AU2002321138B2 - Steam generator heating surface comprising a multitude of approximately parallel heating tubes through which a cooling agent passes - Google Patents

Description

WO 03/004934 PCT/EP02/07144 1 HeizfIache eines Dampferzeugers mit zahireichen, von einemn K~hImedium durchstr~mten, etwa parallel zueinander verlaufenden HeizfIachenrohren Die Erfindung betrifft eine Heizflache eines Dampferzeugers mit zahireichen, von elnem K~himedium durchstr6mten, etwa parallel zuelnander verlaufenden HeizfIdchenrohren, die im Str6mungskanal des Dampferzeugers mittels Aufh~ngungen angeordnet sind.

Dampferzeuger von Kraftwerken und Heizwerken sowie Wirbelschichtanlagen und Mollverbrennungsaniagen, weiche mit Kohienstaub und anderen festen Brennstoffen befeuert werden, weisen u. a. oberhaib der Brennkammer bzw.

nachgeschaltet aus Rohrb~ndeln gebildete Heizfl~chen auf, weiche von Medien, wie Wasser oder Dampf, durchstr6mt werden, urn die Wirme des in der Brennkammer des Dampferzeugers verbrannten Brennstoffs aufzunehmen und abzutransportieren.

Die Rauchgase, weiche bei der Verbrennung entstehen, sind staub- und aschebeladen. Durch die hohe Temnperatur, weiche die Rauchgase aufweisen (ca.

1000 1400 und die Ober demn Schmelzpunkt der Asohe Iiegt, komnmt es insbesondere an Heizfl~chen im brennkammernahen Bereich zu Ablagerungen und Anbackungen, die sich haupts~chlich aus zusammengesinterten Schiackeund Aschebestandteilen zusammensetzen.

Diese Ablagerungen und Anbackungen wachsen mit dem Betrieb des Dampferzeugers, so da[S sich sogenannte Schlackeb~rte an den Rohren der HeizfI~chen bilden.

Die Ablagerungen und Anbackungen f~hren einerseits zur Verschlechterung des Warmeuberganges zwischen dem in der Brennkammer strOmenden Rauchgas und dem die W~rme abtransportierenden Medium in den Rohren der HeizfIachen, andererseits werden die Rohre der Heizfl~chen gewichtsmaflig starker belastet, was mit einer nachteiiigen hdheren Belastung der Tragkonstruktion der Heizfl~chen verbunden ist. Ebenfalls besteht die Gefahr, daB sich bei einer bestimmten GrOfle der Schlackest~icke diese von dem Rohr der HeizfI~che infolge ihres Gewichts 16sen, in der Brennkammer herabfallen und durch die Wucht des Aufpralls Beschddigungen an den unter den HeizfI~chen liegenden Anlagenteilen, wie z. B. Trichterschrtige oder Nachbrennroste, auftreten.

WO 03/004934 WO 03/04934PCT/EP02/07144 -2- Mit dem Anwachsen der Schiackeanbackungen ist auch dlas Problem der Arbeitssicherheit bei Arbeiten in der Brennkammer bei auBer Betrieb befindlichemn Dampferzeuger verbunden. Befindet sich der Arbeitsort unterhaib des Bereiches der Heizfli§chen mit starken Schiackeanbackungen, ist eine vorherige Beseitigung der Schiacke aus Arbeitsschutzgruinden unbedingt erforderlich. Dies ist aber mit erh6hten Aufwendungen, z. B. Stellen einer weit~iufigen Raistung, verbunden.

Aus der DE 38 19 941 Al ist emn Verfahren zumn Entfernen von Schlackeanbackungen von Rohren eines Dampferzeugers bekannt, wobei jeweils wenigstens ein Rohr mit Hilfe elnes Schwingungserregers zu Schwingungen, insbesondere Biegeschwingungen, angeregt wird, wodurch die anhaftenden Schiackeablagerungen von den Rohren abplatzen. Durch eine Einsteliung der Schwingfrequenz des Schwingerregers ist es m6glich, die Rohre einzeln oder in Gruppen zu Schwingungen anzuregen.

Nachteilig dabei ist, daB bei grogen Heizfl~chenausdehnungen nicht alle Bereiche ausreichend abreinigen zu k~nnen, da durch Mehrfachhalterungen die Schwingungeri unterbrochen werden.

In der DE 196 30 482 Al ist ein W~rmetauscher beschrieben, bei weichem die Wtrmeaustauschrohre im Bereich ihrer Windlungen ortsfest gehalten sind und der Bereich zwischen den Windungen mit einem Klopfrohr in Berchrung steht.

