DE102023103912A1 - Method of making a coated tube and web component for use in an incinerator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohr-Steg-Bauteils (1, 1*, 1a) zur Verwendung in einer Verbrennungsanlage, umfassend zumindest die folgenden Schritte: Bereitstellen oder Herstellen zumindest eines Rohres (2'), vorzugsweise einer Mehrzahl an Rohren (2'), sowie zumindest eines Stegs (3', 3*), vorzugsweise einer Mehrzahl an Stegen (3', 3*), wobei vorzugsweise zumindest der Steg (3*), optional bei mehreren Stegen zumindest ein Teil der Stege (3*), im Wesentlichen aus einem metallischen Schutzmaterial (4), vorzugsweise Nickel, besteht; Beschichten des Rohres (2') und gegebenenfalls des Stegs bzw. zumindest eines Teils der Stege (3`), mittels zumindest eines galvanisch aufgebrachten metallischen Schutzmaterials (4); Verschweißen des beschichteten Rohres (2) und des beschichteten Stegs (3) und/oder des im Wesentlichen aus Schutzmaterial (4), vorzugsweise Nickel, bestehenden Stegs (3*) unter Bildung eines Rohr-Steg-Bauteils (1, 1*), unter Belassung einer durchgehenden äußeren Schutzmaterialoberfläche (O) auf dem Rohr-Steg-Bauteil (1, 1*, 1a). Außerdem wird ein entsprechendes Rohr-Steg-Bauteil (1, 1*), insbesondere eine Rohr-Steg-Rohr-Wand (1, 1*) und ein Überhitzer (1a), beschrieben.The invention relates to a method for producing a tube-web component (1, 1*, 1a) for use in an incineration plant, comprising at least the following steps: providing or producing at least one tube (2'), preferably a plurality of tubes ( 2'), and at least one web (3', 3*), preferably a plurality of webs (3', 3*), with preferably at least the web (3*), optionally at least a part of the webs (3 *), consists essentially of a metallic protective material (4), preferably nickel; Coating the tube (2') and optionally the web or at least part of the webs (3`) by means of at least one galvanically applied metallic protective material (4); Welding the coated pipe (2) and the coated web (3) and/or the web (3*) consisting essentially of protective material (4), preferably nickel, to form a pipe-web component (1, 1*), leaving a continuous outer protective material surface (O) on the tube-web component (1, 1*, 1a). A corresponding tube-fin component (1, 1*), in particular a tube-fin-tube wall (1, 1*) and a superheater (1a), is also described.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohr-Steg-Bauteils mit einer Schutzmaterialoberfläche zur Verwendung in einer Verbrennungsanlage.The invention relates to a method for producing a tube and web component with a protective material surface for use in an incinerator.
In Verbrennungsanlagen werden an vielen Stellen Rohr-Steg-Bauteile eingesetzt, also Bauteile, die aus mindestens einem Rohr und mindestens einem daran, vorzugsweise in Längsrichtung des Rohrs verlaufenden, angeschweißten Steg bestehen. Ein typisches Beispiel hierfür sind sogenannte Rohr-Steg-Rohr-Wände. Unter einer „Rohr-Steg-Rohr-Wand“ wird eine Wand aus parallel verlaufenden (Metall-) Hohlrohren bzw. Rohren verstanden, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Rohren jeweils ein Metallsteg (auch als sogenannte „Flosse“ bzw. „Membran“ bezeichnet) eingeschweißt ist, so dass die Wand rauchgasdicht wird. Solche Rohr-Steg-Rohr-Wände sind z. B. innen zur Energieumwandlung kühlwasserdurchströmt und kommen beispielsweise in Dampferzeugern für (Müll-, Sondermüll- oder Biomasse-) Verbrennungsanlagen oder (Industrie-) Kraftwerken zur Verbrennung bzw. Entsorgung fester, flüssiger und/oder gasförmiger, ggf. schadstoffhaltiger Brennstoffe in Brennräumen von deren Verbrennungsöfen als Brennraumbegrenzung sowie als Wände für die Rauchgaszüge zum Einsatz. Sie müssen aufgrund der dort vorherrschen extremen Bedingungen (unter anderem z. T. über 1000-1200° C) und Anforderungen eines 24/7-Dauerbetriebs der Anlagen möglichst nachhaltig und langfristig gegen Korrosion geschützt sein, um auf Dauer über eine möglichst lange Standzeit eine dichte Wand bilden zu können. Je glatter und gleichmäßiger dabei die Oberfläche, desto weniger Partikel bleiben an der Rohr-Steg-Rohr-Wand haften und desto weniger Schwachstellen bzw. Angriffspunkte für Korrosion gibt es.Tube-web components are used in many places in incinerators, ie components which consist of at least one tube and at least one web welded thereto, preferably running in the longitudinal direction of the tube. A typical example of this are so-called tube-web-tube walls. A "tube-web-tube-wall" is understood to be a wall made of parallel (metal) hollow tubes or tubes, with a metal web (also referred to as a so-called "fin" or "membrane") between each two adjacent tubes. is welded in so that the wall is smoke gas-tight. Such tube web tube walls are z. B. cooling water flows inside for energy conversion and come, for example, in steam generators for (waste, hazardous waste or biomass) incineration plants or (industrial) power plants for the combustion or disposal of solid, liquid and / or gaseous, possibly polluted fuels in combustion chambers of their Incinerators are used to limit the combustion chamber and as walls for the flue gas flues. Due to the extreme conditions prevailing there (sometimes over 1000-1200° C) and the requirements of 24/7 continuous operation of the systems, they must be protected against corrosion as sustainably and long-term as possible in order to have a long service life as long as possible to form a tight wall. The smoother and more even the surface, the fewer particles stick to the pipe-web-pipe wall and the fewer weak points or points of attack for corrosion.
Aus der Praxis sind grundsätzlich bereits Verfahren zur Beschichtung, wie z. B. Vernickelung von solchen Rohr-Steg-Rohr-Wänden bekannt. Konventionell werden Rohr-Steg-Rohr-Wände in immer größer werdenden Abschnitten fertig zusammengeschweißt und anschließend mit einem dünnen Metallüberzug als Korrosionsschutzschicht, wie z. B. Nickel beschichtet. Wie allgemein bekannt, gehen damit viele Probleme einher, für die es bisher nur sehr aufwändige, bedingt zufriedenstellende Lösungen gibt. So können typischerweise Probleme auftreten, wenn z. B. keine ausreichend gleichmäßige Schichtdickenverteilung der Beschichtung erreicht wurde. Ungleichmäßige Schichtdicken sorgen nämlich für ungleichmäßige Wärmeleitfähigkeiten, was einen Wirkungsgrad bei der Wärmeübertragung negativ beeinflussen kann. Zudem können ungleichmäßige Schichtdicken gegebenenfalls auch eine nachträgliche Verformbarkeit der Rohr-Steg-Rohr-Wand beeinflussen. Tatsächlich ist eine Ausbiegung von Rohr-Steg-Rohr-Wänden, z. B. zur Integration bzw. Einbindung einer Wartungstür oder zur Integration eines Brenners in eine Wandfläche eines Brennraums etc., mit erheblichem Aufwand verbunden.In practice, methods for coating such. B. nickel plating of such tube-web-tube walls is known. Conventionally, tube-web-tube-walls are welded together in ever larger sections and then covered with a thin metal coating as an anti-corrosion layer, e.g. B. nickel coated. As is generally known, this entails many problems for which there have previously only been very complex, conditionally satisfactory solutions. Typically, problems can arise when e.g. B. no sufficiently uniform layer thickness distribution of the coating was achieved. Non-uniform layer thicknesses ensure non-uniform thermal conductivities, which can have a negative effect on heat transfer efficiency. In addition, non-uniform layer thicknesses can also influence subsequent deformability of the tube-web-tube wall. In fact, a deflection of tube web tube walls, z. B. for the integration or inclusion of a maintenance door or for the integration of a burner in a wall surface of a combustion chamber, etc., associated with considerable effort.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfacheres alternatives Verfahren zur Herstellung beschichteter Rohr-Steg-Bauteile und derart einfacher hergestellte Rohr-Steg-Bauteile, insbesondere Rohr-Steg-Rohr-Wände oder Überhitzer mit Flossen, anzugeben.It is the object of the present invention to specify a simpler, alternative method for producing coated tube-fin components and tube-fin components produced in a simpler manner in this way, in particular tube-fin-tube walls or superheaters with fins.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung nach Patentanspruch 1 und ein Rohr-Steg-Bauteil nach Patentanspruch 8 gelöst.This object is achieved by a manufacturing method according to
Das eingangs genannte Verfahren zur Herstellung eines Rohr-Steg-Bauteils umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- Zunächst wird in einem ersten Schritt zumindest ein separates, längliches Rund-Rohr bzw. Rohr sowie zumindest ein dazu separater Steg bereitgestellt oder hergestellt.
