Wärmeanstauscher an Dampfkesseln. Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher an Dampfkesseln, welcher aus einer Reihe parallel im Heizgasstrom ste hender und von zum Heizgasstrom parallelen Stromfäden eines fliessenden Arbeitsmittels durchflossener, Wände bildender Rohrschlan gen besteht.
Störend bei solchen Wärmeaustauschern ist, dass das Arbeitsmittel in den einzelnen Rohrschlangen und der Baustoff dieser Rohr schlangen unterschiedlich stark aufgeheizt werden, wenn im Heizgasstrom - über seinen Querschnitt betrachtet - örtliche Zusammen ballungen von Wärme vorliegen. Derartige Wärmespitzen, welche durch Messung der Temperaturen an den verschiedenen Stellen des Heizgasstromes sichtbar gemacht werden können, können davon herrühren, dass in der Heizgas-Entwicklungskammer, in der Regel der Brennkammer, beispielsweise durch Aus fall des einen oder andern Brenners auf einer Seite mehr Wärme erzeugt wird als auf der andern.
Gleichzeitig oder für sich allein er geben sich solche Zusammenballungen von Wärme aber auch dadurch, dass der Heizgas strom vor Auftreffen auf den Wärmeaustau- scher einseitig gekühlt worden ist. Dieser Fall ist fast immer gegeben bei Brennkammern, welche mit Kühlrohren ganz oder teilweise ausgekleidet sind und bei welchen infolge dessen die neben den Kühlrohren herstrei- chenden Heizgase schon in der Brennkammer stärker abgekühlt werden als die im Kern der Brennkammer aufsteigenden Heizgase.
Die hierdurch verursachten Störungen sind nicht nur die stärkere bezw. schwächere Aufheizung des einen oder andern Strom fadens des aufzuheizenden Arbeitsmittels an sich, sondern mit der unterschiedlichen Be- heizung des Arbeitsmittels erwachsen auch für dieses unterschiedliche Volumenänderun gen in den einzelnen Rohrschlangen und da mit Unterschiede in den Geschwindigkeiten und Strömungswiderständen, die ihrerseits zu einer Drosselung und dadurch wieder zu einer noch stärkeren Erhitzung des Arbeitsmittels in den einzelnen Rohrschlangen führen kön nen.
Hierin werden wesentlich bessere Verhält nisse mit dem erfindungsgemässen Wärmeaus- tauscher dadurch geschaffen, dass aus nahe und parallel den Seiten des Heizgasstromes gelegenen Rohrwänden Rohrschlangenteile in Rohrschlangenteile übergehen, welche in näher der Mitte des Heizgasstromes liegenden Rohr wänden angeordnet sind, so dass zunächst in den Randschichten des Reizgasstromes erhitzte Stromfäden des Arbeitsmittels im weiteren Fluss von Kernschichten des Heizgasstromes erhitzt werden.
In der Zeichnung ist der Erfindungs gegenstand schematisch in mehreren Ausfüh rungsbeispielen dargestellt. Es zeigt die Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen waagrechten Heizgaskanal, in dem ein aus senkrecht gewickelten Rohrschlangen bestehender Überhitzer angeordnet ist, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Überhitzer nach Fig. 1, Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch einen waagrechten Heizgaskanal. in dem ein aus waagrecht gewickelten Rohrschlangen be stehender Überhitzer angeordnet ist,
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Überhitzer nach Fig. 3, Fig. 5 die Draufsicht auf einen ähnlich der Fig. 1 oder 3 angeordneten Überhitzer, Fig. 6 die Draufsicht auf eine ähnlich der Fig. 1 oder 3 angeordnete Überhitzerhälfte, Fig. 7 einen senkrechten Schnitt durch einen waagrechten Heizgaskanal, in dem ein aus waagrecht gewickelten Rohrschlangen be stehender Überhitzer angeordnet ist,
Fig. 8 einen senkrechten Schnitt durch einen Strahlungsdampfkessel.
