EP0215214A1 - Wärmetauscher für den Wärmetausch zwischen einem heissen Gas und einem in Rohrbündelheizflächen geführten Strömungsmittel, insbesondere Dampferzeuger für gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren - Google Patents

Wärmetauscher für den Wärmetausch zwischen einem heissen Gas und einem in Rohrbündelheizflächen geführten Strömungsmittel, insbesondere Dampferzeuger für gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren Download PDF

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EP0215214A1 EP86109002A EP86109002A EP0215214A1 EP 0215214 A1 EP0215214 A1 EP 0215214A1 EP 86109002 A EP86109002 A EP 86109002A EP 86109002 A EP86109002 A EP 86109002A EP 0215214 A1 EP0215214 A1 EP 0215214A1
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F28D7/1669—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having an annular shape; the conduits being assembled around a central distribution tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1823—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines for gas-cooled nuclear reactors
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/355—Heat exchange having separate flow passage for two distinct fluids
    • Y10S165/40—Shell enclosed conduit assembly
    • Y10S165/401—Shell enclosed conduit assembly including tube support or shell-side flow director
    • Y10S165/405—Extending in a longitudinal direction
    • Y10S165/407—Extending in a longitudinal direction internal casing or tube sleeve

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for the heat exchange between a hot gas and a fluid guided in tube bundle heating surfaces, in particular steam generators for gas-cooled high-temperature reactors, with a pressure vessel, a heat exchanger vessel, tube bundles arranged in this, a hot gas line connected to a gas inlet at one end of the heat exchanger jacket, including one Gas guide tube, a gas outlet from the heat exchanger vessel to a circulating fan and supply and discharge lines for the fluid to be heated, wherein a deflection by essentially 90 ° takes place when the hot gas flows into the heat exchanger.
  • the gas in the annular space between the heat exchanger flows, in particular steam generator shell and pressure vessel shell in the direction of the 90 0- deflection and is previously introduced through a plurality of the upper end of the steam generator shell by penetrating gas channels in the riser and fed to the circulating fan from there, the Riser pipe is arranged in the part of the hot gas deflecting device running longitudinally to the container axis, which causes the deflection by 90 °.
  • the steam generator heating surfaces are arranged around a dead space.
  • riser pipe extends from the hot gas deflecting device which builds up the ring channel to the outlet end of the tube bundle.
  • the gas emerging from the tube bundles can be fed to the circulating fan in a central flow, without the need to penetrate the heat exchanger through gas guide channels.
  • the dead space in the center of the tube bundle is used for the supply.
  • the gas emerging from the tube bundles is deflected by a gas guiding device in such a way that it flows along the surface of the heat exchanger jacket in the direction of the inlet end of the tube bundle, then is again deflected and along the inner wall of the pressure vessel jacket in the direction of the inlet end of the Riser flows.
  • a gas guiding device By arranging such a baffle, the operational safety of the heat exchanger is improved.
  • a hot gas jet emerging from the jacket of the heat exchanger cannot strike the inner wall of the steam generator directly, but first hits the flow baffle.
  • the preferred flow guide ensures that the pressure vessel is subjected to a uniform operating temperature in the area of the heat exchanger. It is preferred that the heat exchanger be upright.
  • the invention will now be explained in more detail in an embodiment with reference to the attached figure.
  • the Fig. Shows a section through a steam generator, such as that used to generate steam is used in gas-cooled thermal reactors.
  • a heat exchanger vessel 2 is arranged in a pressure vessel 1. To act on the steam generator is heated via a coaxial line 3 in a high temperature reactor cooling gas, for. B. helium.
  • the coaxial line is formed by an inner gas guide tube 4 and an outer tube 5, which is welded to the pressure vessel 1.
  • a gas inlet opening 6a is assigned to the lateral coaxial line 3, which thus extends horizontally when the steam generator is standing upright, in the jacket 6 of the steam generator.
  • a riser pipe 7 extends through the heat exchanger, which connects the lower end of the heat exchanger 2 to the inlet end 8 of a circulation pump, not shown.
  • the jacket 6 of the heat exchanger together with the outer wall of the riser pipe 7, delimits an annular channel 9 into which the hot gas HG flows via the gas inlet opening 6a.
  • the pipe heating surfaces 10 to be acted upon by the hot gas are arranged around the riser pipe 7.
  • the lower end of the tubular heating surfaces 10 is connected to a feed water inlet 11, while its upper end is connected to a superheated steam outlet 12.
  • the connections are shown schematically in dash-dot lines in the figure. Insulations 13 are shown by cross-hatching in FIG.
  • a gas deflector 14 is connected to the lower end of the riser pipe, which consists of a deflecting base 14a and a jacket 14b which extends in the annular space between jacket 6 of the heat exchanger 2 and the inner wall of the pressure vessel 1.
  • the free end of the deflecting jacket is associated at a distance with a deflecting hood 15, which is connected to both the heat exchanger 2 and the pressure vessel 1 in a gas-tight manner.
  • the heat exchanger is preferably suspended in the pressure vessel via this deflection hood 15.
  • the gas entering the tube bundle 10 via the gas inlet end 10a leaves it at its gas outlet end 10b and is deflected by the base plate into the annular space between the heat exchanger jacket 6 and the deflection jacket 14.
  • the emerging hot gas jet strikes the deflection jacket 14b and not the pressure vessel 1.

