NO122255B

NO122255B -

Info

Publication number: NO122255B
Application number: NO4268/68A
Authority: NO
Inventors: O Salamon; H Petry
Original assignee: Von Roll Ag
Priority date: 1968-06-06
Filing date: 1968-10-28
Publication date: 1971-06-07
Also published as: AT282795B; LU57065A1; NL6816993A; DE1802286B2; CH468609A; FI51013C; FR1596627A; US3533466A; FI51013B; DE1802286A1; BE722272A; GB1221560A

Description

Rør-varmeutveksler for indirekte kjøling av Tube heat exchanger for indirect cooling of

røkgasser, særlig ved søppelforbrenningsovner. flue gases, especially from waste incinerators.

Oppfinnelsen angår en ror-varmeutveksler for indirekte kjbling av rokgasser, særlig ved sbppelforbrenningsovner, bestående av en stålplatekapsling med en nedre henholdsvis ovre rorbunn, vertikalt forlopende ror for de rokgasser som skal kjoles, hvilke ror med sine nedre ender er sveiset inn i den nedre rorbunn og fort med klaring gjennom den ovre rorbunn, en nedre innlops- og ovre utlops-stuss for rokgassene og en på siden anordnet innlops-og avldpsstuss for kjoleluften. The invention relates to a tube heat exchanger for indirect cooling of flue gases, particularly in spelt combustion furnaces, consisting of a steel plate enclosure with a lower or upper tube base, vertically extending tubes for the flue gases to be cooled, which tubes with their lower ends are welded into the lower tube base and fast with clearance through the upper rudder bottom, a lower inlet and upper outlet for the rook gases and an inlet and outlet for the dress air arranged on the side.

Rdr-varmeutvekslere av denne art for kjbling av rokgassene fra soppelforbrenningsovner er kjent. Disse varmeutvekslere består av et oftest sylindrisk platelegeme med en ovre og nedre bunn og et ovre og nedre kammer for innlop henholdsvis avlop av rokgassene, hvilke strdmmer gjennom rorene fortrinnsvis ovenfra og ned-over. Ved disse kjente apparater ledes kjoleluften i medstrbm eller motstrdm med henholdsvis mot rokgassene langs rorenes ytre side, idet der ved hjelp av hensiktsmessig anordnede lederplater eller hindringer oppnås en sikk-sakk-formet stromning av kjoleluften for å forlenge beroringsveien. På denne måte oppnås den onskede kjoling av rokgassene fra fyrromstemperaturen på 900 til 1000° C ned til 300 til 350° C. Denne avkjblingstemperatur av rokgassene er den ovre, fremdeles tillatte temperaturgrense, ved hvilken rbkgassenes seighét er tilstrekkelig redusert til å tillate en virksom avstbp-ning ved hjelp av mekaniske eller elektriske midler. Rdr heat exchangers of this kind for cooling the flue gases from slag incinerators are known. These heat exchangers consist of a mostly cylindrical plate body with an upper and lower bottom and an upper and lower chamber for the inlet and outlet of the flue gases, which flow through the tubes preferably from above and below. With these known devices, the suit air is guided in co-flow or counter-flow with respectively towards the exhaust gases along the outer side of the rudders, where with the help of appropriately arranged guide plates or obstacles, a zig-zag-shaped flow of the suit air is achieved in order to extend the contact path. In this way, the desired cooling of the flue gases is achieved from the boiler room temperature of 900 to 1000° C down to 300 to 350° C. This cooling temperature of the flue gases is the upper, still permissible temperature limit, at which the viscosity of the flue gases is sufficiently reduced to allow an effective dust removal -ning using mechanical or electrical means.

