DE1255669B - Zwangdurch laufdampferzeuger - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 13 g - 7

Nummer: 1255 669

Aktenzeichen: S 805441 a/13 g

Anmeldetag: 23. Juli 1962

Auslegetag: 7. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft einen Zwangdurchlaufdampferzeuger, insbesondere für Betrieb bei überkritischem Druck und insbesondere mit überlagertem Arbeitsmittelumlauf, bei dem der Brennkammerraum durch Rohrwände umgrenzt ist, die an einen Eintrittsverteiler angeschlossen sind und in einen Sammler münden, so daß die Rohre vom Arbeitsmittel parallel durchströmt werden, und bei dem eine die Brennkammer unterteilende Zwischenwand vorhanden ist, die aus in senkrechter Richtung parallel angeordneten Rohren besteht, wobei die Rohre vom Arbeitsmittel parallel durchströmt werden.

Bei einem bekannten Dampferzeuger dieser Art strömt das vom Economiser kommende Arbeitsmittel zunächst in die die Brennkammer umgrenzenden, parallel geschalteten Rohrwände und von dort in im hinteren Teil des Rauchgaszuges angeordnete Rohrbündel, von wo aus es dann als überhitzter Dampf in die Rohre der Zwischenwand der Brennkammer gelangt. Das Anfahren dieses Dampferzeugers ist schwierig, da die als Überhitzer geschaltete Zwischenwand von Anfang an der Feuerstrahlung ansgesetzt ist und deshalb mit Wasser oder Fremddampf gekühlt werden muß. Eine Wasserkühlung ist nicht günstig, weil die Zwischenwandrohre dem größeren spezifischen Volumen des Dampfes entsprechend dimensioniert sind und das Wasser dann mit sehr kleiner Geschwindigkeit durch die Zwischenwandrohre strömt, so daß diese trotzdem beim Anfahren gefährdet sind. Die Kühlung mit Fremddampf erfordert dagegen meistens besondere Investitionen. Nachteilig ist ferner, daß die Zwischenwandrohre im Betrieb höhere Metalltemperatur aufweisen als die Rohre der die Brennkammer umgrenzenden Wände, so daß wegen der unterschiedlichen Wärmedehnungen besondere Vorkehren bei den Verteilern und deren Anschlüssen an die Arbeitsmittelleitungen getroffen werden müssen. Dazu kommen noch unterschiedliche Wärmedehnungen der Rohre untereinander infolge der beträchtlichen Temperaturspanne zwischen Arbeitsmitteleintritt und Arbeitsmittelaustritt der in der Brennkammer befindlichen Rohrwände.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zwangdurchlaufdampferzeuger der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Wärmedehnungen der Brennkammerrohre wesentlich verkleinert sind, und zwar sowohl in Längsrichtung der Rohre als auch quer dazu.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Zwischenwand und die den Brennkammerraum umgrenzenden Rohrwände in bezug auf das Arbeitsmittel ohne Zwischenschaltung weiterer Zwangdurchlaufdampferzeuger

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur

(Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,

Düsseldorf, Lindemannstr. 31

Als Erfinder benannt:

Willburt Werner Schroedter,

West Hartford, Conn.;

Robert Alan Kane, Hazardville, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. Juli 1961
(127 331,127 396)

Heizflächen in Reihe geschaltet sind. Durch diese Schaltung wird die Brennkammerheizfläche, in der die Umwandlung von Wasser in Dampf stattfindet, in zwei Zonen unterteilt, nämlich einerseits in die die Brennkammer umgrenzenden Rohrwände und andererseits in die Zwischenwand, wobei die Temperaturdifferenz zwischen Arbeitsmitteleintritt und Arbeitsmittelaustritt jeder Zone und damit die Wärmedehnungen der entsprechenden Wandrohre bedeutend verkleinert werden. Die Verringerung der Temperaturdifferenz führt überdies zu einer Verbesserung der Strömungsstabilität der beheizten, parallelgeschalteten Rohre und diese Verbesserung verbessert ihrerseits die Temperaturverteilung. Dies gestattet ohne Schwierigkeit, die Brennkammer nach außen abzudichten,

z. B. durch das sogenannte skin casing oder sogar durch Verschweißen der Rohre der die Brennkammer umgrenzenden Rohrwände. Auch die durch die Wärmedehnungen bedingten Spannungen werden erheblich verringert. Außerdem werden durch die erfindungsgemäße Schaltung die für den bekannten Dampferzeuger geschilderten Schwierigkeiten beim Anfahren vermieden.

