DE2034464B2 - Durchlaufkessel mit aufgehängtem Rohrsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchlaufkessel großer Leistung mit sich um die Brennkammer herum hochwindendem Verdampfersystem, das aus dicht miteinander verschweißten Rohren besteht. Da diese Rohre im wesentlichen horizontal verlaufen, sind sie nicht geeignet, in senkrechter Richtung größere Lasten aufzunehmen. Andererseits muß bei einem derartigen Durchlaufkessel gewährleistet sein, daß sich die Schraubenwicklung bei Erwärmung ausdehnen kann, wenn man Verwerfungen der Brennkammerwände durch Wärmespannungen oder Risse in den Brennkammerwänden vermeiden will.

Ans eier französischen Patentschrift 12 65421 ist es zur Aufhängung eines Verdampfersystems mit sich um die Brennkammerwände herum windenden Rohren bekannt, diese Rohre an senkrechten, vom Arbeitsmittel durehflossenen Tragrohren aufzuhängen. Da hierbei die Rohre der Brennkainmerwände nicht untereinander dicht verbunden sind, besteht nicht das Problem der Spannungen in den Brennkammerwänden, die sich infolge unterschiedlicher Abkühlung bzw. Aufwärmung der Brennkammerwändc gegenüber den Trägern bzw. den Tragrohren, an denen die Brennkainmerwände aufgehängt sind, ergeben.

Aus diesem Grunde hat man bei Durchlaufkesseln mit sich um die Brennkammer herum windendem Rohrsystem, das aus gasdicht miteinander verschweißten Rohren besteht. Federn oder Gewichte eingesetzt, die zwischen die Träger für die Brennkammerwände und die Brennkammerwand geschaltet sind. Dies geht z.B. aus der österreichischen Patentschrift 2 71506 hervor, in der ein oben aufgehängtes Rohrsystem unten über eine Hebelanordnung mit Gegengewicht abgestützt ist. Auch bei der Vervendung von dicht hinter der Br-ennkammerwand liegenden Flacheisen als Zuganker (Patentanmeldung P 19 15 631) treten mindestens in der Aufwärmphase des Kessels so große unterschiedliche Wärmedehnungen infolge ungleichmäßiger Erwärmung der tragenden Flacheisen und der Brennkammerwand auf, daß die Brennkammerwand mit den Flacheisen nur federnd verbunden werden kann. Durch die Erwärmung der tragenden Flacheisen im Betrieb läßt sich lediglich der notwendige Federweg gegenüber kalten Zugankern vermindern.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 14 26 737 ist ein Dampfkessel bekannt, dessen Verdampferheizfläche aus einer Rohrschraube mit gasdicht miteinander verschweißten Rohren besteht. Diese Rohrschraube besitzt einen größeren Durchmesser als der oberhalb dieser Rohrschraube angeordnete Kesselzug mit Wandüngen aus senkrecht verlaufenden Rohren. Zur Aufhängung der Rohrschraubc dienen vom Arbeitsmittel durchflossene Tragrohre, die mit dem oberen Ende der Rohrschraube fest verbunden sind. Da die vom Arbeitsmittel durchflossenen Tragrohre sich etwa m gleicher Weise ausdehnen wie die Rohre im Kesselzug oberhalb des Verdampfers, werden damit Verspannungen zwischen der mit größerem Durchmesser ausgeführten Rohrschraube und dem unteren Teii des mit kleinerem Durchmesser ausgeführten Kesselzuges mit senkrechten Rohren begrenzt. Die vertikale Ausdehnung der Rohrschraube ist bei dieser Anordnung relativ gering. so daß das Problem der Unterstützung der unteren Teile der Rohrschraube. um Verformungen im oberen Teil durch das Eigengewicht zu verhindern, bei dieser An-Ordnung nicht vorhanden ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Durchlaufkessel mit aufgehängtem Rohrsystem zu schaffen, bei dem man auch ohne federnde Aufhängung der aus gasdicht verschweißten Rohren bestehenden Brennkammerwände auskommt, auch wenn infolge der Größe des Kessels die Festigkeit der Brennkammerwände selbst nicht ausreicht, um sich selbst und den Boden der Brennkammer zu tragen.