- In a first step, at least one separate, elongate round tube or pipe and at least one web separate therefrom are provided or manufactured.
Dabei handelt es sich in der Regel (und bevorzugt) um gerade, längliche Rohre. Stege sind flache, streifenförmige Breitflachstahl-Abschnitte oder -Zuschnitte. Sofern die Stege zur Verbindung zweier Komponenten dienen, also z. B. zwei Rohre, gerade, stegförmig verbinden, werden sie hier Verbindungsstege genannt. Von Fachleuten auf diesem Gebiet werden Stege, insbesondere Verbindungsstege, aufgrund ihrer ursprünglichen Herstellungsweise manchmal auch noch als „Flossen“ bezeichnet.These are usually (and preferably) straight, elongate tubes. Webs are flat, strip-shaped wide flat steel sections or cuts. If the webs are used to connect two components, ie z. B. connect two pipes, straight, web-like, they are here called connecting webs. Bars, especially connecting bars, are sometimes also referred to as "fins" by experts in this field because of their original method of manufacture.
Vorzugsweise kann in einem ersten Schritt eine Mehrzahl an Rohren sowie vorzugsweise eine Mehrzahl an Stegen bereitgestellt oder hergestellt werden. Beispielsweise können ein Rohr sowie zwei Stege bereitgestellt oder hergestellt werden.A plurality of tubes and preferably a plurality of webs can preferably be provided or produced in a first step. For example, a tube and two webs can be provided or manufactured.
Besonders bevorzugt können hierbei Rohre und Stege verwendet werden, welche beispielsweise jeweils Metalle und/oder eine Legierung, besonders bevorzugt Stahl, umfassen.Tubes and webs can particularly preferably be used here, which, for example, each comprise metals and/or an alloy, particularly preferably steel.
In einem zweiten Schritt werden zumindest das Rohr, oder bei mehreren Rohren zumindest ein Teil der Rohre, und zumindest der Steg - oder bei mindestens zwei Rohren die Stege z. B. als Verbindungsstege - in einem noch voneinander getrennten Zustand mittels zumindest einer aufgebrachten metallischen Schutzmaterial-Schicht, d. h. einer Schicht aus Schutzmaterial, beschichtet. Dies kann z. B. zeitlich parallel oder auch völlig unabhängig voneinander erfolgen.In a second step, at least the tube, or at least a part of the tubes in the case of several tubes, and at least the web-or, in the case of at least two tubes, the webs z. B. as connecting webs - in a still separate state by means of at least one applied metallic protective material layer, d. H. a layer of protective material. This can e.g. B. parallel in time or completely independently of each other.
Vorzugsweise kann es sich bei dem Schutzmaterial um Nickel handeln. Die Schutzmaterial-Schicht ist aber nicht auf ein einzelnes Schutzmaterial beschränkt. Vielmehr könnte sie auch mehrere Komponenten umfassen, die gemeinsam ein Schutzmaterial bilden, wie z. B. Legierungen aus Nickel, Chrom, Molybdän und/oder Kobalt.Preferably, the protective material can be nickel. However, the protective material layer is not limited to a single protective material. Rather, it could also include several components that together form a protective material such. B. alloys of nickel, chromium, molybdenum and / or cobalt.
Vorzugsweise werden speziell bei einer Rohr-Steg-Rohr-Wand alle für die Rohr-Steg-Rohr-Wand verwendeten Rohre und Verbindungsstege oder Halbstege (Halbstege dienen als seitlicher Abschluss einer Rohr-Steg-Rohr-Wand, um diese mit einer weiteren Rohr-Steg-Rohr-Wand zu verbinden) in dem noch voneinander getrennten Zustand mit einer Schutzmaterial-Schicht, besonders bevorzugt Nickelschicht, versehen.Especially in the case of a tube-web-tube wall, all tubes and connecting webs or half-webs used for the tube-web-tube wall (half-webs serve as the lateral termination of a tube-web-tube wall in order to To connect web tube wall) in the still separate state with a protective material layer, particularly preferably nickel layer provided.
Tatsächlich ist dies jedoch für das weitere Verfahren nur insoweit relevant, als dass die verwendeten Rohre und Verbindungsstege oder Halbstege eine Schutzmaterialoberfläche aufweisen. Daher kann optional auch zumindest ein Steg oder bei mehreren Stegen ein Teil der Stege im Wesentlichen aus Schutzmaterial, vorzugsweise aus Nickel, bestehen. Im Wesentlichen aus Schutzmaterial meint, dass der betreffende Teil der Stege zu mindestens 95%, vorzugsweise mindestens 98%, besonders bevorzugt mindestens 99%, ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen 100%, aus Schutzmaterial, insbesondere Nickel, besteht.In fact, however, this is only relevant for the further process to the extent that the tubes and connecting webs or half webs used have a protective material surface. Therefore, at least one web or, in the case of several webs, a part of the webs can optionally also consist essentially of protective material, preferably nickel. Essentially made of protective material means that the relevant part of the webs consists of at least 95%, preferably at least 98%, particularly preferably at least 99%, very particularly preferably essentially 100% of protective material, in particular nickel.
Bei solchen bereits im Wesentlichen aus Schutzmaterial, insbesondere Nickel, bestehenden Stegen ist eine Schutzmaterial-Beschichtung natürlich obsolet, da deren Oberfläche ohnehin bereits aus dem Schutzmaterial besteht. Die Möglichkeit, Schutzmaterial-Vollmaterial, wie z. B. Nickel-Vollmaterial zu verwenden, besteht insbesondere für die Stege, da diese nicht als Druckteil ausgeführt werden.In the case of such webs which are already essentially made of protective material, in particular nickel, a protective material coating is of course obsolete since their surface already consists of the protective material anyway. The possibility of protective material solid material, such. B. use of solid nickel material, especially for the webs, since they are not designed as a pressure part.
Erfindungsgemäß werden zumindest das beschichtete Rohr und der beschichtete Steg und/oder ein im Wesentlichen aus Schutzmaterial bestehender Steg zu einem Rohr-Steg-Bauteil unter Belassung einer durchgehenden, d. h. durchweg intakten, äußeren Schutzmaterialoberfläche auf dem fertigen Rohr-Steg-Bauteil verschweißt. Durchgehend bzw. durchweg intakt meint, dass das Rohr-Steg-Bauteil entlang seiner Oberfläche bzw. oberflächig von einer durchgängigen Schutzmaterial-Schicht umgeben ist, welche möglichst keinerlei Unterbrechungen aufweist.According to the invention, at least the coated pipe and the coated web and/or a web consisting essentially of protective material are converted into a pipe-web component while leaving a continuous, i. H. welded to the finished tube-web component with a consistently intact outer protective material surface. Continuously or consistently intact means that the tube-web component is surrounded along its surface or superficially by a continuous protective material layer, which has as few interruptions as possible.
Ein erfindungsgemäßes Rohr-Steg-Bauteil umfasst dementsprechend zumindest ein Rohr, welches mit zumindest einem Steg verschweißt ist.Accordingly, a tube-web component according to the invention comprises at least one tube which is welded to at least one web.
Dabei sind das Rohr und gegebenenfalls der Steg bzw. zumindest ein Teil der Stege (bei mehreren Stegen) mittels zumindest eines galvanisch aufgebrachten Schutzmaterials, vorzugsweise Nickel, beschichtet. Optional kann der Steg auch direkt im Wesentlichen aus Nickel bestehen, so dass dieser keine Schutzmaterial-Beschichtung benötigt.The tube and optionally the web or at least a part of the webs (if there are several webs) are coated with at least one protective material, preferably nickel, which is applied galvanically. Optionally, the web can also essentially consist directly of nickel, so that it does not require a protective material coating.
