DE19909267B4

DE19909267B4 - Kesselaufhängung

Info

Publication number: DE19909267B4
Application number: DE19909267.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Thron
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: KR20000062719A; DK176623B1; DK200000309A; CN1271824A; DE19909267A1

Abstract

Kesselaufhängung (1) eines Kessels (2) an einem Kesselgerüst (3), wobei der Kessel (2) an einem horizontalen Querbalken (4) aufgehängt ist, – wobei der Kessel (2) mit mindestens einem vertikal angeordneten hydraulischen Zylinder (5) an dem Querbalken (4) aufgehängt ist, wobei der Kessel (2) mit einem Messinstrument (23) ausgestattet ist, welches eine durch Erwärmung oder Abkühlung entstehende Lageveränderung des Kessels (2) in sich oder relativ gegenüber dem Kesselgerüst (3) erfasst, – wobei das Messinstrument (23) in operativer Wirkverbindung mit dem mindestens einen vertikal angeordneten hydraulischen Zylinder (5) steht, dergestalt, dass die durch das Messinstrument (23) registrierte von einer Ausgangsposition differierende vertikale Lageveränderung des Kessels (2) eine mit dem registrierten Messwert in Abhängigkeit stehende Veränderung des Druckes in dem mindestens einen vertikal angeordneten hydraulischen Zylinder (5) auslöst und thermischen Ausdehnungen des Kessels (2) in vertikaler Richtung entgegenwirkt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Bei der Erfindung handelt es sich um eine Kesselaufhängung eines Kessels beispielsweise eines Dampfkraftwerks an einem Kesselgerüst.
STAND DER TECHNIK
Kessel, die zur Erzeugung von Wasserdampf in Dampfkraftwerken verwendet werden, sind üblicherweise an einem Stahlrahmen aufgehängt. Dieser Stahlrahmen weist seitliche Streben und einen horizontalen Querbalken auf. Der Kessel ist an dem horizontalen Querbalken an verschiedenen Punkten fest aufgehängt. Bei einer Erwärmung des Kessels dehnt er sich durch die oberen Festpunkte nach unten aus. Als Folge dieser Ausdehnung verändert sich auch die Lage der Verbindungsstelle, an der die Frischdampfleitung mit dem Kessel verbunden ist, in vertikaler Richtung. Um die Frischdampfleitung, welche mit einer Turbine verbunden ist, flexibel und entsprechend der thermischen Ausdehnung des Kessels nachzuführen, wird sie mit mehreren Dehnungsbögen ausgestattet. Nachteil dieses Standes der Technik stellen diese Dehnungsbögen dar, da die Frischdampfleitungen sehr teuer sind und die Kosten eines Kraftwerkes erheblich beeinflussen.
Aus der US 4,286,549 A ist eine Kesselaufhängung bekannt, bei der zwischen Kesselgerüst und Kessel Dämpfungselemente vorgesehen sind, die Schwingungen des Kessels, die zum Beispiel durch Windlasten angeregt werden, dämpfen.
Aus der US 4,428,329 A ist eine Aufhängung für den Kessel eines Dampferzeugers bekannt, die thermisch induzierte Spannungen in den Kesselwänden reduziert.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ziel der Erfindung ist es, eine Kesselaufhängung zu schaffen, mit welcher es möglich ist, die Zahl der Dehnungsbögen in den Frischdampfleitungen, welche den Kessel mit einer Turbine verbinden, auf ein notwendiges Minimum zu reduzieren, um so die Kosten, die für diese (Frischdampf-)Leitungen entstehen, zu minimieren.
Erfindungsgemäss wird das Ziel durch Kesselaufhängungen mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2 erreicht.
Sobald sich der Kessel erwärmt und sich dadurch nach unten ausdehnt, wird er durch die hydraulische Lagerung angehoben. Entsprechendes gilt für die Kompensation von horizontalen Relativbewegungen zwischen Kessel und Kesselgerüst.
Durch diese Kompensation der nach unten gerichteten und der horizontalen Ausdehnungen wird die Verbindungsstelle zwischen dem Kessel und der Frischdampfleitung in vertikaler und horizontaler Richtung nur geringfügig verändert und Dehnungsbögen in den Frischdampfleitungen sind nicht mehr notwendig. Vorteilhaft wird durch die erfindungsgemässe Lagerung die Länge der Frischdampfleitung auf ein Minimum reduziert.
