CH270650A - Röhrengaserhitzer, insbesondere für feste Brennstoffe. - Google Patents
Röhrengaserhitzer, insbesondere für feste Brennstoffe.Info
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Description
Röhrengaserhitzer, insbesondere für feste Brennstoffe. Die Erfindung betrifft einen Röhrengas erhitzer, insbesondere für feste Brennstoffe, mit senkrechter Brennraunrachse, der in erster Linie für die Verwendung in Gasturbinen , anlagen mit, indirekter Wärmezufuhr und zweimaliger Erhitzung des Arbeitsmittels bei verschiedenen Drücken bestimmt- ist. Bei Wärmekraftanlagen dieser Art wird für ge- wöhnlieli das gasförmige Arbeitsmittel, vor zugsweise Luft, nachdem es in mindestens einem Verdichter auf höheren Druck gebracht worden ist, in einem Heizsystem durch indi rekte äussere Wärmezufuhr erhitzt, dann nach teilweiser Expansion unter Leistungsabgabe in mindestens einer Turbine in einem zweiten Heizsystem ein zweites Mal erhitzt und schliesslich unter Leistungsabgabe in minde stens einer weiteren Turbine weiter entspannt. Zweck der Erfindung ist, einen solchen Gaserhitzer mit zwei Heizsystemen zu schaf fen, der in seinem 1@ufbau den Besonder heiten gasförmiger Arbeitsmittel und auch denjenigen fester Brennstoffe Rechnung trägt. Die betreffenden Besonderheiten bedingen ge genüber den üblichen Dampfkesselkonstruk- tionen zum Teil wesentliche Änderungen, die in ihrer Gesamtheit für die Verwirklichung des Betriebes eines Gaserhitzers selbst, und von Wärmekraftanlagen der erwähnten Art, von denen ein solcher Erhitzer einen Teil bil det, als Ganzes ausschlaggebend sind. In diesem Zusammenhange ist. nämlich zu ,beachten, dass die Druckverluste in den Rohr leitungen von Dampfkraftanlagen nur gerin- -en Einfluss auf den Gesamtwirkunggsgrad der Anlage haben, während sie diesen in Wärmekraftanlagen, die nur mit. gasförmigem Arbeitsmittel betrieben werden, wesentlich be einflussen. Bekanntlich ergeben sieh aber be züglich der Druckverluste im Heizsystem von Röhrengaserhitzern besonders günstige Werte, wenn Rohre von kleinem Durchmesser, näm- lieh von ? bis 30 mm, ferner von kleinerer Länge und dafür in entsprechend grosser An zahl parallel geschaltet verwendet werden. Da nun solche Rohre in Gaserhitzern im Betrieb auf eine viel höhere Temperatur erhitzt wer den, als dies in Dampfkesseln der Fall ist, weil bekanntlich der Wärmeübergang an Gas kleiner ist als der an Wasser oder Dampf und überdies das gasförmige Arbeitsmedium zwecks Steigerung des Wirkungsgrades der Anlage anf eine höhere Temperatur zu brin- -en ist als der Dampf in normalen Dampf kesselanlagen, so müssen sie aus hochhitze beständigem, das heisst legiertem Material her "estellt werden, das im allgemeinen einen viel. grösserenW ärmeausdehnungskoeffizienten auf weist als der in Dampfkesseln für gewöhnlich zur Verwendung kommende Stahl. Dadurch entstehen mehrfache konstruktive Schwierig keiten. Die vielen kurzen Rohre kleineren Durchmessers sollten nämlich so angeordnet. sein, dass das Arbeitsmittel möglichst gleich- lriässig auf alle Rohre verteilt wird und an diese anderseits möglichst gleichviel Wärme übertragen wird, damit nicht einzelne dieser schon unter normalen Bedingungen bereits hoch beanspruchten Rohre auf höhere Tem peraturen als vorgesehen erhitzt werden. Die zulässige Temperatur der Rohre inuss dabei auf wenige Grade genau eingehalten werden können. Dabei