DE102010012006A1

DE102010012006A1 - Wärmetauscher für eine thermische Abluftreinigungsanlage und Verfahren zum Reinigen eines Abluftstroms

Info

Publication number: DE102010012006A1
Application number: DE102010012006A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Gysin; Erhard Rieder
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2011-09-15

Abstract

Um einen Wärmetauscher für eine thermische Abluftreinigungsanlage, umfassend mindestens ein Wärmetauscherrohr, dessen Innenraum von einem inneren fluiden Medium durchströmbar ist und das an seiner Außenseite von einem äußeren fluiden Medium umströmbar ist, zu schaffen, welcher einen besonders effizienten Wärmeübergang zwischen dem inneren fluiden Medium und dem äußeren fluiden Medium ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass die Wandung mindestens eines Wärmetauscherrohres an ihrer Innenseite und/oder an ihrer Außenseite eine Turbulenz erzeugende Struktur aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für eine thermische Abluftreinigungsanlage, der mindestens ein Wärmetauscherrohr umfasst, dessen Innenraum von einem inneren fluiden Medium durchströmbar ist und das an seiner Außenseite von einem äußeren fluiden Medium umströmbar ist.
Dabei kann das äußere fluide Medium insbesondere ein oxidierbare Bestandteile enthaltener Rohgasstrom sein, der nach dem Durchlaufen des Wärmetauschers einer Brennkammer der thermischen Abluftreinigungsanlage zugeführt wird. In der Brennkammer wird durch zumindest teilweises Oxidieren der oxidierbaren Bestandteile des Rohgasstroms ein Reingasstrom erzeugt, welcher anschließend als inneres fluides Medium den Innenraum des Wärmetauscherrohres durchströmt, so dass Wärme aus dem Reingasstrom auf den Rohgasstrom übertragen wird.
Alternativ hierzu kann auch das Rohgas als inneres fluides Medium und das Reingas als äußeres fluides Medium verwendet werden.
Für den Wärmeaustausch zwischen dem Rohgasstrom und dem Reingasstrom einer thermischen Abluftreinigungsanlage werden im bekannten Stand der Technik Glattrohre verwendet.
Ferner ist es bekannt, zusätzliche Bauteile, beispielsweise um ihre Längsrichtung verdrillte Blechstreifen, in solche Glattrohre einzubauen, um Turbulenz in der Strömung durch den Innenraum des Wärmetauscherrohres zu erzeugen und dadurch den Wärmeaustausch zwischen dem inneren fluiden Medium und dem äußeren fluiden Medium zu verbessern. Solche in die Wärmetauscherrohre eingebaute Turbulenzeinrichtungen führen jedoch zu einem erhöhten Fertigungsaufwand, vergrößern den Strömungswiderstand und können durch Anlagerung von Feststoffpartikeln aus dem inneren fluiden Medium zu Verstopfungen führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher für eine thermische Abluftreinigungsanlage der vorstehend genannten Art zu schaffen, welcher einen besonders effizienten Wärmeübergang zwischen dem inneren fluiden Medium und dem äußeren fluiden Medium ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher für eine thermische Abluftreinigungsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Wandung mindestens eines Wärmetauscherrohres an ihrer Innenseite und/oder an ihrer Außenseite eine Turbulenz erzeugende Struktur aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Konzept zugrunde, eine erhöhte Turbulenz in dem den Innenraum des Wärmetauscherrohres durchströmenden inneren fluiden Medium und/oder in dem das Wärmetauscherrohr umströmenden äußeren fluiden Medium dadurch zu erzielen, dass die Wandung des Wärmetauscherrohres selbst an ihrer Innenseite und/oder an ihrer Außenseite so strukturiert wird, dass in der die Turbulenz erzeugende Struktur anströmenden Fiuidströmung eine starke Turbulenz erzeugt wird, welche den Wärmeübertrag durch die Wandung des Wärmetauscherrohres zwischen dem inneren fluiden Medium und dem äußeren fluiden Medium erhöht.
Dadurch, dass erfindungsgemäß die gewünschte Turbulenz durch die Oberflächenstruktur der Wandung des Wärmetauscherrohres selbst erzeugt wird, ist es nicht erforderlich, zusätzliche Bauteile in das Wärmetauscherrohr einzubringen, um die Turbulenz der Strömung zu erhöhen und den Wärmeaustausch zu verbessern.
Dadurch wird der Fertigungs- und Materialaufwand für den erfindungsgemäßen Wärmetauscher reduziert.
Ferner bleibt im Innenraum des Wärmetauscherrohres ein großer durchströmbarer Querschnitt erhalten, was den Strömungswiderstand verringert und Verstopfungen durch die Anlagerung von Feststoffpartikeln aus dem inneren fluiden Medium vermeidet.
Vorzugsweise umfasst die Turbulenz erzeugende Struktur mindestens ein Strukturelement, das sich über einen Umfangswinkel von mindestens 180° um die Längsachse des Wärmetauscherrohres herum erstreckt.
Dadurch, dass die Turbulenz erzeugende Struktur mindestens ein Strukturelement umfasst, das sich, vorzugsweise ohne Unterbrechungen, über einen Umfangswinkel von mindestens 180° um die Längsachse des Wärmetauscherrohres herum erstreckt, wird eine homogenere Temperaturverteilung längs des Rohrumfangs erzielt, als dies bei Strukturelementen der Fall wäre, welche sich nur über einen kleineren Umfangswinkel erstrecken.
Durch die homogenere Temperaturverteilung längs des Rohrumfangs wird eine effizientere Wärmeübertragung zwischen dem inneren fluiden Medium und dem äußeren fluiden Medium erzielt.
Besonders günstig ist es zur Erzielung einer homogenen Temperaturverteilung längs des Rohrumfangs, wenn die Turbulenz erzeugende Struktur mindestens ein Strukturelement umfasst, das sich über einen Umfangswinkel von mindestens 360° um die Längsachse des Wärmetauscherrohres herum erstreckt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Turbulenz erzeugende Struktur mehrere Strukturelemente umfasst, welche sich über einen Umfangswinkel von mindestens 180°, vorzugsweise von mindestens 360°, um die Längsachse des Rohres herum erstrecken.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstrecken sich alle Strukturelemente der Turbulenz erzeugenden Struktur über einen Umfangswinkel von mindestens 180°, vorzugsweise mindestens 360°, um die Längsachse des Rohres herum.
Das mindestens eine Strukturelement kann insbesondere als ein an der Wandung des Wärmetauscherrohres ausgebildeter Vorsprung oder eine an der Wandung des Wärmetauscherrohres ausgebildete Vertiefung ausgebildet sein und vorzugsweise im Wesentlichen linienförmige Gestalt aufweisen.
Vorzugsweise sind im Innenraum des Wärmetauscherrohres keine zusätzlichen Bauteile, insbesondere keine Bauteile zur Turbulenzerzeugung, vorhanden.
Die Turbulenz erzeugende Struktur umfasst als Strukturelemente vorzugsweise an der Innenseite und/oder an der Außenseite der Wandung des Wärmetauscherrohres ausgebildete Vorsprünge und/oder Vertiefungen, welche insbesondere im Wesentlichen linienförmig ausgebildet sind.
Die Strukturlinien, längs welcher diese Vorsprünge und/oder Vertiefungen verlaufen, sind vorzugsweise zumindest abschnittsweise schräg zur Längsachse des Wärmetauscherrohres ausgerichtet.
Besonders günstig ist es, wenn die Turbulenz erzeugende Struktur als Strukturelement einen oder mehrere Vorsprünge an der Innenseite der Wandung des Wärmetauscherrohres und/oder eine oder mehrere Vertiefungen an der Außenseite der Wandung des Wärmetauscherrohres umfasst.
Die Strukturlinien, längs welcher die Vorsprünge bzw. Vertiefungen verlaufen, können sich grundsätzlich von einem Anfangspunkt bis zu einem Endpunkt über eine beliebige Länge erstrecken oder auch ringförmig geschlossen ausgebildet sein.
Ferner ist es möglich, dass sich die Vorsprünge bzw. Vertiefungen zumindest abschnittsweise längs wendelförmiger Strukturlinien an der Wandung des Wärmetauscherrohres erstrecken.
In diesem Fall erstrecken sich die als Vorsprünge bzw. Vertiefungen ausgebildeten Strukturelemente über einen Umfangswinkel, der einem Mehrfachen von 360° entspricht, um die Längsachse des Wärmetauscherrohres herum.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Wärmetauscherrohr des Wärmetauschers als ein Drallrohr ausgebildet ist.
Solche Drallrohre sind beispielsweise in der DIN 28178 (in der Fassung vom Mai 2009) beschrieben.
Ein Drallrohr weist eine längs einer wendelförmigen Bahn um seine Längsachse verlaufende Verformung der Wandung auf, durch welche an der Innenseite der Wandung ein wendelförmiger Vorsprung und entsprechend hierzu an der Außenseite der Wandung eine wendelförmige Vertiefung ausgebildet ist.
Die Wanddicke der Wandung ändert sich durch diese Verformung im Wesentlichen nicht.
