DE1248076B

DE1248076B - Tube heater system

Info

Publication number: DE1248076B
Application number: DEE24931A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Peter Seifert
Original assignee: Escher Wyss AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss AG
Priority date: 1963-05-01
Filing date: 1963-05-31
Publication date: 1967-08-24

Description

Rohrerhitzeranlage Die Erfindung betrifft eine Rohrerhitzeranlage für gasförmige Arbeitsmittel, insbesondere für Wärmekraftanlagen mit geschlossenem Kreislauf des Arbeitsmittels.Tube heater system The invention relates to a tube heater system for gaseous working media, especially for thermal power plants with closed Work equipment cycle.

Bekanntlich wird das Arbeitsmittel von Wärinekraftanlagen so hoch wie möglich erhitzt, wobei Temperaturen von über 5001 C die Regel bilden. Unlegierter Stahl ist nur bei Temperaturen bis zu 5001 C zunderfest. Das von den Feuergasen beaufschlagte Rohrsystem wird daher aus hitzebeständigen, legierten. austenitischen Stählen hergestellt, die bis zu etwa i3001 C zunderfest sind. Dabei beruht die Zunderfestigkeit bekanntlich auf dem Umstand, daß bei höheren Temperaturen an aus austenitischem Material hergestellten Werkstücken eine dichte, fest anhaftende Oxydschicht entsteht, die das darunter liegende Material vor weiterer Oxydation schützt. Bedingung für einen solchen Schutz ist bekanntlich, daß die Oxydschicht überhaupt entsteht und die einmal gebildete Oxydschicht erhalten bleibt. Dies ist nicht der Fall, wenn Feuergase Bestandteile enthalten, welche einen ungünstigen Einfluß auf die durch die Oxydschicht zu schützende Oberfläche der von den Feuergasen beaufschlagten Werkstücke aus austenitischem Material oder auf die daran gebildete Oxydschicht ausüben.It is well known that the working fluid of thermal power plants is heated as high as possible, with temperatures of over 5001 C being the rule. Unalloyed steel is only resistant to scaling at temperatures of up to 5001 C. The pipe system acted upon by the fire gases is therefore made of heat-resistant, alloyed. austenitic steels that are resistant to scaling up to about i3001 C. As is known, the scale resistance is based on the fact that at higher temperatures on workpieces made of austenitic material, a dense, firmly adhering oxide layer is formed, which protects the underlying material from further oxidation. As is well known, the condition for such protection is that the oxide layer is formed at all and that the oxide layer, once formed, is retained. This is not the case if fire gases contain constituents which have an unfavorable influence on the surface to be protected by the oxide layer of the workpieces made of austenitic material exposed to the fire gases or on the oxide layer formed thereon.

Beim Betrieb von Erhitzeranlagen in den genannten Temperaturbereichen muß daher entweder Brennstoff verfeuert werden, der seinerseits keine Bestandteile enthält, deren Vorhandensein zu eine Korrosion bewirkenden Bestandteilen der Feuergase führen könnte. Oder aber es muß dafür gesorgt werden, daß trotz Vorhandenseins solcher Bestandteile im Brennstoff nach dessen Verbrennung keine Bestandteile in den die Erhitzerrohre beaufschlagenden Feuergasen enthalten sind, welche zu einer Korrosion der Rohre Anlaß geben könnten.When operating heating systems in the specified temperature ranges therefore either fuel must be burned, which in turn has no components contains, the presence of which leads to corrosion-causing components of the fire gases could lead. Or it must be ensured that despite the presence of such Components in the fuel after its combustion no components in the Fire gases acting on heater tubes are contained, which leads to corrosion the pipes could give rise to.

Es sind Verfahren bekannt, welche die schädliche Wirkung von Bestandteilen im Brennstoff verhindern. So ist es möglich, durch Beigabe von Stoffen an den Brennstoff oder an die Verbrennungsprodukte in unmittelbarer Nähe der Stelle, an der die Verbrennungsgase erzeugt werden, die Entstehung angreifender Bestandteile in den Feuergasen oder deren Ab- setzen an den zu schützenden Metallteilen zu verhindern.Methods are known which prevent the harmful effects of constituents in the fuel. It is possible, by adding substances to the fuel or to the combustion products in the immediate vicinity of the point where the combustion gases are generated, to prevent the formation of aggressive components in the flue gases or their deposition on the metal parts to be protected.

