DE2337526A1

DE2337526A1 - Mit abgasen und/oder feuerungsgasen beheizbarer zwangumlaufdampferzeuger

Info

Publication number: DE2337526A1
Application number: DE19732337526
Authority: DE
Inventors: Frederick George Potter
Original assignee: HERPEN CO KG LA MONT KESSEL
Current assignee: HERPEN CO KG LA MONT KESSEL
Priority date: 1973-05-18
Filing date: 1973-07-24
Publication date: 1974-12-12
Also published as: GB1415247A

Description

La Mont Kessel Herpen υ. Co. K.G. Berlin, den 23. Mai 1973

P 315

1 000 Berlin 33 Ga/Bu

Dovoserstr. 2 b 2337526 Mit Abgasen und/oder Feuerungsgasen beheizbarer Zwangumlaufdampferzeuger

Die Erfindung betrifft einen Zwangumiaufdampferzeuger mit einer Dampfabscbeiderrommei und mit mehreren, in einem von Blechwänden umschlossenen Gaskanal übereinanderliegend angeordneten, an eine Umwälzpumpendruckleitung angeschlossenen HeizfJächenbündein, die aus im wesentlichen quer zur Gasströmung liegenden Rohren gebildet und alle von Abgasen von DieseImaschinen, Gasturbinen od. dgl., jedoch nur teilweise von den Gasen einer zusätzlichen Brennerfeuerung beheizt sind, wobei die Beheizung mit Abgasen oder Feuerungsgasen jeweils einzeln und in Kombination beider Wärmequellen erfolgen kann.

Häufig besteht die Forderung nach einem Dampferzeuger - insbesondere für den Betrieb auf Schiffen- , der die Abgase der Hauptmaschinen {Dieselmaschinen oder Gasturbinen) verwerten und zusätzlich, z. B. für den Hafenbetrieb, mit einer Brennerfeuerung betrieben werden kann.

Es ist bekannt (DT-PS 678 958), in der Abgassamme !leitung der Hauptmaschinen einen Abhitzekessel anzuordnen und einen davon getrennten, mit einem Brennstoff beheizten Dampferzeuger - meist auf der Höhe der Maschinenplattform - vorzusehen, der für den Hafenbetrieb, oder wenn die Maschinen mit niedriger Leistung betrieben werden, Dampf liefert. Die Anordnung von besonderen Kesseln ist teuer und bringt einen zusätzlichen Raumbedarf . Insofern war man bestrebt, die Funktionen der beiden Kessel - Abhitzekessel und Kessel mit eigener Feuerung - in einer einzigen Einheit zu kombinieren (US-PS 1 925 646, US-PS 3 443 550).

Die Kombination der Funktionen von zwei derartigen Kesseln in einer Einheit wirft aber eine Reihe von Problemen auf, unter denen die hauptsächlichsten die folgenden sind:

a) Es ist eine große Differenz zwischen den Gastemperaturen und auch eine solche in den Mengen der Abgase des Hauptantriebs und der Gase der Brennerfeuerung vorhanden.

b) Die die Brennkammer und die zugeordneten oder benachbarten Berührungsheizfiächenbündel umgebenden Gaszugwände müssen geschützt werden, und zwar sollen sie vorzugsweise durch Wasserrohre gekühlt werden. Irgendwelche Mauerungen oder hitzebeständige Auskleidungen

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sollen vermieden werden, da diese durch die von der Gasströmung verursachten Vibrationen leicht beschädigt und gelockert werden können.

c) Es besteht die Gefahr von Tieftemperaturkorrosion, wenn nicht die am meisten wirksame Anordnung der Heizflächen und nicht der günstigste Arbeitsmittelumlauf durch die Rohre erreicht werden.

d) In einem Dampferzeuger dieser Art ist der Temperaturunterschied zwischen den Abgasen und dem Kesselwasser am Gasaustritt sehr gering, was zu sehr großen Heizflächen führt, wenn nicht ein Speisewasservorwärmer oder eine andere Einrichtung, um einen größeren Temperaturunterschied zu erhalten, verwendet wird.

