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Schottenheizfläche für Dampfkessel
Bei neuzeitlichen Wasserrohrdampfkesseln bilden die Rohre für die Strahlungsheizflächen entweder die Wände des Feuerraumes, wobei sie grundsätzlich nur von einer Seite angestrahlt werden, oder sie werden in wandartigen Bündeln frei in den Feuerraum eingebaut, wobei sie in der Regel von beiden Seiten bestrahlt werden können. Solche Strahlungsheizflächen letztgenannter Art, auch Schottenheizflächen genannt, enthalten gewöhnlich eine Anzahl von zwischen Sammelkammer parallel geschalteten Rohren, welche infolge ihrer wandartigen Anordnung untereinander ungleich lang sind. Die äusseren Rohre sind auch der Strahlung mehr ausgesetzt als die im Inneren des Bündels liegenden Rohre ; beide Umstände führen dazu, dass die Erwärmung des durch die einzelnen Rohre strömenden Mediums, z. B.
Dampf bei Überhitzern, ungleich wird und somit auch die Wärmebeanspruchung des Rohrwerkstoffes in Bündel ungleich verteilt ist.
Es ist bereits bekannt, die vorerwähnte ungleiche Aufheizung und Beanspruchung der einzelnen Rohre einer Schottenheizfläche durch besondere Rohranordnungen zu verbessern. Beispielsweise lassen sich sämtliche parallel geschalteten Rohre angenähert gleich lang ausführen, wenn das äusserste Rohr des abwärtsführenden Bündels im aufwärtsführenden Bündel an die innerste Stelle geführt wird und anschliessend die andern Rohre in gleicher Weise die Plätze tauschen. Dies erfordert jedoch eine Auskröpfung der Rohre im Unterbereich. Statt sämtliche Rohre derart die Plätze tauschen zu lassen, können auch zur Vereinfachung Gruppen von Rohren gebildet werden, die als Ganzes die Plätze tauschen. Dies ergibt eine einfachere Ausführung, jedoch auch eine geringere Wirksamkeit, wobei aber trotzdem der Nachteil der Auskröpfungen bestehen bleibt.
Ausser der Mehrarbeit für die Herstellung haben Auskröpfungen von Rohren aus einer Ebene noch den wesentlichen betrieblichen Nachteil, dass sich die Ansatzpunkte für Asche und Schlacke in schädlicher Weise vermehren.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine gleichmässige Verteilung der Rohrbeanspruchung einer ebenen Schottenheizfläche in neuartiger Weise und ohne die geschilderten Nachteile.
Sie besteht darin, dass bei einer Schottenheizfläche für Dampfkessel aus zwischen mindestens zwei Sammelkammern parallel geschalteten in einer Ebene eng aneinanderliegenden Rohren verschiedener Länge erfindungsgemäss an Teilen von Rohren vergleichsweise grösserer Länge zur Angleichung der in diesen Rohren übergehenden Wärmemengen an die in den vergleichsweise kürzeren Rohren übergeleitete Wärmemengen Abdeckfläche aus feuerbeständigem Material (z. B. Stahl, Keramikwerkstoff u. dgl. ) in an sich bekannter Weise befestigt sind. Die Wärmebeanspruchung dieser Abdeckfläche ist natürlich hoch, weil eine Kühlung durch das Medium, welches die Heizfläche durchströmt, nur in geringem Ausmass möglich ist.
Die Erfindung sieht aus diesem Grund vor, dass die Abdeckfläche an solchen Stellen der Rohre befestigt sind, welche vergleichsweise geringer Einstrahlung bzw. geringen Rauchgastemperaturen ausgesetzt sind. Eine einfache und vorteilhafte Ausführung der Erfindung ergibt sich, wenn die Abdeckflächen Rohre sind, die über die Heizflächenrohre geschoben sind. Es können hiezu feuerfeste, gerade Rohrstücke genommen werden, deren Innendurchmesser etwas grösser ist als der Aussendurchmesser der zu schützenden Rohrteile, wobei solche Schutzrohre vor dem Fertigschweissen des Rohrbündels aufgeschoben werden. In besonders einfacher Weise können die Abdeckrohre erfindungsgemäss auf den Innenseiten der unteren Rohrbogen aufsitzen und derartig in ihrer Lage auf den Heizrohren fixiert sein.
Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, die in passender Länge gewählten Rohrstücke noch an andern Stellen auf dem zugehörigen Heizrohr zu fixieren. Es können jedoch auch Distanzstücke zur Erzielung eines gleichmässigen Abstandes zwischen Innenrohr und Schutzrohr angebracht sein.
Eine andere Befestigungsart für die Abdeckrohre ergibt sich, wenn sie jeweils erfindungsgemäss auf Nasen oder Ringen aufsitzen, die an die Heizflächenrohre angeschweisst sind.
Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass insbesondere an dem vom Feuerraum entferntesten Rohr der Heizfläche die Abdeckfläche durch offene Profilschienen, z. B. Winkeleisen oder der Länge nach halbierten Rohren gebildet werden, welche das Abkippen der Schienen von den zu schützenden Rohren verhindern und dass sich die Schienen auf Nasen abstützen, die an die Rohre angeschweisst sind. Durch den engen Stand der Rohre einer Schottenheizfläche ist besonders bei Verwendung eines Winkeleisens als Schienenprofil in der Regel nur das dem Feuerraum abgewendete äusserste Rohr der Heizfläche abdeck-
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Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung, bei welcher das dem Feuerraum abgewendete äusserste Rohr der Heizfläche durch ein Winkeleisen abgedeckt ist, sind parallel zur Ebene der Heizfläche beidseitig Abdeckbleche an das Winkeleisen angeschweisst und diese Abdeckbleche derart zugeschnitten, dass die
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abnimmt. Durch entsprechende Gestaltung des Abdeckblechschnittes lässt sich eine weitgehend gleichmässige Aufteilung des Wärmeüberganges auf die einzelnen Heizrohre erreichen.
Die Zeichnungen erläutern schematisch einige Ausführungsbeispiele der Erfindung. Fig. 1 zeigt das Schnittschema eines Teiles eines Dampfkesselfeuerraumes mit dem Rohrbündel einer Schottenheizfläche in Ansicht, Fig. 2 den dazugehörigen Grundrissschnitt. Die etwa vorhandene Auskleidung des Feuerraumes mit Wandrohren ist dabei der Einfachheit halber weggelassen. Fig. 3 zeigt in gleicher Anordnung wie Fig. 1 eine andere Ausführungsform der Heizrohrabdeckung nach dieser Erfindung im Aufrissschnitt. Die Fig. 5,6, 7 und 8 zeigen Details verschiedener Ausführungsformen von erfindunggemässen Abdeckfläche und deren Abstützung. Fig. 9 ist ein Grundrissschnitt zu Fig. 8.
Im einzelnen sieht man in den Fig. 1, 2, 3, 4 einen Kesselfeuerraum 1 angedeutet, in welchem eine Anzahl von ebenen Schottenheizflächen, bestehend je aus einem Bündel von fallenden Rohren 7 und einem mit steigenden Rohren 6, von oben eingehängt ist. Jedes Rohr eines Bündels bildet unten einen Bogen 12 und ist durch ein horizontales Verbindungsstück 67 mit dem symmetrisch gelegenen Rohr des andern Bündels verbunden. Die Schottenheizflächen sind in den gezeichneten Beispielen an jener Stelle des Feuerraumes 1 angebracht, wo dieser in den ersten Abgaszug 4 übergeht. Mit 2 ist die Innenauskleidung des Feuerraumes angedeutet, welche bei Strahlungskesseln vorwiegend aus durchströmten Rohren besteht.