Die weiteren Ausgestaltungsmöglichkeiten sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kessels mit einer erfindungsgemässen Kesselaufhängung und einer angeschlossenen Dampfturbine,
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kesselaufhängung, und
3 eine schematische Darstellung eines U-förmigen Kessels mit einer erfindungsgemässen Kesselaufhängung und einer nicht verschweissten Verbindungsstelle.
Es sind nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt.
WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In 1 wird schematisch ein Kessel 2 mit einer erfindungsgemässen Kesselaufhängung 1 an einem Kesselgerüst 3 dargestellt. Solche Kessel 2 findet man beispielsweise zur Erzeugung von Dampf in Dampfkraftwerken. Entsprechend der Erfindung ist der Kessel 2 am oberen Querbalken 4 des Kesselgerüsts 3 hydraulisch aufgehängt. Die hydraulische Kesselaufhängung 1 besteht aus mehreren Zylindern 5, welche in horizontaler und in vertikaler Weise am Querbalken 4 und am Kessel 2 angebracht sind. Die vertikal angeordneten hydraulischen Zylinder 5 dienen dazu, einer nach unten gerichteten thermischen Ausdehnung des Kessels 2 entgegenzuwirken. In der 1 wird die Ausdehnungsrichtung 10, welche durch diese Kompensation erreicht wird, durch einen Pfeil angedeutet. Zudem wird die Kesselausdehnung in horizontaler Richtung durch die horizontal angeordneten hydraulischen Zylinder 5 nachgeführt. Durch in der 1 nicht dargestellte Dehnmessstreifen oder Drucksensoren, welche an der Oberfläche des Kessels 2 oder zwischen der Oberfläche des Kessels 2 und dem Kesselgerüst 3 angebracht und über eine ebenfalls nicht dargestellte Wirkverbindung mit den hydraulischen Zylindern 5 verbunden sind, wird die Kompensation der thermischen Ausdehnung in vertikaler und in horizontaler Weise erreicht.
Durch die hydraulische Lagerung wird die Verbindungsstelle 11 zwischen der Frischdampfleitung 9 und dem Kessel 2 an einer festen Position gehalten. Es entstehen an dieser Verbindungsstelle 11 lediglich horizontale Bewegungen, jedoch keine grösseren vertikalen Bewegungen mehr. Die Frischdampfleitung 9 ist direkt – ohne Dehnungsbögen – mit einer Dampfturbine 6 verbunden, an welche über eine Welle 7 ein Generator 8 angeschlossen ist.
In der 2 wird schematisch eine erfindungsgemässe Kesselaufhängung 1 eines Kessels 2 an einem Querbalken 4 eines Kesselgerüsts 3 dargestellt. Die Kesselaufhängung 1 besteht aus mehreren hydraulischen Zylindern 5, die sowohl horizontal als auch vertikal angeordnet sind. Die horizontalen hydraulischen Zylinder 5, von denen in der 2 sechs dargestellt sind, sind an der einen Seite am oberen Ende des Kessels 2 befestigt, die andere Seite ist an steifen Stahlrahmen 13 befestigt. Die Anzahl der vertikalen hydraulischen Zylinder 5 hängt von der Art und der Grösse des Kessels 2 ab, sie wird hier nur beispielsweise mit sechs angegeben und kann variieren. Die steifen Stahlrahmen 13 sind auf mehrere Gleitpunkte 14 auf dem Querbalken 4 des Kesselgerüsts 3 aufgelegt. Die Stahlrahmen 13 sind geführt und gegen Abheben gesichert. Die horizontalen hydraulischen Zylinder 5 sind an der einen Seite an dem Stahlrahmen 13 befestigt, die andere Seite dieser Zylinder 5 ist am Querbalken 4 des Kesselgerüsts 3 angebracht. In der 3 sind beispielsweise drei der horizontalen hydraulischen Zylinder 5 dargestellt. Auch die Anzahl der horizontalen hydraulischen Zylinder 5 kann je nach Art und Grösse der Kessels variieren. Sie befinden sich je zwischen zwei vertikalen hydraulischen Zylindern 5. Die hydraulischen Zylinder 5 sind über mehrere Leitungen 15, über pro Leitung 15 ein Hydraulik-Druckregelventil 16 mit zwei Hydraulik-Druckspeichern 26 verbunden, die das Hydrauliksystem speisen. Die Hydraulik-Druckspeicher 26 werden nach Bedarf über zwei Rückschlagventile 17 und zwei Pumpen 18, die von einem Motor 19 angetrieben werden, von einem Ölvorrat 20 nachgefüllt. Die vertikalen hydraulischen Zylinder 5 werden über eine gemeinsame Leitung 15 mit Öl versorgt, um eine gleichmässige Lagerung (bzw. einen gleichmässigen Dehnungsausgleich) des Kessels 2 in vertikaler Richtung zu erreichen. Im Gegensatz dazu sind die horizontalen Zylinder 5 jeweils an eine Leitung 15 angeschlossen, da horizontal durch eine unterschiedliche Temperaturverteilung im Kessel 2 an verschiedenen Stellen unterschiedliche Ausdehnungen auftreten können. Die Hydraulik-Druckregelventile 16 sind so eingebaut, dass die Flussrichtung von den Rückschlagventilen 17 zu den Zylindern 5 geht.
