Anzapfdampf-Speisewasservorwärmer für Dampfturbinenanlagen Die meistens als Rohrbündel-Wärmeaus- tauscher gebauten, von Anzapfdampf beheiz ten Speisewasservorwärmer, insbesondere die in der Speisewasserleitung nach der Speise wasserpumpe angeordneten Hochdruckvorwär mer, müssen entsprechend den in neuzeitlichen Dampfturbinenanlagen zur Anwendung kom menden hohen Dampfdrücken und -tempera- turen sowie mit Rücksicht auf die Höhe der Einheitsleistung vieler heutiger Dampftur binengruppen sehr gross und stark gebaut wer den.
Wird, was vielfach üblich ist, in jedem Vorwärmer nur ein einziges Rohrbündel, sei es mit im wesentlichen geraden oder mit U-förmig gebogenen Rohren, verwendet, so ist dessen Durchmesser sehr gross, und demgemäss mass nicht nur der Mantel des Vorwärmer gehäuses, sondern es müssen auch die Wasser- kammerwände und vor allem die Rohrböden sehr dick gebaut werden, was kostspielig und überdies bei plötzlich und in einzelnen Teilen ungleichmässig auftretenden Wärmebean- spruchungen festigkeitsmässig sehr nachteilig ist. Oft müssen bei solchen Vorwärmern ge schmiedete Wasserkammern verwendet wer den, deren Herstellung umständlich und teuer ist.
Auch die Aufteilung eines Vorwärmers dieser Art in zwei oder mehr parallel geschal tete Vorwärmer herkömmlicher Bauart ist wenig vorteilhaft, da jeder einzelne dieser für einen Teil der Speisewassermenge bemessenen Vorwärmer für den hohen Druck gebaut sein und insbesondere sehr starke Rohrböden haben muss.
Es sind Hochdruckvorwärmer mit U-för- mig gebogenen Rohrbündeln bekannt, bei welchen die gebogenen Rohre in eine Rohr platte eingeschweisst sind und das Bündel als Ganzes von einem Dampfmantel -angeben ist. Bei dieser Bauart wird genügend Raum für das Einschweissen der einzelnen Rohre be nötigt, wodurch der Durchmesser des Bündels und damit auch derjenige des Dampfmantels sehr gross wird. Ausserdem müssen ans schweisstechnischen Gründen Stahlrohre ver wendet werden, die ausser Betrieb Korro sionen ausgesetzt sind.
Des weiteren sind auch Hochdrackvor- wärmer bekannt, deren U-förmige Rohrbündel in zwei Flüsse. aufgeteilt sind, wobei dem Rohrbündel jedes Flusses ein ebenfalls .U-för- miger Dampfmantel angepasst ist. Diese Bau art bringt mit sich, dass sich der Dampf mantel nicht vom Rohrbündel abziehen lässt, was die Kontrolle der Schweissnähte verun- möglicht.
Es ist ferner bekannt, den Rohrboden zu sammen mit der Wasserkammerwandung in einem Stück herzustellen, wobei in dem dem Rohrboden gegenüberliegenden Teil der Wasserkammerwandung eine Öffnung ange bracht ist, die dem Einwalzen der Rohrenden und der späteren Kontrolle der Walzstellen dient.
Diese Öffnung mass aber, aus Festig- keitsgründen und um den für ihre Abschlie- ssung benötigten Deckel nicht unhandlich gross werden zu lassen, verhältnismässig klein ge halten werden, so dass nicht auf der ganzen berohrten Fläche des Rohrbodens, unmittel bar in gerader Richtung auf die Rohrenden hin, eine Rohrwalze beim Einwalzen der Rohre eingesetzt werden kann, was die maschi nelle Einwalzung der Rohre verunmöglicht.
Schliesslich sind Vorwärmer bekannt, bei wel chen mehrere Rohrschlangen, durch die das vorzuwärmende Wasser geführt wird, an Sam- melrohre durch Einwalzen angeschlossen sind, wobei jeder Walzstelle in den Sammelrohren eine Öffnung gegenüberliegt, die nach been detem Einwalzen der Rohre mit einem Pfrop fen verschlossen wird. Bei jeder Kontrolle der Walzstellen sind also viele einzelne Pfropfen zu entfernen und wieder druckfest einzu setzen.
