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Patent Searching and Data


Title:
HEAT ACCUMULATOR BLOCK FOR REGENERATIVE HEAT EXCHANGERS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/027394
Kind Code:
A1
Abstract:
The heat accumulator block has a dirt pan (6) consisting of a plurality of guard plates (12) which are placed substantially parallel to one another in order to form flow channels, and are fastened by their lateral walls (13) to a holding device (14). Adjacent guard plates (12) are held separated but fastened to each other by spacers (15). The spacers (15) are so arranged that they lie on the face against which the cold medium flows, at a distance from the front-side edges of the guard plates (12). This reduces the formation of sediment in the area of these edges. Furthermore, the guard plates (12) consist of elastically ductile synthetic material and have an undulated profile. Their motivity under vibration and thermal expansion promotes the flaking of sediment.

Inventors:
BOLLE BERND (DE)
STUEFCHEN LOTHAR (DE)
HAGEMANN FRANZ-JOSEF (DE)
HEWING BERND (DE)
Application Number:
PCT/EP1997/007016
Publication Date:
June 25, 1998
Filing Date:
December 13, 1997
Export Citation:
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Assignee:
STEAG AG (DE)
2 H KUNSTSTOFF GMBH (DE)
BOLLE BERND (DE)
STUEFCHEN LOTHAR (DE)
HAGEMANN FRANZ JOSEF (DE)
HEWING BERND (DE)
International Classes:
F28D19/04; F28F19/01; (IPC1-7): F28D19/04; F28F19/01
Foreign References:
DE3424159A11986-01-23
DE3436802A11986-04-10
DE3236054A11984-03-29
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 012, no. 137 (M - 690) 26 April 1988 (1988-04-26)
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Claims:
Patentansprüche
1. Wärmespeicherblock für regenerative Wärmetauscher, mit einer Mehrzahl von Wärmetauscherplatten, die zur Bildung von Strömungskanälen im wesentlichen parallel zueinander an geordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß den Wärmetauscherplatten auf der vom kalten Medium angeströmten Seite ein Schmutzfänger (6) vorgeschaltet ist, daß der Schmutzfänger (6) eine Mehrzahl von Schutz platten (12) aufweist, die im wesentlichen parallel zu den Wärmetauscherplatten ausgerichtet sind, daß eine Mehrzahl von Abstandshaltern (15) vorgesehen ist, die zwischen benachbarten Schutzplatten angeordnet sind und diese über Befestigungsmittel miteinander verbinden, und daß die Abstandshalter (15) mit Abstand zu den vom kalten Medium angeströmten Rändern der Schutzplatten (12) angeordnet sind.
2. Wärmespeicherblock nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schutzplatten (12) aus elastisch verform barem Kunststoff, insbesondere Polypropylen bestehen und ei ne Schichtdicke von ca. 1 mm aufweisen.
3. Wärmespeicherblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzplatten (12) eine vorzugsweise wellenförmige Profilierung aufweisen, deren Rippen (18) im wesentlichen in Richtung der Strömungskanäle verlaufen.
4. Wärmespeicherblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (15) als kleinflächige Ausbuchtungen der Schutzplatten (12) ausgebil det sind.
5. Wärmespeicherblock nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die die Abstandshalter (15) bildenden Ausbuch tungen als Erhebungen (16) und korrespondierende Vertiefun gen (17) der PlattenProfilierung ausgebildet sind.
6. Wärmespeicherblock nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Erhebungen (16) und die korrespondierenden Vertiefungen (17) der PlattenProfilierung in einem Raster angeordnet sind, welches eine Herstellung der Korrespondenz zwischen benachbarten Schutzplatten (12) durch Verdrehen der einen Schutzplatte gegenüber der anderen um 180° in der Plattenebene ermöglicht.
7. Wärmespeicherblock nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß je eine Erhebung (16) und eine Vertiefung (17) nebeneinander in benachbarten Rippen (18) der PlattenProfi lierung angeordnet sind.
8. Wärmespeicherblock nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzplatten (12) minde stens im Bereich der vom kalten Medium angeströmten Ränder kegelförmige Vorsprünge (20) aufweisen, deren Höhe im we sentlichen dem Abstand zwischen benachbarten Schutzplatten entspricht.
9. Schmutzfänger für Wärmespeicherblöcke regenerativer Wärmetauscher, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Schutzplatten (12), die zur Bildung von Strömungskanälen im wesentlichen parallel zueinander an geordnet sind, und eine Mehrzahl von Abstandshaltern (15), die zwischen benachbarten Schutzplaten (12) angeordnet sind und diese über Befestigungsmittel miteinander verbinden, wo bei die Abstandshalter (15) mit Abstand zu den vom kalten Medium angeströmten Rändern der Schutzplatten (12) angeord net sind.
10. Schmutzfänger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß die Schutzplatten (2) aus elastisch verformbarem Kunststoff, insbesondere Polypropylen bestehen und eine Schichtdicke von ca. 1 mm aufweisen.
11. Schmutzfänger nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schutzplatten (2) eine vorzugsweise wellenförmige Profilierung aufweisen, deren Rippen (8) im wesentlichen in Richtung der Strömungskanäle verlaufen.
12. Schmutzfänger nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (5) als klein flächige Ausbuchtungen der Schutzplatten (2) ausgebildet sind.
13. Schmutzfänger nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die die Abstandshalter (5) bildenden Ausbuch tungen als Erhebungen (6) und korrespondierende Vertiefungen (7) der PlattenProfilierung ausgebildet sind.
14. Schmutzfänger nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Erhebungen (6) und die korrespondierenden Vertiefungen (7) der PlattenProfilierung in einem Raster angeordnet sind, welches eine Herstellung der Korrespondenz zwischen benachbarten Schutzplatten (2) durch Verdrehen der einen Schutzplatte gegenüber der anderen um 180° in der Plattenebene ermöglicht.
15. Schmutzfänger nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß je eine Erhebung (6) und eine Vertiefung (7) nebeneinander in benachbarten Rippen (8) der PlattenProfi lierung angeordnet sind.
16. Schmutzfänger nach einem der Ansprüche 9 bis 15, da durch gekennzeichnet, daß die Schutzplatten (12) mindestens im Bereich der vom kalten Medium angeströmten Ränder kegel förmige Vorsprünge (20) aufweisen, deren Höhe im wesentli chen dem Abstand zwischen benachbarten Schutzplatten ent spricht.
Description:
Wärmespeicherblock für regenerative Wärmetauscher Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicherblock für re- generative Wärmetauscher mit einer Mehrzahl von Wärme- tauscherplatten, die zur Bildung von Strömungskanälen im we- sentlichen parallel zueinander angeordnet sind.