3 ist das äussere Kesselmauerwerk bzw. die Kesselverkleidung. Das in den gegenständlichen Schottenheizflächen zu erwärmende Medium, z. B. zu überhitzender Dampf, strömt durch die äusseren Zuleitungen 10 dem Sammler 8 zu, von dort im Rohrbündel 7 nach abwärts, wird im Teil 67 umgelenkt, strömt im Rohrbündel 6 nach aufwärts zum Sammler 5 und von dort durch die Ableitungen 9 weiter. In den Fig. 1 und 2 ist jene Variante der Erfindung angedeutet, bei welcher ein Teil der vom Feuerraum abgewendeten Heizrohre durch übergeschobene Aussenrohre 11 geschützt wird. Wie aus Fig. 1 zu ersehen, ist das äusserste fallende Rohr 7 a mit dem längsten abdeckenden Aussenrohrstück 11 versehen. Weiter gegen innen liegende Rohre des fallenden Bündels 7 tragen kürzere Abdeckstücke 11.
Alle Abdeckrohre liegen gemäss Erfindung auf den dem Feuerraum abgewendeten Teilen des Heizrohrbündels. Die Längendifferenz der Abdeckrohre ist dadurch bedingt, dass die nach aussen liegenden Heizrohre dem stärksten Strahlungseinfluss ausgesetzt sind, der nach dem Inneren des Rohrbündels zu abnimmt, und ausserdem infolge ihrer grösseren Länge und dem sich hiedurch ergebenden grösseren Strömungswiderstand weniger von Dampf durchströmt und somit weniger gekühlt sind. Es müssen daher zur Erreichung einer gleichmässigen Überhitzungstemperatur am Ende der Rohre die Abdeckfläche in entsprechender Weise von aussen nach innen zu abnehmen.
In Fig. 1 ist eine solche Abstützung der Aussenrohre angedeutet, wie sie in Fig. 5 im Detail zu sehen ist. Dieses Detail zeigt jene Stelle, wo ein Rohr 7 in den unteren Umlenkbogen 12 übergeht. Das Abdeckrohr 11 stützt sich gegen die Innenseite des Rohrbogens 12 nach unten ab.
Andere Möglichkeiten der Abstützung der über die Rohre 7 geschobenen Abdeckrohre 11 zeigen die Fig. 6 und 7. Bei Fig. 6 stützt sich das Rohr 11 auf eine an das dazugehörige Rohr 7 geschweisste Nase 13. In Fig. 7 ist eine ähnliche Abstützung mittels eines auf das Rohr 7 geschweissten Ringes 14, der eventuell geteilt sein kann, gezeichnet.
In Fig. 3 ist das gleiche Schema eines Feuerraumes mit Schottenüberhitzern zu sehen wie in Fig. 1.
Für die Abschirmung ist jedoch als Erfindungsvariante auf dem äussersten Fallrohr 7 a ein Winkeleisen 15 als Abdeckfläche vorgesehen, an welches auf einem Teil seiner Länge beiderseits nach der Kurve 21 zugeschnittene Abdeckbleche 17 angeschweisst sind. Details dieser Ausführung befinden sich in den Fig. 8 und 9 angedeutet. Die Winkeleisenschiene 15 schützt das Rohr 7 a auf der dem Feuerraum abgewendeten Seite und trägt in Fig. 8 an seinem unteren Ende ein schellenförmig das Rohr 7 a umgreifendes Stütz-
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beiden Abdeckbleche 17 sind am oberen Teil der Schiene 15 angeschweisst und erstrecken sich parallel zur Ebene des Heizflächenregisters.
Die Abdeckung der Heizflächenrohre gemäss dieser Erfindung kann auch in anderer Weise, als hier beispielsweise beschrieben, vorgenommen werden. Insbesondere ist die Befestigung auf den Rohren in verschiedener anderer Weise möglich und kann auch an ausserhalb der Rohre liegenden Teilen des Kessels vorgenommen werden. Auch Gestalt und Werkstoff der Abdichtfläche kann anders gewählt sein.