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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sind in an sich bekannter Weise jeweils benachbarte Rohre der Zwischenwand über die Höhe der Brennkammer unmittelbar oder unter Verwendung eines zwischen ihnen angeordneten Verbindungsstückes ununterbrochen miteinander verschweißt. ■-'"'■^v

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist die Zwischenwand in bezug auf den Arbeitsmitteldurchfluß stromoberhalb der den Brennkammerraum umgrenzenden Rohrwände angeschlossen. Zweckmäßig ist dabei der gesamte Durchflußquerschnitt der Zwischenwand wesentlich kleiner als" der gesamte Durchflußquerschnitt der den Brennkammerraum umgrenzenden Rohrwände, vorzugsweise ein Viertel bis ein Drittel. Dadurch ergeben sich,: unter Berücksichtigung der Zunahme des spezifischen Volumens des Arbeitsmittels günstige Strömungsgeschwindigkeiten.

Der Gegenstand der Erfindung und weitere mit ihr zusammenhängende Merkmale sind an Hand der schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt "■'■■■' ^{;:; :}

F i g. 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Zwangdurchlaufdampferzeugers,

F i g. 2 einen Längsschnitt des Dampferzeugers nach Linie 2-2 in Fi g. 1,

F i g. 3 einen Querschnitt nach Linie 3-3 in F i g. 1,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Dampferzeugers nach Fig. 1, aus der die Anschlüsse der in der Brennkammer angeordneten Heizflächen und des überlagerten Arbeitsmittelumlaufes ersichtlich sind.,

F i g. 5 einen teilweisen Querschnitt durch eine der die Brennkammer seitlich begrenzenden Wände nach Linie 5-5 in Fig. 1,

F i g. 6 einen teilweisen Querschnitt durch eine der die Brennkammer seitlich begrenzenden Wände nach Linie 6-6 in Fig. 1,

F i g. 7 eine Teilansicht einer die Brennkammer seitlich begrenzten Wand nach Linie 7-7 in Fi g. 6, aus der die Vergrößerung des Rohrabstandes am Übergang von der Brennkammer zum seitlich anschließenden Rauchgaszug ersichtlich ist.

Der mit überkritischem Druck und mit überlagertem Arbeitsmittelumlauf betriebene Zwangdurchlaufdampferzeuger nach Fig. 1 enthält eine senkrechte Brennkammer 10, an deren oberem Ende sich ein horizontaler Rauchgaszug 12 anschließt, der in den senkrechten zur Brennkammer parallelen Rauchgaszug 14 übergeht. Die Brennkammer 10 wird durch eine Vorderwand 22, eine Rückwand 24 und durch zwei Seitenwände 26 (F i g. 2 und 3) gebildet. In der Brennkammermitte zwischen den beiden Seitenwänden 26 ist eine senkrechte Zwischenwand 28 angeordnet, die mindestens über den größten Teil ihrer Höhe einen Abstand zu der Vorderwand 22 und zu der Rückwand 24 hat. Die Zwischenwand 28 teilt die Brennkammer in zwei Räume 18 und 20 und besteht aus einzelnen, senkrecht nebeneinander angeordneten Rohren 29, die an ihrem unteren Ende an einen Verteiler 40 und an ihrem oberen Ende an einen Sammler 42 angeschlossen sind. Die Rohre 29 sind nahe dem unteren Ende abwechselnd ausgebogen (F i g. 2), so daß sich in den beiden Brennkammerräumen 18 und 20 schräge Flächen ergeben. Zusammen mit entsprechend ausgebogenen Abschnitten der die Seitenwände 26 bedeckenden Rohre 50 bilden sie für jeden Brennkammerraum einen trichterförmigen Boden. Die Rohre 29 der Zwischenwand sind in bezug auf das Arbeitsmittel parallel geschaltet und durchmessen die gesamte Höhe der Brennkammer 10.

Der Austrittssammler 42 ist über Falleitungen 44 mit einem Eintrittsverteilersystem verbunden, das als Ganzes mit 46 bezeichnet ist und von dem aus das Arbeitsmittel auf die Rohre 50, 56 und 62 der die Brennkammer 10 umgrenzenden Rohrwände Verteilt wird. Das Eintrittsverteilersystem 46 umfaßt zwei

ίο Verteiler 48, an die die unteren Enden der die Seitenwände 26 bedeckenden Rohre 50 angeschlossen sind, deren obere Enden mit einem Austrittssammler 52 verbunden sind. Das Eintrittsverteilersystem 46 umfaßt außerdem je einen Verteiler 54 und 60, an die die unteren Enden der die Vorderwand 22 bzw. Rückwand 24 bedeckenden Rohre 56 bzw. 62 angeschlossen sind. Die Rohre 56 sind an ihrem oberen Ende so gebogen, daß sie auch die Brennkammerdecke verkleiden und münden danach in einen Aus-

ao trittssammler 58. Ein Teil der Rohre 62 ist so gebogen, daß sie eine Ablenknase bilden, während der andere Teil als Tragrohre ungebogen vertikal verläuft. Die Rohre 62 durchqueren auch den horizontalen Rauchgaszug 12 und münden mit ihrem oberen Ende in den Sammler 58. Der Sammler 52 sind mit dem Sammler 58 verbunden, der über Leitungen 68, die alles Arbeitsmittel führen, das die Brennkammer umgrenzenden Rohrwände verläßt, an einen Verteiler 66 angeschlossen ist.

