DE1246760B

DE1246760B - Waste heat boilers of large structural dimensions, especially for utilizing waste heat from turbine exhaust gases

Info

Publication number: DE1246760B
Application number: DESCH28552A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gerhard Quest
Original assignee: Schmidtsche Heissdampf GmbH
Current assignee: Schmidtsche Heissdampf GmbH
Priority date: 1960-09-30
Filing date: 1960-09-30
Publication date: 1967-08-10

Description

Abhitzekessel aroßer Bauabmessungen, C C insbesondere zur Ausnutzung der Abwärme von Turbinenabgasen Die Erfindung bezieht sich auf einen Abhitzekessel großer Bauabmessungen, insbesondere zur Ausnutzung der Abwärme von Turbinenabgasen, bestehend aus einem äußeren Druckmantel und einem konzentrisch hierzu angeordneten inneren, der Heizgasführung und der Aufnahme von mehreren übereinanderliegenden Heizflächengruppen dienenden Blechmantel kleineren Durchmessers zur Bildun- eines Ringraumes zwischen dem Druck- und dem Blechmantel.Waste heat boiler aroßer construction dimensions, CC in particular for utilizing the waste heat of turbine exhaust gases The invention relates to a waste heat boiler large structural dimensions, in particular for utilizing the waste heat of turbine exhaust gases, consisting of an outer pressure casing and a concentrically thereto disposed inside the hot gas and the absorption of several superimposed Small-diameter sheet metal jacket serving heating surface groups to form an annular space between the pressure jacket and the sheet metal jacket.

Die Abgase von Gasturbinen, die in großer Menge aber mit verhältnismäßig niedriger Temperatur anfallen, lassen sich nur in besonders ausgebildeten Abhitzekesseln als Heizmittel zur Nutzdam ferzeugung p C ausnutzen. Ein Abhitzekessel, der einer wirtschaftlichen Ausnutzung der fühlbaren Wärine von Turbinenabgasen dienen soll, benötigt daher hierzu entsprechend groß ausgelegte Heizflächen und weist infolgedessen entsprechende Abmaße auf. Außerdem muß aber ein mit einem derartigen Heizmittel betriebener Abhitzekessel druckfest ausgebildet werden, da Turbinenabgas außer einem hohen 02-Gehalt sehr oft noch brennbare Bestandteile enthält, so daß als Verpuffungen sich auswirkende Nachverbrennungen auftreten können, die zu plötzlichen Druckspitzen im Kessel führen. Einen Abhitzekessel solcher Größenordnung druckfest auszubilden, ist aber sehr aufwendig.The exhaust gases from gas turbines, which in large quantities but with relatively low temperature can only be found in specially designed waste heat boilers exploit p C as a heating means for generating useful dam. A waste heat boiler, the one economic exploitation of the sensible heat from turbine exhaust gases is to serve, therefore requires correspondingly large heating surfaces and as a result has corresponding dimensions. In addition, however, one must have such a heating means operated waste heat boiler are made pressure-resistant, since turbine exhaust gas apart from one high O2 content very often still contains flammable components, so that as deflagrations afterburning can occur, leading to sudden pressure peaks lead in the boiler. To make a waste heat boiler of this size pressure-resistant, but is very complex.

Ein bekannter Abhitzekessel besteht ans einem aus einzelnen Schüssen zusammengesetzten Druckmantel mit mehreren in diesem übereinanderliegend angeordneten Heizflächengruppen. Ein derart ausgebildeter Abhitzekessel würde bei einer Beheizung mit Turbinenabgas, besonders unter Berücksichtigung der durch die zu erwartenden Verpuffungen des Heizgases entstehenden Druckspitzen, zu Abmaßen des Druckmantels führen, die einen derartigen Kessel sehr aufwendi und unwirtschaftlich werden ließen.A well-known waste heat boiler consists of individual shots composite pressure jacket with several arranged one above the other in this Heating surface groups. A waste heat boiler designed in this way would be used when heated with turbine exhaust, especially taking into account the anticipated Deflagration of the heating gas resulting in pressure peaks, to dimensions of the pressure jacket lead, which made such a boiler very expensive and uneconomical.