Auf der Oberfläche des Kessels 2 sind an der Oberfläche bzw. zwischen der Oberfläche des Kessels 2 und dem Kesselgerüst 3 mehrere, die durch Erwärmung oder Abkühlung entstehende Ausdehnung des Kessel 2 registrierende Messinstrumente 23 angebracht. Als Messinstrumente 23 sind beispielsweise Dehnmessstreifen oder Drucksensoren denkbar. Aber auch andere, gleichwertige Messinstrumente 23 sind denkbar.
Die Messinstrumente 23 sind mit einer elektrischen Verbindung 22 an ein Hydraulik-Druckbegrenzungsventil 21 angeschlossen. Die Hydraulik-Druckbegrenzungsventile 21 befinden sich zwischen dem Ölvorrat 20 und – über eine Leitung 24 – den Leitungen 15. Sie sind so eingebaut, dass die Flussrichtung der Druckbegrenzungsventile 21 von der Leitung 15 – über die Leitung 24 – zum Ölvorrats 20 geht. An den Hydraulik-Druckbegrenzungsventilen 21 sind beispielsweise Motoren 25 angeschlossen, die den Druck im System in Abhängigkeit von den Messwerten der Messinstrumente 23 einstellen. Anstelle der Motoren 25 sind aber auch Proportionalmagnete denkbar.
Die Wirkweise der hydraulischen Kesselaufhängung 1 ist wie folgt: Durch das Gewicht des Kessel 2 stehen die vertikalen hydraulischen Zylinder 5 unter einen bestimmten Druck. Sie nehmen das Gewicht des Kessels 2 auf. Erwärmt sich der Kessel 2 und dehnt er sich dadurch nach unten aus, steigt der Messwert des Messinstruments 23, welches in Wirkverbindung mit den Hydraulik-Druckbegrenzungsventil 21 steht. Wird nun der Druck im jeweiligen Hydrauliksystem erhöht und damit in den vertikalen hydraulischen Zylindern 5, wird der Kessel 2 angehoben. Durch ein Anheben des Kessels 2 senkt sich der Messwert des Messinstruments 23 wieder soweit, wie er in der Ausgangsposition war. Die Druckregulierung in den vertikalen hydraulischen Zylindern 5 wird über das Hydraulik-Druckbegrenzungsventil 21 erreicht, mit dem Hydraulik-Druckregelventil 16 wird der maximale Systemdruck eingestellt. Deutet ein steigender Messwert des Messinstruments 23 an, dass der Druck der vertikalen hydraulischen Zylinder 5 erhöht und der Kessel dadurch angehoben werden soll, wird das Hydraulik-Druckbegrenzungsventil 21 über die Verbindung 22 und den Motor 25 so eingestellt, dass der Systemdruck erhöht wird und es erhöht sich der vorhandene Betriebsdruck über den einzustellenden Druck. Dann wird solange am Hydraulik-Druckbegrenzungsventil 21 Öl über die Leitung 24 in den Ölvorrat 20 abgelassen bis der einzustellende Druck erreicht wird.
Über diesen Mechanismus steigt der Druck in den vertikalen hydraulischen Zylindern 5 und der Kessel 2 wird angehoben. Der Kessel 2 wird solange angehoben, bzw. der Druck wird solange erhöht, bis der Messwert des Messinstruments 23 wieder auf den Wert der Anfangsposition eingestellt ist. Dann wird der Druck in den Leitungen 15, 24 und den vertikalen hydraulischen Zylindern 5 konstant gehalten bzw. das Hydraulik-Druckregelventil 16 über die Verbindung 22 und den Motor 25 soweit geöffnet, dass der Durchfluss dem des Hydraulik-Druckregelventils 16 entspricht.