Die Erfindung betrifft damit einen Durchlauf-Dampf-

s<j erzeuger mit sich um die Brennkammer herum hochwindendem Verdampfersystem, das aus einer Schraubenwickiung aus gasdicht miteinander verschweißten Rohren besteht und dessen Brennkammerwändc an einer Stelle im oberen Bereich mit senkrechten Tragrohren fest verbunden sind, wobei außerdem eine Abstützung der Rohre der Schraubenwicklung im unteren Bereich durch die Tragrohre vorgesehen ist.

Das Neue besteht erfindungsgemäß darin, daß die untere Abstützung durch eine feste Verbindung zwi-

do sehen der Schraubenwicklung und den Tragrohren gebildet wird, und daß die Tragrohre vom Arbeitsmittel durchströmt werden, dessen Temperatur nicht oberhalb der Arbeitsmitteltemperatur am Ausgang der Schraubenwicklung liegt.

"5 Die vom Arbeitsmittel durchströmten Tragrohre wärmen sich bei Inbetriebnahme des Kessels etwa genau so schnell auf. wie die Brennkammerwände selbst. Die Wärmespannungen zwischen den Tragroh-

ren und der Brennkammerwand sind also bei Inbetriebnahme oder Außerbetriebnahme des Kessels nicht größer als im Betrieb des Kessels. Benutzt man die Tragrohre dazu, das im Economiser vorgewärmte Speisewasser in den Eintritt der Verdampierheizfläche zu führen, so besteht zwischen der Verdampferheizfläche und den Tragrohren am unteren Festpunkt keine Temperaturdifferenz, während die Temperaturdifferenz am oberen Festpunkt der Aufwärmspanne in den Brennkammerwänden entspricht. Da zwischen dem oberen und unteren Festpunkt nur Schiebeverbindungen vorgesehen sind, wird sich bei Aufwärmung der Brennkammerwand diese gegenüber den Tragrohren zwischen den Fixpunkten nach unten verschieben.

Diese Ausweichmöglichkeit der Brennkammerwand trotz zweier fester Verbindungsteile mit der Rohraufhängung stellt ein Merkmal dar, das es gestattet, die Wärmespannungen so gering zu halten, daß ein sicherer Betrieb des Kessels gewährleistei ist. Das zweite Merkmal zur Begrenzung der Wärmespannungen stellt eine im kalten Zustand aufzubringende Vorspannung der Brennkammerwand und der Tragrohre dar. Kür den Fall, daß das in den Tragrohren fließende Arbeitsmittel im Betrieb des Kessels kälter ist als das Arbeitsmittel in der Brennkammerwand, muß die Vorspannung so aufgebracht werden, daß im kalten Zustand die Brennkammerwand durch die Tragrohre nicht auf Druck, sondern unter Umständen sogar auf Zug beansprucht wird. Fließt im Betrieb des Kessels in den Trugrohren Arbeitsmittel mit höherer Temperatur als im Mittel in der Brennkammerwand, so kann man durch eine Vorspannung, bei der im kalten Zustand die Brennkammerwand zusammengedrückt wird, erreichen, daß sich eine gewünschte Aufteilung der zu tragenden Last des Eigengewichts der Brennkammerwand und eventueller zusätzlicher Aschegewichte im Trichter auf die Brennkammerwand und die Tragrohre einstellt.