sollten sie aber auch derart angewendet sein, dass die durch die hohen Temperaturen und grossen Wärmeausdeh- nimgskoeffizienten hervorgerufenen grossen Ausdehnungen nicht auf Teile, z. B. Sammel- leitungen, ausserhalb der Lufterhitzer über tragen werden, da sonst umfangreiche und kostspielige Konstruktionen nötig würden, um zu verhindern, dass diese Dehnungen sich auf die Maschinen übertragen. In Dampfkraft anlagen, wo die Dehnungen aus den genann ten Gründen von vornherein viel kleiner sind, gestatten die wegen der hohen Dampfdrücke und wegen der zulässigen grossen Geschwin digkeiten relativ kleinen Rohrdurchmesser, dass die Dehnungen in Rohrbogen aufgenom- inen werden können. Dies ist jedoch in An lagen, die nur mit gasförmigem Arbeits medium betrieben werden, nicht angängig, weil hier die Rohrdurchmesser für gleiche Anlageleistungen grösser sind und zudem solche Bogen stark ins Gewicht fallende Dnickverluste mit sich bringen würden. Um sich ein Bild über die Bedeutung solcher Dehnungen machen zu können, sei z. B. er wähnt, dass sich ein für mittlere Betriebs verhältnisse ausgelegtes Heizrohr bei einer Länge von 10 Metern vom kalten bis zum Be- . triebszustand, in welchem es eine mittlere Temperatur von etwa 650 C hat, um über 100 Millimeter ausdehnt. Aber nicht nur die Erhitzerrohre, sondern auch deren Verteiler und Sammler müssen derart ausgebildet und angeordnet sein, dass sie möglichst keine Wärmedehnungen an weitere Bauteile der Wärmekraftanlage übertragen. Um ein gasförmiges Arbeitsmedium zwei mal bei verschiedenen Drücken zu erhitzen, scheint es vorerst aus konstruktiven und regu liertechnischen Gründen naheliegender zu sein, für das Heizen in jeder Druckstufe einen besonderen Erhitzer vorzusehen. Verschie dene Erwägungen zeigen jedoch, dass dies nicht -immer die beste Lösung bildet. Es ist nämlich der Tatsache Rechnung zu tragen, dass oft eine Wärineübertragumg durch Strah lung am wirtschaftlichsten ist, da sie keine Druckverluste bedingt und insbesondere bei der Verbrennung fester Brennstoffe vorteil haft sein kann, weil zur Ausscheidung trocke ner Asche den Brenngasen raschmöglichst viel Wärme entzogen werden muss, bevor sie mit den Erhitzerrohren in Berührung kom men; ausserdem müssen die Brennraumwände wirksam gekühlt werden. Beim Vorsehen von zwei Erhitzern müsste deshalb in jedem Er hitzer das zugeordnete Heizsystem zum Teil zwecks Aufnahme von Strahlungswärme in < len Brennraum verlegt sein und zum andern Teil als Berührungsheizfläche nachgesehaltet werden. Zudem würden beim Vorsehen von zwei Erhitzern auch entsprechend viele Ver- teil- und Sammelleitungen, ferner Kanäle für die Verbrennungsluft und die Rauchgase, Hilfseinrichtungen und dergleichen nötig wer den. Dies führt zu vermehrten Druck- und Temperaturverlusten sowie vermehrtem Mate rialaufwand. Auch entsteht ein vergrösserter Raumbedarf für die Gesamtanlage. Um den verschiedenen, vorstehend genann ten Forderungen unter gleichzeitiger Vermei dung der Nachteile bisheriger Ausführungen Rechnung zu tragen, erfolgt bei einem Röh- rengaserhitzer der eingangs erwähnten Art gemäss der Erfindung die Erhitzung der bei den sich auf verschiedenen Druckstufen be findenden Gasströme in zwei Röhrenheizsy ste- inen, die koaxial zur Achse eines ihnen ge meinsamen Brennraumes angeordnet sind und von denen das eine der Br ennraumstrahlung direkt ausgesetzt ist und