Vom Verteiler 66 wird mindestens ein Teil des Arbeitsmittels über Leitungen 72 und einen Verteiler 76 und zwei weitere Verteiler 71 durch eine Gruppe von hin und her gebogenen, im Rauchgaszug 14 angeordneten Rohren 70 geführt. Das die Rohre 70 verlassende Arbeitsmittel gelangt über Sammler 74, Leitungen 52' und Verteiler 78 in eine Schottenheizfläche 80, die aus einer Anzahl nebeneinander quer über der Brennkammer 10 angeordneter Rohrtafeln besteht. In dieser Heizfläche wird das Arbeitsmittel auf die gewünschte Endtemperatur gebracht, wonach es zum Hochdruckteil der Turbinenanlage 82 geführt wird. Die Anlage ist auch mit einem Zwischenüberhitzer 84 versehen, der im Rauchgaszug 12 angeordnet ist. Das den Niederdruckteil der Turbine 82 verlassende Arbeitsmittel wird im Kondensator 83 niedergeschlagen, das dann als Kondensat mit Hilfe einer Pumpe 85 über Speisewasservorwärmer 87 und eine Entgasungseinrichtung 89 zur Saugseite einer Speisepumpe 30 gefördert wird. Die Speisepumpe 30 drückt das Arbeitsmittel durch einen im unteren Teil des Rauchgaszuges 14 angeordneten Economiser 32, der aus einer Anzahl parallel durchströmter Rohre gebildet ist. Vom Economiser 32 wird das Arbeitsmittel über eine Leitung 34 in eine Mischeinrichtung 36 geführt. Von dort strömt es abwärts durch eine Leitung 38 zum Verteiler 40, der auf der Höhe des unteren Endes der Zwischenwand 28 angeordnet ist. Die Brennkammer 10 ist mit acht Brennern 16 versehen, von denen je vier in der Vorder- und der Rückwand 22 bzw. 24 angeordnet sind und die in den Räumen 18 und 20 (s. F i g. 3) eine rotierende Flamme erzeugen. Es versteht sich, daß an Stelle dieser Tangentialbrenner auch andere Brenner verwendet werden können. Beispielsweise können horizontale oder vertikale Zyklonbrennkammern angeordnet werden, in denen Kohlenstaub verbrannt wird, oder es kann eine U-Feuerung angewendet werden. Ebenfalls kann auch eine Turbofeuerung vor-

gesehen werden, bei der die Brenner an gegenüberliegenden Wänden horizontal angeordnet und abwärts auf den Brennkammerboden gerichtet sind.

Die Rohre 50, 56 und 62 der die Brennkammer 10 umgrenzenden Wände sind in bezug auf den Arbeitsmitteldurchfluß parallel geschaltet und werden von unten nach oben durchströmt. In jeder Wand sind benachbarte Rohre über die Länge der Wand über ein Verbindungsstück 86 miteinander verschweißt.

Wie F i g. 6 und 7 zeigen, ist im oberen Teil der Brennkammer eine Anzahl von an der zur Rückwand 24 angrenzenden Seite liegenden Rohre 50 so gebogen, daß ihr Abstand vergrößert ist, und es erstrecken sich die Seitenwände der Brennkammer in den Rauchgaszug 12 hinein. Die Rohre mit vergrößertem Abstand sind auch über entsprechend breitere Verbindungsstücke 86' miteinander dicht verschweißt.

Des weiteren werden vorzugsweise die an den Ecken der Brennkammer aneinandergrenzenden Rohrwände über die Höhe der Brennkammer miteinander verschweißt, so daß keine Längsdichtungen erforderlich sind. Auf diese Weise bilden die Rohrwände 50, 56, 62 ein vollkommen gasdichtes Gehäuse. Die Rohre 29 der Zwischenwand 28 sind ebenfalls vorzugsweise miteinander verschweißt, wodurch eine größere Steifigkeit erreicht und eine Oberfläche gebildet wird, an der sich Schlacke kaum ansetzt. Wie bereits erwähnt, weist die Zwischenwand über den größten Teil ihrer Länge einen Abstand zur Vorder- und Rückwand auf, wodurch Öffnungen zum Druckausgleich zwischen den Räumen 18 und 20 gebildet werden.

