DE8708850U1

DE8708850U1 - Wärmeübertrager

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Publication number: DE8708850U1
Application number: DE8708850U
Authority: DE
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1986-08-26
Filing date: 1987-06-26
Publication date: 1987-08-13
Also published as: IT210513Z2; IT8721875V0; AU7739187A; JPS6344070U; JPH064161Y2; AU591328B2; CH670696A5; CN87212240U

Description

Gebrüder Sülzer Aktiengesellschaft, Winterthur, Schweiz

Wärmeübertrager

Die Neuerung betrifft einen Wärmeübertrager für ein wärmeabgebendes, Feststoff enthaltendes Gas, z.B. Synthesegas i mit einem in einem Druckbehälter angeordneten, vertikalen Gaszugi der aus miteinander gasdicht verschweissten und von wärmeaufnehmendem Medium durchströmten Wandrohren gebildet ist, deren Enden mit einem Verteiler und einem Sammler verbunden sind, mit einem an einem oberen Ende des Wärmeübertragers angebrachten, vertikalen Gaseintrittsstutzen für das den Gaszug durchströmende Gas und mit mindestens einem weiteren, quer zum Gaszug angeordneten Gasaustrittsstutzen für das den Gaszug durchströmende Gas, wobei im Gaszug mehrere ebene, vertikale Rohrtafeln angeordnet sind, die aus von wärmeaufnehmendem Medium durchströmten, miteinander verschweissten Rohren gebildet sind, deren Enden mit einem Verteiler und einem Sammler verbunden sind.

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Es ist ein solcher Wärmeübertrager für Synthesegas he~ kanrit, der zur Dampferzeugung dient« Bei diesem Wärmeübertrager sind die Wärmsüberträgerflächen des Gaszuges und der Rohrtafeln in einem relativ kleinen Raum könzentriert, so dass sich eine Jtompakte Bauweise ergibt. Es besteht jedoch eine verhältnismässig grosse Verschmutzungsgefahr für die Wärmeübertragerflächen, wodurch der Wärmeübertrager starker Korrosion ausgesetzt ist. Durch die Verschmutzung werden häufig erhebliche, lokale Temperaturdifferenzen und daher beachtliche Wärmespannungen in den Wärmeübertragungsflächen verursacht; die zu zusätzlichen Belastungen in diesen Bauteilen führen. Häufige Inspektionsund Reinigungsarbeiten sowie gelegentlich grössere üebefholungsarbeiten sind also beim bekannten Wärmeübertrager notwendig, wobei aber die für das Ausführen dieser Arbeiten erforderliche Zugänglichkeit erschwert ist.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass seine Zugänglichkeit und damit das Ausführen der Wartungsarbeiten erleichtert sind.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäss dadurch gelöst, dass der Gaszug in mehrere Wandrohre und damit verbundene Verteiler und Sammler umfassende Bestandteile solcher Horizontalabmessung zerlegbar ist, dass diese Bestandteile durch den Gaseintrittsstutzen hindurch ausbaubar sind, und dass die Horizontalabmessung der Rohrtafeln ebenfalls derart ist, dass sie durch den Gaseintrittsstutzen hin-* durch ausbaubar sind. Infolge der Zerlegbarkeit des Gaszuges in Bestandteile, die durch den vertikalen Gaseintrittsstutzen hindurch ausbaubar sind, können die einzelnen Bestandteile aus dem Druckbehälter herausbefördert und an einem geeigneten Ort inspiziert, gereinigt und gegebenenfalls überholt bzw. ersetzt werden. Das Gleiche gilt für die Rohrtafeln. Es ist daher nicht nötig, Zu-

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gäkigsräüm für das Ausführen der obengenannten Arbeiten innerhalb des Wärmeübertragers vorzusehen*

Ein AusfÜhrungsbeispiel der Neuerung wird in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Wärmeübertrager nach der Neuerung, 10

Fig* 2 einen Horizontälschnitt gemäss der Linie H-II in Fig. 1 und

Fig. 3 ein Detail A aus Fig. 2 in vergrössertem Massstab.

