DD260314A1 - Ausbildung des ersten zuges eines im naturumlauf mit hoeherer druckstufe arbeitenden, stehenden wirbelschichtkessels - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Ausbildung des ersten Zuges eines im Naturumlauf mit hoeherer Druckstufe arbeitenden, stehenden Wirbelschichtkessels, insbesondere fuer die Verbrennung von Salzkohle. Erfindungsgemaess wird dieses geloest, indem die Umfassungswaende im Bereich der Wirbelschicht und des darueberliegenden Strahlungsraumes sowie die von der Wirbelschicht aufgenommenen Tauchheizflaechen als Wandverdampfer bzw. Verdampferheizflaechen und die Umfassungswaende des sich anschliessenden Rauchgaszuges als Wandueberhitzer ausgebildet sind, wobei die Wandueberhitzer dampfseitig derart untereinander verbunden sind, dass die Wandueberhitzer der Seitenwaende ueber die unteren Wandueberhitzersammler durch Verbindungsrohre mit dem Wandueberhitzersammler der Stirnwand verbunden sind, die in ihrem oberem Teil an den Wandueberhitzersammler der Rueckwand angeschlossen ist und der Rauchgaszug mit seinen unteren Wandueberhitzersammlern ueber Stegbleche mit den darunterliegenden Wandverdampfersammlern kraftschluessig sowie gasdicht verbunden und gleichzeitig ueber Konstanthaenger am Geruest aufgehaengt ist. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Ausbildung des ersten Zuges eines im Naturumlauf mit höherer Druckstufe arbeitenden, stehenden Wirbelschichtkessels, der insbesondere für die Verbrennung von Salzkohle geeignet ist und dessen Umfassungswände aus dichtgeschweißten Rohrwänden bestehen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bereits bekannt. Kessel mit einer Wirbelschichtfeuerung in einem Stützgerüst stehend anzuordnen, wie aus der DE-Zeitschrift BWK 35 (1983) Nr. 11, S.454, Bild 5 hervorgeht. Wird die Feuerung als langsame Wirbelschicht ausgeführt, sind ihre Umfassungswände und die Tauchheizflächen als Verdampferheizflächen ausgebildet, weil der niedrige Betriebsdruck ausreicht, um die erzeugte Verdampfungswärme zu übertragen. Die am Kessel auftretenden Wärmedehnungen sind nach oben gerichtet, wobei der gesamte Kessel aus dichtgeschweißten Rohrwänden besteht.

Der Nachteil einer derartigen Ausführung besteht darin, daß bei höheren Betriebsdrücken die zu übertragende Verdampfungswärme nicht mehr ausreicht, um die Umfassungswände der Brennkammerund die in der Wirbelschicht erforderlichen Tauchheizflächen als Verdampferheizfläche auszubilden. Deshalb werden die Tauchheizflächen als Überhitzerheizflächen ausgebildet, wie in derDE-ZeitschriftTechn.Mitt.78 (1985) H. 10, s.493 beschrieben worden ist. Des weiteren ist es bereits bekannt, einen Wirbelschichtkessel hängend anzubringen. Dabei entstehen durch die Bettmaterialfüllung hohe Traglasten, die von den Kesselbauteilen, wie dichtgeschweißten Rohrwänden, ab einer bestimmten Leistungsgröße nicht mehr aufgenommen werden können und entsprechend aufwendige Tragkonstruktionen erfordern wurden. Des weiteren beeinflußtauch der eingesetzte Brennstoff die Konzipierung der Heizflächen, weil in der Wirbelschicht vorgesehene Überhitzerflächen nicht für mit Salzkohle betriebene Feuerungen geeignet sind und in diesem Fall mit nachteiligen Hochtemperaturkorrosionserscheinungen zu rechnen ist.

Beiden Kesselkonzeptionen — der stehenden wie auch der hängenden — ist außerdem gemeinsam, daß derartige aus den Lasten resultierende Spannungen im Rohrsystem bei höheren Mediendrücken das Standvermögen desselben ungünstig beeinflussen.