Die Tragrohre können dabei paarweise oder einzeln in einem der erforderlichen Tragfähigkeit entsprechenden Abstand, z. B. 1 bis 2 m auf den Umfang des Feuerraumes verteilt angeordnet sein. Bei Verwendung von Rohrpaaren können diese auf ihrer gesamten Lange oder auch nur stückweise zusammengeschweißt werden, um an den so verstärkten Stellen über vertikale Schiebeverbindungen die Schraubenwicklung abstützen zu können. Die äußere horizontale Versteifungskonstruktion kann an die Tragrohre angehängt weiden. Hierbei ergibt sich der Vorteil, daß man den Angriffspunkt der Kräfte in die neutrale Faser der Tragrohre legen kann und dadurch Momente vermieden werden.

Die Stelle, an denen die Tragrohre im unteren Bereich mit der Schraubenwicklung kraftschlüssig verbunden werden, liegt mit Vorteil im Bereich des oberen Randes des Feuerraumtrichters. Da die Tragrohre im Betrieb niedrigere Temperatur aufweisen als die Schraubenwicklung, wird bei Inbctriebgehen des Kessels die Schraubenwicklung zunehmend zusammengedrückt. Dies bedeutet, daß ein größerer Teil des Gewichts der Schraubenwicklung sich im unteren Bereich derselben, beispielsweise am Beginn dos Feuerraumtrichters, auf die Tragrohre aufstützt, so daß im oberen Bereich der Schraubenwicklung eine Zugentlastung zustande kommt. Wie stark diese Zugentlastung sich im Betrieb auswirkt, hängt davon ab, welche Vorspannung aufgebracht wurde, wobei man z. B. Gewichte von mehreren Tonnen anhängen kann. Eine solche Vorspannung kann naturgemäß auch durch Anziehen von

Schrauben erzeugt werden.

Wenn man ein solches Kesselsystem, erstmalig nvt Wasser von beispielsweise 150^ClC füllt, bevor noch die Feuerung gezündet wird, ist die Temperatur der Tragrohre zunächst höher als die der zusammengeschweißten Schraubenwicklung. Dabei verändert sich die in kaltem Zustand aufgebrachte Vorspannung. Infolge der großen Eisenmassen des Economisers geht aber die AufwärrnUng des Speisewassers sehr langsam vor sich, so daß das anfängliche Temperaturgefälle von den Tragrohren zur Schraubenwicklung beim Füllen des kalten Kessels mit heißem Wasser nur gering ist.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in vereinfachter schematischer Darstellung. Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Mit 1 ist ein Teil der Feuerraumwand bezeichnet, die aus einer zusammengeschweißten Schraubenwicklung gebildet wird. Die Verdampferrohre winden sich steigend längs der Wände des Feuerraumes hoch, wobei sie gegebenenfalls nur auf einer einzigen Wand oder auf einigen Wänden ansteigen, auf den übrigen Wänden oder der übrigen Wand aber waagerecht verlaufen. Wenn man ein solches Rohrsystem aufhängt, so stellt bereits das Eigengewicht eines derartigen Kesselkörpers eine unzulässig hohe Belastung und Zugbeanspruchung im Bereich der Aufhängung dar. Man war daher schon stets bestrebt. Maßnahmen zur Zugentlastung zu treffen.

Es wäre im übrigen auch nicht sinnvoll, einen derartigen Kcss;lkörper nur am unteren Ende zu befestigen, da dann wieder das Gewicht der darüberliegenden Eisenmassen deformierend auf den unteren Teil der Rohrwand einwirken würde. Es ist daher schon versucht worden, gesonderte Tragelemente. insbesondere vom Arbeitsmittel abwärts durchflossene Tragrohre 2. zur Aufhängung der Rohrwand heranzuziehen.

Die Tragrohre 2 können, wie insbesondere aus F i g. 2 ersichtlich ist, durch paarweise vereinigte Rohre 3 und 4 gebildet werden, die unmittelbar oder unter Verwendung von Zwischenstücken miteinander verschweißt sind. Derartige Zwischenstücke sind mit 5, 6, 7 und 8 bezeichnet. Diese können, wie z. B. die Zwischenstücke 5, 6 und 8. nur jeweils für eine einzige Befestigungsstelle dimensioniert sein, es ist aber auch möglich, längere Streifen 7 zu verwenden, um damit eine Befestigung an mehreren Stellen vorzunehmen.