Wärmespeicherblöcke dieser Art besitzen in der Regel die Form von Tortenstücken und bilden gemeinsam einen Rotor, der bei seinem Umlauf zwei Zonen durchquert. In der ersten Zone wird er mit einem heißen Medium beaufschlagt, welches Wärme an die Wärmetauscherplatten abgibt. In der zweiten Zone wird er von einem kalten Medium durchströmt, an welches die vor- her gespeicherte Wärme abgegeben wird. Die Wärmetauscher- platten bestehen im allgemeinen aus Stahl und sind zur Erhö- hung ihrer Koresionsbeständigkeit mit Emaille beschichtet.

Regenerative Wärmetauscher dienen bevorzugt dazu, die Wärme eines heißen Gasstroms auf einen kalten Gasstrom zu übertragen. Ein wesentliches Anwendungsgebiet ist die Rauch- gasreinigung, beispielsweise in Kraftwerks-und Müllverbren- nungsanlagen, wobei das Rauchgas in einer Rauchgasentschwe- felungsanlage (REA) gewaschen wird. Vorher wird es gekühlt, wobei es seine Wärme an den regenerativen Wärmetauscher ab- gibt. Anschließend erfolgt eine Wiedererwärmung, und zwar unter Nutzung der im Wärmetauscher gespeicherten Wärme.

Bei der Abkühlung wird in aller Regel der Taupunkt der im Rauchgas enthaltenen kondensierbaren Stoffe unterschrit- ten. Diese setzen sich an den Wärmetauscherplatten der Wär- mespeicherblöcke ab und bilden dort Ablagerungen. Ferner ist das aus der REA kommende kalte Gas in gewissem Umfange mit Flüssigkeitströpfchen und Feststoffpartikeln beladen, die sich ebenfalls an den Platten absetzen und den Ablage- rungseffekt verstärken.

Die in den Wärmespeicherblöcken gebildeten Kanäle setzen sich also zunehmend zu und bedürfen daher einer regelmäßi- gen, und zwar recht häufigen Abreinigung. Dies geschieht durch Bestrahlen mit Luft, Wasser oder Dampf. Bei jedem Rei-

nigungsvorgang bleibt ein Rest der frisch gebildeten Ablage- rungen auf den Platten haften, so daß das Zuwachsen der Ka- näle durch die Reinigungsvorgänge lediglich verzögert wird.