Selvom slike varmeutvekslere med hensyn til grunntanke er riktige og i funksjon også pålitelige, har de forskjellige ulemper. Særlig består en ulempe i det forholdsvis store energiforbruk som er betinget ved trykkfallet både for rbkgasstrbmraen i lange av-gassrbr og også for kjoleluftstrbmmen på grunn av den lange vei og den flerdobbelte omstyring. Dessuten kan kjblevirkningen for en slik varmeutveksler bare med vanskelighet tilpasses de vekslende ytelse-og temperaturforhold ved sbppelforbrenning. Med de vanlige reguler ringsorganer, såsom struperspjeld eller svingbare sjalusier, kan nemlig som kjent den i og for seg betydelige kjbleluftstrbm og dermed dennes kjblevirkning bare reguleres i begrenset utstrekning, slik at under drift oppstår varierende avlbpstemperaturer for rokgassene . * Although such heat exchangers are correct in terms of basic thought and also reliable in function, they have various disadvantages. In particular, a disadvantage consists in the relatively large energy consumption that is conditioned by the pressure drop both for the exhaust gas stream in long off-gas streams and also for the jacket air stream due to the long path and the multiple redirection. Moreover, the cooling effect of such a heat exchanger can only be adapted with difficulty to the changing performance and temperature conditions of spelt combustion. With the usual regulating devices, such as throttles or pivoting shutters, the inherently significant heating air flow and thus its heating effect can only be regulated to a limited extent, so that during operation varying outlet temperatures for the flue gases occur. *

Formålet med oppfinnelsen er å avhjelpe disse ulemper. Oppfinnelsen består i at innlbpsstussen for rokgassene på kjent måte er anordnet nede og deres avlbpsstuss er anordnet oppe på kapslingen for rbrvarmeutveksleren og at det for kjoleluften er anordnet to innlbpsstusser på siden av kapslingen og det i denne ved hjelp av en i det minste tilnærmet ved rorenes halve hbyde, loddrett på deres akser anordnet mellomvegg er dannet to adskilte, på tvers av rorene forlopende, rettlinjede kjbleluftbaner hvilke ror på kjent måte kan være forsynt med ribber som forlbper loddrett på rorenes akse og at det til hver av disse kjbleluftbaner horer en ventilator, idet den til den ovre kjbleluftbane horende ventilator kan være has-tighetsregulerbar og en reguleringsinnretning er anordnet for regulering av luftgjennomgangen i den ovre, i rbkgassenes strbmningsretning på nedstromssiden liggende innlbpsstuss for kjbleluft og denne kan reguleres automatisk i avhengighet av en optimal verdi for de avkjblte rokgassers utlbpstemperatur. The purpose of the invention is to remedy these disadvantages. The invention consists in that the intake port for the flue gases is arranged in a known manner at the bottom and their outlet port is arranged above the housing for the heat exchanger and that for the jacket air two inlet ports are arranged on the side of the housing and in this with the help of one at least approximately at the rudders half the height, perpendicular to their axes arranged partition, two separate, running across the rudders, rectilinear ducts are formed, which ducts can be equipped in a known manner with ribs that extend vertically on the axis of the rudders and that each of these ducts has a ventilator, in that the ventilator belonging to the upper flue gas path can be speed-regulated and a control device is arranged for regulation of the air passage in the upper, in the direction of flow of the flue gases on the downstream side, the inlet nozzle for flue gas and this can be regulated automatically depending on an optimal value for the flue gases outlet temperature.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det fblgende under henvisning til tegningene som viser utfbrelseseksempler på rbrvarmeutveksleren ifolge oppfinnelsen fremstilt skjematisk, idet fig. la viser rdrvarmeutveksleren i lengdesnitt, fig. lb viser rorvarmeutveksleren på fig. la i endeoppriss sett i pilens B retning på fig. The invention shall be described in more detail in the following with reference to the drawings showing exemplary embodiments of the copper heat exchanger according to the invention produced schematically, as fig. la shows the rotary heat exchanger in longitudinal section, fig. lb shows the rudder heat exchanger in fig. la in end elevation seen in the direction of the arrow B in fig.

la, fig. lc viser rorvarmeutveksleren på fig. la i et snitt etter linjen C-C på fig. la, fig. 2 viser anordningen av rorvarmeutveksleren i en sdppelforbrenningsovn, i et lengdesnitt av ovnen, 1a, fig. lc shows the rudder heat exchanger in fig. let in a section along the line C-C in fig. 1a, fig. 2 shows the arrangement of the tube heat exchanger in a double combustion furnace, in a longitudinal section of the furnace,

fig. 3a viser en annen utforelse av rorene i lengdesnitt gjennom et ror, og fig. 3b viser rorene på fig. 3a i tverrsnitt. fig. 3a shows another embodiment of the rudders in longitudinal section through a rudder, and fig. 3b shows the rudders in fig. 3a in cross section.