Der wendelförmige Vorsprung und die wendelförmige Vertiefung bilden Strukturelemente einer Turbulenz erzeugenden Struktur des Drallrohres.
Ein Drallrohr kann insbesondere durch einen Prägevorgang, der an einem Glattrohr ausgeführt wird, hergestellt werden.
Erfindungsgemäß kann ein Einfach-Drallrohr verwendet werden, dessen Drallung einen oder mehrere linienförmige Vorsprünge und eine oder mehrere linienförmige Vertiefungen aufweist, welche sich im selben Drehsinn um die Längsachse des Drallrohrs winden.
Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass mindestens ein Wärmetauscherrohr als ein Kreuz-Drallrohr ausgebildet ist, welches mindestens zwei wendelförmige Vorsprünge mit einander entgegengesetzter Drehrichtung um die Längsachse des Drallrohrs und mindestens zwei wendelförmige Vertiefungen mit einander entgegengesetzter Drehrichtung um die Längsachse des Drallrohrs aufweist.
Als Drallwinkel α wird bei einem Drallrohr der Winkel bezeichnet, um den der wendelförmige Pfad der Drallung gegenüber einer senkrecht zur Längsachse des Drallrohres verlaufenden Ebene geneigt ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Wärmetauscherrohr einen Drallwinkel α von ungefähr 10° bis ungefähr 40°, vorzugsweise von ungefähr 20° bis ungefähr 30°, insbesondere von ungefähr 25°, aufweist.
Durch die Verwendung von Drallrohren als Wärmetauscherrohre kann gegenüber der Verwendung von Glattrohren bei gleicher Wärmeübertragungsleistung eine Verringerung der erforderlichen Rohrlänge um bis zu 15% bei einem nach dem Kreuz-Gegenstrom-Prinzip arbeitenden Wärmetauscher und um bis zu 30% bei einem im direkten Gegenstrom-Prinzip arbeitenden Wärmetauscher erzielt werden.
Wird die Rohrlänge beibehalten, so steigert sich die Wärmeübertragungsleistung des Wärmetauschers bei der Verwendung von Drallrohren entsprechend. Der Einsatz von Drallrohren im Wärmetauscher einer thermischen Abluftreinigungsanlage reduziert somit die benötigte Anlagengröße oder steigert die Effizienz der Wärmeübertragung bei gleich bleibender Baugröße des Wärmetauschers.
Um eine gute Turbulenz erzeugende Wirkung der Turbulenz erzeugenden Struktur (sei es bei einem Drallrohr oder bei einer anders ausgebildeten Turbulenz erzeugenden Struktur) zu erzielen, ist es günstig, wenn die Turbulenz erzeugende Struktur eine radiale Ausdehnung aufweist, die mindestens 20% der Wanddicke t des Wärmetauscherrohres beträgt.
Bei einem Drallrohr entspricht die radiale Ausdehnung der Turbulenz erzeugenden Struktur der Dralltiefe h, d. h. der durch die Drallung verursachten Differenz zwischen dem größten Außenradius des Wärmetauscherrohres und dem kleinsten Außenradius des Wärmetauscherrohres (im Bereich der durch die Drallung erzeugten Vertiefung).
Um die mechanische Stabilität des Wärmetauscherrohres nicht zu beeinträchtigen und den durchströmbaren freien Querschnitt des Wärmetauscherrohres nicht unnötig zu verringern, ist es ferner günstig, wenn die Turbulenz erzeugende Struktur eine radiale Ausdehnung aufweist, die kleiner ist als die Wanddicke t des Wärmetauscherrohres.
Vorzugsweise ist die radiale Ausdehnung der Turbulenz erzeugenden Struktur kleiner als die Hälfte der Wanddicke t der Wandung des Wärmetauscherrohres.
Grundsätzlich kann das Wärmetauscherrohr aus jedem beliebigen Material gebildet sein, das bei der höchsten im inneren fluiden Medium oder im äußeren fluiden Medium im Betrieb des Wärmetauschers auftretenden Temperatur dauerhaft eine ausreichende mechanische und chemische Beständigkeit aufweist.
Besonders günstig ist es, wenn die Wandung des Wärmetauscherrohres aus einem metallischen Material, vorzugsweise aus einem nichtrostenden Stahlmaterial, gebildet ist.
Geeignete nichtrostende Stahlmaterialien sind beispielsweise die nichtrostenden Stähle mit den Werkstoffnummern 1.4301 (mit reduziertem Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,045 Gewichtsprozent), 1.4401 (mit reduziertem Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,045 Gewichtsprozent), 1.4541 und 1.4571 gemäß der DIN EN 10217-7.
Grundsätzlich kann das Wärmetauscherrohr eine flexible Wandung oder eine starre Wandung aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher der thermischen Abluftreinigungsanlage mehrere Wärmetauscherrohre umfasst, die zusammen ein Wärmetauscherrohr-Bündel bilden.
Ein solches Wärmetauscherrohr-Bündel kann insbesondere im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet sein, wobei die Wärmetauscherrohre in einer oder mehreren Lagen um eine Längsachse des Wärmetauscherrohr-Bündels angeordnet sind und wobei die Wärmetauscherrohre derselben Lage jeweils denselben radialen Abstand von der Längsachse des Wärmetauscherrohr-Bündels aufweisen.
Vorzugsweise sind die Wärmetauscherrohre derselben Lage im Wesentlichen äquidistant längs des Umfangs des Wärmetauscherrohr-Bündels in der jeweiligen Lage verteilt.
Das Wärmetauscherrohr-Bündel kann ein oder mehrere Lagen von Wärmetauscherrohren, vorzugsweise zwei bis vier Lagen, insbesondere drei Lagen, umfassen.
Der Strömungsweg des äußeren fluiden Mediums kann, insbesondere durch mechanische Umlenkeinrichtungen, so geführt sein, dass das äußere fluide Medium mindestens ein Wärmetauscherrohr, vorzugsweise im Wesentlichen alle Wärmetauscherrohre, des Wärmetauschers zumindest abschnittsweise, vorzugsweise im Wesentlichen überall, quer zu der Längsrichtung des jeweiligen Wärmetauscherrohres umströmt.
Ferner ist zur Maximierung des Wärmeübertrags die mittlere Strömungsrichtung des äußeren fluiden Mediums im Wärmetauscher vorzugsweise entgegengesetzt zur mittleren Strömungsrichtung des inneren fluiden Mediums im Wärmetauscher gerichtet.
Der erfindungsgemäße Wrmetauscher kann somit nach dem Kreuz-Gegenstrom-Prinzip aufgebaut sein.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der Strömungsweg des äußeren fluiden Mediums durch den Wärmetauscher so geführt ist, dass das äußere fluide Medium mindestens ein Wärmetauscherrohr, vorzugsweise im Wesentlichen alle Wärmetauscherrohre, des Wärmetauschers zumindest abschnittsweise, vorzugsweise im Wesentlichen überall, im Wesentlichen parallel zu der Längsachse des jeweiligen Wärmetauscherrohres umströmt.
Auch bei dieser Ausgestaltung des Strömungswegs des äußeren fluiden Mediums ist vorzugsweise vorgesehen, dass die mittlere Strömungsrichtung des äußeren fluiden Mediums durch den Wärmetauscher entgegengesetzt zur mittleren Strömungsrichtung des inneren fluiden Mediums durch den Wärmetauscher gerichtet ist.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann demnach auch nach dem direkten Gegenstrom-Prinzip ausgebildet sein.
Durch das Zusammenwirken der Turbulenz erzeugenden Struktur an der Innenseite und/oder an der Außenseite der Wandung des Wärmetauscherrohres und des direkten Gegenstrom-Prinzips wird ein besonders wirksamer Wärmeübergang zwischen dem inneren fluiden Medium und dem äußeren fluiden Medium erzielt.
Um eine Strömungsführung für das äußere fluide Medium nach dem direkten Gegenstrom-Prinzip zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn der Wärmetauscher mindestens ein Halteelement umfasst, an dem mindestens ein Wärmetauscherrohr gehalten ist, wobei das Halteelement mindestens eine Durchtrittsöffnung für den Durchtritt des äußeren fluiden Mediums durch das Halteelement aufweist.
Das äußere fluide Medium kann in diesem Fall parallel zur Längsachse des Wärmetauscherrohres durch die Durchtrittsöffnung in dem Halteelement hindurchströmen.
Im Gegensatz hierzu ist bei einem Wärmetauscher nach dem Kreuz-Gegenstrom-Prinzip vorzugsweise vorgesehen, dass der Wärmetauscher mindestens ein Halteelement umfasst, an dem mindestens ein Wärmetauscherrohr gehalten ist, wobei das Halteelement keine Durchtrittsöffnung für den Durchtritt des äußeren fluiden Mediums durch das Halteelement aufweist, so dass das äußere fluide Medium nicht durch das Halteelement hindurch strömen kann, sondern durch das Halteelement umgelenkt wird.
Durch Verwendung mehrerer relativ zueinander versetzt angeordneter Halteelemente kann in diesem Fall eine mechanische Umlenkeinrichtung geschaffen werden, welche das äußere fluide Medium auf einen gewundenen Strömungspfad durch den Wärmetauscher zwingt.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer thermischen Abluftreinigungsanlage, die eine Brennkammer und mindestens einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher umfasst.
