-
Strahlungs-Röhrenwärmeaustauscher Die Erfindung bezieht sich auf einen
Strahlungs-Röhrenwärmeaustauscher, insbesondere einen Strahlungsdampferzeuger, mit
einem von Kühlrohren begrenzten Feuerraum und gegebenenfalls einem ebenfalls von
Kühlrohren begrenzten Nachbrenn- oder Strahlungsraum, an den sich im Zuge der Feuergase
die in weitem Abstand voneinander und parallel zueinander angeordneten Strahlungsrohrwände
einer Schottenheizfläche anschließen, deren mittlere Strahlungsrohrwände eine größere
Länge besitzen als die in der Nachbarschaft der Umfassungswände des Feuer- bzw.
Nachbrennraumes angeordneten Strahlungsrohrwände.
-
Für Strahlungsdampferzeuger mit Wasser- bzw. Verdampferschotten im
oberen Teil des Feuerraumes ist bereits vorgeschlagen worden, den mittleren Strahlungsrohrwänden
eine größere Länge zu geben als den in der Nachbarschaft der Umfassungswände des
Feuerraumes angeordneten Rohrwänden. Zweck dieser Maßnahme sollte es sein, die Temperaturspitzen
im Kern des Feuergasstromes zu beseitigen. Der bekannte Vorschlag kann indessen
bei modernen Höchstdruck-Kesselanlagen nicht angewendet werden, da bei ihnen nicht
mehr so viel Verdampfungsheizfläche benötigt wird, daß außer den Kühlrohrwänden
für die Begrenzungswände des Feuerraumes noch Schottenheizflächen gebildet werden
können. Bei Verwendung von Überhitzerschotten dagegen wäre eine Erhöhung des Feuerraumes
notwendig, weil mit Rücksicht auf die Standfestigkeit des Rohrbaustoffes die Überhitzerschotten
nicht zu weit in den Feuerraum herabgezogen werden dürfen. Dies hätte eine erhebliche
Verteuerung des gesamten Dampferzeugers und des Kesselhauses mit sich gebracht.
-
Es ist daher weiterhin vorgeschlagen worden, bei Hochdruckdampferzeugern
die an den Feuerraum sich anschließenden Strahlungsrohrwände der Schottenheizfläche
mit unterschiedlichem gegenseitigem Abstand zueinander anzuordnen. Der Abstand der
Strahlungsrohrwände wurde dabei im Kern des Feuergasstromes geringer gewählt als
außen. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht indessen darin, daß zwecks Vermeidung
von Brückenbildungen durch Verschlackung zwischen einander benachbarten Rohrwänden,
insbesondere bei Verfeuerung von aschereichenBrennstoffen mit niedrigemAscheerweichungspunkt,
ein gegenseitiger Abstand der Strahlungsrohrwände von etwa 600 mm möglichst nicht
unterschritten werden soll. Die bekannte Anordnung bedingte hierdurch eine Verringerung
der Anzahl der Strahlungsrohrwände, da von. dem Mindestabstand ausgehend der gegenseitige
Abstand der Rohrwände nach außen hin vergrößert werden muß. Eine geringere Zahl
von Rohrwänden bedeutet aber eine kleinere Heizfläche und damit eine geringere Feuergasabkühlung,
so daß die Feuergase mit höheren Temperaturen in die an die Schottenheizfläche sich
anschließenden Berührungsheizflächen eintreten, wodurch für diese Heizflächen die
Verschlackungsgefahr vergrößert wird.
-
Die Erfindung lehnt sich an den erstgenannten Vorschlag an und vermeidet
dessen Nachteile dadurch, daß die mittleren Strahlungsrohrwände in bekannter Weise
entgegen der Strömungsrichtung der Feuergase gegenüber den äußeren Strahlungsrohrwänden
verlängert sind und von den einzelnen oder in Gruppen zusammengefaßten Strahlungsrohrwänden
die mittleren Rohrwände vom kältesten Arbeitsmittel durchströmt werden. Diese Maßnahme
ergibt einen ausreichenden Schutz für den Rohrbaustoff, so daß die mittleren Strahlungsrohrwände
gefahrlos tiefer in den Feuerraum herabgezogen werden können. Der Schutz des Rohrmaterials
wird noch dadurch verstärkt, daß die einzelnen Rohrwände erfindungsgemäß arbeitsmittelseitig
derart hintereinandergeschaltet sind, daß die mittleren Rohrwände vom kältesten
Teil des Arbeitsmittels zuerst durchströmt werden, da hierdurch für die Kühlung
eines jeden Rohres der Rohrwände eine größere Arbeitsmittelmenge zur Verfügung steht,
was sich in einer höheren Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsmittels und damit
in einem höheren inneren Wärmeübergang auswirkt.