die Abgrenzung eines Teils des Brennraumes bildet, während das andere dieser Systeme der direkten Strah lung des Brennraumes weitgehend entzogen ist und durch Berührung mit den aus dem Brennraum abströmenden Heizgasen beheizt wird. Auf den beiliegenden Zeichnungen ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfin- dungsgegenstandes in vereinfachter Darstel- lungsweise veranschaulicht, und zwar zeigt: Fig. 1 im wesentlichen einen axialen Längs schnitt durch einen Röhrengaserhitzer mit senkrechter Brennrauniaehse, zum Teil jedoch auch einen Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 5, Fig. 2 einen waagrechten Schnitt, nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen waagreeliten Schnitt nach der Linie III-111 der Fig.1. Fig. 4 eine Einzelheit, und Fig.5 einen senkrechten Schnitt nach der Linie V-V der Fig.l. In den Figuren bezeielinet 1 den Brenn- raum eines Röhrengaserhitzers R mit senk rechter Brennrauniachse, der zum Verfeuern von festem Brennstoff bestimmt ist. 2 hezeieli- net eine Leitung, durch die staubförmiger Brennstoff und diesen tragende Primärluft zuströmen, und 3 sind Kanäle, die zur Zu- führung von Sekundärluft dienen. Die durch die Leitung 2 zuströmenden Medien mischen sich mit der Sekundärluft in einem Brenner 4, der oben im Erhitzer R achsgleich zu dessen Längsachse angeordnet. ist. A und B bezeichnen zwei Röhrenheizsy- steme, in denen ein Luftstrom auf zwei ver schiedenen Druckstufen durch äussere \Vä.rnie- zufuhr zu erhitzen ist, und zwar erfolgt die Erhitzung im Heizsystem A auf der niederen Druckstufe und im Heizsvstein B auf der hö heren Di-iiekstufe. Dabei sind die Heizsysteme f und B koaxial zur Achse des ihnen < , e- ineinsamen Brennraumes 1 angeordnet. Das über dem Heizsystem B gelegene Heizsystem A ist ausschliesslich direkt der Brennraum- strahlung ausgesetzt, wobei e5 gleichzeitig die Abgrenzung des obern Teils des Brenn- raumes 1 bildet. Das Heizsystem B ist da gegen der direkten Strahlung des Brenn- raumes 1 weitgehend entzogen, und es wird d'ureh Berührung der aus diesem in Richtun o der Pfeile C abströmenden Heizgase beheizt. Die beschriebene Anordnung der zwei Heiz- systeme :1 und B erweist sich besonders dann als vorteilhaft, wenn das Arbeitsmittel der Wärmekraftanlage in ihrer ersten Expan sionsstufe weniger entspannt wird als in der zweiten, wie dies z. B. der Fall ist, wenn der \utzleistungsempfänger der Anlage an die Turbine der zweiten Druckstufe gekuppelt ist. Die Temperatur des Arbeitsmittels am Ein tritt in das Röhrenheizsystem B liegt. dann tiefer als am Eintritt in das R.öhrenheizsystein A, so dass sich die tiefere Eintrittstemperatur des Heizsystems B ausnützen lässt, um in die sem System durch Konvektion die in Rich tung der Pfeile C" strömenden Heizgase mög lichst tief abzukühlen. Somit gestattet die dar gestellte Anordnung, bei der das Röhrenheiz- system B dem Röhrenheizsystem _l, in der Strömungsrichtung C der Heizgase betrachtet, nachgeschaltet ist, weitgehendste Ausnutzung der in diesen Gasen enthaltenen Wärine. Bei der dargestellten Verwendung des lleizsysteins A zur Abgrenzung eines Teils des Brennraumes 1 finit senkrechter Achse liel;e sieh der Forderung nach grosser Anzahl kur zer Rohre auf naheliegende Weise dadurch Rechnung tragen. dass ein oben liegender Verteiler finit einem unten liegenden Sammler durch eine Vielzahl gerader Rohre