Sobald die Strömungskanäle durch die Reinigungsvorgänge nicht mehr ausreichend erweitert werden können, muß ein Aus- tausch der Wärmespeicherblöcke vorgenommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Standzeit der Wärmespeicherblöcke zu verlängern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs genannte Wär- mespeicherblock dadurch gekennzeichnet, -daß den Wärmetauscherplatten auf der vom kalten Medium angeströmten Seite ein Schmutzfänger vorgeschaltet ist, -daß der Schmutzfänger eine Mehrzahl von Schutzplatten aufweist, die im wesentlichen parallel zu den Wärmetauscher- platten ausgerichtet sind, -daß eine Mehrzahl von Abstandshaltern vorgesehen ist, die zwischen benachbarten Schutzplatten angeordnet sind und diese über Befestigungsmittel miteinander verbinden, und -daß die Abstandshalter mit Abstand zu den vom kalten Medium angeströmten Rändern der Schutzplatten angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich die Ablagerungen vornehmlich in dem vom kalten Medium ange- strömten Bereich des Wärmespeicherblocks bilden, wobei sie sich im wesentlichen nur ein relativ kurzes Stück in die Strömungskanäle hineinerstrecken. Erst in diesem Bereich un- terschreitet das heiße Medium den Taupunkt. Für das kalte Medium handelt es sich um den Eintrittsbereich mit dem höch- sten Verschmutzungsgrad. Hier ist der erfindungsgemäße Schmutzfänger angeordnet. Seine Schutzplatten leisten prak- tisch keinen Beitrag zur Wärmespeicherung und-übertragung.

Es wurde gefunden, daß die Temperaturdifferenz an den Schutzplatten in der Größenordnung von 1 K liegt. Die Schutzplatten stellen lediglich die Ablagerungsfläche zur Verfügung.

Überraschenderweise genügt die extrem einfache Maßnahme, den Eintrittsbereich der Schutzplatten frei von Abstandshal- tern zu lassen, um den Aufbau der Ablagerungen so stark zu verzögern, daß sich der Zeitabstand zwischen den nach wie vor erforderlichen Reinigungsvorgängen vervielfacht. Dement- sprechend vervielfacht sich auch der Zeitraum zwischen dem- ebenfalls nach wie vor erforderlichen-Austausch, wobei dieser allerdings in der Mehrzahl der Falle lediglich den Schmutzfänger betrifft.

Als zusätzlicher vorteilhafter Effekt ergibt sich, daß die nicht gegeneinander abgestützten Schutzplattenränder ein gewisses Maß an Bewegungsfreiheit haben. Sie können also in Vibration kommen, und zwar vor allen Dingen bei der Bestrah- lung mit dem Reinigungsmedium, wodurch ein Abplatzen der Ab- lagerungen stark begünstigt wird.

Schließlich trifft das Reinigungsmedium mit verminderter Wucht auf die Abstandshalter, so daß die hier aufzunehmenden Kräfte in geringerem Maße dazu tendieren, Risse an den Be- festigungsstellen hervorzurufen.

Vorzugsweise bestehen die Schutzplatten aus elastisch verformbarem Kunststoff, insbesondere aus Polypropylen mit einer Dicke von 1 mm, da dieses Material resistent gegen chemische Angriffe ist und, anderers als beispielsweise ke- ramisches Material, keine Verwandschaft mit dem Material der Ablagerungen hat. Auch begünstigt es aufgrund seiner elasti- schen Verformbarkeit das Abplatzen der Ablagerungen unter der Einwirkung von Vibrationen. Ferner können Einbauspannun- gen und Wärmedehnungen ohne die Gefahr von Rißbildungen kom- pensiert werden.

Diese Eigenschaften lassen sich noch dadurch steigern, daß die Schutzplatten eine vorzugsweise wellenförmige Profi- lierung aufweisen, deren Rippen im wesentlichen in Richtung der Strömungskanäle verlaufen. Wärmedehnungen wirken sich unter diesen Umständen sogar günstig aus, da die hervorge- rufenen Bewegungen das Abplatzen der Beläge unterstützen.

Vorteilhafterweise sind die Abstandshalter als klein- flächige Ausbuchtungen der Schutzplatten ausgebildet. Sie werden bei der Herstellung der Schutzplatten ausgeformt und ermöglichen auf diese Weise eine sehr wirtschaftliche Ferti- gung der Schmutzfänger. Außerdem bilden sie nur eine relativ geringfügige Versperrung der Strömungskanäle.

