[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthaltenen
Störstoffen. Die Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen Behälter mit einem Eintrittsstutzen
und einem Austrittsstutzen für den Medienstrom. Dieser ist durch im Innern des Behälters
zylinderförmig angeordnete und sich radial erstreckende Bündel aus Wärmetauscherrohren
in eine Ringkammer einleitbar. Diese umschließt einen an einer Stirninnenseite des
Behälters angeordneten Brenner und geht in ein zum Brenner koaxial angeordnetes Hochgeschwindigkeitsrohr
über. Das Hochgeschwindigkeitsrohr mündet in einen Ringraum, welcher das Hochgeschwindigkeitsrohr
umschließt. Von dem Ringraum aus ist der Medienstrom über die Wärmetauscherrohre dem
Austrittsstutzen zuleitbar. Die einströmseitigen Endbereiche der Wärmetauscherrohre
sind radial nach außen gebogen und werden vom behandelten aufgeheizten Medienstrom
umspült.
[0002] Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 35 32 232 C2 bekannt. Gegenüber einer entsprechenden,
aus der EP 0 040 690 bekannten Vorrichtung, bei der die Wärmetauscherrohre an der
heißen Seite der Vorrichtung, also im Bereich des Brenners, nach innen umgebogen und
in einer den Brenner konzentrisch umgebenden Trommel eingefügt sind, ergibt sich durch
nach außen abgebogene Wärmetauscherrohre der Vorteil, daß die Rohrenden auf einer
wesentlich größeren Umfangsfläche angeordnet werden, so daß ein einfacheres Einschweißen
erreicht wird. Die eingeschweißten Enden können dabei einen erheblich größeren Abstand
zueinander aufweisen, so daß der die Enden aufnehmende Mantel kein zusätzliches Bauteil
wie eine Trommel sein muß, sondern die innere Wandung eines äußeren Ringraumes als
Befestigungsfläche benutzbar ist, durch den das die oxidierbaren Bestandteile aufweisende
Trägergas von der Eintrittsöffnung zu den Wärmetauscherrohren geführt wird.
[0003] Ein wesentlicher Nachteil aller bekannten Vorrichtungen dieser Art mit an Enden radial
nach außen abgebogenen Wärmetauscherrohren ist darin zu sehen, daß die radial abgebogenen
Endstücke der Rohre in Abhängigkeit vom Radius, auf dem die Rohre im übrigen angeordnet
sind, unterschiedliche Längen aufweisen müssen, um in einen zylindrischen Mantel eingeschweißt
werden zu können. In der Praxis hat sich auch gezeigt, daß bedingt durch unterschiedlich
lange Rohrschenkel, die durch die Abbiegung angestrebte Elastizität entsprechend unterschiedlich
ausfällt. Die Spannungen in kurzen Schenkeln sind nämlich zwingend größer als die
in langen und daher eine größere Elastizität aufweisenden Schenkel. Geringe Kräfte
und vor allem gleich große Kräfte an allen Rohren sind wichtige Voraussetzungen für
eine gute Kompensation der an den Wärmetauscherrohren auftretenden Wärmedehnungen.
Durch das Einschweißen der radial nach außen abgebogenen Wärmetauscherrohre in die
zylindrische Wandung wird zudem ein beträchtliches Teilstück des Schenkels so fest
eingespannt, daß dieses nicht mehr am Kompensationsvorgang teilnimmt. Somit ist das
Biegevermögen insbesondere der auf dem radial äußersten Zylinder angeordneten Rohre
nur sehr gering im Vergleich zu den Rohren, die auf dem innersten Zylinder angeordnet
sind.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen
Art vorzuschlagen, bei der alle Wärmetauscherrohre die gleiche Biege- und Kompensationsfähigkeit
aufweisen, wobei die auf jedes Rohr einwirkende Kraft möglichst gering sein soll,
was auch eine Voraussetzung dafür ist, daß ein schädliches Schwingen der Rohre vermieden
wird.
[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs
1 genannten gattungsgemäßen Art ausgegangen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden
Teil desselben angegebenen Merkmale aufweist.
[0006] Durch die erfindungsgemäße Ausbildung können alle Radien der Bögen und die Verbindungsstücke
zwischen den Bögen aller Wärmetauscherrohre gleich dimensioniert werden, so daß auch
alle Wärmetauscherrohre untereinander übereinstimmende Kompensationseigenschaften
erhalten.
[0007] Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Verbindungsstücke zwischen den Bögen
der Wärmetauscherrohre tangential zu einem Kreis ausgerichtet, dessen Mittelpunkt
in der Mittelachse des Behälters liegt.
[0008] Diese Ausgestaltung ermöglicht im Gegensatz zu Wärmetauscherrohren mit radial strahlenförmig
ausgerichteten Endstücken den Einsatz von Wärmetauscherrohren mit verhältnismäßig
langen Verbindungsstücken zwischen den Bögen bei im übrigen gleichen Vorrichtungsdimensionen,
so daß die Flexibilität der Wärmetauscherrohre erheblich gesteigert werden kann.
[0009] Schließlich sieht eine Ausgestaltung der Erfindung noch vor, daß die Endbereiche
der Wärmetauscherrohre in einem gegenüber einer äußeren Ringkammer radial erweiterten
Endstück angeordnet sind, an das der Eintrittsstutzen angeschlossen ist.
[0010] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einem Längsschnitt dargestellt:
[0011] Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Behälter 1, der
außenseitig mit einer wärmedämmenden Isolierung 2 versehen ist.
[0012] Der Behälter 1 ist in der Nähe einer Stirnseite 3 mit einem die Behälterwandung radial
durchdringenden Eintrittsstutzen 4 versehen, der in eine ringförmige Vorkammer 5 mündet.
