EP0424625A2 - Zwängungsfreie Aufhängung von Wärmetauscherbündeln mit hoher Temperaturbeaufschlagung - Google Patents

Zwängungsfreie Aufhängung von Wärmetauscherbündeln mit hoher Temperaturbeaufschlagung Download PDF

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EP0424625A2
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collectors
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    • C10J2300/1861—Heat exchange between at least two process streams

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger arranged in a horizontal container for the flow of extremely hot gaseous or vaporous media with a tube bundle consisting of tube walls, attached to a collector with inlet and outlet nozzles.
  • a fluidized bed generator for generating gas from coal and water vapor under increased pressure is known, in which the heat is supplied by heating pipes in a stationary, horizontal retort. Plunge into the interior of the retort from above meandering or hairpin-shaped heating tubes, which are bent in planes perpendicular to the longitudinal extent of the retort. Heating pipes lying one behind the other are connected to common collector pipes located in the upper area of the retort, which are mounted on supporting elements. These support elements are angle irons or the like. Suspensions.
  • these support elements for the collector tubes are box-shaped, internally cooled and externally insulated beam supports.
  • the beam supports have suspension tubes that are guided through the retort jacket. Like the beam supports, these suspension tubes are designed for cooling by means of a liquid coolant.
  • the suspensions are supported as compensation elements with the interposition of cylinders under permanent pressure
  • the collector tubes of each retort shot can be connected to an inlet and outlet connection, each with a spherical collector, which is guided through the retort wall.
  • collectors and / or tube walls of the heat exchanger are therefore provided with cooled or uncooled supports and tie rods.
  • Such an arrangement can be the cause of different and mutually unfavorably influencing thermal expansions.
  • the suspension of collector pipes and tube bundles with the help of the suspension pipes mentioned requires additional passages through the container wall and thus sealing problems.
  • Another disadvantage is that the support of the suspension with suspension tubes is relatively complicated and requires regular maintenance due to the components used such as springs and compensators.
  • the object of the invention is to provide a suspension of heat exchanger bundles in lying vessels with high temperature stress, in which no or at most subordinate constraining forces occur due to different thermal expansions of the components. Frictional forces, such as can occur between support beams and tube bundles in the prior art, are to be avoided.
  • the moment-free suspension of the components of the heat exchanger should be possible without additional passages through the container surrounding the heat exchanger and finally a maintenance-free construction is required.
  • each heat exchanger unit consisting of a tube bundle with the collectors formed from tube walls, is suspended in the area of the inlet and outlet nozzle passages and can thus expand freely in all directions.
  • the remaining differential expansions between inlet and outlet are absorbed by the pipe walls.
  • the horizontal tank surrounding the heat exchanger has been omitted from the drawings.
  • the exemplary embodiments also show only one heat exchanger unit which is immersed in the container in the manner of an immersion heater.
  • a second or further units can therefore also be arranged in parallel next to one another in a container.
  • the tube bundle system consists of meandering tubes which open into collector tubes (2, 3) arranged above them.
  • the system formed from tube walls (1) has an inlet connection (4) for the access of the hot medium with collector (3) and two outlet connections (5) with two collectors (2) each.
  • Each heat exchanger unit consisting of a tube bundle formed from tube walls (1), the collectors (2, 3) and the inlet and outlet tubes (7) between the manifold and inlet nozzle (4) and outlet nozzle (5), is in the area of the inlet and Outlet nozzle passages suspended through the container wall (not shown) and supported on brackets (6) or the like.
  • the axes of the inlet connection piece (4) and the two outlet connection pieces (5) are to be placed approximately through the center of mass of the heat exchanger parts located perpendicularly under the respective connection piece suspensions, namely corresponding parts of the tube walls (1), the collector (2, 3), the one - And discharge pipes (7) and the respective nozzle (4, 5).
  • the tube walls (1) of the tube bundle according to FIG. 2 also consist of tubes which are bent in a meandering shape and which open into collector tubes (2, 3) arranged above them.
  • This system of tube walls (1) has an inlet connection (4) for the access of the hot medium with collector (3) and, in contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, only one outlet connection (5) with two collectors (2).
  • the heat exchanger unit consisting of the tube bundle formed from tube walls (1), the headers (2, 3) and the inlet and outlet tubes (7) between header and inlet nozzle (4) and outlet nozzle (5) is in the area of the two passages from one - And outlet nozzle suspended by the (not shown) container wall and is supported on brackets (6) or the like.
  • thermal sleeves Another known type of pipe penetration of hot pipelines consists in the use of so-called thermal sleeves.

