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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austausch einer Kesselzone eines hängenden Kraftwerkskessels mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, wobei
- (a) der Kraftwerkskessel oberhalb der Brennerzone eine Wandung mit einer Vielzahl von parallel verlaufenden Rohren aufweist, deren Längsachse einen Winkel mit der Horizontalen bildet; und
- (b) der untere Teil des Kraftwerkskessels zumindest teilweise mit Bändern an einem oberen Teil des Kraftwerkskessels befestigt ist, wobei die Bänder im Bereich der zum Austausch vorgesehenen Kesselzone an den Rohren befestigt sind.
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Ein Kraftwerkskessel dient zur Erzeugung überhitzten Wasserdampfes zum Antreiben von Turbinen. Diese Turbinen erzeugen in einem Generator elektrische Energie. Brennmaterial, beispielsweise Braun- oder Steinkohle, wird in einer Brennerzone des Kraftwerkskessels verbrannt. Die dabei entstehende thermische Energie wird auf das Wasser übertragen, dass durch Rohre in der Kesselwandung oberhalb der Brennerzone fließt.
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Je höher die Temperatur des Wasserdampfes ist, um so höher ist der Wirkungsgrad der Anordnung. Umgekehrt altert das Rohrmaterial bei hohen Temperaturen im Bereich von beispielsweise 600°C. Dann besteht die Notwendigkeit, die Kesselzone mit den Rohren auszutauschen.
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Ein moderner Kraftwerkskessel, der als „Turmkessel“ konzipiert ist, ist etwa 100 bis 160 m hoch. Der gesamte Dampferzeuger ist hängend an einem Tragrost innerhalb eines Kesselhauses befestigt. Der Tragrost wird von einer Stützkonstruktion, dem sogenannten Kesselgerüst, getragen. Durch diese Anordnung kann sich die gesamte Kesselkonstruktion bei Betrieb frei nach unten ausdehnen. die Dehnung des Kessels kann bis zu über einen halben Meter betragen.
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Im unteren Bereich befindet sich die Brennerzone und ein Trichter. Oberhalb der Brennerzone ist das Wicklungsstück z.B. auf einer Höhe im Bereich von 55 bis 65 Metern mit den Wasserdampf-durchströmten Rohren vorgesehen. Eine Vielzahl von parallelen Rohren verläuft schräg spiralförmig nach oben. Die Rohre münden in einem Übergangsstück mit Sammler. Das Übergangsstück ist mit einer Vielzahl von parallelen, vertikalen Rohren verbunden.
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Zur Druckstabilisierung ist der Kraftwerkskessel wie ein Käfig mit horizontal verlaufenden Bandagenringen versehen, die durch vertikale Stiele verbunden sind. Die Bandagen werden über gelenkige Verbindungen, sogenannte Knochen, an der Kesselwand befestigt.
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Der untere Bereich des hängenden Kraftwerkskessels übt großen Zug auf den aus schräg verlaufenden Rohren bestehenden Wicklungsbereich aus. Der untere Bereich hängt daher an zusätzlichen Tragbändern in Form von Flacheisen. Die Tragbänder verlaufen vertikal. Die Tragbänder sind an der Kesselwand angeschweißt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Austausch einer Kesselzone eines eingangs genannten Kraftwerkskessels zu schaffen, das bei Beachtung der Kesselstatik einfach, in möglichst kurzer Zeit und kostengünstig verwirklicht werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst mit den Schritten:
- (i) Aufteilen jeder Seite der auszutauschenden Kesselzone in parallel zu den Längsachsen der Rohre verlaufende Register, wobei die Größe der Register derart ausgewählt ist, dass jedes Register im Bereich einer maximalen, statisch zulässigen Tragbandanzahl, vorzugsweise im Bereich von maximal einem Tragband liegt; und
- (ii) Ausschneiden und Austauschen der Register bis alle Register ausgetauscht sind.
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Vorzugsweise erstreckt sich jedes Tragband über wenigstens 3, vorzugsweise über wenigstens 4 und besonders bevorzugt über 4 bis 6 Register. Das hängt von der Größe der auszutauschenden Kesselzone ab.
