Glasrohr-Wärmetauscher

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Glasrohr-Wärmetauscher, insbesondere zur Erwärmung des gewaschenen Reingases einer Abgas-Reinigungsanlage mit heißem Rohgas, bei welchem das heiße Rohgas durch die Glasrohre (4) und das gewaschene Reingas durch das Wärmetauschergehäuse (1) geführt wird, dessen mit dem Reingas in Berührung kommenden Außenwände (7) doppelwandig ausgeführt und beheizt sind.
Um bei derartigen Glasrohr-Wärmetauschern Taupunktunterschreitungen und damit verbundene Korrosion im Bereich der Außenwände (7) und der Flansche zu verhindern, schlägt die Erfindung vor, daß in den Hohlräumen der Außenwände (7) erwärmte Frischluft zirkuliert, die von einem Ventilator (9) in Bewegung gehalten wird. Dabei werden die Hohlräume (8) der Außenwände (7) zweckmäßig indirekt mittels vom Rohgas durchströmter Glasrohre (10) beheizt. Die Luftzirkulation erfolgt dabei derart, daß die gefährdete Wand im Einströmungsbereich des feuchten und kühlen Reingases am stärksten erwärmt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Glasrohr-Wärmetauscher, insbesondere zur Erwärmung des gewaschenen Reingasstromes einer Abgasreinigungsanlage mit heißem Rohgas, bei welchem das heiße Rohgas durch die Glasrohre und das gewaschene Reingas durch das Wärmetauschergehäuse geführt wird, dessen mit dem Reingas in Berührung kommende Außenwände doppelwandig ausgeführt und beheizt sind.

[0002] Glasrohr-Wärmetauscher der genannten Art werden beispielsweise in der Abgasreinigung von Müllverbrennungsanlagen verwendet, die bekanntlich besonders viele Schadstoffe enthalten und ungereinigt nicht emittiert werden dürfen. Für das Erwärmen des ge_- waschenen Reingases mit der Wärme des heißen Rohgases werden in derartigen Gasreinigungsanlagen Glasrohr-Wärmetauscher verwendet, weil sich das Material Glas als besonders widerstandsfähig gegen agressive Bestandteile erwiesen hat, die im Rohgas und - wenn auch in geringerer Menge - im Reingas vorhanden sind. Diejenigen Teile des Glasrohr-Wärmetauschers, die nicht aus Glas gefertigt werden können, bestehen aus korrosionsfestem metallischem Werkstoff, z.B. Chromnickelstahl mit extrem hohen Nickelanteilen.

[0003] Trotz Verwendung solcher korrosionsbeständiger Legierungen, die sehr teuer sind, kommt es bei den nach dem Stande der Technik bekannten Wärmetauschern oft zu einer Lochfraß- sowie Spannungsrißkorrosion und Schwefelsäurekorrosion an den mit dem Rohgas oder dem Reingas in Verbindung kommenden Außenwand-teilen und Anschlußflanschen des Wärmetauschers, und zwar Überall dort, wo der Taupunkt unterschritten wird. Bei einem nach dem Stande der Technik (DE-OS 31 42 485 ) bekannten Wärmetauscher der genannten Art ist zwar bereits versucht worden, die Taupunktunterschreitungen im Bereich der Außenwände des Wärmetauschers auf der Reingasseite dadurch zu vermeiden, daß die Außenwände doppelwandig ausgeführt sind und durch die Hohlräume der Außenwände heißes Rohgas geleitet wird.

