DE381001C

DE381001C - Water tube boiler

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Publication number: DE381001C
Application number: DEW57223D
Authority: DE
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Publication date: 1923-09-14

Description

Wasserrohrkessel. Die bisher bekannten, sogenannten engrohrigen Wasserrohrkessel für Land- oder Schiffszwecke zeigen auch bei Verwendung von Ölfeuerung entsprechend ihrer Entwicklung aus dem kohlebefeuerten Wasserrohrkessel größtenteils noch einen mehrfach hin und her gekrümmten, verhältnismäßig langen Gasweg, in der Absicht, den Heizgasen bei verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit genügend Zeit zu geben, um ihre Wärme bis zu einer gewünschten Endtemperatur an die einzelnen Heizflächen zu übertragen. Hierbei ist es nicht möglich, einen gleichmäßig guten Wärmeübergang für die ganze Heizfläche zu erzielen, da infolge der Hin-und Herführung der Gase, oft in sehr scharfen Krümmungen sich zahlreiche tote Ecken und Wirbelfelder bilden, in denen entweder gar keine oder nur geringe Strömung der Gase herrscht. Bekanntlich nimmt aber der Wärmeübergangskoeffizient erheblich mit der Geschwindigkeit ab, abgesehen davon, daß in solchen toten Ecken mit besonderer Vorliebe sich Rußteilchen usw. absetzen und dadurch der Wärmeübergang noch weiter verschlechtert wird.Water tube boiler. The previously known, so-called narrow-tube water-tube boilers for land or ship purposes show accordingly when using oil firing Their development from the coal-fired water-tube boiler is largely another repeatedly curved, relatively long gas path, with the intention of to give the heating gases enough time at a relatively low speed, to transfer their heat to the individual heating surfaces up to a desired final temperature transferred to. Here it is not possible to achieve a uniformly good heat transfer to achieve for the entire heating surface, as due to the back and forth routing of the gases, numerous dead corners and vortex fields often form in very sharp curves, in which there is either no or only a slight flow of the gases. As is well known but the heat transfer coefficient decreases considerably with speed, apart from that of the fact that in such dead corners there is a particular preference for soot particles, etc. settle and thereby the heat transfer is worsened even further.

Die Hin- und Herführung der Gase hat noch den weiteren Nachteil, daß eine unnötig große Gebläseleistung für eine gewisse Dampferzeugung aufgewendet werden muß.The back and forth of the gases has the further disadvantage that an unnecessarily large fan power can be used for a certain amount of steam generation got to.

Bei Kohlenstaubfeuerung bildet außerdem die Hin- und Herführung der Gase in der bei Stückkohlenfeuerung üblichen Weise eine große Gefahr, indem in den Wirbelfeldern sich leicht unverbrannte Kohlenteilchen absetzen und zu Kesselexplosionen führen können.In the case of pulverized coal firing, the to and fro also forms the Gases in the usual way with lump coal firing a great danger by in the Eddy fields easily settle unburned coal particles and cause boiler explosions being able to lead.

Nun gibt es zwar bereits ölbefeuerte Wasserrohrkessel, bei denen die Gase das ganze Rohrbündel auf einmal beaufschlagen und es angenähert senkrecht zur Richtung der Rohre durchströmen, indessen müssen dabei die Gase, wie dies z. B. bei den allgemein üblichen Kesseln mit zwei Rohrbündeln und Befeuerung zwischen ihnen von einer oder beiden Stirnseiten her geschieht, schon bei ihrem Eintritt ins Rohrbündel eine scharfe Umlenkung machen, wodurch sich unnötige Gaswiderstände und ungleichmäßige Beaufschlagung des Rohrbündels ergeben.Now there are already oil-fired water-tube boilers in which the Gases act on the whole tube bundle at once and it is approximately perpendicular to the Flow through the direction of the pipes, while the gases, as z. B. in the commonly used boilers with two tube bundles and firing between happens to them from one or both ends, as soon as they enter Make a sharp deflection into the tube bundle, creating unnecessary gas resistance and uneven loading of the tube bundle result.