Erfindungsgemäß sind zudem das beschichtete Rohr und der beschichtete Steg und/oder der im Wesentlichen aus Nickel bestehende Steg zu einem Rohr-Steg-Bauteil unter Belassung mindestens einer durchgehenden äußeren Schutzmaterialoberfläche auf dem Rohr-Steg-Bauteil, sowie vorzugsweise auch einer durchgehenden Schutzmaterialoberfläche zwischen dem Steg und dem Rohr, verschweißt.According to the invention, the coated tube and the coated web and/or the web consisting essentially of nickel are formed into a tube-web component while leaving at least one continuous outer protective material surface on the tube-web component, and preferably also a continuous protective material surface between the Web and the tube, welded.
Mit dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren kann der aufwändige Prozess der Vernickelung eines mitunter sehr komplexen, fertigt verschweißten Rohr-Steg-Bauteils aus zumindest einem Rohr und einem Steg, insbesondere einer Rohr-Steg-Rohr-Wand (wie weiter unten noch genauer erläutert wird) aus mehreren verschweißten Rohren sowie Stegen, mit all den eingangs genannten Problemstellungen, wie z. B. einer ungleichmäßigen Schichtdicke, Härte, Wärmeleitfähigkeit etc. aufgrund enger Innenwinkel und einer komplexen geometrischen Kontur, weitestgehend entfallen bzw. umgangen werden. Weiter wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht, dass eine üblicherweise notwendige Nacharbeit an einem Rohr-Steg-Bauteil, z. B. an den Rändern etc. nach dem Beschichten nahezu entfallen kann. Das Verfahren ist somit einfacher als die derzeit bekannten Methoden, da z. B. beim Beschichten der einzelnen Rohre und Stege, ohne Masken bzw. Abdeckungen gearbeitet werden kann, da die zu beschichtenden Konturen der einzelnen Komponenten aufgrund ihrer gleichmäßigen Geometrie vergleichsweise einfach und unproblematisch zu beschichten sind. Durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren können also eine Prozessgeschwindigkeit erhöht und letztlich Kosten reduziert werden. Trotz des geringfügigen Mehrbedarfs an Schutzmaterial, wie z. B. Nickel, bei der Beschichtung der einzelnen Rohre und Stege (da ja auch die Schicht zwischen den Rohren und Stegen aufgetragen werden muss und die Stege wegen der höheren Effizienz in der Regel beidseits vernickelt werden) kann sich insgesamt sogar ein geringerer Materialaufwand ergeben, da die Schichten gleichmäßiger sind und somit keine unnötig starken Schichten benötigt werden, um Unregelmäßigkeiten auszugleichen, und zudem insgesamt der Ausschuss reduziert werden kann.With the manufacturing method according to the invention, the complex process of nickel-plating a sometimes very complex, manufactured welded tube-web component made of at least one tube and one web, in particular a tube-web-tube wall (as explained in more detail below) can be made of several welded pipes and webs, with all the problems mentioned at the beginning, such as e.g. B. an uneven layer thickness, hardness, thermal conductivity, etc. due to narrow internal angles and a complex geometric contour, largely eliminated or avoided. Next is achieved with the method according to the invention that a rework that is usually necessary on a pipe-web component, e.g. B. at the edges etc. can be almost eliminated after coating. The method is thus simpler than the currently known methods, since z. B. when coating the individual tubes and webs, can be used without masks or covers, since the contours of the individual components to be coated are comparatively easy and unproblematic to coat due to their uniform geometry. The production method according to the invention can therefore increase a process speed and ultimately reduce costs. Despite the slight additional need for protective material, such. B. nickel, when coating the individual tubes and bars (since the layer between the tubes and bars must also be applied and the bars are usually nickel-plated on both sides because of the higher efficiency), the overall material expenditure can even be lower, since the layers are more uniform and therefore no unnecessarily thick layers are needed to compensate for irregularities, and the overall reject rate can also be reduced.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird außerdem erreicht, dass ein logistischer Aufwand verringert werden kann, da das Rohr-Steg-Bauteil, insbesondere die Rohr-Steg-Rohr-Wand, ohne Längenbeschränkung durch das Bad mit Hilfe einer Membranwandschweißmaschine großtechnisch gefertigt werden kann.The construction according to the invention also means that logistical effort can be reduced, since the tube-web component, in particular the tube-web-tube wall, can be manufactured on an industrial scale with the aid of a membrane wall welding machine without length limitations imposed by the bath.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen und Ausführungsbeispielen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.Further, particularly advantageous refinements and developments of the invention result from the dependent claims and the following description, whereby the independent claims of one claim category can also be developed analogously to the dependent claims and exemplary embodiments of another claim category and in particular also individual features of different exemplary embodiments or variants can be combined to form new exemplary embodiments or variants.
Als Rohr-Steg-Bauteile kommen verschiedene Bauteile bzw. Varianten in Frage.Various components or variants can be used as tube-web components.
Nach einer bevorzugten Variante kann das Rohr-Steg-Bauteil eine bereits mehrfach erwähnte Rohr-Steg-Rohr-Wand umfassen.According to a preferred variant, the tube-web component can comprise a tube-web-tube wall that has already been mentioned several times.
Hierzu können vorzugsweise jeweils zumindest zwei Rohre mit zumindest einem Steg als Verbindungssteg dazwischen und besonders bevorzugt zwei seitlichen Halbstegen, unter Bildung einer fertigen Rohr-Steg-Rohr-Wand verschweißt werden. D. h. es wird üblicherweise an die beiden äußeren Rohre der Rohr-Steg-Rohr-Wand jeweils als Abschluss - und zur einfachen Verschweißung z. B. vor Ort in einer Verbrennungsanlage, nämlich beispielsweise mit einer weiteren solchen Rohr-Steg-Rohr-Wand - ein Halbsteg angeschweißt, d. h. tatsächlich schließt die Rohr-Steg-Rohr-Wand an den seitlichen Rändern jeweils mit einem Steg ab. Zum Aufbau einer Rohr-Steg-Rohr-Wand können dabei beliebig viele Rohre und Stege aneinandergeschweißt werden, je nachdem wie breit die Wand letztlich sein soll. Wegen einer besseren Handhabung sind Wände mit einer Breite von sechs bis acht Rohren und jeweils dazwischen befindlichen Stegen sowie zwei endseitigen Stegen relativ häufig. Daher gibt es schon Produktionsanlagen, die sechs bis acht Rohre (und die Stege) parallel zu solchen Rohr-Steg-Rohr-Wänden zusammenschweißen.For this purpose, preferably at least two tubes with at least one web as a connecting web between them and particularly preferably two lateral half webs can be welded to form a finished tube-web-tube wall. i.e. it is usually attached to the two outer tubes of the tube-web-tube-wall in each case as a conclusion - and for simple welding, e.g. B. on site in an incinerator, namely, for example, with another such pipe-web-pipe-wall - welded a half web, d. H. in fact, the tube-bar-tube-wall ends with a bar at each of the lateral edges. To build a tube-web-tube wall, any number of tubes and webs can be welded together, depending on how wide the wall should ultimately be. For better handling, walls with a width of six to eight tubes and webs in between and two webs at the end are relatively common. That is why there are already production systems that weld six to eight tubes (and the webs) together in parallel to form such tube-web-tube walls.
Insbesondere können beispielsweise die beschichteten Rohre und beschichteten Stege als Verbindungsstege und/oder die im Wesentlichen aus Schutzmaterial bestehenden Stege als Verbindungsstege dazwischen zu einer Rohr-Steg-Rohr-Wand unter Belassung einer durchgehenden, d. h. durchweg intakten, äußeren Schutzmaterialoberfläche auf der fertigen Rohr-Steg-Rohr-Wand verschweißt werden.In particular, for example, the coated pipes and coated webs can be used as connecting webs and/or the webs consisting essentially of protective material as connecting webs between them to form a pipe-web-pipe wall, leaving a continuous, i.e. H. be welded to the finished pipe-web-pipe-wall with a consistently intact outer protective material surface.
Für den Vorgang des Beschichtens, vorzugsweise Vernickelns, des Verfahrens zur Herstellung eines beschichteten Rohr-Steg-Bauteils, insbesondere beschichteter Rohr-Steg-Rohr-Wände, gibt es verschiedene Möglichkeiten.There are various options for the process of coating, preferably nickel-plating, of the method for producing a coated tube-fin component, in particular coated tube-fin-tube walls.