-
Die Hintereinanderschaltung von Strahlungsrohrwänden ist an sich bekannt.
Bei den bekannten Vorschlägen wurden in den Randschichten des Feuergasstromes angeordnete
Rohrwände mit im Kern des Feuergasstromes angeordneten Rohrwänden arbeitsmittelseitig
hintereinandergeschaltet, um eine gleiche Wärmeaufnahme des Dampfes bzw. Wassers
in jedem
Rohrwandpaar zu erzwingen. Eine Vergleichmäßigung der Feuergastemperatur
wurde dadurch jedoch nicht bewirkt.
-
Bei Verwendung unterschiedlicher Arbeitsmittel für die Kühlung der
Strahlungsrohrwände erhalten in weiterer Ausbildung der Erfindung die mittleren
Strahlungsrohrwände das Arbeitsmittel mit der größten Kühlwirkung, beispielsweise
verdampfendes Wasser zugeführt, die äußeren Rohrwände dagegen das Arbeitsmittel
mit der geringeren Kühlwirkung, beispielsweise Dampf.
-
Bei Dampferzeugern, die durch die sogenannten Zyklonbrenner befeuert
werden, deren in den Wasserstrom des Kessels einbezogene Kühlrohre anschließend
als beheizte Rohre den Nachbrenn- bzw. Strahlungsraum durchziehen, bilden erfindungsgemäß
die mittleren Strahlungsrohrwände im Nachbrenn- bzw. Strahlungsraum die Fortsetzung
der Kühlrohre der. Zyklonkammer. Hierdurch werden nicht nur die Temperaturspitzen
im Feuergasstrom beseitigt, sondern es ist mit dieser Maßnahme noch der weitere
Vorteil verbunden, daß die Kühlrohre der Zyklonkammer als zweiseitig beheizte Rohre
verlegt werden können.
-
Bei Dampfkraftanlagen, für die sehr hohe Heißdampf-Austrittstemperaturen
gefordert sind, werden nach der Erfindung die mittleren Strahlungsrohrwände in Richtung
des Feuergasstromes gegenüber den äußeren Strahlungsrohrwänden verlängert und als
letzte Stufe in den Dampfstrom einbezogen, wobei die Verlängerung der Strahlungsrohrwände
vom Arbeitsmittel zuletzt durchströmt wird. Die Überhitzung des Dampfes auf die
geforderte Endtemperatur erfolgt dann im mittleren Temperaturbereich der Feuergase,
so daß die Rohrwand-Übertemperaturen in erträglichen Grenzen gehalten werden.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigt Abb. 1 einen senkrechten Schnitt durch den oberen Teil eines Strahlungsdampferzeugers
senkrecht zur Kesseltrommel, Abb. 2 einen senkrechten Schnitt durch den Strahlungsdampferzeuger
nach Anspruch 1, jedoch parallel zur Kesseltrommel, Abb.3 eine schematische Darstellung
des Brennkammer- und Überhitzerrohrsystems eines Strahlungsdampferzeugers.
-
Bei dem Dampferzeuger nach den Abb. 1 und 2 führen aus der Obertrommel
1 Fallrohre 2 das Wasser zu den Steigrohren 3, die den Brenn- bzw. Strahlungsraum
4 an allen Wänden begrenzen. Mit Hilfe der Sammler 5 sind die Steigrohre bis über
die Kesseldecke hinauf verlängert, dort waagerecht umgebogen und dann an die Obertrommel
1 angeschlossen. An den Brenn- bzw. Strahlungsraum 4 schließt sich der Schottraum
6 an, in dem die Rohrwände eines Strahlungsüberhitzers frei hängend angeordnet sind.