Auch sind Wärmetauscher zur Übertragung der Abwärme entspannter Abgase aus Gasturbinen bekannt, die der Aufheizung eines anderen unter Druck stehenden Gases, insbesondere der Verbrennungsluft, dienen, bei denen zwei koaxial angeordnete druckfest ausgebildete zylindrische Blechmäntel vorgesehen sind. Hierbei wird der von dem Heiz,-as axial durchströmte innere Blechmantel, der aus verhältnismäßig dünnem Blech besteht, von mehreren hintereinandergeschalteten Rohrbündeln quer zu seiner Längsachse durchzogen, die nacheinander von dem in den Ringraum zwischen dem äußeren und dem inneren Blechmantel ein-eleiteten aufzuheizenden Gas durchströmt werden. Einen derart ausgebildeten Wärinetauscher als Abhitzekessel zur Erzeugung von Nutzdampf in ausreichender Menge aus der Abwärme entspannter Gasturbinenabgase zu verwenden, ist auf Grund der Größenabmessungen, die die Druckkörper erhalten müßten, ebenfalls zu aufwendig und daher unwirtschaftlich.Heat exchangers are also used to transfer the waste heat from relaxed exhaust gases known from gas turbines, which are the heating of another under pressure Gas, in particular the combustion air, are used in which two coaxially arranged pressure-resistant cylindrical sheet metal jackets are provided. Here the from the heating, -as axially traversed inner sheet metal jacket, which is from relatively thin sheet metal consists of several tube bundles connected in series across to its longitudinal axis traversed, one after the other by the one in the annulus between the outer and inner sheet metal jacket-introduced gas to be heated flows through will. A heat exchanger designed in this way as a waste heat boiler for generation of useful steam in sufficient quantities from the waste heat of relaxed gas turbine exhaust gases should be used due to the size dimensions of the pressure hulls would also have to be too expensive and therefore uneconomical.

Bei einem weiteren bekannten doppelwandigen Wärineaustauscher, bei dem ein Wärmeaustausch zwischen einem zu kühlenden Gas und einem Kühlmedium, das ein den inneren Mantel durchziehendes Rohrbündel durchströmt, vorgesehen ist, dient der Ringraum zwischen dem äußeren und dem inneren Blechmantel als Pufferraum zum Ausgleich etwaiger Druckstöße des Gases.In another known double-walled heat exchanger, at the heat exchange between a gas to be cooled and a cooling medium, the a tube bundle flowing through the inner jacket, is provided, is used the annular space between the outer and inner sheet metal jacket as a buffer space for Compensation for any pressure surges in the gas.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen doppelwandigen Abhitzekessel so auszubilden, daß er ohne übermäßigen und damit unwirtschaftlichen Aufwand an Material sich zur Beheizung mit Gasturbinenabgasen eignet, die wohl in großer Menge, aber mit verhältnismäßig niedriger Temperatur anfallen, d. h. daß der Abhitzekessel. trotz seiner erforderlich erheblichen Bauabmessungen den bei dieser Beheizung möglichen verpufferungsartigen Nachverbrennungen und dadurch bedingten Druckspitzen sicher standzuhalten in der Lage ist.The object of the invention is to design a double-walled waste heat boiler in such a way that it is suitable for heating with gas turbine exhaust gases without excessive and thus uneconomical expenditure on material, which occur in large quantities but at a relatively low temperature, i.e. H. that the waste heat boiler. is able to reliably withstand the buffering-like afterburning and the pressure peaks caused by this heating, despite its required considerable structural dimensions.

Dem Bekannten gegenüber besteht die Erfindung darin, daß der innere Blechmantel in an sich bekannter Weise in einzelne voneinander getrennte und mit je einer Heizflächengruppe besetzte Mantelabschnitte unterteilt ist, wobei jeder Mantelabschnitt zur Ausbildung des ihn umgebenden Ringraumes als an sich bekannten Druckausgleichsraum an seinem unteren Ende durch Öffnungen mit dem entsprechenden Ringraumteil verbunden ist, während jedes obere Ende der Mantelabschnitte mit dem Druckmantel durch eine Querwand, welche den Ringraumteil nach oben abschließt, verbunden ist.Compared to the known, the invention consists in the fact that the inner sheet metal jacket is divided in a manner known per se into individual jacket sections which are separate from one another and each has a heating surface group, each jacket section passing through at its lower end to form the annular space surrounding it as a pressure equalization chamber known per se Openings is connected to the corresponding annular space part, while each upper end of the jacket sections is connected to the pressure jacket by a transverse wall which closes the annular space part at the top.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird es möglich, etwaige durch verpuffungsartige Nachverbrennungen des Heizmittels entstehende Druckspitzen aufzufangen, indem diese Drucksteigerungen vom Innern des die Abgasführung bildenden dünnwandiaen Blechmantels auf die Druckausgleichsräume übertragen werden und infolgedessen durch die Druckaufnahme durch den äußeren Druckmantel ein sich auf die Wand des inneren Blechmantels auswirkender Druckausgleich zwischen der Abgasführung und den Druckausgleichsräumen einstellt.This inventive design, it is possible through any to absorb the pressure peaks arising from deflagration-like afterburning of the heating medium, by these pressure increases from the inside of the thin wall forming the exhaust gas duct Sheet metal jacket are transferred to the pressure equalization spaces and, as a result, through the pressure absorption through the outer pressure jacket is applied to the wall of the inner Sheet metal jacket effecting pressure equalization between the exhaust gas duct and the pressure equalization spaces adjusts.

