DE4324183A1 - Bypasskamin, insbesondere für eine Gas- und Dampfturbinenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bypasskamin, insbesondere für eine Gas- und Dampfturbinenanlage, mit einem in einem Kamingerüst angeordneten Außenteil und einem von dem Außenteil umgebenen Innenteil.

Bei einer Gas- und Dampfturbinenanlage strömt heißes Rauchgas aus der Gasturbi­ ne durch einen Abhitzedampferzeuger, in dem Dampf für die Dampfturbine erzeugt wird. Bedarfsweise kann die Gasturbine auch allein betrieben werden, wobei dann das heiße Rauchgas über einen Bypasskamin in die Atmosphäre abgeführt wird. Der Bypasskamin muß sowohl für erhebliche thermische Belastungen als auch für me­ chanische oder statische Beanspruchungen (Erdbeben, Wind, Eigengewicht) ausge­ legt sein. Erhebliche thermische Belastungen treten z. B. dann auf, wenn innerhalb kurzer Zeit vom kombinierten Gas- und Dampfturbinenbetrieb auf reinen Gasturbi­ nenbetrieb umgeschaltet und das etwa 500 bis 600°C heiße Rauchgas über den By­ passkamin abgeführt werden muß.

Bei einem aus der DE-AS 23 46 515 bekannten Rauchgaskamin ist in einem die statischen Beanspruchungen aufnehmenden Außenmantelrohr ein Rauchgasrohr aufgehängt, dessen unteres Ende zur Bildung eines speziellen Kompensators in ein dickflüssiges Material, z. B. in Schmieröl, eintaucht. Dadurch sollen sowohl vertikale als auch radiale Ausdehnungen kompensiert werden. Nachteilig bei einer solchen als Kompensator arbeitenden Spezialeinrichtung ist einerseits die Bereitstellung des zusätzlichen flüssigen Materials und andererseits ein hoher Aufwand zur Gewähr­ leistung der erforderlichen Dichtigkeit der Einrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bypasskamin, insbesondere für ei­ ne Gas- und Dampfturbinenanlage, mit einfachen Mitteln derart auszubilden, daß sowohl Spannungen aus mechanischen Beanspruchungen als auch Wärmespannun­ gen aufgenommen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Bypasskamin mit einem in einem Kamingerüst angeordneten Außenteil und einem Innenteil, dessen unten ge­ legener erster Abschnitt von mindestens zwei in unterschiedlichen Ebenen überein­ ander angeordneten und jeweils einen geschlossenen Rahmen bildenden Bandagen umgeben ist, wobei jede Bandage mit dem Innenteil über verformbare Abstandsele­ mente verbunden ist, und wobei jede Bandage in dem Kamingerüst in vertikaler Richtung verschiebbar angeordnet ist. Diese, einen geschlossenen Rahmen bilden­ den Bandagen werden im folgenden als Rahmenbandagen bezeichnet.

In vorteilhafter Ausgestaltung weist die oder jede in dem Kamingerüst verschiebbar angeordnete geschlossene Rahmenbandage Schiebeelemente auf, die in im Kamin­ gerüst vorgesehenen Führungsschienen gleiten. Dabei sind zweckmäßigerweise die Schiebeelemente an den Ecken der oder jeder Rahmenbandage und die Führungs­ schienen in den jeweils gegenüberliegenden Ecken des Kamingerüsts vorgesehen.

Die geschlossenen Rahmenbandagen sind vorteilhafterweise aus Doppel-T-Trägern mit einem äußeren breiten Flansch und einem inneren vergleichsweise schmalen Flansch aufgebaut, wobei der äußere Flansch ein dem Kamingerüst zugewandtes erstes Formstück und der innere Flansch ein dem Innenteil zugewandtes zweites Formstück bilden. Um einer Biegung mit geringen Spannungen infolge einer hori­ zontalen Wärmedehnung folgen zu können, ist die Länge jedes Abstandselements entsprechend dem gesamten zwischen dem Außenteil und dem Innenteil vorgesehe­ nen Abstand gewählt. Um dabei den Umfang des Außenteils gering zu halten, ist je­ des mit seinem einen Ende an dem Innenteil befestigte Abstandselement mit seinem anderen Ende an dem dem Kamingerüst zugewandten ersten Formstück befestigt. Die Abstandselemente sind dabei zweckmäßigerweise derart ausgebildet und di­ mensioniert, daß sie einerseits Wärmedehnungen durch elastische Verformung fol­ gen können, und daß sie andererseits mechanischen Belastungen standhalten.