Bei einer Abkühlung des Kessels 2 und einer notwendigen Absenkung des Kessels 2 durch die hydraulischen Zylinder 5 erfolgt der eben erläuterte Ablauf in umgekehrter Richtung, d. h. mit umgekehrten Vorzeichen. Der Druck in den vertikalen Zylindern 5 wird dann durch den eingestellten tieferen Druck im Hydraulik-Druckbegrenzungsventil 21 gesenkt.
Durch diese hydraulische Regelung der Kesselaufhängung 1 wird die Verbindungsstelle zwischen dem Kessel 2 und der Frischdampfleitung (in der 2 nicht dargestellt) in vertikaler Richtung nur geringfügig geändert und die notwendigen Dehnungsbögen, welche im Stand der Technik die Ausdehnung in vertikaler Richtung ausgleichen, entfallen.
Zusätzlich zu der vertikalen Lagerung durch hydraulische Zylinder 5 ist eine horizontale Lagerung vorgesehen. Diese horizontale Lagerung ist notwendig, da der Kessel 2 auch eine Ausdehnung in horizontaler Richtung aufweist. Zwischen je zwei vertikalen hydraulischen Zylindern 5 ist beispielsweise wie bereits oben beschrieben je ein horizontaler hydraulischer Zylinder 5 angebracht. Diese Regelung des Drucks in diesem horizontalen hydraulischen Zylindern 5 und damit die Regelung eines horizontalen Ausgleichs der Lagerung des Kessels 2 bei einer Ausdehnung des Kessels 2 ist entsprechend der oben beschriebenen vertikalen Lagerung des Kessels 2 angefertigt. Im oberen Bereich des Kessels 2 bzw. zwischen dem Kessel 2 und dem Kesselgerüst 3, vorzugsweise in der Nähe der vertikalen Aufhängung des Kessels 2 durch die vertikalen Zylinder 5, sind Messinstrumente 23 angebracht, welche eine horizontale Ausdehnung des Kessels 2 registrieren. Der Druck der Leitungen 15, 24 und der vertikalen hydraulischen Zylinder 5 wird über das Hydraulik-Druckbegrenzungsventil 21 geregelt, mit Hydraulik-Druckregelventil 16 wird der maximale Systemdruck eingestellt. Verändert sich ein Messwert eines Messinstruments 23 wird über eine Verbindung 22 und einen Motor 25 der Druck im System am Hydraulik-Druckbegrenzungsventil 21 entsprechend verstellt, um den Druck in den horizontalen Zylindern 5 zu verringern oder zu erhöhen. Dieser Vorgang führt die horizontale Lagerung solange nach bis die Messwerte der Messinstrumente wieder einen neutralen Wert angeben. Das System besteht aus Leitungen 15, 24 und den horizontalen Zylindern 5. Der Druck wird dann über die Hydraulik-Druckregelventile 16 auf dem vom Messwert vorgegebenen Niveau gehalten.
In der 3 wird die erfindungsgemässe hydraulische Kesselaufhängung 1 an einem U-förmig gestalteten Kessel 2 dargestellt, welcher aus zwei vertikalen Kesselteilen und einer nicht verschweissten Verbindungsstelle 12 besteht. Wiederum wird die thermische Ausdehnung durch Dehnmessstreifen oder Drucksensoren, welche in der 3 nicht dargestellt und an der Oberfläche des Kessels 2 angebracht sind und welche mit den hydraulischen Zylindern 5 in einer ebenfalls nicht dargestellten Wirkverbindung stehen, überwacht. Die hydraulische Lagerung wird bei beiden Teilen sowohl vertikal als auch horizontal durch die Zylinder 5 (andeutet durch Pfeile ist in der 3 die Ausdehnungsrichtung 10) nachgeführt, so dass die Verbindungsstelle 11 zwischen dem Kessel 2 und der Frischdampfleitung 9 sich lediglich in horizontaler Richtung und nur noch geringfügig in vertikaler Richtung bewegen kann. Zur besseren Übersichtlichkeit ist in der 3 die angeschlossene Dampfturbine nicht mehr dargestellt, ebenso wie das Kesselgerüst und der Querbalken, an dem der Kessel aufgehängt ist, fehlen. Bei dem U-förmigen Kessel 2 ist es wichtig, zusätzlich zur Überwachung der zwei vertikalen Kesselteile, die Ausdehnung der nicht verschweissten Verbindungsstelle 12 durch nicht dargestellte Dehnmessstreifen oder Drucksensoren zu überwachen. Eine thermische Veränderung im Bereich der nicht verschweissten Verbindungsstelle 12 wird über eine ebenfalls nicht dargestellte Wirkverbindung an die horizontal angeordneten Zylinder 5 beider Kesselteile geleitet, welche für einen entsprechenden Ausgleich sorgen, um so optimal zu gewährleisten, dass keine Verschiebung im Bereich der nicht verschweissten Verbindungsstelle 12 entsteht.