På fig. 1 er rorvarmeutveksleren generelt betegnet med WA, dens av stålplate bestående kapsling betegnet med 1, den nedre rorbunn med 2' og den ovre rorbunn med 2. Rorene 3» som likeledes er av stål og forloper vertikalt, er med sine nedre ender sveiset inn i den nedre rorbunn 2', mens deres ovre ender med liten klaring er fort gjennom både den ovre rorbunn 2 og gjennom en horisontal mellomvegg 7, slik at rorene 3 kan utvide seg fritt oppover med unn-gåelse av skadelige bivirkninger på grunn av en ujevn varmeutvidelse av rorene. Mellomveggen 7 er anordnet tilnærmet ved halve hoyde av rorene 3 loddrett på deres akser A. Med 4 er betegnet avlopsstussen for rokgassene, med 6 er betegnet den undre og med 6' den ovre inn-lopsstuss for de to delstrommer av kjoleluften og med 5 henholdsvis 5' er betegnet de to tilsvarende avlopsstusser for begge kjoleluft-delstrdmmer. In fig. 1, the rudder heat exchanger is generally denoted by WA, its enclosure consisting of sheet steel is denoted by 1, the lower rudder base by 2' and the upper rudder base by 2. The rudder 3", which is also made of steel and runs vertically, is with its lower ends welded into the lower rudder base 2', while their upper ends with little clearance are fast through both the upper rudder base 2 and through a horizontal intermediate wall 7, so that the rudders 3 can expand freely upwards with the avoidance of harmful side effects due to an uneven thermal expansion of the rudders. The intermediate wall 7 is arranged approximately at half the height of the rudders 3, perpendicular to their axes A. 4 denotes the outlet for the rook gases, 6 denotes the lower and 6' the upper inlet for the two partial volumes of the skirt air and 5 respectively 5' is designated the two corresponding drain connections for both jacket air partial streams.

De varme rokgasser, hvis temperatur er begrenset til ca. 800° C, hvilket skal forklares mer detaljert senere, trer nedenfra inn i rorene 3 i varmeutveksleren WA, slik dette er antydet med pi-ler 10 p, fig. 1, strommer deretter gjennom rorene 3 nedenfra og oppover, idet de derved avkjoles slik at deres temperatur i hoyde med mellomveggen 7 er ca. 500° C og ved det med pilene 11 antydede utlbp fra varmeutveksleren WA bare er ca. 350° C. The hot combustion gases, whose temperature is limited to approx. 800° C, which will be explained in more detail later, enters the tubes 3 in the heat exchanger WA from below, as indicated by arrows 10 p, fig. 1, then flows through the rudders 3 from below upwards, as they are thereby cooled so that their temperature at the height of the intermediate wall 7 is approx. 500° C and at what is indicated by the arrows 11 the output from the heat exchanger WA is only approx. 350°C.

En vetilator 13 suger inn den nedre kjbleluftstrbm som antydet med pilene 12 på fig. 1, og forer denne delluftstrbm, som i det fblgende skal betegnes som grunnstrbm, gjennom den nedre innlops-stuss 6 langs en rettlinjet vei på tvers av rorene 3 inn i og gjennom kapslingen 1 for varmeutveksleren WA, hvor denne luft oppvarmes til ca. 150° C og deretter gjennom den nedre avlbpsstuss 5 trer ut av varmeutveksleren WA, slik dette er antydet med pilene 14 på fig. 1. A ventilator 13 sucks in the lower air flow as indicated by the arrows 12 in fig. 1. 150° C and then through the lower discharge nozzle 5 exits the heat exchanger WA, as indicated by the arrows 14 in fig. 1.