Jede Rohrwand besteht aus den parallel zueinander und ineinander gewickeltem Rohrschlangen
7 bis 10. Die Rohrschlangen entspringen unter Zuhilfenahme von Gabelrohren im Sammler
11 und münden in den Heißdampfaustritts-Sammler 12 ein, der mit einem Heißdampf-Absperrschieber
13 in Verbindung steht, welcher gegebenenfalls den Kessel von der zur Turbine führenden
Heißdampf-Leitung 14 absperrt. Insgesamt sind neun Rohrwände in gleichmäßigem Abstand
über die Breite des Schottraumes verteilt. Die Rohrwände 15 bis 17 sind, dampfseitig
parallel geschaltet. Außerdem sind die Rohrwand 15 mit den Rohrwänden 18 und 21,
die Rohrwand 16 mit den Rohrwänden 19 und 22 und die Rohrwand 17 mit den Rohrwänden
20 und 23 durch über der Kesseldecke liegende Verbindungsrohre 24 hintereinandergeschaltet.
-
Der Dampf strömt aus der Trommelt durch die Verbindungsrohre 25 und
die Tragrohre 26 für den Speisewasservorwärmer 27 zum Berührungsüberhitzer 28, durchströmt
diesen und gelangt in den Austritts-Sammler 29, in dem er vereinigt wird. Aus dem
Sammler 29 gelangt der Dampf durch die Rohre 30 zum Einspritzkopf 31 der Mischstrecke
32, die in den Sammler 11 einmündet. Aus dem Schalter 11 tritt der Dampf in die
Rohrwände 15 bis 17 ein, durchströmt diese, gelangt in die Rohrwände 18 bis 20 und
schließlich in die Rohrwände 21 bis 23, aus denen er zum Sammler 12 und von dort
durch die Leitung 14 zur Turbine abströmt. Die Feuergase durchströmen unter ständiger
Wärmeabgabe den Strahlungsüberhitzer, den Berührungsüberhitzer 28, den Wasservorwärmer
26 und den Luftvorwärmer 33, aus dem sie nach vorhergehender Reinigung in einer
nicht dargestellten Rauchgasreinigungsanlage ins Freie abströmen.
-
Entgegen der Darstellung in der Abb. 2 können die Rohrwände 15 bis
23 auch von der mittleren Rohrwand 19 ausgehend gleichmäßig in ihrer Länge abnehmen.
-
Bei dem Dampferzeuger nach der Abb.3 gelangt das Speisewasser aus
der Trommel 1 in den Fallrohrsammler 34, von dem es durch Verbindungsrohre 35 zu
den unteren Sammlern 36 des Nachbrennraumes 37 und des Schottraumes 6 bzw. durch
Verbindungsrohre 38 zu den Sammlern 39 des Zyklonbrenners 40 weiterströmt.
-
In den Sammlern 36 entspringen die Steigrohre 3, die die Umfassungswände
des Nachbrennraumes 37 und des Schottraumes 6 auskleiden und in die Trommel 1 einmünden.
Ein Teil der Rückwandrahre des Schottraumes bildet den Schlackenfangrost 41 und
die Prall-Wand 42, die die Verlängerung der Stirnwand des Schottraumes bildet. Im
Sammler 39 entspringen die Kühlrohre 43 für den Zyklonbrenner 40, die in .den Sammler
44 einmünden. Die Kühlrohre 43 werden als Rohrwand 45 aus dem Sammler 44 als mittlere
Strahlungsrohrwand in den Schottraum 6 eingeführt und über Verbindungsrohre 46 an
die Trommel 1 angeschlossen. Zu beiden Seiten der Rohrwand 45 sind die kürzeren
Überhitzerrohrwände 47 in gleichmäßigen Abständen über die Breite des Schottraumes
verteilt.
-
Obwohl die Erfindung im vorhergehenden nur in Verbindung mit einem
Strahlungsdampferzeuger erläutert wurde, ist sie in ihrer Anwendung nicht auf solche
beschränkt. Durch einen Teil oder alle Rohre des Wärmeaustauschers kann auch ein
anderes Arbeitsmittel, beispielsweise Dampf oder Druckluft strömen. Ebenso ist die
Erfindung von .der Art der Feuerung und der Art des zu verfeuernden Brennstoffes
unabhängig.