Die Erfindung betrifft nun einen Anzapf- dampf-Speisevasserv orvärmer für Dampf turbinenanlagen, mit mehreren in Parallel schaltung je von einem Teilstrom des vorzu wärmenden Speisewassers durchflossenen U- förmigen Rohrbündeln, der die Nachteile der bekannten Vorwärmer vermeidet und ihre Vorteile in sich vereinigt.
Er ist gekennzeich- net durch mehrere je ein Wasserkammer element und mindestens ein von einem Mantel umschlossenes Rohrbündel aufweisende Vor wärmeelemente, deren Wasserkammerelemente mit parallel nebeneinander angeordneten Ein tritts- und Austrittswasserkammern von an nähernd kreisförmigem Querschnitt in einer Reihe aneinander angeschlossen sind, wobei ein Teil der Wandung jeder Wasserkammer als Rohrboden für die Enden der U-förmigen Rohrbündel ausgebildet ist.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstan des.
Fig.1 zeigt eine Seitenansicht des Vor wärmers, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 in grösserem Massstab einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1 und Fig. 4 ebenfalls in grösserem Massstab, einen Schnitt durch die Wasserkammer des Vorwärmers nach der Linie IV-IV der Fig. 1, wobei jedoch nur drei Wasserkammerelemente dargestellt sind anstatt deren sechs, wie in Fig.1.
In den Fig. 1 bis 4 sind für gleiche Teile dieselben Hinweisbuehstaben verwendet wor den.
g In Fig. 1 ist in Seitenansicht ein Vorwär mer mit insgesamt sechs Vorwärmerelementen k, k' und k" dargestellt. Diese Vorwärmer elemente bestehen, wie weiterhin aus den Fig. und 3 hervorgeht, im wesentlichen je aus einem Wasserkammerelement a und aus zwei über einander angeordneten von einem zylinder- förmigen Mantel e (Fig. 3) umschlossenen Rohrbündeln f', f"; es könnte aber auch nur ein Rohrbündel pro Vorwärmerelement vorhan den sein.
An die Mäntel e sind die verschiedenen Dampf- und Kondensatleitungen bzw. Lei tungsstutzen g, g', g", h, h' sowie m, ange schlossen, deren Anordnung und Wirkungs weise im folgenden näher erläutert wird. Die Enden der vorzugsweise aus Kupfer-Nickel- Legierung bestehenden Rohre der U-förmi- gen Rohrbündel f', f" sind in Rohrböden b eingewalzt, als welche, wie deutlich aus Fig. 3 ersichtlich ist, Teile der Wasserkammerwan- dung ausgebildet. sind.
Der Innendurchmesser der im Querschnitt annähernd kreisförmigen W, asserkammern braucht nicht grösser zu sein als derjenige der an sie angeschlossenen Speise wasserleitungen. Der Durchmesser des Rohr bündels ist. aber kleiner als der Innendurch messer des zylindrischen Teils der betreffen den Wasserkammer.
Die zum Einwalzen in den Rohrenden benötigten Öffnungen, von denen in jedem Wasserkammerelement a je zweimal zwei übereinander angeordnete vor handen sind, dienen bei späteren Überholungen der Überprüfung der Einwalzstellen; sie sind mit Kontrolldeckeln c', c" (Fig.1) versehen. die von Verschlussmuttern d (Fig. 3) in ihrer Lage gesichert sind.
Die Fig. 3 zeigt noch die ebenfalls aus Fig. 2 ersichtliche Trennwand i zwischen den Strängen eines U-förmig fle- bogenen Rohrbündels f' sowie einen Dampf eintrittsstutzen bei g und einen Kondensat austritt bei h.
Fig.4 zeigt links die Wassereintrittskam mer und rechts parallel nebeneinander zu die ser angeordnet die Wasseraustrittskammer jedes einzelnen Wasserkammerelementes a, welche letztere in einer Reihe aneinander an- gesehlossen sind. In den in Stirnansicht dar gestellten Rohrböden b sind die eingewalzten Rohrenden der U-förmig gebogenen Rohr bündel f', f" sichtbar. Die Anschlussstutzen p erlauben den Anschluss der Wasserkammern an die Speisewasserleitung; das dem betreffen den Stutzen p entgegengesetzte Ende der am weitesten von diesem Stutzen p liegenden Was serkammer ist mittels der Abschlusskappe l verschlossen.