Hier erzeugen ruckartige Bewegungen des Klopfrohres ebenfalis Schwingungen in den Warmetauscherrohren. Durch die entstehenden Vibrationen soil ebenfalls emn Abplatzen der an den Wtirmetauscherrohren anhaftenden Schiacke erreicht werden.

Nachteilig dabei sind die mechanischen Anregungsmittel Klopfer, weiche zu Besch; cigungen an den Heizflgchenrohren fi.Thren kL~nnen und die ungen~igende Reinigungswirkung bei sehr grorlen HeizfIdchenausdehnungen.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung vorzuschlagen, HeizfI~chen von Dam pferzeugern so zu gestalten, dlag ein stdndiges Anwachsen der Ablagerungen in Form der Verschlackungen der im Str6mungsbereich der Rauchgase befindlichen Heizfl~chen verhindert wird und die damit verbundenen o. g.

Naohteile vermieden warden.

WO 03/004934 WO 03/04934PCT/EP02/07144 -3- Die Aufgabe wird erfindlungsgeml dladurc- gelbst, dalI die Heizfldohenrohre zwischen ihren Aufh~ngungen von SchutzhL~lsen umgeben sind, welohe lose auf der Oberfl~che der Heizfl5chenrohre aufliegen, die Enden der Schutzhalsen zu den Aufhtngungen der Heizfldchenrohre einen Dehnungsabstand aufweisen und das Material der Schutzh~ilsen gegen~iber dem Material der Heizfl~chenrohre einen h~heren Wflrmeausdehnungskoeffizienten besitzt.

Vorteilhaft dabei ist es, die SchutzhCilsen axial mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig, auszuf~hren. Die Teile der Schutzh~ilse werden dabei z. B. durch Schweilung fest miteinander verbunden. Der W~rmeausdehnungskoeffizient des Materials der SchutzhOlsen sollte vortelihafterweise urn dlas I ,5fache h6her sein als der W~rmekoeffizient des Materials der Heizfl~chenrohre. Weiterhin ist es sinnvoll, den Spalt zwischen der Mantelfl~che der HeizfI~chenrohre und der Innenoberfiache der Schutzh~lse mit bis zu 1 mm zu bemessen, urn eine Dehnung der SchutzhDilse zu gew~hrleisten und andererseits emn Eindringen von Staub zu verhindern.

Die beimn Betrieb des Dampferzeugers entstehende Schlacke an den HeizflWchenrohren haftet vor allem an soichen Heizflachenrohren, die der Brennkammer des Dampferzeugers besonders nah sind. D. das erste Heizflichenrohrbi~hdel, und dort insbesondere die im Stramungsweg der Rauchgase vorn liegenden, zuerst bestrc~mten Heizfltichenrohre, sind besonders stark von Schiackeanbackungen betroffen. Durch die Anbringung der Schutzh~llsen urn diese HeizfIachenrohre setzt sich die Schlacke an den Schutzh~jlsen fest.

Der Erfindlung liegt die Erkenntnis zugrunde, dlag gegenober der HeizfI;§chenrchre, welohe durch emn durch sie hindurchstrbmendes Medium (Wasser, Dampf) gekcihlt werden und aufgrund des h~heren W~rmeausdehnungskoeffizienten des Materials der Schutzh~lsen gegenaber dem Material der Heizflachenrohre die Schutzh~lsen beimn Betrieb des Dampferzeugers eine viel starkere Ausdlehnung in axialer Richtung erfahren. Die Schutzh(~Isen dehnen sich in Richtung der Aufhtingungen aus. Somit bedlecken die Schutzhcilsen auch den Bereich der HeizfI~chenrohre, welcher als Dehnungsabstand zu den Aufhdngungen der HeizfI; chenrohre beim Einbauen der Schutzh~lsen unbedeckt geblieben ist.

WO 03/004934 WO 03/04934PCT/EP02/07144 -4- Der Reinigungseffekt der HeizfIachenrohre, d. das Abpiatzen der Schiackeanbackungen an den Schutzh~jlsen tritt nun emn, wenn der Dampferzeuger aufler Betrieb genomnmen wird oder Lastwechsel mit Temperaturanderungen der Rauchgase erfolgen. Die SchutzhOlsen ziehen sich beimn Abk~ihlen wesentlich starker als die HeizfIachenrohre zusammen. Dieses Zusammenziehen der Schutzh~ilse bewirkt emn Abplatzen der Schiackeanbackungen und somit emn Abreinigen der Heizflachen, die aufgrund der Schlackeanbackungsgefahr mit den Schutzh~lsen versehen wurden.