Es ist von Vorteil, bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Abhitzekessel den Druckmantel desselben in bekannter Weise aus einzelnen Schüssen zu bilden und diese durch bekannte Dehnungsausgleichstücke gasdicht miteinander zu verbinden.It is advantageous in the waste heat boiler designed according to the invention to form the pressure jacket of the same in a known manner from individual shots and to connect these to one another in a gas-tight manner by means of known expansion compensators.

Um eine freie Ausdehnung des Druckmantels bzw. der einzelnen Schüsse in vorteilhafter Weise zu ermöglichen, können diese jeweils an ihrem einen Ende an einem außenliegenden Gerüst befestigt bzw. eingespannt werden.About free expansion of the pressure jacket or the individual shots to enable in an advantageous manner, these can each at one end be attached or clamped to an external frame.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt.An embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing shown in simplified form.

In einem aus dünnem Blech bestehenden inneren Blechmantel 1, der der Abgasführung dient, sind die Kesselheizflächen 2 in Gruppen übereinander anaeordnet. Dem Blechmantel 1 wird das als Heizmittel dienende Turbinenabgas durch die Abgasleitung 3 zugeführt und nach dem Durchströmen des Blechmantels 1 und Beaufschlagung der Heizflächen 2 durch den Abgasstutzen 4 abgeführt. Mit Abstand um den Blechmantel 1 ist der druckfest ausgebildete und aus starkem Blech bestehende Druckmantel 5 angeordnet, so daß zwischen beiden Mänteln ein Ringraum gebildet wird. Dieser Ringraum wird durch Querwände 10 in mehrere Druckausgleichsräume 6 unterteilt. Jeder dieser Druckausgleichsräume 6 ist in seinem unteren Teil über Öffnungen 7 mit dem der Abgasführung dienenden Innern des Blechmantels 1 verbunden.The boiler heating surfaces 2 are arranged one above the other in groups in an inner sheet metal jacket 1 made of thin sheet metal, which is used to guide the exhaust gas. The sheet-metal casing 1 which serves as heating means turbine exhaust gas fed through the exhaust pipe 3 and is discharged through the exhaust outlet 4 after passing through the sheet metal casing 1 and acting on the heating surfaces. 2 At a distance around the sheet metal jacket 1 , the pressure-resistant pressure jacket 5, which is made of strong sheet metal, is arranged so that an annular space is formed between the two jackets. This annular space is divided into several pressure equalization spaces 6 by transverse walls 10. Each of these pressure equalization spaces 6 is connected in its lower part via openings 7 to the interior of the sheet metal jacket 1 serving for the exhaust gas duct.

Der Druckmantel 5 kann in bekannter Weise auch aus einzelnen Schüssen 8 bestehen, die durch bekannte Dehnungsausgleichstücke 9 gasdicht miteinander verbunden sind. Um eine freie Ausdehnung der durch die Dehnungsausgleichstücke 9 ermöglichten Längsausdehnung des Druckmantels 5 zu sichern, können die einzelnen Schüsse 8 jeweils an ihrem einen Ende an einem außenliegenden Gerüst (nicht gezeichnet) in den strichpunktiert angedeuteten Ebenen 11 befestigt bzw. eingespannt werden.The pressure jacket 5 can also consist of individual sections 8 in a known manner, which are connected to one another in a gas-tight manner by known expansion compensation pieces 9. In order to ensure free expansion of the longitudinal expansion of the pressure jacket 5 made possible by the expansion compensation pieces 9 , the individual sections 8 can each be fastened or clamped at one end to an external framework (not shown) in the planes 11 indicated by dash-dotted lines.

Claims

Claims: 1. Waste heat boiler of large structural dimensions, in particular to utilize the waste heat from turbine exhaust gases, consisting of an outer pressure jacket and an inner sheet jacket with a smaller diameter, which is arranged concentrically therewith, and which serves to accommodate several heating surface groups lying one above the other, to form an annular space between the pressure and the the sheet metal jacket, characterized in that the inner sheet metal jacket (1) is divided in a manner known per se into individual jacket sections which are separate from one another and each have a heating surface group (2), each jacket section being a known pressure equalization space to form the annular space surrounding it ( 6) is connected at its lower end through openings (7) to the corresponding annular space part, while each upper end of the jacket sections is connected to the pressure jacket (5) by a transverse wall (10) which closes the annular space part at the top.

2. Waste heat boiler according to claim 1, characterized in that the pressure jacket (5 ) consists in a known manner of individual sections (8) which are gas-tightly connected to one another by known expansion compensation pieces (9). 3. Waste heat boiler according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure jacket (5) or the individual sections (8) are each attached or clamped at one end to an external framework so that they can expand freely.

Considered publications: German Patent Nos. 960 638, 853 294; British Patent No. 810 900.