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Abstract

Nach der Erfindung besteht jede Wärmetauschereinheit aus einem aus Rohrwänden (1) gebildeten Rohrbündel, einem Eintrittsstutzen (4) mit Sammler (3) und zwei Austrittsstutzen (5) mit je zwei Sammlern (2). Die Wärmetauscher sind an dem Eintrittsstutzen (4) und den Austrittsstutzen (5) aufgehängt, wobei die Stutzenachsen jeweils durch den Massenmittelpunkt der daran hängenden Wärmetauscheranteile gehen. Ein- und Austrittsstutzen stützen sich ihrerseits auf Konsolen (6) an der Behälterdurchführung ab.
Der Wärmetauscher für die Durchströmung mit extrem heißen Medien ist zum Einbau in Reaktionsgefäße liegender Bauart, z.B. Wirbelbettreaktoren, vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen in einem liegenden Behälter angeordneten Wärmetauscher für die Durchströmung extrem heißer gas- oder dampfförmiger Medien mit einem aus Rohrwänden bestehenden Rohrbündel, angehängt an Sammloer mit Eintritts- und Austrittsstutzen.
  • Es ist ein Wirbelbett-Generator (DE-PS 24 23 951) zur Gaserzeugung aus Kohle und Wasserdampf unter erhöhtem Druck bekannt, bei dem die Wärmezufuhr durch Heizrohre in einer stationären, liegenden Retorte erfolgt. In den Innenraum der Retorte tauchen von oben mäander- oder haarnadelförmige Heizrohre ein, die in Ebenen senkrecht zur Längserstreckung der Retorte gebogen sind.
    Hintereinanderliegende Heizrohre sind an gemeinsame im oberen Bereich der Retorte befindliche Sammlerrohre angeschlossen, die an Stützelementen gelagert sind. Diese Stützelemente sind Winkeleisen oder dgl. Aufhängungen.
  • Nach der DE-PS 29 10 436 sind diese Stützelemente für die Sammlerrohre kastenförmige, innen gekühlte und außen isolierte Balkenträger. Die Balkenträger weisen Aufhängungsrohre auf, die durch den Retortenmantel geführt sind. Diese Aufhängungsrohre sind wie die Balkenträger für die Kühlung mittels eines flüssigen Kühlmittels ausgebildet. Die Aufhängungen sind unter Zwischenschaltung von unter permanentem Druck stehenden Zylindern als Ausgleichselemente abgestützt
  • Nach der DE-PS 29 10 437 können die Sammlerrohre jedes Retortenschusses an je einen durch die Retortenwand geführten Ein- und Austrittsstutzen mit jeweils einem kugelförmigen Sammler angeschlossen werden.
  • Nach dem Stand der Technik sind demnach Sammler und/­oder Rohrwände des Wärmetauschers mit gekühlten oder ungekühlten Trägern und Zugstangen versehen. Eine derartige Anordnung kann die Ursache für unterschiedliche und sich gegenseitig ungünstig beeinflussende Wärmedehnungen sein. Die Aufhängung von Sammlerrohren und Rohrbündeln mit Hilfe der erwähnten Aufhängungsrohre bedingt zusätzliche Durchtritte durch die Behälterwandung und damit Abdichtungsprobleme. Nachteilig ist ferner, daß die Abstützung der Aufhängung mit Aufhängerohren relativ kompliziert ist und infolge der verwendeten Bauteile wie Federn und Kompensatoren regelmäßiger Wartung bedarf.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Aufhängung von Wärmetauscherbündeln in liegenden Gefäßen mit hoher Temperaturbeanspruchung zu schaffen, bei der durch unterschiedliche Wärmeausdehungen der Bauteile keine oder höchstens untergeordnete Zwängungskräfte auftreten. Reibungskräfte, wie sie beim Stand der Technik zwischen Auflageträgern und Rohrbündel auftreten können, sollen vermieden werden. Die momentfreie Aufhängung der Bauteile des Wärmetauschers soll ohne zusätzliche Durchtritte durch den den Wärmetauscher umgebenden Behälter vorgenommen werden können und schließlich wird eine wartungsfreie Konstruktion gefordert.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung in der Weise gelöst, wie es die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs angeben.
  • Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Vorschlages wird eine zwängungsfreie Aufhängung extrem heißgehender Wärmetauscherbündel in liegenden Gefäßen ermöglicht, die zudem einfach konstruiert ist und sich als wartungsfrei erweist.
  • Jede Wärmetauschereinheit, bestehend aus einem aus Rohrwänden gebildeten Rohrbündel mit den Sammlern, ist erfindungsgemäß im Bereich der Eintritts- und Austrittsstutzendurchtritte aufgehängt und kann sich somit in alle Richtungen frei ausdehnen. Die noch verbleibenden Differenzdehnungen zwischen Eintritt und Austritt werden von den Rohrwänden aufgenommen.
  • Ausführungsbeispiele werden nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Fig. 1 die Aufhängung des Wärmetauschers nach den Ansprüchen 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht und
    • Fig. 2 eine Alternative der Wärmetauscheraufhängung nach Anspruch 3.
  • Der den Wärmetauscher umgebende liegende Behälter ist in den Zeichnungen fortgelassen worden. Die Ausführungsbeispiele zeigen im übrigen auch nur eine Wärmetauschereinheit, die nach Art eines Tauchsieders in den Behälter eingetaucht ist. Es können daher auch eine zweite oder weiter Einheiten parallel nebeneinander in einem Behälter angeordnet sein.
  • Nach Fig. 1 besteht das Rohrbündelsystem aus mäanderförmig gebogenen Rohren, die in darüber angeordnete Sammlerrohre (2,3) münden. Das aus Rohrwänden (1) gebildete System weist einen Eintrittsstutzen (4) für den Zutritt des Heißmediums mit Sammler (3) und zwei Austrittsstutzen (5) mit je zwei Sammlern (2) auf.
  • Jede Wärmetauschereinheit, bestehend aus einem aus Rohrwänden (1) gebildeten Rohrbündeln, den Sammlern (2, 3) und den Ein- und Abführungsrohren (7) zwischen Sammlern und Eintrittsstutzen (4) und Austrittsstutzen (5), ist im Bereich der Eintritts- und Austrittsstutzendurchtritte durch die (nicht dargestellte) Behälterwandung aufgehängt und stützt sich auf Konsolen (6) oder dgl. ab.
  • Die Achsen der Eintrittsstutzen (4) und der beiden Austrittsstutzen (5) sollen annähernd durch die Massenmittelpunkte der sich senkrecht unter den jeweiligen Stutzenaufhängungen befindlichen Wärmetauscheranteile gelegt werden, nämlich entsprechende Anteile der Rohrwände (1), der Sammler (2, 3), der Ein- und Abführungsrohre (7) und der jeweiligen Stutzen (4, 5).
  • Die Rohrwände (1) des Rohrbündels nach Fig. 2 bestehen ebenfalls aus mäanderförmig gebogenen Rohren, die in darüber angeordnete Sammlerrohre (2, 3) münden. Dieses Sytem aus Rohrwänden (1) weist einen Eintrittsstutzen (4) für den Zutritt des Heißmediums mit Sammler (3) und im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 nur einen Austrittsstutzen (5) mit zwei Sammlern (2) auf.
  • Die Wärmetauschereinheit, bestehend aus dem aus Rohrwänden (1) gebildeten Rohrbündel, den Sammlern (2, 3) und den Ein- und Abführungsrohren (7) zwischen Sammlern und Eintrittsstutzen (4) und Austrittsstutzen (5) ist im Bereich der beiden Durchtritte von Ein- und Austrittsstutzen durch die (nicht dargestellte) Behälterwand aufgehängt und stützt sich auf Konsolen (6) oder dergl. ab.
  • Hinsichtlich Einzelheiten der Stutzendurchführung und der Abdichtung, die nicht Gegenstand der Erfindung sind, wird beispielsweise auf die DE       (Patentanmeldung P 38 23 810.1-24) verwiesen.
  • Eine andere bekannte Art der Rohrdurchführung heißgehender Rohrleitungen besteht in der Verwendung von sogenannten Thermo-Sleeves.