Gemäss Fig. 1 weist ein Wärmeübertrager, der der Dampferzeugung durch Kühlung von Synthesegas dient, einen zylindrischen Druckbehälter 1 mit vertikaler Achse auf, in dem - koaxial zu ihm - ein Gaszug 2 angeordnet ist, der aus über Stege 4 miteinander gasdicht verschweissten und arbeatsmitteldurchströmten Wandrohren 3 gebildet Ist. Der Gaszug 2 erstreckt sich etwa über die zylindrische Höhe des Druckbehälters 1. Am oberen Ende des Wärmeübertragers ist der Druckbehälter 1 mit einem Gaseintrittsstutzen 12 für das den Gaszug 2 durchströmende Gas versehen. Ein horizontaler Gasaustrittsstutzen 13 ist im unteren Bereich des Gaszuges am Behälter 1 angeschlossen. Im Gaszug 2 sind acht radiale, ebene, vertikale Rohrtafeln 7 angeordnet, die aus arbeitsmitteldurchstromten, über Stege 14 miteinander verschweissten Rohren 8 gebildet sind.

Im Bereich des Gasaustrittsstutzens 13 bildet der Gaszug 2 einen sich nach unten verjüngenden Trichter 5, der nach unten in eine vertikale Leitwand 9-übergeht, die am unte-

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ten Ende eine horizontale Mündungsöffnung 9¹ aufweist. Deaf Trichter 5 und die Leitwand 9 bestehen aus arbeitsmitteldurchströmten Rohren/ deren Anordnung und Än§Ghlüss an den Rohren 3 des Gaszuges weiter Unten erläutert wird. Durch den Trichter 5 mit der Leitwand 9 wird der Räum des Gaszuges 2 in einen inneren Raum 10 und einen ausseien Raum 11 unterteilt, wobei die beiden Räume nacheinander vom Gas durchströmt werden.

Gemäss Fig. 2 haben der Gaszug 2 und die Mündungsöffnung 9¹ je einen achteckigen Querschnitt. Der Trichter 5 weist die Form eines regelmässigen Pyramidenstumpfes auf, Der Gaszug 2 und die Leitwand 9 bilden also je ein achtseitiges Prisma.

Im oberen Bereich des Druckbehälters 1 ist ein ringförmiger Hauptverteiler 20 angeordnet, der mit einer den Druckbehälter durchstossenden Speisewasserleitung 20' verbunden ist. Unterhalb des Hauptverteilers 20 ist ein ringförmiger Hauptsammler 21 vorgesehen, der einen kleineren Ringdurchmesser aufweist als der Verteiler 20 und der mit einer den Druckbehälter 1 durchstossenden Dampfleitung 21' verbunden ist. Die den Gaszug 2 bildenden Wandrohre 3 hab^in die Form eines hängenden, vertikalen ü, dessen einer Schenkel in einen Gaszugverteiler 22 und dessen anderer Schenkel in einen Gaszugsammler 23 mündet. Der zuletztgenannte Schenkel ist im Bereich seines oberen Endes ct'is der Gaszugwand nach innen herausgebogen und um den Gaszugverteiler 22 herumgeführt. Für jede der acht ebenen Wandpartien des prismatischen Gaszuges 2 ist also ein Gaszugverteiler 22 und ein Gaszugsammler 23 vorgesehen. Die Rohre 8 der Rohrtafeln 7 sind ebenfalls im wesentlichen vertikal angeordnet und erstrecken sich U-förmig jeweils von einem Rohrtafelverteiler 24 zu einem Rohrtafelsammler 25, die auf dem gleichen Niveau wie die Gaszugverteiler 22 angeordnet sind. Sämtliche Verteiler 20, 22, 24 und

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Sammler 21, 23, 25 sind im wesentlichen horizontal angeordnet.

