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Dokumentenidentifikation DE4018569C2 27.04.1995
Titel Wärmetauscher zum Kühlen von Heißdampf
Anmelder Deutsche Babcock-Borsig AG, 13507 Berlin, DE
Erfinder Kehrer, Wolfgang, Dipl.-Ing., 1000 Berlin, DE;
Lachmann, Helmut, Dipl.-Ing., 1000 Berlin, DE;
Nassauer, Konrad, Dipl.-Ing., 1000 Berlin, DE
DE-Anmeldedatum 09.06.1990
DE-Aktenzeichen 4018569
Offenlegungstag 12.12.1991
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse F28D 7/06
IPC-Nebenklasse F22G 5/12   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Kühlen von Heißdampf durch Wasser unter Gewinnung von Sattdampf mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Die Notwendigkeit zur Kühlung von Heißdampf besteht in Anlagen der Chemie und der Energieerzeugung, wenn überhitzter Wasserdampf z. B. für den Turbinenbetrieb auf eine niedrigere Temperatur gekühlt werden muß, oder wenn im Falle besonderer Betriebsbedingungen normalerweise benötigter überhitzter Dampf nicht mehr erwünscht ist, sondern statt dessen Sattdampf gleicher oder niedrigerer Druckstufe gebraucht wird.

Als Heißdampfkühler werden Einspritzkühler, die mit entgastem Wasser oder mit reinem Dampfkondensat arbeiten, oder Oberflächenkühler verwendet, in denen der überhitzte Dampf indirekt durch verdampfendes Wasser der gleichen oder einer niedrigeren Druckstufe gekühlt wird (Dubbel Taschenbuch für den Maschinenbau, 14. Aufl., 1981, S. 606). Der Verwendung der Einspritzkühler sind für bestimmte Fälle Grenzen gesetzt, wenn Einspritzwasser nicht in genügender Qualität und Menge zur Verfügung steht. Oberflächenkühler haben gegenüber Einspritzkühlern den Vorteil, daß die Qualität des zu kühlenden Heißdampfes nicht verändert wird und daß durch die Dampfkühlung gleichzeitig Dampf erzeugt werden kann. Durch die Anwendung einer Teilstromregelung für den zu kühlenden, überhitzten Dampf besteht Flexibilität hinsichtlich der Dampfkühlung als auch der Menge des erzeugten Sattdampfes. Oberflächenkühler sind überwiegend als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet (Dubbel Taschenbuch für den Maschinenbau 14. Aufl., 1981, S. 545).

Aus der DE-OS 33 02 304 ist ein Wärmetauscher zum Kühlen von heißen Gasen bekannt, bei dem der zu kühlende Gasstrom im Eintrittsbereich durch einen Schieber aufgeteilt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Wärmetauscher zur Kühlung von Heißdampf derart abzuändern, daß er sich in petrochemischen Anlagen in das Prozeßgas-Dampferzeugungs- System einbeziehen läßt, daß eine einfache Mengenregelung ermöglicht wird, und daß extreme Beanspruchungen möglich sind.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Wärmetauscher erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Anspruch 2 angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ermöglicht die geringe Dicke der Rohrplatte eine gute Kühlung dieser Rohrplatte, so daß sie mit überhitztem Dampf hoher Temperatur beaufschlagt werden kann. Ebenfalls wegen der geringen Dicke der Rohrplatte bilden sich keine großen Temperaturdifferenzen zwischen der durch den Heißdampf beaufschlagten und der gekühlten Oberfläche der Rohrplatte. Der Heißdampfkühler ist daher unempfindlich gegen eine thermische Schockbeanspruchung, die bei einer Notfallschaltung durch eine momentane Zufuhr einer großen, hoch überhitzten Dampfmenge eintritt. Die in der Trennwand angeordnete drehbare Platte bildet in Verbindung mit der Scheibenanordnung eine in die Kammer integrierte Bypass-Einrichtung, die jede beliebige Mengeneinstellung als Zwangsregelung ermöglicht. Auf aufwendige, außenliegende, mit Regeleinrichtungen versehene Bypassleitungen kann verzichtet werden. Aufgrund der kompakten Bauweise läßt sich der erfindungsgemäße Wärmetauscher vorteilhaft in petrochemische Anlagen besonders bei der Erzeugung von Prozeßgas aus Kohlenwasserstoffen nach dem Steam-Reforming-Verfahren einsetzen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Wärmetauscher zur Kühlung von Heißdampf,

Fig. 2 den Schnitt II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 den Längsschnitt durch den Wärmetauscher gemäß Fig. 1 mit einer anderen Einstellung der Bypasseinrichtung,

Fig. 4 den Schnitt IV-IV nach Fig. 3,

Fig. 5 die Draufsicht auf die drehbare Scheibe in der Stellung nach Fig. 1 und

Fig. 6 die Draufsicht auf die feststehende Scheibe.

