DE3347083A1 - Tauchheizflaechen fuer eine wirbelschichtfeuerung - Google Patents

Description

••nt·· · « · « § ι

• · · «til III· · ····>· ·· (ι

3347033

Krefeld, den 22.12.1983 973-Pat-TH/Kü - V 83/Oi:

VEREINIGTE KESSELWERKE AG
HOOO Düsseldorf

Tauchheizflächen für eine Wirbelschichtfeuerung

Die Erfindung betrifft Tauchheizflächen gemäß dem Oberbegriff das Patentanspruchs 1.

Als Tauchheizflächen werden bei Wirbelschichtfeuerungen die in ( der Wirbelschicht angeordneten, aus Rohren aufgebauten Wärmetauscher bezeichnet. Durch diese Rohre fließt ein Kühlmedium - > üblicherweise Wasser bzw. Dampf -, so wird ein Teil der Verbrennungswärme direkt aus der Wirbelschicht abgeführt. Die Anordnung von Wärmetauscherflächen innerhalb der Wirbeilschicht ist notwendig, wenn die Verbrennungstemperatur auf eiriem vorteilhaft niedrigen Niveau, etwa weniger als 900⁰C, gehalten ' werden soll.

Durch ihre Anordnung innerhalb der Wirbelschicht sind die als Tauchheizflachen eingesetzten Wärmetauscherrohre sehr starken ;.' Erosionskräften durch das wirbelnde Bettmaterial ausgesetzt. Sie verschleißen schnell, dies zwingt zu kostenintensiven Reparaturmaßnahmen, während denen die Wirbelschichtfeiierung .. still steht. ■ :■■

;■ Es ist. versucht worden, den Verschleiß durch geschickte Anordnung der Rohre in der Wirbelschicht zu verringern. In dem Status-Report "TUBE BANK C - METAL WASTAGE" der NCB (IEA B GRIMETHORPE) LTD. vom November 1982 werden gattungsgemäße S Tauchheizflächen beschrieben. Die einzelnen Rohre laufen über- Π und nebeneinander waagrecht durch die Wirbelschicht (Figur 1, <

2, 7)« Der horizontale und vertikale Abstand der Rohre voneinander wird variiert, um die verschleißgünstigste Anordnung herauszufinden.

Weiterhin wurde versucht, die einzelnen Rohre durch Aufschweißen von Strömungsbrechern, wie Stifte, Rippen, Kugeln etc. gegen die Erosion zu schützen. Roh?e mit diesen Merkmalen! werden z.B. in "Power", März 1983, Figur. 3, Seite 60 gezeigt. Ebenfalls wurde die Beschichtung der Rohroberfläche durch besonders widerstandsfähige Materialien versucht.

Durch diese Maßnahmen konnten die Erosionen zwar reduziert werden, die Standzeiten der Tauchheizflächen sind jedoch immer noch nicht zufriedenstellend. Darüber hinaus ist das Auswechsein der verschlissenen Einzelrohre aufwendig und langwierig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch Instandsetzungs- und Wartungsarbeiten an den Tauchheizflächen verursachten Stillstandszeiten einer Wirbelschichtfeuerung zu verkürzen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Rohre mit den erfindungsgemäßen Merkmalen sind Sowohl geringeren Erosionskräften ausgesetzt, als auch besser gegen diese geschützt.

Die Tauchheizflächen gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 sind besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Vierkantrohre lassen sich einfach zu Rohrschotten mit ebenen seitlichen Wänden verbinden. Rohrwände aus Rohren, die mit Stegen miteinander verbunden sind - z.B. Membran- bzw. Flossenrohrwände, haben sich, insbesondere bestiftet und bestampft, als robustes und kostengünstiges Bauelement im Feuerungsbau bewährt.

111 · ·· It Mil

3347Ü83

Die Ausführungsform gemäß Anspruch 5 1st zusätzlich in der Lage, unterschiedliche Wärmeausdehnungen in den einzelnen Rohren eines Rohrschotts, wie sie z.B. bei der Verwandung als überhitzer auftreten können, ohne Schädigung zu tolerieren.

Die Wärmetauscherrohre mit den Merkmalen_der Patentansprüche bis 8 haben besonders lange Standzeiten. Sie werden deshalb vorzusgweise als unterste Rohre eines Rohrschotts eingesetzt. Das Wärmetauscherrohr gemäß Anspruch 8 ist eine bevorzugte •10 Ausführungsform, da es sich überraschenderweise als besonders widerstandsfähig gegen Erosionen gezeigt.hat.