Ferner sind in den meisten Fällen die Durchgangsquerschnitte vom Eintritt bis zum Austritt hin gleichgroß, so daß bei den austretenden Heizflächenteilen eine starke Verzögerung der Gasgeschwindigkeit und damit eine Abnahme des Wärmeübergangskoeffizienten stattfindet.Furthermore, in most cases the passage cross-sections are from the inlet the same size up to the exit, so that a strong delay in gas velocity and thus a decrease in the heat transfer coefficient takes place.

Bei der vorliegenden Erfindung, die sich nur auf Wasserrohrkessel mit Öl-, Gas- oder Kohlenstaubfeuerung erstreckt, sollen alle diese Mängel dadurch vermieden werden, daß das ganze Rohrbündel des Dampferzeugers schon beim Eintritt der Heizgase in seiner ganzen Ausdehnung zwischen Ober- und Unterkessel von den Heizgasen in annähernd gerader Richtung durchzogen wird, und daß in gleicher Weise auch die nachgeschalteten, im selben Kesselgehäuse eingebauten Wärmeaustauscheinrichtungen, wie Überhitzer, etwaiger Speisewasser- und L uftvorwärmer in annähernd gerader Richtung von den Heizgasen durchströmt werden. Ferner ist die Einrichtung getroffen, daß der freie Querschnitt des Heizgaszuges nach dem Austritt hin sich annähernd entsprechend der Temperatursenkung und der damit verbundenen Raumverminderung der Heizgase verengt. Die Achse des Heizgaszuges liegt dabei im Gegensatz zu bisherigen ähnlichen Kesselsystemen, die sich indessen auf Stückkohlefeuerung beziehen, wie z. B. den bekannten Bellevillekesseln, wagerecht oder angenähert wagerecht, um die Heizröhren oder Heizelemente des Dampferzeugers, Überhitzers oder etwaigen Speisewasser- und Luftvorwärmers senkrecht oder angenähert senkrecht in den Kanal einbauen zu können. Dies ist notwendig, um zu vermeiden, daß die ersten Heizrohre des Dampferzeugers im Innern von Dampf entblößt werden, wie dies bei deren annähernd wagerechter Anordnung in einem Heizgaszug mit senkrechter Achse der Fall wäre.In the present invention, which only applies to water tube boilers with oil, gas, or pulverized coal firing, all of these deficiencies are said to be the result be avoided that the whole tube bundle of the steam generator at the entrance of the heating gases in its entire extent between the upper and lower boiler from the Heating gases is traversed in an approximately straight direction, and that in the same way also the downstream heat exchange devices built into the same boiler housing, such as superheaters, any feed water and air preheaters in an approximately straight direction are flowed through by the heating gases. Furthermore, the device is made that the free cross-section of the hot gas flue after the exit corresponds approximately accordingly the reduction in temperature and the associated reduction in space for the heating gases. The axis of the hot gas flue lies in contrast to previous similar boiler systems, which, however, relate to lump coal firing, such as B. the well-known Belleville boilers, horizontally or approximately horizontally, around the heating tubes or heating elements of the steam generator, Superheater or any feed water and air preheater vertically or approximated to be able to install vertically in the duct. This is necessary to avoid that the first heating pipes of the steam generator are exposed inside of steam, As is the case with their approximately horizontal arrangement in a heating gas flue with a vertical one Axis would be the case.

Besonders zweckmäßig ist es, in einem Sonderfall die Achse des Heizgaszuges mit der Achse der Verbrennungskammer zusammenfallen zu lassen, wobei vorausgesetzt ist, daß die Einführung von Luft und Brennstoff am vorderen Ende der Verbrennungskammer erfolgt. In diesem Fall treffen die Heizgase annähernd senkrecht auf das Rohrbündel des Dampferzeugers und durchfließen dann dieses sowie die nachgeschalteten Wärmeaustauscheinrichtungen ohne wesentliche Richtungsänderung und ohne daß tote Ecken gebildet werden, mit geringsten Druckverlusten.It is particularly useful in a special case to use the axis of the heating gas flue to coincide with the axis of the combustion chamber, assuming is that the introduction of air and fuel at the front end of the combustion chamber he follows. In this case, the hot gases hit the tube bundle almost perpendicularly of the steam generator and then flow through this and the downstream heat exchange devices without significant change of direction and without dead corners being formed, with lowest pressure loss.