In dem zwischen dem Innenteil und dem Außenteil gebildeten Zwischenraum, durch den beim Betrieb des Bypasskamins ein natürlicher Kühlluftstrom (Naturzug) ge­ führt ist, ist ein an der oder jeder Rahmenbandage befestigtes Abschirmblech vorge­ sehen. Dieses dient als Wärmeschild für die kalt liegenden Rahmenbandagen. Wei­ ter dient es als Führungsblech für den Kühlluftstrom. Ferner dient es zur Dämpfung niederfrequenter Schallwellen. Alternativ kann auch jede Rahmenbandage mit ei­ nem separaten Abschirmblech versehen sein.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung ist das Außenteil an den Rahmenbandagen aufgehängt. Dadurch ist eine frei tragende Gesamtkonstruktion gegeben.

Um den unten gelegenen ersten Abschnitt des Innenteils, in dessen Bereich die ge­ schlossenen Rahmenbandagen angeordnet sind, in besonders einfacher Weise als Schalldämpfer ausbilden zu können, weist dieser Abschnitt des Innenteils einen rechteckigen Querschnitt auf. Dabei sind die Ecken des Innenteils frei von Ab­ standselementen, so daß sich die Ecken des Innenteils in horizontaler Richtung un­ gehindert in die Ecken des Kamingerüsts ausdehnen können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläu­ tert. Darin zeigen:

Fig. 1 in einem Vertikalschnitt den Gesamtaufbau eines Bypasskamins mit einem in einem Kamingerüst über Bandagen geführten Innenteil,

Fig. 2 einen Ausschnitt II aus Fig. 1 in größerem Maßstab mit einer mit dem Innenteil über ein Abstandselement verbundenen Rahmenbanda­ ge, und

Fig. 3 einen Querschnitt III-III gemäß Fig. 1 mit in den Ecken einer Rah­ menbandage vorgesehenen Schiebeelementen.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Der Bypasskamin 1 gemäß Fig. 1 ist in einem Kamingerüst 2 angeordnet und um­ faßt ein Innenteil 4 und ein dieses umgebendes Außenteil 6. Ein unterer oder erster Abschnitt 8 des Innenteils 4 ist über ein Übergangsstück 10 mit einer Umlenkein­ richtung 12 verbunden. Die Umlenkeinrichtung 12 ist Teil eines auf einem Funda­ ment 13 liegenden Rauchgaskanals 14, der in nicht näher dargestellter Art und Wei­ se mit einer Gasturbine verbunden ist und in einen Abhitzekessel zur Erzeugung von Dampf für eine Dampfturbine führt. Eine innerhalb der Umlenkeinrichtung 12 vor­ gesehene Klappenvorrichtung 16 dient zum Verschließen oder Öffnen des Quer­ schnitts des Rauchgaskanals 14 bei gleichzeitigem Öffnen bzw. Schließen des Quer­ schnitts des Bypasskamins 1.

Innerhalb des im Querschnitt vorzugsweise quadratischen, etwa 7,5 m breiten und etwa 8 m hohen unteren Abschnitts 8 des Innenteils 4 ist eine Anzahl von Schall­ dämpferelementen 18 angeordnet. An den unteren Abschnitt 8 schließt sich über ein Übergangsstück 20 ein im Querschnitt kreisförmiger oberer oder zweiter Abschnitt 22 des Innenteils 4 an. An diesem oberen Abschnitt 22 ist das Außenteil 6 über pen­ delartige Stege 24 angelenkt.

Der untere Abschnitt 8 des Innenteils 4 ist von vorzugsweise drei in unterschiedli­ chen Ebenen, zweckmäßigerweise äquidistant übereinander angeordneten und - wie aus Fig. 3 ersichtlich - jeweils einen geschlossenen Rahmen 25 bildenden Rah­ menbandagen 26, 27 und 28 umgeben. Eine oberhalb des Abschnitts 8 angeordnete zusätzliche Bandage 29 ist als offene, das heißt in den Ecken nicht in Form eines Rahmens geschlossene, Kalt- oder Kesselbandage ausgebildet, da dort bereits der Übergang vom eckigen Querschnitt des Abschnitts 8 auf den kreisförmigen Quer­ schnitt des Innenteils 4 beginnt. Das Innenteil 4 ist dort mittels Pendelstangen oder Zugelementen 30 direkt in dem Kamingerüst 2, das heißt an dessen Kaminstuhl 32, aufgehängt.

