheaters or they must be flowed through by the heat-absorbing medium in forced operation be. In the case of natural or gravitational circulation of the heat-absorbing medium, tubular elements with downward-flowing sections are not to be used.
In order to be able to use natural circulation heat exchangers for the utilization of gases with a high dust content, the pipe elements were made from field pipes, the upper ends of which were rigidly fastened in collecting chambers, while the lower ends remained movable so that the field pipes could vibrate (DT GM 1 656 591).
However, pipe elements with pipes that are as straight as possible and that are connected to a lower distributor and upper header are preferably used in natural circulation heat exchangers, since these e.g. offer advantages in terms of work equipment circulation and production. A tube element of this type is shown, for example, in DT-PS 1 231 257.If you wanted to use such a tube element in a heat exchanger, the heating gases of which carry solids that adhere to the tubes of the element, then you would have to use other, more complex cleaning methods than that Skip shaking as this pipe element is too rigid to be set into effective vibrations without damage.
In the case of a pipe element of the type mentioned at the beginning (DT-GM 73 42 927), the elastic connecting pipes lie in the plane of the pipe element. This is disadvantageous because, in order to ensure sufficient elasticity, these connecting pipes must have a certain minimum length. In this respect, the space requirement is quite large in height, but the additional space remains unused because it has to be blocked against gas flow in order to force the gases through the pipe elements. Another disadvantage of the arrangement of the elastic connecting pipes in the plane of the pipe elements is that the connecting pipes are connected near one end of the pipe element distributor or collector, which makes it more difficult to line the gas-side walls with cooling pipes.
The invention has for its object to a pipe element from substantially perpendicular, inserted between a weakly inclined or horizontal manifold or manifold, in which the manifold or manifold are connected to a main manifold or main manifold via elastic connecting pipes create that can be set in motion by vibrators or impact devices in order to cause deposits adhering to the tubular element to fall off, in which the space occupied by the tubular element in the gas train is also fully available for the gas flow and that the structure or arrangement of others Construction elements of the heat exchanger are not hindered or made difficult.
This object is achieved in the case of a generic tubular element in that the elastic connecting tubes are bent out of the plane of the tubular element such that they can be connected to the main distributor or header outside this level.
The object is thus achieved, as can be seen from the following description of exemplary embodiments of the subject matter of the innovation, from which further essential advantages for the person skilled in the art can be seen.
Fig. 1 is a vertical longitudinal section through a heat exchanger (natural circulation steam generator behind a waste incineration plant).
Fig. 2 shows the section along the line II-II in Fig. 1, that is, through a throttle cable in which pipe elements are arranged according to the invention.
Fig. 3 shows schematically a tubular element according to the prior art (DT-GM 73 42 927).
FIG. 4 shows a vertical partial longitudinal section through the gas duct of the heat exchanger from FIG. 1 with pipe elements arranged in this gas duct according to the invention.
FIG. 5 is the vertical cross section through the throttle cable along the line V-V in FIG. 4.
Fig. 6 shows the section along the line VI-VI in Fig. 4th
FIGS. 7 and 8 are representations, similar to FIG. 6, of modified embodiments for the subject of the invention.
The steam generator, in whose radiation chamber 1 the heating gases arising during the combustion of waste enter in the direction of arrow A and which can be provided with auxiliary firing (oil, gas) accommodated in chamber 2, has one to the
Radiation chamber 1 adjoining gas flow 3 flowing through in direction of arrow B. Immediately adjoining radiation chamber 1, superheater surfaces 4 are arranged in gas train 3, which consist of serpentine pipes which can be shaken back and forth and can be arranged in a known manner to be shaken in order to avoid the well-known hot gases containing dust to cause any deposits on the superheater pipes to fall off.
Evaporator heating surfaces 5 are accommodated in the part of the gas flue 3 adjoining the superheater 4. These consist of individual tubular elements 6.
Each pipe element 6 is formed from vertical pipes 7 (FIGS. 4 and 5), a pipe 8 or 9 serving as a distributor or collector for this and from connecting pipes 10 or 11 to the main distributor 12 or main collector 13.
The main distributors 12 are connected to longitudinal distributors 12 ', which receive water from the steam separating drum 15 via down pipes 14, which via the longitudinal collectors 13' or
Steam-water mixture or steam is supplied via overflow or overflow pipes. Furthermore, return pipes 16 are connected to the longitudinal distributors 12 ′, which drain water which has previously separated in the upper collectors bypassing the steam separating drum 15.
In the case of the tube element according to the prior art, which is shown in FIG. 3, the flexible connections secured by the appropriate length of the connecting tubes 10a or 11a lie in the plane of the vertical tubes 7a and their distributor 8a or collector 9a. A comparison with FIGS. 4 and 5 shows that with the same distance between the longitudinal distributors 12 'or 12a and the longitudinal collectors 13' or
13 a much less heating surface in the given space with an embodiment according to FIG. 3 can be accommodated compared to the embodiment according to FIGS. 4 and 5 (embodiment according to the invention). Conversely, the free spaces below the distributor 8a and above the collector 9a can be eliminated in a design according to the invention, i.e. the throttle cable height may decrease.
This is achieved by, as FIG. 4 shows, the elastic feed lines 10 to the manifolds 8 of the tubular elements and the elastic drains 11 from the collectors 9 of these elements from the plane of the vertical pipes 7 and the associated manifolds and collectors 8 and 9 bent out and connected to the main distributor 12 and collector 13 outside this level.
Since the elastic connections 10 and 11 can be connected at any point to the distributor 8 or collector 9, the side wall tubes 17 of the throttle cable can be connected vertically to the longitudinal distributor 12 'or collector 13', which is the case with the embodiment according to FIG. 3 not possible.
As shown in FIG. 5, an impact device 18, which is only indicated schematically here and may have any known design, acts on the distributors 8 in order to set the tubular elements in vibration.
The main distributors 12 and collectors 13 are connected on the working medium side to the longitudinal distributors 12 'and collectors 13' (cf. FIGS. 4-6). Here, several pipe elements are connected to the same main distributor and collector on the working medium side, which is why the elastic connections 10 and 11 must have different lengths. This can be avoided if, as shown in FIGS. 7 and 8, the elastic lower connections 10 (and of course also the invisible upper connections 11) are connected directly to the longitudinal distributors 12 '(and longitudinal collectors 13'). In the embodiment according to FIG. 7, all the tubular elements are thus completely identical; in the embodiment according to FIG. 8, two types of tubular elements are provided with connections 10 (or 11) angled on the left and right sides.
These two embodiments (FIGS. 7 and 8) result in advantages in terms of production technology.
The design described makes it possible to make the connecting pipes 10 longer and thus more elastic than known designs (FIG. 3) and to make better use of the cross-sectional area of the throttle cable.