Unter anderem als Korrosionsschutz werden die Rohre und Stege mittels zumindest einer galvanisch aufgebrachten Schutzmaterial-Schicht, wie z. B. einer Nickelschicht aus Reinnickel, insbesondere Reinstnickel mit 99,99% mit Nickelanteil, beschichtet bzw. vernickelt. Beispielsweise kann sich dabei eine wenige Millimeter umfassende Nickelschicht auf den Rohren und Stegen abscheiden. Für eine besonders sichere Korrosionsschutzschicht kann die Schutzmaterial-Schicht z. B. 3 mm umfassen, um Material zu sparen sogar ggf. nur 2 mm.Among other things, as a protection against corrosion, the tubes and webs are protected by means of at least one galvanically applied layer of protective material, such as e.g. B. a nickel layer of pure nickel, especially pure nickel with 99.99% nickel content, coated or nickel-plated. For example, a few millimeters of nickel can be deposited on the tubes and webs. For a particularly safe anti-corrosion layer, the protective material layer z. B. include 3 mm to save material even possibly only 2 mm.
Um noch mehr Schutzmaterial einzusparen, kann die Schutzmaterial-Schicht vorzugsweise höchstens 1,3 mm, besonders bevorzugt höchstens 1,1 mm betragen.In order to save even more protective material, the protective material layer can preferably be at most 1.3 mm, particularly preferably at most 1.1 mm.
Alternativ oder zusätzlich kann die Schutzmaterial-Schicht bevorzugt mindestens 0,5 mm, besonders bevorzugt mindestens 0,9 mm aufweisen.Alternatively or additionally, the protective material layer can preferably have at least 0.5 mm, particularly preferably at least 0.9 mm.
D. h. ganz besonders bevorzugt ist eine Schutzmaterial-Schicht zwischen 0,9 mm und 1,1 mm.i.e. a protective material layer between 0.9 mm and 1.1 mm is very particularly preferred.
Durch das erfindungsgemäße Vorgehen, die Rohre und Stege vor dem Zusammenschwei-ßen zu beschichten, benötigt das erfindungsgemäße Herstellverfahren, wenn die Rohre und Stege galvanisch vernickelt werden, vorteilhaft kein derartig großes galvanisches Bad, wie es z. B. zur galvanischen Vernickelung einer 6 × 2 m großen, fertig verschweißten Flossenwand bzw. Rohr-Steg-Rohr-Wand aus einem Stück benötigt wird.Due to the procedure according to the invention of coating the tubes and webs before they are welded together, the manufacturing method according to the invention advantageously does not require such a large galvanic bath, if the tubes and webs are galvanically nickel-plated, as is the case, for. B. for galvanic nickel plating of a 6 × 2 m large, ready-welded fin wall or tube-web-tube-wall made of one piece.
Auch für den Vorgang des Verschweißens gibt es weitere, bevorzugte Möglichkeiten.There are also other preferred options for the welding process.
Grundsätzlich ist es möglich, die Rohre und Stege konventionell, beispielsweise mittels Metall-Aktiv-Gas-Schweißen (MAG-Schweißen) oder Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG-Schweißen) bzw. engl. „Tungsten inert gas welding“ (TIG) unter Schutzgas zusammen zu schweißen. Alternativ ist es z. B. auch möglich, die Rohre und Stege konventionell mittels Unterpulverschweißen (UP-Schweißen) bzw. engl. „Submerged Arc Welding“ (SAW) unter einer Schicht aus grobkörnigem mineralischem Schweißpulver zusammen zu schweißen.In principle, it is possible to weld the tubes and webs conventionally, for example by means of metal active gas welding (MAG welding) or tungsten inert gas welding (TIG welding) or English. "Tungsten inert gas welding" (TIG) to weld together under protective gas. Alternatively, it is z. B. also possible, the tubes and webs conventionally by means of submerged arc welding (submerged arc welding) or engl. Submerged Arc Welding (SAW) under a layer of coarse-grained mineral welding powder.
Bei Anwendung derartiger Schweißverfahren, welche mit relativ viel Wärmeeintrag arbeiten und damit Spannungen in der Korrosionsschutzschicht bzw. Schutzmaterial-Schicht erzeugen, kann es dann vorteilhaft sein, um die Korrosionsbeständigkeit der verschweißten Komponenten nach dem Verschweißen möglichst wieder vollständig herzustellen, die Komponenten, z. B. mittels eines Nagelbands, zu klopfen, um so die durch den Wärmeeintrag erzeugten Spannungen wieder zu lösen und die Oberfläche (im Bereich der Schweißnähte sowie in einem Umgebungsbereich um die Schweißnähte) nachträglich zu verfestigen.When using such welding methods, which work with a relatively high heat input and thus generate stresses in the anti-corrosion layer or protective material layer, it can then be advantageous to restore the corrosion resistance of the welded components as completely as possible after welding make the components, e.g. B. by means of a nail strip, in order to release the stresses generated by the heat input and to subsequently strengthen the surface (in the area of the weld seams and in an area surrounding the weld seams).
Vorzugsweise kann das Verschweißen der Rohre und Stege jedoch mittels eines Laser-Hybrid-Verfahrens durchgeführt werden. Beim Laser-Hybrid-Schweißen erhitzt ein Laserstrahl zunächst die Oberfläche des Bauteils und erzeugt einen tiefen, schmalen Einbrand. Der Lichtbogen bildet daraufhin ein breites Schmelzbad für hervorragende Spaltüberbrückbarkeit aus. Gleichzeitig lässt sich damit bei Bedarf eine große Einbrandtiefe erzeugen, wie später noch anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wird. Gegenüber konventionellen Schweißverfahren wird beim Laser-Hybrid-Schweißen weniger Energie eingebracht. Dadurch wird das Rohr-Steg-Bauteil, insbesondere die Rohr-Steg-Rohr-Wand, einer geringeren Beanspruchung bzw. Belastung ausgesetzt, wodurch ein Korrosionsrisiko der zusammengeschweißten Komponenten im Einsatz verringert werden kann, da die vor Korrosion schützende Schutzmaterial-Schicht mit höherer Wahrscheinlichkeit beim Verschwei-ßen vollständig in Takt bleibt.However, the welding of the tubes and webs can preferably be carried out by means of a laser hybrid method. In laser hybrid welding, a laser beam first heats the surface of the component and creates a deep, narrow penetration. The arc then forms a wide weld pool for excellent gap bridging ability. At the same time, if necessary, a large penetration depth can be generated, as will be explained later using an exemplary embodiment. Compared to conventional welding processes, laser hybrid welding uses less energy. As a result, the tube-web component, in particular the tube-web-tube wall, is exposed to less stress or stress, which means that a risk of corrosion of the welded components can be reduced in use, since the protective material layer protecting against corrosion is more likely to remains completely intact during welding.
Vorzugsweise kann das Verschweißen derart erfolgen, dass nur innerhalb einer, z. B. der obersten, vorzugsweise der aufgebrachten, Schutzmaterial-Schicht verschweißt wird und somit überall auf dem Rohr-Steg-Bauteil, insbesondere der Rohr-Steg-Rohr-Wand, oberflächig eine durchgehende Schutzmaterialoberfläche verbleibt. Damit ist gemeint, dass das unbeschichtete Metall darunter nirgends zur Oberfläche hin freigelegt ist.Preferably, the welding can be done in such a way that only within a z. B. the uppermost, preferably the applied, protective material layer is welded and thus everywhere on the tube-web component, in particular the tube-web-tube wall, a continuous protective material surface remains. By this is meant that the uncoated metal underneath is never exposed to the surface.
Wenn man ein beschichtetes Rohr und einen beschichteten Steg hat, kann beispielsweise bei einer Rohr-Steg-Rohr-Wand überall auf der Oberfläche der Rohr-Steg-Rohr-Wand eine durchgehende Schutzmaterial-Schicht verbleiben. Damit ist gemeint, dass das unbeschichtete Metall auch an den Stellen nicht zur Oberfläche hin freigelegt ist, wo es mit einem damit verschweißten weiteren Rohr bzw. Verbindungssteg später wieder nach Abschluss des Schweißvorgangs bedeckt wäre bzw. wird. D. h., dass auch zwischen den Rohren und Verbindungen an der Schweißstelle eine Schutzmaterial-Schicht verbleibt.For example, if one has a coated tube and a coated web, a tube-web-tube wall can remain with a continuous protective material layer all over the surface of the tube-web-tube wall. This means that the uncoated metal is also not exposed to the surface at the points where it would be or will be covered again later after the end of the welding process with a further pipe or connecting piece welded thereto. This means that a layer of protective material also remains between the pipes and connections at the welding point.