Die Verengung des freien Durchgangsquerschnitts nach dem austretenden Ende kann entweder dadurch erreicht werden, daß bei Annahme paralleler oder annähernd paralleler Kesselgehäusewände die Heizröhren oder Heizelemente enger gesetzt oder die ,leichten Spaltbreiten zwischen ihnen verkleinert werden oder aber daß bei Wahl gleicher lichter Spaltbreiten bei den hintereinander befindlichen Rohrreihen oder Heizelementen der ganze freie Kanalquerschnitt durch Zusammenziehen der Kanalwände nach dem austretenden Ende hin verkleinert wird. In gewissen Fällen können beide Arten der Verkleinerung des ganzen freien Durchgangsquerschnitts gleichzeitig angewandt werden. Einesteils zur Vereinfachung bei der Herstellung, anderseits zur weiteren Verminderung der Gaswiderstände kann im Falle, daß die Heizröhren nach dem Austritt hin enger gesetzt werden, dieses Engersetzen nicht bei jeder hintereinanderfolgenden Rohrreihe, sondern erst bei hintereinanderfolgenden Rohrgruppen geschehen, so daß innerhalb dieser Gruppen die hintereinanderstehenden Rohre parallele Gassen bilden, wobei erfahrungsgemäß ebenfalls noch genügend Turbulenz für die Wärmeabgabe von seiten der Heizgase entsteht.The narrowing of the free passage cross-section after the exiting The end can either be achieved by accepting parallel or almost parallel boiler housing walls, the heating tubes or heating elements are narrower set or the slight gap widths between them are reduced or else that if the same clear gap widths are selected for the rows of tubes located one behind the other or heating elements, the entire free channel cross-section by pulling together the channel walls is reduced towards the exiting end. In certain cases, both can Types of reduction of the entire free passage area applied at the same time will. On the one hand to simplify the production, on the other hand to further Reduction of the gas resistance can in the event that the heating tubes after the exit be set closer, this narrowing not for each successive one Pipe row, but only happen with consecutive pipe groups, so that within these groups, the tubes standing one behind the other form parallel alleys, experience has shown that there is still enough turbulence for heat dissipation from on the part of the heating gases.

Die Abb. i und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen mit Überhitzer, Speisewasser- und Luftvorwärmer ausgerüsteten engrohrigen Wasserrohrkessel mit Ölfeuerung, wobei Abb. i den senkrechten Längsschnitt und Abb.2 den wagerechten Schnitt durch die verschiedenen Rohrbündel und Heizelemente darstellt, Es bezeichnet i die Verbrennungskammer, an deren vorderem Ende die Olzerstäuber 2 angebracht sind. Die von denletzterenausgehendenFlammenkege13 treffen das Rohrbündel des Dampferzeugers q. gleichmäßig in ganzer Höhe und Breite. Da gleichzeitig die Achse der Verbrennungskammer annähernd senkrecht zum Rohrbündel des Dampferzeugers steht, so treffen die Gase mit größter Strahlungswirkung auf das Rohrbündel. Der Dampferzeuger q. besitzt nur einen Oberkessel 29 und einen Unterkessel 30 und ein verbindendes Rohrbündel, welch Letzteres etwa aus einem Steigerohrbündel 5 und einem Fallrohrbündel 6 besteht. Diese beiden Rohrgruppen stehen annähernd senkrecht zur Achse A-B des Heizgaskanals und des Kesselgehäuses, welche Achse im Aufriß annähernd gerade ist und angenähert wagerecht liegt, so daß einerseits die Rohre der beiden Gruppen 5 und 6 fast senkrecht von den Heizgasen getroffen werden und anderseits im Innern des Dampferzeugers der Wasserumlauf seinen Höchstwert erreicht. Bei der Rohrgruppe 5 ist entsprechend der höchsten Heizgastemperatur der größte freie Durchgangsquerschnitt innerhalb des Heizgaszuges 7 vorhanden. Bei der zweiten Rohrgruppe 6 ist bei im Grundriß noch parallelen Wänden des Kessel-gehäuses die Verkleinerung des Durchgangsquerschnitts entsprechend der Temperatursenkung dadurch erreicht, daß die Rohre in der Querrichtung enger gesetzt sind, also deren lichte Spaltbreite gegenüber der Gruppe 5 verkleinert ist. Zur Vereinfachung der Herstellung ist hierbei die Spaltbreite bei den aufeinanderfolgenden Rohrreihen der Gruppen 6 oder 5 jeweils gleich angenommen, indessen kann diese Spaltbreite natürlich auch stetig, d. h. von RohrreihezuRohrreihe nach hinten zu kleiner werden.Figs. I and 2 show an embodiment of the invention for a narrow-tube water-tube boiler equipped with a superheater, feed water and air preheater with oil firing, Fig i the combustion chamber, at the front end of which the oil atomizers 2 are attached. The flame cones 13 emanating from the latter hit the tube bundle of the steam generator q. evenly across the entire height and width. Since at the same time the axis of the combustion chamber is approximately perpendicular to the tube bundle of the steam generator, the gases hit the tube bundle with the greatest radiation effect. The steam generator q. has only one upper boiler 29 and one lower boiler 30 and a connecting tube bundle, the latter consisting of a riser tube bundle 5 and a downcomer tube bundle 6. These two tube groups are approximately perpendicular to the axis AB of the heating gas duct and the boiler housing, which axis is almost straight in elevation and is approximately horizontal, so that on the one hand the pipes of the two groups 5 and 6 are hit almost perpendicularly by the heating gases and on the other hand inside the Steam generator the water circulation reaches its maximum value. In the case of the tube group 5, the largest free passage cross-section within the heating gas flue 7 is present, corresponding to the highest heating gas temperature. In the case of the second tube group 6, with the walls of the boiler housing still parallel in plan, the reduction in the passage cross-section corresponding to the temperature reduction is achieved in that the tubes are set narrower in the transverse direction, i.e. their clear gap width is reduced compared to group 5. To simplify production, the gap width is assumed to be the same for the successive rows of tubes in groups 6 or 5, but this gap width can of course also become steadily smaller, ie from tube row to tube row towards the rear.

