DE102005058163A1

DE102005058163A1 - Abgaskamin

Info

Publication number: DE102005058163A1
Application number: DE102005058163A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Beukenberg; Gerhard Dr. Fruechtel; Emil Dipl.-Ing. Aschenbruck
Original assignee: MAN Turbo AG
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2025-12-06
Also published as: US7766731B2; US20070137638A1; DK200601575A; DE102005058163B4

Abstract

Ein Abgaskamin, insbesondere direkt hinter einer Gasturbine oder hinter dem Abhitzekessel einer Gasturbine, enthält eine als Metallrohr ausgebildete Kamininnenschale (1), die von einem mit Schüttgut (4) zur Schalldämpfung gefüllten Schalldämpfungsring (3) umgeben ist. Der Schalldämpfungsring (3) ist als Ringmantel (5) ausgebildet, der mit einem nach unten geneigten und mit der Kamininnenschale (1) fest verbundenen, unteren Abschlussblech (6) und mit einem nach oben geneigten, oberen Abschlussblech (7) versehen ist. Innerhalb des Ringmantels (5) sind Rippen (9) an der Kamininnenschale (1) befestigt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskamin, insbesondere direkt hinter einer Gasturbine oder hinter einem Abhitzekessel einer Gasturbine, mit einer als Metallrohr ausgebildeten Kamininnenschale mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Feuerungsanlagen im weiteren Sinne leiten ihre Verbrennungsgase über einen Abgaskamin in die Atmosphäre. Im industriellen Einsatz werden überwiegend dünnwandige Metallrohre als Kamininnenschale eingesetzt. Zur Reduzierung der Schallemissionen, die durch den vorgelagerten Verbrennungsprozess hervorgerufen werden, sind vielfach eine Außenisolation für die Abgaskamine und im Innenbereich der Abgaskamine oder deren Zuführung schalldämpfende Elemente eingesetzt.

Bei erhöhten Anforderungen an die Geräuschdämpfung sind die im Gasstrom angeordneten Schalldämpfer nicht mehr ausreichend, und es muss eine zusätzliche Dämpfung des Kaminkörpers erfolgen. Hierzu wird die Kamininnenschale mit einem schüttgutgefüllten Schalldämpfungsring umgeben, um eine Schallentkopplung und Schalldämpfung des Kaminkörpers vorzunehmen. Solche Schüttgutdämpfungsringe wurden bisher als geschlossene Ringe mit einem Rechteckprofil direkt auf dem Kamin geschweißt.

Die Kamininnenschale wird durch die Abgase relativ schnell aufgeheizt. Sind versteifende oder schalldämmende Materialanhäufungen an der Kaminstruktur erforderlich, so findet hier eine verzögerte Aufheizung statt, die je nach Rate des Temperaturanstiegs zu sehr hohen Wärmespannungen führen kann.

Zum Beispiel lassen sich Abgaskamine für Gasturbinenanlagen in der Temperaturführung nur sehr begrenzt beeinflussen und weisen zusätzlich ein hohes Temperaturniveau auf. Hierzu sind Vorkommnisse bekannt, die zur Beschädigung der Kaminanlage aufgrund zu hoher Wärmespannungen geführt haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Abgaskamin so zu gestalten, dass sprunghafte Temperaturanstiege in der Kamininnenschale vermieden und Dehnungsbehinderungen der Kamininnenschale im wesentlichen verhindert oder zumindest stark minimiert werden.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Abgaskamin erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren Vorteile sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.

Es zeigen

1 die Seitenansicht eines Abgaskamins nach dem Stand der Technik,

2 bis 5 die Einzelheit Z nach 1 jeweils für eine Ausführungsform der Erfindung und

3A den Schnitt A-A nach 3.