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Der Austausch eines sehr großen Abschnitts der auszutauschenden Kesselzone ist zwar möglicherweise schneller zu bewerkstelligen. Die Handhabung des großen Teils ist jedoch schwierig. Die Aufteilung in vergleichsweise kleine Register hat den Vorteil, dass die Montageteile klein und leicht zu handhaben sind. Außerdem können die wirkenden Kräfte gering gehalten werden. Die Register werden so ausgetauscht, dass immer nur ein Tragband oder eine statisch maximal mögliche oder zulässige Anzahl von Tragbändern betroffen ist. Dadurch wird gewährleistet, dass die Statik zu jedem Zeitpunkt ausreicht. Der Austausch erfolgt innerhalb des Sicherheitsbereiches der Tragbänder. Der Ausfall eines Tragbandes ist bei der Statik bereits berücksichtigt und zulässig ohne dass die Konstruktion instabil wird.
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Vorzugsweise wird der jeweilige Tragbandabschnitt vor dem Entfernen der Register von diesen gelöst. Vorzugsweise werden immer nur solche Register gleichzeitig oder aufeinanderfolgend ausgetauscht, die mit dem gleichen Tragband verbunden waren, bevor Register ausgeschnitten werden, die mit einem anderen Tragband verbunden sind. Dadurch bleibt die Konstruktion während des gesamten Austauschprozesses stabil.
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Vorzugsweise werden mit neuen Registern auch neue, zusätzliche Tragbänder eingesetzt, die an anderer Stelle verlaufen, als die alten Tragbänder. Die neuen Tragbänder können insbesondere bereits vor dem Austausch befestigt werden. Dadurch wird die Konstruktion zusätzlich stabilisiert.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Aufteilung in Register auf gegenüberliegenden Seiten des Kraftwerkskessels gleich. Bei quadratischen Querschnitt des Kessels können sogar alle Seiten gleich aufgeteilt werden.
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Zur Beschleunigung des Austauschs, kann der Austausch auf gegenüberliegenden Seiten des Kessels gleichzeitig, bei ausreichender Statik sogar auf allen Seiten gleichzeitig erfolgen.
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Die Register können über bestehende Bühnenöffnungen im Kesselumfeld in den Montagebereich hinein bzw. aus dem Montagebereich heraus gebracht werden. Anders als beim Austausch großer Teile ist kein Transport mittig durch den Kessel selber erforderlich. Das vereinfacht den Transport. Die Aufteilung in kleine Register ermöglicht somit die Nutzung von – falls vorhanden – zwei oder mehr Transportwegen. Dadurch beschleunigen sich die Transporte zum Montageort.
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Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftwerkskessels.
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2 zeigt eine auszutauschende Kesselzone einer Seitenwand und ihre Aufteilung in Register.
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3 zeigt eine auszutauschende Kesselzone einer Vorder- oder Rückwand und ihre Aufteilung in Register.
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4 illustriert die Befestigung eines oberen Bandendes.
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5 ist ein horizontaler Querschnitt durch einen Kessel während des Austauschs einer Kesselzone.
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6 zeigt einen Kesselabschnitt während des Austauschs im Detail.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Der Kraftwerkskessel 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels entspricht dem Kraftwerkskessel in Boxberg/Deutschland. Er ist etwa 140 m hoch. Der gesamte Dampferzeuger ist hängend an einem Tragrost 20 innerhalb eines Kesselhauses befestigt. Der Tragrost 20 wird vom Kesselgerüst 29 getragen. Der Kraftwerkskessel 10 dient zur Erzeugung überhitzten Wasserdampfes zum Antreiben von Turbinen (nicht dargestellt). Diese Turbinen erzeugen in einem Generator elektrische Energie.
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Brennmaterial, beispielsweise Braun- oder Steinkohle, wird in einer Brennerzone 12 des Kraftwerkskessels 10 verbrannt. Die dabei entstehende thermische Energie wird auf das Wasser übertragen, dass durch Rohre in der Kesselwandung im Bereich 14 oberhalb der Brennerzone 12 fließt.
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Je höher die Temperatur des Wasserdampfes ist, um so höher ist der Wirkungsgrad der Anordnung. Umgekehrt altert das Rohrmaterial bei hohen Temperaturen im Bereich von beispielsweise 600°C. Dann besteht die Notwendigkeit, die Kesselzone mit den Rohren auszutauschen.