Um den Wärmeübergang zwischen den par allel nebeneinander angeordneten Eintritts und Austrittswasserkammern zu vermeiden, ist es angebracht, diese nicht mit einer ge- neinsamen Trennwand aneinanderstossen zu lassen; zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, die Rohrenden jedes Rohrbündels f', f" gegenüber dessen Mittelachse - in welcher die Trenn wand i liegt - um einen Winkel a (Fig. 3) nach aussen abzuwinkeln.
Das vorzuwärmende Speisewasser tritt nach Fig. 1 und 4 bei n in den Vorwärmer ein und verlässt diesen bei o. Aus jedem Wasserkam- nerelement a tritt im Sinne der betreffenden eingezeichneten Pfeile ein Teilstrom des Speise wassers in die parallel geschalteten Rohr bündel jedes Vorwärmerelementes ein und aus.
Die Rohrleitungen zur Führung des Heiz- dampfes und dessen Kondensates sind nach den Fig.1 und 2 so angeordnet, dass das erste Vorwärmerelement k, in welches der Heiz- dampf bei g eintritt, als Heizdampfenthitzer wirkt, und dass das letzte Vorwärmerelement k", aus welchem das zusammengefasste Vor wärmerkondensat bei m austritt, als Konden satkühler wirkt. Zu diesem Zweck wird die gesamte Heizdampfmenge durch das Ent- hitzerelement k geführt und in diesem auf etwa die Sattdampftemperatur abgekühlt.
Durch die Rohrleitung g' lund die Abzweig- leitungen g" wird der Heizdampf dann in Par allelschaltung den Vorwärmerelementen k' zugeführt, in welchen der Sattdampf kon densiert. Bei den Kondensataustritten h tritt das sich bildende Kondensat aus den Elemen ten<I>k</I> und k' aus, worauf es in der Leitung<I>h'</I> zusammengefasst und dem Vorwärnerelement k" zugeführt wird. Nachdem dieses zusam mengefasste Kondensat durch den durch das Vorwärmerelement k" fliessenden Teilstrom des Speisewassers abgekühlt worden ist, ver lässt es den Vorwärmer beim Kondensataus tritt m. Wenn nötig, können die Rohrleitun gen zur Führung des Heizdampfes und des sen Kondensates mit Leichtigkeit so angeord net werden, dass mehrere Vorwärmerelemente als Heizdampfenthitzer bzw. mehrere als Kon densatkühler wirken.
Die beschriebene Bauweise für Anzapf dampf-Speisewasservorwärmer ergibt folgende Vorteile: Der Vorwärmer ist in den Strang der Speisewasserleitung eingebaut: die anein andergeschweissten Wasserkammerelemente von gleichem Durchmesser wie die Speisewasser leitung ersetzen einen Teil der Länge der selben, so dass Leitungsmaterial eingespart und überdies die Anordnung der Rohrleitun gen vereinfacht wird. Die hohem Dämpf- bzw.
Wasserdruck und hoher Temperatur unter worfenen Teile der einzelnen Vorwärmer- elemente können infolge ihrer verhältnismässig kleinen Abmessungen mit geringeren Wand stärken gebaut werden als die bisher üblichen Vorwärmer; die Vorwärmerelemente können deshalb aLleh für Höchstdrücke gebaut werden, ohne dass schädlich grosse Wandstärken ver wendet werden müssen.
Besonders vorteilhaft wirkt sich dies aus beim Enthitzermantel, der dank seinem kleinen Durchmesser mit ver gleichsweise geringer Wandstärke gebaut wer den kann, was für seine Festigkeit bei hoher Temperatur (bis zu etwa 470 C) und bei möglicherweise auftretenden plötzlichen Tem- peraturändertmgen wichtig ist. Alle übrigen Vorwärmerelemente arbeiten im Gebiet der Sattdampftemperatur, so dass die Wandstär ken ihrer Mäntel von der Temperatur nicht wesentlich beeinflusst werden.
