DE3486308T2

DE3486308T2 - Wärmetauscher.

Info

Publication number: DE3486308T2
Application number: DE3486308T
Authority: DE
Inventors: Ikuo Kotaka
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1983-06-21
Filing date: 1984-06-20
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2004-06-21
Also published as: DE3486440D1; DE3485375D1; EP0129257B1; DK300584D0; US4616697A; DK300584A; DE3486308D1; DE3486440T2; US4573524A; EP0270801A3; EP0129257A3; US4928753A; EP0270801B1; EP0129257A2; EP0270801A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

FELD DER ERFINDUNG:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Ein derartiger Wärmetauscher ist von einer in der JP-A-55-158 493 beschriebenen Ausführungsform bekannt.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Zur Erwärmung zweier oder mehrerer zu erwärmender Fluide (Fluide niedrigerer Temperatur) mittels eines wärmenden Fluids (Fluid höherer Temperatur) werden verschiedenartige Wärmetauscher verwendet. Herkömmliche Wärmetauscher, beispielsweise Wärmespeicher-Wärmetauscher vom Rotationstyp, ein Wärmetauscher vom Mehrleitungsrohrtyp oder plattenartige Wärmetauscher, benötigen alle eine Aufteilung des Stroms des wärmenden Fluids in Zweigströme entsprechend der Anzahl der zu erwärmenden Fluide, wodurch der Wärmetausch zwischen dem abgezweigten Strom des wärmenden Fluids und dem entsprechenden, zu erwärmenden Fluid stattfindet, oder sie benötigten die Einrichtung von Wärmetauschern innerhalb des wärmenden Fluids, von denen jeder das entsprechende zu erwärmende Fluid erwärmt.
Unter diesen Umständen wurde ein Wärmetauscher vorgeschlagen, der eine Wärmeleitungsrohranordnung aufweist, die einen im Strom des wärmenden Fluids angebrachten Verdampferrohrabschnitt aufweist, einen im Strom des zu erwärmenden Fluids und seriell und beabstandet vom Verdampferrohrabschnitt angebrachten Kondensorrohrabschnitt, und Verbindungsmittel, um die beiden Rohrabschnitte miteinander zu verbinden. Bei dieser Art von Wärmeleitungsrohranordnungen, die sog. Wärmeleitungsrohranordnung vom getrennten Typ, ist es im allgemeinen notwendig, in ihnen mehrere Entlastungsventile und Separatoren für nichtkondensierbares Gas anzubringen. Wenn dann die Anzahl der Kondensorrohrabschnitte zunimmt, nimmt auch die Anzahl der Entlastungsventile und der Separatoren für nichtkondensierbares Gas proportional zu. Somit nehmen auch die Anzahl der notwendigen Bauteile und die Kosten des Wärmetauschers zu.
Außerdem wird bei der obigen Anordnung, bei der beide Rohrabschnitte in Serie angeordnet sind, die Differenz zwischen der Temperatur des wärmenden Fluids und des durch den Kondensorrohrabschnitt tretenden erwärmten Fluids kleiner, so daß es notwendig ist, die an der stromaufwärtigen Seite des Fluids ausgetauschte Wärmemenge zu erhöhen.
In der JP-A-55-158 493 wird als eine Ausführungsform ein Wärmetauscher beschrieben, der eine Wärmeleitungsrohranordnung aufweist, wobei die Wärmeleitungsrohranordnung aufweist: mehrere Verdampferrohrgruppen, die im Strom eines erwärmenden Fluids angebracht sind, mehrere Kondensorrohrgruppen, die von den Verdampferrohrgruppen entfernt innerhalb eines Stroms eines zu erwärmenden Fluids angeordnet sind, und Verbindungsmittel zum Verbinden der Verdampferrohrgruppen mit den Kondensorrohrgruppen und um durch diese ein Arbeitsmedium zwischen den beiden Rohrgruppen zirkulieren zu lassen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmetauscher mit einer Wärmeleitungsrohranordnung anzugeben, der die obengenannten Nachteile nicht mehr hat, und der hinsichtlich der Korrosionsfestigkeit verbessert ist.
Bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung nun genauer beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:

Fig. 1 zeigt die Konstruktion einer herkömmlichen Wärmeleitungsrohranordnung vom getrennten Typ;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Wärmeleitungsrohranordnung vom getrennten Typ, die zur Erwärmung zweier Fluide angeordnet ist;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Temperatur zwischen den Fluiden im Fall der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung zeigt;
Fig. 5 zeigt die Konstruktion einer Wärmeleitungsrohranordnung entsprechend einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform, wie sie in einer Brennkrafteinheit angewendet wird;
Fig. 6 zeigt eine Modifikation der in Fig. 5 gezeigten Wärmeleitungsrohranordnung.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN:

Fig. 1 zeigt die Struktur einer herkömmlichen Wärmeleitungsrohranordnung vom getrennten Typ. In dieser Figur zeigt Bezugsziffer 1 eine Verdampferrohrgruppe, die innerhalb einer Leitung 2 angebracht ist, durch die ein wärmendes Fluid (beispielsweise ein Gas) G1 läuft. Ein Medium in der Verdampferrohrgruppe 1 wird durch das wärmende Fluid G1 erwärmt, um zu verdampfen. Das dampfartige Medium wird von einer oberen Sammelleitung 3 der Verdampferrohrgruppe l durch einen Leitungsabschnitt 4A einer Leitung 4 an ein oberes Sammelrohr 7 einer Kondensorrohrgruppe 6 geführt, die innerhalb einer Leitung 5 angeordnet ist, durch die der Strom eines zu erwärmenden Fluids (beispielsweise ein Gas) G2 fließen kann. In der Kondensorrohrgruppe 6 kondensiert das von der Verdampferrohrgruppe 1 kommende dampfartige Medium und kann von dort aus von dessen unteren Sammelrohr 8 zu einem unteren Sammelrohr 9 der Verdampf errohrgruppe 1 durch einen Leitungsabschnitt 4B der Leitung 4 fließen. Da das untere Sammelrohr 8 der Kondensorrohrgruppe 6 auf einem höheren Niveau als das untere Sammelrohr 9 der Verdampferrohrgruppe 1 liegt, ergibt sich für das Medium eine natürliche Zirkulation. Im Leitungsabschnitt 4A der Leitung 4 ist ein Entlastungsventil 10 und ein Separator 11 für nichtkondensierbares Gas angebracht.
Fig. 2 stellt diesen Aufbau dar.
Fig. 3 zeigt eine Wärmeleitungsrohranordnung, die dazu ausgelegt ist, die Wärme eines durch die Leitung 2 fließenden hochtemperaturigen Gases G1 (beispielsweise das Verbrennungsgas eines Ofens) an zwei Fluide G2 (beispielsweise Luft für die Verbrennung) und G3 (beispielsweise Kraftstoffgas) abzugeben. Innerhalb der Leitung 2 sind zwei verschiedene Verdampferrohrgruppen 1 und 12 angebracht. Innerhalb der Leitungen 5 und 13, durch die jeweils die Fluide G2 und G3 laufen, sind jeweils die mit den Verdampferrohrgruppen 1 und 12 verbundenen Kondensorrohrgruppen 6 und 14 angeordnet. In diesem Fall sind sechs Entlastungsventile, deren Anzahl der der Kondensorrohrgruppen entspricht, notwendig, und genauso sind sechs Separatoren für nichtkondensierbares Gas erforderlich. Demzufolge nimmt die Anzahl der notwendigen Bauteile zu, was zu einer entsprechenden Zunahme der Kosten führt.
Außerdem wird bei der obigen Serienanordnung der Rohrgruppen die Temperaturdifferenz zwischen dem Fluid höherer Temperatur und den Fluiden niedrigerer Temperatur am Auslaß in nachteiliger Weise klein, wie in Fig. 4 gezeigt. Deshalb muß die an der stromaufwärtigen Seite ausgetauschte Wärmemenge erhöht werden.