verbunden würde. In einem solchen Falle liesse sieh aber die Forderung nach Kompensation der Deh nungen nicht erfüllen, da zu deren Verwirk- liehung eher eine Anordnung mit oben liegen dem Verteiler und Sammler sowie haarnadel- förmigen, in den Feuerraum hängenden Roh ren zweckmässiger wäre. Solche Rohre sind aber wieder vom Standpunkte der Druekvei-- histe unerwünscht. Bei der dargestellten Aus- führungsform sind nun einmal der Verteiler 5 und der Sammler 6 des Röhrenheizsystems .1 nahe übereinander und ungefähr auf halber Höhe des von diesem System abgegrenzten Teils des Brennraumes 6 angeordnet. Vom ringförmigen Raum des Verteilers 5 gelangt das in Richtung der Pfeile D durch das S#-- s "tein<B>A</B> strömende Arbeitsmittel in Rohrbün- delköpfe 7, die auf einem Kreis rings tim die Brennraumachse angeordnet sind. An jeden Bündelkopf 7 sind eine Anzahl Rohre 8 von kleinem Durchmesser angeschlossen, die je zwei parallel geschaltete, haarnadelförmige Stränge 8', 82 aufweisen. Diese erstrecken sich in entgegengesetzter Richtung, jedoch beide der Hauptsache nach in der Achsrieh- tung des Brennraumes 1. Jeder Strang 81 ist an einem federnd am Erhitzermantel abge stützten Träger 9 aufgehängt. Die beiden Stränge 81, 82 eines jeden Rohres 8 vereinigen sich in der Nähe eines zweiten Bündelkopfes 10 zu einem gemeinsamen Ast 83, der in der in Fig. 4 gezeigten Weise nicht parallel zu den Strängen 81, 82 verläuft, sondern schräg dazu angeordnet ist, was übrigens auch hinsichtlich zweier Strecken 81 (Fig. 4) des Stranges 81 der Fall ist. Infolge der Haarnadelform der Stränge 81, 82 und der schrägen, ein Aus biegen ermöglichenden Strecken 83 und 8-1 er gibt sich am Austrittsende der Rohre 8 prak tisch keine Dehnung; denn die kleine Relativ dehnung, die sich allenfalls wegen ungleicher Erhitzung und Länge der Stränge 81 und<B>8'</B> ergeben sollte, kann durch die erwähnten, schrägen Strecken 83 und 84 ohne weiteres kompensiert werden. Dadurch, dass die beiden Stränge 81, 82 vor dem Anschluss an die Bündelköpfe 10 zu einem gemeinsamen Ast 83 vereinigt sind, wird zudem erreicht, dass sieh die beiden Ströme, welche die Stränge 81, 82 parallel durchflossen haben, vor dem Eintritt in den Bündelkopf 10 mischen können, so dass der Ast 83 die mittlere Temperatur dieser zwei Ströme und nicht etwa die Temperatur des stärker erhitzten Teilstromes annimmt. Dieser Umstand trägt zur Erhöhung der Be triebssicherheit des Erhitzers bei, um so mehr das Arbeitsmittel erst in diesem Ast 83 auf die gewünschte Endtemperatur erhitzt wird. Die verschiedenen Bündelköpfe 10 sind an den ringförmigen Hohlraum des Sammlers 6 an geschlossen. Das als Druckmantel dienende Gehäuse des Verteilers 5 bzw. Sammlers 6 ist gegen den Brennraum 1 hin kegelförmig aus gebildet und bewirkt zusammen mit den Roh ren, welche die ringförmigen Hohlräume des Verteilers 5 und Sammlers 6 mit den Bündel köpfen 7 bzw. 10 verbinden, eine Abdichtung jener Hohlräume gegen den Brennraum 1. Dem durch Berührung beheizten Heiz- system B höheren Druckes sind ein Verteiler 11 imd ein Sammler 12 zugeordnet. Die Rich tung, in der das Arbeitsmittel dieses System B durchströmt, ist durch die Pfeile E angege- ben. Verteiler 11 und Sammler 12 sind ähn lich ausgebildet wie die entsprechenden Teile 5 bzw. 6 des Heizsystems A. Das Heizsystem B weist ferner eine Anzahl in gleichartige Sek toren 13 unterteilte