DE3302304C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Kühlen von heißen Gasen, insbesondere aus der Ammoniak-Synthese, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Bei bekannten Wärmetauschern (DE-PS 20 07 528, DE-OS 30 49 409) wird zur Kühlung der einen Ammoniak-Konverter verlassenden heißen Gase als Kühlmedium ausschließlich verdampfendes Wasser verwendet. Das hat zur Folge, daß die Gase nicht unter den Siedepunkt des Wassers abgekühlt werden können. Werden tiefere Temperaturen ver­ langt, so müßten die Gase einem weiteren Wärmetauscher zugeführt werden, in dem kälteres Wasser die gasführenden Wärmetauscherrohre umströmt.

Um eine bestimmte Endtemperatur der gekühlten Gase einzustellen, ist es weiterhin bekannt, den bereits gekühlten Gasen einen Teilstrom der heißen Gase zuzumischen. Bei einem bekannten Wärmetauscher (DE-PS 28 46 455) wird der Teilstrom über ein den Wärmetauscher­ rohren parallel liegendes Rohr aus der Gaseintrittskammer in die Gas­ austrittskammer geführt. Zur Regelung der Teilmenge ist das Austritts­ ende des Rohres mit Hilfe eines Drosselkegels verschließbar.

Weiterhin ist ein Rohrbündel-Dampferzeuger bekannt (DE-OS 24 08 099), bei dem ein Teil der Rohre von einem Vorwärmermantel umschlossen ist. Durch den Vorwärmermantel ist der Zuführungsstutzen für das zu verdampfende Wasser geführt. Der Vorwärmemantel ist an seinem einen Ende mit dem Rohrboden verbunden und an seinem anderen Ende offen.

Aus der DE-OS 27 53 496 ist ein Wärmetauscher bekannt, dessen Innenraum durch Trennwände in mehrere Kammern aufgeteilt ist. Jeder dieser Kammern, die mit separaten Anschlüssen für die Zufuhr und Abfuhr eines Wärmeaus­ tauschmediums versehen sind, ist ein eigenes Rohrbündel zugeordnet.

In einem bekannten Wärmetauscher (CH-PS 6 42 164) zum Über­ hitzen von Turbinenabdampf ist durch Trennwände eine Kammer gebildet, in der zwei Rohrbündel angeordnet sind, die nach­ einander von Heizdampf durchströmt sind. Die Kammer weist einen Zuström- und einen Abströmquerschnitt für den zu überhitzenden Turbinendampf auf.

Der bekannte Rohrbündel-Dampferzeuger mit eingebauter Vor­ wärmerzone kann exakt nur soviel Wasser vorwärmen wie auch verdampft. Dies ist ein Nachteil, weil in Ammoniak-Anlagen vorgewärmtes Wasser aus dem Gaskühler auch für andere Dampf­ erzeuger benutzt wird. Die getrennte Anordnung von Vorwärmer und Verdampfer als Gaskühler für Ammoniak-Anlagen ist sehr aufwendig, da die Apparate wegen des hohen Druckes der Gase eine große Wanddicke für die Gehäuse erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart zu verbessern, daß in dem Wärmetauscher die Kühlung der Gase bis unter den Siede­ punkt des Wassers durch Vorwärmung und Verdampfung des Wassers in voneinander unabhängigen Wassermengen erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruches 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher können die Gase in einer einzigen Apparatur auf eine verhältnismäßig tiefe Temperatur gekühlt werden. Da die der Vorwärmung von Wasser dienende Kammer von dem der Verdampfung von Wasser dienenden Abschnitt des Wärmetauschers völlig getrennt ist, können beide Vorgänge voneinander entkoppelt und unabhängig voneinander betrieben werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 - einen vorgeschlagenen Wärmetauscher im horizontalen Längsschnitt I-I nach Fig. 2 (um 90° im Drehsinne des Uhrzeigers verdreht) und

Fig. 2 den Schnitt II-II nach Fig. 1 (um 90° entgegen dem Drehsinne des Uhrzeigers verdreht).

Der dargestellte Wärmetauscher dient vorzugsweise zum Kühlen von heißen Gasen, die einen Ammoniak-Konverter verlassen. Der Wärme­ tauscher ist liegend angeordnet und weist einen druckfesten Mantel 1 auf. Mit dem Mantel 1 ist ein Rohrboden verbunden, in dem Rohre 3 eingesetzt sind. Die Rohre 3 sind U-förmig gebogen und so angeordnet, daß der eine Schenkel 4 eines jeden Rohres 3 zum Zentrum des Rohr­ bodens 2 hin und der andere Schenkel 5 zum Rand des Rohrbodens 2 hin zu liegen kommt. Es kann auch eine andere Anordnung der U-förmig gebogenen Rohre 3 gewählt werden.

Die Rohre 3 werden von den heißen, zu kühlenden Gasen durchströmt. Zur Zu- und Abführung dieser Gase dient eine Eintrittskammer 6 und eine Austrittskammer 7. Die Austrittskammer 7 ist an den Rand des Rohrbodens 2 angeschweißt und mit einem Ausstrittsstutzen 8 versehen. Ein Eintrittsstutzen 9 ist durch die Austrittskammer 7 hindurch in die Eintrittskammer 6 geführt. Die Eintrittskammer 6 ist konzentrisch zur Austrittskammer 7 angeordnet und derart mit dem Rohrboden 2 ver­ bunden, daß jeweils ein Schenkel 4 der U-förmig gebogenen Rohre 3 in die Eintrittskammer 9 mündet. Diese Ausbildung der Kammer ergibt in Verbindung mit der beschriebenen Anordnung der U-förmig gebogenen Rohre 3 eine einfache Gestaltung des Wärmetauschers.