Fig. 5 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform, die in einer Einheit eines Verbrennungskraftwerks verwendet wird, um die Erzeugung von weißem Rauch durch Anhebung der Temperatur eines entschwefelten Abgases der Verbrennungsvorrichtung zu verhindern. In dieser Figur fließt das Abgas einer Verbrennungsvorrichtung 31, beispielsweise eines Kessels, als höhertemperaturiges Abgas G1 durch einen Staubfänger 32 in eine Leitung 15, in der mehrere Verdampferrohrgruppen 16A bis 16C angebracht sind und in der der Wärmetausch vorgenommen wird. Danach fließt das entstandene Abgas in eine Entschwefelungsvorrichtung 33 und wird in einem Kühlturm 34 mit eingesprühtem Wasser gekühlt, durch Einsprühen einer CaCO&sub3; enthaltenden Flüssigkeit wird es in einem Absorbierturm 35 gereinigt. Das entstandene Abgas fließt dann durch ein Entnebelungselement 36 und fließt dann als niedertemperaturiges Gas G2 in eine Leitung 19, in der mehrere Kondensorrohrgruppen 20A bis 20C angeordnet sind, dort wird es erwärmt und über einen Schlot 37 abgelassen.
Wenn in diesem Fall die Temperatur der Kondensorrohrgruppe 20A ebenso wie die Temperatur des Gases G2 geringer ist, enthält das Abgas Dampf und wird über den Kamin 37 somit als weißer Dampf abgelassen. Im Hinblick auf Umweltverschmutzung ist dies nicht erstrebenswert.
Die Verdampferrohrgruppe 16A ist am Ort niedrigster Temperatur (am weitesten stromabwärts) bezüglich des Abgases G1 angebracht, während die Kondensorrohrgruppe 20A am Ort geringster Temperatur (am weitesten stromaufwärts) bezüglich des Abgases G2 angebracht ist. Säurehaltiger Nebel kann sich somit an die Leitungen anlagern, und Staub, beispielsweise Partikel von CaSO&sub4;, CaCo&sub3; usw., werden in die Spalten zwischen den Rohrkühlrippen transportiert, die sie verstopfen, wodurch der Wärmetausch merklich verringert wird und außerdem das Verdampferrohr schneller korrodiert. In den anderen Kondensorrohrgruppen 20B, 20C usw. kann das gleiche Phänomen beobachtet werden. Derartige Phänomene können vermieden werden, indem alle Rohre der Verdampferrohrgruppen 20A bis 20C durch blanke Rohre ersetzt werden, die keine Kühlrippen haben, sondern viele blanke Rohre, deren Anzahl das Vier- bis Fünffache der unter dem Aspekt der Wärmeaustauschfläche ansonsten notwendig werdenden Rohre mit Kühlrippen beträgt. Als Gegenmaßnahme wird deshalb eine andere Verdampferrohrgruppe 16D bezüglich des Stroms des Abgases G1 so weit wie möglich stromaufwärts angeordnet, wodurch ein Dampf des Arbeitsmediums hoher Temperatur (beispielsweise 124 ºC, 2,3 kg/cm²) erzeugt wird. Dieser hochtemperaturige Dampf des Arbeitsmediums wird an eine andere Kondensorrohrgruppe 20D geleitet, die bezüglich des Flusses des niedertemperaturigen Gases G2 so weit wie möglich stromaufwärts liegt. Dies bedeutet, daß an der Kondensorrohrgruppe 20D kein Nebel kondensiert. Wenn in diesem Fall alle Kondensorrohre blanke Rohre aus einem korrosionsfesten Material (beispielsweise SUS rostfreier Stahl) bestehen und eine glatte Oberfläche haben, ergibt sich eine merkliche Verbesserung hinsichtlich Nebelausfall und Rohrkorrosion.