Der Wärmetauscher dient zum Kühlen von Heißdampf und besteht aus einem zylindrischen Mantel 1, der an beiden Enden durch einen Boden 2, 3 geschlossen ist. In dem Mantel 1 sind U-förmig gebogene Rohre 4 angeordnet, von denen der Übersicht halber nur ein einzelnes U-Rohr 4 gezeigt ist. Die U-Rohre 4 sind in eine Rohrplatte 5 eingesetzt, die mit dem Mantel 1 dicht verbunden ist.

Die Rohrplatte 5 teilt den von dem Mantel 1 umschlossenen Innenraum in einen die U-Rohre 4 aufnehmenden Mantelraum 6 und in eine Kammer 7. Die Rohrplatte 5 ist dünn ausgeführt und auf der der Kammer 7 abgewandten Seite auf einer dickeren Tragplatte 8 abgestützt, die fest in den Mantel 1 eingesetzt ist. Als Abstützelemente dienen bolzenartige Tragfinger 9, die an die Tragplatte 8 angeformt und mit der Rohrplatte 5 verbunden sind. Auf die dünne Rohrplatte 5 wirkende Kräfte aus der Druck- und Wärmebelastung werden über die Tragfinger 9 in die Tragplatte 8 geleitet. Die Tragplatte 8 ist mit Ringspalten versehen, durch die die U-Rohre 4 mit seitlichem Abstand hindurchgeführt sind.

Zur Zuführung und Abführung eines Kühlmediums ist der Mantel 1 auf dem den Mantelraum 6 umschließenden Teil mit zwei Eintrittsstutzen 10, 11 und mit zwei Austrittsstutzen 12, 13 versehen. Jeweils ein Eintrittsstutzen 11 und ein Austrittsstutzen 13 münden in den Zwischenraum zwischen der dünnen Rohrplatte 5 und der Tragplatte 8, um eine intensive Kühlung der Rohrplatte 5 zu erreichen. Als Kühlmedium wird Wasser verwendet, das durch den Wärmetausch mit dem durch die U-Rohre 4 strömenden Heißdampf verdampft und als Sattdampf über die Austrittsstutzen 12, 13 abgeführt wird. Die Austrittsstutzen 12, 13 sind über nicht gezeigte Steigleitungen, und die Eintrittsstutzen 10, 11 sind über nicht gezeigte Falleitungen zur Ausbildung eines Naturumlaufes mit einer Trommel verbunden, in der Wasser und Dampf voneinander getrennt werden.

Die Kammer 7 ist mit einem Zuführungsstutzen 14 und einen Abführungsstutzen 15 versehen. In der Kammer 7 ist zwischen dem Zuführungsstutzen 14 und dem Abführungsstutzen 15 eine Trennwand 16 angeordnet, die in der Ebene der Längsmittelachse des Mantels 1 sich über den gesamten Querschnitt der Kammer 7 zwischen dem Boden 3 und der Rohrplatte 5 erstreckt. Die Trennwand 16 teilt die Kammer 7 in eine mit dem Zuführungsstutzen 14 versehene Eintrittskammer 17 und in eine mit dem Abführungsstutzen 15 versehene Austrittskammer 18 auf. Die Enden der U-Rohre 4 liegen beiderseits der Trennwand 16, wobei jeweils die Eintrittsenden von der Eintrittskammer 17 ausgehen und die Austrittsenden in die Austrittskammer 18 münden.

Ein Teil der Trennwand 16 ist ausgespart und durch eine drehbare Platte 19 ersetzt. Die drehbare Platte 19 ist mit einer Drehachse 20 verbunden, die in der Längsmittelachse des Mantels 1 liegt und durch den Boden 3 aus der Kammer 7 herausgeführt ist. Mit Hilfe eines an die Drehachse 20 angreifenden Stellantriebes kann die drehbare Platte 19 aus dem Verlauf der Trennwand 16 herausgedreht und in eine beliebige Winkelstellung zur Trennwand 16 gestellt werden.

Mit der drehbaren Platte 19 ist eine drehbare Scheibe 21 verbunden, die in einer Radialebene des Mantels 1 liegt und senkrecht zu der drehbaren Platte 19 steht. Der Durchmesser der drehbaren Scheibe 21 entspricht der Länge der drehbaren Platte 19. Beiderseits der Verbindung mit der drehbaren Platte 19 ist die drehbare Scheibe 21 mit je einer Durchtrittsöffnung 22 versehen. Die Durchtrittsöffnungen 22 weisen die Form eines Viertelkreissektors auf, der jeweils in einem Quadranten des Kreises liegt, während der andere Quadrant geschlossenwandig ist. Die beiden Durchtrittsöffnungen 22 liegen einander diametral gegenüber.