Die verhältnis- mässig kleinen Wasserkammerelemente können in Stahlguss ausgeführt werden und sind giessereitechnisch einfach geformt. Dies ist wichtig im Hinblick darauf, dass für Hoch druckvorwärmer der bisherigen Bauart (mit nur einem Rohrbündel) für Turbinengruppen mit hoher Einheitsleistung (z. B. über 100 MW) und für Betriebsdrücke über etwa 150 kg/cmê aus giessereitechnischen Gründen keine Stahl gusskammern hergestellt werden können, wes halb man genötigt ist, die Kammern aus Schmiedestahl anzufertigen, was sehr kost spielig ist. Zudem werden die Rohrböden sehr dick (bis zu etwa 300 mm), was das Bohren der grossen Anzahl von Rohrlöchern erschwert.
Beim erfindungsgemässen Vorwärmer ergibt die vielfache Aufteilung des einen Rohrbün dels in kleine Bündel Rohrböden mit kleinen Abmessungen und mithin kleiner Dicke, was das Bohren der Rohrlöcher erleichtert. Die Rohrböden sind zudem als Verdickungen der Wasserkammernwandungen ausgebildet, was baulich eine Vereinfachung ihrer Herstellung und festigkeitsmässig eine Verstärkung der selben bedeutet. Die Handhabung der einzel nen Wasserkammerelemente während ihrer Herstellung und deren Bearbeitung ist für die Werkstätte leichter als diejenige schwerer Kammern für ein ungeteiltes Rohrbündel. Es können alle Wasserkammerelemente, bevor sie z. B. durch Schweissen miteinander verbunden werden, fertig bearbeitet werden.
Die einzel nen Kontrolldeckel der Wasserkammern sind alle in der Grösse unter sich gleich und von leichtem Gewicht, so dass sie bei Überholungen des Vorwärmers von Hand und ohne Verwen dung eines Kranes abgehoben werden können, was die Kontrolle der Walzstellen der Rohre erleichtert. Es ist nicht nötig, jedes Vor wärmerelement einzeln mit einem Wärmeschutz zu versehen; vielmehr kann der ganze Vor wärmer mittels aussen angebrachter Wände aus wärmeundurchlässigem Material vor Wärmeverlusten geschützt werden.
Ein gro sser Vorteil des beschriebenen Vorwärmers be steht auch darin, dass die Anzahl seiner Ele mente je nach den wärmetechnischen Erfor dernissen frei gewählt und damit seine wärme- austauschende Fläche jeweils den vorliegenden Verhältnissen angepasst werden kann, wobei auch die Anzahl der als Enthitzer bzw. als Kondensatkühler wirkenden Vorwärmerele mente frei gewählt werden kann. Bei allfällig auftretenden Rohrbrüchen und dabei nötig werdendem Ersatz der Rohre muss nur ein klei nes Rohrbündet mit verhältnismässig wenigen Rohren ausgewechselt werden.
Tap steam feed water preheaters for steam turbine systems The feed water preheaters, which are mostly built as shell-and-tube heat exchangers and heated by tap steam, in particular the high-pressure preheaters arranged in the feed water line after the feed water pump, must be used in accordance with the high steam pressures and temperatures used in modern steam turbine systems. tures and, taking into account the level of the unit output of many of today's steam turbine groups, are very large and strong.
If, as is often the case, only a single tube bundle is used in each preheater, be it with essentially straight or U-shaped tubes, then its diameter is very large, and accordingly not only the jacket of the preheater housing but also The water chamber walls and, above all, the tube sheets must also be made very thick, which is costly and, moreover, very disadvantageous in terms of strength in the event of sudden and unevenly occurring thermal loads in individual parts. Often ge forged water chambers have to be used in such preheaters, the production of which is cumbersome and expensive.
The division of a preheater of this type into two or more parallel-connected preheaters of conventional design is not very advantageous, since each of these preheaters, which are dimensioned for part of the feed water quantity, must be built for the high pressure and, in particular, have to have very strong tube sheets.