Allgemein gesagt, sind die zwei Funktionen eines einzigen Dampferzeugers im Betrieb völlig verschieden, denn wenn die Maschine betrieben wird, kann die Gasmenge leicht fünfzehnmal größer als bei Brennerbetrieb sein. Ferner hat die viel größere Gasmenge eine niedrige Temperatur, was, um die erforderliche Ausgangsleistung zu erhalten, eine große Heizflache erfordert, während die Gase bei Brennerbetrieb eine sehr viel höhere Temperatur haben, so daß eine kleinere Heizfkäche erforderlich ist.

Bekannte Vorschläge, an der Gaseinlaßseite Brenner anzuordnen, haben den Nachteil, daß bei Brennerbetrieb alle KesseIheizflachen von der kleineren Gasmenge beheizt werden, was zu einem niedrigen Wirkungsgrad der Heizfläche und zur Gefahr der Tieftemperaturkorrosion am Gasouslaßdes Dampferzeugers führt.

Zieht man die angegebenen Probleme in Betracht, so sollte der Dampferzeuger derart ausgebildet sein, daß

1. entweder die in den Abgasen enthaltene Wärme verwertet werden oder eine gesonderte Beheizung erfolgen kann oder beide Wärmequellen in Kombination zur Anwendung kommen können;

2. für die Brennkammer und die angrenzenden Gaszugwande ein Schutz unter Vermeidung von Mauerung oder hitzebeständiger Auskleidung gegeben ist;

3. gleichzeitig die Temperaturdifferenz zwischen Gas und Wasser am Kesse !austritt verbessert wird, ohne die Metalltemperatur so zu erniedrigen, daß sie in den Korrosionsbereich gelangt;

4. in jedem gösse it ige η Betriebszustand die Herzfläcnenrohre in einem heißen Zustand gebalten werden.

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Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Zwangumlaufdampferzeuger der eingangs genannten Gattung darin gesehen, daß das' über die Umwälzpumpendruckleitung zugeführte Wasser eine unter der Sättigurtgstemperarur bei dem jeweiligen Betriebsdruck des Dampferzeugers liegende Temperatur Hat, daß die hohen Temperaturen ausgesetzten Wände des Gaskanais von in den Kreislauf des Arbeitsmittels eingeschalteten Rohren verkleidet sind und daß dlIe im Gaskanal liegenden Heizflächen bei jedem gasseifigen Betriebszustand des Dampferzeugers von Arbeitsmittel durchströmt sind.

Die gesteifte Aufgabe wird damit gelöst, wie der folgenden Bescbre'bung eines Ausführungsbe«spiels, aus der sich weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile für den Fachmann ergeben, zu entnehmen ist.

Fig. 1 ist ein lotrechter Schnitt durch einen schetnatisch dargestellten Zwangumloufdampferzeuger.

Fig. 2 zeigt in der linken Hälfte die Ansicht a - α, in der rechten Hälfte die Ansicht b - b

von Fig. 1.

Der Dumpferzeuger hat einen Biechmantei 1, der einen Gaskanal umschließt, in dem übereinander! tegende Heizflächenbündel 2, 3, 4 und 5 angeordnet sind.Zwischen den Bündeln 3, 4 ist eine Brennkammer 6 zur Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen vorgesehen. Die die Rohrbündel 3, 4 und die Brennkammer 6 umgebenden Gaszugwände sind von Rohren verkleidet, die in den Houptkreislauf eingeschaltet sind, wodurch eine Überhitzung der Gehäusewände bei der Verfeuerung von Brennstoff verhindert und die Verwendung von hitze* beständigem Auskleidungsmaterial vermieden wird.

Wenn in dem Dampferzeuger die Wärme von Abgasen einer Diese !-Maschine oder einer Gas-

7 turbine verwertet wird, so treten diese in den Gaseinlaß^iti, strömen in lotrechter Richtung durch den Gaskanal und treten am Gasauslaß"aus. Auf ihrem Weg durch den Kessel Übertragen die Gase ihre Wärme auf die Rohrbündel und'die die Gaszugwände sowie die Brennkammer auskleidenden Rohrelemente.