Von schädlichen Bestandteilen freie Brennstoffe sind teuer und nur beschränkt verfügbar. Deren Bevorratung ist ein zusätzlicher Kostenfaktor und - beispielsweise bei Schiffen - zudem ein Raumproblem. Ähnliches gilt für dem Brennstoff oder den Verbrennungsgasen beizugebenden Stoffen, wobei auch der Aufwand für den Beigabevorgang in Betracht fällt. Die Korrosion der besprochenen Art tritt nach Maßgabe der jeweils an einer gegebenen Stelle des Erhitzerrohrsystems herrschenden Temperaturhöhe auf. Bei herkömmlichen Erhitzeranlagen sind die dargelegten Maßnahmen zur Verhinderung einer Korrosion nach den höchsten im Erhitzerrohrsystein auftretenden Temperaturen ausgerichtet. Mit anderen Worten: es werden Feuergase erzeugt und zur Beaufschlagung der Erhitzerrohre gebracht, welche den Erfordernissen der Stellen höchster Temperatur im Erhitzerrohrsystem entsprechen, wobei diese aufwendigen Feuergase auch Zonen niedrigerer Temperatur beaufschlagen, die von mit geringerem Aufwand erzeugten Feuergasen beaufschlagt werden könnten, ohne zu korrodieren. Es wird also ein Aufwand an Brennstoff oder beizugebenden Stoffen getrieben, der mindestens teilweise wirkungslos bleibt bzw. unnötig ist.Fuels free of harmful components are expensive and have limited availability. Their stockpiling is an additional cost factor and - for example in the case of ships - also a space problem. The same applies to the substances to be added to the fuel or the combustion gases, with the expense of the addition process also being taken into account. Corrosion of the type discussed occurs in accordance with the temperature level prevailing at a given point in the heater pipe system. In conventional heater systems, the measures set out to prevent corrosion are based on the highest temperatures occurring in the heater tube system. In other words: fire gases are generated and made to act on the heater tubes, which correspond to the requirements of the places of highest temperature in the heater tube system, whereby these expensive fire gases also apply to zones of lower temperature, which could be acted upon by fire gases generated with less effort without corroding . So there is an expenditure of fuel or substances to be added, which remains at least partially ineffective or is unnecessary.

Dieser wirkungslose und unnötige Aufwand wird nun gemäß der Erfindung dadurch verinieden, daß die Stufe höherer Temperatur von Feuergasen höheren Erzeugungsaufwandes (Kosten) beaufschlagt ist, welche die Eigenschaft (Qualität) haben, bei dieser höheren Temperatur eine die feuerseitigen Rohrwandflächen vor weiterer Oxydation schützende Oxydschicht entstehen zu lassen, während die Stufe niedrigerer Temperatur von - Feuergasen geringeren Erzeugungsaufwandes beaufschlagt ist, welche zwar die Eigenschaft haben, bei dieser niedrigeren Temperatur eine die feuerseitigen Rohrwandflächen vor weiterer Oxydation schützende Oxydschicht entstehen zu lassen, ohne jedoch dieser Qualität bei angenommener Verwendung im Temperaturbereich der zweiten Stufe zu haben.This ineffective and unnecessary effort is avoided according to the invention in that the higher temperature stage is charged with higher generation costs (costs), which have the property (quality) of creating an oxide layer protecting the pipe wall surfaces on the fire side from further oxidation at this higher temperature to leave, while the lower temperature stage of - fire gases lower production expenses is applied, which, although have the property to give rise to a fire-side tube wall surfaces protected from further oxidation, the oxide layer at this lower temperature, without, however this quality, assuming use in the temperature range of the second Level to have.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Darstellung veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 einen schematischen Schnitt einer mehrstufigen Erhitzeranlage, Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine andere Ausführungsart einer solchen Anlage und Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform. Einander entsprechende Teile weisen in allen Figuren gleiche Bezugszeichen auf.In the drawing, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are illustrated in a simplified representation. It shows F i g. 1 shows a schematic section through a multistage heater system, FIG. 2 shows a schematic section through another embodiment of such a system, and FIG. 3 shows a schematic section through a further embodiment. Corresponding parts have the same reference symbols in all figures.

Die in F i g. 1 gezeigte Erhitzeranlage weist Wände 1, 2, 3, 4, 5, 6 auf, welche eine Brennkammer 7 einer ersten Erhitzerstufe, eine Brennkammer 8 einer zweiten Erhitzerstufe sowie eine Vorkammer 9 begrenzen. Durch die Vorkammer und die Brennkammern hindurch führen Erhitzerrohre 10. An der oberen Wand 3 sind zwei öffnungen ausgespait, welche je in eine der Brennkammern 7, 8 münden, und welche die den Brennkammern zugeordneten Brenner 11, 12 aufnehmen. Die zwei Pfeile V, Z zeigen die Strömungsrichtung der Verbrennungsabgase aus den Brennkammern 7, 8 in die Vorkammer 9. The in F i g. 1 has walls 1, 2, 3, 4, 5, 6 which delimit a combustion chamber 7 of a first heater stage, a combustion chamber 8 of a second heater stage and an antechamber 9. Due to the pre-chamber and the combustion chambers through heater tubes lead 10. On the upper wall 3 are two openings ausgespait which, 8 open in each one of the combustion chambers 7, and which the combustion chambers associated burner 11, record 12th The two arrows V, Z show the direction of flow of the combustion exhaust gases from the combustion chambers 7, 8 into the antechamber 9.