Verbindungsleitungen 26 und 26^! verbinden den Hauptverteiler 20 mit den Gaszugverteilern 22 bzw. den Rohrtafelverteilern 24. Auf entsprechende Weise verbinden Verbindungsleitungen 27 und 27' die Gaszugsammler 23 bzw. die Rohrtafelsammler 25 mit dem Hauptsammler 21.

Die den Trichter 5 und die Leitwand 9 bildenden Rohre 6 zweigen mit einem Ende von dem einen Schenkel der U-förmigen Wandrohre 3 ab und münden - nach dem Durchlaufen des Trichters und der Leitwand - auf dem gleichen Niveau in den anderen Schenkel des Ü-Rohres. Jedes Rohr 6 bildet also im Trichter 5 zwei Schenkel eines spitzen V und in der Leitwand 9 die Schenkel eines vertikalen, hängenden ü. Zwischen den Rohren 6 sind Stege 4' eingeschweisst. Der Gaseintrittsstutzen 12 enthält ein nach oben ausbaubares wärmeisolierendes Führungsrohr 12', das sich bis auf ein unterhalb der Verteiler bzw. Sammler 20, 21, 22, 23, 24, 25 befindliches Niveau erstreckt. Um das Führungsrohr 12* herum sind Zugbänder 30 angeordnet, mittels denen die Verteiler und Sammler und die mit ihnen verbundenen Rohre 3, 6 und 8 und Verbindungsleitungen 26, 26', 27 und 27* am gewölbten oberen Ende des Druckbehälters 1 aufgehängt sind.

Der untere gewölbte Bereich des Druckbehälters 1 ist unterhalb des Gaszuges 2 mit Wasser 18 gefüllt, das über eine Zufuhrleitung 17 zugeführt und unter Aufrechterhaltung eines Niveaus über einen Entschlackungsstutzen 19 abgeführt wird. Der EntschlaGkungsstutzen 19 ist an eine nicht gezeigte Anlage zum Behandeln des abgeführten, verschmutzten WaSseifS angesehlösäen.

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Der Gasäustrittöstutzeri 13 enthält eTn*Austrittsrohr 13'

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und verbindet den Raum 11 mit weiteren nicht gezeigten Apparaten der Synthesegasanlage.

Der Wärmeübertrager funktioniert wie folgt:

Heisses Synthesegas von beispielsweise 1500⁰C. tritt durch das Führungsrohr 12' in den Raum 10 des Gaszuges 2 ein, durchströmt diesen von oben nach unten, entlang den Rohrtafeln 7 und der Leitwand 9. Im Raum 11 unterhalb der Mündungsöffnung 9'kehrt das Synthesegas seine Strömungsrichtung teilweise um und verlässt über das Austrittsrohr 13' den Gaszug 2. Gleichzeitig strömt Wasser über die Wasserleitung 20' in den Hauptverteiler 20 und gelangt über die Verbindungsleitungen 26 und 26* zu den Gaszugverteilern 22 bzw. Rohrtafelverteilern 24 und dann in die Wandrohre 3 und die Rohre 6 bzw. die Rohre 8 der Rohrtafeln. Die Wärme des heissen Gases wird vom zirkulierenden Wasser aufgenommen, das dabei verdampft und zu den Gaszugsammlern 23 bzw. den Rohrtafelsammlern 25 gelangt. Der Dampf strömt über die Verbindungsleitungen und 27' in den Hauptsammler 21 and von dort über die Dampfleitung 21* zu nicht gezeigten Verbrauchern.