Claims (3)

1. In einem liegenden Behälter angeordneter Wärmetauscher für die Durchströmung extrem heißer gas- oder dampfförmiger Medien mit einem aus Rohrwänden bestehenden Rohrbündel, angehängt an Sammler mit Eintritts- und Austrittsstutzen für das Wärmetauschmedium,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede Einheit aus einem aus Rohrwänden (1) bestehenden Rohrbündel, einem Eintrittsstutzen (4) mit Sammler (3) und zwei Austrittsstutzen (5) mit je zwei Sammlern (2) gebildet ist und daß der Wärmetauscher an dem Eintrittsstutzen (4) und den beiden Austrittsstutzen (5) aufgehängt ist, die sich ihrerseits auf Konsolen (6) oder dergl. an der Behälterdurchführung abstützen.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Achsen der Eintritts- und Austrittsstutzen (4, 5) jeweils durch die Schwerpunkte der an den Stutzen hängenden Wärmetauscheranteile gelegt sind.
3. Wärmetauscher nach dem Oberbegriff von Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede Einheit aus einem aus Rohrwänden (1) bestehenden Rohrbündel, einem Eintrittsstutzen (4) mit Sammler (3) und einem Austrittsstutzen (5) mit zwei Sammlern (2) gebildet ist, und daß der Wärmetauscher an dem Eintrittsstutzen (4) und dem Austrittsstutzen (5) aufgehängt ist, die sich ihrerseits auf Konsolen (6) oder dergl. an der Behälterdurchführung abstützen.
EP90115784A 1989-10-27 1990-08-17 Zwängungsfreie Aufhängung von Wärmetauscherbündeln mit hoher Temperaturbeaufschlagung Expired - Lifetime EP0424625B1 (de)

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