Von einem Abgaskamin, der beispielsweise direkt hinter einer Gasturbine oder hinter dem Abhitzekessel einer Gasturbinenanlage angeordnet wird, ist nur die Kamininnenschale 1 gezeigt. Die Kamininnenschale 1 besteht aus einem Metallrohr, das von einem nicht gezeigten Außenmantel umgeben ist. Um die Kamininnenschale 1 sind Ringe 2 angeordnet, die die Kamininnenschale 1 verstärken.
Im unteren Teil ist die Kamininnenschale 1 von einem Schalldämpfungsring 3 zur Dämpfung von Geräuschen umgeben, die aus den dem Kamin vorgeschalteten Aggregaten stammen. Der Schalldämpfungsring 3 besteht aus einem geschlossenen Ring, der gemäß dem Stand der Technik (1) ein Rechteckprofil aufweist und direkt an die Kamininnenschale 1 angeschweißt ist. Der Schalldämpfungsring 3 ist mit Sand oder einem anderen Schüttgut 4 gefüllt.
Bei der in 2 dargestellten ersten Variante der Erfindung ist ebenfalls ein mit Schüttgut 4 gefüllter Schalldämpfungsring 3 vorgesehen. Der Schalldämpfungsring 3 ist als ein aus einem dünnwandigen Blech gefertigter, in sich geschlossener Ringmantel 5 ausgebildet. Die Wanddicke des Ringmantels 5 ist höchstens halb so groß wie die Wanddicke der Kamininnenschale 1. Ein solcher Ringmantel 5 ist verhältnismäßig flexibel.
Das untere Ende des Ringmantels 5 ist schräg nach unten geneigt und bildet ein unteres, geneigtes Abschlussblech 6, das fest mit der Kamininnenschale 1 verbunden ist. Die Neigung des Abschlussbleches 6 gegenüber der Vertikalen entspricht etwa einem Winkelbereich von 15° bis 60°, vorzugsweise einem Winkel von etwa 30° zwischen der Innenseite des Ringmantels 5 und der Innenseite der Kamininnenschale 1. Durch das geneigte Abschlussblech 6 bleibt die Elastizität in der Anschlussverbindung erhalten, und sprunghafte Temperaturunterschiede zwischen der Kamininnenschale 1 und dem Ringmantel 5 werden vermieden.
Das obere Ende des Ringmantels 5 ist nach oben geneigt und bildet ein oberes, geneigtes Abschlussblech 7. Der Winkelbereich zwischen der Innenseite des Ringmantels 5 und der Innenseite der Kamininnenschale 1 beträgt etwa 15° bis 60°, vorzugsweise etwa 30°. Das obere Abschlussblech 7 des Ringmantels 5 hat keine Verbindung zur Kamininnenschale 1, so dass zwischen der Oberkante 8 des oberen Abschlussbleches 7 und der Kamininnenschale 1 ein Abstand besteht. Hierdurch werden eine axiale Dehnungsbehinderung und sprunghafte Temperaturunterschiede vermieden. Ferner kann sich kein Innendruck innerhalb des Ringmantels 5 aufbauen, da der Ringmantel 5 nach oben offen ist.
Innerhalb des Ringmantels 5 sind an die Kamininnenschale 1 Rippen 9 angeschweißt, die schräg nach oben gerichtet sind und in einem Abstand von der Wand des zylindrischen Teiles des Ringmantels 5 enden. Die Rippen 9 sorgen für einen besseren Wärmeübergang von der Kamininnenschale 1 auf das Schüttgut 4 und damit für eine kürzere Aufheizzeit des Schüttgutes 4. Ferner wird durch die Neigung der Rippen 9 erreicht, dass sich das Schüttgut 4 problemlos und lückenlos einfüllen lässt und die Anbindungsspannungen gegenüber einer rechtwinkeligen Anordnung deutlich reduziert werden. Diese Rippen werden vorzugsweise nicht als geschlossene Ringe eingesetzt.
Die zweite, in 3 dargestellte Variante entspricht weitgehend der ersten Variante gemäß 2. Jedoch ist der Ringmantel 5 kein in sich geschlossener Ring. Vielmehr ist der Ringmantel 5 aus Segmenten 10 (3A) aufgebaut. Hierdurch werden zusätzlich die Tangentialspannungen an der Kamininnenschale 1 reduziert.
Die dritte, in 4 dargestellte Variante entspricht hierbei weitgehend der ersten Variante gemäß 2. Jedoch ist das obere geneigte Abschlussblech 7 fest mit der Kamininnenschale 1 verbunden. In dem oberen Abschlussblech 7 sind vorteilhafterweise Entlüftungsöffnungen 11 angebracht. Auf diese Weise soll das Risiko reduziert werden, einen Innendruck innerhalb des Raumes des Ringmantels 5 entstehen zu lassen und dass Schmutz in die Schüttgutfüllung eindringt.
Die vierte, in 5 dargestellte Variante entspricht auch weitgehend der ersten Variante gemäß 2. Im unteren Abschlussblech 6 ist jedoch zusätzlich ein flexibles Element 12 nach Art eines Kompensators angeordnet. Durch das flexible Element 12 werden im Bereich des unteren Anschlusses durch Temperaturunterschiede hervorgerufene Spannungen nochmals reduziert.
Aufgrund der Gestaltung des Ringmantels 5 kann die Erfindung bei allen Metallkaminanlagen mit hohen Anforderungen an niedrige Schallemissionen und schnellen Raten an die Kaminaufheizdauer eingesetzt werden, wie diese Anforderungen in typischer Weise bei Gasturbinen vorliegen.

Claims

Abgaskamin, insbesondere direkt hinter einer Gasturbine oder hinter dem Abhitzekessel einer Gasturbine, mit einer als Metallrohr ausgebildeten Kamininnenschale (1), die von einem mit Schüttgut (4) zur Schalldämpfung gefüllten Schalldämpfungsring (3) umgeben ist, der an der Kamininnenschale (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfungsring (3) als Ringmantel (5) ausgebildet ist, dass der Ringmantel (5) mit einem nach unten geneigten und mit der Kamininnenschale (1) fest verbundenen, unteren Abschlussblech (6) und mit einem nach oben geneigten, oberen Abschlussblech (7) versehen ist, dass innerhalb des Ringmantels (5) Rippen (9) an der Kamininnenschale (1) befestigt sind und dass zwischen der Vorderkante der Rippen (9) und der Innenwand des Ringmantels (5) ein Abstand besteht.
Abgaskamin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (9) innerhalb des Ringmantels (5) nach oben geneigt sind.
Abgaskamin nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringmantel (5) oben offen ist und dass zwischen der Oberkante (8) des oberen Abschlussbleches 7 des Ringmantels (5) und der Kamininnenschale (1) ein Abstand besteht.
Abgaskamin nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem unteren Anschluss des Ringmantels (5) an die Kamininnenschale (1) ein flexibles Element (12) angeordnet ist.
Abgaskamin nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringmantel (5) in Umfangsrichtung aus Segmenten (10) besteht.
Abgaskamin nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Abschlussblech (7) des Ringmantels (5) mit der Kamininnenschale (1) fest verbunden ist und dass in dem oberen Abschlussblech (7) Entlüftungsöffnungen (11) angebracht sind.
Abgaskamin nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke des Ringmantels (5) höchstens halb so groß ist wie die Wanddicke der Kamininnenschale (1).