Diese ist auf ihrer der Behältermitte zugewandten Seite durch eine Kreisscheibe 6
begrenzt, durch welche die einströmseitigen Enden von Wärmetauscherrohren 7 hindurchgeführt
sind. Die in Wandnähe des Behälters 1 zylinderförmig angeordneten und sich über einen
wesentlichen Teil der Behälterlänge axial erstreckenden Wärmetauscherrohre 7 sind
am einströmseitigen Endbereich mit jeweils zwei Bögen 8 versehen, die über ein Verbindungsstück
9 einen Z- bzw. S-förmigen Doppelbogen 8-8 bilden. Dadurch liegt jeweils das einströmseitige
Ende eines Wärmetauscherrohres 7 auf einem größeren Radius als dessen ausströmseitiges
Ende, das eine Trennwand 10 durchdringt. Diese ist in einem Abstand zu einer Stirnseite
11 des Behälters 1 angeordnet, wodurch eine Ringkammer 12 abgeteilt wird, in welche
die austrittsseitigen Enden der Wärmetauscherrohre 7 münden.
[0013] Die Enden der Wärmetauscherrohre 7 sind einströmseitig starr mit der ihrerseits starr
angeordneten Kreisscheibe 6 und ausströmseitig gleichfalls starr mit der ihrerseits
ebenso starr angeordneten Trennwand 10 verschweißt. Jede Längenveränderung der Wärmetauscherrohre
7 infolge Temperaturveränderungen wird durch eine entsprechende Verformung der S-
bzw. Z-förmigen Doppelbögen 8-8 gänzlich ausgeglichen. Die Verformbarkeit der Doppelbögen
8-8 ist umso größer und kann umso elastischer erfolgen, je größer die Länge der Verbindungsstücke
9 ist. Deshalb sind diese vorzugsweise nicht gänzlich radial ausgerichtet, sondern
verlaufen tangential verneigt zu einem Kreis, dessen Mittelpunkt in der Mittelachse
des Behälters 1 liegt und dessen Durchmesser beispielsweise etwa der Hälfte des Behälteraußendurchmessers
entsprechen kann. Dadurch ergeben sich für alle Wärmetauscherrohre 7 zwischen den
Doppelbögen 8-8 Verbindungsstücke 9 mit einer maximalen Länge, so daß sich dadurch
auch eine maximale Elastizität der Wärmetauscherrohre 7 hinsichtlich ihrer unbehinderten
Längenveränderbarkeit ergibt.
[0014] Der Ringraum 12 umschließt einen Brenner 13, der konzentrisch zur Stirnseite 11 angeordnet
ist und in ein koaxiales Hochgeschwindigkeitsrohr 14 mündet. Dieses mündet seinerseits
in eine Verwirbelungskammer 15, die durch die Stirnseite 3 begrenzt ist. An die Verwirbelungskammer
15 schließt sich in der Austrittsebene des Hochgeschwindigkeitsrohres 14 ein innerer
Ringraum 16 an, der das Hochgeschwindigkeitsrohr 14 umschließt und sich über den wesentlichsten
Teil dessen Länge erstreckt, bevor es in einen ringförmigen Umlenkraum 17 mündet.
An diesem ist ein äußerer Ringraum 18 angeschlossen, der die Wärmetauscherrohre 7
enthält. Der äußere Ringraum 18 erstreckt sich mit einem radial erweiterten Endstück
19, worin die Doppelbögen 8-8 der Wärmetauscherrohre 7 untergebracht sind, bis in
einen Bereich, der zu einem Teil die Verwirbelungskammer 15 umschließt.
[0015] Am radial erweiterten Endstück 19 des äußeren Ringraumes 18 ist radial ein Austrittsstutzen
20 angeschlossen, der die Behälterwandung in der Nähe des Eintrittsstutzens 4 gleichfalls
durchdringt und zu diesem parallel angeordnet ist.
1. Vorrichtung zum Verbrennen von in einem Medienstrom enthaltenen Störstoffen, bestehend
aus einem zylindrischen Behälter (1) mit einem Eintrittsstutzen (4) und einem Austrittsstutzen
(20) für den Medienstrom, der durch im Innern des Behälters (1) zylinderförmig angeordnete
und sich radial erstreckende Bündel aus Wärmetauscherrohren (7) in eine Ringkammer
(12) einleitbar ist, die einen an einer Stirninnenseite (11) des Behälters (1) angeordneten
Brenner (13) umschließt und in ein zum Brenner (13) koaxial angeordnetes Hochgeschwindigkeitsrohr
(14) übergeht, das mit einem dieses umschließenden inneren Ringraum (16) verbunden
ist, von dem aus der Medienstrom über die Wärmetauscherrohre (7) dem Austrittsstutzen
(20) zuleitbar ist, wobei die einströmseitigen Endbereiche der Wärmetauscherrohre
(7) nach außen abgebogen sind und vom behandelten, aufgeheizten Medienstrom umspült
werden, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmetauscherrohr (7) am einströmseitigen
Endbereich mit einem Z- oder S-förmigen Doppelbogen (8-8) versehen ist, der in zum
übrigen Verlauf des Wärmetauscherrohrs (7) parallele Rohrendstücke übergeht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsstücke (9) zwischen
den Bögen (8-8) der Wärmetauscherrohre (7) tangential zu einem Kreis ausgerichtet
sind, dessen Mittelpunkt in der Mittelachse des Behälters (1) liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche der
Wärmetauscherrohre (7) in einem gegenüber einer äußeren Ringkammer (18) radial erweiterten
Endstück (19) angeordnet sind, an das der Austrittsstutzen (20) angeschlossen ist.