Eine erfindungsgemäße thermische Abluftreinigungsanlage weist vorzugsweise einen Rohgasdurchsatz von mindestens 1.000 Nm³/h, insbesondere von mindestens 10.000 Nm³/h auf (1 Nm³ = 1 Normkubikmeter).
Eine solche thermische Abluftreinigungsanlage kann zur Behandlung von Abluft eingesetzt werden, welche aus verschiedensten industriellen Produktionsprozessen stammt, beispielsweise aus der Lackierung von Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugkarosserien, aus der Imprägnierung von Karton oder von Filterpapieren, aus der Herstellung von gummierten Förderbändern, aus der Bedruckung von Verpackungsmaterialien, aus der Lackierung von Kreditkartenrohlingen, aus der Tapetenherstellung, aus der Beschichtung von Bleiband, aus der Herstellung von Dichtungen oder aus der Imprägnierung von gewebtem Glas.
Ein besonders kompakter Aufbau der thermischen Abluftreinigungsanlage ergibt sich, wenn mindestens ein Wärmetauscher zumindest abschnittsweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, die Brennkammer der thermischen Abluftreinigungsanlage umgibt.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann aber auch vorgesehen sein, dass mindestens ein Wärmetauscher, der insbesondere zur Vorwärmung des Rohgases vor dem Eintritt in die Brennkammer dient, in Richtung der Längsachse der Brennkammer gegenüber der Brennkammer versetzt angeordnet ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen thermischen Abluftreinigungsanlage ist vorgesehen, dass die thermische Abluftreinigungsanlage einen Reingaskanal umfasst, durch welchen in der Brennkammer erzeugtes Reingas von einem Reingasaustritt der Brennkammer zu einem Reingaseintritt des Wärmetauschers strömt, wobei der Reingaskanal zumindest abschnittsweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, die Brennkammer umgibt und zumindest abschnittsweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, von dem Wärmetauscher umgeben ist. Dies ermöglicht es, das Reingas in dem Wärmetauscher im Gegenstrom zu dem Rohgas zu führen, ohne die gesamte Baulänge der Einheit aus Brennkammer und Wärmetauscher zu vergrößern.
Grundsätzlich kann das in der Brennkammer der thermischen Abluftreinigungsanlage erzeugte Reingas als äußeres fluides Medium oder als inneres fluides Medium verwendet werden.
Da das Reingas eine höhere Temperatur aufweist als das sekundärseitig den Wärmetauscher durchströmende fluide Medium, ist es günstig, wenn in der Brennkammer erzeugtes Reingas dem Innenraum eines Wärmetauscherrohres zuführbar ist, so dass das Reingas als inneres fluides Medium verwendet wird. In diesem Fall muss die Wärmedämmung eines Außengehäuses des Wärmetauschers nur auf die niedrigere Temperatur des von dem Reingas zu erwärmenden äußeren fluiden Mediums, welche niedriger ist als die Temperatur des Reingases, abgestimmt werden.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann in der thermischen Abluftreinigungsanlage dazu verwendet werden, Wärme von dem in der Brennkammer der thermischen Abluftreinigungsanlage erzeugten Reingas auf das der Brennkammer zuzuführende Rohgas zu übertragen, um das Rohgas vor der Verbrennung der darin enthaltenen oxidierbaren Bestandteile vorzuwärmen.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann die thermische Abluftreinigungsanlage aber auch mindestens einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher umfassen, mittels welchem Wärme von einem in der Brennkammer der thermischen Abluftreinigungsanlage erzeugten Reingas auf ein fluides Medium übertragbar ist, das von dem der Brennkammer der thermischen Abluftreinigungsanlage zugeführten Rohgas verschieden ist.
Beispielsweise kann dieses vom Rohgas verschiedene fluide Medium, welches den Wärmetauscher sekundärseitig durchströmt,

– eine Flüssigkeit sein, aus welcher ein Dampf erzeugt werden soll;
– ein zu erwärmendes Thermalöl sein;
– ein Kaltwasser sein, aus welchem Heißwasser oder Warmwasser erzeugt werden soll; oder
– eine Umluft oder Frischluft sein, welche erwärmt und einem durch erwärmte Zuluft zu beheizenden Raum zugeführt werden soll.

Die thermische Abluftreinigungsanlage kann insbesondere zwei oder mehr erfindungsgemäß ausgebildete Wärmetauscher umfassen, mittels welchen Wärme von dem Reingas auf ein von dem Rohgas verschiedenes fluides Medium übertragbar ist.
Insbesondere dann, wenn das Rohgas aus einem Lackierbereich stammt, in welchem Werkstücke lackiert werden, ist es günstig, wenn die thermische Abluftreinigungsanlage einen Wärmetauscher umfasst, mittels welchem Wärme von dem in der Brennkammer der thermischen Abluftreinigungsanlage erzeugten Reingas auf eine Zuluft übertragbar ist, die einem Trockner zuführbar ist, in welchem die lackierten Werkstücke getrocknet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Reinigen eines oxidierbare Bestandteile enthaltenden Abluftstroms mittels einer thermischen Abluftreinigungsanlage, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:

– Erzeugen eines Reingasstroms durch zumindest teilweises Oxidieren der oxidierbaren Bestandteile des Abluftstroms in einer Brennkammer der thermischen Abluftreinigungsanlage; und
– Übertragen von Wärme aus dem Reingasstrom auf ein fluides Medium mittels mindestens eines Wärmetauschers.

Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der vorstehend genannten Art zu schaffen, bei welchem der Wärmeübertrag aus dem Reingasstrom auf das fluide Medium besonders effizient erfolgt.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 17 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Wärmetauscher verwendet wird, welcher mindestens ein Wärmetauscherrohr umfasst, dessen Wandung an ihrer Innenseite und/oder an ihrer Außenseite eine Turbulenz erzeugende Struktur aufweist.
Durch eine solche Turbulenz erzeugende Struktur wird die Turbulenz im Wärmetauscherrohr und/oder um das Wärmetauscherrohr herum deutlich erhöht, ohne dass hierfür der Einbau zusätzlicher Komponenten in das Wärmetauscherrohr erforderlich ist.
Die Turbulenz erzeugende Struktur kann durch mechanische Bearbeitung der Rohroberflächen erzeugt werden, ohne dass zusätzliche Bauteile in das Rohr eingebaut oder an das Rohr angebaut werden müssen.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann direkt mit der Brennkammer der thermischen Abluftreinigungsanlage verbunden sein oder nachgeschaltet ausgeführt werden und mit der Brennkammer über eine Reingasleitung verbunden sein.
Vorzugsweise ist für mindestens einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher der thermischen Abluftreinigungsanlage eine Bypass-Leitung vorgesehen, mittels weicher das Reingas strömungstechnisch an dem betreffenden Wärmetauscher vorbei geleitet werden kann.
Eine solche Bypass-Leitung weist vorzugsweise mindestens eine Bypass-Klappe auf, um den Volumenstrom durch die Bypass-Leitung zu steuern oder zu regeln.
Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers mit einer Turbulenz erzeugenden Struktur an der Innenseite und/oder an der Außenseite der Wandung mindestens eines Wärmetauscherrohres wird der thermische Wirkungsgrad einer thermischen Abluftreinigungsanlage erhöht.
Die Baulänge des Wärmetauschers kann hierdurch verkürzt und/oder die Anzahl an Wärmetauscherrohren des Wärmetauschers reduziert werden.
Die Wärme des heißen Reingases kann, vorzugsweise in einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher, zur Vorwärmung des Rohgases und/oder zur Erzeugung von Prozesswärme verwendet und somit zurückgewonnen werden.
Der Primärenergiebedarf der thermischen Abluftreinigungsanlage wird durch Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers reduziert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild einer thermischen Abluftreinigungsanlage mit einem integrierten Wärmetauscher zur Erwärmung eines Rohgases durch ein in einer Brennkammer der Abluftreinigungsanlage erzeugtes Reingas und mit drei weiteren Wärmetauschern zur Dampferzeugung, zur Wassererwärmung und zur Lufterwärmung mittels des Reingases;
2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Brennkammer und einen die Brennkammer umgebenden Reingas-Rohgas-Wärmetauscher;
3 einen schematischen Querschnitt durch die Brennkammer mit integriertem Wärmetauscher aus 2, im Bereich eines Rohgaseinlasses;
4 eine Draufsicht von oben auf die Brennkammer mit integriertem Wärmetauscher aus den 2 und 3, mit der Blickrichtung in Richtung des Pfeiles 4 in 2;
5 einen schematischen Querschnitt durch den Wärmetauscher aus den 2 bis 4;
6 eine schematische perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung der Brennkammer mit integriertem Wärmetauscher aus den 2 bis 5;
7 einen schematischen Längsschnitt durch ein als Drallrohr ausgebildetes Wärmetauscherrohr des Wärmetauschers aus den 2 bis 6;
8 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I aus 7;
9 einen schematischen Längsschnitt durch ein als Kreuz-Drallrohr ausgebildetes Wärmetauscherrohr;
10 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs II aus 9;
11 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Brennkammer mit integriertem Reingas-Rohgas-Wärmetauscher, wobei das Rohgas den Wärmetauscher im Gegenstrom antiparallel zu der Strömungsrichtung des Reingases durchströmt;
12 einen schematischen Querschnitt durch ein Wärmetauscherrohr-Halteelement des Wärmetauschers aus 11;
13 eine schematische ausschnittsweise Darstellung eines alternativen Wärmetauscherrohr-Halteelements für den Wärmetauscher aus den 11 und 12;
14 eine schematische Prinzipdarstellung einer dritten Ausführungsform einer Brennkammer mit integriertem Reingas-Rohgas-Wärmetauscher, wobei der Wärmetauscher in der Längsrichtung der Brennkammer hinter der Brennkammer angeordnet ist; und
15 eine schematische Prinzipdarstellung einer vierten Ausführungsform einer Brennkammer mit integriertem Reingas-Rohgas-Wärmetauscher, wobei das zu erwärmende Rohgas durch die Innenräume der Wärmetauscherrohre des Wärmetauschers strömt.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine in den 1 bis 10 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete thermische Abluftreinigungsanlage umfasst eine Brennkammer 102, an deren Brennkammereintritt 104 ein Brenner 106 angeordnet ist, der über eine Brennstomeitung 108 mit einem geeigneten Brennstoff, beispielsweise mit Erdgas, versorgbar ist.
