DE1109724B

DE1109724B - Von staubhaltigen Gasen durchstroemter Roehrenwaermetauscher

Info

Publication number: DE1109724B
Application number: DEM38686A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Hess
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1958-08-19
Filing date: 1958-08-19
Publication date: 1961-06-29
Also published as: BE580245A

Description

Von staubhaltigen Gasen durchströmter Röhrenwärmetauscher annähernd mit der Länge der hydrodynamischen Anlaufstärke übereinstimmt, die sich nach den bekannten Gesetzen der Strömungslehre berechnen läßt.
Die oben geschilderten Mängel lassen sich daher erfindungsgemäß dadurch vermeiden, daß auf dem den anströmenden Gasen zugekehrten Ende jedes der Rauchrohre kurze, leicht auswechselbare Rohrstücke von der gleichen lichten Weite konzentrisch aufgesetzt werden, die aber im Gegensatz zu den Einsatzrohren der bekannten Wärmeaustauscher nicht wesentlich in das Innere des Rauchrohres hineinzuragen brauchen, dafür aber über dessen Enden nach vom vorstehen. Auch ist erfindungsgemäß ün Gegensatz zu den bekannten Wärmeaustauschem ein solcher Einsatz nur auf der Gaseintrittsseite, nicht aber auf der Austrittsseite notwendig.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird in jedem Fall eine wesentliche Herabminderung der Erosion erreicht. Das Optimum der Erosionsminderung wird jedoch erzielt, wenn man die Länge der Rohrstücke so wählt, daß sie der Länge der durch die Gesetze der Strömungslehre gegebenen hydrodynamischen Anlaufstrecke entspricht.
In der schematischen Abbildung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. Sie zeigt einen Teil der Rauchgasrohre, der Rohrböden, die den Kühltnittelraum nach beiden Seiten hin abschließen und einen Teil der Rauchrohre in dem nur im Umriß angedeuteten liegenden Abhitzekessel.
In der Abb. 1 ist 1 ein Rohrboden, der den das' anströmende Gas verteilenden Raum 4 von einem Wasserraum 3 trennt. Ein Rohrboden 2 schließt den Wasserraum 3 von einem das abströmende Gas auffangenden Raum 5 ab. Rohre 6 führen heißes Rauchgas in Pfeilrichtung durch den Abhitzekessel 8 zwecks Aufheizung des in dem Wasserraum 3 befindlichen An Wärmetauschem, Rauchrohrkesseln, Abhitzekesseln u. dgl., bei denen alle oder ein Teil der das Heizmittel führenden Rohre von staubhaltigen Gasen durchzogen werden, treten in der Regel starke Verschleißerscheinungen an diesen Rauchrohren auf. In besonders starkem Maße tritt dies in Erscheinung, wo heißes, staubhaltiges Gas durch verhältnismäßig enge, aber lange Rohre strömt, die außen von Dampf, Wasser, Luft oder ähnlichen wärmeaufnehmenden Mitteln gekühlt werden. Diese Erscheinung ist z. B. bei Rauchrohrkesseln sehr unangenehm, weil hierdurch leicht die Mindestwandstärke unterschritten werden kann und dann Rohrriß eintritt.
Es ist bereits bekannt, Wärmeaustauscherrohre gegen den chemischen Angriff von Flüssigkeiten dadurch zu schützen, daß in das Austauscherrohr am Eintritts- und Austrittsende je ein verhältnismäßig kurzes Einsatzrohr aus chemisch widerstandsfähigem Material, wie einem linearen Polyamidharz, zu schützen. Diese Maßnahme verringert auch die Turbulenz innerhalb des Austauscherrohres etwas, wenn das innere Ende des Einsatzrohres keilförmig abgeschrägt wird. Diese bekannten Einsatzrohre ragen nicht über das zu schützende Austauschrohr hinaus, sondern umhüllen dieses nur auf der Innenseite und auch auf dem kurzen Stück der Außenseite, die, wie bei Wärineaustauschem üblich, etwas über den Rohrboden vorstehen. Ein Schutz gegen die Erosion durch staubhaltige Gase ist aber auf diese Weise nur in beschränktem Umfang möglich, weil die Turbulenz insbesondere gasförmiger Medien innerhalb des Austauscherrohres dadurch, wenn überhaupt, nur unwesentlich vermindert wird, so daß die Erosion praktisch nur vom Austauscherrohr auf das Einsatzrohr verlagert wird.