Bei der Wirbelschichtfeuerung gemäß "Anspruch 9 lassen sich die Rohrschotten einfach und schnell aus dem Feuerraum herausziehen und wieder einschieben. Dies führt zu einer weiteren Verkürzung der Stillstandszeiten der Wirbelschichtfeuerung.

Die Zeichnungen dienen der Erläuterung der Erfindung anhand vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiele. 20

Figur 1 zeigt grob schematisch einen Schnitt durch eine

stationäre Wirbelschichtfeuerung mit den erfindungsgemäßen Rohrschotts.

Figur 2 zeigt zwei Ausführungsformen eines Rohrschotts gemäß

Anspruch 2.

Figur 3 zeigt den Querschnitt durch einen Rohrschott gemäß

Anspruch i|.
30

Figur 4 zeigt die Querschnitte durch drei Ausführungsformen

gemäß Anspruch 5.

Figur 5 zeigt den Querschnitt durch drei Ausführungsformen von geschützten Einzelrohren nach Anspruch 6.

• · ι ι · · ι· tin

• It )>···· I

I ) I I · · · I

• > it · · · j

··· · M Ml ·· t>

Figur 6 zeigt vereinfacht einen Querschnitt durch eine Wirbelschichtfeuerung gemäß Anspruch 9·

Figur 7 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A von Figur 6.

Ein Feuerraum 1 einer Wirbelschichtfeuerung wird seitlich von gekühlten, gasdichten Wänden 2 begrenzt. Nach unten ist er über einen Düsenboden 3 gegen eine Luftkammer 4 mit einer Druckluftversorgung abgeschlossen (Figur 1). Bei ein«:!:· stationären Wirbelschicht reicht das Wirbelbett 5 - d*r Bereich mit fluidisiertem Verbrennungsmaterial - bis zu einer bestimmten Höhe, der Raum oberhalb· des Wirbelbettes viird als Freiraum 6 bezeichnet.

In das Wirbelbett sind Wärmetauscher in Form von waagrechten, brettartigen und hochkant stehenden Rohrschotts 7 eingetaucht. Jedes Rohrschott 7 baut sich aus mindestens zwei waagrechten, senkrecht übereinander angeordneten Einzelrohren 8 auf. Der Zwischenraum zwischen den Rohren ist im wesentlichen durch an den Rohren befestigte Seltenteile mit senkrechten Seitenflächen 9 abgedeckt. Im vorliegenden Beispiel verlaufen die Rohre 8 waagrecht, bei Verwendung als Verdampferrohre in einem Naturumlaufkessel werden die Rohre 8 leicht geneigt (weniger als 20°) angeordnet, um ein Aufsteigen der Dampfblasen zu ermöglichen. Die in dem Wirbelbett 5 eingetauchte Wärmetauscher werden als Tauchheizflächen bezeichnet. Die Rohre 8 eines jeden Rohrschotts 7 reichen durch eine abgedichtete öffnung 10 in der Feuerraumwand 2 bis außerhalb des Feuerraums 1 und sind c?ort an Ein- und Austrittssammler 11 angeschlossen.

Die öffnungen 10 sind auf den Querschnitt der Rohrschotts 7 angepaßt und mit lösbaren Flanschverbindungen 12. versehen. Durch diese öffnungen 10 können die Rohrschotts 7, einzeln oder auch in Gruppen zusammengefaßt, in den Feuerraum 1 eingeschoben werden.

I · · Il IMI ;" ·.

An der den Öffnungen 10 gegenüberliegenden Feuerrauminnenwand 2.1 befinden sich Halterungen 13 für das Kopfende 7·1 des Rohrschotts 7. Die Halterungen 13 sind in ihren, dem Feuerraum 1 zugewandten Seiten mit öffnungen 14 versehen, die das Kopf-. ende 7.1 eines Rohrschotts 7 aufnehmen und halten. Zur Abstützung sind die Rohrschotts 7 zusätzlich durch weitere Halterungen 15 geführt, die in etwa in der Mitte des Feuerraums stehen. . .

Außerhalb des Feuerraums 1 sind die Rohre 8 eines Rohrschotts 7 lösbar an gemeinsamen Ein- und Austrittssammlern 11 angeschlossen. Es ist vorteilhaft, mehrere neben- oder überelnanderliegende Rohrschotten 7 zu kompletten Tauchheizflächeneinheiten zusammenzufassen. Dies erfolgt, indem die Rohre 8 von verschiedenen Rohrschotten 7 außerhalb des Feuerraums fest mit einem gemeinsamen Austritts- und Eintrittssammler 11 verbunden sind.