[0004] Es steht jedoch zu erwarten, daß auch bei dieser Bauweise die oben angeführten Korrosionsarten an den genannten Gehäuseteilen nicht zuverlässig vermieden werden können, weil hier das heiße Rohgas, das die Schadstoffe in wesentlich höheren Konzentrationen enthält, mit von dem einströmenden kalten und gesättigten Reingas gekühlten Wandteilen in Berührurig kommt, so daß Taupunktunterschreitungen auf der mit dem Rohgas in Berührung kommenden Seite der Wand auftreten können und der Lochfraß sowie die Schwefelsäurekorrosion von dieser Seite der Wand her einsetzen. Die zuletzt genannte Gefahr ist insofern besonders groß, als das durch die Hohlräume der Außenwände strömende heiße Rohgas über seinen Strömungsweg Wärme verliert und auch dort noch mit den von dem einströmenden Reingas gekühlten Wandteilen in Berührung kommt, wo es schon den größten i Teil seines Wärmeinhaltes verloren hat. Weiterhin besteht die Gefahr, daß die sich aus dem heißen Rohgas abscheidenden Feststoffe und Sublimationsprodukte in den Hohlräumen der Außenwände festsetzen und sich von dort - im Gegensatz zu den Glasrohren - nur schwer wieder entfernen lassen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die hohl ausgebildeten Außenwände, die als Plattenwärmetauscher zu sehen sind und das Rohgas abkühlen, aufgrund der mit sinkender Temperatur des Rohgases zunehmenden Korrosionsgefahr auch außen aus den erwähnten hochkorrosionsfesten und teuren Speziallegierungen bestehen müssen. Durch Unterschreiten der Taupunkttemperatur des Rohgases kann es auch an der nach außen weisenden Wand rohgasseitig zu Schwefelsäurekorrosion kommen. Somit wird das Korrosionsproblem lediglich von der Reingas- auf die Rohgasseite verlagert.

[0005] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, den Glasrohr-wärmetauscher der eingangsgenannten Art dahingehend weiterzubilden, daß Korrosion durch Unterschreitung des Taupunktes zuverlässig vermieden wird.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem Glasrohr-Wärmetauscher der eingangsgenannten Art vor, daß in den Hohlräumen der Außenwände erwärmte Frischluft zirkuliert; die von einem Ventilator in Bewegung gehalten wird.

[0007] Beim Glasrohr-Wärmetauscher gemäß der Erfindung zirkuliert in den Hohlräumen der Außenwände lediglich erwärmte Frischluft, so daß eine Korrosion von diesen Hohlräumen her ausgeschlossen ist. Durch eine entsprechende Erwärmung dieser Luft ist es ohne weiteres möglich, die mit dem kalten und gesättigten Reingas in Berührung kommenden Wandteile ausreichend warm zu halten, so daß sich dort keine korrosiven Niederschläge bilden können. Weiterhin hat der Glasrohr-Wärmetauscher gemäß der Erfindung den Vorteil, daß die die Hohlräume der Außenwand nach außen begrenzenden Wandteile aus normalem Stahlblech gefertigt werden können, da diese Wandteile mit keinem korrosivem Gas in Berührung kommen.

[0008] Die Beheizung der in den Hohlräumen der Außenwände zirkulierenden Luft erfolgt zweckmäßig mittels Heizelementen, die in den Hohlräumen der Wände angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, die Wärme in den Hohlräumen optimal und den Bedürfnissen entsprechend zu verteilen.

[0009] Aus Gründen der Energieersparnis empfiehlt es sich, als Heizelemente von heißem Rohgas durchströmte Glasrohre zu verwenden.

[0010] Dabei ergeben sich besondere konstruktive Vorteile, wenn die als Heizelemente dienenden Glasrohre parallel zu den Glasrohren des Wärmetauschers verlaufen und in denselben Rohrböden gelagert sind wie diese. Hierdurch wird automatisch ein Teilstrom des heißen Rohgases vor dem ersten Rohrboden für die Beheizung der als Glasrohre ausgebildeten Heizelemente abgezweigt und vereinigt sich im Gassammelräum hinter dem zweiten Rohrboden wieder mit diesem.

[0011] Ein besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Hohlräume der Außenwände jeweils durch eine parallel zur Wandebene verlaufende Zwischenwand geteilt ausgebildet sind, wobei die Heizelemente in dem außen liegenden Teil des Hohlraumes angeordnet sind und die beiden Teile des Hohlraumes so miteinander verbunden sind, daß die zirkulierende Luft zunächst den außen liegenden Hohlraum und danach den innen liegenden Hohlraum durchströmt. Hierdurch wird sichergestellt, daß der zirkulierende Luftstrom zunächst in seiner Gesamtheit stark erwärmt wird und dann mit den zu erwärmenden Wandteilen intensiv in Kontakt gebracht wird.