There are high-pressure preheaters with U-shaped bent tube bundles known, in which the bent tubes are welded into a tube plate and the bundle as a whole is indicated by a steam jacket. With this type of construction, sufficient space is required for welding the individual tubes, which means that the diameter of the bundle and thus that of the steam jacket is very large. In addition, for welding reasons, steel pipes must be used that are exposed to corrosion when in use.
Furthermore, high-deck preheaters are known whose U-shaped tube bundles in two rivers. are divided, with the tube bundle of each flow also .U-shaped steam jacket is adapted. This design means that the steam jacket cannot be removed from the tube bundle, which makes it impossible to check the weld seams.
It is also known to produce the tube sheet together with the water chamber wall in one piece, with an opening is made in the opposite tube sheet part of the water chamber wall, which is used to roll the tube ends and the later control of the rolling points.
However, for reasons of strength and in order not to let the cover required for its closure become unwieldy, this opening was kept relatively small, so that not over the entire tubular surface of the tube sheet, directly in a straight direction Tube ends, a tube roller can be used when rolling in the tubes, which makes it impossible to roll in the tubes by machine.
Finally, preheaters are known in which several coils, through which the water to be preheated is passed, are connected to collecting pipes by rolling, with an opening opposite each rolling point in the collecting pipes which is closed with a plug after the pipes have been rolled in becomes. Each time the rolling points are checked, many individual plugs must be removed and reinserted to be pressure-resistant.
The invention now relates to a tap steam feed water heater for steam turbine systems, with several U-shaped tube bundles through which a partial flow of the feed water to be preheated flows in parallel, which avoids the disadvantages of the known preheater and combines its advantages.
It is characterized by several elements each having a water chamber and at least one tube bundle enclosed by a jacket, the water chamber elements of which are connected to one another in a row with inlet and outlet water chambers of approximately circular cross-section arranged parallel to one another, with part of the Wall of each water chamber is designed as a tube sheet for the ends of the U-shaped tube bundle.
The drawing shows, for example, an embodiment of the subject matter of the invention.
1 shows a side view of the pre-heater, FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows a larger-scale section along the line III-III in FIG. 1 and FIG. 4 also in FIG on a larger scale, a section through the water chamber of the preheater along the line IV-IV of FIG. 1, but only three water chamber elements are shown instead of six, as in FIG.
In Figs. 1 to 4 the same reference letters are used for the same parts wor the.
g In Fig. 1, a preheater with a total of six preheater elements k, k 'and k "is shown in side view. These preheater elements consist, as can also be seen from FIGS. and 3, essentially each of a water chamber element a and two over tube bundles f ′, f ″ which are arranged relative to one another and are enclosed by a cylindrical jacket e (FIG. 3); but it could also be only one tube bundle per preheater element IN ANY.
The various steam and condensate lines or pipe stubs g, g ', g ", h, h' and m, are connected to the jackets e, the arrangement and operation of which is explained in more detail below. The ends of the preferably made of copper -Nickel alloy tubes of the U-shaped tube bundle f ', f "are rolled into tube sheets b, as which, as can be clearly seen from FIG. 3, are formed as parts of the water chamber wall. are.
The inside diameter of the water chambers, which are approximately circular in cross section, need not be greater than that of the feed water pipes connected to them. The diameter of the tube bundle is. but smaller than the inner diameter of the cylindrical part of the concern the water chamber.
The openings required for rolling into the pipe ends, two of which are arranged one above the other in each water chamber element a, are used to check the rolling points during later overhauls; they are provided with control covers c ', c "(FIG. 1), which are secured in their position by locking nuts d (FIG. 3).
FIG. 3 also shows the partition i, which can also be seen from FIG. 2, between the strands of a U-shaped, flexible tube bundle f 'and a steam inlet connection at g and a condensate outlet at h.
4 shows the water inlet chamber on the left and the water outlet chamber of each individual water chamber element a, arranged parallel to one another on the right, the latter being connected to one another in a row. In the tube sheets b shown in the front view, the rolled-in tube ends of the U-shaped tube bundles f ', f "are visible. The connection nozzles p allow the water chambers to be connected to the feedwater line; the end opposite to the nozzle p is furthest from The water chamber lying on this nozzle p is closed by means of the end cap l.