An einemn Ausfahrungsbeispiel soil nachfolgend die Erfindung n~her erlautert werden. Dabei zeigen die Zeichnungen in Fig. 1 einen schematischen Ausschnitt elner Seitenansicht von zwei LObereinander angeordneten HeizfI;5chenrohrbandeln in einem Dampferzeuger Fig. 2 eine schemnatische Seitenansicht eines Heizfl~chenrohres mit einer urn dlas Heizflgchenrohr montierten Schutzh~jlse Fig. 3 elnen schemnatischen Schnitt durch emn HeizfI~chenrohr mit montierter Schutzholse An einemn braunkohlestaubgefeuerten Dampferzeuger sind die HeizfI~chen der Hochdruck- und Zwischendruckijberhitzer mittels einer Reihe an der Decke des Dampferzeugers befestigten Aufh~ngungen 1 im Strbmungsweg der bei der Verbrennung des Braunkohienstaubes im Dampferzeuger entstehenden Rauchgase 6 aufgehangt (Fig. Der Braunkohienstaub wird in einer Hbhe vonl ca.

m in die Brennkammer 2 des Dampferzeugers eingeblasen und verbrannt.

Am strdmungsseitigen Ende der Brennkammer 2 in einer Hohe von ca. 100 mn sind parallel nebeneinandar mehrere HeizfI~chenrohrbandel 3 an den Aufh;§ngungen 1 befestigt. Jedes dieser HeizfIachenrohrbThdel 3 ist aus mehreren, etwa parallel zueinander verlaufenden Heizflachenrohren 4 gebildet und stelit eine 0 berhitze rheizfl ache des Dampferzeugers dar. Die Heizflachenrohre 4 der HeizfIachenrohrb~indel 3 sind dabei so angeordnet, dafi die Obereinanderliegenden Heizflichenrohre 4 in einer senkrechten Flucht liegen.

S;§Mtliche Obereinanderliegende Heizfl~chenrohre 4 eines Heizflichenrohrbclndels 3 werden auch ale Rohrscheibe bezeichnet.

WO 03/004934 WO 03/04934PCT/EP02/07144 Die parallel nebeneinander liegenden Heizflachenrohrb~jndeI 3 sind mit einemn Abstand von ca. 1 m voneinander an den Aufhtngungen 1 befestigt. Der Zwischenraum zwischen den einzelnen HeizfldchenrohrbUndeln 3 bildet eine Gasse. Oiber einer aus parallel nebeneinander angeordneten HeizfI;§chenrohrboindeln 3 gebildet en OberhitzerheizfIache sind weitere Oberhitzerheizfldchen aus Heizfl~chenrohrbUndeln 5 an den Aufhdngungen I befestigt.

An den Heizfltichenrohren 4, an denen das vorbeistri~mende Rauchgas 6 noch Temperaturen aufweist, welche oberhalb der Asoheerweichungstemperatur Iiegt (ca. 1000 1400 OC), werden erfindungsgem~l Schutzh~lsen 7 angebracht.

Dabei wird jeweils eine Schutzh~ilse 7 zwischen zwei Aufhtngungen I eines Heizfltlchenrohres 4 befestigt -(Fig. Das erfolgt vorteilhafterweise so, dali die Schutzh~lsen 7 aus zwei axial geteilten Rohrh~lften bestehen, die urn das Heizfl~chenrohr 4 gelegt warden und mittels Verschweilien miteinander verbunden werden. Die Schutzh~jlsen 7 sind mittig auf den HeizfI~chenrohren 4 zwischen zwei Aufh;§ngungen I montiert. Die Enden der Schutzhcllsen 7 weisen zu den benachbarten Aufhdngungen 1 einen Dehnungsabstand 8 auf.

Das hochtemperaturbest~ndige Material der Schutzht~lsen 7 ist dabel so ausgewtihlt, dali as amnen via] h~heren Wgrmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material des Heizfl;§chenrohres 4. Der lnnendurchmesser der Schutzh~lse 7 entspricht im wesentlichan dam Auliendurchmesser des chenrohres 4, so dali die Innenseite der SchutzhUlse 7 auf der Qberfl~che des Heizfl~chenrohres 4 aufliegt (Fig. Der zwischen Heizflichenrohr 4 und Schutzh~ilsa 7 gebildeta Spalt 1st ca. 0 1 mm grogi. Die La5nge der Schutzhulse 7 ist dlabei so gewtlhlt, dall die beiden Enden der Schutzhulse 7 zu den Aufh;§ngungen 1 jeweils amnen Dehnungsabstand 8 aufwaisan.