[0012] Zweckmäßig verläuft der aufgeheizte Luftstrom in dem innen liegenden Hohlraum in der gleichen Richtung wie der das Gehäuse durchströmende Reingasstrom. Durch diese Maßnahme werden die mit dem einströmenden, noch nicht erwärmten Reingas in Kontakt kommenden Wandteile besonders stark erwärmt, weil die den innen liegenden Hohlraum durchströmende Luft natürlich im Einströmungsbereich noch am wärmsten ist. Hierdurch werden Taupunktunterschreitungen gerade in diesem kritischen Bereich zuverlässig vermieden.

[0013] Zum gleichen Zweck kann gegebenenfalls dem innen liegenden Hohlraum zusätzlich ein separates Zuheizelement zugeordnet sein. Dieses Zuheizelement wird eingeschaltet, wenn z.B. beim Anfahren der Anlage der Rohgasstrom noch nicht ausreichend heiß ist oder während des laufenden Betriebes Zeiträume eintreten, in denen die Rohgastemperatur absinkt, oder wenn durch vorgeschaltete Anlagenteile bedingt die Rohgastemperatur zu niedrig ist und durch reine Wärmeriickgewinnung aus dem Rohgas eine Wandtemperatur oberhalb der Taupunkttemperatur des Reingases nicht zu erreichen ist.

[0014] Um Taupunktunterschreitungen auch im Bereich der Anschlußflansche des Rein^gaskanales zu vermeiden, ist schließlich vorgesehen, daß der Rohrgasverteilerraum vor dem einen Rohrboden und der Rohgassammelraum hinter dem anderen Rohrboden unmittelbar bis an den Anschluß- flansch des Reingaskanales reichen. Hierdurch wird dieser Flansch derart beheizt, daß auch dort Taupunktunterschreitungen ausgeschlossen sind.

[0015] Zum gleichen Zweck kann auch im Anschlußflansch des Reingaskanales ein Kanal ausgebildet sein, durch welchen ein Teilstrom der erwärmten Frischluft geführt ist. Dieses Merkmal ist insbesondere dann anzuwenden, wenn die oben angeführten Temperaturprobleme auftreten. Die durch diesen Kanal geführte erwärmte Frischluft kann anschließend je nach Bedarfsfall dem Rohgas oder dem Reingas zugeführt werden oder in die Atmosphäre abgeleitet werden. '

[0016] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Stirnansicht eines Glasrohr-Wärmetauschers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A - B in Fig. 1

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie C - D in Fig. 1

[0017] Der in der Zeichnung dargestellte Glasrohr-Wärmetauscher weist ein quaderförmiges Gehäuse 1 auf, in welches zwei Rohrböden 2 und 3 eingezogen sind, in denen Glasrohre 4 gelagert sind. Vor dem ersten Rohrboden 2 befindet sich ein Rohgasverteilerraum 5, in den der nicht dargestellte Rohgaskanal einmündet. Hinter dem zweiten Rohrboden 3 befindet sich ein Rohgassammelraum 6, an den sich der nicht dargestellte RohgasabfUhrungskanal anschließt. Das Reingas durchströmt den Glasrohr-Wärmetauscher senkrecht zu den Glasrohren 4, d. h. in Fig. 1 senkrecht zur Ebene der Zeichnung. Der nicht dargestellte Reingaszufuhrkanal und der ebenfalls nicht dargestellte Reingasabführungskanal sind an einander gegenüberliegenden Seiten des quaderförmigen Gehäuses 1 angeschlossen. Die freibleibenden Außenwände des Gehäuses 1 sind doppelwandig ausgebildet und weisen eine äußere Wand 7a und eine innere Wand 7b auf. Der von der äußeren Wand 7a und der inneren Wand 7b umschlossene Hohlraum 8 ist von einer Zwischenwand 7c unterteilt in einen äußeren Hohlraum 8a und einen inneren Hohlraum 8b. An die beiden Hohlräume 8a und 8b sind der Druckstutzen und der Saugstutzen eines Ventilators 9 derart angeschlossen, daß die von dem Ventilator geförderte Luft zunächst den äußeren Hohlraum 8a und danach den inneren Hohlraum 8b im Kreislauf durchströmt.

