DE3408981A1 - Dampferzeuger mit parallelgeschalteten verdampferrohren - Google Patents

Dampferzeuger mit parallelgeschalteten verdampferrohren

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Georg Ing.(grad.) 8521 Uttenreuth Lösel
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    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/62Component parts or details of steam boilers specially adapted for steam boilers of forced-flow type
    • F22B37/70Arrangements for distributing water into water tubes

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Description

  • Dampferzeuger mit parallelgeschalteten Verdampferrohren
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger mit parallelgeschalteten von einem gemeinsamen Eintrittssammler ausgehenden und in einen gemeinsamer Austritts-Sammler mündenden Verdampferrohren.
  • Dampferzeuger dieser Art sind z.B. als Zwangsdurchlaufdampferzeuger in Kraftwerken und in der chemischen Industrie zur Erzeugung von Prozeßdampf im Einsatz. Beim Betrieb solcher Dampferzeuger werden bei bestimmten Betriebszuständen Instabilitäten beobachtet. Diese Instabilitäten äußern sich durch starke periodische Schwankungen der Wandtemperatur einzelner Verdampferrohre.
  • Sie können solche Außmaße annehmen, daß es zu Rohrreißern kommen kann. Die Ursachen sind weitgehend unbekannt. Es wird vermutet, daß zeitliche Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums im Innern der Verdampferrohre, die Wärmeableitung bzw. Kühlung der Verdampferrohre zeitlich verändern.
  • Um diese höchst unerwünschten dynamischen Instabilitäten zu vermindern, hat man bisher schon den Eintrittsquerschnitt aller parallelgeschalteten Verdampferrohre gedrosselt. Dies brachte zwar eine Dämpfung der Instabilitäten aber dafür mußte ein erhöhter Druckverlust und damit ein erhöhter Energiebedarf für die Speisewasserversorgung in Kauf genommen werden. Auch hat man schon versucht,die Wärmezufuhr in den Bereichen wo Schäden auftraten, durch Abdecken der-Verdampferrohre zu vermindern. Aber durch das Abdecken verringert sich zugleich auch die an sich erwünschte Wärmeaufnahme des des Verdampfers. Darüber hinaus kann die ungekühlte, sehr heiße Abdeckung bei Feuerungsstörungen Verpuffungen mit entsprechenden Kesselschäden verursachen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde die genannten Temperaturschwankungen und dynamischen Instabilitäten bei Parallelrohrsystemen in einer Weise zu mindern, die keine Einbußen hinsichtlich der Wärmeaufnahme und des gesamten Wirkungsgrades zur Folge hat.
  • Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 6 beschrieben.
  • Der Erfindung liegt die Annahme zugrunde, daß die die Temperaturschwankungen verursachenden zeitlichen Veränderungen der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums ihre Ursache darin haben, daß der Strömungswiderstand in den einzelnen Verdampferrohren durch die Volumenzunahme bei der Verdampfung vergrößert wird und die dadurch verminderte Strömungsgeschwindigkeit die Verdampfung wiederum fördert. Weil die Verdampferrohre an ihrem oberen und unteren Ende über den Eintrittssammler und Austrittssammler miteinander kommunizieren und weder im Eintrittsnoch im Austrittssammler Druckschwankungen meßbar sind, wird davon ausgegangen, daß die Strömungsschwankungen in einzelnen Verdampferrohren um 180' gegeneinander phasenverschoben und der Massendurchsatz durch alle Verdampferrohre konstant ist. Unter diesen Voraussetzungen können die Schwingungen durch die Druckausgleichsrohre kurzgeschlossen werden.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind daher unter anderem der schnelle Abbau entstehender Druck- schwankungen in miteinander verbundenen Verdampferrohren, wodurch eine Vergleichmäßigung der Strömung erfolgt und schädliche Temperaturschwingungen unterbunden werden.
  • Durch die Anbringung der Druckausgleichrohre in den Bereichen der Verdampferrohre, in denen die Dampfbildung einsetzt, werden die Druckschwankungen annähernd am Entstehungsort ausgeglichen. Die Strömung des Mediums und damit auch die Wärmeabfuhr können so in effektiver Weise ausgeglichen werden.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand zweier in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der parallelgeschalteten Verdampferrohre eines Dampferzeugers mit angeschweißten Druckausgleichsrohren, Fig. 2 die gewickelte Rohrwand eines modernen Dampferzeugers, mit mehreren Reihen von gegeneinander versetzten Druckausgleichsrohren und Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Rohrwand des Dampferzeugers der Fig. 2.
  • Wie aus der schematischen Darstellung der Fig. 1 hervorgeht, sind die Verdampferrohre 1 bis 6 eines Dampferzeugers 7 an einem gemeinsamen Eintrittssammler 8 angeschlossen und münden in einen gemeinsamen Austrittssammler 9.
  • Jeweils zwei Verdampferrohre sind in ihrem unteren Drittel untereinander durch ein Druckausgleichsrohr 10, 11, verbunden. Die lichte Weite der Druckausgleichsrohre soll im Ausführungsbeispiel etwa gleich der lichten Weite der Verdampferrohre sein.