Darüber hinaus ist es bereits bekannt, an Bensonkesseln mit spiralförmigen Verdampferheizflächen im Übergangsbereich zu den dichtgeschweißten Verdampferheizflächen zusätzliche Bauteile anzubringen, die die kraftschlüssige und auch dampfseitige Verbindung übernehmen. Zwischen beiden Heizflächen werden dazu geschmiedete und ausgebohrte Rohrwinkel eingesetzt, wie aus der DE-Zeitschrift VGB Kraftwerkstechnik 53 (1973) H. 12, S. 779, Bild 12 hervorgeht. Die Nachteile einer derartigen Lösung bestehen vor allem in dem zusätzlich erforderlichen, kompliziert geformten Bauteil mit seinem erheblichen Fertigungsaufwand.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Verfügbarkeit der Heizflächen zu erhöhen und ihre Ausbildung kostengünstig zu gestalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Anordnung des Überhitzers in der Wirbelschicht wegen der Gefahr der auftretenden Hochtemperaturkorrosion zu vermeiden und diesen gasdicht in die Wandheizflächen des Rauchgaszuges so einzugliedern, daß die kritische Stelle des Zuges durch eine günstige Lastverteilung eine Optimierung von Wärme- und Lastspannungen erfährt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, indem die Umfassungswände im Bereich der Wirbelschicht und des darüberliegenden Strahlungsraumes sowie die von der Wirbelschicht aufgenommenen Tauchheizflächen als Wandverdampfer bzw. Verdampferheizflächen und die Umfassungswände des sich anschließenden Rauchgaszuges als Wandüberhitzer ausgebildet sind, wobei die Wandüberhitzer dampfseitig derart untereinander verbunden sind, daß die Wandüberhitzer der Seitenwände über die unteren Wandüberhitzersammler durch Verbindungsrohre mit dem Wandüberhitzersammler der Stirnwand verbunden sind, die m ihrem oberen Teil an den Wandüberhitzersammler der Rückwand angeschlossen ist und der Rauchgasabzug mit seinen unteren Wandüberhitzersammlern über Stegbleche mit den darunterliegenden Wandverdampfersammlem kraftschlüssig sowie gasdicht verbunden und gleichzeitig über Konstanthänger am Gerüst aufgehängt ist. Mit der Schaltung der Wandverdampfer im Bereich des Strahlungsraumes über der Wirbelschicht sowie der darin angeordneten Tauchheizflächen als Verdampferheizflächen wird bei der Verbrennung aggressiver Kohlesorten wie Salzkohle eine niedrige Wandtemperatur zur Vermeidung von Hochtemperaturkorrosion gewährleistet. Auf Grund der erforderlichen wärmetechnischen Bilanz ist der oberhalb der Wirbelschicht anzubringende Rauchgaszug als Überhitzer ausgebildet, der sich damit über den Wandverdampfersammlem befindet. Um an dieser Trennstelle die Wärmespannungen zu begrenzen, wird der physikalische Effekt ausgenutzt, daß der Verlauf der Kurve der spezifischen Wärme am Beginn der Dampfüberhitzung eine langsamere Erhöhung der Dampftemperatur ergibt, als im Bereich höherer Überhitzungen bei gleicher Wärmezufuhr. Demzufolge verläuft der Dampfweg von der Obertrommel des Wirbelschichtkessels über Überströmrohre in die oberen Eintrittssammler der Seitenwände des Rauchgaszuges nach unten. Von den unteren Wandüberhitzersammlern der Seitenwände gelangt der Dampf über Verbindungsrohre in den unteren Sammler der Stirnwand und aus dieser von oben in die Rückwand, durchströmt diese ebenfalls nach unten und wird über die Tragrohre für weitere Heizflächen nach oben geführt. Der Dampf erfährt bei einer bestimmten ausbilanzierten Wärmezufuhr nur einer geringe Temperaturerhöhung über der Sattdampftemperaturin den Umfassungwänden im Bereich der Wirbelschicht. Damit ist es möglich, die unteren Wandüberhitzersammler mit den oberen Wandverdampfersammlem durch Stegbleche in der Flucht der Rohrsammler gasdicht und kraftschlüssig zu verschweißen. Dabei können die Sammler im Rauchgaszug in zwei oder auch in einer Ebene angeordnet werden und die Inspektionsfähigkeit der Sammlerböden bleibt erhalten. Diese Schaltung des Überhitzers erlaubt die Schaffung eines gasdichtgeschweißten Rauchgaszuges aus Überhitzer- und Verdampferheizflächen, in denen der Temperaturverlauf in den Überhitzerwänden so optimiert wird, daß die sich durch unterschiedliche Dehnungen der gasdicht und kraftschlüssig verschweißten Wandüberhitzer- und Wandverdampfersammler ergebenden Wärmespannungen an dieser Trennstelle ein zulässiges Maß nicht überschreiten. Zur Unterstützung dieser Maßnahme werden durch die Konstantanhänger die Eigenlasten des Rauchgaszuges soweit eliminiert, daß die Sammler an dieser Trennstelle nicht zusätzlich zu den vorhandenen Spannungen aus Innendruck und Erwärmung belastet werden. Dadurch kann sich der gesamte Kessel im Betriebszustand nach oben ausdehnen.