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1 zeigt einen hängenden Kraftwerkskessels 10 mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Es werden unterschieden: Vorderwand 100 (VW), Rückwand 102 (RW), Linke Seitenwand 104 (LSW) und Rechte Seitenwand 106 (RSW). Dies ist im Querschnitt in 5 gut zu erkennen. Im unteren Bereich befindet sich die Brennerzone 12 und ein Trichter 26.
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Oberhalb der Brennerzone 12 ist eine Wandung mit einer Vielzahl von parallel verlaufenden Rohren, deren Längsachsen einen Winkel von etwa 30° mit der Horizontalen bildet. Beispiele für diese Längsachsen sind mit 15 bezeichnet. Dies ist der Wicklungsbereich 14 dessen Rohre von Wasserdampf durchströmt sind. Die Rohre verlaufen parallel schräg spiralförmig nach oben. Die Rohre münden in einem Sammler 28. Der Sammler 28 ist mit den vertikalen Rohren der Zone 18 verbunden. Einzelne Längsachsen 19 der Rohre im Bereich 18 sind in 1 dargestellt.
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Der untere Bereich 12 des hängenden Kraftwerkskessels 10 übt großen Zug auf den aus schräg verlaufenden Rohren bestehenden Wicklungsbereich 14 aus. Der untere Teil 12 des Kraftwerkskessels 10 ist daher mit Bändern 16 am oberen Teil 14 und 18 des Kraftwerkskessels 10 befestigt. Das obere Ende der Bänder 16 ist an einem Kopf 30 mit einer Schweißnaht 31 angeschweißt. Der Kopf ist vollständig am Übergangsstück 28 und der Rohrwandung im oberen Bereich 18 angeschweißt. Die Bänder 16 sind mit alternierenden Schweißpunkten 33 und 35 jeweils rechts und links am Band an der Rohrwandung des Wicklungsteils 14 angeschweißt.
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Horizontale Bandagenringe 32 (1) verlaufen im Abstand von etwa 1 Meter über die gesamte Kesselhöhe. Jeder Bandagenring 32 wird über gelenkige Knochen (nicht dargestellt) an der Kesselwand befestigt.
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Der Austausch einer Kesselzone wird hier beispielhaft anhand des Austauschs des Übergangsstücks und des Wicklungsbereichs 14 erläutert. Hierzu wird der Bereich in Register unterteilt. Die Unterteilung ist an der Vorder- und Rückwand 100 und 102 gleich. Sie ist in 3 dargestellt. Auch die Unterteilung an der rechten und linken Seitenwand 104 und 106 ist gleich. Diese ist in 2 dargestellt.
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Der Austauschbereich 14 ist an der Vorder- und Rückseite in 22 Register aufgeteilt. An den Seitenwänden 104 und 106 ist der Austauschbereich 14 in 25 Register aufgeteilt. Die Register sind in 2 und 3 jeweils durchnummeriert und mit Reg.1, Reg.2 etc. bezeichnet. Man erkennt, dass die Aufteilung so ausgewählt ist, dass jeweils vier bis sechs Register in insgesamt 17 Registerspalten übereinander liegen. In jeder Registerspalte ist nur ein Tragband 16 vorgesehen. Der Übergangsstück 28 ist in eine korrespondierende Anzahl an Paneelen aufgeteilt, die in 2 und 3 mit P1, P2...P17 bezeichnet sind.
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Jedes der Register ist einige Meter lang und breit. Zur Montage und Demontage der Register sind daher Katzbahnen im Montagebereich installiert. Die Katzbahn ist eine Schiene, auf der eine Katze mit einer elektrischen Zugvorrichtung beweglich geführt ist. Die Katzbahnen sind in 5 dargestellt.
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Bühnen im Montagebereich weisen übereinanderliegende Bühnenöffnungen 40 und 42 auf, die sich über die gesamte Höhe des Kessels 10 erstrecken. Die Register können entsprechend über diese Bühnenöffnungen 40 und 42 an- und abtransportiert werden. Zwei Katzbahnen 44 und 46 verlaufen zwischen den Bühnenöffnungen 42 und der Kante zwischen Vorderwand 100 und rechter Seitenwand 106. Zwei Katzbahnen 48 und 50 verlaufen zwischen den Bühnenöffnungen 44 und der Kante zwischen Rückwand 102 und linker Seitenwand 104.