Urn dieses beidseitig nicht bedeckte St~ck des Haizflachenrohres bei Montage der SchutzhCilse dahnt sich bei Betrieb des Dampfkassals aufgrund der Warmedehnung die Schutzh~ilse in Richtung der Aufhingungen aus, so dali das Heizfl~chenrohr jeweils zwischen den Aufh; ngungen riahezu komplett mit der SchutzhUlse abgedeckt ist. Die Wandst~rke der Schutzh~lse (ca. 3 5 mm) wird so gew~hlt, dali der W~rme~bergang vom Rauchgas auf das in den Heizflichenrohren str~mende Medium nioht zu stark behindert wird. An den Schutzh~ilsan setzen sich nunmehr bei Betrieb des Dampferzeugers Schiackeanbackungan an und wachsen je nach Beaufschlagung mit dem heilIen Rauchgas zu amner bestimmten Grfle.

WO 03/004934 WO 03/04934PCT/EPO2/07144 -6- Bel Auflerbetriebnahme bzw. bel groIgen Last~nderungen des Dampferzeugers mit der sich daraus ergebenden AbkOhlung der HeizfI;5chen ziehen sich aufgrund des Materials der Schutzh~lsen mit dem h~heren Wirmeausdehnungskoeffizienten diese stArker zusammen als die Heizf]6chenrohre selbst.

Das Zusammenziehen der Schutzh~lsen bewirkt nun emn Abplatzen der Schiackeanbackungen von den Schutzh~lsen. Damit tritt emn entsprechender Reinigungseffekt der HeizfIdchen des Dampferzeugers emn.

Urn den Aufwand des Anbringens von Schutzrohren zu minimieren, konnen auch nur die HeizfIdchenrohre mit den Schutzht~lsen ausgestattet werden, an denen im Betrieb des Dampferzeugers besonders starke Schiackeanbackungen festgestellt wurden.

Durch die Erfindung werden folgendle Vorteile erreicht: 1. Kontinuierliche Abreinigung von Heifl~chenbereichen w~hrend des Betriebes bzw. bei Au(gerbetriebnahmen.

2. Minimierung des Reinigungsaufwandes nach Auf2erbetriebnahme in Vorbereitung von Befahrungen, Befundlaufnahmen und Reparaturen.

3. Keine zus~tzlichen technischen Einrichtungen zur Abreinigung erforderlich wie Klopfeinrichtungen, Schwingungserreger u. a.

4. Minimierung der Belagstkrke auf dem Heizfl~chenrohr, dlamit Verbesserung des Warmeaberganges unter Bercicksichtigung des Schutzrohres.

WO 03/004934 WO 03/04934PCT/EP02/07144 -7- Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen I Aufh;Angung 2 Brennkammer 3 Heizfichenrohrb~ndel 4 HeizfI~chenrohr HeizfI~chenrohrb~ndeI 6 Rauchgas 7 Schutzhujlse 8 Dehnungsabstand

Claims (4)

1. Heizfltiche eines Dampferzeugers mit zahireichen, von einemn K(~hImedium durchstr6mten, etwa parallel zueinander verlaufenden Heizfl~chenrohren, die im Str~mungskanal des Dampferzeugers mittels Aufhingungen angeordnet sind, ge kennze ichnet dad urch, dali die Heizfldchenrohre zwischen ihren Aufhtngungen von Schutzhl- sen umngeben sind, welche lose auf der Oberfltiche der HeizfI; chenrohre (4) aufliegen, die Enden der Schutzh~.lsen zu den Aufh~ngungen der Heiz- fl~chenrohre einen Dehnungsabstand aufweisen und dlas Material der Schutzholsen gegenciber demn Material der Heizfldchenrohre einen h6he- ren W;5rmeausdehnungskoeffizienten besitzt.

2. Heizfltiche nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dali die Schutzhcjlsen axial mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig, ausgef~ihrt sind, wobei die Teile der Schutzhilsen miteinander fest verbunden sind.

3. Heizflbche nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dladurch, dali das Mate- rial der Schutzhblsen gegen~ber demn Material der Heizflachenrohre (4) mindestens amnen 1,5fach h~5heren W~rmeausdehnungskoeffizienten besitzt.

4. Heizfl; che nach einemn oder mehreren der Anspruche 1 bis 3, gekennzeich- net dladurch, dafl der Spalt zwischen der MantelfI~che der Heizf[Achenrohre (4) und der Innenoberfl;§che der Schutzhulsen bis zu 1 mm grolsi st. Hierzu 3 Seiten Zeichnungen