Wie insbesondere aus F i g. 1 ersichtlich ist. werden erfindungsgemäß zwei feste Verbindungen zwischen Feuerraumwand 1 und den Tragrohren 2 vorgenommen, wobei ein oberer Festpunkt 9 i:m Bereich des oberen Endes des Verdampfers und ein unterer Festpunkt 10 am oberen Ende des Aschentrichters 11 liegt.

Für die Aufteilung der Lasten in der Feuerraumrohrwand ist die Vorspannung von wesentlicher Bedeutung, die vor dem Anschweißen des unteren Festpunktes den Tragrohren oder der Rohrwand auferlegt wird. Wie bereits erwähnt, kann eine Gewichtsbelastung von mehreren Tonnen vorgesehen werden. Feuerraumwand und Tragrohre wirken dann in betriebswarmem Zustand des Kessels wie ein System von zwei miteinander verkoppelten l-'edern. die entsprechend ihrer Steifigkeitcn Kräfte übernehmen. Im Vergleich zu einer Gcwichtsenilastung mit Konstanthängern wird eine solche Konstruktion einfacher und billiger. Die anfallende Achse verteilt sich entsprechend der Steifigkcilcn auf

Rohrwand und Tragkonstruktion.

Die Aussteifungskonstruktion kann an die Tragrohrc angehängt werden. Da hierbei kleine Relativdehnungcn zwisehen Feuerraum-Rohrwand und Aussteifungskonstruktion auftreten, können die Eckverbindungen der horizontalen Aussteifungsträger besonders einfach ausgebildet werden. Außerhalb der beiden Festpunkte 9 und 10 besteht nur eine gleitende Verbindung zwischen Feuerraumwand 1 und Tragrohren 2 an den Stelle 13, 14, 15, 16, 17 und 18. Durch geeignete Verklär rung kann bei ausreichender Beweglichkeit der
struktionselemente gegeneinander die Formbestä keit der Feuerraumrohrwand gewährleistet we Die Schiebestellen sind in F i g. 2 mit 19, 20 und 2 zeichnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Paternansprüche:

1. Durchlauf-Dampferzeuger mit sich um die Brennkammer herum hochschwingendem Verdampfersystem, das aus einer Schraubenwickiung aus gasdicht miteinander verschweißten Rohren besteht und dessen Brennkammerwände an einer Stelle im oberen Bereich mit senkrechten Tragrohren fest verbunden sind, wobei außerdem eine Abstützung der Rohre der Schraubenwicklung im unteren Bereich durch die Tragrohre vorgesehen ist, d a durch gekennzeichnet, daß die untere Abstützung (10) durch eine feste Verbindung zwischen der Schraubenwicklung (1) und den Tragrohren (2. 3, 4) gebildet wird, und daß die Tragrohre vom Arbeitsmitte! durchströmt werden, dessen Temperatur nicht oberhalb der Arbeitsmitteltemperatur am Ausgang der Schraubenwicklung liegt.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verbindungsstellen im oberen und unteren Bereich zwischen den Tragrohren (2, 3, 4) und der Schraubenwicklung (1) Schiebeverbindungen (12 bis 21) vorgesehen sind.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragrohre (1) paarweise zusammengefaßt sind und die Rohrpaare (3, 4) in einem Abstand von beispielsweise 1 bis 2 m auf dem Umfang des Feuerraumes angeordnet sind.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragrohre (2, 3. 4) oder die Rohrwand (1) vorgespannt sind, insbesondere durch Gewichisbelastung oder über Schraubenverbindungen.

5. Dampferzeuger nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere horizontale Versteifungskonstruktion an die Tragrohre (2, 3, 4) angehängt ist.