Vorzugsweise kann beim Verschweißen ein Einbrand mit einer Tiefe von vorzugsweise weniger als 2 mm, besonders bevorzugt weniger als 1,5 mm, weiter bevorzugt weniger als 1 mm, erzeugt werden. Dabei kann der Einbrand weniger tief als eine Schichtdicke der aufgebrachten Schutzmaterial-Schicht in die aufgebrachte Schutzmaterial-Schicht hineinreichen.Preferably, a penetration with a depth of preferably less than 2 mm, particularly preferably less than 1.5 mm, further preferably less than 1 mm, can be produced during the welding. In this case, the penetration into the applied protective material layer can extend less deeply than a layer thickness of the applied protective material layer.
Besonders bevorzugt kann der Einbrand höchstens bis zu ca. zwei Drittel, weiter bevorzugt sogar nur höchstens bis zur Hälfte in die aufgebrachte Schutzmaterial-Schicht hineinreichen. Damit wird sichergestellt, dass die aufgebrachte Schutzmaterial-Schicht möglichst nicht verletzt wird, d. h. eine durchgehende Schutzmaterial-Schicht bzw. Schutzmaterialoberfläche auf dem Rohr-Steg-Bauteil verbleibt.Particularly preferably, the burn-in can extend at most up to approximately two-thirds, more preferably even at most only up to half into the protective material layer applied. This ensures that the protective material layer applied is not damaged as far as possible, i. H. a continuous protective material layer or protective material surface remains on the tube-web component.
Wie bereits oben erwähnt, kann zumindest einer der im Wesentlichen aus Schutzmaterial, vorzugsweise Nickel, bestehenden Stege zu vorzugsweise mindestens 95%, besonders bevorzugt mindestens 98%, weiter bevorzugt mindestens 99% und ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen 100% aus Schutzmaterial bereitgestellt oder hergestellt werden.As already mentioned above, at least one of the webs consisting essentially of protective material, preferably nickel, can be provided or produced from preferably at least 95%, particularly preferably at least 98%, more preferably at least 99% and very particularly preferably essentially 100% of protective material .
Vorzugsweise kann das Rohr-Steg-Bauteil eine mehrteilige Rohr-Steg-Rohr-Wand umfassen, bei welcher (eine Mehrzahl an bzw.) mehrere Rohre und Stege als Verbindungsstege zwischen den Rohren sowie optional zwei seitliche bzw. außenliegende Halbstege als Abschluss der beiden äußersten bzw. endseitigen Rohre (an die sich zumindest zu diesem Zeitpunkt keine weiteren Verbindungsstege für weitere Rohre anschließen, da die Rohr-Steg-Rohr-Wand in der betreffenden, praktischen Größe konfektioniert bzw. gefertigt wird, damit sie sich im Straßenverkehr logistisch noch mit vertretbarem Aufwand zum Einsatzort liefern lässt) zu einer fertigen Rohr-Steg-Rohr-Wand verschweißt sind. Damit ist gemeint, dass je ein Steg zwischen zwei Rohren eingeschweißt ist.The tube-web component can preferably comprise a multi-part tube-web-tube wall in which (a plurality of or) several tubes and webs as connecting webs between the tubes and optionally two lateral or external half-webs as a termination of the two outermost ones or end-side pipes (which, at least at this point in time, are not connected to any further connecting webs for further pipes, since the pipe-web-pipe-wall is assembled or manufactured in the relevant, practical size so that it can still be logistically justified in road traffic Effort can be delivered to the place of use) are welded to form a finished tube-web-tube-wall. This means that a web is welded between two tubes.
Vorzugsweise sind dabei die Rohre und gegebenenfalls zumindest ein Teil, vorzugsweise alle, der Verbindungsstege mittels zumindest eines galvanisch aufgebrachten Schutzmaterials, vorzugsweise Nickel, beschichtet. Optional kann jedoch wie erwähnt ein Teil der Verbindungsstege auch direkt im Wesentlichen aus Nickel bestehen, so dass dieser Teil wie oben bereits erwähnt keine Schutzmaterial-Beschichtung benötigt.Preferably, the tubes and optionally at least a part, preferably all, of the connecting webs are coated by means of at least one protective material, preferably nickel, applied by electroplating. Optionally, however, as mentioned, part of the connecting webs can also essentially consist directly of nickel, so that this part, as already mentioned above, does not require a protective material coating.
Für die mehrteilige Rohr-Steg-Rohr-Wand gibt es bevorzugte Abmessungen.There are preferred dimensions for the multi-part tube-web-tube-wall.
Vorzugsweise können die Rohre (ohne das aufgebrachte Schutzmaterial gerechnet) mindestens eine Dicke bzw. Wandstärke von 3 mm aufweisen. Besonders bevorzugt können die Rohre mindestens eine Dicke von 3,25 mm aufweisen.The pipes (calculated without the applied protective material) can preferably have a thickness or wall thickness of at least 3 mm. The tubes can particularly preferably have a thickness of at least 3.25 mm.
Alternativ oder zusätzlich können die Rohre vorzugsweise höchstens eine Dicke von 6,3 mm, besonders bevorzugt höchstens 4 mm aufweisen.Alternatively or additionally, the tubes can preferably have a thickness of at most 6.3 mm, particularly preferably at most 4 mm.
Für die Auswahl eines geeigneten Materials für die Rohre und Stege gibt es verschiedene Möglichkeiten. Grundsätzlich könnten die Stege im Wesentlichen aus Stahl ausgebildet sein, d. h. der hauptsächliche Massenanteil ist Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt kleiner bzw. weniger 2%.There are various options for selecting a suitable material for the tubes and webs. In principle, the webs could essentially be made of steel, i. H. the main mass fraction is iron with a carbon content of less than or equal to 2%.
Vorzugsweise kann zumindest einer der Stege jedoch zu mindestens 95% aus Schutzmaterial, wie z. B. Reinstnickel bzw. Nickel bestehen. Besonders bevorzugt kann zumindest einer der Stege zu mindestens 98%, weiter bevorzugt zu mindestens 99%. Ganz besonders bevorzugt kann zumindest einer der Stege vollständig, d. h. im Wesentlichen zu 100% aus Schutzmaterial bestehen. Insbesondere können jeweils sämtliche Stege in entsprechendem Anteil aus Schutzmaterial bestehen.Preferably, however, at least one of the webs can be made of at least 95% protective material, such as. B. Reinstnickel or nickel exist. Particularly preferably, at least one of the webs can be at least 98%, more preferably at least 99%. Very particularly preferably, at least one of the webs can be completely, d. H. essentially 100% protective material. In particular, all webs can consist of a corresponding proportion of protective material.
Bevor nun im Folgenden ein konkretes Ausführungsbeispiel beschrieben wird, sei an dieser Stelle erwähnt, dass die zuvor anhand dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Rohr-Steg-Rohr-Wand beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungsformen und bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht auf eine solche Rohr-Steg-Rohr-Wand beschränkt sind, sondern - sofern dies nicht explizit anders erwähnt ist - in gleicher oder etwas angepasster Form auch auf ein Rohr-Steg-Bauteil übertragbar sind.Before a specific embodiment is described below, it should be mentioned at this point that the preferred embodiments and preferred embodiments of the method according to the invention described above with reference to this preferred embodiment of a tube-web-tube wall do not apply to such a tube-web-tube Wall are limited, but - if this is not explicitly mentioned otherwise - can also be transferred to a tube-web component in the same or slightly adapted form.
