Wärmetauscher für unter erhöhtem Druck stehende Gase

Abstract

 Wärmetauscher für unter erhöhtem Druck stehende Gase. Bei diesem sind in einem Druckgefäß (1) vom Gas nachein­ander durchströmte Wärmetauscherzüge (I, II) angeordnet. Hierbei ist vorgesehen, daß die Wärmetauscherzüge (I, II) als im wesentlichen gleichartig gestaltete Baueinheiten ausgebildet sind, wobei steigend und fallend oder umge­kehrt beaufschlagte Wärmetauscherzüge (I, II) durch Um­lenkkonstruktionen (12, 23) miteinander verbunden sind und jeder Wärmetauscherzug (I bzw. II) lösbar und separat aus dem Druckgefäß (1) herausnehmbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für unter er­höhtem Druck stehende, insbesondere bei der Vergasung von Brennstoffen erzeugte Gase, bei dem in einem Druckgefäß vom Gas nacheinander durchströmte Wärmetauscherzüge an­geordnet sind.

[0002] Ein solcher Wärmetauscher ist bekannt aus der DE-PS 29 33 716. Hierbei sind die Wärmetauscherzüge aus konzentrisch ineinander angeordneten Rohrwänden gebildet, denen die Vergasungseinrichtung vorgeschaltet ist und wobei Wärmetauscherzüge und Vergasungseinrichtung in einem gemeinsamen Druckgefäß untergebracht sind. Nachteilig an dieser bekannten Anordnung ist, daß bei Schäden an den Wärmetauscherzügen diese nur schwer zugänglich sind und Reparaturen im wesentlichen nur innerhalb des Druckge­fäßes durchgeführt werden können. Dies bedingt neben den Erschwernissen für das mit den Ausbesserungsarbeiten be­auftragte Personal im Reparaturfall einen längeren Still­stand der Gesamtanlage.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den gat­tungsgemäßen Wärmetauscher so auszubilden, daß bei auf­tretenden Schäden eine schnelle und unproblematische In­standsetzung möglich ist, und darüber hinaus auf engstem Raum ein Maximum an Wärmetauscherflächen unterzubringen.

[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindugsgemäß vorgeschla­gen, daß die Wärmetauscherzüge als im wesentlichen gleich­artig gestaltete Baueinheiten ausgebildet sind, wobei steigend und fallend oder umgekehrt beaufschlagte Wärme­tauscherzüge durch Umlenkkonstruktionen miteinander ver­bunden sind und jeder Wärmetauscherzug lösbar und separat aus dem Druckgefäß herausnehmbar ist.

[0005] Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann zwei oder mehr Wärmetauscherzüge aufweisen, die in dem Druckgefäß ver­gleichsweise eng aneinander liegend und damit raumsparend angeordnet werden können. Wenn nun an einem Wärmetauscher­zug Schäden auftreten, so kann dieser von dem bzw. den mit ihm verbundenen Wärmetauscherzügen getrennt und nach Lö­sen der Befestigung im Druckgefäß unabhängig von den an­deren Wärmetauscherzügen entfernt werden. Sodann kann un­mittelbar darauf ein intakter Wärmetauscherzug in das Druckgefäß eingebracht und in seine Arbeitsstellung mon­tiert werden. Der erforderliche Betriebsstillstand für diesen Wechsel der Wärmetauscherzüge dauert, wie ohne weiteres ersichtlich, nur kurze Zeit.

[0006] Für eine einfache Durchführung des Wechsels von Wärme­tauscherzügen sieht die Erfindung weiter vor, daß der obere Teil des Druckgefäßes mittels einer Flanschverbin­dung abnehmbar ist. Es ist hierzu ferner von Vorteil, wenn die Wärmetauscherzüge gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung im Druckgefäß aufgehängt sind und sich nach unten dehnen, d.h. im oberen Teil des Druckgefäßes Fest­lager vorgesehen sind.

[0007] Es wird ferner vorgeschlagen, daß die zwei benachbarte Wärmetauscherzüge verbindende Umlenkkonstruktion als lös­bare Haube in Rohrkonstruktion ausgebildet ist.

[0008] Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die das Druckgefäß durchsetzenden Gasein- und -austritte der Wärmetauscherzüge als separate Wärmetauschersysteme in Rohrkonstruktion ausgebildet sind, die mit den Wärmetau­scherzügen über eine Relativbewegung zulassende Abdicht­vorrichtung verbunden sind.

[0009] Es ist weiterhin möglich, im Bereich der unteren Verbin­dung zweier Wärmetauscherzüge, von denen der erste fal­lend und der zweite steigend vom Gas beaufschlagt sind, einen aus dem Druckgefäß herausführenden Abzug für den bei der Umlenkung des Gases hieraus abgeschiedenen Staub vorzusehen.

[0010] Schließlich kann zwischen steigend und fallend oder umge­kehrt beaufschlagten Wärmetauscherzügen ein außerhalb des Druckgefäßes angeordneter Staubabscheider zwischenge­schaltet sein.