Die zu reinigende Abluft ist ein Gasgemisch, das oxidierbare Bestandteile, beispielsweise flüchtige organische Verbindungen, enthält.
Die oxidierbaren Bestandteile der Abluft werden in der Brennkammer 102, zusammen mit dem zugegebenen Brennstoff, oxidiert und damit unschädlich gemacht.
Das der Brennkammer 102 zugeführte Gasgemisch, welches die brennbaren Bestandteile enthält, wird im Folgenden als Rohgas bezeichnet.
Das in der Brennkammer 102 durch Oxidation der oxidierbaren Bestandteile des Rohgases erzeugte Gasgemisch wird im Folgenden als Reingas bezeichnet.
Das Rohgas stammt aus einer in 1 rein schematisch dargestellten und mit 110 bezeichneten Rohgasquelle.
Der aus der Rohgasquelle 110 der thermischen Abiuftreinigungsanlage 100 zugeführte Rohgasvolumenstrom beträgt vorzugsweise mindestens 1.000 Nm³/h (1 Nm³ = 1 Normkubikmeter), insbesondere mindestens 10.000 Nm³/h.
In einer Rohgaszuführleitung 112, welche die Rohgasquelle 110 mit einem Rohgaseintritt 114 eines rekuperativen Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 verbindet, ist eine Rohgasklappe 118 zur Steuerung oder Regelung des Rohgasstroms durch die Rohgas-Zuführleitung 112 und ein Rohgasgebläse 120 angeordnet, welches das Rohgas von der Rohgasquelle 110 zu der Brennkammer 102 fördert.
Ferner kann in die Rohgas-Zuführleitung 112 eine Frischluft-Zuführleitung 122 einmünden, über welche Oxidationsmittel in Form von Frischluft dem Rohgas zumischbar ist.
Der dem Rohgasstrom zugemischte Frischluftstrom ist mittels einer in der Frischluft-Zuführleitung 122 angeordneten Frischluftklappe 124 steuer- oder regelbar.
Der Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116, dessen Aufbau nachstehend noch detailliert beschrieben werden wird, wird sekundärseitig von dem Rohgas und primärseitig von dem aus der Brennkammer 102 entweichenden Reingas durchströmt.
Ein Rohgasaustritt 126 des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 ist mit einem Rohgaseintritt 128 der Brennkammer 102 verbunden.
Ein Reingasaustritt 130 der Brennkammer 102 ist über einen Reingaskanal 132 mit einem Reingaseintritt 134 des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 verbunden.
An einen Reingasaustritt 136 des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 ist eine Reingasleitung 138 angeschlossen, welche durch einen oder mehrere nachgeschaltete Wärmetauscher 140, die primärseitig von dem Reingas durchströmt werden, bis zu einem Abluftkamin 142 führt.
Von dem Reingaskanal 132 zweigt eine Bypass-Leitung 144 ab, welche stromabwärts von dem Reingasaustritt 136 des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 in die Reingasleitung 138 mündet.
Durch diese Bypass-Leitung 144 kann den nachgeschalteten Wärmetauschern 140 zumindest ein Teil des Reingases aus der Brennkammer 102 unter Umgehung des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 direkt zugeführt werden, wenn der Wärmebedarf an einem der nachgeschalteten Wärmetauscher 140 besonders hoch ist.
Der Bypass-Strom durch die Bypass-Leitung 144 ist mittels einer in der Bypass-Leitung 144 angeordneten Bypass-Klappe 146 steuer- oder regelbar.
Jeder der nachgeschalteten Wärmetauscher 140 ist vorzugsweise ebenfalls mit einer eigenen Bypass-Leitung 148 versehen, welche vor dem Reingaseintritt 150 des jeweiligen Wärmetauschers 140 von der Reingasleitung 138 abzweigt und nach einem Reingasaustritt 152 des jeweiligen Wärmetauschers 140 wieder in die Reingasleitung 138 einmündet.
Der Volumenstrom durch die jeweilige Bypass-Leitung 148 kann mittels jeweils einer in der Bypass-Leitung 148 angeordneten Bypass-Klappe 154 gesteuert oder geregelt werden.
Ferner ist in der Reingasleitung 138 vor jedem der nachgeschalteten Wärmetauscher 140 jeweils eine Wärmetauscherklappe 156 angeordnet, mittels welcher der Reingasstrom durch den jeweiligen nachgeschalteten Wärmetauscher 140 steuer- oder regelbar ist.
Es ist also insbesondere möglich, den Reingasstrom vollständig an einem der nachgeschalteten Wärmetauscher 140 vorbei zu leiten, wenn an dem jeweiligen Wärmetauscher 140 sekundärseitig kein Wärmebedarf besteht, indem die jeweils zugeordnete Wärmetauscherklappe 156 vollständig geschlossen und die jeweils zugeordnete Bypass-Klappe 154 geöffnet wird.
Der Wärmeübertrag von dem Reingas auf das den jeweiligen nachgeschalteten Wärmetauscher 140 sekundärseitig durchströmende fluide Medium kann vielfältig genutzt werden, beispielsweise zur Dampferzeugung, Thermalölbeheizung, Heißwasser- oder Warmwassererzeugung oder zur Umluft- oder Frischluftbeheizung.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein erster nachgeschalteter Wärmetauscher 140a zur Erzeugung von Dampf aus einem Speisewasser verwendet wird, wobei das Speisewasser einem Speisewassereintritt 158 des Wärmetauschers 140a über eine Speisewasser-Zuführleitung 160, in der eine Speisewasserpumpe 164 angeordnet sein kann, zuführbar ist.
Der in dem Wärmetauscher 140a infolge des Wärmeübertrags aus dem Reingas erzeugte Dampf wird über eine Dampf-Abführleitung 162, die an einen Dampfaustritt 164 des Wärmetauschers 140a angeschlossen ist, einem Verwendungsort zugeführt.
Ein zweiter nachgeschalteter Wärmetauscher 140b kann zur Erzeugung von Warmwasser aus einem Kaltwasser verwendet werden, das einem Kaitwassereintritt 166 des Wärmetauschers 140b über eine Kaltwasser-Zuführleitung 168 zugeführt wird, in welcher eine Kaltwasserpumpe 170 angeordnet sein kann.
Das in dem Wärmetauscher 140b durch Wärmeübertrag aus dem Reingas durch Erwärmung des Kaltwassers erzeugte Warmwasser wird über eine an einen Warmwasseraustritt 172 des Wärmetauschers 140b angeschlossene Warmwasser-Abführleitung 174 einem Verwendungsort zugeführt.
Die Wassertemperatur in der Warmwasser-Abführleitung 174 kann mittels eines Temperatursensors 176 gemessen werden.
In Abhängigkeit von der gewünschten Solltemperatur kann dann von einer (nicht dargestellten) Steuereinrichtung der thermischen Abluftreinigungsanlage 100 der Reingasstrom durch den Wärmetauscher 140b (mittels der Wärmetauscherklappe 156 und/oder der Bypass-Klappe 154) und/oder der dem Wärmetauscher 140b zugeführte Kaltwasserstrom (beispielsweise über die Pumpleistung der Kaltwasserpumpe 170) so verändert werden, dass die gewünschte Solltemperatur in der Warmwasser-Abführleitung 174 erreicht wird.
Ein dritter Wärmetauscher 140c kann zur Erwärmung von Frischluft oder Umluft dienen, die einem zu beheizenden Raum, beispielsweise einem Trockner 178, zuführbar ist.
Die zu erwärmende Frischluft oder Umluft wird einem Lufteintritt 180 des Wärmetauschers 140c über eine Luft-Zuführleitung 182 zugeführt, in welcher ein Zuluftgebläse 184 angeordnet sein kann.
Die durch Wärmeübertrag aus dem Reingas im Wärmetauscher 140c erwärmte Luft wird über eine an einen Luftaustritt 186 des Wärmetauschers 140c angeschlossene Luftabführleitung 188 dem Verwendungsort, beispielsweise dem Trockner 178, zugeführt.