En ventilator 17 suger inn den ovre kjbleluftstcbm, A fan 17 sucks in the upper air intake,

slik dette er antydet med pilene 15 på fig. 1, og nærmere bestemt gjennom en mengde regulator 16, som på fig. 1 er utformet som sjalusiregulator. Denne ovre delluftstrbm som i det fblgende skal betegnes as indicated by the arrows 15 in fig. 1, and more precisely through a quantity of regulator 16, as in fig. 1 is designed as a shutter regulator. This upper partial air flow, which will be designated in the following

som reguleringsluftstrbm, fores av ventilatoren 17 gjennom den ovre innlbpsstuss 6 likeledes langs en rettlinjet vei på tvers av rorene 3 inn i og gjennom kapslingen 1, idet denne luft oppvarmes til ca. 150° C og deretter trer ut gjennom den ovre avlbpsstuss 5' fra varmeutveksleren WA, slik dette er antydet med pilene 14' på fig. 1. as regulation air flow, is fed by the ventilator 17 through the upper inlet nozzle 6 likewise along a rectilinear path across the pipes 3 into and through the enclosure 1, as this air is heated to approx. 150° C and then exits through the upper outlet connection 5' from the heat exchanger WA, as indicated by the arrows 14' in fig. 1.

De to fra varmeutveksleren utstrømmende luftstrbmmer The two air streams flowing out of the heat exchanger

14 og 14' kan deretter forenes i et på fig. 1 ikke vist felles av-trekksrbr og enten ledes til atmosfæren, eller vær særlig mindre-verdig og/eller fuktig sbppel ledes som forvarmet underluft inn under herden i soppelforbrenningen. 14 and 14' can then be combined in a in fig. 1 common exhaust pipe not shown and is either led to the atmosphere, or particularly inferior and/or damp slop is led as preheated sub-air into the hearth in the slop combustion.

Åpning og stengning av mengderegulatoren 16 og derved av luftmengden for den ovre reguleringsstrbm 15 - 14' styres i avhengighet av de kjblte rbkgassers avlbpstemperatur ved 11, for å holde denne temperatur på en optimal verdi på ca. 350° C. Opening and closing of the quantity regulator 16 and thereby of the air quantity for the upper regulation stream 15 - 14' is controlled in dependence on the outlet temperature of the heated exhaust gases at 11, in order to keep this temperature at an optimal value of approx. 350°C.

Fig. 2 viser anordningen av den her med 107 betegnede rorvarmeutveksler på en sbppelforbrenningsovn. Med 100 er betegnet murverket for sbppelforbrenningsovnen, med 101 er betegnet påfyl-lingssjakten for den sbppel som skal forbrennes, med 102 er betegnet forbrenningsherden, 103 betegner det ikke kjblte fyrrom i ovnen, 104 betegner tilbakefbringshvelvingen for fyrrommet og 105 betegner innlbpsåpningen for kald sekundærluft 109» ved hjelp av hvilken rbkgassenes temperatur på et sted 108 ved deres innlep i varmeutveksleren 107 begrenses til maksimalt 800° C. Derved kan innblandingen av sekundærluft 109 styres automatisk i avhengighet av rbkgasstempera-turen ved en rbkgass-avlbpsåpning 106 for ovnen. Ved forbrennings-herdens 102 avlbpsende er tilknyttet en fallsjakt 115 over hvilken de ikke brennbare rester, dvs. slagg og aske, trer ut av ovnen. Fig. 2 shows the arrangement of the tube heat exchanger designated here with 107 on a sbppel incinerator. 100 denotes the brickwork for the wood incinerator, 101 denotes the filling shaft for the wood to be burned, 102 denotes the combustion hearth, 103 denotes the unheated boiler room in the kiln, 104 denotes the return vault for the boiler room and 105 denotes the inlet opening for cold secondary air 109 » by means of which the temperature of the flue gases at a location 108 when they enter the heat exchanger 107 is limited to a maximum of 800° C. Thereby the mixing of secondary air 109 can be controlled automatically depending on the flue gas temperature at a flue gas outlet opening 106 for the furnace. At the waste end of the incinerator 102, a chute 115 is connected over which the non-combustible residues, i.e. slag and ash, exit the furnace.