Die heißen Gase durchströmen den Wärmetauscher in Richtung der ausgezogenen Pfeile. Auf diesem Weg werden die heißen Gase durch ein Kühlmedium gekühlt, das durch den Raum außerhalb der Rohre 3 ge­ führt ist. Im Inneren des Mantels 1 sind durch Trennwände 10, 11, die mit dem Rohrboden 2 bzw. mit dem Mantel 1 verbunden sind, vonein­ ander getrennte Kammern gebildet. Im dargestellten Fall sind zwei in Längsrichtung des Wärmetauschers angeordnete Vorwärmkammern 12 gebildet, die die Austrittsschenkel 5 der Rohre 3 umschließen. Zwischen den Vorwärmkammern 12 verbleibt ein Mittelraum 13, durch den die Eintrittsschenkel 4 der Rohre 3 verlaufen.

Die Vorwärmkammern 12 sind jeweils in der Nähe des Rohrbodens 2 mit einem Einlaßstutzen 14 und am entgegengesetzten Ende des Wärme­ tauschers mit einem Auslaßstutzen 15 versehen, die durch den Mantel 1 hindurch geführt sind. Das Kühlmedium strömt damit in Richtung der gestrichelten Pfeile im Gegenstrom zu den heißen Gasen durch die Vorwärmkammern 12. Der Mittelraum 13 ist mit einem oder mehreren durch den unteren Teil des Mantels 1 geführten Einlaßstutzen 16 und mit einem oder mehreren durch den oberen Teil des Mantels 1 durchge­ führten Auslaßstutzen 17 versehen. Auch hier geben die gestrichelten Pfeile die Strömungsrichtung an. Der Kühlmitteldurchlauf durch die Vorwärmkammern 12 ist damit von dem Kühlmitteldurchlauf durch den Mittelraum 13 getrennt. In den Vorwärmkammern 12 wird Wasser vorge­ wärmt, das anschließend einer externen, nicht dargestellten Dampfer­ zeugeranlage zugeführt wird.

Der Mittelraum 13 wird mit Wasser aus einem Trenngefäß, z. B. einer Dampftrommel der Dampferzeugungsanlage, beaufschlagt. Das Wasser verdampft teilweise an den Eintrittsschenkeln 4 der Rohre 3. Das so entstandene Wasser-Dampf-Gemisch wird in das Trenngefäß zurückge­ führt.

Die Eintrittskammer 6 weist in ihrer dem Rohrboden 2 parallel liegenden Wand eine Öffnung 18 auf, die eine Verbindung zur Austrittskammer 7 herstellt. Innerhalb der Eintrittskammer 6 ist in der Verlängerung des Eintrittsstutzens 9 ein Schieber 19 angeordnet, der über eine Stange 20, die die Öffnung 18 durchdringt, von außen verschiebbar ist. Der Schieber 19 überstreicht die Einmündung des Eintritts­ stutzens 9 in die Eintrittskammer 6. Je nach der Stellung des Schiebers 19 kann ein zwischen 0 und 100% liegender Anteil der ein­ tretenden Gase direkt in die Austrittskammer 7 geleitet werden, um eine gewünschte Austrittstemperatur im austretenden Gas einzustellen.

Claims (5)

1. Wärmetauscher zum Kühlen von heißen Gasen, insbesondere aus der Ammoniak-Synthese, durch verdampfendes Wasser, bestehend aus U-förmig gebogenen Rohren (3), die innerhalb eines Mantels (1) angeordnet und in einen Rohrboden (2) eingesetzt sind, wobei sich an den Rohrboden (2) eine Austrittskammer (7) und eine darin angeordnete Eintrittskammer (6) für die zu kühlenden Gase anschließen und wobei an den Mantel (1) Stutzen (16, 17) für die Zufuhr und Abfuhr des Wassers angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Mantels (1) Trennwände (10, 11) zur Bildung einer geschlossenen Vorwärmkammer (12) angeordnet sind, die die Austrittsschenkel (5) aller Rohre (3) zumindest teilweise um­ schließen und daß die Vorwärmkammer (12) mit separaten An­ schlüssen (14, 15) für einen eigenen Wasserdurchlauf versehen ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (10, 11) mit dem Rohrboden (2) und dem Mantel (1) verbunden sind und den Wärmetauscher in zwei sich in Längsrichtung erstreckende Vorwärmkammern (12) und einen dazwischen liegenden Mittelraum (13) aufteilen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher liegend angeordnet ist.

4. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskammer (6) eine mit der Austrittskammer (7) verbundene Öffnung (18) und eine Verstelleinrichtung aufweist, über die der Öffnung (18) eine veränderbare Teilmenge der eintretenden Gase zuführbar ist.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskammer (6) mit einem Eintrittsstutzen (9) versehen ist, in dessen Verlängerung ein von außen verschiebbarer Schieber (19) angeordnet ist, der die Ein­ mündung des Eintrittsstutzens (9) in die Eintrittskammer (6) überstreicht.