In der Luft-Abführleitung 188 kann die Lufttemperatur mittels eines Temperatursensors 190 gemessen werden.
In Abhängigkeit von der in der Luft-Abführleitung 188 gemessenen Temperatur kann der Reingasstrom durch den Wärmetauscher 140c (mittels der Wärmetauscherklappe 156 und/oder der Bypass-Klappe 154) und/oder der Zuluftstrom durch den Wärmetauscher 140c (beispielsweise mittels einer Veränderung der Drehzahl des Zuluftgebläses 184) so verändert werden, dass die gewünschte Soll-Temperatur der Luft in der Luft-Abführleitung 188 erreicht wird.
Die Brennkammer 102 und der damit verbundene Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 der thermischen Abluftreinigungsanlage 100 aus 1 sind in den 2 bis 6 im Einzelnen dargestellt.
Insbesondere aus 2 ist zu ersehen, dass die Brennkammer 102 im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, sich längs einer mittigen Längsachse 192 von einer brennerseitigen Stirnseite 194 bis zu einer dem Brenner 106 abgewandten Stirnseite 196 erstreckt und von einer hohlzylindrischen Brennkammerwand 198 begrenzt ist.
Die Brennkammer 102 ist von dem bei dieser Ausführungsform im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 umgeben, welcher an seiner der Brennkammer 102 abgewandten radialen Außenseite durch ein zylindrisches Wärmetauscher-Außengehäuse 200 und an seiner der Brennkammer 102 zugewandten radialen Innenseite durch ein ebenfalls im Wesentlichen zylindrisches Wärmetauscher-Innengehäuse 202 begrenzt ist.
Das Wärmetauscher-Innengehäuse 202 stützt sich über Stützringe 204 an der Brennkammerwand 198 ab.
Durch den Zwischenraum zwischen der Brennkammerwand 198 und dem Wärmetauscher-Innengehäuse 202 ist der Reingaskanal 132 gebildet, welcher die dem Brenner abgewandte Stirnseite 196 der Brennkammer 102 mit dem benachbart zur brennerseitigen Stirnseite 194 der Brennkammer 102 angeordneten Reingaseintritt 134 des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 verbindet.
Im Zwischenraum zwischen dem Wärmetauscher-Innengehäuse 202 und dem Wärmetauscher-Außengehäuse 200 ist ein Bündel 206 aus einer Vielzahl von Wärmetauscherrohren 208 angeordnet, welche in 2 durch strichpunktierte Linien angedeutet sind.
Die Wärmetauscherrohre 208 verlaufen alle im Wesentlichen parallel zur Längsachse 192 und bilden, wie am besten aus den 5 und 6 zu ersehen ist, mehrere, beispielsweise drei, zylindrische Wärmetauscherrohrlagen 210, in denen die Wärmetauscherrohre 208 jeweils mit gleichem radialem Abstand von der Längsachse 192 und längs des Umfangs im Wesentlichen äquidistant verteilt angeordnet sind.
Wie am besten aus 6 zu ersehen ist, ist jedes Wärmetauscherrohr 208 an mehreren, in Richtung der Längsachse 192 aufeinanderfolgenden und vorzugsweise im Wesentlichen äquidistant voneinander angeordneten Halteelementen 212 gehalten, welche beispielsweise als im Wesentlichen kreisringförmige Haltebleche 214 ausgebildet sind.
Die Wärmetauscherrohre 208 durchsetzen Durchtrittsöffnungen in den Halteelementen 212 und liegen mit ihren Außenseiten 240 fluiddicht an den Halteelementen 212 an, so dass im Wesentlichen kein Fluid in den außerhalb der Wärmetauscherrohre 208 liegenden Bereichen durch die Halteelemente 212 hindurchtreten kann.
An ihren beiden Enden sind die Wärmetauscherrohre 208 mit jeweils einem der Halteelemente 212 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt.
In Richtung der Längsachse 192 folgen innere Halteelemente 212a mit einem kleineren Innenradius und einem kleineren Außenradius und äußere Halteelemente 212b mit einem größeren Außenradius und einem größeren Innenradius als die inneren Halteelemente 212a abwechselnd aufeinander.
Die inneren Halteelemente 212a weisen einen Innenradius auf, welcher im Wesentlichen dem Radius der Außenseite der Umfangswand des Wärmetauscher-Innengehäuses 202 entspricht, so dass im Wesentlichen kein Fluid zwischen dem radial inneren Rand der inneren Halteelemente 212a und dem Wärmetauscher-Innengehäuse 202 passieren kann.
Die inneren Halteelemente 212a stützen sich mit Gleitschuhen 218 an dem Wärmetauscher-Innengehäuse 202 ab, sind aber nicht fest mit dem Wärmetauscher-Innengehäuse 202 verbunden, so dass sich die inneren Halteelemente 212a zum Ausgleich unterschiedlicher thermischer Dehnungen aufgrund von Temperaturgradienten oder aufgrund von Unterschieden in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten relativ zu dem Wärmetauscher-Innengehäuse 202 in Richtung der Längsachse 192 verschieben können.
Der Außenradius der inneren Halteelemente 212a ist nur geringfügig größer als der Außenradius des Bündels 206 von Wärmetauscherrohren 208, so dass zwischen dem äußeren Rand 220 der inneren Halteelemente 212a einerseits und der Innenseite des Wärmetauscher-Außengehäuses 200 andererseits ein äußerer Durchtrittsspalt 222a verbleibt, durch den ein Fluid passieren kann.
Der Außenradius der äußeren Halteelemente 212b entspricht im Wesentlichen dem Radius der Innenseite der Umfangswand des Wärmetauscher-Außengehäuses 200, so dass die äußeren Halteelemente 212b mit ihrem äußeren Rand an der Innenseite des Wärmetauscher-Außengehäuses 200 anliegen und im Wesentlichen kein Fluid zwischen den äußeren Halteelementen 212b und dem Wärmetauscher-Außengehäuse 200 passieren kann.
Der Innenradius der äußeren Halteelemente 212a ist nur geringfügig kleiner als der Innenradius des Bündels 206 von Wärmetauscherrohren 208, so dass zwischen dem inneren Rand 224 der äußeren Halteelemente 212b und dem Wärmetauscher-Innengehäuse 202 ein innerer Durchtrittsspalt 222b verbleibt, durch den ein Fluid hindurchtreten kann.
Somit bilden die inneren Halteelemente 212a und die äußeren Halteelemente 212b, die in der Radialrichtung der Längsachse 192 gegeneinander versetzt sind, eine mechanische Umlenkeinrichtung und eine labyrinthförmige Unterteilung des außerhalb der Wärmetauscherrohrer 208 verbleibenden Innenraums 226 des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116, so dass in diesem Innenraum 226 ein gewundener Strömungspfad 228 für ein fluides Medium ausgebildet ist.
Dieser Innenraum 226 des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 wird im Betrieb desselben von dem vorzuwärmenden Rohgas durchströmt, welches bei dieser Ausführungsform als äußeres fluides Medium dient.
Da dem Rohgas durch die Halteelemente 212 ein gewundener Strömungspfad 228 aufgezwungen wird, umströmt das Rohgas die Wärmetauscherrohre 208, in denen das als inneres fluides Medium dienende Reingas strömt, größtenteils quer zur Längsrichtung der Wärmetauscherrohre 208.
Da ferner die mittlere Strömungsrichtung 230 des Reingases in den Wärmetauscherrohren 208 von der brennerseitigen Stirnseite 194 zu der dem Brenner abgewandten Stirnseite 196 gerichtet ist und die mittlere Strömungsrichtung des Rohgases längs des Strömungspfades 228 im Wesentlichen antiparallel zu der Strömungsrichtung 230 des Reingases durch die Wärmetauscherrohre 208 gerichtet ist, arbeitet der Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 bei dieser Ausführungsform im Wesentlichen nach dem Kreuz-Gegenstrom-Prinzip.
Der Eintritt des Rohgases in den Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 erfolgt über einen in radialer Richtung von dem Wärmetauscher-Außengehäuse 200 abstehenden Rohgaseinlass 232, der nahe des dem Brenner 106 abgewandten Endes des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 in dessen Innenraum 226 mündet (siehe insbesondere die 3 und 4).
Der Austritt des Reingases aus dem Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 erfolgt über eine Reingas-Sammelkammer 234 an dem dem Brenner 106 abgewandten Ende des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116, in welche die reingasstromabwärts befindlichen Enden der Wärmetauscherrohre 208 einmünden (siehe insbesondere 2).
Die Reingas-Sammelkammer 234 bildet den Beginn der Reingasleitung 138, durch welchen das Reingas zu den nachgeschalteten Wärmetauschern 140 strömt.
Die Bypass-Leitung 144, durch welche das Reingas an der Primärseite des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 vorbei geleitet werden kann, ist bei dieser Ausführungsform durch einen sogenannten Kompensator 236 gebildet, welcher beispielsweise die Form eines Hohlzylinders aufweist und einerseits in das dem Brenner 106 abgewandte Ende der Brennkammer 102 und andererseits in die Reingas-Sammelkammer 234 mündet (siehe insbesondere 2).