Rokgassene trer gjennom rbkgass-avlbpsåpningen 106 i ovnen inn i rbr-varmeutveksleren 107 og oventil ut av denne, avkjblt til ca. 350° C, slik dette er antydet på fig. 2 med pilene 110. På fig. 2 er den nedre grunnstrbm betegnet med 111 - 112 og den ovre reguleringsstrbm med 113 - 114- Disse to innbyrdes parallelle kjble-luf tstrbmmer trer inn i rbr-varmeutveksleren 107 ved 111 henholdsvis 113 med en temperatur på ca. 20° C og ved 112 henholdsvis 114 med en temperatur på ca. 150° C ut av samme, hvoretter de enten stbtes ut i den frie atmosfære eller som forvarmet underluft ledes inn under sbp-pelf yringens forbrenningsherd 102. The flue gases pass through the flue gas exhaust opening 106 in the furnace into the flue gas heat exchanger 107 and out of it at the top, cooled to approx. 350° C, as indicated in fig. 2 with the arrows 110. In fig. 2, the lower basic stream is denoted by 111 - 112 and the upper regulation stream by 113 - 114 - These two mutually parallel heating air streams enter the rbr heat exchanger 107 at 111 and 113, respectively, with a temperature of approx. 20° C and at 112 and 114 respectively with a temperature of approx. 150° C out of the same, after which they are either discharged into the free atmosphere or as preheated sub-air is led under the sbp-pelf firing's combustion hearth 102.

Fig. 3 viser en annen utfbrelse av rorene i varmeutveksleren. De av stål fremstilte ror, hvorav på fig. 3a et er vist i lengdesnitt og det samme er vist på fig. 4b i tverrsnitt og betegnet •V med-200, er forsynt med rettvinklede ribber 201 av stålplater. Ribbene 201 er med innbyrdes like avstander og forlopende loddrett på den med A betegnede akse for rorene 200 sveiset på utsiden av rorene 200, hvorved den som kjbleflate for rokgassene tjenende varmeoverfdringsflate av rorene 200 blir vesentlig okt, slik at rorvarmeutveksleren kan pygges særlig kompakt. En ytterligere for-del består i at ved tilstrekkelig brede ribber 201 og tilsvarende akseavstand mellom aksene A for rorene 200 fores de to delstrdmmer av kjoleluften godt i tverretningen av rorene 200 og at sogar skil-leveggen 7 (se fig. la) kan utelates, fordi i samme hoyde liggende, på hverandre liggende ribber 201 i det horisontale plan hvor de to innlopsstusser 6 og 6' grenser til hverandre, i seg selv danner en skillevegg. Fig. 3 shows another version of the tubes in the heat exchanger. The rudders made of steel, of which in fig. 3a et is shown in longitudinal section and the same is shown in fig. 4b in cross-section and denoted •V with-200, is provided with right-angled ribs 201 of steel plates. The ribs 201 are equally spaced and run perpendicular to the axis of the rudders 200 denoted by A, welded on the outside of the rudders 200, whereby the heat transfer surface of the rudders 200 serving as a cooling surface for the rudder gases becomes substantially thicker, so that the rudder heat exchanger can be built particularly compactly. A further advantage consists in the fact that with sufficiently wide ribs 201 and a corresponding axial distance between the axes A for the tubes 200, the two partial streams of the jacket air are fed well in the transverse direction of the tubes 200 and that even the dividing wall 7 (see fig. la) can be omitted, because ribs 201 lying at the same height, lying on top of each other in the horizontal plane where the two inlet nozzles 6 and 6' border each other, in themselves form a dividing wall.