Bei der Richtungsänderung der Synthesegasströmung unterhalb der Mündungsöffnung 9' wird ein bedeutender Anteil der im Synthesegas enthaltenen Ascheteilchen in das Wasser 18 geschleudert. Das verschmutzte Wasser 18 wird durch den Entschlackungsstutzen 19 zur entsprechenden Behandlung abgeführt, und frisches Wasser witd durch die Zufuhrleitung 17 nachgefüllt. Der Wärmeübertrager wird so ausgelegt, dass Temperaturen, die zu einer Verflüssigung der im Synthesegas enthaltenen Feststoffe führen können, vermieden werden, so dass die Verschmutzung der Heizflächen so gering wie möglich gehalten wird. Das Synthesegas verlässt den Gaszug 2 mit-ungefähr ^!700°G.

infolge der Erstreckung deö FÜhriüngsröhres 12' bis auf

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ein Niveau unterhalb der Verteiler bzw- Sammler 20, 21, 22, 23-, 24 und 25 verbleiben letztere zusammen mit den Zugbändern 30 in dem kältesten Bereich des Wärmeübertragers und werden damit vor unzulässigen Wärmebeanspruchungen geschützt. Da beide Enden des Gaszuges 2 offen sind, ist ein Druckausgleich innerhalb des Druckbehälters 1 gewährleistet. Das Synthesegas weist üblicherweise einen Druck von etwa 40 bar auf.

Neuerungsgemäss bildet jede der acht ebenen Wandabschnitte des prismatischen Gaszuges 2 zusammen mit dem zugehörigen Gaszugverteiler 22, dem zugehörigen Gaszugsammler 23 und. dem zugehörigen Teil der Trichter- und der Leitwand 9 einen Bestandteil, der durch den vertikalen Gaseintrittsstutzen 12 hindurch aus dem Behälter 1 herausheLoar ist, nachdem der Gaszug durch einfaches Abtragen der Schweissnähte 16 (Fig. 3) in diese einzelnen Bestandteile zerlegt worden ist. Weitere heraushebbare Bestandteile bilden jeweils die mit dem Gaszug nicht direkt verbundenen Rohrtafeln 7 zusammen mit ihren Rohrtafelverteilern 24 und Rohrtafelsammlern 25, deren horizontale Abmessung nicht grosser ist als der lichte Durchmesser des Gaseintrittsstutzens 12.

Für das Durchführen von Reinigungs- und Ueberholungsarbeiten wird zuerst das Führungsrohr 12' aus dem Gaseintrittsstutzen 12 herausgehoben, so dass dessen grösstmögliche Querschnittfläche frei ist. Damit werden im Druckbehälter 1 die Zugbänder 30 und die Verteiler und Sammler 20, 21, 22, 23, 24, 25 zugänglich. Dann werden die Rohrtafelverteiler 24 und die Rohrtafelsammler 25 durch Lösen von Flanschverbindungen oder durch Abschneiden der Verbindungsleitungen 26', 27' vom Hauptverteiler 20 bzw. vom Haüptsammler 21 getrennt, und mit Hilfe eines in Fig. 1 symbolisch gezeigten Hebezeuges 4 0 wird eine Rohrtafel 7 nach der andern leicht angehoben, von den Zugbändern 30

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gelöst, zum Zentrum hin parallel verschoben und durch den Gaseintrittsstutzen 12 aus dem Druckbehälter 1 herausgehoben. Anschliessend werden sie zu einem Arbeitsplatz ·.transportiert.

Nach dem Entfernen der Rohrtafeln 7 ist die innere Oberfläche das Gaszuges 2 für Reinigungs- bzw. Reparaturarbeiten zugänglich. Erweist es sich als notwendig, den Gaszug 2, einen Teil von ihm oder auch die Innenseite des Druckbehälters 1 besser zugänglich zu machen, so jfcann der Gaszug 2 ganz oder teilweise - nach Abschmirgeln der Schweissnähte 16 - in die erwähnten Bestandteile zerlegt werden. Aehnlich wie für die Roiartafeln 7 beschrieben, werden nach Abtrennen der Verbindungsleitungen 26 und 27 die einzelnen Bestandteile mit Hilfe des Hebezeuges 40 aus dem Druckbehälter 1 herausgehoben und zu einem Arbeitsplatz transportiert.