Röhrenpakete auf, um die Möglichkeit zu schaffen, sie in nicht gezeigter Weise einzeln zugänglich und ausbaubar zu machen. Wie vor allem aus Fig. 5 ersichtlich, ist die Vielzahl von Sektoren 13 in zwei über einanderliegenden Gruppen angeordnet, die in der in Fig. 1 gezeigten Weise von den Heiz gasen doppelflutig in Richtung der Pfeile C durehströmt werden. Um die Rohre 8 des Heizsystems A vor Berührung mit der Flamme. des Brenners 1- zu schützen, sind eine Leitung 1.4 und ein in diese eingebautes Gebläse<B>15</B> vorgesehen, welche bereits weitgehend abgekühlte Rauchgase in bekannter Weise in den Brennraum 1 zurück zuführen gestatten, in den sie durch die Lücken zwischen den Rohren 8 eindringen. 16 bezeichnet einen Blechzylinder, der zwi schen dem Heizsystem A und der Hülle des Erhitzers R koaxial zu diesem System ange ordnet ist und den doppelten Zweck erfüllt, einerseits die rückgeführten Rauchgase zu füh ren und anderseits die zwischen den Heizroh ren 8 nach aussen dringende Strahlung aufzu nehmen und an die Rückseite der Heizrohre 8 zu übertragen. Damit wird erreicht, dass die Temperatur dieser Heizrohre 8 über ihren Umfang besser ausgeglichen wird, so dass in den Rohren 8 des Heizsystems A gefährliche Wärmespannungen vermieden werden. Die rückgeführten, kühlenden Rauchgase sorgen gleichzeitig auch für die erforderliche Küh- hing des Blechzylinders 16. Die Herstellung dieses Zylinders 16 sowie eines Asehentrichters 17, einer zylindrischen Führungswand 18 für das Heizsystem B und allfälliger weiterer Teile aus Blech anstatt aus Mauerwerk emp fiehlt sich, weil in Gaserhitzern jede Wärme- akkumulierung vermieden werden muss, um die Rohre bei Entlastungen der Wärmekraft anlage, das heisst Verkleinerung der umlau fenden Arbeitsmittelmenge, nicht zu über hitzen. Solche Überhitzungen wären beson ders dann gefährlich, wenn die Anlage wieder plötzlich belastet, das heisst das Arbeitsmittel plötzlich wieder unter vollen Druck gesetzt würde. Da bei dein beschriebenen Röhrengaserhit- zcr die beiden Röhrenheizsvsteme d und B koaxial zur senkrechten Brennraumaehse an geordnet sind, ferner der Brennraum 1 zy lindrisch ausgebildet und die Heizgasführung in diesem Raum axial ist, während die Rauch gasabführung nach allen Seiten gleichmässig erfolgt, so werden die verschiedenen Rohre 8 und 73 der I-Ieizsysteme praktiseli gleich stark erwärmt, was für die Betriebssicherheit. wich tig ist. Bevor die Heizgase in das durch Kon vektion beheizte Heizsystem B eintreten, wer den sie stark umgelenkt und mit den seitlich oben in den Brennraum 1 eingeführten und im wesentlichen längs des Heizsystems 11 nach unten strömenden Umwälzgasen ge mischt, wodurch eine weitere rasehe Abküh lung jener Heizgase erfolgt., so dass die Asche trocken in den Asehentriehter 17 ausfällt. Zur sicheren Asehenausseheidung durch Abküh lung werden die Rauchgase zweckmässig noch zwischen sogenannten Schottenwänden 19 durchströmen gelassen. lhnlieh wie im Zusammenbange mit den Rohren 8 des Heizsystems A beschrieben wurde, können auch die Rohre der zwei Grup pen des Heizsystems B gemeinsame Bndstüeke haben, in denen das Arbeitsmittel auf die ;e- wünselite Endtemperatur erhitzt wird. Ein Gaserhitzer nach der Erfindung lässt sieh auch für flüssige und gasförmige Brenn stoffe sowie für einen wahlweisen Betrieb mit festen, flüssilgen oder gasförmigen Brennstof fen verwenden.