[0011] Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise ver­anschaulicht.
Es zeigen:

Fig. 1 - 3 senkrechte Schnitte durch drei Ausführungs­formen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers und

Fig. 4 - 5 waagerechte Schnitte durch zwei Ausführungs­formen.

[0012] Gemäß Fig. 1 ist mit 1 das Druckgefäß bezeichnet, des­sen oberer Teil 2 mittels der Flanschverbindung 3 lös­bar und abnehmbar ist. 4 ist ein Mannloch am oberen Teil des Druckgefäßes.

[0013] Innerhalb des Druckgefäßes 1 sind im vorliegenden Fall zwei Wärmetauscherzüge I und II angeordnet, die als im wesentlichen gleichartige Baueinheiten ausgebildet sind. Jeder dieser Wärmetauscherzuge weist eine Rohrwand 5 - ­im vorliegenden Fall in quadratischer Form - auf, in de­ren Innerem Rohrbündel 6 angeordnet sind. Mit 7 ist ein Rußbläsersystem angedeutet, mit 8 und 9 Fall- und Steigeleitungen.

[0014] Die Wärmetauscherzüge I und II sind an Festlagern 1o im Druckgefäß 1 aufgehängt und können sich so nach un­ten ausdehnen, wo Führungslager 11 vorgesehen sind. Am oberen Ende der beiden Wärmetauscherzüge ist eine diese Züge verbindende Haube 12 angeordnet, die eben­falls als Rohrkonstruktion mit bei 13 angedeuteter Wasserzuleitung ausgebildet ist.

[0015] Der Wärmetauscherzug I wird steigend, der Wärmetauscher­zug II fallend von den heißen Gasen beaufschlagt, wobei in der Haube 12 eine Umlenkung der Gasströmung erfolgt. Für den Gasein- und -austritt sind am unteren Ende des Druckgefäßes 1 Stutzen 14 und 15 angesetzt. Die Stutzen nehmen Rohrkonstruktionen 16 bzw. 17 mit Zu- und Ablei­tungen 18, 19 im Bereich der Flanschverbindungen 2o bzw. 21 auf. Die von den Gasen durchströmten Rohrkonstrukti­onen 16 und 17 sind in die Rohrwände 5 der beiden Wärme­tauscherzüge derart eingesteckt, daß eine durch Wärme­ dehnung bedingte Relativbewegung möglich ist. Für eine wirksame Abdichtung an der Verbindungsstelle sorgen die mit 22 angedeuteten Stopfpackungen.

[0016] Soll ein Wärmetauscherzug bei einem Defekt aus dem Druck­gefäß 1 herausgeholt werden, so ist zunächst der obere Teil 2 des Druckgefäßes nach Lösen der Flanschverbin­dung 3 abzunehmen. Alsdann wird die Haube 12 von den zu­gehörigen Wärmetauscherzügen gelöst und nach oben aus dem Druckgefäß entfernt. Nach Lösen des defekten Wärme­tauscherzuges von den Festlagern 1o und nach Abtrennen der Fall- und Steigleitungen 8 und 9 sowie der Zuleitung des Rußbläsersystems 7 kann nun der Wärmetauscherzug nach oben aus dem Druckgefäß herausgezogen werden. Anschließend kann dann ein intakter Wärmetauscherzug in das Druckgefäß eingesetzt werden, wobei die vorstehend beschriebenen Ar­beitsschritte in sinngemäßer Reihenfolge erfolgen.

[0017] Falls die Rohrbündel 6 eines Wärmetauscherzuges einen Defekt aufweisen, können sie nach Entfernen von Teil 2 des Druckgefäßes und Haube 12 direkt aus der quadrati­schen Rohrwand 5 herausgezogen werden. Die Rohrwand 5 verbleibt in diesem Falle in ihrer Position im Druckge­fäß 1.

[0018] Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmetau­schers gemäß Fig. 2 ist die Anordnung der Wärmetauscher­züge I und II im Druckgefäß 1 die gleiche wie anhand von Fig. 1 beschrieben. Unterschiedlich ist jedoch die Gas­führung. So sind die Stutzen 14 und 15 für den Gasein- ­und -austritt am oberen Teil 2 des Druckgefäßes 1 ange­ ordnet, so daß zunächst der Wärmetauscherzug II fallend und nach Umlenkung der Gase am unteren Ende dann der Wär­metauscherzug I steigend beaufschlagt wird. Hierbei ist an die unteren Enden der Wärmetauscherzüge ein aus Rohrkon­struktion gebildeter Trichter 23 angesetzt, der einen ver­größerten Strömungsquerschnitt aufweist und der zum Auf­fangen des bei der Umlenkung und der Geschwindigkeitsver­ringerung des Gases aus dem Gasstrom abgeschiedenen Stau­bes dient. Der Auslauf 24 des Trichters, der zum Ausgleich von Wärmedehnungen unterteilt ist, wird durch den Stutzen 25 unten aus dem Druckgefäß herausgeführt. Zur Demontage des Trichters 23 ist der untere Teil 33 des Druckgefäßes 1 mittels der Flanschverbindung 34 abnehmbar.