Da sowohl die Rohrtafeln 7 als auch die Bestandteile des Gaszuges 2 mit den zugehörigen Verteilern und Sammlern 24, 25 bzw. 22, 23 zum Arbeitsplatz transportiert werden, können noch vor dem Wiedereirbauen in den Druckbehälter 1 etwaige Druck- und Dichtheitstests am Arbeitsplatz durchgeführt werden.

Der Trichter 5 und die Leitwand 9 können auch andere Formen ali? die hier gezeigten aufweisen, z.B. kann die Leitwand 9 einen runden Querschnitt begrenzen oder eine asymmetrisch angeordnete Mündungsöffnung 9' aufweisen oder sie kann weggelassen werden. Bei einem Trichter mit steileren Trichterflächen kann der Gasaustrittsstutzen 13 höher, als in Fig. 1 dargestellt, angeordnet werden, um die Richtungsänderung der Gasströmung noch stärker auszuprägen. Anstelle des horizontalen GasaustrittsstutztenS 13 kann auch ein zum unteren Behälterbau«! geneigter Gasaustrittsstutzen vorgesehen werden.

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Abweichend Von dem gezeigten AüsfÜhifüngsbeispiel können die Verteilar unten und nur die Sammler oben odei? beide umgekehrt angeordnet sein.

Claims

Gebrüder Sulzer AG ■S c h u t za nsprüche

1. Wärmeübertrager für ein ^/ärmeabgebendes, Feststoff enthaltendes Gas, z.B. Synthesegas, mit einem in einem Druckbehälter angeordneten, vertikalen Gaszug, der aus miteinander gasdicht verschweissten und von wärmeaufnehmendem Medium durchströmten Wandrohren gebildet ist, deren Enden mit einem Verteiler und einem Sammler verbunden sind, mit einem an einem oberen Ende des Wärmeübertragers angebrachten, vertikalen Gaseintrittsstutzen für das den Gaszug durchströmende Gas und mit mindestens einem weiteren, quer zum Gaszug angeordneten Gasaustrittsstutzen für das den Gaszug durchströmende Gas, wobei im Gaszug mehrere ebene, vertikale Rohrtafeln ang< ordnet sind, die aus von wärmeaufnehmendem Medium durchströmten, miteinander verschweissten Rohren gebildet sind, deren Enden mit einem Verteiler und einem Sammler verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaszug in mehrere Wandrohre und damit verbundene Verteiler und Sammler umfassende Bestandteile solcher Korizontalabmessung zerlegbar ist, dass diese Bestandte:Ie durch den Gaseintrittsstutzen hindurch ausbaubar sind, und dass die Horizontalabmessung der Rohrtafeln ebenfalls derart ist, dass sie durch den Gaseintrittsstutzen hindurch ausbaubar sind.

2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter zylindrisch und der Gaszug prismatisch ausgebildet und zusammen mit dem Gaseintrittsstutzen koaxial angeordnet sind und dass jeweils eine Prismenseite einen durch den Gaseintrittsstutzen hindurch ausbaubaren Bestandteil bildet.

3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ dass im Gaseintrittsstutzen ein wärmeisolierendes / nach oben ausbaubares Gasführungsrohr angeordnet ist, das sich bis auf ein unterhalb der mit den oberen Rohrenden des Gaszuges und/oder der Rohrtafel liegendes Niveau erstreckt.

4. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaszug unabhängig von der Rohrtafel a>n oberen Bereich des Druckbehält sr s aufgehängt ist.

5. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteiler und die Sammler sowohl des Gaszuges als auch der Rohrtafeln am oberen Ende des Wärmeübertragers angeordnet sind und die Rohre U-förmig mit im wesentlichen vertikalen Schenkeln verlaufen.

6. Wärmeübertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre des Gaszuges in dessen unterem Bereich einen sich nach unten verjüngenden Trichter und eine sich daran anschliessende, mit einer Mündungsöffnung endende Leitwand bilden und dass der Gasaustrittsstutzen im Bereich des Trichters oberhalb der Mündungsöffnung der Leitwand angeordnet ist.

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