[0018] In dem äußeren Hohlraum 8a ist eine Reihe von Heizelementen eingebaut, die als vom heißen Rohgas durchströmte Glasrohre lo ausgebildet sind. Die Glasrohre lo verlaufen parallel zu den Glasrohren 4 des Glasrohr-Wärmetauschers und sind wie diese in dessen Rohrböden 2 und 3 eingesetzt, werden also vom Rohgasverteilerraum 5 her mit heißem Rohgas versorgt und münden in den Rohgassammelraum 6 ein. Die von den Glasrohren lo erwärmte Frischluft durchströmt den inneren Hohlraum 8b in der gleichen Richtung, wie das Reingas das- Gehäuse 1 durchströmt, so daß die innere Wand 7b dort am stärksten erwärmt wird, wo das noch kühle und gesättigte Reingas mit ihr in Berührung kommt. Im Einströmungsbereich des inneren Hohlraumes 8b können gegebenenfalls zusätzliche Zuheizelemente, z.B. in Form von Flammrohren 11 angeordnet sein, die im Bedarfsfalle für eine zusätzliche Erwärmung sorgen.

[0019] Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, reicht der Rohgassammelraum 6 hinter dem Rohrboden 3 bis unmittelbar an den Anschlußflansch 12 des Reingaskanales, so daß auch in diesem kritischen Bereich eine ausreichende Erwärmung gewährleistet ist. In gleicher Weise könnte gegebenenfalls der Rohgasverteilerraum 5 auf der gegenüberliegenden Seite ausgebildet sein.

[0020] Beim in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch auf der Einströmseite des Reingases durch ein aufgeschweißtes Blech 13 ein entlang dem Anschlußflansch 14 verlaufender Kanal 15 gebildet, durch welchen ein Teilstrom der erwärmten Frischluft geführt ist. Der bei dieser Art der Flanschbeheizung auftretende geringe Frischluftverlust wird an der Saugseite des Ventilators 9 ergänzt.

Ansprüche

1. Glasrohr-Wärmetauscher, insbesondere zur Erwärmung des gewaschenen Reingasstromes einer Abgas-Reinigungsanlage mit heißem Rohgas, bei welchem das heiße Rohgas durch die Glasrohre und das gewaschene Reingas durch das Wärmetauschergehäuse geführt wird, dessen mit dem Reingas in Berührung kommenden Außenwände doppelwandig ausgeführt und beheizt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlräumen (8) der Außenwände (7) erwärmte Frischluft zirkuliert, die von einem Ventilator (9) in Bewegung gehalten wird.

2. Glasrohr-Wärmetauscher nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlräumen (8) der Außenwände (7) Heizelemente (lo) angeordnet sind.

3. Glasrohr-Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente als vom heißen Rohgas durchströmte Glasrohre (lo) ausgebildet sind.

4. Glasrohr-Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Heizelemente dienenden Glasrohre (lo) parallel zu den Glasrohren (4) des Wärmetauschers verlaufen und in denselben Rohrböden (2, 3) gelagert sind, wie diese.

5. Glasrohr-Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (8) der Außenwände (7) jeweils durch eine parallel zur Wandebene verlaufende Zwischenwand (7c) geteilt ausgebildet sind, wobei die Heizelemente (lo) in dem außen liegenden Teil des Hohlraumes (8) angeordnet sind und die beiden Teile des Hohlraumes (8) so miteinander verbunden sind, daß die zirkulierende Luft zunächst den außen liegenden Hohlraum (8a) und danach den innen liegenden Hohlraum (8b) durchströmt.

6. Glasrohr-Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom in dem innen liegenden Hohlraum (8b) in der gleichen Richtung wie der das Gehäuse (1) durchströmende Reingasstrom verläuft.

7. Glasrohr-Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem innen liegenden Hohlraum (8b) zusätzlich mindestens eine Zuheizeinrichtung (11) zugeordnet ist.

8. Glasrohr-Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1. und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohgasverteilerraum (5) vor dem einen Rohrboden (2) und der Rohgassammelraum (6) hinter dem anderen Rohrboden (3) unmittelbar bis an den Anschlußflansch (12) des Reingaskanales reichen.

9. Glasrohr-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschlußflansch (14) des Reingaskanales ein Kanal (15) ausgebildet ist, durch welchen ein Teilstrom der erwärmten Frischluft geführt ist.

Zeichnung