[0019] Der Wärmetauscher gemäß Fig. 3 zeigt im wesentlichen den­selben Aufbau wie der gemäß Fig. 1. Hierbei ist jedoch im oberen Teil 2 des Druckgefäßes 1 ein zusätzlicher Gasein- ­und -austritt angeordnet. Dazu sind Stutzen 26 und 27 vorgesehen, an die Zu- und Ableitungen 28, 29 zu bzw. von einem außerhalb des Druckgefäßes angeordneten Staub­abscheider 3o angesetzt sind. Die Gasführung in den Lei­tungen 28, 29 erfolgt hierbei durch darin eingesetzte Rohrkonstruktionen 31 und 32. Die Zwischenschaltung des Staubabscheiders 3o, der als Zyklon ausgebildet sein kann, hat den Vorteil, daß der Flugstaub nicht mehr durch den Wärmetauscherzug II geführt wird.

[0020] Darüber hinaus befindet sich der Flugstaub auf einem ver­gleichsweise hohen Temperaturniveau, was sich bei einer Rückführung des Flugstaubes in den Reaktionsraum einer mit dem Wärmetauscher verbundenen Vergasungsanlage vor­teilhaft auswirkt.

[0021] Fig. 4 zeigt einen waagerechten Schnitt durch den Wärme­tauscher gemäß den Ausführungsformen nach Fig. 1 - 3, bei dem in dem Druckgefäß 1 die Wärmetauscherzuge I und II angeordnet sind.

[0022] Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 sind in dem Druckgefäß 1 vier Wärmetauscherzüge I, II, III und IV vorgesehen. Hier­bei ist es möglich, die vier Wärmetauscherzüge nacheinan­der von dem Gasstrom passieren zu lassen. Es ist jedoch auch möglich, zwei Paare von Wärmetauscherzügen, nämlich das Paar I und II sowie das Paar III und IV zu bilden, die unabhängig voneinander und von getrennten Gasströmen beaufschlagt werden.

[0023] Die Anordnung nach Fig. 5 macht besonders deutlich, wie raumsparend und den Innenraum des Druckgefäßes in vor­teilhafter Weise ausnutzend der erfindungsgemäße Wärme­tauscher konzipiert ist.

Ansprüche

1. Wärmetauscher für unter erhöhtem Druck stehende, insbesondere bei der Vergasung von Brennstoffen erzeugte Gase, bei dem in einem Druckgefäß vom Gas nacheinander durchströmte Wärmetauscherzüge angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherzüge (z.B. I, II) als im wesentli­chen gleichartig gestaltete Baueinheiten ausgebil­det sind, wobei steigend und fallend oder umgekehrt beaufschlagte Wärmetauscherzüge durch Umlenkkon­struktionen miteinander verbunden sind und jeder Wärmetauscherzug lösbar und separat aus dem Druck­gefäß (1) herausnehmbar ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß der obere Teil (2) des Druckgefäßes mittels einer Flanschverbindung (3) abnehmbar ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Wärmetauscherzüge (I, II) im Druckgefäß (1) aufgehängt sind und sich nach unten dehnen.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Umlenkkonstruktion als lösbare Haube (12) in Rohrkonstruktion ausgebildet ist.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die das Druckgefäß (1) durchsetzen­den Gasein- und -austritte der Wärmetauscherzüge (I, II) als separate Wärmetauschersysteme (16, 17) in Rohrkonstruktion ausgebildet sind, die mit den Wärmetauscherzügen über eine Relativbewegung zu­lassende Abdichtvorrichtungen (22) verbunden sind.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß im Bereich der unteren Verbindung zweier Wärmetauscherzüge (I, II), von denen der erste fallend und der zweite steigend vom Gas be­aufschlagt sind, ein aus dem Druckgefäß (1) heraus­führender Abzug (23, 24, 25) für den bei der Um­lenkung des Gases hieraus abgeschiedenen Staub vor­gesehen ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekenn­zeichnet, daß zur Demontage des die Wärmetauscher­züge (I, II) verbindenden Trichters (23) des Abzu­ges der untere Teil (33) des Druckgefäßes (1) mittels einer Flanschverbindung (34) abnehmbar ist.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß zwischen steigend und fallend oder umgekehrt beaufschlagten Wärmetauscherzügen (I, II) ein außerhalb des Druckgefäßes (1) angeordneter Staubabscheider (3o) zwischengeschaltet ist.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die einem Wärmetauscherzug (I bzw. II) zugeordneten Rohrbündel (6) bei Verbleib der Rohr­wand (5) im Druckgefäß (1) aus der Rohrwand heraus­nehmbar sind.

Zeichnung