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Bei Beheizung des Dampferzeugers mit Brennstoff ohne Abgasbeheizung wird der Brennstoff in der Brennkammer 6 verbrannt, und die Gase übertragen ihre Wärme auf die Rohrbündel 4, 5 und die die Brennkammer sowie die das Rohrbündel 4 umgebenden, die Gaszugwände verkleidenden Rohrelemente. Nur eine kleine Wärmemenge wird auf die obersten Reihen des Rohrbündels 3 übertragen. Die durch die Rohrbündel 4, 5 gebildete Heizfläche wird in ihrer Größe für die Betriebsbedingung bei Brennstoffeuerung optimal ausgelegt, was für die erforderliche Leistung und den erforderlichen V/iri ungsgrad die Minimalheizfläche ergibt, wodurch vermieden wird, alle in dem Kessel enthaltenen Heizflächen bei einem niedrigen Heizflächenwirkungsgrad zu verwenden, und es wird ferner die Gefahr von Tieftemperaturkorrosion beseitigt.

Auf der vVasserseite des Dampferzeugers wird Speisewasser in die Dampfabscheidetrommel 9 mittels der Speisepumpe 10 über ein Speiserohr 11 eingefördert. Das Rohr 11 ist so angeordnet, daß in die Saugeleitung 12 der Umwälzpumpe eingespeist wird, so daß die Temperatur der entstehenden Mischung aus Speisewasser und Kesselwasser unter der Sättigungstemperatur bei dem jeweiligen Betriebsdruck ist. Das unterkühlte Wasser wird mittels der Umwälzpumpe 13 über die Druckleitung 14 zum Eintrittsverteiler 15 gefördert, an dem die Rohre des ersten Heizflächenbündels 5 angeschlossen sind, das so ausgelegt ist, daß für alle Betriebszustände und Kessellasten die Temperatur des das Rohrbündel verlassenden Wassers immer unter der Sättigungstemperatur ist. Das im Rohrbündel 5 aufgeheizte Wasser strömt dann zum Verteiler 16 und wird durch Durchflußregeleintichtungen (La Mont-Düsen) auf die Rohre des zweiten Heizflächenbünde is 2 verteilt. In ihrem weiteren Verlauf kleiden die vom Heizflächenbündel 2 kommenden Rohrstränge die die HeizflächenbUndel 3, 4 und die Brennkammer 6 umgebenden Gaszugwände aus, bilden dann die Heizflächenbündel 4 bzw. 3 und münden schließlich in der Dampfabscheidetrommel 9.

Der Strömungsweg des Arbeitsmittels bzw. die Anordnung der Rohrstränge an den Gaskanalwänden, die im Bereich hoher Temperaturen liegen, ergibt sich anhand der Strömungspfeile in Fig. 1 und 2. Die vom Heizfiächenbündel 2 ausgehenden Rohrstränge 2a verkleiden zuerst die (dem Brenner 17 gegenüberliegende) Rückwand im unteren Teil des Gaskanals, gehen dann in die angrenzende Seitenwand und schließlich in die Vorderwand (Brennerwand) über. Hier kehren die Rohrstränge um und werden mäanderartig weitergeführt, wie

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Fig. 2 zeigt, bis oberhalb des Heizflächenbündels 4 die Gaskanalauskleidung endet. Die Rohrstränge 2a bilden in ihrer Fortsetzung das dritte Heizflächenbündef 4, an das dann das vierte Heizflächenbündei 3, das unterhalb der Brennkammer 6 angeordnet ist, anschließt.

Die die Rohrbündel 2 und 5 bildenden Rohrelemente können vorzugsweise aus Rippenrohren bestehen, um ihre Wärmeübertragungseigenschaften zu steigern und den wasserseitigen Druckabfall zu vermindern.

In den Rohrbündeln 3, 4 werden im allgemeinen Glattrohre verwendet, da diese höheren Gastemperaturen aus der Verbrennungswärme ausgesetzt sind. Die die Brennkammer und die Gaszugwände verkleidenden Rohre können Glattrohre sein, die tangierend zueinander angeordnet sind, oder es können Rohre mit Längsflossen für einen geschweißten Rohrwandaufbau verwendet werden.