Ein Rohrschott 7 baut sich aus mindestens zwei, im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier waagrechten, parallelen und senkrecht übereinanderliegenden Rohren 8 auf. Die senkrechten Seitenflächen 9 eines jeden Rohrschotts 7 sind vorzugsweise glatt. Es ist vorteilhaft, die Rohrschotts 7 aus in Haarnadelform gebogenen Rohren 8 durch übereinander- oder Ineinanderschachteln aufzubauen.

In der Ausführungsform nach Figur 2 ist ein Rohrschott 7 aus vier Vierkantrohren 8.1 zusammengeschweißt. Ebenso ist es möglich, die Vierkantrohte 8.1 übereinander zusammenzuklammern.

In dieser vorteilhaften Ausführungform entstehen die glatten, ebenen Seitenflächen 9 des Rohrschotts 7 beim Zusammenfügen der Einzelrohre 8.1 von selbst. Als Vierkantrohre 8.1. können gezogene oder gewalzte Profilrohre eingesetzt sein, ebenso ist die Verwendung von Vierkantgußrohren oder von in ein Vierkantprofil eingegossenen Kesselrohren möglich.

In der Ausführung nach Abbildung 3 wird die brettartige Form eines Rohrschotts 7 erreicht, indem waagrecht verlaufende, senkrecht überein&nderllegende Rohre 8 . über senkrecht stehende Stege (bzw. Flossen) 16 zusammengeschweißt und zusätzlich bestiftet und mit erosionsbeständigem Material beslampft werden.'Dabei wird die Bestampi'ung 17 so gestaltet, daß ebene, glatte und senkrechte Seitenflächen 9 der Rohrschotts 7 entstehen.

Die eben beschriebenen Ausführurigsfornien (Figur 2 und 3) sind

vorzugsweise zum Einsatz als Verdampferheizflachen bestimmt, • da sie unterschiedliche WärmeausDehnungen von Rohren 8 innerhalb eines Rohrschotts 7 nur wenig ausgleichen können.

Die Rohrschotten 7 nach Abbildung 4 bauen sich aus waagrechten, genau übereinanderliegenden Einzelrohren 8 auf, die nicht fest miteinander verbunden sind. Die ebenen, senkrechten Seitenflächen 9 werden von den Flossen 16 an den Einzelrohren 8 gebildet. Sie sind an beiden Seiten jedes Rohres senkrecht angeschweißt. Die Flossen 16 können dabei - jeweils an der Mitte der Rohrseiten angeschweißt - den Umfang der einzelnen Rohre 8 sowohl nach oben, als auch nach unten überragen« Ebenso ist ein gleichzeitiges Abschließen eben und unten mit dem Rohrumfang möglich. Der Abstand der Rohre 8 mit angeschweißten Flossen 16 wird durch Halterungen so fixiert, daß jeweils ein Spalt zwischen zwei übereinanderliegenden Flossen 16 entsteht, der mindestens den maximalen Unterschieden in den Wärmeausdehnungen zwischen zwei Rohren 8 eines Kohrschotts 7 entspricht.

• · ft

Il I

I η

II t *. ί

3347(83

In dem beschriebenen Rohrschott 7 nach Abbildung 4 können die untersten Rohi«e 8.2 mit einem zusätzlichen Schutz versehen sein (Abbildung 5). Der zusätzliche Schutz besteht aus einem Verschleißteil, das an der Unterseite der Rohre 8.2 befestigt ist und diese abdeckt. Daeu weisen die Rohre 8.2 an jeder Seite senkrechte, nach unten über den Umfang herausragende Flossen 16 auf. Das Verschleißteil befindet sich in dem Zwischenraum, der von den beiden Flossen 16 und der Unterseite des Rohres 8.2 gebildet wird. Nach einer Ausführungsform der ' Erfindung ist auf der Unterseite des Rohres eine Auftragsschweißung 18 angebracht. Nach einer anderen Ausführungsform ist die Unterseite des Rohres 8.2 zusätzlich bestiftet und der Zwischenraum mit einem erosionsbeständigen Keramikmaterial 19 ausgefüllt. Bei einer dritten Ausführungsform erfolgt die Abdeckung der Unterseite des Rohres 8.2 mit einem län,_:;s des Rohres verlaufenden Profilstab 20, der - z.B. über Bolzen 21 im Zwischenraum an den überragenden Flossen 16 befestigt ist. Der Profilstab 20 läßt sich, wenn ein bestimmter Verschleiß erreicht ist, einfach austauschen.