Ferner ist der Kompensator 236, beispielsweise an seinem sammelkammerseitigen Ende, mit der Bypass-Klappe 146 versehen, welche es ermöglicht, den Anteil des Reingasstroms aus der Brennkammer 102 einzustellen, welcher direkt aus der Brennkammer 102 in die Reingas-Sammelkammer 234 eintritt, ohne zuvor den Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 zu passieren.
Um die Wirksamkeit des Wärmeübergangs von dem Reingas zu dem Rohgas in dem Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 zu erhöhen, sind die Wärmetauscherrohre 208 an der Innenseite 238 und an der Außenseite 240 ihrer Wandung 242 mit einer Turbulenz erzeugenden Oberflächenstruktur versehen.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Wärmetauscherrohre 208 als Drallrohre 244 ausgebildet sind.
Wie aus den 7 und 8 zu ersehen ist, weist ein solches Drallrohr 244 eine längs einer wendelförmigen Bahn um die Längsachse 246 des Drallrohres 244 verlaufende Verformung der Wandung 242 auf, durch welche an der Innenseite 238 ein wendelförmiger Vorsprung 248 und entsprechend hierzu an der Außenseite 240 der Wandung 242 eine wendelförmige Vertiefung 250 ausgebildet ist.
Der Vorsprung 248 und die Vertiefung 250 bilden jeweils ein Strukturelement 251 der Turbulenz erzeugenden Struktur, welches sich über einen Umfangswinkel von einem Vielfachen von 360° um die Längsachse des Drallrohres 244 herum erstreckt.
Die Gesamt-Wanddicke t der Wandung 242 ändert sich dabei im Wesentlichen nicht.
Die Drallung des Drallrohres 244 kann insbesondere durch einen Prägevorgang, der an einem normalen hohlzylindrischen Glattrohr ausgeführt wird, hergestellt werden.
Die Dralltiefe h (siehe 8), d. h. die durch die Drallung verursachte Differenz zwischen dem größten Außenradius des Rohres und dem kleinsten Außenradius des Rohres (im Bereich der Vertiefung 250), ist deutlich kleiner als der Außendurchmesser D und auch deutlich kleiner als der Innendurchmesser d des Wärmetauscherrohres 208, so dass der von einem Fluid, beispielsweise dem Reingas, durchströmbare freie Querschnitt des Wärmetauscherrohres 208 durch die Drallung nur unwesentlich verringert wird.
Vorzugsweise liegt der Außendurchmesser D eines Wärmetauscherrohres 208 im Bereich von ungefähr 20 mm bis ungefähr 90 mm.
Die Wandstärke eines Wärmetauscherrohres 208 liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 2 mm, insbesondere bei ungefähr 1,5 mm bis 1,6 mm.
Die Dralltiefe h liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,3 mm bis ungefähr 0,9 mm.
Vorzugsweise ist die Dralltiefe h kleiner als die Wandstärke t, insbesondere kleiner als die halbe Wanddicke t.
Um andererseits einen wesentlichen Turbulenz erzeugenden Effekt durch die Drallung zu erzielen, beträgt die Dralltiefe h vorzugsweise mindestens 20% der Wanddicke t.
Der Drallwinkel α (siehe 8), d. h. der Winkel, um den der wendelförmige Pfad der Drallung gegenüber einer senkrecht zur Längsachse 246 des Wärmetauscherrohres 208 verlaufenden Ebene 252 geneigt ist, beträgt vorzugsweise mindestens 10°, insbesondere mindestens 20°.
Ferner beträgt der Drallwinkel α vorzugsweise höchstens 40°, insbesondere höchstens 30°.
Durch die Drallung der Wärmetauscherrohre 208 werden im Bereich der laminaren Grenzschicht geometrische Strukturen erzeugt, die zu einer Störung der laminaren Grenzschicht und somit zu Verwirbelungen führen. Diese Verwirbelungen werden auch als ”Turbulenzballen” bezeichnet und sind in 7 durch die Pfeile 254 angedeutet.
Durch die Vermischung, Benetzung und Anströmung der Turbulenzballen über das gesamte Rohr kommt es zu einem gesteigerten Kontakt zwischen den beteiligten Molekülen sowohl untereinander als auch mit den begrenzenden Oberflächen. Dabei nimmt der Wärmeübergang stärker zu als der Druckverlust. Gleichzeitig weisen Drallrohre durch den Selbstreinigungseffekt eine geringere Verschmutzung auf.
Durch die Drallung der Wärmetauscherrohre 208 wird eine hohe Turbulenz der Strömung innerhalb der Wärmetauscherrohre 208 und auch der Strömung an der Außenseite der Wärmetauscherrohre 208 erzielt, wodurch der Wärmeübergang zwischen dem Medium an der Innenseite und dem Medium an der Außenseite der Wandung 242 der Wärmetauscherrohre 208 erhöht wird, ohne dass hierfür zusätzliche Komponenten in den Innenraum der Rohre eingebracht werden müssen, welche den Strömungswiderstand deutlich erhöhen würden und außerdem durch die Anlagerung von Feststoffpartikeln zu einer Verstopfung der Rohre führen könnten.
Bei Verwendung in einem Bündel-Wärmetauscher nach dem Kreuz-Gegenstrom-Prinzip kann die Rohrlänge der Wärmetauscherrohre 208 bei gleicher Wärmeübertragungsleistung um bis zu 15% gegenüber einer Ausführung mit Glattrohren verringert werden.
Bei gleicher Rohrlänge wird die Wärmeübertragungsleistung bei der Verwendung von Drallrohren entsprechend erhöht.
Der Einsatz von Drallrohren 244 reduziert somit die Anlagengröße der thermischen Abluftreinigungsanlage 100 oder steigert die Effizienz bei gleich bleibender Baugröße des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116.
Die Wärmetauscherrohre 208 können wahlweise statt als Einfach-Drallrohre auch als Kreuz-Drallrohre ausgebildet sein.
Ein solches Kreuz-Drallrohr ist schematisch in den 9 und 10 dargestellt.
Bei einem Kreuz-Drallrohr 256 ist das Rohr mit zwei Drallungen versehen, die wendelförmigen Bahnen mit einander entgegengesetztem Drehsinn um die Längsachse 246 des Rohres folgen.
Die an der Außenseite 240 verlaufenden linienförmigen Vertiefungen 250 und die an der Innenseite 238 verlaufenden linienförmigen Vorsprünge 248 der einander entgegengesetzt umlaufenden Drallungen überkreuzen sich daher in regelmäßigen Abständen (Drall-Abstand l_p) in 9.
Im Übrigen stimmt ein Kreuz-Drallrohr 256 hinsichtlich der bevorzugten Abmessungen, insbesondere hinsichtlich des Außendurchmessers D, der Wanddicke t, der Dralltiefe h und des Drallwinkels α, mit den vorstehend beschriebenen Einfach-Drallrohren überein.
Die Wandung der Wärmetauscherrohre 208 ist vorzugsweise aus einem metallischen Material, insbesondere aus einem nichtrostenden Stahlmaterial, gebildet.
Geeignete nichtrostende Stahlmaterialien, die eine ausreichende und dauerhafte Temperaturbeständigkeit aufweisen, sind beispielsweise

– der nichtrostende Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4301 nach DIN EN 10217-7 (Kurzname: X5CrNi18-10), mit einem reduzierten Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,045 Gewichtsprozent;
– der nichtrostende Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4401 nach DIN EN 10217-7 (Kurzname: X5CrNiMol7-12-2), mit einem reduzierten Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,045 Gewichtsprozent;
– der nichtrostende Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4541 nach DIN EN 10217-7 (Kurzname: X6CrNiTi18-10); und
– der nichtrostende Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4571 nach DIN EN 10217-7 (Kurzname: X6CrNiMoTi17-12-2).

Die in den 1 bis 10 dargestellte und vorstehend beschriebene Ausführungsform einer thermischen Abluftreinigungsanlage 100 funktioniert wie folgt:
Das Rohgas, gegebenenfalls mit durch die Frischluft-Zuführleitung 122 zugemischter Frischluft, gelangt durch den Rohgaseintritt 114 in den Innenraum 226 des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 und strömt längs des gewundenen Strömungspfads 228 durch die Durchtrittsspalte 222a, 222b im Kreuz-Gegenstrom längs der Wärmetauscherrohre 208 und entgegen der Strömungsrichtung 230 des Reingases zu einer Rohgas-Sammelkammer 258 am brennerseitigen Ende des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116.
Von dort gelangt das Rohgas, welches im Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 von seiner Ausgangstemperatur auf eine Vorwärmtemperatur von beispielsweise ungefähr 620°C aufgeheizt worden ist, gegebenenfalls vermischt mit Brennstoff aus der Brennstoffleitung 108, durch Durchtrittsöffnungen des Brenners 106 in die Brennkammer 102. Dort werden die oxidierbaren Bestandteile des Rohgases und der Brennstoff in einer exothermen Reaktion oxidiert, wodurch ein Reingas mit einer Temperatur von beispielsweise ungefähr 750°C erzeugt wird, welches in der Richtung der Längsachse 192 zur dem Brenner abgewandten Stirnseite 196 der Brennkammer 102 strömt.