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Abstract

Bei einem Wärmetauscher für den Wärmetausch zwischen einem Gas und einem in Rohrbündelheizflächen geführten Strömungsmittel, insbesondere Dampferzeuger mit einem Druckbehälter (1), einem Wärmetauschergefäß (2), in diesem angeordneten Rohrbündeln, einer mit einem Gaseintritt des Wärmetauschermantels verbundenen Heißgasleitung einschließlich eines Gasführungsrohres, einem Gasaustritt zu einem Umwälzgebläse hin und Zu- und Ableitungen für das Strömungsmittel, wobei das Gasführungsrohr seitlich in den Wärmetauschermantel einmündet und dem Gaseintritt im Wärmetauschermantel ein Ringkanal (9) nachgeordnet ist, der nach innen von einem den Gasaustritt bildenden und zum Druckbehältermantel und zum Wärmetauschermantel achsparallele angeordneten Steigrohr (7) begrenzt wird, das Gas aus diesem Ringraum in die Rohrbündel (10) eintritt und unter Umlenkung austritt und über das Steigrohr (7) dem Umwälzgebläse zugeführt wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Steigrohr (7) sich von dem Ringkanal (9) in Richtung der Rohrbündel (10) bis zu deren Austrittsenden (10b) hin erstreckt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für den Wärmetausch zwischen einem heißen Gas und einem in Rohrbündelheizflächen geführten Strömungsmittel, insbesondere Dampferzeuger für gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren, mit einem Druckbehälter, einem Wärmetauschergefäß, in diesem angeordneten Rohrbündeln, einer mit einem Gaseintritt an einem Ende des Wärmetauschermantels verbundenen Heißgasleitung einschließlich eines Gasführungsrohres, einem Gasaustritt aus dem Wärmetauschergefäß zu einem Umwälzgebläse hin und Zu- und Ableitungen für das aufzuheizende Strömungsmittel, wobei beim Einströmen des Heißgases in den Wärmetauscher eine Umlenkung um im wesentlichen 90° erfolgt. ,
  • Ein solcher Wärmetauscher ist aus Dubbel, "Taschenbuch für den Maschinenbau", 15. Aufl. (1983), S. 588 und 601-602 bekannt.
  • Die Anmelderin hat mit ihrer Patentanmeldung 35 19 038 vom 28.05.1985 einen Wärmetauscher vorgeschlagen, bei dem das Gasführungsrohr der Heißgasleitung seitlich in den Wärmetauschermantel einmündet und dem Gaseintritt im Wärmetauschermantel ein Ringkanal nachgeordnet ist, der nach innen von einem den Gasaustritt zum Umwälzgebläse hin bildenden und zum Druckbehältermantel und zum Wärmetauschermantel achsparallel angeordneten Steigrohr begrenzt wird, bei dem das Gas aus diesem Ringraum in die Rohrbündel eintritt und aus diesen unter Umlenkung um im wesentlichen 180° austritt und über das Steigrohr dem Umwälzgebläse zugeführt wird. Bei der vorgeschlagenen Anordnung strömt das Gas in dem Ringraum zwischen Wärmetauscher, insbesondere Dampferzeugermantel und Druckbehältermantel in Richtung auf die 900-Umlenkung und wird vorher durch mehrere das obere Ende des Dampferzeugermantels durchdringende Gaskanäle in das Steigrohr eingeleitet und von dort dem Umwälzgebläse zugeführt, wobei das Steigrohr im längs zur Behälterachse verlaufenden Teil der Heißgasumlenkeinrichtung angeordnet ist, die die Umlenkung um 90° bewirkt.
  • Bei der bekannten Anordnung und bei der vorgeschlagenen Anordnung sind die Dampferzeugerheizflächen um einen Totraum herum angeordnet.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher der vorgeschlagenen Art so zu gestalten, daß das aus den Rohrheizflächen austretende Gas auf möglichst einfache Weise der Umwälzpumpe zugeführt wird, insbesondere Gaskanäle vermieden werden, die den Dampferzeugermantel und die seinem oberen Ende zugeordneten Kompensationsrohrbündel durchdringen müssen.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Steigrohr sich von der den Ringkanal aufbauenden Heißgasumlenkeinrichtung bis zu dem Austrittsende der Rohrbündel hin erstreckt.
