CH660460A5

CH660460A5 - Rekombinator.

Info

Publication number: CH660460A5
Application number: CH3771/84A
Authority: CH
Inventors: Helmut Saalfrank
Original assignee: Kraftwerk Union Ag
Priority date: 1983-10-28
Filing date: 1984-08-06
Publication date: 1987-04-30
Also published as: JPH0440281B2; JPS60108302A; ES291665Y; DE3339242C2; ES291665U; DE3339242A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Rekombinator zum Oxidieren von wasserstoffhaltiger Luft durch Aufheizung in einem Behälter mit Rohrstutzen für den Aus- und Einlass der Luft und mit einer elektrischen Heizung.

Bei dem aus der DE-PS 31 43 989 bekannten System mit einem derartigen Rekombinator ist in dem Behälter ein Katalysator in Form von edelmetallbeschichteten Tonkugeln vorgesehen, um eine Verringerung der für die Rekombination erforderlichen Temperatur zu erreichen. Demgegenüber geht die Erfindung von der Aufgabe aus, den Rekombinator so auszubilden, dass auf einen Katalysator verzichtet werden kann. Zu diesem Zweck soll eine besonders intensive Aufheizung erreicht werden.

Gemäss der Erfindung ist vorgesehen, dass der Behälter eine längliche Form aufweist, in der eine Vielzahl von geraden Heizstäben parallel zueinander angeordnet ist, dass an der einen Stirnseite der Auslassstutzen mit Abstand von den Heizstäben angeordnet ist, dass an der anderen Stirnseite ein Deckel angeflanscht ist, an dem die Heizstäbe befestigt sind,

und dass dem Deckel benachbart ein die Heizstäbe umgebender Ringraum vorgesehen ist, in den der Einlassstutzen mündet.

Bei der Erfindung wird im Gegensatz zu der bekannten schematischen Darstellung mit einem Heizwendel die gleich-mässige Erwärmung des länglichen Innenraumes durch die Vielzahl der Heizstäbe erreicht. Sie erwärmen das hindurchströmende Gas auch dann intensiv und ohne Heiss- oder Kaltstellen, wenn es sich um relativ grosse Gasmengen handelt. Dies gilt besonders für den Fall, dass als vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung die Heizstäbe von Rohren konzentrisch umgeben sind, die ringförmige Kanäle für den Gasdurchtritt bilden.

Für eine gleichmässige Aufheizung ist es ferner vorteilhaft, wenn die spezifische Heizleistung klein gehalten werden kann. Die sich daraus ergebenden grossen Heizflächen werden bei der Erfindung mit der Länge der Heizstäbe und damit auch der diesen zugeordneten Rohren erreicht. Deshalb ist es günstig, wenn die Rohre in zwei Platten in der Nähe der Stirnseiten des Behälters befestigt sind und die eine Platte in Längsrichtung des Behälters verschiebbar angeordnet ist. Hiermit ergibt sich die Möglichkeit einer Wärmedehnung ohne Zwängung und Wärmespannungen.

Die Platten können mit einem die Rohre umgebenden Mantel verbunden sein, der mit Abstand von der Wand des Behälters liegt. Mit diesem Mantel kann man die Wärmebelastung der Behälterwand in Grenzen halten. Ausserdem lässt sich diese Anordnung dadurch weiterbilden, dass die Platten und der Mantel zusammen mit den Rohren einen in Längsrichtung des Behälters ein- und ausbaubaren vorgefertigten Bauteil bilden.

Zur Vergleichmässigung der Beaufschlagung der verschiedenen Heizstäbe ist es vorteilhaft, wenn der Querschnitt der Rohre an der dem Deckel des Behälters abgekehrten Platte teilweise verdämmt ist. Damit ergibt sich nämlich durch eine Stauwirkung ein zusätzlicher Strömungswiderstand, der unterschiedliche Strömungswiderstände längs der einzelnen Rohre überlagert und damit weniger wirksam macht. Dies kann vorteilhaft so erreicht werden, dass die Verdämmung von einer gegen die Platte gepressten Scheibe gebildet wird, die im Bereich der Rohre Offnungen mit einem erheblich kleineren Querschnitt als die Rohre aufweist.