Bei dem Strahlungskessel nach Fig. 8, welcher einer üblichen Bauart entspricht, ist die von den Brennern 7 mit Kohlenstaub ver sorgte Brennkammer 5 mit den Verdampfer rohren 3 und 4 sowie an den Seitenwänden mit den Verdampferrohren 6 ausgekleidet.
Unmittelbar oder mit Hilfe der Verbindungs- rotere 9 sind die Verdampferrohre zwischen die Trommeln 1 und 2 geschaltet, die ihrer seits durch Fallrohre begw. Dampfabfüh- rungsrohre 10 mit der Dampf-Sammel- und -Speisetrommel 8 verbunden sind. Über der Brennkammer befindet sich der aus Schlan genrohren bestehende Berührungs-Dampf- überhitzer, der in einem im wesentlichen waagrechten Rauchgaszuge liegt.
Bei diesem Kessel geben die Flammen bezw. die Rauch gase in der Brennkammer Wärme durch Strahlung und Berührung an die Kesselrohre 3, 4 und 6 ab, und zwar vor allem die jenigen Rauchgase, die in der Nachbarschaft der Kesselrohre in der Brennkammer aufstei gen, so dass diese Rauchgase bei Austritt aus der Brennkammer mehr abgekühlt sind, als die im Kern der Brennkammer aufsteigenden.
Diese verschiedene Verteilung der Wärme in dem Rauchgasstrom teilt sich dem Überhitzer in der Weise mit, dass von der Zahl der quer über den Rauchgasstrom verteilten Überhit zerrohrschlangen die aussenliegenden schwä cher beheizt werden als die innenliegenden, was einerseits zu einer anteilig ungleich mässigen Überhitzung der einzelnen durch die verschiedenen GO4rsOlangen führenden Dampffäden und ande:tseU' zu einer anteilig ungleichen Wärmebeanspruchung des Bau stoffes der Rohrschlangen und der sie verbin denden Sammler führt.
Dies gilt in über wiegendem Masse für die Rohrschlangen, wel che aussenliegend parallel zu den Brennkam- merseitenwänden stehen. Zwar unterliegen auch die neben der Stirn- und Rückwand der Brennkammer aufsteigenden Rauchgase einer stärkeren Abkühlung als die im Kern der Brennkammer aufsteigenden. Diese Ungleich heit fällt aber für die quer zu diesen Wänden gehenden Rohrschlangen nicht nachteilig ins Gewicht, da sie sich anteilig gleichmässig auf sämtliche Rohrschlangen verteilt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen nun einen in einem waagrechten, von den Wänden 12, 13, 14, 15 gebildeten Kanal angeordneten Über- hitzer, dessen an die Sammler 16 und 17 an geschlossene Rohrschlangen<I>A, B, C, D</I> paral lel zum Rauchgasstrom stehen, der aus einer mit Kühlflächen ausgekleideten Brennkam- mer zuströmt. Jede der Rohrschlangen ist in zwei Teile aufgelöst, von denen jeweils der eine nahe der einen oder andern Wand 12 oder 13 und der andere nahe der Mitte TI des Kanals angeordnet ist und die beiden Teile durch ein Rohrstück verbunden sind.
Beispielsweise verläuft die Rohrschlange 18 der Rohrgruppe A1 zwischen dem Sammler 16 und dem Sammler 17 zunächst neben der Wand 12, führt dann unter der Wand 14 hinweg zur Rohrgruppe A= und läuft hier als erstes Rohr neben der Mitte M des Kanals weiter. Anderseits verläuft die Rohrschlange 19 der Rohrgruppe C' zunächst als erstes Rohr neben der Mitte 111 des Kanals, führt dann unter der Wand 14 hinweg zur Rohr gruppe C' und läuft hier als erstes Rohr neben der Wand 12 weiter.
Die gegenüber dem ersten Teil C' der Rohrschlange 19 im ersten Teil A1 anteilig schwächer beheizte Rohrschlange 18 wird somit im zweiten Teil A= anteilig stärker beheizt als der zweite Teil C' der Rohrschlange 19 und somit die ver schiedene Lagerung der Wärme im Rauch gasstrom auf die Rohrschlangen des Überhit- zers ausgeglichen.