  • Durch diese Anordnung kann das aus den Rohrbündeln austretende Gas in einer mittigen Strömung dem Umwälzgebläse zugeführt werden, ohne daß ein Durchdringen des Wärmetauschers durch Gasführungskanäle erforderlich ist. Für die Zufuhr wird der im Zentrum der Rohrbündel vorhandene Totraum benutzt.
  • Es ist zweckmäßig, wenn das aus den Rohrbündeln austretende Gas durch eine Gasführungseinrichtung so umgelenkt wird, daß es entlang der Oberfläche des Wärmetauschermantels in Richtung auf das Eintrittsende der Rohrbündel strömt, dann wiederum umgelenkt wird und längs der Innenwandung des Druckbehältermantels in Richtung auf das Eintrittsende des Steigrohrs strömt. Durch Anordnung eines derartigen Umlenkbleches wird die Betriebssicherheit des Wärmetauschers verbessert. Ein aus dem Mantel des Wärmetauschers austretender Heißgasstrahl kann nicht direkt auf die Innenwandung des Dampferzeugers auftreffen, sondern trifft zunächst auf das Strömungsleitblech. Weiterhin sorgt die bevorzugte Strömungsführung dafür, daß der Druckbehälter im Bereich des Wärmetauschers mit einer gleichmäßigen Betriebstemperatur beaufschlagt wird. Es wird bevorzugt, daß der Wärmetauscher aufrecht steht. ,
  • Die Erfindung soll nun in einer Ausführungsform anhand der beigefügten Figur näher erläutert werden. Die Fig. zeigt einen Schnitt durch einen Dampferzeuger, wie er zur Erzeugung von Dampf bei gasgekühiten thermischen Reaktoren zum Einsatz kommt.
  • In einem Druckbehälter 1 ist ein Wärmetauschergefäß 2 angeordnet. Zur Beaufschlagung des Dampferzeugers wird über eine Koaxialleitung 3 in einem Hochtemperaturreaktor erhitztes Kühlgas, z. B. Helium, herangeführt. Die Koaxialleitung wird von einem innenliegenden Gasführungsrohr 4 und einem außenliegenden Rohr 5 gebildet, das mit dem Druckbehälter 1 verschweißt ist. Der seitlich herangeführten Koaxialleitung 3, die sich bei aufrecht stehendem Dampferzeuger somit horizontal erstreckt, ist in dem Mantel 6 des Dampferzeugers eine Gaseintrittsöffnung 6a zugeordnet. Zentrisch zum Wärmetauscher 2 und zum Druckbehälter 1 erstreckt sich durch den Wärmetauscher ein Steigrohr 7, das das untere Ende des Wärmetauschers 2 mit dem Einlaßende 8 einer nicht weiter dargestellten Umwälzgbllise verbindet. Im Bereich der Einlaßöffnung 6a begrenzt der Mantel 6 des Wärmetauschers zusammen mit der Außenwandung des Steigrohres 7 einen Ringkanal 9, in den über die Gaseintrittsöffnung.6a das Heißgas HG einströmt.
  • In dem Wärmetauschermantel 6 sind die von dem Heißgas zu beaufschlagenden Rohrheizflächen 10 um das Steigrohr 7 herum angeordnet. Das untere Ende der Rohrheizflächen 10 ist mit einem Speisewassereintritt 11 verbunden, während ihr oberes Ende mit einem Heißdampfaustritt 12 verbunden ist. Die Verbindungen sind in der Fig. schematisch strichpunktiert dargestellt. Durch Kreuzschraffur sind in der Fig. Isolierungen 13 dargestellt.
  • Mit dem unteren Ende des Steigrohrs ist eine Gasumlenkung 14 verbunden, die aus einem Umlenkboden 14a und einem Mantel 14b besteht, der sich in dem Ringraum zwischen Mantel 6 des Wärmetauschers 2 und Innenwandung des Druckbehälters 1 erstreckt. Dem freien Ende des Umlenkmantels ist mit Abstand eine Umlenkhaube 15 zugeordnet, die sowohl mit dem Wärmetauscher 2 als auch mit dem Druckbehälter 1 gasdicht verbunden ist. Wie aus der Fig. ersichtlich ist, ist der Wärmetauscher vorzugsweise über diese Umlenkhaube 15 in dem Druckbehälter aufgehängt. Das über das Gaseintrittsende 10a in die Rohrbündel 10 eintretende Gas verläßt diese an ihrem Gasaustrittsende 10b und wird durch das Bodenblech in den Ringraum zwischen Wärmetauschermantel 6 und Umlenkmantel 14 umgelenkt.
  • Danach erfolgt eine Umlenkung durch die Umlenkhaube 15, so daß das Gas zwischen der Außenseite des Mantels 14b und der Innenwandung des Mantels 1 nach unten strömt und von dort in das untere Ende des Steigrohres 7 eintreten kann.
  • Sollte der Mantel 6 im Bereich der Heizflächen perforiert werden, trifft der austretende Heißgasstrahl auf den Umlenkmantel 14b und nicht auf den Druckbehälter 1 auf.