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Bulkhead heating surface for steam boilers
In modern water-tube steam boilers, the pipes for the radiant heating surfaces either form the walls of the furnace, whereby they are basically only illuminated from one side, or they are freely installed in wall-like bundles in the furnace, whereby they can usually be irradiated from both sides. Such radiant heating surfaces of the last-mentioned type, also called bulkhead heating surfaces, usually contain a number of pipes connected in parallel between collecting chambers, which due to their wall-like arrangement are of unequal length. The outer tubes are also more exposed to radiation than the tubes inside the bundle; Both circumstances lead to the fact that the heating of the medium flowing through the individual tubes, e.g. B.
Steam in the case of superheaters, becomes uneven and therefore the thermal stress on the pipe material is unevenly distributed in bundles.
It is already known to improve the aforementioned unequal heating and loading of the individual pipes of a Schottenheizfläche by special pipe arrangements. For example, all pipes connected in parallel can be made of approximately the same length if the outermost pipe of the downward bundle in the upward bundle is led to the innermost point and then the other pipes swap places in the same way. However, this requires the pipes to be bent in the sub-area. Instead of having all the pipes swap places in this way, groups of pipes can also be formed for simplification, which swap places as a whole. This results in a simpler design, but also less effective, but the disadvantage of the cranks still remains.
Apart from the extra work for the production, crankings of pipes from one level also have the essential operational disadvantage that the starting points for ash and slag multiply in a harmful way.
The present invention aims at a uniform distribution of the pipe stress on a flat bulkhead heating surface in a novel way and without the disadvantages described.
It consists in the fact that, in the case of a bulkhead heating surface for steam boilers, made up of pipes of different lengths, which are connected in parallel in a plane, closely adjacent to one another in one plane, according to the invention, on parts of pipes of comparatively greater length in order to adjust the amounts of heat transferred in these pipes to the amounts of heat transferred in the comparatively shorter pipes Cover surface made of fire-resistant material (e.g. steel, ceramic material and the like) are attached in a manner known per se. The heat stress on this cover surface is of course high because cooling by the medium flowing through the heating surface is only possible to a small extent.
For this reason, the invention provides that the cover surface are fastened at those points on the pipes which are exposed to comparatively low levels of radiation or low smoke gas temperatures. A simple and advantageous embodiment of the invention results when the cover surfaces are tubes that are pushed over the heating surface tubes. Refractory, straight pipe pieces can be used for this purpose, the inner diameter of which is somewhat larger than the outer diameter of the pipe parts to be protected, with such protective pipes being pushed on before the pipe bundle is finished welding. In a particularly simple manner, according to the invention, the cover tubes can sit on the inner sides of the lower tube bends and thus be fixed in their position on the heating tubes.
It is not absolutely necessary to fix the pipe sections selected in the appropriate length at other points on the associated heating pipe. However, spacers can also be attached to achieve a uniform distance between the inner tube and the protective tube.
Another type of fastening for the cover tubes results if, according to the invention, they each sit on lugs or rings that are welded to the heating surface tubes.
A variant of the invention provides that, in particular on the pipe of the heating surface that is furthest away from the furnace, the cover surface is replaced by open profile rails, e.g. B. angle iron or pipes halved lengthwise are formed, which prevent the rails from tipping over from the pipes to be protected and that the rails are supported on lugs that are welded to the pipes. Due to the narrow position of the pipes of a bulkhead heating surface, especially when using an angle iron as the rail profile, only the outermost pipe of the heating surface facing away from the combustion chamber is usually covered.
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According to a further development of the invention, in which the outermost tube of the heating surface facing away from the furnace is covered by an angle iron, cover plates are welded to the angle iron on both sides parallel to the plane of the heating surface and these cover plates are cut in such a way that the
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decreases. A largely even distribution of the heat transfer to the individual heating pipes can be achieved by appropriate design of the cover plate cut.