Dasselbe gilt natürlich auch für die übrigen Rohrschlangen der Rohrgruppen A'-A', B'-B2, C'-C2 und D'-D2. Mit dieser Anordnung ist gleich zeitig auch ein Ausgleich der Beheizung der Rohrschlangen dann verbunden, wenn etwa durch Ausfall des einen oder andern Bren ners in der Brennkammer beispielsweise im rechten Brennkammerteil und damit in der rechten Hälfte des Rauchgaskanals eine ge ringere Wärmezusammenballung als in der linken Hälfte des Kanals vorläge, weil die verschiedenen Teile ein und derselben Rohr schlange in den verschiedenen Hälften des Rauchgaskanals angeordnet sind.
In der Fig. 1 sind die Verbindungsrohre zwischen den Rohrschlangenteilen unterhalb der Wand 14 verlegt, teils um diese gegen die Rauchgase zu schützen, teils um von oben an die Verbindungen leicht herankommen zu können. Die Verbindungsrohre können in dessen auch unterhalb der Rohrschlangen oder aber in einer senkrechten Ebene ange ordnet werden, je nachdem dies in dem einen oder andern Fall baulich am zweck mässigsten wäre.
Die gezeigte Anordnung ist weiterhin nicht auf den liegenden Rauchgas kanal beschränkt; sie könnte ebensogut bei behalten werden, wenn der Kanal senkrecht etwa mit den Wänden 14', 15' verliefe und die Rauchgase von oben nach unten oder um gekehrt geführt werden müssten.
Stellen die Fig. 1 und 2 einen Überhitzer mit hängenden Rohrschlangen dar, so zeigen die Fig. 3, 4 und 7 Überhitzer mit liegenden Schlangen, die ebenfalls in liegenden oder senkrechten Rauchgaskanälen angeordnet sein können und deren Verbindungsrohre zwischen den verschiedenen Teilen einer Rohrschlange ebenfalls unter oder über die Schlangen hin weggeführt werden können.
In der Fig. 5 ist eine Anordnung darge stellt, bei welcher die ungleichen Wärmever teilungen im Rauchgasstrom auf jeder Kanal hälfte für sich durch entsprechende Führung der Rohrschlangen A'-AZ und B'-B2 aus geglichen sind, wohingegen die verschiedene Wärmeverteilung auf den beiden Kanalhälf ten durch die teils auf der einen, teils auf der andern Kanalhälfte angeordneten Rohr schlangen C'-C' und D'-D2 ausgeglichen sind.
Eine derartige Anordnung wird aller dings nur für Brennerfeuerungen in Betracht kommen, wogegen man bei Brennkammern mit Rostfeuerungen nur die durch die stärkere Abkühlung an den Seitenwänden sich erge bende ungleiche Wärmeverteilung in den Rauchgasen zu überwinden haben wird.
In diesen Fällen wird eine Anordnung gemäss Fig. 6, ihrer Einfachheit wegen, vorzuziehen sein, weil dort nur die äussern Rohrschlangen <I>B'</I> und A2 mit den nahe der Kanalmitte 31 gelegenen Rohrschlangen<I>A'</I> und BZ zusam mengefasst werden, wohingegen für die übri gen Überhitzerrohre die üblichen nur in einer einzigen Ebene durchlaufenden Rohrschlan gen C verwendet zu werden brauchen.
Die gezeigten Anordnungen sind unab hängig davon, ob der Dampf im Gleich- oder aber im Gegenstrom zum Rauchgasstrom durch die Überhitzerrohrschlangen strömt. Sie eignen sich ferner auch nicht nur für Dampferhitzer, sondern schlechthin für paral lel zum Heizgasstrom ausgebreitete Rohr schlangen, soweit diese als Wärmeaustauscher zwischen Rauchgasen einerseits und Dämp fen, Flüssigkeiten oder Gasen anderseits die nen, also für Verdampfungsheizflächen oder Vorwärmer oder dergleichen.