Dabei wird als ganz besonders vorteilhafte Maßnahme vor- geschlagen, daß die die Abstandshalter bildenden Ausbuchtun- gen als Erhebungen und korrespondierende Vertiefungen der Platten-Profilierung ausgebildet sind. Jeder Abstandshalter besteht also aus einer Erhebung der einen und einer korre- spondierenden Vertiefung der benachbarten Platte, wobei zwi- schen der Erhebung und der Vertiefung die Befestigungsmittel wirksam sind. Diese können beliebig ausgebildet sein, bei- spielsweise als Nieten oder Schrauben. Auch kommen Druck- knopfverbindungen in Frage. Schließlich lassen sich Fügever- fahren anwenden, wie Schweißen oder Verkleben.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge- schlagen, daß die Erhebungen und korrespondierenden Vertie- fungen der Platten-Profilierung in einem Raster angeordnet sind, welches eine Herstellung der Korrespondenz zwischen benachbarten Schutzplatten durch Verdrehen der einen Platte gegenüber der anderen um 180° in der Plattenebene ermög- licht. Auf diese Weise wird lediglich eine einzige Platten- struktur benötigt. Die Platten werden in abwechselnder Ori- entierung gestapelt und unter Bildung der Abstandshalter miteinander verbunden.

Als bevorzugtes Raster hat es sich erwiesen, je eine Er- hebung und eine Vertiefung nebeneinander in den benachbarten Rippen der Platten-Profilierung auszubilden. Es entsteht ein sehr stabiler Aufbau des Plattenpaketes unter Ausbildung günstiger Strömungsverhältnisse in den Kanälen, wobei es keinerlei Probleme bereitet, den Abstand der Abstandshalter von den anströmseitigen Plattenrändern ausreichend weit zu wählen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird vorge- schlagen, daß die Schutzplatten mindestens im Bereich der vom kalten Medium angeströmten Ränder kegelförmige Vor- sprünge aufweisen, deren Höhe im wesentlichen dem Abstand zwischen benachbarten Schutzplatten entspricht. Die elasti- schen Schutzplatten des Schmutzfängers werden beim Abreini- gen wie ein Kartenstapel durchgeblättert. Steht eine Schutz- platte nicht mehr unter dem Einfluß des Reinigungsmediums, so schnellt sie in ihre Ausgangslage zurück, wobei sie mit den Vorsprüngen auf die benachbarte Schutzplatte schlägt.

Diese Schläge fördern zusätzlich das Abplatzen der Ablage- rungen.

Die Erfindung schafft ferner einen Schmutzfänger für Wärmespeicherblöcke regenerativer Wärmetauscher, dessen Merkmale sich aus den Patentansprüchen 9 bis 16 ergeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in : Fig. 1 eine zum Teil geschnittene perspektivische Ansicht eines regenerativen Wärmetauschers ; Fig. 2 Schmutzfänger im Grundriß ; Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Schutzplattensta- pel ; und Fig. 4 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen regenerativen Wärmetauscher 1, der einer nicht dargestellten Rauchgasentschwefelungsanlage (REA) zugeordnet ist. Der Wärmetauscher 1 weist einen Rotor 2 auf, der sich bei seinem Umlauf durch zwei Zonen hindurch- bewegt. In der rechts dargestellten Zone wird er von Rohgas auf dem Wege zur REA durchströmt. Das Rohgas besitzt heiß- gasseitig eine Temperatur von etwa 130°C und gibt einen Teil seiner Wärme an den Rotor 2 ab. Es verläßt den Wärmetauscher mit einer Temperatur von etwa 90°C.

In der REA erfolgt dann eine weitere Abkühlung auf ca.

50°C. Mit dieser Temperatur tritt das Reingas in die links dargestellte Zone ein, durchströmt den Rotor und nimmt dabei einen Teil der im Rotor gespeicherten Wärme auf. Es verläßt den Wärmetauscher mit einer Temperatur von etwa 90°C.

Reinigungseinrichtungen 3 und 4 dienen dazu, den Rotor periodisch abzureinigen.

Der Rotor besteht aus einer Mehrzahl von tortenstückför- migen Wärmespeicherblöcken 5, die kaltgasseitig mit Schmutz- fängern 6 versehen sind. Jeder Wärmespeicherblock weist eine Mehrzahl von Wärmetauscherplatten auf, die aus emailliertem Stahlblech bestehen und in der Lage sind, Wärme aufzunehmen, zu speichern und wieder abzugeben.

Auch die Schmutzfänger 6 bestehen, wie in Figur 2 darge- stellt, aus tortenstückförmigen Blöcken 11, von denen jeder aus einer Mehrzahl von Schutzplatten 12 zusammengesetzt ist.

Diese sind mit ihren seitlichen Rändern 13 (Fig. 3) an einer Halteeinrichtung 14 befestigt und bilden Strömungskanäle, die senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 2 verlaufen.