Die Erhitzerrohre 10 führen in die Vorkammer 9, deren äußerer Wand 1 entlang und, nach doppelter Umlenkung an der unteren Wand 2, entlang der Wand 5, und kurz vor deren Zusammentreffen mit der oberen Wand 3 durch die Wand 5 hindurch in die Nähe des Brenners 11. Hier teilen sich die Erhitzerrohre in zwei Stränge. Ein Strang verläuft entlang der Wand 5 bis zur unteren Wand 2, dieser entlang bis zur Wand 4 und alsdann dieser entlang bis in die Nähe des Brenners 12. Der andere Strang führt parallel zur oberen Wand 3 zur Wand 6, dieser entlang bis zu deren unterem Ende, um das kurze waagrechte Leitstück der Wand 6 herum und auf der anderen Seite der Wand 6 nach oben in die Nähe des Brenners 12, und anschließend parallel zur Wand 3 gegen die Wand 4, wo sich die beiden Erhitzerrohrstränge wieder vereinigen und alsdann durch die Wand 4 hindurch den Erhitzer verlassen.The heater tubes 10 lead into the antechamber 9, along the outer wall 1 and, after double deflection on the lower wall 2, along the wall 5, and shortly before they meet the upper wall 3 through the wall 5 near the burner 11. Here the heater tubes split into two strings. One strand runs along the wall 5 to the lower wall 2, this along to the wall 4 and then along this to the vicinity of the burner 12. The other strand runs parallel to the upper wall 3 to the wall 6, this along to the lower one End, around the short horizontal guide piece of the wall 6 and on the other side of the wall 6 upwards in the vicinity of the burner 12, and then parallel to the wall 3 against the wall 4, where the two heater pipe strands reunite and then through the Leave the heater through wall 4.

Das innerhalb der Erhitzerrohre strömende Arbeitsmittel wird in der Vorkammer 9 der Vorstufe vorgewärint, hernach in der Brennkammer 7 der ersten Erhitzerstufe auf mittlere Temperatur gebracht und sodann in der Brennkammer 8 der zweiten Erhitzerstufe auf die höchste Temperatur erhitzt. Da die örtliche Temperatur des Arbeitsmittels diejenige der Erhitzerrohrwandungen und der von den Feuergasen beaufschlagten Rohraußenflächen bestimmt, sind die Rohre der ersten Stufe weniger korrosionsanfällig, als diejenigen der zweiten Stufe. Die die Rohre der ersten Stufe beaufschlagenden Feuergase können daher - nach Maßgabe der höchsten in der ersten Stufe auftretenden Temperatur mehr oder weniger - Bestandteile enthalten, welche bei den höheren Temperaturen der zweiten Stufe Anlaß zu einer Korrosion geben könnten, denn diese Bestandteile sind bei den in der ersten Stufe vorkommenden niedrigen Temperaturen nicht geeignet, eine Korrosion zu bewirken. Nur die die Rohre der zweiten Erhitzerstufe beaufschlagenden Feuergase müssen den höchsten in der ganzen Erhitzeranlage auftretenden Temperaturen angepaßt, d. h. frei von Bestandteilen sein, welche Anlaß zu einer Korrosion der Erhitzerrohre geben könnten.The working medium flowing inside the heater tubes is preheated in the antechamber 9 of the preliminary stage, then brought to medium temperature in the combustion chamber 7 of the first heater stage and then heated to the highest temperature in the combustion chamber 8 of the second heater stage. Since the local temperature of the working medium determines that of the heater tube walls and the outer tube surfaces exposed to the flue gases, the tubes of the first stage are less susceptible to corrosion than those of the second stage. The fire gases acting on the pipes of the first stage can therefore - depending on the highest temperature occurring in the first stage more or less - contain components which could give rise to corrosion at the higher temperatures of the second stage, because these components are in the in the low temperatures occurring in the first stage are not suitable for causing corrosion. Only the fire gases acting on the pipes of the second heating stage have to be adapted to the highest temperatures occurring in the entire heating system, i.e. H. be free of components which could give rise to corrosion of the heater tubes.