  • In der Darstellung der Fig. 1 ist in den linken beiden Verdampferrohren 1, 2 der Phasenzustand des Mediums angedeutet. In die Verdampferrohre strömt über den Ein- trittssammler 8 je nach Anlage vorgewärmtes oder heißes Wasser 12 ein. Dieses wird in dem unteren Teil der Verdampferrohre bis zum Siedepunkt aufgeheizt. Gewöhnlich setzt die Verdampfung im unteren Drittel der Verdampferrohre ein. Sie ist dann im oberen Drittel im wesentlichen abgeschlossen. Dort kann der Dampf 13 teilweise sogar überhitzt sein Dieser Dampf 13 strömt aus den verschiedenen Verdampferrohren 1 bis 6 in den Austrittssammler 9 und wird von diesem meist über ein Wasserdampftrenngefäß (nicht dargestellt) in einen Uberhietzer (nicht dargestellt) geleitet. Je nach Heizleistung und Strömungsgeschwindigkeit des Mediums in den Verdampferrohren kann die Verdampfungszone 14 etwas weiter nach oben oder nach unten wandern.
  • Durch die etwa im unteren Drittel der Verdampferrohre eingesetzten Druckausgleichsrohre 10, 11 kann überschüssiges Volumen bei verstärkter Verdampfung und dadurch vergrössertem Strömungswiderstand in einem dieser Verdampferrohre 1, 3, 4, 6 in ein über ein Druckausgleichsrohr 10, 11 verbundenes Verdampferrohr überströmen. Durch den dadurch erzielten Druckausgleich zwischen diesen Verdampferrohren wird ein gleichmäßigeres Nachströmen von Flüssigkeit und damit eine gleichmäßigere Wärmeableitung aus den Verdampferrohren gewährleistet. Dies wiederum hat geringere Temperaturunterschiede und somit auch geringere Wärmespannungen zwischen diesen Verdampferrohren zur Folge.
  • Die Fig. 2 zeigt eine Rohrwand 15 eines modernen, gewickelten, rechteckigen Dampferzeugers 16 mit schräg laufenden parallelen Verdampferrohren 17 bis 38. Bei diesen Verdampferrohren handelt es sich um sogenannte Flossenrohre, die zur Erzielung einer gasdichten Wand 15, wie wie in der Fig. 3 noch gezeigt wird, über ihre ganze Länge miteinander verschweißt sind. Alle Flossenrohre sind mit ihrem einen Ende an dem unteren Eintrittssammler 39 und mit ihrem anderen Ende an dem oberen Austrittssammler 40 angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind in drei verschiedenen Ebenen Druckausgleichsleitungen 43 bis 57 zwischen den Verdampferrohren 20 bis 34 eingeschweißt. Diese verbinden in der untersten der drei Ebenen die gegeneinander schwingenden Verdampferrohre 19 und 23, 22 und 25, 24 und 27 in gleicher Höhe. Die in den beiden darübergelegenen Ebenen eingeschweißten Druckausgleichsrohre 47 bis 57 verbinden die gegeneinander schwingenden Verdampferrohre 22 und 25, 23 und 26, 24 und 27, 26 und 29, 27 und 30, 28 und 31, 24 und 27, 25 und 28, 26 und 29, 28 und 31, 29 und 30 auf dem kürzesten Wege.
  • In der Fig. 3 erkennt man den Aufbau der aus miteinander verschweißten Flossenrohren 24 bis 33 aufgebauten Rohrwand 15. Hierbei wird deutlich, daß die Flossenrohre mit.ihren Flossen aneinanderstoßen und über ihre Flossen 58 bis 69 zu einer gasdichten Wand verschweißt sind. Die Druckausgleichsrohre 45, 46 sind auf der vom Feuerraum 70 abgewandten Seite der Rohrwand 15 angeschweißt.
  • Durch die in der Fig. 2 gezeigte Schrägstellung der Verdampferrohre wird auch bei örtlich ungleichmäßiger Wärmeaufnahme der Rohrwand, wie z.B. bei rechteckigen Feuerraumquerschnitten, eine gleichmäßige Wärmeaufnahme über alle Verdampferrohre hinweg gewährleistet.
  • Die in den oberen beiden Ebenen gezeigte kürzest mögliche Verbindung der Verdampferrohre über Druckausgleichsrohre 47 bis 57 hat zur Folge, daß Bereiche der Verdampferrohre miteinander verbunden werden, in denen die Ausdampfung unterschiedlich weit fortgeschritten ist. Andererseits wird so der Strömungswiderstand in den Druckausgleichsleitungen bei gegebenen Leitungsquerschnitt und der Materialaufwand minimiert. In der untersten Ebene sind beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die Druckausgleichsrohre 43 bis 46 horizontal geführt und verbinden Bereiche der Verdampferrohre mit angenähert gleichem Ausdampfungsgrad. Dafür müssen jedoch etwas längere Druckausgleichsrohre und ein höheren Strömungswiderstand in denselben in Kauf genommen werden.
  • An sich genügt die Anbringung der Druckausgleichsrohre in einer Höhe der Verdampferrohre, in der die Dampfbildung einsetzt. Soll ein Dampferzeuger jedoch mit recht unterschiedlicher oder schwankender Last betrieben werden, so kann es vorteilhaft sein, Druckausgleichsrohre, wie in Fig. 2 gezeigt, in unterschiedlichen Ebenen vorzusehen. Es ist auch möglich, drei oder mehr Verdampferrohre 28, 31, 33, die gegensätzlich schwingen, gleichzeitig über ein und dieselbe Druckausgleichsleitung miteinander verbinden (Fig. 3). Diese Druckausgleichsrohre lassen sich auch nachträglich bei bereits installierten Dampferzeugern über aufgeschweißte Anschlußnippel oder eingeschweißte Formstücke zwischen solchen Verdampferrohren anbringen, die bei bestimmten Betriebszuständen um 180 phasenverschoben gegeneinander schwingen.
  • Die Druckausgleichsleitungen führen durch eine Vergleichmäßigung des Mengendurchsatzes in den Verdampferrohren zu geringeren Temperaturschwankungen in den Rohrwänden.
  • Dies führt insbesondere bei Rohrwänden, bei denen Flossenrohre verwendet sind und bei denen die Flossen einander benachbarter Verdampferohre miteinander zur Erzielung einer geschlossenen Rohrwand verschweißt sind, zu einer bedeutenden Verminderung der Wärmespannungen. Dies wiederum vermindert nicht nur die Gefahr von Rohrreißen sondern erhöht ganz allgemein die Lebensdauer des Dampferzeugers.
  • 10 Patentansprüche 3 Figuren Bezugszeichenliste Verdampferrohre 1 bis 6 Dampferzeuger 7 Eintrittssammler 8 Austrittssammmler 9 Druckausgleichsrohr 10, 11 Wasser 12 Dampf 13 Verdampfungszone 14 Rohrwand 15 Dampferzeuger 16 Verdampferrohre 17 bis 38 Eintrittssammler 39 Austr ittssammler 40 Druckausgleichsrohr 43 bis 57 Flosse 58 bis 69 Feuerraum 70 - Leer'eite -