Diese erfindungsgemäßen Merkmale zum Schutz von Einzelrohren ist nicht nur auf diese Anwendung beschränkt. Der Schutz läßt sich an Jedem Wärmetauscherrohr anbringen, z.B. auch an den Einzelrohren der Tauchheizflächen nach dem Stand der Technik, die nicht zu Rohrschotten zusammengefaßt sind. Ebenso· läßt sich dieser Erosionsschutz an den untersten Rohren 8.2 der Rohrschotöen 7 nach Pa.entanspruch 2 bis 4 (Figur 2 und 3) anbringen.

>ί 1 )

I ) ■> .

■J > )

> I

33Λ7083

- 10 -

Im Betrieb strömt die Wirbelluft - und damit das I ettmaterial - von unten parallel entlang der Längsseiten der 1 rettartigen Rohrschotten 7. Diese Längsseiten bieten daher kaiim Angriffsflächen für Erosionen. Alle Rohre 8, mit Ausnahme der untersten, liegen im Windschatten. Es wird nur die vom untersten Rohr 8.2 gebildete Schmalseite des Rohrschotts 7 direkt angeströmt. Diese Schmalseite erhält, wie vorhin beschrieben, einen zusätzlichen Erosionsschutz.

Bei Instandsetzungen, Wartungen oder Inspektionen, z.B. zum Auswechseln von-Schleißteiien, lassen'sich die Rohrschotten 7, einzeln oder gemeinsam, einfach aus dem,Feuerraum 1 herausziehen, nachdem die Planschverbindung 12 gelöst ist. Nach Abschluß der Arbeiten werden sie genauso einfach wieder durch Einschieben in die Betriebsstellung gebracht.

Claims (8)

1. '· · · t· llllll

   • » · · · I I t

   3347003

   Krefeld, den 22.12.1«33 973-Pat-TH/Kü - V 83/02

   VEREINIGTE KESSELWERKE AQ
   HOOO Düsseldorf

   Patentansprüche

   Tauchheizflächen für eine Wirbelschichtfeuerung, . * - mit im wesentlichen waagrechten, übereinander

   angeordneten Rohren,
   dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (8) in Rdhrschotten

   (7) zusammengefaßt sind,

   die sich jeweils aus mindestens zwei, vorzugsweise zwei bis sechs senkrecht übereinander angeordneten Rohren (8) aufbauen, die beldseits Seitenflächen (9) parallel zur Strömungsrichtung der Wirbelluft aufweisen.
2. 2. Tauchheizflächen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rohrschotten (7) aus miteinander irerbundenen Vierkantrohren (8.1) aufbauen.
3. 3· Taüchheizflachen nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Vierkantrohre (8.1) aus gezogenen oder gewalzten Profilrohren und/oder aus gegossenen Vierkantrohren Und/oder aus in ein Vierkantprofil eingegossenen Kesselbohren.
4. 4. Tauchheizflächen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Rohrschotten (7) aus über Stege (Flossen) (16) miteinander verbundenen Rohren (8), die seitlich bestiftet und bestampft sind.

   10

   15
5. 5. Tauchheizflächen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Rohrschotten (7) aus unmittelbar übereinander angeordneten Einzelrohren (8), die jeweils an beiden Selten zur Strömungsrichtung der Wirbelluft parallele Flossen (16) aufweisen.
6. 6. Wärmetauscherrohr, insbesondere zur Verwendung als unterstes Rohr eines Rohrschotts nach einem der Ansprüche 1 bis 5, - mit jeweils an beiden Seiten zur Strömungsrichtung der

   Wirbelluft parallelen Flossen,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Flossen (16) nach unten über den Umfang des Rohres (8.2) herausragen und daß der von ihnen und der unteren Rohraußenwand gebildete Zwischenraum einen Erosionsschutz enthält.
7. 7. Wärmetauscherrohr nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Auftragsschweißung (18) und/oder eine keramische Auskleidung (19).

   20
8. 8. Wärmetauscherrohr nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein zwischen den Flossen (16) befestigtes Guß- oder Stahlprofil (20) als Erosionsschutz.

   25

   9· Wirbelschichtfeuerung mit Tauchheizflächen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   30

   in einer Feuerraumwand (2) sind öffnungen (10) mit lösbaren Flanschverbindungen(12), die dem Querschnitt der Rohrschotts (7) entsprechen;

   in etwa gleicher Höhe sind an der gegenüberliegenden Feuerrauminnenwand (2.1)Halterungen (13) für die Rohr schotts (7) angebracht.