8 und g sind etwa zwei oder mehr dem Dampferzeuger nachgeschaltete Überhitzerelemente, die etwa je aus zwei oder mehr U-förmig gebogenen Rohrreihen gebildet sein können. Der Dampf kann hierbei im allgemeinen im Gegenstrom zu den Heizgasen fließen, also von dem Absperrventil =o ausgehend durch das Rohr =i zuerst in das hinterste Element g und dann durch ein Übergangsrohr i2 in das vorderste Element 8, von wo aus er durch das Rohr 13 nach der Kraftmaschine geführt wird. Die Verengung des freien Durchgangsquerschnittes des Heizgaszuges an der Stelle des Überhitzers nach hinten zu ist bei dem vorliegenden Beispiel auf zweierlei Art erreicht. Einmal steigt der Boden 14 des der Einfachheit halber noch mit bis zu dieser Stelle parallel geführten Seitenwänden 7 des Kesselgehäuses nach hinten hin an, sodann sind die Rohre der hinteren Überhitzergruppe g im Grundriß in der Querrichtung zur Achse A-B enger gesetzt als bei der vorderen Gruppe B. Um geringeren Durchflußwiderstand für die Heizgase zu erhalten, sind die Rohre bei den Gruppen 8 und g bei den in der Strömungsrichtung der Gase aufeinanderfolgenden Rohrreihen nicht versetzt wie bei den Gruppen 5 und 6, sondern jeweils hintereinanderstehend angenommen, so daß die einzelnen Spalten parallele Gassen bilden. Auch bei den Überhitzern 8 und g sind die Heizrohre annähernd senkrecht in den Gaskanal gestellt.8 and g are about two or more downstream of the steam generator Superheater elements, each consisting of two or more U-shaped tube rows can be formed. The steam can here generally in countercurrent to the Heating gases flow, so starting from the shut-off valve = o through the pipe = i first into the rearmost element g and then through a transition pipe i2 into the foremost element Element 8, from where it is passed through the pipe 13 to the engine. The narrowing of the free passage cross-section of the hot gas flue at the point of the superheater to the rear is in the present example in two ways achieved. Once the bottom 14 of the rises for the sake of simplicity with up to this point parallel guided side walls 7 of the boiler housing to the rear on, then the pipes of the rear superheater group g are in plan in the transverse direction to the axis A-B set closer than with the front group B. To lower flow resistance for the heating gases, the pipes for groups 8 and g for in the direction of flow of the gases successive rows of tubes not offset as in groups 5 and 6, but in each case one behind the other, so that the individual columns form parallel alleys. Also with the superheaters 8 and g the heating pipes are placed almost vertically in the gas duct.