In der in F i g. 1 dargestellten Erhitzeranlage weist jede der beiden Stufen mit eigener Brennkammer 7 bzw. 8 einen eigenen Brenner 11 bzw. 12 auf. Auf diese Weise ist es möglich, in jeder Brennkammer auf die im zugehörigen Erhitzerrohrsystemabschnitt auftretende höchste Temperatur abgestimmte Feuergase zu erzeugen.In the in F i g. 1 , each of the two stages with its own combustion chamber 7 and 8 has its own burner 11 and 12, respectively. In this way it is possible to generate flue gases in each combustion chamber that are matched to the highest temperature occurring in the associated heater pipe system section.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird somit ermöglicht, einen teilweise wirkungslosen und unnötigen Aufwand an hochwertigem Brennstoff oder dem Brennstoff oder den Verbrennungsprodukten beizugebenden Stoffen weitgehend zu vermeiden und diesen Aufwand auf dasienige Ausmaß zu beschränken, das notwendig ist.The measures according to the invention thus enable a partially ineffective and unnecessary expenditure on high-quality fuel or the Avoid fuel or the substances to be added to the combustion products as much as possible and to limit this effort to the extent that is necessary.

Es können die Brenner 11, 12 mit verschiedenen Brennstoffen beschickt werden, wobei der dem Brenner 11 zugeführte Brennstoff Bestandteile enthält, von denen der dem Brenner 12 zugeführte Brennstoff frei ist. Es kann aber auch für beide Brenner der gleiche, für die zweite Stufe höherer Temperatur schädliche Bestandteile aufweisender Brennstoff verwendet werden, wobei aber bei der zweiten Stufe dem Brennstoff vor Eintritt in den Brenner 12, oder den Verbrennungsprodukten in unmittelbarer Nähe der Stelle, an der die Verbrennungsgase erzeugt werden, Stoffe beigegeben werden, welche die Entstehung angreifender Bestandteile in den Feuergasen oder deren Absetzen an den zu schützenden Metallteilen verhindern.The burners 11, 12 can be charged with different fuels, the fuel supplied to the burner 11 containing constituents from which the fuel supplied to the burner 12 is free. But it can also be used for both burners the same fuel, which has constituents that are harmful to the second stage, at a higher temperature Combustion gases are generated, substances are added which prevent the formation of attacking components in the fire gases or their deposition on the metal parts to be protected.

Die in F i g. 2 gezeigte Erhitzeranlage weist eine für beide Stufen gemeinsame Brennkammer13 auf, wobei jede Stufe in einer eigenen Brennzone14 bzw. 15 durch einen eigenen Brenner11 bzw. 12 befeuert wird.The in F i g. The heater system shown in FIG. 2 has a combustion chamber 13 common to both stages, each stage being fired in its own combustion zone 14 or 15 by its own burner 11 or 12.

Die in F i g. 3 gezeigte Erhitzeranlage besteht aus zwei voneinander unabhängigen Erhitzern, von denen jeder einen eigenen Brenner aufweist, und deren Erhitzerrohrsysteme lO', 10" über eine Rohrleitung 18 miteinander verbunden sind, wodurch die beiden einzelnen Erhitzer hintereinander geschaltet sind.The in F i g. The heater system shown in FIG. 3 consists of two independent heaters, each of which has its own burner, and whose heater pipe systems 10 ′, 10 ″ are connected to one another via a pipe 18 , whereby the two individual heaters are connected in series.

Claims

Claims: 1. Pipe heater system for the step-by-step heating of a gaseous working medium to the highest temperatures, at which the pipe system carrying the working medium is divided into a level lower and a level higher temperature, each level being assigned its own firing system, and in which the pipe system is at least in the second stage of alloy austenitic steel, d a d u rch g e -kennzeichnet that the stage (8, 12) of higher temperature of flue gases (Z) higher ores narrowing expense (cost) is applied which possesses the property (quality) have, at This higher temperature creates an oxide layer protecting the pipe wall surfaces on the fire side from further oxidation, while the lower temperature stage (7, 11) is subjected to lower generation costs by fire gases (V), which indeed have the property of forming the pipe wall surfaces on the fire side at this lower temperature Oxy protecting against further oxidation To allow dschicht to arise, but without having this quality with assumed use in the temperature range of the second stage (8, 12).

2. Pipe heater system according to claim 1, characterized in that the higher temperature stage (8, 12) is fired with fuel, during the combustion of which fire gases (Z) arise, which enable the formation of an oxide layer protecting the pipes from further oxidation. 3. Pipe heater system according to claim 1, characterized in that the higher temperature stage (8, 12) fired with fuel is4 when it is burned, fire gases (Z) would arise which would impair the formation of an oxide layer protecting the pipes from further oxidation, the fuel or the combustion gases are mixed in with the formation of an oxide layer that protects the pipes from further oxidation.

References considered: U.S. Patent No. 2,250,052.