Nach einer weiteren bevorzugten Variante kann das Rohr-Steg-Bauteil einen Überhitzer mit Flossen umfassen. Bei dem Überhitzer kann es sich besonders bevorzugt um einen sogenannten Schottenüberhitzer handeln, wie er beispielsweise in einem Rauchgasraum, also z. B. einem Kesselzug, einer Kesselanlage (mit Naturumlaufkessel oder Zwangumlaufkessel) zum Einsatz kommt. Der Überhitzer kann je nach Bauweise der Kesselanlage bei einem vertikalen Wasserrohrkessel in der Regel waagrecht und bei einem horizontalen Wasserrohrkessel, auch „Tailend“-Kessel, senkrecht angeordnet sein. Waagrecht bzw. senkrecht meint, dass der überwiegende Teil bzw. Abschnitt der Rohre waagrecht bzw. senkrecht im Rauchgasraum verläuft bzw. angeordnet ist, insbesondere ein im betreffenden Kesselzug befindlicher Teil bzw. Abschnitt der Rohre an dem die Wärmeübertragung stattfindet. Ein Ausführungsbeispiel eines „waagrecht“ angeordneten Überhitzers wird später noch anhand einer Zeichnung beschrieben.According to a further preferred variant, the tube-web component can include a superheater with fins. The superheater can particularly preferably be a so-called bulkhead superheater, as is the case, for example, in a flue gas space, ie z. B. a boiler train, a boiler system (with natural circulation boiler or forced circulation boiler) is used. Depending on the design of the boiler system, the superheater can usually be arranged horizontally in a vertical water-tube boiler and vertically in a horizontal water-tube boiler, also known as a "tailend" boiler. Horizontal or vertical means that the predominant part or section of the tubes runs or is arranged horizontally or vertically in the flue gas space, in particular a part or section of the tubes in the relevant boiler pass where the heat transfer takes place. An exemplary embodiment of a "horizontally" arranged superheater will be described later using a drawing.
Zur Herstellung eines solchen Überhitzers kann dabei besonders bevorzugt eine Mehrzahl von Stegen als Flossen an mindestens ein Rohr des Überhitzers angeschweißt werden. Durch das Anschweißen der Flossen, beispielsweise in Form von Blechen, an ein oder mehrere Rohre bzw. Rohrabschnitte des Überhitzers wird eine Geometrie bzw. ein Querschnitt des betreffenden Rohrs bzw. der betreffenden Rohre modifiziert, was die Strömungs- bzw. Umströmungseigenschaften des Rohrs bzw. der Rohre verändert. Infolgedessen können im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Überhitzers, in dem der Überhitzer mit Rauchgas umströmt wird, Anhaftungen und Verschmutzungen an dem Rohr oder mehreren Rohren reduziert werden, was wiederum den Wirkungsgrad des Überhitzers erhöht.In order to produce such a superheater, it is particularly preferable for a plurality of webs to be welded as fins to at least one tube of the superheater. By welding the fins, for example in the form of sheet metal, to one or more tubes or tube sections of the superheater, a geometry or a cross section of the relevant tube or tubes is modified, which changes the flow or flow properties of the tube or of the pipes changed. As a result, when the superheater is used as intended, in which flue gas flows around the superheater, buildup and contamination on the tube or multiple tubes can be reduced, which in turn increases the efficiency of the superheater.
Vorzugsweise kann bei einem Überhitzer ein Rohr in Form einer Rohranordnung mit 180°-Umlenkungen, die in einer Erstreckungsebene liegen, vorliegen. Unter einer Rohranordnung mit 180°-Umlenkungen wird eine Anordnung eines Rohrsystems (d. h. eines oder ggf. auch mehrerer Rohre) verstanden, bei dem das oder die Rohre mehrfach jeweils nach einem Rohrabschnitt, der in eine Richtung verläuft um 180° in eine Gegenrichtung umgelenkt sind. Dabei sind das oder die Rohre insgesamt durch die 180°-Umlenkungen zu einem durchgehenden Rohr (also in „Reihe“) verbunden. Diese Rohranordnung ermöglicht beispielsweise eine mehrfache Durchführung von heißem Wasser und/oder Wasserdampf in demselben Rohr durch einen Rauchgasraum einer Kesselanlage, bei dem der Wasserdampf durch wiederholtes Durchlaufen des Rauchgasraums kontinuierlich überhitzt wird. Alternativ ist auch eine Durchführung in mehreren parallelen Rohren vorstellbar. Bei der Erstreckungsebene handelt es sich um eine im Wesentlichen zweidimensionale Ebene, d. h. eine Ebene, bei der eine Raumrichtung im Verhältnis zu den beiden anderen orthogonalen Raumrichtungen deutlich geringer ausgeprägt ist, so dass eine „flache“ Ebene vorliegt. Die Rohranordnung erstreckt sich folglich in zwei orthogonalen Raumrichtungen (in Länge und Breite) verhältnismäßig großflächig und in einer dritten Raumrichtung (in der Tiefe) senkrecht bzw. normal zu den beiden anderen Raumrichtungen lediglich über die Dicke bzw. Stärke des Rohrs.In the case of a superheater, there can preferably be a tube in the form of a tube arrangement with 180° deflections that lie in one plane of extent. A pipe arrangement with 180° deflections is understood to mean an arrangement of a pipe system (i.e. one or possibly also several pipes) in which the pipe or pipes are repeatedly deflected by 180° in the opposite direction after a pipe section that runs in one direction . In this case, the tube or tubes are connected by the 180° deflections to form a continuous tube (i.e. in a “row”). This pipe arrangement enables, for example, hot water and/or steam to be passed through a flue gas space of a boiler system multiple times in the same pipe, in which the steam is continuously superheated by repeatedly passing through the flue gas space. Alternatively, a passage in several parallel tubes is also conceivable. The extension plane is essentially a two-dimensional plane, i. H. a plane in which one spatial direction is significantly less pronounced in relation to the other two orthogonal spatial directions, resulting in a "flat" plane. The tube arrangement consequently extends in two orthogonal spatial directions (in length and width) over a relatively large area and in a third spatial direction (in depth) perpendicular or normal to the other two spatial directions only over the thickness or diameter of the tube.
Besonders bevorzugt kann die Rohranordnung einander, in der Erstreckungsebene jeweils paarweise gegenüberliegende, abschnittsweise gerade Rohrabschnitte aufweisen, an deren jeweiligem Ende das Rohr von einem geraden bzw. geradlinig verlaufenden Rohrabschnitt in Form einer 180°-Umlenkung zum nächsten geraden Rohrabschnitt gebogen ist. Mit anderen Worten handelt es sich um eine mäanderförmige Rohranordnung mit kurzen 180°-Umlenkungen und im Verhältnis dazu langen, geraden Rohrabschnitten dazwischen, d. h. die Rohranordnung besteht zum überwiegenden Teil aus geradlinigen, parallel zueinander verlaufenden Rohrabschnitten, die über verhältnismäßig kurze 180°-Windungen, wie z. B. 180°-Rohrbögen, verbunden sind.Particularly preferably, the tube arrangement can have pairs of opposite, partially straight tube sections in the extension plane, at the respective end of which the tube is bent from a straight or rectilinear tube section in the form of a 180° deflection to the next straight tube section. In other words, it is a meandering tube arrangement with short 180 ° deflections and relatively long, straight tube sections in between, ie the tube arrangement consists mainly of straight, parallel tube sections that have relatively short 180° turns, such as B. 180 ° elbows are connected.
Wie bereits erwähnt, kann alternativ zu einem Rohr mit einer Rohranordnung mit 180°-Umlenkungen auch eine Rohranordnung mit mehreren parallelen Rohren verwendet werden.As already mentioned, a pipe arrangement with several parallel pipes can also be used as an alternative to a pipe with a pipe arrangement with 180° deflections.
Dabei kann eine Hälfte der Flossen vorzugsweise nebeneinander, besonders bevorzugt unter Belassung eines Mindestabstands zwischen den Flossen zueinander, an einen der geraden Rohrabschnitte parallel zur Erstreckungsebene angeschweißt werden. D. h. die Flossen sind mit ihrer Flachseite parallel zur Erstreckungsebene angeordnet und weisen in Richtung zum nächsten, benachbarten geraden Rohrabschnitt.One half of the fins can be welded to one of the straight pipe sections parallel to the extension plane, preferably next to one another, particularly preferably leaving a minimum distance between the fins. i.e. the fins are arranged with their flat side parallel to the plane of extension and point in the direction of the next, adjacent straight tube section.
Die andere Hälfte der Flossen wird entsprechend gegenüberliegend an den nächsten (besagten benachbarten) Rohrabschnitt angeschweißt, so dass diese bevorzugt in einer Flucht zu den zuvor erwähnten Flossen angeordnet sind. Mit anderer Worten können die Flossen so auf Höhe der vorderen und hinteren Rohrscheitel an diese angeschweißt sein, dass sie im Querschnitt betrachtet in einer Flucht liegen (siehe spätere Beschreibung eines Ausführungsbeispiels dazu).The other half of the fins are correspondingly welded oppositely to the next (said adjacent) pipe section so that they are preferably aligned with the aforementioned fins. In other words, the fins can be welded to the front and rear tube crests at the level of the latter in such a way that, viewed in cross section, they are aligned (see the description of an embodiment example below).