Claims (4)

1. Wärmetauscher für den Wärmetausch zwischen einem heißen Gas und einem in Rohrbündelheizflächen geführten Strömungsmittel, insbesondere Dampferzeuger für gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren, mit einem Druckbehälter, einem Wärmetauschergefäß, in diesem angeordneten Rohrbündeln, einer mit einem Gaseintritt an einem Ende des Wärmetauschermantels verbundenen Heißgasleitung einschließlich eines Gasführungsrohres, einem Gasaustritt aus dem Wärmetauschergefäß zu einem Umwälzgebläse hin und Zu- und Ableitungen für das aufzuheizende Strömungsmittel, wobei das Gasführungsrohr der Heißgasleitung seitlich in den Wärmetauschermantel einmündet und dem Gaseintritt im Wärmetauschermantel ein Ringkanal nachgeordnet ist, der nach innen von einem den Gasaustritt zum Umwälzgebläse hin bildenden und zum Druckbehältermantel und zum Wärmetauschermantel achsparalle angeordneten Steigrohr begrenzt wird, das Gas aus diesem Ringraum in die Rohrbündel eintritt und unter Umlenkung, vorzugsweise im wesentlichen 180°, austritt und über das Steigrohr dem Umwälzgebläse zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (7) sich von dem Ringkanal (9) in Richtung der Rohrbündel (10) bis zu deren Gasaustrittsende (10b) hin erstreckt.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus den Rohrbündeln (10) austretende Gas durch eine Gasführungseinrichtung (14; 14a, 14b; 15) so umgelenkt wird, daß es entlang der Oberfläche des Wärmetauschermantels (6) in Richtung auf das Gas-eintrittsende (10a) der Rohrbündel (10) strömt, dann wiederum umgelenkt (15) wird und längs der Innenwandung des Druckbehältermantels (1) in Richtung auf das Eintrittsende des Steigrohrs (7) strömt.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, d a-durch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher aufrecht steht.
4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigrohr (7) zentrisch zum Wärmetauschergefäß (2) und zum Druckbehälter (1) angeordnet ist.
EP86109002A 1985-08-19 1986-07-02 Wärmetauscher für den Wärmetausch zwischen einem heissen Gas und einem in Rohrbündelheizflächen geführten Strömungsmittel, insbesondere Dampferzeuger für gasgekühlte Hochtemperaturreaktoren Expired EP0215214B1 (de)

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