In order to avoid the transfer of heat between the inlet and outlet water chambers, which are arranged parallel next to one another, it is advisable not to let them butt against one another with a common partition; for this purpose it is advantageous to bend the tube ends of each tube bundle f ', f "with respect to its central axis - in which the partition wall i lies - by an angle a (FIG. 3) to the outside.
The feed water to be preheated enters the preheater at n according to FIGS. 1 and 4 and leaves it at o. From each water chamber element a, a partial flow of the feed water enters the parallel tube bundle of each preheater element in the sense of the relevant arrows drawn out.
The pipes for guiding the heating steam and its condensate are arranged according to FIGS. 1 and 2 in such a way that the first preheater element k, into which the heating steam enters at g, acts as a heating steam desuperheater, and that the last preheater element k ", from which the combined preheating condensate exits at m, acts as a condensate cooler. For this purpose, the entire amount of heating steam is passed through the desuperheater element k, where it is cooled to approximately the saturated steam temperature.
The heating steam is then fed in parallel to the preheater elements k ', in which the saturated steam condenses, through the pipeline g' l and the branch lines g ". At the condensate outlets h, the condensate that forms emerges from the elements <I> k < / I> and k ', whereupon it is combined in the line <I> h' </I> and fed to the preheater element k ". After this condensed condensate has been cooled by the partial flow of the feed water flowing through the preheater element k ", it leaves the preheater at the condensate outlet m. If necessary, the pipelines for guiding the heating steam and its condensate can easily be arranged in this way that several preheater elements act as heating steam ventilators or several as condensate coolers.
The described design for tapping steam feed water preheater results in the following advantages: The preheater is built into the branch of the feed water pipe: the water chamber elements welded to one another and of the same diameter as the feed water pipe replace part of the length of the same, so that pipe material is saved and, moreover, the arrangement of the Piping conditions is simplified. The high damping resp.
Due to their relatively small dimensions, parts of the individual preheater elements that are subjected to water pressure and high temperature can be built with smaller wall thicknesses than the previously common preheater; The preheater elements can therefore be built for maximum pressures without the need to use damagingly large wall thicknesses.
This has a particularly beneficial effect on the desuperheater jacket, which thanks to its small diameter can be built with a comparatively small wall thickness, which is important for its strength at high temperatures (up to around 470 C) and in the event of sudden changes in temperature. All other preheater elements work in the area of saturated steam temperature, so that the wall thickness of their jackets are not significantly influenced by the temperature.
The relatively small water chamber elements can be made of cast steel and are simply shaped in terms of foundry technology. This is important in view of the fact that for high-pressure preheaters of the previous design (with only one tube bundle) for turbine groups with a high unit output (e.g. over 100 MW) and for operating pressures over about 150 kg / cmê, no steel casting chambers are produced for reasons of foundry technology which is why one is forced to make the chambers from forged steel, which is very costly. In addition, the tube sheets are very thick (up to about 300 mm), which makes it difficult to drill the large number of tube holes.
In the case of the preheater according to the invention, the multiple division of a tube bundle into small bundles of tube sheets with small dimensions and therefore small thicknesses results, which makes it easier to drill the tube holes. The tube sheets are also designed as thickenings of the water chamber walls, which structurally means a simplification of their manufacture and a reinforcement of the same in terms of strength. The handling of the individual NEN water chamber elements during their manufacture and their processing is easier for the workshop than that of heavy chambers for an undivided tube bundle. It can all water chamber elements before they z. B. be connected to each other by welding, are finished.
The individual control lids of the water chambers are all the same size and light weight, so that they can be lifted off by hand without using a crane when the preheater is overhauled, which makes it easier to check the rolling points of the pipes. It is not necessary to provide each pre-warmer element individually with heat protection; Rather, the whole front warmer can be protected from heat loss by means of walls made of heat-impermeable material attached to the outside.
A great advantage of the preheater described is that the number of its elements can be freely selected depending on the heating requirements and thus its heat-exchanging surface can be adapted to the prevailing conditions. As a condensate cooler acting Vorwärmerele elements can be freely selected. In the event of any pipe breaks and the need to replace the pipes, only a small pipe bundle with relatively few pipes needs to be replaced.