DE3121346C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher aus Rippenrohren, die von kondensierendem Dampf durchströmt und von einem Wärme­ austauschmedium quer angeströmt sind und die in Strömungsrich­ tung des Wärmeaustauschmediums in mehreren Reihen hintereinander angeordnet sind.

Derartige Rippenrohrwärmetauscher werden zum Beispiel als luftge­ kühlte Rippenrohrkondensatoren, dampfbeheizte Lufterhitzer oder Zwischenüberhitzer für Dampf eingesetzt. Im letztgenannten Fall wird in den Rohren kondensierender Hochdruckdampf und um die Rohre der zu überhitzende Zwischendampf geführt. Aufgrund des Querströmens und der Überhitzung über den Rohren stellt sich um die Rohre ein Temperaturprofil mit einer von der ersten zur letzten Rohrreihe hin ansteigenden Temperatur ein. Durch diesen Temperatur­ anstieg wird die erste Rohrreihe mit einer wesentlich höheren Dampf­ menge beaufschlagt als die letzte Rohrreihe. Der sich dadurch ein­ stellende unterschiedliche Druckverlust kann in den Überhitzer­ rohren zu einer Rückströmung und zu einem Kondensatstau in den ersten Rohrreihen führen. Um diese Probleme und die aus Kondensatschwin­ gungen resultierenden Thermoschockbeanspruchungen zu vermeiden, ist es bekannt, den Druckverlust am Eintritt der Rohre durch Blenden auszugleichen und/oder durch Dampfabsaugung ein Rückströmen zu vermeiden.

Aus der GB-PS 13 06 864 ist ein dampfbeheizter Ölvorwärmer aus Rippenrohren bekannt. Diese quer angeströmten Rippenrohre sind um ein zentrales Glattrohr größeren Durchmessers angeordnet.

Ein anderer bekannter Wärmetauscher (DD-PS 2 45 477) weist Rippen­ rohre mit quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Rippen auf mehreren Teilkreisen innerhalb eines ringförmigen Strömungskanals auf. Die Rippenhöhe der Rippen nimmt zur Beeinflussung der Wärme­ übergangsbedingungen mit zunehmendem Teilkreisdurchmesser zu.

In der DE-OS 24 24 355 ist ein Wärmetauscher beschrieben, der innerhalb eines Druckmantels mehrere aus Glattrohren bestehende Rohrbündel mit eigenen Eintritts- und Austritts­ sammelräumen enthält. Die Rohrbündel sind jeweils von einem Leitmantel umgeben, der eine Gegenstromführung der Wärmeaustauschmedien bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, daß mit einfachen Mitteln eine Rückströmung und ein Kondensatstau in den ersten Rohrreihen sowie die aus Kondensatschwingungen resultierenden Termoschock­ beanspruchungen wirksamer vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die von dem Wärmeaustauschmedium zuerst angeströmten Rohre als Glattwandrohre ausgebildet sind. Auf diese Weise wird im Bereich der Eintrittsseite mit dem hohen Temperaturgefälle die Oberfläche vermindert und die Innen­ beaufschlagung pro Flächeneinheit und damit der Druck annähernd vergleichmäßigt.

Bei einem als Zwischenüberhitzer verwendeten Wärmetauscher, der innerhalb eines Druckmantels angeordnet und von zu überhitzendem Dampf angeströmt ist, tritt ein zusätz­ licher Vorteil auf. Dieser besteht darin, daß eventuell in dem zu überhitzendem Dampf noch vorhandenes Wasser auf den Glattrohren verdampft und nicht an die Rippen­ rohre gelangt. Das in dem mit dem Dampf ankommende Wasser enthält unter Umständen noch Ferritanteile, die beim Verdampfen an der Oberfläche ausfallen und zu einem Verkleben der Rippen führen können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Überhitzer im Längsschnitt,

Fig. 2 im vergrößterten Maßstab den Schnitt II-II nach Fig. 1, und

Fig. 3 den Temperaturverlauf innerhalb eines Wärme­ tauscherbündels.

Innerhalb eines äußeren Druckmantels 1 sind mehrere aus Rohrbündeln bestehende Wärmetauscher 2 angeordnet. Jeder Wärmetauscher 2 ist durch Rohre 3, 4, 5 gebildet, die innerhalb eines viereckigen Rohrfeldes in mehreren Reihen angeordnet sind. Die Wärmetauscher 2 sind an zwei gegenüberliegenden Seiten des Rohrfeldes von Begrenzungswänden 6 umgeben, die sich in Längsrichtung des Druckmantels 1 erstrecken. An den einander gegen­ überliegenden Enden sind die Rohre 3, 4, 5 in eine Rohr­ platte 7 von rundem Querschnitt eingespannt. Jede der beiden Rohrplatten 7 ist auf ihrer den Rohren 3, 4, 5 abgewandten Seite von einem Kugelboden 8 umschlossen. Über Verteilleitungen 9 wird Hochdruckdampf einem von der oberen Rohrplatte 6 und dem Kugelboden 8 umschlosse­ nen Sammelraum 10 der im dargestellten Fall senkrecht angeordneten Wärmetauscher 2 zugeführt. Der Hochdruck­ dampf kondensiert teilweise oder vollständig unter Wärme­ abgabe in den Rohren 3, 4, 5. Der Dampf und das in ihm enthaltene Kondensat wird durch einen Sammelraum 11 ab­ geführt, der zwischen der unteren Rohrplatte 7 und dem sich an sie anschließenden Kugelboden 8 gebildet ist.