Die drehbare Scheibe 21 liegt an einer feststehenden Scheibe 23 an, die innerhalb der Kammer 7 an der Innenwand des Mantels 1 befestigt ist und in einem Abstand von der und parallel zu der Rohrplatte 5 liegt. Die feststehende Scheibe 23 ist in der gleichen Weise wie die drehbare Scheibe 21 mit Durchtrittsöffnungen 24 versehen, die beiderseits der Trennwand 16 vorgesehen sind. In Anordnung, Form und Querschnittsabmessung entsprechen diese Durchtrittsöffnungen 24 der feststehenden Scheibe 23 denen der drehbaren Scheibe 21.

Die drehbare Platte 19 und die damit verbundene drehbare Scheibe 21 bilden in Verbindung mit der feststehenden Scheibe 23 eine Bypass-Einrichtung, die auf folgende Weise arbeitet. Liegt die drehbare Platte 19 in der Ebene der Trennwand 16, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, so stehen sich die Durchtrittsöffnungen 22, 24 in der drehbaren Scheibe 21 und der feststehenden Scheibe 23 gegenüber. Der in die Eintrittskammer 17 eingespeiste Heißdampf gelangt, von Leckageverlusten abgesehen, vollständig durch die Durchtrittsöffnungen 22, 24 in die U-Rohre 4. Während des Durchströmens durch die U-Rohre 4 wird der Heißdampf im Wärmetausch mit dem in dem Mantelraum 6 verdampfenden Wasser gekühlt. Der so gekühlte Heißdampf tritt aus den U-Rohren 4 durch die unterhalb der Trennwand 16 und der drehbaren Platte 19 liegenden Durchtrittsöffnungen 22, 24 in die Austrittskammer 18 ein und von dort durch den Abführungsstutzen 15 aus.

Gemäß den Fig. 3 und 4 ist die drehbare Platte 19 in eine Stellung senkrecht zur Trennwand 16 gedreht. In dieser Stellung liegt jeweils eine Durchtrittsöffnung 22, 24 einer Scheibe 21, 23 aufgrund der viertelkreissektorförmigen Ausbildung dem geschlossenwandigen Abschnitt der anderen Scheibe 21, 23 gegenüber, so daß die Durchtrittsöffnungen 22, 24 insgesamt geschlossen sind. Damit ist der Zugang zu den U-Rohren 4 von der Kammer 7 aus gesperrt. Der in die Eintrittskammer 17 eingespeiste Heißdampf gelangt daher sofort in die Austrittskammer 18, aus der er ungekühlt abgeführt wird. Zwischen den beiden beschriebenen Endstellungen ist jede Zwischenstellung möglich.


Anspruch[de]
  1. 1. Wärmetauscher zum Kühlen von Heißdampf durch Wasser unter Gewinnung von Sattdampf bestehend aus von dem Heißdampf durchströmten U-Rohren (4), die von einem mit Eintrittsstutzen (10, 11) und Austrittsstutzen (12, 13) für das zu verdampfende Wasser versehenen Mantel (1) umgeben sind, und deren Enden in eine Rohrplatte (5) eingesetzt sind, die eine Kammer (7) abtrennt, die durch eine Trennwand (16) in eine mit dem Zuführungsstutzen (14) versehene Eintrittskammer (17) und in eine mit einem Abführungsstutzen (15) versehene Austrittskammer (18) aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Trennwand (16) ausgespart und durch eine drehbare Platte (19) ersetzt ist, daß die drehbare Platte (19) mit einer drehbaren Scheibe (21) verbunden ist, die senkrecht zu der drehbaren Platte (19) liegt und beiderseits der drehbaren Platte (19) mit je einer Durchtrittsöffnung (22) und einem geschlossenwandigen Abschnitt versehen ist, daß die drehbare Scheibe (21) einer feststehenden Scheibe (23) gegenübersteht, die an der Innenwand der Kammer (7) befestigt, in einem Abstand von der und parallel zu der Rohrplatte (5) angeordnet und mit Durchtrittsöffnungen (24) und geschlossenwandigen Abschnitten versehen ist, die denen der drehbaren Scheibe (21) gleichartig sind und daß die Rohrplatte (5) auf der der Kammer (7) abgewandten Seite auf einer Tragplatte (8) größerer Dicke abgestützt ist.
  2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Scheibe (21) und die feststehende Scheibe (23) auf jeder Hälfte eine viertelkreissektorförmige Durchtrittsöffnung (22, 24) und einen viertelkreissektorförmigen geschlossenwandigen Abschnitt aufweisen.






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