Zum Überlagern eines Arbeitsmittelumlaufes ist eine mit einer Umwälzpumpe 90 versehene Leitung 88 vorhanden, die von dem Verteiler 66 abzweigt und in die Mischeinrichtung 36 mündet. Mit Hilfe dieses Systems kann der restliche, nicht zu den Rohren 70 strömende Teil des Arbeitsmittels zum nochmaligen Durchströmen der Zwischenwand 28 und der Rohrwände 50, 56, 62 zurückgeführt werden.

Der Dampferzeuger kann so ausgebildet sein, daß im oberen Lastbereich keine Rückführung von Arbeitsmittel erforderlich ist, da die im Zwangdurchlauf geführte Arbeitsmittelmenge ausreichend groß ist, um eine genügend große Geschwindigkeit in den Rohren der Zwischenwand und den Rohren der die Brennkammer umgrenzenden Wände zu gewährleisten, ohne daß die schon erwähnten Schwierigkeiten auftreten. Verringert sich dagegen die Last, so wird der Zwangdurchfluß durch die Zwischenwand und die die Brennkammer umgrenzenden Wände durch rückgeführtes Arbeitsmittel ergänzt.

Die Umwälzpumpe 90 kann beispielsweise eine Pumpe mit konstanter Drehzahl sein, die so ausgelegt ist, daß sie mit sinkender Last bei 70 °/o Last Arbeitsmittel durch die Rohre 29 der Zwischenwand und die Rohre 50, 56, 62 der die Brennkammer umgrenzenden Wände umzuwälzen beginnt. Mit weiter abnehmender Last des Dampferzeugers nimmt die umgewälzte Arbeitsmittelmenge zu, so daß die zur Sicherung gegen Schaden erforderliche Strömungsgeschwindigkeit aufrechterhalten bleibt.

In der Verbindungsleitung zwischen der Pumpe 90

und der Mischeinrichtung 36 ist vorzugsweise ein Rückschlagventil 92 angeordnet, um bei hoher Last entgegengesetzte Strömung durch die Pumpe 90 und die Leitung 88 auszuschließen.

Da alle Rohre der die Brennkammer 10 umgrenzenden Rohrwände vom Arbeitsmittel parallel durchströmt werden, weisen sie im wesentlichen gleiche Temperatur auf. Die Brennkammer ist deshalb über

ίο Hängestangen 93, die mit einigen Rohren jeder Wand verbunden sind, an einer Stahlkonstruktion aufgehängt (F i g. 1) und kann sich nach unten ausdehnen. Die Verwendung geschweißter Rohrwände vereinfacht die Abstützung der Brennkammerwände

is 22, 24, 26 mit Hilfe von Gurtungen, die zusammen mit diesen Wänden von den Rohrwänden getragen werden.

Claims (4)

Patentansprüche: η

1. Zwangdurchlauf dampf erzeuger, insbesondere für Betrieb bei überkritischem Druck und insbesondere mit überlagertem Arbeitsmittelumlauf, bei dem der Brennkammerraum durch Rohrwände umgrenzt ist, die an einen Eintrittsverteiler angeschlossen sind und in einen Sammler münden, so daß die Rohre vom Arbeitsmittel parallel durchströmt werden, und bei dem eine die Brennkammer unterteilende Zwischenwand vorhanden ist, die aus in senkrechter Richtung parallel angeordneten Rohren besteht, wobei die Rohre vom Arbeitsmittel parallel durchströmt werden, dadurchgekennzeichnet, daß die Zwischenwand und die den Brennkammerraum umgrenzenden Rohrwände in bezug auf das Arbeitsmittel ohne Zwischenschaltung weiterer Heizflächen in Reihe geschaltet sind.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise jeweils benachbarte Rohre der Zwischenwand über die Höhe der Brennkammer unmittelbar oder unter Verwendung eines zwischen ihnen angeordneten Verbindungsstückes ununterbrochen miteinander verschweißt sind.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand in bezug auf das Arbeitsmittel stromoberhalb der den Brennkammerraum umgrenzenden Rohrwände angeschlossen ist.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Rohrquerschnitten der parallel durchströmten Rohre gebildete Durchflußquerschnitt der Zwischenwand wesentlich kleiner ist, vorzugsweise ein Viertel bis ein Drittel, als der aus den Rohrquerschnitten der parallel durchströmten Rohre gebildete Durchflußquerschnitt der den Brennkammerraum umgrenzenden Rohrwände.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 962 005;
belgische Patentschrift Nr. 521 183.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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