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Im Kesselinneren verlaufen ebenfalls Katzbahnen 52, 54, 56 und 58 parallel zur Kesselwand. Zu Beginn des Austauschs werden Register 4 und 5 der linken und rechten Seitenwand entfernt. Die Register 4 und 5 erstrecken sich etwas um die Kante 60 der jeweiligen Seitenwand 104 bzw. 106 herum. Durch die Entfernung dieser Register werden zwei Montageöffnungen gebildet, die auch in 5 zu erkennen sind.
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6 zeigt den Montagebereich im Schnitt. Man erkennt, dass dieser sowohl auf der Innenseite, als auch auf der Außenseite vollständig mit einer Rüstung 62 und 64 eingerüstet ist. Der Zugang zu den Registern erfolgt über Bühnen 66. Zwischen der inneren Rüstung 62 und dem Montagebereich 14 ist die Katzbahn – hier beispielhaft die Katzbahn 54 – zum Transport der Register zu erkennen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Register der Vorderseite 100 und der Rückseite 102 auf beiden Seiten gleichzeitig wie nachfolgend beschrieben in Richtung der Pfeile 68 und 70 in 3 und 5 ausgetauscht. Die Register der Seitenwände 104 und 106 werden an beiden Seitenwänden gleichzeitig wie nachfolgend beschrieben in Richtung der Pfeile 72 und 74 in 2 und 5 ausgetauscht. In 5 ist gut zu erkennen, dass alle Register mit einer der innenliegenden Katzbahnen 52, 54, 56 oder 58 zur nächstgelegenen Montageöffnung transportiert und von dort mit einer der außenliegenden Katzbahnen 44, 46, 48 oder 50 zu den Bühnenöffnungen 40 oder 42 transportiert werden können. Die, die Montageöffnungen bildenden Register 4 und 5 der linken und rechten Seitenwand werden zum Ende des Austauschs als letztes geschlossen.
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Der Austausch der Register erfolgt spaltenweise. Dabei werden immer die Register ausgetauscht, an denen das gleiche Band 16 befestigt ist, bevor eine weitere Spalte ausgetauscht wird. Beginnend an der Vorder- und Rückwand wird zunächst das Band 16 in der Spalte gelöst. Hierzu werden die Schweißnaht 31 zum Kopf 30 gelöst und die Schweißpunkte 33 und 35 entlang des Bandes. Anschließend werden die Panele P17 und P1 des Übergangsstücks entfernt. Weiterhin werden die Register Reg.1 bis 5 in der Vorder- und Rückwand durch die Montageöffnung bei den Register 4 und 5 in den Seitenwänden entfernt und die neuen Register Reg.1 bis Reg.5 und die Panele 17 und 1 montiert, sowie das Band 16 wieder angeschweißt. Spaltenweise werden so alle Panele P2...P5 und Register Reg.6 bis Reg.22 entfernt und durch neue Register ersetzt. Das neue Register wird dabei möglichst eingesetzt, bevor das nächste Register entfernt wird, um bei der großen Montagehöhe das Sicherheitsrisiko zu minimieren.
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Die Register Reg 1 bis Reg.25 der Linken und Rechten Seitenwand 104 und 106 werden anschließend ebenso ausgetauscht. Hier ist die Montagerichtung aber in umgekehrter Richtung – repreäsentiert durch Pfeil 72 in 2 –, d. h. es wird mit Panel P5 und Register Reg.21 begonnen und mit Register Reg.4 und Reg.5 abgeschlossen. Durch diese Vorgehensweise sind nur zwei Montageöffnungen erforderlich.
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Die Montage kann genutzt werden, um weitere Bänder 36 anzubringen. Zu jedem Zeitpunkt der Montage ist nur maximal ein Band pro Seite gelöst. Dadurch wird das statische Risiko minimiert. Es sind keine zusätzlichen Stützen erforderlich.