In Ausgestaltung der Erfindung sind die untereinander verbundenen Sammler jeder Seite des Rauchgaszuges in einer Ebene angeordnet und besitzen freiliegende Böden.

In einer Variante dieses Gedankens sind zur Erhöhung der Inspektionsfähigkeit die erfindungsgemäß untereinander verbundenen Sammler in zwei Ebenen angeordnet und ragen über Eck über die Wandkante.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: den 1. Zug des Wirbelschichtkessels im Längsschnitt, Fig. 2: eine Ansicht beider Sammlerebenen und Fig.3: die Ansicht einer Sammlerebene.

Der in Fig. 1 dargestellte Wirbelschichtkessel ist im Bereich seiner Wirbelschicht 1 auf einem Gerüstrost 2 stehend angeordnet. Die Wirbelschichtfeuerung, die im Wirbelbett die Verdampferheizflächen 3 aufnimmt, wird allseitig von einem Wandverdampfer 4 umschlossen, der aus vertikalen dichtgeschweißten Rohrwänden besteht und sich oberhalb des Strahlungsraumes 5 auf einen vertikalen Rauchgaszug 6 verjüngt. Den oberen Abschluß des Wandverdampfers 4 bilden die Wandverdampfersammler 7, die sich am Eingang des Rauchgaszuges 6 befinden. Gleichzeitig ergibt sich hier eine Trennstelle zu den unteren darüberliegenden Wandüberhitzersammlern 9 des Wandüberhitzers 8, die durch jeweils ein Stegblech 10 für eine Rauchgaszugseite, welches an beide Sammler geschweißt wird, kraftschlüssig und gasdicht verschlossen wird. Dabei sind die Sammler in ein oder zwei verschiedenen Ebenen angeordnet, wie aus Fig.2 und 3 hervorgeht. Der gesamte Rauchgaszug 6 ist in dem Gerüst 12 zusätzlich über Konstanthänger 11 aufgehängt.

Mit dieser erfindungsgemäßen Ausbildung des Wirbelschichtkessels ist die Schaltung der Heizflächen verbunden, bei der die Verdampferheizflächen 3 in der Wirbelschicht 1 und der Wandverdampfer 4 im Bereich des Strahlungsraumes 5 im Naturumlauf geschaltet sind und über der Trommel 13 kommende Fallrohre 14 versorgt werden. Die von der Trommel 13 abgehenden Überströmrohre 15 führen in die oberen Eintrittssammler 16 der Wandüberhitzer 8 der Seitenwände 17, deren untere Wandüberhitzersammler 9 über nicht weiter bezeichnete Verbindungsrohre mit dem unteren Wandüberhitzersammler 9 der Stirnwand 18 verbunden sind. Im oberen Teil ist die Rückwand 19 mit der Stirnwand 18 zusammengeschaltet und ihr unterer Wandüberhitzersammler 9 nimmt die im Rauchgaszug 6 nach oben durchströmten Tragrohre 20 auf.

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Die Arbeitsweise dieses Wirbelschichtkessels ist folgendermaßen: Sein Wasserumlauf erfolgt von der Trommel 13 aus über die Fallrohre 14 in die Verdampferheizflächen 3 in der Wirbelschicht 1 und in den Wandverdampfer 4 mit dazu gehörendem Luftkasten 21 im Naturumlauf. Dadurch ist eine niedrige Wandtemperatur in den Verdampferflächen in diesem Bereich gewährleistet und bei der Verwendung aggressiver Kohlesorten, z. B. Salzkohle, kann keine Hochtemperaturkorrosion entstehen. Der oberhalb der Wirbelschicht 1 angeordnete Rauchgaszug 6 ist wegen der wärmetechnischen Bilanz und zur Kühlung als Wandüberhitzer ausgeführt. Dabei wird der physikalische Effekt ausgenutzt, bei dem der Verlauf der Kurve der spezifischen Wärme am Beginn der Dampfüberhitzung eine langsamere Erhöhung der Dampftemperatur ergibt, als im Bereich höherer Überhitzungen bei gleicher Wärmezufuhr. Somit verläuft der von der Trommel 13 kommende Dampfweg von oben durch die Seitenwände 17 des Wandüberhitzers 8, wird im Bereich der Trennstelle in die Stirnwand 18 geleitet und gelangt nach einer oberen Umkehr in die Rückwand 19, aus der der Austritt wieder im unteren Teil des Rauchgaszuges 6 erfolgt und die darin vorgesehenen Tragrohre 20 von unten nach oben beaufschlagt werden. Der Dampf erfährt hierdurch bei einer bestimmten ausbilanzierten Wärmezufuhr nur eine geringe Temperaturerhöhung über der Sattdampftemperatur des Dampfes in dem Wandverdampfer 4 im Bereich der Wirbelschicht 1. Unter Ausnutzung dieses Effektes werden erfindungsgemäß die unteren Wandverdampfersammler 7 des Wandverdampfers 4 mit denen des darüberliegenden Wandüberhitzersammlers 9 in der Flucht der Sammler mit Stegblechen 10 dicht und kraftschlüssig untereinander verschweißt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Stegbleche 10 zwischen den Sammlern des Rauchgaszuges 6 angeordnet.