Claims (1)
1' ATENT ANSPRUCH Rölirengaserhitzer, insbesondere für feste Brennstoffe, mit, senkrechter Brennraumaebse, der in erster Linie für die Verwendung, in Casturbinenanlagen mit indirekter Wärme zufuhr und zweimaliger Erhitzung des Arbeits mittels bei verschiedenen Drücken bestimmt ist., dadurch sgekennzeiehnet, dass die Erhit zung der beiden,
sieh auf verschiedenen Druckstufen befindenden Gasströme in zwei Röhrenheizsvstemen erfolgt, die koaxial zur Achse eines ihnen gemeinsamen Brennraumes <B>t</B> ann -eordnet sind und von denen das eine der Brennraumstrahlung direkt ausgesetzt ist und die Abgrenzung eines Teils des Brennraumes bildet, während das andere dieser Systeme der direkten Strahlung des Brennraumes weit Uehend entzogen ist und durch Berührung der aus dem Brennraum abströmenden Heiz gase beheizt wird.
UNTLRAN SPRL CHB 1. Röhrengaserhitzer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zu erhitzende Gasstrom auf seiner niederen Druckstufe aus schliesslich das der Strahlung ausgesetzte Röh- renheizsystem durchfliesst, welches über dem durch Berührung beheizten Röhrenheizsystem, das von dem Gasstrom auf der höheren Druck stufe durchströmt wird, liegt.
2. Röhrengaserhitzer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das aus einem Verteiler, welcher dem der Strahlung ausge setzten Röhrenheizsy stein zugeordnet ist, aus tretende Gas in eine Anzahl Rohrbündel ge langt, von denen sieh jedes aus Rohren auf baut, die je zwei parallel geschaltete, sich in entgegengesetzter Richtung, jedoch beide der f-lauptsaehe nach in der Achsrichtung des Brennraumes erstreckende und sieh gegen das Austrittsende hin zu einem gemeinsamen Ast vereinigende, haarnadelförmige Stränge auf weisen,
wobei diese Rohrbündel in einen über dem genannten Verteiler angeordneten Kollek tor münden. 3. Röhrengaserhitzer nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass der gemeinsame Ast und ein Teil mindestens eines der zwei zugeordneten Stränge schräg zur Längsachse des Brenn- raumes verlaufen. -1. Röhrengaserhitzer nach Patentanspruch, dadurch -ekennzeichnet., dass das durch Be rührung beheizte Röhrensystem in gleich artige Sektoren -unterteilt ist.
5. R.öhrengaserhitzer nach Patentanspruch und LTiteransprncli 4, dadurch gekennzeich net, dass die Sektoren in zwei übereinander- liegenden Gruppen angeordnet sind, die von den Heizgasen doppelflutig durchströmt wer den.
6. Röhrengaserhitzer nach Patentanspimch, bei dem ein Teil der Hauchgase in den Brenn- raum zurückgeführt wird, dadurch gekenn zeichnet, dass zwischen dem durch Strahlung beheizten Röhrenheizsystem und der Hülle des Erhitzers eine zylindrische, durch rück geführte Umwälzgase bespülte Wand vorge sehen ist,
welche zum Strahlungsausgleich und zur Führung dieser Umwälzgase zu dem durch Strahlung beheizten Röhrenheizsystem dient.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH270650T | 1948-08-07 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CH270650A true CH270650A (de) | 1950-09-15 |
Family
ID=4477849
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CH270650D CH270650A (de) | 1948-08-07 | 1948-08-07 | Röhrengaserhitzer, insbesondere für feste Brennstoffe. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CH (1) | CH270650A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE970629C (de) * | 1954-09-11 | 1958-10-09 | Henschel & Sohn G M B H | Waermeaustauscher mit Rohren kleinen Durchmessers zur Vorwaermung der Luft fuer Gasturbinenanlagen |
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1948
- 1948-08-07 CH CH270650D patent/CH270650A/de unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE970629C (de) * | 1954-09-11 | 1958-10-09 | Henschel & Sohn G M B H | Waermeaustauscher mit Rohren kleinen Durchmessers zur Vorwaermung der Luft fuer Gasturbinenanlagen |
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