Claims (10)

  1. Patentansprüche Dampferzeuger mit parallelgeschalteten, von einem gemeinsamen Eintrittssammler ausgehenden und in ein gemeinsamen Austrittssammler mündenden Verdampferrohren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung von dynamischer Instabilitäten Verdampferrohre (1 - 6, 17 - 38), in denen diese Instabilitäten auftreten, über Druckausgleichsrohre (10, 11, 43 - 57) miteinander verbunden sind.
  2. 2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Druckausgleichsrohre (10, 11, 43 - 57) Verdampferrohre (1 - 6, 17 -38) miteinander verbinden, in denen die maximale Amplitude der Strömungsgeschwindigkeit um annähernd 180' gegeneinander phasenverschoben ist.
  3. 3. Dampferzeuger nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Verdampferrohre (28, 31, 33) in denen die maximale Amplitude der Strömungsgeschwindigkeit um annähernd 180' gegeneinander phasenverschoben sind, über Druckausgleichsrohre an einen gemeinsamen Sammler (46) angeschlossen sind.
  4. 4. Dampferzeuger nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Druckausgleichsrohre (10, 11, 47 - 52) in einer Höhe der Verdampferrohre (1 - 6, 17 - 38) angeschlossen sind, bei denen bei Normalbetrieb bis ca. 10% des Mediums verdampft sind.
  5. 5. Dampferzeuger nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere Druckaus- gleichsrohre (43 - 57) in unterschiedlicher Höhe an ein-und demselben Verdampferrohr (17 - 38) angeschlossen sind.
  6. 6. Dampferzeuger nach Anspruch 1, mit untereinander zu einer gasdichten Rohrwand verschweißten Flossenrohren, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Druckausgleichsrohre (43 - 57) auf der dem Feuerraum (70) abgewandten Seite der Rohrwand (15) angeordnet sind.
  7. 7. Dampferzeuger nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Querschnitt des Druckausgleichsrohrs (10, 11, 43 - 57) annähernd den Querschnitt des angeschlossenen Verdampferrohres (1 - 6, 17 - 38) erreicht.
  8. 8. Dampferzeuger nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Querschnitt der-Druckausgleichsrohre (10, 11, 43 - 57) 10% des Querschnitts der Verdampferrohre ( 1 - 6), 17 - 38) übersteigt.
  9. 9. Dampferzeuger nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Druckausgleichsrohre (10, 11, 43 - 57) über eingeschweißte Formstücke (= T-Stücke) an den Verdampferrohren (1, 3, 4, 6, 20, 22 - 31, 33) angeschlossen sind.
  10. 10. Dampferzeuger nach Anspruch 1, d a d u r ch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Druckausgleichsrohre über an den Verdampferrohren aufgeschweißte Nippel angeschlosen sind.
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DK109585A (da) 1985-09-13
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