Damit wird erreicht, dass stets eine Flosse eines geraden Rohrabschnitts auf eine Flosse eines anderen, gegenüberliegenden geraden Rohrabschnitts weist und die Flossen gemeinsam eine zumindest abschnittsweise, ggf. weitestgehend geschlossene Flossenfläche bilden, so dass gegenüberliegende Rohrabschnitte nicht oder zumindest abschnittsweise verbunden sind.This ensures that one fin of a straight tube section always points to a fin of another, opposite straight tube section and the fins together form a fin surface that is closed at least in sections, if necessary as far as possible, so that opposite tube sections are not connected or at least partially connected.
Dadurch, dass die Flossen gemeinsam vorzugsweise zwei, zueinander sowie zur Erstreckungsebene parallel verlaufende, fast geschlossene Flossenflächen zwischen zwei geraden Rohrabschnitten bilden, nämlich eine die Rohranordnung in der Tiefe an einem vorderen (luvseitigen) Rohrscheitel nach vorne und eine die Rohranordnung in der Tiefe an einem hinteren (leeseitigen) Rohrscheitel nach hinten begrenzende Flossenfläche, entsteht ein durch die Rohrabschnitte und die Flossenflächen nahezu geschlossener Rohrzwischenraum, in dem Anhaftungen bzw. Ansammlungen von Verschmutzungen sowie Brückenbildung durch Rußablagerungen in Form sogenannter „Wechten“ auf den Rohrabschnitten reduziert werden können.The fact that the fins together preferably form two almost closed fin surfaces running parallel to one another and to the extension plane between two straight pipe sections, namely one the pipe arrangement in depth at a front (windward) pipe apex forward and one the pipe arrangement in depth at one The rear (leeward) tube crest is limited to the rear by a fin surface that is almost closed by the tube sections and the fin surfaces, in which the adhesion or accumulation of dirt and bridging due to soot deposits in the form of so-called "cornices" on the tube sections can be reduced.
Alternativ zu der oben beschriebenen symmetrischen Anbringung (der vorderen, luvseitigen im Vergleich zu hinteren, leeseitigen Flossenfläche) von jeweils gegenüberliegenden Flossen an benachbarten Rohrabschnitten können die Flossen auch asymmetrisch an die Rohrabschnitte angeschweißt werden, d. h., dass die Flossen an den einzelnen Rohrabschnitten in unterschiedlicher Zahl und Anordnung angeschweißt sind. Beispielsweise können die Flossen an einem oder mehreren Rohrabschnitten nur jeweils auf der Luvseite (also auf der der Rauchgasströmung zugewandten Seite der Rohre), auf der Leeseite (d. h. auf der gegenüberliegenden, der dem Rauchgasstrom abgewandten Seite der Rohre), unten, oben oder auch diagonal, d. h. bei einem Rohrabschnitt z. B. nur auf der Leeseite und beim nächsten, benachbarten Rohrabschnitt nur auf der Luvseite, angeschweißt sein. In jedem Fall wird durch die Oberfläche der zusätzlich angeschweißten Flossen die Fläche für die Wärmeübertragung erhöht. Je nach Konstellation bzw. Anordnung der Flossen an den Rohrabschnitten kann die Rauchgasströmung und damit auch die Ablagerung von Schlacke bzw. Aschepartikeln auf den Rohren verändert werden.As an alternative to the above-described symmetrical attachment (the front, windward fin surface compared to the rear, leeward fin surface) of opposite fins to adjacent tube sections, the fins can also be welded to the tube sections asymmetrically, i. This means that the fins are welded to the individual pipe sections in a different number and arrangement. For example, the fins on one or more pipe sections can only be on the windward side (i.e. on the side of the pipes facing the smoke gas flow), on the leeward side (i.e. on the opposite side of the pipes facing away from the smoke gas flow), below, above or diagonally , i.e. H. with a pipe section z. B. only on the leeward side and the next, neighboring pipe section only on the windward side, welded. In any case, the surface area for heat transfer is increased by the surface of the additionally welded fins. Depending on the constellation or arrangement of the fins on the pipe sections, the flue gas flow and thus also the deposit of slag or ash particles on the pipes can be changed.
Allgemein wird durch die veränderte Geometrie bzw. durch den Querschnitt der Rohranordnung des Überhitzers die Ausbildung von Kärmänschen Wirbeln (welche wiederum für Schmutzanhaftungen bzw. Wechtenbildung verantwortlich sein können) am Überhitzer verhindert. In Summe kann somit der Wirkungsgrad des Überhitzers um 20% gegenüber einem gewöhnlichen Überhitzer ohne derartige Flossen bzw. Zwischenflossen gesteigert werden.In general, the formation of Karman vortices (which in turn can be responsible for dirt adhesion or ripple formation) on the superheater is prevented by the changed geometry or by the cross-section of the pipe arrangement of the superheater. In total, the efficiency of the superheater can be increased by 20% compared to a conventional superheater without such fins or intermediate fins.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:
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1 ein grob schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer beschichteten, hier vernickelten, Rohr-Steg-Rohr-Wand, -
2 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Querschnitts der einzelnen, unterschiedlichen Komponenten eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Rohr-Steg-Rohr-Wand, im bereits vernickelten Zustand, -
3 eine schematische Schnittdarstellung eines Querschnitts der einzelnen Komponenten eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Rohr-Steg-Rohr-Wand beim Zusammenschweißen, -
4 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Querschnitts durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rohr-Steg-Rohr-Wand im fertiggestellten Zustand, -
5 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Querschnitts analog zu4 durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rohr-Steg-Rohr-Wand im fertiggestellten Zustand, -
6 eine perspektivische Ansicht einer ersten Variante eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Rohr-Steg-Bauteils in Form eines Überhitzers, bei dem zwischen einem Teil der geraden Rohrabschnitte dieselben verbindende Flossen angeschweißt sind, -
7 eine vergrößerte, perspektivische Ansicht einer zweiten Variante desAusführungsbeispiels aus 6 , diesmal mit Flossen, die aus mehreren einzelnen, voneinander beabstandeten Flossenteilen bestehen, -
8 einen leicht perspektivisch dargestellten Querschnitt entlang der Schnittlinie aus7 durch einen Ausschnitt eines weiteren Überhitzers, an dem sich über einen Testzeitraum Ablagerungen bzw. Verschmutzungen auf einer Flossenaußenseite der Flossen abgelagert haben.
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1 a roughly schematic flowchart of an embodiment of a method according to the invention for the production of a coated, here nickel-plated, tube-web-tube wall, -
2 a simplified sectional view of a cross section of the individual, different components of an embodiment of the tube-web-tube-wall according to the invention, in the already nickel-plated state, -
3 a schematic sectional view of a cross section of the individual components of an exemplary embodiment of the pipe-web-pipe-wall according to the invention during welding together, -
4 a simplified sectional view of a cross section through an embodiment of the pipe-web-pipe-wall according to the invention in the finished state, -
5 a simplified sectional view of a cross section analogous to4 by a further exemplary embodiment of the pipe-web-pipe-wall according to the invention in the finished state, -
6 a perspective view of a first variant of a further exemplary embodiment of a tube-web component in the form of a superheater, in which fins connecting the same are welded between part of the straight tube sections, -
7 an enlarged, perspective view of a second variant of theembodiment 6 , this time with fins consisting of several individual fin parts spaced apart from each other, -
8th a slightly perspective cross-section along thecutting line 7 through a section of a further superheater, on which deposits or dirt have accumulated on the outside of the fins over a test period.