The drawings schematically explain some exemplary embodiments of the invention. Fig. 1 shows the sectional diagram of a part of a steam boiler combustion chamber with the tube bundle of a bulkhead heating surface in a view, Fig. 2 shows the associated plan section. Any existing lining of the combustion chamber with wall pipes has been omitted for the sake of simplicity. FIG. 3 shows, in the same arrangement as FIG. 1, another embodiment of the heating tube cover according to this invention in an elevational section. 5, 6, 7 and 8 show details of various embodiments of the cover surface according to the invention and their support. FIG. 9 is a sectional plan view of FIG. 8.
1, 2, 3, 4 show a boiler fire chamber 1 in which a number of flat bulkhead heating surfaces, each consisting of a bundle of falling pipes 7 and one with rising pipes 6, is suspended from above. Each tube of a bundle forms an arch 12 at the bottom and is connected by a horizontal connecting piece 67 to the symmetrically situated tube of the other bundle. In the examples shown, the bulkhead heating surfaces are attached to the point in the furnace 1 where it merges into the first exhaust gas flue 4. The inner lining of the combustion chamber is indicated by 2, which in the case of radiation boilers consists predominantly of pipes with a flow through it.
3 is the outer boiler wall or boiler cladding. The medium to be heated in the subject Schottenheizflächen, z. B. steam to be superheated flows through the outer feed lines 10 to the collector 8, from there in the tube bundle 7 downwards, is deflected in part 67, flows in the tube bundle 6 upwards to the collector 5 and from there through the discharge lines 9 on. In FIGS. 1 and 2 that variant of the invention is indicated in which a part of the heating pipes facing away from the furnace is protected by outer pipes 11 pushed over. As can be seen from FIG. 1, the outermost falling pipe 7 a is provided with the longest covering outer pipe section 11. Pipes of the falling bundle 7 lying further towards the inside carry shorter cover pieces 11.
According to the invention, all cover tubes lie on the parts of the heating tube bundle facing away from the furnace. The difference in length of the cover tubes is due to the fact that the outwardly lying heating tubes are exposed to the strongest radiation influence, which decreases towards the inside of the tube bundle, and also because of their greater length and the resulting greater flow resistance, less steam flows through them and is therefore less cooled are. Therefore, in order to achieve a uniform overheating temperature at the end of the tubes, the cover surface must be removed from the outside inwards in a corresponding manner.
In FIG. 1, such a support for the outer tubes is indicated, as can be seen in detail in FIG. This detail shows the point where a pipe 7 merges into the lower deflection bend 12. The cover tube 11 is supported against the inside of the pipe bend 12 downwards.
Other ways of supporting the cover tubes 11 pushed over the tubes 7 are shown in FIGS. 6 and 7. In FIG. 6, the tube 11 rests on a nose 13 welded to the associated tube 7. In FIG. 7, a similar support is shown by means of a on the tube 7 welded ring 14, which can possibly be divided, drawn.
In Fig. 3 the same scheme of a furnace with bulkhead superheaters can be seen as in Fig. 1.
For shielding, however, as a variant of the invention, an angle iron 15 is provided as a cover surface on the outermost downpipe 7 a, to which cover plates 17 cut to length according to the curve 21 are welded on part of its length. Details of this embodiment are indicated in FIGS. 8 and 9. The angled iron rail 15 protects the pipe 7 a on the side facing away from the furnace and in Fig. 8 carries at its lower end a clamp-shaped support around the pipe 7 a
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both cover plates 17 are welded to the upper part of the rail 15 and extend parallel to the plane of the heating surface register.
The heating surface tubes according to this invention can also be covered in a different manner than that described here, for example. In particular, the fastening on the pipes is possible in various other ways and can also be carried out on parts of the boiler that are outside the pipes. The shape and material of the sealing surface can also be selected differently.
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