Die Wärmetauscher 2 sind um einen zentralen Kanal 12 angeordnet, durch den als Wärmeaustauschmedium zu über­ hitzender Zwischendampf zugeführt wird. Der Zwischen­ dampf strömt die Rohre 3, 4, 5 quer an, gelangt nach dem Umströmen der Rohre 3, 4, 5 in den Ringraum zwischen den Wärmetauschern 2 und dem Druckmantel 1 und wird durch einen in dem Druckmantel 1 vorhandenen Dampf­ austrittsstutzen 13 einer nicht dargestellten Turbine zugeführt.

In Strömungsrichtung des Zwischendampfes sind vor den Wärmetauschern 2 Wasserabscheider 14 angeordnet. Diese Wasserabscheider 14 bestehen aus Paketen aus gewellten Blechen, zwischen denen der durch den Eintrittsstutzen 15 zugeführte Zwischendampf hindurchgeführt wird. Dabei wird der Zwischendampf von den in ihm enthaltenden Wasser­ tropfen befreit. Das abgeschiedene Wasser wird in einer unter den Wasserabscheidern 14 angeordneten Rinne 16 ge­ sammelt und über einen Kondensataustrittsstutzen 17 aus dem Druckmantel 1 abgezogen.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Rohre 3, 4, 5 eines jeden Wärmetauscher 2 in mehreren in Strömungs­ richtung des zu überhitzenden Zwischendampfes hinterein­ anderliegenden Rohrreihen angeordnet. Die zuerst ange­ strömten Rohre sind als Glattrohre 3 ausgebildet. Die hinteren Rohrreihen enthalten Rippenrohre 5. Zwischen den Glattrohren 3 und den Rippenrohren 5 der hinteren Rohrreihen können weitere Rippenrohre 4 angeordnet sein. Diese den Glattrohren 3 benachbarten, weiteren Rippen­ rohre 4 sind im Vergleich zu den Rippenrohren 5 mit Rippen von geringerer Anzahl und/oder Höhe bestückt, so daß sie eine geringere Oberfläche aufweisen. Das Ver­ hältnis zwischen den Glattrohren 3 und den Rippenrohren 4, 5 hängt von der Auslegung des Überhitzers ab und wird so abgestimmt, daß die Druckunterschiede in den Glatt- und Rippenrohren 3, 4, 5 so klein werden, daß ein Rückstau des Kondensats auszuschließen ist.

Zur Verdeutlichung wird auf die Fig. 3 hingewiesen, in der über die Breite B des in der Fig. 2 gezeigten Wär­ metauschers 2 der Verlauf der Temperatur T der Wärme­ austauschmedien beim Durchgang durch den Wärmetauscher 2 dargestellt ist. Auf der Abszisse ist durch die Zahlen 3, 4 und 5 angedeutet worden, wie weit sich die Glatt­ rohre 3 und die Rippenrohre 4, 5 erstrecken. Durch den Linienzug 18 ist die Temperatur des die Glatt- und Rippen­ rohre 4, 5 als Heizmedium durchströmenden Sattdampfes wiedergegeben. Der Kurvenzug 19 zeigt den Anstieg der Temperatur des außen an den Glatt- und Rippenrohren 3, 4, 5 entlang strömenden, zu überhitzenden Zwischendampfes. Das Optimum der Aufteilung der Glatt- und Rippenrohre 3, 4, 5 ist erreicht, wenn die Oberfläche und der Innenquer­ schnitt dieser Rohre dem Temperaturprofil und damit dem Dampfbedarf angepaßt ist.

In der Fig. 1 ist ein Überhitzer mit mehreren innerhalb eines Druckmantels angeordneten Wärmetauschern darge­ stellt. Es ist auch möglich, nur einen einzigen, quer angeströmten Wärmetauscher vorzusehen. Ein solcher Wärme­ tauscher kann in an sich bekannter Weise als liegend angeordneter U-Rohr-Wärmetauscher ausgebildet sein. In diesem Fall wären für die zuerst angeströmten, heißeren Rohrschenkel der U-Rohre Glattrohre und für die anschlie­ ßend angeströmten, kälteren Rohrschenkel Rippenrohre vorzusehen.

Claims (7)

1. Wärmetauscher aus Rippenrohren, die von kondensie­ rendem Dampf durchströmt und von einem Wärmeaus­ tauschmedium quer angeströmt sind und die in Strö­ mungsrichtung des Wärmeaustauschmediums in mehreren Reihen hintereinander angeordnet sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die von dem Wärmeaus­ tauschmedium zuerst angeströmten Rohre als Glatt­ rohre (3) ausgebildet sind.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den Glattrohren (3) benach­ barten Rippenrohre (4) eine geringere Oberfläche auf­ weisen als die entfernter liegenden Rippenrohre (5).

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2) innerhalb eines Druckmantels (1) angeordnet ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wärmetauscher (2) innerhalb des Druckmantels (1) angeordnet sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmetauscher (2) um einen zentralen Kanal (12) angeordnet sind.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (2) von zu überhitzendem Dampf ange­ strömt sind.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß vor den Wärmetau­ schern (2) Wasserabscheider (14) angeordnet sind.