Den ovenfor beskrevne rorvarmeutveksler utmerker seg ved en kompakt, billig konstruksjonsmåte, hdy spesifikk varmeover-fbring, betinget ved gjennomstrømningen av kjoleluften på tvers av rbrsystemet, ved hjelp av den dermed forbundne store overflateytel-se av rbrsystemet, på grunn av de små trykktap i rbrgasstrommen takket være den forholdsvis lille lengde av rbkrbrene, så vel som på grunn av det likeledes lille trykktap i kjbleluftstrbmmen selv ved store gjennomstrbmningshastigheter på grunn av den korte strbm-ningsbane, elimineringen av omstyringer og tverrsnittsvariasjoner så vel som den på linje liggende anordning av rorene. Ved oppdelin-gen av kjbleluftstrbmmen i to parallelle delstrbmmér, hvorav den ene anvendes som grunnstrbm uten regulering, dvs.-bare den annen delstrbm styres mengdemessig, kan oppnåes en fintfblende regulering og bibehold av rbkgassenes avlbpstemperatur. The tube heat exchanger described above is distinguished by a compact, inexpensive construction method, high specific heat transfer, conditioned by the flow of the jacket air across the RBR system, with the help of the large surface area of the RBR system, due to the small pressure losses in the RBR gas volume. thanks to the relatively small length of the rbkrbers, as well as due to the likewise small pressure loss in the coil air stream even at high flow rates due to the short flow path, the elimination of reversals and cross-sectional variations as well as the aligned arrangement of the rudders. By dividing the heating air stream into two parallel sub-streams, one of which is used as the base stream without regulation, i.e. only the other sub-stream is controlled in terms of quantity, fine-tuning regulation and maintenance of the exhaust temperature of the flue gases can be achieved.

I stedet for luftmengderegulatoren som vist på fig. 1 og beskrevet ovenfor, utformet som sjalusiregulator 16, kunne denne regulator også være utformet som reguleringsspjeld eller tvinnings-regulator. Instead of the air volume regulator as shown in fig. 1 and described above, designed as a shutter regulator 16, this regulator could also be designed as a control damper or twisting regulator.

Claims

1. Tube heat exchanger for indirect heating of flue gases, especially in slag incinerators, consisting of a steel sheet enclosure with a lower or upper tube base, vertically extending tubes for the flue gases to be cooled, which tubes with their lower ends are welded into the lower tube base and fast with clearance through the upper rudder bottom, a lower inlet and upper exhaust port for the rook gases and an inlet and outlet port for the suit air arranged on the side, characterized in that the inlet port for the rook gases is arranged in a known manner at the bottom and their outlet port (4) is arranged at the top of the enclosure (1) for the rudder heat exchanger (WA, 107) and that two inlets (6, 6') are arranged for the suit air on the side of the enclosure (1) and that in this by means of one at least approximately at the rudder's (3, 200 ) half height, perpendicular to their axes (A) arranged intermediate wall (7) are formed two separate, extending across the rudders (3, 200), rectilinear air passages (12 - 14, 15 - 14') which rudders in a known manner can n be provided with ribs (201) that extend vertically on the axis of the rudders and that each of these cooling air paths is accompanied by a ventilator (13 or 17), as the ventilator (17) belonging to the upper exhaust air path (15 - 14') can be speed-adjustable and a control device (16) is arranged for regulating the air passage in the upper, in the direction of flow of the combustion gases on the downstream side, the inlet nozzle (6) ') for cooling air and this can be regulated automatically depending on an optimum value for the outlet temperature of the cooled flue gases (11).

2. Rudder heat exchanger according to claim 1, characterized in that the rudders (200) are provided with right-angled ribs (201) which run perpendicular to the rudders' axis (A) and are welded on at a distance from each other, which rudders practically delimit each other at a distance corresponding to the width of the ribs separate, horizontally extending and mutually parallel flow channels for the jacket air, that also the intermediate wall (7) between the two jacket air paths (12 - 14 and 15 - 14') for the lower basic stream and the upper regulation stream is formed by a row at the same height, one after the other following ribs (201).