Bezugszeichenliste

1: Kesselaufhängung
2: Kessel
3: Kesselgerüst
4: Querbalken
5: Zylinder
6: Dampfturbine
7: Welle
8: Generator
9: Frischdampfleitung
10: Pfeil
11: Verbindungsstelle
12: Verbindungsstelle
13: Stahlrahmen
14: Gleitpunkte
15: Leitung
16: Hydraulik-Druckregelventil
17: Rückschlagventil
18: Pumpe
19: Motor
20: Ölvorrat
21: Hydraulik-Druckbegrenzungsventil
22: Verbindung (nur schematisch)
23: Messinstrument
24: Leitung
25: Motor
26: Hydraulik-Druckspeicher

Claims

Kesselaufhängung (1) eines Kessels (2) an einem Kesselgerüst (3), wobei der Kessel (2) an einem horizontalen Querbalken (4) aufgehängt ist, – wobei der Kessel (2) mit mindestens einem vertikal angeordneten hydraulischen Zylinder (5) an dem Querbalken (4) aufgehängt ist, wobei der Kessel (2) mit einem Messinstrument (23) ausgestattet ist, welches eine durch Erwärmung oder Abkühlung entstehende Lageveränderung des Kessels (2) in sich oder relativ gegenüber dem Kesselgerüst (3) erfasst, – wobei das Messinstrument (23) in operativer Wirkverbindung mit dem mindestens einen vertikal angeordneten hydraulischen Zylinder (5) steht, dergestalt, dass die durch das Messinstrument (23) registrierte von einer Ausgangsposition differierende vertikale Lageveränderung des Kessels (2) eine mit dem registrierten Messwert in Abhängigkeit stehende Veränderung des Druckes in dem mindestens einen vertikal angeordneten hydraulischen Zylinder (5) auslöst und thermischen Ausdehnungen des Kessels (2) in vertikaler Richtung entgegenwirkt.
Kesselaufhängung (1) eines Kessels (2) an einem Kesselgerüst (3), – wobei zwischen dem Kessel (2) und dem Kesselgerüst (3) mindestens ein horizontal angeordneter hydraulischer Zylinder (5) angebracht ist, wobei der Kessel (2) mit einem Messinstrument (23) ausgestattet ist, welches eine durch Erwärmung oder Abkühlung entstehende Lageveränderung des Kessels (2) in sich oder relativ gegenüber dem Kesselgerüst (3) erfasst, – wobei das Messinstrument (23) in operativer Wirkverbindung mit dem mindestens einen horizontal angeordneten hydraulischen Zylinder (5) steht, dergestalt, dass die durch das Messinstrument (23) registrierte von einer Ausgangsposition differierende horizontale Lageveränderung des Kessels (2) eine mit dem registrierten Messwert in Abhängigkeit stehende Veränderung des Druckes in dem mindestens einen horizontal angeordneten hydraulischen Zylinder (5) auslöst und thermischen Ausdehnungen des Kessels (2) in horizontaler Richtung entgegenwirkt.
Kesselaufhängung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die horizontale Ausdehnung registrierende Messgerät (23) nahe der Aufhängung des Kessels (2) an einem vertikalen hydraulischen Zylinder (5) angebracht ist.
Kesselaufhängung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Ausdehnung registrierenden Messinstrumente (23) Dehnungsmessstreifen sind.
Kesselaufhängung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Ausdehnung registrierenden Messinstrumente (23) Drucksensoren sind.
Kesselaufhängung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die operative Wirkverbindung zwischen den Messinstrumenten (23) und den Zylindern (5) aus einem Hydraulikventil (21) besteht, welches über einen Motor (25) den Betriebsdruck erhöhen oder senken kann, und sich das Hydraulikventil (21) zwischen einer Leitung (15) und einem Ölvorrat (20) befindet, wobei die Leitung (15) mit dem hydraulischen Zylinder (5) verbunden ist, und das Hydrauliksystem über ein Hydraulikventil (16) und ein Hydraulik-Druckspeicher (26) gespeist ist.
Kesselaufhängung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Öltank (20) und dem Hydraulikventil (16) ein Rückschlagventil (17) und eine Pumpe (18), welche mit einem Motor (19) betrieben wird, befinden.