Die Schutzplatten 12 werden von Abstandshaltern 15 (Fig.

4) im Abstand zueinander gehalten und zu einem Plattenstapel miteinander verbunden. Als Befestigungsmittel dienen im vorliegenden Falle Klebeverbindungen.

Jeder Abstandshalter 15 besteht aus einer Erhebung 16 der einen Schutzplatte und einer Vertiefung 17 der benach- barten Schutzplatte. Dabei sind die Erhebungen 16 und die Vertiefungen 17 jeder Schutzplatte paarweise nebeneinander angeordnet (Fig. 3).

Die Schutzplatten 12 bestehen aus elastisch verformbarem Kunststoff, nämlich aus Polypropylen und lassen sich ohne weiteres in der dargestellten Form herstellen. Dabei kann mit ein und demselben Raster gearbeitet werden. Wie Fig. 4 zeigt, sind benachbarte Schutzplatten 12 von gleicher Form, jedoch von abwechselnder Orientierung, wobei benachbarte Schutzplatten um 180° gegeneinander verdreht sind. Im übri-

gen besitzen die Schutzplatten eine Profilierung, deren Rippen 18 parallel zu den Seitenrändern 13 verlaufen.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Erhebungen 16 und die Vertiefungen 17, die die Abstandshalter 15 bilden, im Abstand zu den stirnseitigen Rändern 19 der Schutzplatten 12 angeordnet. Im Bereich dieser Ränder findet die Bildung der Ablagerungen statt, im vorliegenden Falle allerdings in stark abgeschwächtem Umfang, da sich die Abstandshalter 15 nicht in diesen Bereich hineinerstrecken. Bei den erforder- lichen Abreinigungsvorgängen werden die Abstandshalter auch entsprechend weniger beansprucht.

Da die Schutzplatten aus elastisch verformbarem Polypro- pylen mit einer Dicke von 1 mm bestehen, können sie durch Vibrationen und durch Bewegungen aufgrund von Wärmedehnungen ein Abplatzen der Ablagerungen unterstützen. Auch kompensie- ren sie Einbauspannungen.

Beispielsweise genügt es, die Schmutzfänger 6 mittels der Einrichtung 4 einmal täglich mit Druckluft von ca. 2 bar abzureinigen. Aufgrund des verstärkten Abplatzens der Abla- gerungen ist eine weitergehende Reinigung mit einem Wasser- strahl von ca. 40 bis 100 bar, die bisher alle vier Wochen durchgeführt werden mußte, jetzt frühestens nach fünf Mona- ten erforderlich.

Ein Austausch des Schmutzfängers 6 ist lediglich alle drei Jahre erforderlich und läßt sich äußerst kostengünstig durchführen.

Da sich die Ablagerungen in den Schmutzfängern sehr langsam aufbauen, bleiben deren Strömungskanäle stets durch- lässig. Dadurch bilden sich im Rotor 2 keine vom durchströ- menden Kaltgas abgeschirmte Bereiche, die der Korrosion ver- stärkt unterliegen. Im Ergebnis verlängert sich die Stand- zeit der Wärmetauscherbleche auf ca. 10 Jahre. Eine erheb- liche Kostenreduzierung ist die Folge.

Nach Fig. 4 sind die Schutzplatten 12 im Bereich ihrer vom kalten Medium angeströmten Ränder mit kegelförmigen Vor- sprüngen 20 versehen. Bei Vibrationen der Schutzplatten

schlagen diese Vorsprünge auf benachbarte Schutzplatten und tragen dazu bei, die Ablagerungen abzusprengen.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmög- lichkeiten gegeben. So kann die Profilierung der Schutzplat- ten anders als in Fig. 4 dargestellt aussehen. Denkbar sind selbstverständlich auch ebene Schutzplatten. Ferner besteht die Möglichkeit, abgewandelte Ausführungsformen von Ab- standshaltern zu verwenden. Beispielsweise kommen gesonderte Bauteile in Frage. Wesentlich ist, daß der stirnseitige Randbereich der Schutzplatten zumindest auf der Anströmseite des kalten Mediums von Abstandshaltern freigehalten wird.

Werden die Abstandshalter, wie dargestellt, als Ausbuchtungen ausgebildet, so kann die Formgebung derart gewählt werden, daß Ausbuchtungen der einen Schutzplatte mit normalen Flächenabschnitten der benachbarten Schutzplatte zusammenwirken. Als Befestigungsmittel kommt beispielsweise eine Punktschweißung in Frage.

Möglich ist es auch, die Wärmetauscherplatten ebenso wie die Schutzplatten auszubilden.