Alle Rahmenbandagen 26 bis 28 sind über Schiebeelemente 34 in vertikaler Rich­ tung verschiebbar geführt und - wie in dem vergrößerten Ausschnitt II gemäß Fig. 2 anhand der Rahmenbandage 27 beispielhaft näher dargestellt - über Abstandsele­ mente 38 mit dem Innenteil 4 fest verbunden.

Fig. 2 zeigt, daß jeweils zwei übereinander angeordnete Abstandselemente 38 vorgesehen sind. Diese sind mit ihrem einen Ende am Innenteil 4 und mit ihrem an­ deren Ende an einem äußeren Flansch 40 der jeweils aus einem Doppel-T-Träger aufgebauten Rahmenbandagen 26 bis 28 befestigt. Zur Versteifung ist im Bereich der Abstandselemente 38 zwischen dem äußeren Flansch 40 und einem inneren Flansch 42 des Doppel-T-Trägers ein Steg 44 vorgesehen. Zwischen dem inneren Flansch 42 und dem Innenteil 4 ist ein vorzugsweise allen Rahmenbandagen 26 bis 28 gemeinsames Abschirmblech 46 vorgesehen. Das Abschirmblech 46 ist zweck­ mäßigerweise mit einer Isolierung 47 versehen. Dabei ist zwischen dem Abschirm­ blech 46 oder der Isolierung 47 und dem inneren Flansch 42 ein Spalt S vorgesehen, so daß das Abschirmblech 46 bzw. die Isolierung 47 dort nicht an dem inneren Flansch 42 anliegt. An dem äußeren Flansch 40 ist ein nach oben abgewinkeltes Halteelement 48 befestigt, an dem das in Form einer Isolierung ausgebildete Außenteil 6 aufgehängt ist. Die Verwendung von zwei beidseitig, das heißt oben und unten am äußeren Flansch 40 der oder jeder Rahmenbandage 26 bis 28 befestig­ ten Abstandselementen 38 führt dabei vorteilhafterweise zu einer geringen Mo­ mentbeanspruchung bei einer Übertragung der Bandagen- und Isoliergewichte auf das Innenteil 4. Die Innenwand 4 ist an diesen Stellen zweckmäßigerweise zusätz­ lich mit Versteifungselementen 50 versehen.

Die Führung der Rahmenbandagen 26 bis 28 in dem Kamingerüst 2 ist in Fig. 3 näher dargestellt. Die Schiebeelemente 34 sind vorteilhafterweise an den Ecken der Rahmenbandagen 26 bis 28 befestigt und in Führungsschienen 52 in vertikaler Rich­ tung verschiebbar geführt. Dabei sind die Führungsschienen 52 in den jeweils ge­ genüberliegenden Ecken des Kamingerüsts 2 angeordnet.

Beim Betrieb des Bypasskamins 1 strömt heißes Rauchgas RG (Fig. 1) durch das Innenteil 4. Dabei erwärmt sich das Innenteil 4 und dehnt sich aus. Gleichzeitig er­ wärmt sich die Luft in dem Zwischenraum 56 zwischen dem Innenteil 4 und dem Außenteil 6 und steigt auf, wobei kühle Luft KL aus der Umgebung in Richtung des Pfeils 58 nachströmt. Das Abschirmblech 46 und die Isolierung 47, die in Fig. 1 aufgrund einer besseren Übersicht nicht dargestellt sind, dienen dabei als Führung für die kühle Luft KL sowie als Hitzeschild und zur Dämpfung von niederfrequen­ ten Schallwellen, die vom strömenden, heißen Rauchgas RG ausgehen. Der Spalt S (Fig. 2) zwischen der Isolierung 47 und den Bandagen 26 bis 28 ermöglicht das Passieren der kühlen Luft KL an den Rahmenbandagen 26 bis 28 vorbei zum oberen Abschnitt 22 des Innenteils 4.