Dem Überhitzer ist bei dem gezeichneten Beispiel noch ein Speisewasservorwärmer 15 nachgeschaltet, der etwa aus einem unteren und oberen Wassersammler 16 bzw. 17 mit dem dazwischen befindlichen Rohrbündel 15 bestehen möge. Von dem Speisewasservorwärmer kann das vorgewärmte Wasser in bekannter `''eise in den Dampferzeuger .4 geleitet sein.In the example shown, the superheater has a feed water preheater 15 downstream, which consists of a lower and an upper water collector 16 and 17, respectively may exist with the tube bundle 15 located in between. From the feed water preheater the preheated water can be fed into the steam generator in the known `` '' way be.

Die Verengung des freien Durchgangsquerschnitts für die Heizgase beim Durchtritt durch den Speisewasservorwärmer ist beispielsweise dadurch erreicht, daß einerseits die seitlichen Wände 7 des Kesselgehäuses zusammengezogen und die Rohre in den aufeinanderfolgenden Rohrreihen des Vorwärmers nach hinten zu in der Querrichtung enger gesetzt sind. Es ergeben sich dadurch nach hinten sich verengende Rohrgassen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß das Rohrbündel in ganzer Breite gleichmäßig durchströmt wird und die Gasgeschwindigkeit annähernd dieselbe bleibt. An den Speisewasservorwärmer schließt sich bei dem gezeichneten Beispiel noch ein etwaiger Luftvorwärmer i9 an, der im vorliegenden Fall zwecks Erzielung größter Leichtigkeit und guten Wärmeaustausches aus gewellten Blechwänden zusammengesetzt angenommen ist, die nach hinten zu sich verengende Spaltquerschnitte besitzen. Dementsprechend sind auch die seitlichen `Fände 7 des Kesselgehäuses an dieser Stelle zusammengezogen. Die Frischluft tritt etwa infolge des von dem Gebläse 23 erzeugten Saugeunterdrucks oder infolge derFahrgeschwindigkeit (falls der Kessel in ein raschgehendes Fahrzeug, wie z. B. Luftfahrzeug, mit nach vorn gerichteter Öffnung -2o eingebaut ist) bei 20 ein, durchfließt zuerst die hintere Hälfte des V orwärmers, wird oben durch die Kappe 21 UM-gelenkt, um dann durch die vordere Hälfte des Vorwärmers zu strömen. Vom Vorwärmer ist die vorgewärmte Luft durch den Kanal 22 dem Gebläse 23 zugeführt, welches die Verbrennungsluft durch den Kanal 2.1 in die Luftvorkammer 25 des Kessels und von da durch die Luftdüsen 26 in dessen Verbrennungskammer i drückt. Die Heizgase strömen anderseits nach Verlassen des Luftvorwärmers i9 in die Sammelkammer 27 und von da durch das Rohr 28 ins Freie.The narrowing of the free passage cross-section for the heating gases when passing through the feedwater preheater is achieved, for example, in that on the one hand the side walls 7 of the boiler housing are drawn together and the tubes in the successive rows of tubes of the preheater are set closer to the rear in the transverse direction. This results in pipe lanes that narrow towards the rear. This has the advantage that the tube bundle is uniformly traversed over its entire width and the gas velocity remains approximately the same. In the example shown, the feed water preheater is followed by a possible air preheater i9, which in the present case is assumed to be composed of corrugated sheet metal walls with narrowing gap cross-sections in order to achieve maximum lightness and good heat exchange. Accordingly, the side panels 7 of the boiler housing are pulled together at this point. The fresh air enters at 20 as a result of the suction negative pressure generated by the fan 23 or as a result of the driving speed (if the boiler is installed in a fast-moving vehicle, such as an aircraft, with the opening -2o facing forward), flows through the rear half first of the preheater, is UM-steered at the top by the cap 21, in order to then flow through the front half of the preheater. From the preheater, the preheated air is fed through the duct 22 to the fan 23, which presses the combustion air through the duct 2.1 into the air antechamber 25 of the boiler and from there through the air nozzles 26 into its combustion chamber i. On the other hand, after leaving the air preheater 19, the heating gases flow into the collecting chamber 27 and from there through the pipe 28 to the outside.