Mit dieser Schaltung wird der Temperaturverlauf in den Wandüberhitzern 8 so optimiert, daß die unterschiedlichen Dehnungen an der Trennstelle des Wandüberhitzersammlers 9 vom Wandverdampfersammler 7 nicht ein zulässiges Maß der Wärmespannungen überschreiten. Zur weiteren Optimierung der Spannungsverteilung in dem dichtgeschweißten Rauchgaszug 6 an der Stelle der über das Stegblech 10 verschweißten Sammler werden die Lasten des Wirbelschichtbereiches einschließlich seiner Bettfüllung in den Gerüstrost 2 abgeleitet. Demzufolge dehnt sich der gesamte Wirbelschichtkessel im Betriebszustand nach oben aus. Um die Sammler im Bereich der Trennstelle nicht zusätzlich zu den Spannungen aus Innendruck und Erwärmung durch Spannungen aus den Eigenlasten des Rauchgaszuges 6 zu belasten, werden diese Lasten durch Konstanthänger 11 oberhalb des Kesseldruckkörpers in das Gerüst 12 abgeleitet.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß der stehende Wirbelschichtkessel besonders für den Einsatz bei der Verbrennung von aggessiven Kohlesorten geeignet ist. Durch die Vermeidung von Hochtemperaturkorrosion an den Verdampferflächen im Bereich der Wirbelschicht 1 entsteht ein hoher Verfügungsgrad. Vor allem werden im Bereich seiner Trennstelle zwischen Verdampfer und darüberliegendem gasdicht angeschlossenem Überhitzer vorteilhaft Temperaturspitzen durch seine Schaltung und zusätzliche Spannungsspitzen durch die Eigenlast und die Dehnungen der Umfassungswände vermieden. Des weiteren ergibt sich mit der dichtgeschweißten Ganzausführung des Kessels verbrennungstechnisch ein günstiger Wirkungsgrad.

Claims (3)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Ausbildung des ersten Zuges eines im Naturumlauf mit höherer Druckstufe arbeitenden, stehenden Wirbelschichtkessels, insbesondere für die Verbrennung von Salzkohle, gekennzeichnet dadurch, daß die Umfassungswände im Bereich der Wirbelschicht (1) und des darüberliegenden Strahlungsraumes (5) sowie die von der Wirbelschicht (1) aufgenommenen Tauchheizflächen als Wandverdampfer (4) bzw. Verdampferheizflächen (3) und die Umfassungswände des sich anschließenden Rauchgaszuges (6) als Wandüberhitzer (8) ausgebildet sind, wobei die Wandüberhitzer (8) dampfseitig derart miteinander verbunden sind, daß die Wandüberhitzer (8) der Seitenwände (17) über die unteren Wandüberhitzersammler (9) durch Verbindungsrohre mit dem Wandüberhitzersammler (9) der Stirnwand (18) verbunden sind, die in ihrem oberen Teil an den Wandüberhitzersammler (9) der Rückwand (19) angeschlossen ist und der Rauchgaszug (6) mit seinen unteren Wandüberhitzersammlern (9) über Stegbleche (10) mit den darunterliegenden Wandverdampfersammlern (7) kraftschlüssig sowie gasdicht verbunden und gleichzeitig über Konstanthänger (11) am Gerüst (12) aufgehängt ist.
2. 2. Ausbildung des ersten Zuges nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die untereinander verbundenen Sammler jeder Seite des Rauchgaszuges (6) in einer Ebene angeordnet sind und freiliegende Böden besitzen.
3. 3. Ausbildung des ersten Zuges nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die untereinander verbundenen Sammler in zwei Ebenen angeordnet sind und über Eck die Wandkante überragen.