Von dort strömt das Reingas durch den Reingaskanal 132 entgegen der Strömungsrichtung 230 zurück bis zum brennerseitigen Ende des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116, wo das Reingas in die brennerseitigen Enden der Wärmetauscherrohre 208 des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 gelangt und in den Innenräumen der Wärmetauscherrohre 208 längs der Strömungsrichtung 230 zum dem Brenner 106 abgewandten Ende des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 strömt.
Dort gelangt das, durch den Wärmeübergang auf das Rohgas auf eine Temperatur von beispielsweise ungefähr 320°C abgekühlte, Reingas durch die dem Brenner 106 abgewandten Enden der Wärmetauscherrohre 208 in die Reingas-Sammelkammer 234 und von dort durch die Reingasleitung 138 zu den nachgeschalteten Wärmetauschern 140, wo das Reingas, unter weiterer Abkühlung, Wärme auf das Speisewasser im ersten nachgeschalteten Wärmetauscher 140a, auf das Kaltwasser in dem zweiten nachgeschalteten Wärmetauscher 140b und auf die Zuluft in dem dritten nachgeschalteten Wärmetauscher 140c überträgt.
Anschließend wird das Reingas über den Abluftkamin 142 an die Umgebung abgegeben.
Jeder der nachgeschalteten Wärmetauscher 140 kann ebenfalls ein Bündel von Wärmetauscherrohren 208 umfassen, deren Wandung an ihrer Innenseite und/oder an ihrer Außenseite eine Turbulenz erzeugende Struktur aufweist.
Insbesondere können auch die Wärmetauscherrohre mindestens eines der nachgeschalteten Wärmetauscher 140a bis 140c als Drallrohre 244 (und zwar als Einfach-Drallrohre oder als Kreuz-Drallrohre 256) ausgebildet sein, um den Wärmeübergang von dem Reingas auf das jeweilige sekundärseitige fluide Medium zu erhöhen und/oder die Baulänge des jeweiligen Wärmetauschers zu reduzieren.
Durch das Fehlen von zusätzlichen Turbulenz erzeugenden Bauteilen im Innenraum der Wärmetauscherrohre 208 kommt es auch dann nicht zu einer Verstopfung der Wärmetauscherrohre 208, wenn in dem Reingas Feststoffpartikel mitgeführt werden.
Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Rohgas Silikone enthält, durch deren Oxidation in der Brennkammer 102 Siliziumdioxid-Partikel entstehen können.
Eine in den 11 bis 13 dargestellte zweite Ausführungsform einer thermischen Abluftreinigungsanlage 100 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform lediglich dadurch, dass der Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 nicht nach dem Kreuz-Gegenstrom-Prinzip, sondern stattdessen nach dem direkten Gegenstrom-Prinzip arbeitet.
Um dies zu ermöglichen, bilden die Halteelemente 212 im Innenraum 226 des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 keine labyrinthförmige Umlenkstruktur, welche einen gewundenen Strömungspfad 228 des Rohgases erzwingt.
Vielmehr sind die Halteelemente 212, an denen die Wärmetauscherrohre 208 bei dieser Ausführungsform gehalten sind, mit Durchtrittsöffnungen 260 versehen, welche es ermöglichen, dass ein fluides Medium, insbesondere das Rohgas, die Halteelemente 212 im Wesentlichen parallel zu den Längsachsen 246 und damit parallel zu den Mantelflächen der Wärmetauscherrohre 208 und antiparallel zur Strömungsrichtung 230 des Reingases durch die Wärmetauscherrohre 208 durchströmt.
Dies kann, wie in 12 dargestellt, beispielsweise dadurch erfolgen, dass jedes Halteelement 212 als eine offene Gitterstruktur 262 aus zwei Gruppen von schräg zueinander verlaufenden Streifen 264a und 264b gebildet ist.
Die Streifen können beispielsweise aus einem Flachstahlmaterial gebildet sein und weisen vorzugsweise eine Breite (d. h. eine Erstreckung in der Richtung der Längsachsen 246 der Wärmetauscherrohre 208) von beispielsweise 20 mm bis 30 mm auf.
Die Gitterstruktur 262 kann aus mehreren, beispielsweise zwölf, Teilstrukturen 263 mit trapezförmigem Querschnitt zu einem ringförmig geschlossenen Halteelement 212 zusammengesetzt sein.
Das Halteelement 212 kann über Stege 265 an dem Wärmetauscher-Außengehäuse 200 gehalten sein.
Die sich überkreuzenden Streifen 264 bilden zwischen sich rautenförmige Aufnahmen 266 aus, in denen jeweils ein Wärmetauscherrohr 208 aufgenommen ist.
Da die Querschnittsfläche jeder Aufnahme 266 deutlich größer ist als der Querschnitt des darin aufgenommenen Wärmetauscherrohres 208, verbleiben zwischen der Außenwand jedes Wärmetauscherrohres 208 und den Innenwänden der jeweils zugeordneten Aufnahme 266 jeweils zwei Durchtrittsöffnungen 260 für den Durchtritt eines fluiden Mediums durch das Haltegitter.
Bei einer in 13 schematisch dargestellten alternativen Ausgestaltung der Halteelemente 212 sind die Halteelemente 212, wie bei der ersten Ausführungsform, als im Wesentlichen kreisringförmige Haltebleche 214 ausgebildet, die sich jedoch vorzugsweise über den gesamten Zwischenraum zwischen dem Wärmetauscher-Innengehäuse 202 und dem Wärmetauscher-Außengehäuse 200 erstrecken.
Für jedes Wärmetauscherrohr 208 ist in dem Halteelement 212 jeweils eine im Wesentlichen kreisförmige Ausnehmung 268 vorgesehen, von deren Rand mehrere, beispielsweise drei oder mehr, im Wesentlichen zungenförmige Vorsprünge 270 radial nach innen vorspringen, so dass sie den Umfang des jeweils durch die Ausnehmung 268 hindurchtretenden Wärmetauscherrohres 208 berühren und das Wärmetauscherrohr 208 zwischen sich halten.
Die Wärmetauscherrohre 208 können mit den Vorsprüngen 270 stoffschlüssig, beispielsweise durch Verschweißung, verbunden sein.
Der Radius der Ausnehmung 268 ist deutlich größer als der Radius des jeweils zugeordneten Wärmetauscherrohres 208, so dass zwischen der Außenseite 240 des Wärmetauscherrohres 208 und dem Rand der Ausnehmung 268 jeweils mehrere Durchtrittsöffnungen 260 für den Durchtritt eines fluiden Mediums, insbesondere des Rohgases, durch das Halteelement 212 verbleiben.
Dadurch, dass bei der in den 11 bis 13 dargestellten zweiten Ausführungsform einer thermischen Abluftreinigungsanlage 100 das Rohgas im Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 im direkten Gegenstrom zu dem Reingas innerhalb der Wärmetauscherrohre 208 geführt wird, wobei dennoch durch die Turbulenz erzeugende Struktur an der Innenseite 238 und an der Außenseite 240 der Wandung 242 der Wärmetauscherrohre 208 eine ausreichende Turbulenz sowohl in der Reingasströmung als auch in der Rohgasströmung erzeugt wird, wird die Effizienz des Wärmeübergangs von dem Reingas auf das Rohgas weiter erhöht, so dass bei dieser Ausführungsform eine vorgegebene Wärmemenge bei einer Wärmetauscherrohrlänge übertragen werden kann, welche bis zu 30% kürzer ist als bei der Verwendung von Glattrohren im Kreuz-Gegenstrom-Prinzip.
Bei gleicher Baulänge erhöht sich die übertragene Wärmemenge bei der Verwendung von Drallrohren 244 als Wärmetauscherrohre 208 im direkten Gegenstrom-Prinzip entsprechend um bis zu 30% gegenüber der Verwendung von Glattrohren im Kreuz-Gegenstrom-Prinzip.
Im Übrigen stimmt die in den 11 bis 13 dargestellte zweite Ausführungsform einer thermischen Abluftreinigungsanlage 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 10 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 14 dargestellte dritte Ausführungsform einer thermischen Abluftreinigungsanlage 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 10 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass der Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 nicht die Brennkammer 102 umgibt, sondern in Verlängerung der Brennkammer 102, in der Richtung der Längsachse 192 der Brennkammer hinter der dem Brenner 106 abgewandten Stirnseite 196 der Brennkammer 102, angeordnet ist.
Die Brennkammer 102 ist bei dieser Ausführungsform lediglich von einem im Wesentlichen hohlzylindrischen Rohgaskanal 272 umgeben, durch welchen das vorgewärmte Rohgas vom Rohgasaustritt 126 des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 zum Brennkammereintritt 104 strömt.
Der Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 ist bei dieser Ausführungsform im Wesentlichen gleich aufgebaut wie bei der ersten Ausführungsform, kann jedoch einen kleineren Innenradius aufweisen, da er nicht die gesamte Brennkammer 102, sondern lediglich eine im Wesentlichen zylindrische Bypass-Leitung 144 umgibt, welche die dem Brenner 106 abgewandte Stirnseite 196 der Brennkammer 102 mit der Reingas-Sammelkammer 234 verbindet.