Obwohl hier mehrere M'ärmeaustauscheinrichtungen hintereinandergeschaltet sind, wird der erforderliche Gebläsedruck kaum die bisher z. B. bei Torpedobootskesseln übliche Höhe überschreiten.Although here several heat exchange devices are connected in series are, the required fan pressure is hardly the previous z. B. torpedo boat boilers exceed the usual height.

Außer nach dem gezeichneten Beispiel kann der Erfindungsgedanke noch in vielfach anderer Weise ausgeführt sein, ebenso können die gezeichneten Wärmeaustauscheinrichtungen oder Heizelemente in anderer `reise durchgestaltet oder etwas anders, z. B. wegen besserer Ausdehnungsfähigkeit teilweise etwas gekrümmt oder nur annähernd senkrecht angeordnet werden, insbesondere können die dem Dampferzeuger nachgeschalteten Wärmeaustauscheinrichtungen auch eine hiervon abweichende, z. B. schräge oder wagerechte Lage einnehmen, oder sie können teilweise, z. B. der Speisewasservorwärmer, ganz fehlen usw., ohne daß diese Ausführungsarten oder Anordnungen aus dem Rahmen der Erfindung fallen. So kann auch, wie bereits bemerkt, bei geeigneter Umgestaltung (z. B. genügender Verlängerung) der Verbrennungskammer der Kessel mit besonderem Vorteil auch für Gas-, besonders aber auch für Kohlenstaubfeuerung verwendet werden.Except for the example shown, the inventive idea can still be designed in many different ways, as can the drawn heat exchange devices or heating elements designed in a different way or something different, e.g. B. because of better expandability partially slightly curved or only approximately vertical can be arranged, in particular the heat exchange devices connected downstream of the steam generator also a different, z. B. take an inclined or horizontal position, or they can partially, e.g. B. the feed water preheater, completely missing, etc., without these embodiments or arrangements fall outside the scope of the invention. So can also, as already noted, with suitable redesign (e.g. sufficient extension) the combustion chamber of the boiler with particular advantage also for gas, especially but can also be used for pulverized coal combustion.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Water tube boilers for oil, gas or pulverized coal combustion, characterized in that the heating gases from the combustion chamber in approximately in a straight, horizontal direction through the boiler system, with the heating tubes or heating elements of the steam generator, possibly also of the superheater or any The feed water and air preheater are vertical or approximately vertical and the free cross-section of the hot gas flue narrows towards the end.

2nd execution according to claim i, characterized in that the axis of the combustion chamber is approximately coincides with the axis of the heating gas flue.

3. Execution according to claim i, characterized characterized in that the free cross section of the heating gas flue in the steam generator, superheater or any feed water and air preheaters in the case of parallel or approximately parallel Side walls by narrowing. the heating tubes or reducing the clear gap widths is narrowed between these. q .. embodiment according to claim i, characterized in that that the free cross-section of the heating gas flue in the steam generator, superheater or any Feed water and air preheaters with the same clear gap widths between the heating pipes is narrowed by contraction of the side walls (7). 5. Execution according to the claims i and 3, characterized in that the free cross section of the heating gas flue is not for each successive row of pipes, but for the purpose of reducing the flow resistance is narrowed only with successive pipe groups, in each pipe group the pipes are exactly one behind the other, forming parallel lanes. 6. Execution after to claims 1, 3 and q., characterized in that the free cross section of the Hot gas flue partly due to narrowing of the clear gap widths between the heating tubes, is narrowed in part by contraction of the canal walls. 7. Execution according to claim i, characterized in that the possible air preheater (ig) consists of flat elements with flat or corrugated sheet metal walls that narrow towards the rear Columns for the passage of hot gas are vertical or almost vertical next to each other are arranged. B. Execution according to claim z with only one upper and lower boiler existing steam generator with a vertical tube bundle in between, thereby characterized in that the axes of the upper and lower boiler are transverse to the direction of the hot gas draft lie.