Zur Vergleichmässigung der Gasströmung und zur Verhinderung von weitergehenden Schäden im Störungsfall kann der Auslassstutzen durch eine Stauplatte überdeckt sein, die im Inneren des Behälters mit Abstand von der den Anschlussstutzen tragenden Behälterstirnwand angeordnet ist.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Rekombinator nach der Erfindung und die Fig. 2 einen dazu rechtwinkligen Querschnitt.

Der neue Rekombinator umfasst einen im wesentlichen zylindrischen Behälter 1, der bei einer Wandstärke von 15 mm und einem Durchmesser von 500 mm eine Länge von fast 2 m aufweist. An dem in der Figur linken Ende ist der Durchmesser des Behälters 1 durch einen konzentrisch übergreifenden Rohrschuss 2 auf 600 mm vergrössert, der an ein Flanschteil 3 angeschweisst ist. Das freie Ende des Rohrschusses 2 läuft in einen Deckelflansch 4 aus. Auf diesen ist ein Deckel 5 mit nicht weiter dargestellten Schrauben 6 befestigt. Die Stossstelle des Deckels 5 ist mit einer Schweisslip-pendichtung 7 versehen.

Im Rohrschuss 2 ist ein in einen Ringraum 9 führender Einlassstutzen 10 angeordnet, der zum Beispiel 100 mm Innendurchmesser hat. Dort wird der Rekombinator mit der Atmosphäre im Inneren der Sicherheitshülle eines Kern2

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kraftwerkes beaufschlagt, wie in der DE-PS 31 43 989 angegeben ist. An der anderen Stirnseite 11 des Behälters 1 ist ein zentrischer Auslassstutzen 12 vorgesehen. Er hat einen grösseren Durchmesser als der Einlassstutzen 10, weil das erhitzte Gas in diesem Bereich ein grösseres Volumen einnimmt.

Im Inneren des Behälters 1 ist ein dünnwandiger, zylindrischer Mantel 15 konzentrisch angeordnet. Seine lösbare Abstützung 16 am deckelseitigen Ende umfasst Schrauben 17, die an einem inneren Zylinderstück 18 des Behälters 1 angreifen. Weitere Schrauben 19 halten eine Platte 20, die mit dem Mantel 15 verschweisst ist. Am anderen Ende ist der Mantel 15 mit einer Platte 22 verschweisst, die mit ihrem Umfang auf einem Lagerring 23 an der Innenwand des Behälters 1 gleitend abgestützt ist.

Zwischen den Platten 20 und 22 sind vierundzwanzig Rohre 24 über den Querschnitt des Mantels 15 gleichmässig verteilt angeordnet, wie die Fig. 2 deutlich erkennen lässt. Die Rohre 24 sind mit der Platte 22 verschweisst und in der Platte 20 mit einem Überstand in der Grösse ihres Durchmessers von 55 mm gleitend gelagert. Sie verlaufen parallel zueinander und zur Längsachse des Behälters 1 und enthalten jeweils konzentrisch angeordnete Heizstäbe 25.

Die Heizstäbe 25 sind an ihren unteren Enden 26 abgeschlossen. Am anderen deckelseitigen Ende führen sie durch den Deckel 5, wo sie mit Schweissnähten 27 befestigt und abgedichtet sind. Der ausserhalb des Deckels 5 gelegene Teil der Heizstäbe 25 ist mit Kühlblechen 28 versehen.

Der Durchmesser der Heizstäbe 25 beträgt 42 mm. Deshalb bilden sie mit den Rohren 24 jeweils einen engen Ringspalt 30. Durch diesen Ringspalt strömt das Gas, das vom Einlassstutzen 10 kommt und mit Hilfe des Ringraumes 9 gleichmässig auf alle Rohre 24 verteilt wird. Im Ringspalt 30 wird das Gas aufgeheizt. Bei Temperaturen von ~ 650 °C verbrennt der in dem Gas enthaltene Wasserstoff zu Wasser,

das wegen der hohen Temperatur dampfförmig mitgenommen wird.