Dabei ist vorzugsweise das dem Brenner 106 abgewandte Ende der Bypass-Leitung 144 mittels einer Bypass-Klappe 146 verschließbar.
Bei dieser dritten Ausführungsform ist die Rohrlänge des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 von der Länge der Brennkammer 102 unabhängig, so dass diese Rohrlänge in Abhängigkeit von dem gewünschten Wärmeübertrag von dem Reingas auf das Rohgas frei gewählt werden kann.
Im Übrigen stimmt die in 14 dargestellte dritte Ausführungsform einer thermischen Abluftreinigungsanlage 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 10 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Ferner kann auch bei der in 14 dargestellten dritten Ausführungsform der Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 nach dem direkten Gegenstrom-Prinzip ausgebildet sein, wie bei der in den 11 bis 13 dargestellten zweiten Ausführungsform. Die im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform beschriebenen Halteelemente 212 mit Durchtrittsöffnungen 260 für ein fluides Medium sind auch bei der dritten Ausführungsform verwendbar.
Eine in 15 dargestellte vierte Ausführungsform einer thermischen Abluftreinigungsanlage 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 10 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass nicht das Reingas, sondern das zu erwärmende Rohgas durch die Innenräume der Wärmetauscherrohre 208 des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 geführt wird.
Um dies zu ermöglichen, mündet der Rohgaseinlass 232 bei dieser Ausführungsform in eine Rohgaskammer 274, die am dem Brenner 106 abgewandeten Ende des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 angeordnet ist.
In diese Rohgaskammer 274 münden die dem Brenner 106 abgewandten Enden der Wärmetauscherrohre 208, so dass das Rohgas aus der Rohgaskammer 274 in die Innenräume der Wärmetauscherrohre 208 einströmen kann.
Nach Durchströmen der Wärmetauscherrohre 208 gelangt das Rohgas durch die brennerseitigen Enden der Wärmetauscherrohre 208 in die dem Brenner 106 benachbarte Rohgas-Sammelkammer 258 und von dort in die Brennkammer 102, wo die oxidierbaren Bestandteile des Rohgases oxidiert werden und so das Reingas erzeugt wird.
Das Reingas gelangt, wie bei der ersten Ausführungsform, durch den Reingaskanal 132, entgegen der Strömungsrichtung innerhalb der Brennkammer 102, zurück zum brennerseitigen Ende des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116, wo das Reingas nun aber nicht in die Innenräume der Wärmetauscherrohre 208 einströmt, sondern stattdessen in den außerhalb der Wärmetauscherrohre 208 verbleibenden Innenraum 226 zwischen dem Wärmetauscher-Innengehäuse 202 und dem Wärmetauscher-Außengehäuse 200. Dieser Innenraum 226 ist ebenso wie bei der ersten Ausführungsform durch in radialer Richtung gegeneinander versetzte Halteelemente 212a und 212b so unterteilt, dass dem Reingas ein gewundener Strömungspfad 276 durch den Innenraum 226 des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 aufgezwungen wird.
Das Reingas umströmt die Außenseiten 240 der Wärmetauscherrohre 208, welche in der Gegenrichtung vom Rohgas durchströmt werden, also bei dieser vierten Ausführungsform im Kreuz-Gegenstrom-Prinzip.
Vom dem Brenner 106 abgewandten Ende des Reingas-Rohgas-Wärmetauschers 116 gelangt das Reingas in die Reingas-Sammelkammer 234 und von dort, über die Reingasleitung 138 zu den nachgeschalteten Wärmetauschern 140.
Im Übrigen stimmt die in 15 dargestellte vierte Ausführungsform einer thermischen Abluftreinigungsanlage 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 10 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Ferner ist es auch bei dieser vierten Ausführungsform möglich, den Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 nach dem direkten Gegenstrom-Prinzip auszubilden, wie bei der in den 11 bis 13 dargestellten zweiten Ausführungsform. Die im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform beschriebenen Halteelemente 212 mit Durchtrittsöffnungen 260 für ein fluides Medium sind auch bei dieser vierten Ausführungsform verwendbar, wobei dann das Reingas durch die Durchtrittsöffnungen 260 in den Halteelementen 212 hindurchströmt.
Ferner ist es auch möglich, den Reingas-Rohgas-Wärmetauscher 116 bei der vierten Ausführungsform in Verlängerung der Brennkammer 102 hinter der Brennkammer 102, insbesondere hinter der dem Brenner 106 abgewandten Stirnseite 196 der Brennkammer 106, anzuordnen, wie bei der in 14 dargestellten dritten Ausführungsform.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 28178 [0027]
DIN EN 10217-7 [0044]
DIN EN 10217-7 [0188]
DIN EN 10217-7 [0188]
DIN EN 10217-7 [0188]
DIN EN 10217-7 [0188]

Claims

Wärmetauscher für eine thermische Abluftreinigungsanlage (100), umfassend mindestens ein Wärmetauscherrohr (208), dessen Innenraum von einem inneren fluiden Medium durchströmbar ist und das an seiner Außenseite (240) von einem äußeren fluiden Medium umströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (242) mindestens eines Wärmetauscherrohres (208) an ihrer Innenseite (238) und/oder an ihrer Außenseite (240) eine Turbulenz erzeugende Struktur aufweist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenz erzeugende Struktur mindestens ein Strukturelement (251) umfasst, das sich über einen Umfangswinkel von mindestens 180° um die Längsachse (246) des Wärmetauscherrohres (208) herum erstreckt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wärmetauscherrohr (208) als ein Drallrohr (244) ausgebildet ist, das vorzugsweise einen Drallwinkel (α) von 10° bis 40° aufweist.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wärmetauscherrohr (208) als ein Kreuz-Drallrohr (256) ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenz erzeugende Struktur eine radiale Ausdehnung (h) aufweist, die mindestens 20% der Wanddicke (t) des Wärmetauscherrohres (208) beträgt und/oder kleiner ist als die Wanddicke (t) des Wärmetauscherrohres (208).
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (116) mehrere Wärmetauscherrohre (208) umfasst, die ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Wärmetauscherrohr-Bündel (206) bilden.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg des äußeren fluiden Mediums durch den Wärmetauscher (116) so geführt ist, dass das äußere fluide Medium mindestens ein Wärmetauscherrohr (208) zumindest abschnittsweise quer zu der Längsachse (246) des Wärmetauscherrohres (208) umströmt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg des äußeren fluiden Mediums durch den Wärmetauscher (116) so geführt ist, dass das äußere fluide Medium mindestens ein Wärmetauscherrohr (208) zumindest abschnittsweise im Wesentlichen parallel zur der Längsachse (246) Wärmetauscherrohres (208) umströmt.
Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (116) mindestens ein Halteelement (212) umfasst, an dem mindestens ein Wärmetauscherrohr (208) gehalten ist, wobei das Halteelement (212) mindestens eine Durchtrittsöffnung (260) für den Durchtritt des äußeren fluiden Mediums durch das Halteelement (212) aufweist.
Thermische Abluftreinigungsanlage, umfassend eine Brennkammer (102) und mindestens einen Wärmetauscher (116) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Thermische Abluftreinigungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wärmetauscher (116) zumindest abschnittsweise die Brennkammer (102) der thermischen Abluftreinigungsanlage (100) umgibt.
Thermische Abluftreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Abluftreinigungsanlage (100) einen Reingaskanal (132) umfasst, durch welchen in der Brennkammer (102) erzeugtes Reingas von einem Reingasaustritt (130) der Brennkammer (102) zu einem Reingaseintritt (134) des Wärmetauschers (116) strömt, wobei der Reingaskanal (132) zumindest abschnittsweise die Brennkammer (102) umgibt und zumindest abschnittsweise von dem Wärmetauscher (116) umgeben ist.
Thermische Abluftreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennkammer (102) erzeugtes Reingas dem Innenraum eines Wärmetauscherrohres (208) zuführbar ist.
Thermische Abluftreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Abluftreinigungsanlage (100) mindestens einen Wärmetauscher (116) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst, mittels welchem Wärme von einem in der Brennkammer (102) der thermischen Abluftreinigungsanlage (100) erzeugten Reingas auf ein fluides Medium übertragbar ist, das von einem der Brennkammer (102) der thermischen Abluftreinigungsanlage (100) zugeführten Rohgas verschieden ist.
Verfahren zum Reinigen eines oxidierbare Bestandteile enthaltenden Abluftstroms mittels einer thermischen Abluftreinigungsanlage (100), umfassend folgende Verfahrensschritte: – Erzeugen eines Reingasstroms durch zumindest teilweises Oxidieren der oxidierbaren Bestandteile des Abluftstroms in einer Brennkammer (102) der thermischen Abluftreinigungsanlage (100); und – Übertragen von Wärme aus dem Reingasstrom auf ein fluides Medium mittels mindestens eines Wärmetauschers (116; 140); dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Wärmetauscher (116; 140) verwendet wird, welcher mindestens ein Wärmetauscherrohr (208) umfasst, dessen Wandung (242) an ihrer Innenseite (238) und/oder an ihrer Außenseite (240) eine Turbulenz erzeugende Struktur aufweist.