Wie in Fig. 6 gezeigt können mehrere Schleifen zum Verdampfen von Nebel vorgesehen sein. Wenn die Einlaßtemperatur an der hochtemperaturigen Seite hoch ist und demzufolge die Temperatur der Nebelverdampfungsschleife(n) hoch wird, und es als möglich angesehen werden muß, daß beispielsweise aufgrund von C1 im Nebel Spannungskorrosion stattfindet, kann die Temperatur der Nebelverdampfungsschleife auf einen geeigneten Wert gesetzt werden, indem die Position der Rohrgruppe auf der Seite des hochtemperaturigen Fluids für die Nebelverdampfungsschleife als beispielsweise 20B, 20C gewählt wird.
Außerdem kann diese Einrichtung nicht nur für die Übertragung latenter Wärme, sondern auch für die Übertragung von fühlbarer Wärme verwendet werden.
Indem gemäß dieser Ausführungsform eine hochtemperaturige Rohrgruppe für die Nebelverdampfung vorgesehen wird, ist es möglich, das Ausmaß der Korrosion aufgrund von Nebel sowie das Ausmaß von Staubanlagerung auf kleine Werte zu begrenzen. Indem außerdem für die Kondensorrohre blanke Rohre verwendet werden, ist es möglich, das Anlagern von Staub in einfacher Weise zu vermeiden, um die kontinuierliche Tätigkeit der Vorrichtung sicherzustellen und die für Inspektion und Wartung notwendigen Zeiten kurz zu halten.
In den bisher beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Verdampferrohrgruppe 16 auf einem niedrigeren Niveau angebracht als die Kondensorrohrgruppe 20. Somit steigt der in der Verdampferrohrgruppe 16 erzeugte Dampf des Arbeitsmediums zur Kondensorrohrgruppe 20 auf und kondensiert dort. Das kondensierte flüssige Arbeitsmedium in der Kondensorrohrgruppe 20 fließt abwärts zur Verdampferrohrgruppe 16. Durch die Leitung 18 kann somit das Arbeitsmedium natürlich zwischen der Verdampferrohrgruppe und der Kondensorrohrgruppe zirkulieren. Manchmal sind die Einbaubedingungen jedoch so, daß es nicht möglich ist, die Rohrgruppen in der obigen Weise anzuordnen. Die Verdampferrohrgruppe kann auf einem höheren Niveau als die Kondensorrohrgruppe angebracht sein. Eine natürliche Zirkulation des Arbeitsmediums ist in diesem Fall nicht möglich, so daß der Wärmeaustausch nur stattfinden kann, wenn das Arbeitsmedium durch geeignete Einrichtungen zwangsweise in Umlauf gehalten wird.

Claims

1. Wärmetauscher mit einer Wärmeleitungsrohranordnung, wobei die Wärmeleitungsrohranordnung aufweist:

- mehrere Verdampferrohrgruppen (16A-16D), die im Strom eines Heizfluids (G1) angeordnet sind,

- mehrere Kondensorrohrgruppen (20A-20D), die von den Verdampferrohrgruppen entfernt in einem Strom von zu heizendem Fluid (G2) angeordnet sind; und

- Verbindungsmittel zum Verbinden der Verdampferrohrgruppen mit den Kondensorrohrgruppen und um durch diese ein Arbeitsmedium zwischen den beiden Rohrgruppen zirkulieren zu lassen, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Verdampferrohrgruppen, welche stromauf des Flusses des Heizmediums angeordnet sind, mit der entsprechenden oder mehreren der Kondensorrohrgruppen verbunden ist bzw. sind, die in der weitest stromauf gelegenen Lage des aufzuheizenden Fluids angeordnet sind, wobei letztere Kondensorrohrgruppe bzw. Gruppen aus blanken Rohren bestehen und wobei die Verdampferrohrgruppen aus mit Kühlrippen versehenen Rohren bestehen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die blanken Rohre aus einem nicht korrosiven Material bestehen.