Bei der Ausdehnung des Innenteils 4 werden die Abstandselemente 38 auf Biegung beansprucht. Dabei können die Abstandselemente 38 im Biegebereich auch - zum Beispiel durch (nicht dargestellte) Längsschlitze - geschwächt sein, so daß in den nicht bezeichneten Verbindungsbereichen am Innenteil 4 und an den Rahmenbanda­ gen 26 bis 28 die Biegebeanspruchung nur gering ist. Durch die Verwendung von übereinander angeordneten, kalt liegenden Rahmenbandagen 26 bis 28 und durch den Einsatz von verformbaren Abstandselementen 38, deren Länge L vorzugsweise dem Abstand zwischen dem Außenteil 6 und dem Innenteil 4 entspricht, werden Wärmespannungen sowie Spannungen aus mechanischen Beanspruchungen in zulässigen Grenzen gehalten. Während Dehnungen in vertikaler Richtung über die in den Führungsschienen 52 geführten Schiebeelemente 34 kompensiert werden, werden Dehnungen in horizontaler Richtung durch Verformung der Ecken des In­ nenteils 4 kompensiert. Eine derartige Verformung einer Ecke 60 des Innenteils 4 und die dadurch bedingte Verbiegung einzelner Abstandselemente 38 ist im oberen rechten Ausschnitt der Fig. 3 durch strichpunktierte Linien angedeutet. Damit sich die oder jede Ecke 60 verformen kann, sind dort keine Abstandselemente 38 vorgesehen. Die obere, offene Kalt- oder Kesselbandage 29 folgt den Wärmedeh­ nungen des Innenteils 4 und hält in diesem Bereich die Querschnittsform des Innen­ teils 4, ohne daß dort Ausbiegungen in den Ecken des Innenteils 4 auftreten.

Claims (8)

1. Bypasskamin, insbesondere für eine Gas- und Dampfturbinenanlage, mit einem in einem Kamingerüst (2) angeordneten Außenteil (6), und mit einem von dem Außen­ teil (6) umgebenen Innenteil (4), wobei ein unten gelegener erster Abschnitt (8) des Innenteils (4) von mindestens zwei in unterschiedlichen Ebenen übereinander ange­ ordneten und jeweils einen geschlossenen Rahmen (25) bildenden Bandagen (26 bis 28) umgeben ist, wobei jede Bandage (26 bis 28) mit dem Innenteil (4) über ver­ formbare Abstandselemente (38) verbunden ist, und wobei jede Bandage (26 bis 28) in dem Kamingerüst (2) in vertikaler Richtung verschiebbar angeordnet ist.

2. Bypasskamin nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bandage (26 bis 28) Schiebeelemente (34) aufweist, die in im Kamingerüst (2) vorgesehenen Führungsschienen (54) eingreift.

3. Bypasskamin nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebeelemente (34) an den Ecken jeder Bandage (26 bis 28) und die Führungs­ schienen (52) in den jeweils gegenüberliegenden Ecken des Kamingerüsts (2) vorge­ sehen sind.

4. Bypasskamin nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Bandage (26 bis 28) ein dem Kamingerüst (2) zugewandtes erstes Formstück (40) und ein dem Innenteil (4) zugewandtes zweites Formstück (42) aufweist, und daß jedes mit seinem einen Ende an dem Innenteil (4) befestigte Abstandselement (38) mit seinem anderen Ende an dem dem Kamingerüst (2) zuge­ wandten ersten Formstück (40) befestigt ist.

5. Bypasskamin nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem zwischen dem Innenteil (4) und dem Außenteil (6) ge­ bildeten Zwischenraum (56) ein Abschirmblech (46) vorgesehen ist, das an der oder jeder Bandage (26 bis 28) befestigt ist.

6. Bypasskamin nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Außenteil (6) an der oder jeder Bandage (26 bis 28) auf­ gehängt ist.

7. Bypasskamin nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Innenteil (4) im Bereich der Bandagen (26 bis 28) einen rechteckigen Querschnitt aufweist, und daß die Ecken (60) des Innenteils (4) frei von Abstandselementen (38) sind.

8. Bypasskamin nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abstandselemente (38) derart ausgebildet sind, daß sie ei­ nerseits Wärmedehnungen durch elastische Verformung folgen können, und daß sie andererseits mechanischen Belastungen standhalten können.