Es wurde nun gefunden, daß die Abnutzung der Rohrwände durch das staubhaltige Gas sich nicht über die ganze Rohrlänge gleichmäßig verteilt, sondem am Eintrittsende des Gases am stärksten ist und dann gegen den Gasaustritt hin abnimmt, in vielen Fällen dort sogar ganz verschwindet. Offenbar ist dies darauf zurückzuführen, daß unmittelbar nach dem Eintritt des Gases in ein solches Rohr infolge der Anlaufwirbel starke Querbewegungen in der Strömung ausgelöst werden. Dadurch treffen die mitgeführten Staubteilchen mit voller Kraft auf die Rohrwände und schleifen diese in Abhängigkeit von Korngröße, Härte, Geschwindigkeit, Temperatur usw. mehr oder weniger stark ab.
Es wurde weiter gefunden, daß die stärkste Erosion auf der Eintrittsseite der staubhaltigen Gase auftritt, und zwar innerhalb einer Zone, deren Länge Wassers. 7 sind erfindungsgemäß angebrachte, im vorliegenden Fall durch punktweises Anschweißen leicht lösbar mit den Rohren6 verbundene, in den Gasverteiler ragende Rohrstücke. Nachdem das Gas in diesen Rohrstücken 7 eine im wesentlichen beruhigte turbulente Strömungsrichtung erhalten hat, fährt es den darin enthaltenen Staub durch die Rohre 6 an den Rohrwandungen vorbei, so daß eine wesentliche Erosion nicht mehr auftritt.
Die Erfindung ist selbstverständlich in ihrer Anwendung nicht auf liegende Wärineaustauscher oder auf die dargestellte Kesselart beschränkt, sondern auf alle Bauweisen von Rauchrohrkesseln und ähnlichen Wärineaustauschern anwendbar, wobei die Rauchrohre auch geneigt oder senkrecht angeordnet sein können. Die leicht lösbare Verbindung kann auch, falls die sonstigen Betriebsverhältnisse es erlauben, durch einfaches Aufstecken auf oder Einstecken in ein an den Rohren 6 oder am Rohrboden 1 angebrachtes kürzeres Rohrstück entsprechender Weite oder auf sonstige geeignete Weise hergestellt werden.
Durch die Maßnahmen der Erfindung wird die Erosion fast vollständig in die leicht auswechselbaren Rohrstücke verlegt und dadurch die Lebensdauer der Rauchrohre derart erhöht, daß demgegenüber die durch Abnahme der Wärmeübergangszahlen und Länge der zusätzlichen Rohrstücke erforderliche Vergrößerung der Abmessungen des Abhitzekessels bzw. Wärmeaustauschers nicht ins Gewicht fällt. Außerdem werden die Stillstandszeiten im Betrieb der Kessel erheblich verringert, da die Kontrolle der Rauchrohre auf Mindestwandstärke in weitem Ausmaß entfallen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Von staubhaltigen Gasen, wie z. B. Rauchgasen, durchströmter Röhrenwärmetauscher, z.B. Abhitzekessel, dadurch gekennzeichnet, daß auf die dem anströmenden Gas zugekehrten Enden der von den staubhaltigen Gasen durchströmten Rohre, z. B. Rauchrohre, kurze, leicht auswechselbare Rohrstücke von der gleichen lichten Weite wie die gasdurchströmten Rohre konzentrisch aufgesetzt sind.
2. Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der aufgesetzten Rohrstücke etwa der ränge der hydrodynamischen Anlaufstrecke entspricht. In Betracht gezogene Druckschriften: österreichische Patentschrift Nr. 134 545; britische Patentschrift Nr. 358 453; USA.-Patentschrift Nr. 2 806 718.