Die besagten Komponenten werden in einem zweiten Schritt II, II' z. B. wieder zeitlich parallel oder völlig unabhängig vernickelt, also mit einer durchgehenden Nickelschicht 4 bzw. Nickelbeschichtung 4 beschichtet. Der fertig vernickelte Zustand eines solchen vernickelten (bzw. mit Nickel beschichteten) Rohres 2 sowie eines vernickelten Verbindungsstegs 3, ist in
Der dargestellte Abschnitt einer erfindungsgemäßen Rohr-Steg-Rohr-Wand 1 zeigt hier beispielhaft zwei vernickelte Rohre 2 bzw. Hohlrohre mit einem Verbindungssteg 3 dazwischen sowie den zwei abgeschnitten dargestellten Enden zweier weiterer Verbindungsstege oder ggf. Halbstege.The illustrated section of a tube-web-tube-
Die vernickelten Rohre 2 und Verbindungsstege 3 sind hier in
Bei dem vernickelten Verbindungssteg 3 handelt es sich um einen streifenförmigen Breitflachstahl-Abschnitt, welcher ebenfalls mit einer solchen Nickelschicht 4 bzw. Nickelbeschichtung 4 beschichtet ist. Diese ist ebenfalls in etwa 1 mm dick.The nickel-plated connecting
Alternativ könnte hier allerdings auch ein reiner Nickelsteg 3* als Verbindungssteg 3* verwendet werden, der keiner weiteren Beschichtung mehr bedarf, womit als der zweite Verfahrensschritt zumindest für einen Nickelsteg 3* bzw. einen im Wesentlichen aus Nickel bestehenden Verbindungssteg 3* auch entfallen kann.Alternatively, however, a
In einem dritten Schritt III werden die Rohre 2 und Verbindungsstege 3 - gegebenenfalls unter Verwendung von im Wesentlichen aus Nickel bestehenden Verbindungsstegen 3* - schließlich zu einer Rohr-Steg-Rohr-Wand 1,1* zusammengeschweißt bzw. verschweißt. Der Vorgang des Zusammenschweißens ist grob schematisch in
An dieser Stelle sei noch einmal darauf hingewiesen, dass hier in
Beim Laser-Hybrid-Schweißen erhitzt ein Laserstrahl zunächst eine Oberfläche bzw. Schweißstelle 5, 5' der Rohre 2 und Verbindungsstege 3, an welcher die beiden bündig in Position aneinander gehaltenen Komponenten miteinander verschweißt bzw. verbunden werden sollen (siehe
Wie anhand der oberen Schweißstelle 5 in
Anhand der unteren Schweißstelle 5' in
Auch hier erfolgt das Verschweißen wiederum innerhalb bzw. in der Nickelschicht 4, wobei jedoch eine Tiefe 6' des Schmelzbads 7' deutlich flacher und eine Breite 8' deutlich breiter ausfällt. Die Schmelzbäder 7' werden so eingebracht, dass in der Regel die gesamte Stegdicke 3d im Bereich der Schweißstelle 5' aufgeschmolzen und so wieder die Metall-Halbzeuge 2, 3 über die gesamte Kontaktlänge verschweißt werden.Here, too, the welding takes place within or in the
Bei einem Verschweißen, vorzugsweise mittels Laser-Hybrid-Verfahren, einer Rohr-Steg-Rohr-Wand 1* mit einem im Wesentlichen aus Nickel bestehenden Verbindungssteg 1* bzw. Nickelsteg 1* sind die vorstehenden Varianten des dritten Schritts III gleichermaßen anwendbar, wobei hier jedoch vorteilhafterweise nicht darauf geachtet werden muss, dass sich der Einbrand 5, 5' sowie das Schmelzbad 7, 7` stegseitig auf die (eben nicht vorhandene) „Nickelbeschichtung“ beschränkt, da hier ja der gesamte Verbindungssteg 3* im Wesentlichen aus Nickel besteht und damit diese Gefahr praktischerweise vermieden wird.When welding, preferably by means of a laser hybrid process, a tube-web-tube-
Anhand der
In einer ersten Variante dieses Ausführungsbeispiels gemäß
In einer zweiten, vergrößert dargestellten Variante dieses Ausführungsbeispiels gemäß
Auch bei den zuvor beschriebenen Varianten können die Komponenten besonders bevorzugt mittels Laser-Hybrid-Verfahren verschweißt werden.In the case of the variants described above, too, the components can particularly preferably be welded by means of a laser-hybrid method.
Mithilfe derartiger Flossen 3 - wie sie in den beiden Varianten zuvor - beschrieben wurden, lassen sich Schmutzablagerungen D, wie beispielsweise Ruß oder Ähnliches in einem Rohrzwischenraum der Rohrabschnitte 2g zwischen den vorderen und den hinteren Flossenflächen weitestgehend reduzieren, wie in
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend beschriebenen Rohr-Steg-Rohr-Wänden lediglich um beispielhafte Ausführungsbeispiele eines möglichen Rohr-Steg-Bauteils handelt, welches vom Fachmann in verschiedenster Weise für verschiedene Anwendungen konzipiert bzw. modifiziert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. So sind beispielsweise die in den jeweiligen Ausführungsbeispielen gezeigten Rohre und Verbindungsstege, insbesondere deren Anzahl und Form, nur beispielhaft zu verstehen, d. h. sie könnten z. B. durchaus auch kürzer, im Verhältnis kleiner oder größer zueinander, in größerer Anzahl oder anders geformt ausgebildet sein. Insbesondere können auch die Überhitzer je nach Bedürfnissen im aktuellen Kessel geeignet ausgebildet und orientiert sein. Alternativ oder zusätzlich dazu können die Verbindungsstege beispielsweise vollständig aus Reinstnickel oder bei Verwendung eines anderen Schutzmaterials auch aus diesem Schutzmaterial ausgebildet sein und keiner Beschichtung mehr bedürfen. Wieder alternativ können aber auch andere Rohr-Steg-Bauteile mit Rohren und Stegen, wie z. B. Türen etc. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet und verschweißt werden. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.Finally, it is pointed out once again that the tube-web-tube walls described above are merely exemplary embodiments of a possible tube-web component, which can be designed or modified in a wide variety of ways for different applications by a person skilled in the art without departing from the scope of the invention. For example, the tubes and connecting webs shown in the respective exemplary embodiments, in particular their number and shape, are only to be understood as examples, i. H. they could e.g. B. also shorter, smaller or larger in relation to each other, in larger numbers or differently shaped. In particular, the superheaters can also be suitably designed and oriented depending on the needs in the current boiler. As an alternative or in addition to this, the connecting webs can, for example, be made entirely of pure nickel or, if another protective material is used, also be made of this protective material and no longer require a coating. Alternatively, other tube-web components with tubes and webs, such. B. doors etc. are coated and welded with the method according to the invention. Furthermore, the use of the indefinite article "a" or "an" does not rule out the possibility that the characteristics in question can also be present more than once.
BezugszeichenlisteReference List
- 1, 1*1, 1*
- Rohr-Steg-Rohr-Wandtube web tube wall
- 1a1a
- Überhitzer / SchottenüberhitzerSuperheater / bulkhead superheater
- 22
- vernickeltes Rohrnickel-plated tube
- 2'2'
- RohrPipe
- 2d2d
- Dicke / Wandstärke eines RohresThickness / wall thickness of a tube
- 2g2g
- Rohrabschnitte, geradepipe sections, straight
- 33
- vernickelter Verbindungssteg / Nickelstegnickel-plated connecting bridge / nickel bridge
- 3'3'
- Verbindungsstegconnecting bar
- 3*3*
- Verbindungssteg, im Wesentlichen aus NickelConnecting bar, mainly made of nickel
- 3d3d
- Dicke / Stegdicke eines VerbindungsstegsThickness / web thickness of a connecting web
- 44
- Schutzmaterial(-schicht) / Nickelbeschichtung / NickelschichtProtective material (layer) / nickel coating / nickel layer
- 5, 5'5, 5'
- Einbrand / SchweißstellePenetration / weld
- 6, 6'6, 6'
- Tiefe des Einbrandsdepth of penetration
- 7, 7`7, 7`
- Schmelzbadmelt pool
- 8, 8'8, 8'
- Breite des SchmelzbadsWidth of the weld pool
- DD
- Ablagerungendeposits
- EE
- Erstreckungsebeneextension plane
- OO
- Schutzmaterialoberfläche / Nickeloberfläche Protective material surface / nickel surface
- I, I', II, II', IIII, I', II, II', III
- Verfahrensschritteprocess steps
Claims (15)
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Family Applications (1)
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-
2023
- 2023-02-16 WO PCT/EP2023/053981 patent/WO2023156570A1/en active Search and Examination
- 2023-02-16 DE DE102023103912.1A patent/DE102023103912A1/en active Pending
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