Das Gas tritt aus den Rohren 24 durch kleine Öffnungen 35 in einer Kreisscheibe 36 aus, die gegen die Platte 22 federnd gepresst wird. Die kreisförmigen Öffnungen 35 haben zum Beispiel einen Durchmesser von 20 mm. Die Scheibe 36 bildet damit eine Stauplatte, die für eine gleichmässige Beaufschlagung der Rohre 24 mit den Heizstäben 25 sorgt. Vor dem Verlassen des Behälters 1 passieren die Gase noch eine Stauplatte 38, die mit Hilfe von Stutzen 39 mit Abstand \on der Mündung des Auslassstutzens 12 angeordnet ist.

In dem Zwischenraum 40 zwischen dem Behälter 1 und dem Mantel 15 ist thermisch stabiles Isoliermaterial angeordnet, wie bei 41 angedeutet ist. Ferner kann der Behälter 1 aussen mit einer Isolierung versehen sein. Eine solche zum Beispiel 120 mm dicke Isolierung ist bei 42 angedeutet.

Der neue Rekombinator kommt ohne Katalysatoren aus.

Dies wird durch die hohen Temperaturen erreicht. Dennoch ergibt sich wegen der nur dünnen Ringspalte 30 zwischen den Rohren 24 und den Heizstäben 25 eine gut steuerbare Erwärmung, die die gewünschte Rekombination von Wasserstoff sicherstellt. Darüber hinaus können einzelne defekte Heizstäbe ausgewechselt werden. Ausserdem kann der Mantel 15 mit den Rohren 24 und den Platten 20 und 22 aus Baugruppen vorgefertigt und als Ganzes in den Behälter 1 eingeschoben werden.

Die Aufheizung der den Rekombinator durchströmenden Gase kann durch die elektrischen Heizstäbe 25 genau gesteuert werden. Dazu können die Heizstäbe 25 gemeinsam oder auch einzeln elektrisch geregelt werden. Für eine besonders feine Temperaturregelung ist eine stufenweise Schaltung von Widerstandsdrähten der Heizstäbe möglich.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

660 460 PATENTANSPRÜCHE

1. Rekombinator zum Oxidieren von wasserstoffhaltiger Luft durch Aufheizung in einem Behälter mit Rohrstutzen für den Aus- und Einlass der Luft und mit einer elektrischen Heizung, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) eine längliche Form aufweist, in der eine Vielzahl von geraden Heizstäben (25) parallel zueinander angeordnet ist, dass an der einen Stirnseite (11) der Auslassstutzen (12) mit Abstand von den Heizstäben (25) angeordnet ist, dass an der anderen Stirnseite ein Deckel (5) angeflanscht ist, an dem die Heizstäbe (25) befestigt sind, und dass dem Deckel (5) benachbart ein die Heizstäbe (25) umgebender Ringraum (9) vorgesehen ist, in den der Einlassstutzen (10) mündet.

2. Rekombinator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstäbe (25) von Rohren (24) konzentrisch umgeben sind, die ringförmige Kanäle (30) für den Gasdurchtritt bilden.

3. Rekombinator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (24) in zwei Platten (20,22) in der Nähe der Stirnseiten des Behälters befestigt sind und dass die eine Platte (22) in Längsrichtung des Behälters (1) verschiebbar angeordnet ist.

4. Rekombinator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (20,22) mit einem die Rohre (24) umgebenden Mantel (15) verbunden sind, der mit Abstand von der Wand des Behälters (1) liegt.

5. Rekombinator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (20,22) und der Mantel (15) zusammen mit den Rohren einen in Längsrichtung des Behälters (1) ein- und ausbaubaren vorgefertigten Bauteil bilden.

6. Rekombinator nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Rohre (24) an der dem Deckel (5) des Behälters (1) abgekehrten Platte (22) teilweise verdämmt ist.

7. Rekombinator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdämmung von einer gegen die Platte (22) gepressten Scheibe (36) gebildet wird, die im Bereich der Rohre (24) Öffnungen (35) mit einem kleineren Querschnitt als die Rohre (24) aufweist.

8. Rekombinator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassstutzen (12) durch eine Stauplatte (38) überdeckt ist, die im Inneren des Behälters (1) mit Abstand von der den Anschlussstutzen (12) tragenden Behälterstirnwand (11) angeordnet ist.