Das Mischen von Speise- und Kessefwasser in der Saugeleitung 12 hat eine Reihe von Vorteilet}. Wenn beispielsweise ein Kessel die Umwälzzahi 4 hat, d. h. daß drei Teile Wasser von der Trommel abgezogen und mit einem Teil Speisewasser, das aus der Speiseleitung direkt in die Sajgeleitung eingeführt wird, gemischt werden, so hat das zur Folge, daß die Temperatur des den Rohren zugeführten Wassers vermindert wird, wodurch der Temperaturunterschied am gasaustrittsseitigen Kesselende ohne Verminderung der Metalltemperatur in den Kürrosionsbereich verbessert wird. Ferner wird der Einsatz eines Ekonomiser mit einem getrennten Wasserkreislauf zur Vorwärmung des Speisewassers entbehrlich, womit auch die damit verbundene Gefahr der Tieftemperaturkorrosion an den Ekonomiserrohren ausgeschaltet wird. Weiter wird für den Fall von sehr niedrigen Speisewassertemperaturen die Notwendigkeit beseitigt, einen Teil des Kesselwassers durch den Ekonomiser zu führen, um die Speisewassereintrittstemperatur auf eine annehmbare Höhe zu bringen, wodurch also an Umwälzpumpe η Ie istung gespart wird, da diese Menge an Kesselwasser ja zusätzlich zu der für die Kesse I heiz fläche η nbtwendigen Menge umgepumpt werden müßte. Auch wird damit eine beträchtliche Ersparnis an Rohrleitungen und an Steuer- oder Regeleinrichtungen gegenüber einem Kessel mit Ekonomiser erhalten.

Wird das Verhältnis von Speise- und Kesselwasser richtig gewählt, so kann die am Rohrbündel 5

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erforderliche Eintrittstemperatur so eingestellt werden, daß ein optimaler Kesselwirkungsgrad erhalten wird.

Das Ziel der Strömungsanordnung durch die Rohrbündel ist, für beide Betriebsbedingungen wasserseitige Druckabfälle zu erhalten, die sich nicht zu stark unterscheiden. Vorzugsweise soll der Druckabfall bei Brennstoffeuerung niedriger sein, um einen größeren Wasserfluß durch die Rohrelemente zu ermöglichen und eine angemessene Kühlung der hoch beheizten Elemente sicherzustellen. Der größere Umwälzfaktor in diesem Fall wird die Temperaturdifferenz in dem Vorwärmer-RohrbUndel 5 nicht nachteilig beeinflussen, da auf Grund der Feuerung ti ie Gastemperatur höher ist.

In allen Fällen sollen die Rohrelemente so angeordnet sein, daß sie entwässerbar sind.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß neuerungsgemäß ein Dampferzeuger geschaffen wird, bei

1. die durch Brennstoff beheizte Brennkammer im Gaskanal derart angeordnet ist, daß nur der obere Teil der Heizflächen, wenn die Feuerung in Betrieb ist, dem Heizgasstrom ausgesetzt ist. Bei dieser Anordnung wirken die vor der Brennkammer liegenden Heizflächen ds eine Dämpfungsvorrichtung und vermindern die Pulsationseinflüsse des Abgasstroms, so daß bei gleichzeitigem Abgas- und Brennerbetrieb letzterer nicht beeinflußt wird.

2. durch die Anpassungsfähigkeit des ZwangumlauHLaMont) Systems es möglich ist, die Heizflächen so anzuordnen, daß die die Brennkammer und benachbarte Rohrbündel umgebenden Gaszugwände mit wassergekühlten Rohren verkleidet werden können, die im HauptkesseIkreislauf liegen, wodurch die Notwendigkeit, hitzebesfändiges Material zum Schutz der Gaszugwände zu verwenden, vermieden wird.

3. auf der Wasserseite des Kessels Speisewasser mit Kesselwasser in der Umwäfzpumpensaugeleitung gemischt wird, so daß das in die Kesse ir öhre eintretende Wasser einerseits unter der Sättigungstemperatur, andererseits aber oberhalb einer Temperatur, bei der Tieftemperaturkorrosion zu erwarten wäre, ist.

4. Wasserumlauf durch die Kesselheizflächen ein geschlossener Kreislauf vom Eintritts verteiler

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zurück zur DampFabscheidetrommel ist, so daß auf diese Weise die Rohrelemente zu jeder Zeit ohne Rücksicht auf die Betriebszustände auf der gasbeheizten Seite dieser Elemente in einem heißen Zustand gehalten werden.

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Claims

Berlin, den 23. Mal 1973 Ga/Sk P 315 Pate ntansprüche

1. Zwangumlaufdampferzeuger mit einer Dampfabscheidetrommel und mit mehreren, in einem von Biechwänden umschlossenen Gaskanal übereinanderliegend angeordneten, an eine Umwälzpumpendruckleitung angeschlossenen Heizflächenbündeln, die aus im wesentlichen quer zur Gasströmung liegenden Rohren gebildet und alle von Abgasen von Dieselmaschinen, Gasturbinen oder dgl., jedoch nur feilweise von den Gasen einer zusätzlichen Brennerfeuerung beheizt sind, wobei die Beheizung mit Abgasen oder Feuerungsgasen jeweils einzeln und in Kombination beider Wärmequellen erfolgen kann, dadurch gekennzeichnet, daß das über die Umwälzpumpendruckleitung zugeführte Wasser eine unier der Sättigungstemperatur bei dem jeweiligen Betriebsdruck des Dampferzeugers liegende Temperatur hat, daß die hohen Temperaturen ausgesetzten Wände des Gaskanals von in den Kreislauf des Arbeitsmittels eingeschalteten Rohren verkleidet sind und daß alle im Kanal liegenden Heizflächen bei jedem gasseitigen Betriebszustand des Dampferzeugers von Arbeitsmittel durchströmt sind.

2. Zwangumiaufdampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpendruckleitung (14) mit einem Eintrittsverteiler (15) verbunden ist und sämtliche Heizflächenbündel (2, 3, 4, 5) im A rbe its mitte I strom vom Eintrittsverteiler (15) bis zur Dampfabscheidetrommel (9) hintereinandergeschaltet sind.

3. Zwangumiaufdampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Brennkammer (6) und die dieser benachbart liegenden HeizflächenbUndel (3, 4) umgebenden Gaszugwände von Rohren verkleidet sind.

4. Zwangumiaufdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das unmittelbar an den Eintrittsverteiler (15) angeschlossene erste Heizflächenbündel (5) im Bereich der niedrigen Gastemperaturen liegt.

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5. Zwangumlaufdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das an das erste HeizflächenbUndel (5) im Arbeitsmittelstrom anschließende zweite Heizflächenbündel ( 2) an der Abgaseintrittsseite (7) angeordnet ist.

6. Zwangumlaufdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Arbeitsmittelstrom an das zweite Heizflächenbündel (2) die die Gaszugwände verkleidenden Rohre (2 a) anschließen.

7. Zwangumlaufdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Heizflächenbündel (5) und der Brennkammer (6) ein drittes, im Arbeitsmitte !strom an die die Gaszugwände verkleidenden Rohre (2 a) angeschlossenes Heizflächenbündel (4) liegt.

8. Zwangumlaufdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Heizflächenbündel (2) und der Brennkammer (6) ein viertes, im Arbeitsmittelstrom hinter das drifte Heizflächenbündel (4) geschaltetes HeizflächenbUndel (3) angeordnet ist.

9. Zwangumlaufdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste, dritte und vierte Heizflächenbündel entgegen der Gasströmung vom Arbeitsmittel durchflossen sind.

10. Zwangumlaufdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Gaszugwärde verkleidenden Rohren (2 a) die Arbeitsmittelströmung im wesentlichen aufwärts bzw, parallel zur Gasströmung gerichtet ist.

11. Zwangumlaufdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Heizflächenbündel (5 bzw. 2) aus Rippenrohren bestehen.

12. Zwangumlaufdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte und vierte Heizflächenbündel (4 bzw. 3} aus Glattrohren bestehen.

13. Zwangumlaufdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die Gaszugwände verkleidenden Rohre (2 a) in tangentialer Lage zueinander angeordnete Glattrohre oder mit untereinander verschweißten Längsflossen versehene Rohre sind. 4 0 9850/0230

14. Zwangumlaufdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Eintrittsverteiier (15) zugeführte Wasser derart unterkühlt und das erste Heizflächenbündel (5) derart bemessen ist, daß das Wasser dieses Heizflächenbündel bei jedem Betriebszustand mit einer unter der Sättigungstemperatur liegenden Temperatur verläßt.

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