DE69514920T2 - Schiffskessel - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Siedekessel zur Erzeugung von Dampf, der die im Oberbegriff von Anspruch 1 enthaltenen Merkmale umfaßt.
• Ein Siedekessel umfaßt einen Brennraum und einen Wärmeaustauschbereich, in welchem die Verbrennungsgase die Wärme für die Erzeugung von Dampf an das Wasser abgeben. Die Wände des Brennraums müssen gekühlt werden, und daher werden auch diese auf entsprechende Weise für den Wärmeaustausch verwendet.
• Der Stand der Technik ist unter anderem in folgenden Patenten beschrieben: AT-Patent Nr. 309,771, DE-Patent Nr. 549,353, veröffentlichte deutsche Patentanmeldung Nr. 2,248,223, veröffentlichte europäische Patentanmeldung Nr. 0 052 939, FR-Patent Nr. 1,390,915, FR-Patent Nr. 1,463,123, FR-Patent Nr. 2,385,981, GB-Patent Nr. 1,228,459, SE-Patent Nr. 351,281, US-Patent Nr. 3,118,431, US-Patent Nr. 3,601,098, US-Patent Nr. 3,633,550, US-Patent Nr. 4,257,358, US-Patent Nr. 4,825,813, US-Patent Nr. 4,910,848, und "Japanische Patentzusammenfassungen", Band 14, Nummer 266, M-982, Zusammenfassung von JP, A, 2-75805 (MIURA CO LTD), auf welche hiermit Bezug genommen wird.
• Aus dem US-Patent Nr. 3,601,098 ist die Schaffung von Siedekesseln mit einem im allgemeinen zylinderförmigen Brennraum bekannt, welche aus vertikalen Rohren und einer Gehäusewand bestehen, und welche des weiteren aus vertikalen Rohren bestehen, in denen ein Wärmeaustauschbereich im Faßmantel zwischen der Brennraumwand und der Gehäusewand angeordnet ist. Die Brennraumwand und die Gehäusewand sind rund um den Brennraum durch wasserleitende Rohre errichtet, die nahe nebeneinander angeordnet sind, um im allgemeinen gasundurchlässige Wände zu bilden. Im Wärmeaustauschkessel, der im allgemeinen durch den im wesentlichen ringförmigen Kessel zwischen der Brennraumwand und der Gehäusewand gebildet wird, kann eine geeignete Anzahl an freistehenden Rohren vorhanden sein. Die Verbrennungsgase aus dem Brennraum werden durch geeignete Öffnungen in den faßförmigen Kessel entlassen und zirkulieren darin, so daß sie ihre Wärme an die dampferzeugenden Rohre abgeben können. Die Endflächen des Zylinders bestehen aus Wassertanks, die als Sammelbehälter für die Rohre dienen, die sich alle achsenparallel erstrecken.
• Konstruktionen dieser Art sind ziemlich kompliziert zu bauen, und sie weisen eine Anzahl an Nachteilen auf. So kann es zum Beispiel schwierig sein, den Brennraum vollkommen gasdicht zu machen, weshalb die Gefahr besteht, daß ein Teil der erwärmten Gase durch andere Kanäle als die beabsichtigten entweicht. Die Wärmeaustauschbereiche des Siedekessels sind schwer zu überprüfen und zu reinigen, da die Rohre dicht nebeneinander in einem kreisförmigen Muster konzentrisch zur Zylinderachse angeordnet sind. Die Montage der Rohre der Brennraumwand in den Wassertanks durch die Endflächen ist nicht ganz einfach, wenn die Rohre so nahe nebeneinander angeordnet sind, daß sie einander berühren. Eine Anzahl an Löchern, welche den Rohren entspricht, ist möglicherweise im Wassertank nicht erlaubt, weshalb die Rohrenden geringere Abmessungen aufweisen müssen, oder weswegen spezielle Sammelrohre geschaffen werden müssen.
• Der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht auf der Offenbarung des US-Patents Nr. 4,825,813, welches den nächstkommenden Stand der Technik bildet. Die Gehäusewand und die Brennraumwand dieser Offenbarung besitzen einen im allgemeinen kreisförmigen Querschnitt und sind nahe nebeneinander angeordnet, so daß der ringförmige Zwischenraum so schmal ist, daß nur die Anordnung relativ schmaler, quer verlaufender Rippen, welche den Wärmeaustausch verbessern, an den dampferzeugenden Rohren möglich ist.
• Die äußere Tafelwand wird errichtet, indem schmale Flanschteile zwischen den Rohren verschweißt werden, nachdem sie mit ihren Enden in den jeweiligen Wassertanks befestigt wurden. Der Schweißvorgang ist dabei jedoch ziemlich kompliziert, da die Rohre während des Schweißens leicht verformt werden können. Aufgrund dieser Schwierigkeiten ist es unwirtschaftlich, eine entsprechende innere Tafelwand rund um den Brennraum anzuordnen. Die Rohre im Zwischenraum zwischen der Brennraumwand und der Tafelwand in der Konstruktion des Standes der Technik stehen ohne Stütze zwischen ihren Enden. Die fehlende Stütze kann zu Problemen führen, und zwar besonders in Fällen, in denen der Siedekessel Vibrationen ausgesetzt ist, wie zum Beispiel dann, wenn er in Schiffen befestigt ist. Dies führt zu Einschränkungen hinsichtlich der möglichen Länge der Rohre gemäß der Konstruktion des Standes der Technik. Aufgrund dieser eingeschränkten Länge benötigt eine festgelegte Fläche der Wärmeoberfläche eine größere Anzahl an Rohren, als dies andernfalls notwendig wäre. Darüber hinaus verringert die begrenzte Länge die Wirkung, mit welcher der Siedekessel ordentlich gebaut werden kann, da der Brennraum abhängig von der Wirkung eine bestimmte freie Länge besitzen muß, damit die Flammen die bestmögliche Form annehmen können, so daß eine vollständige Verbrennung stattfinden kann.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Siedekessel der oben beschriebenen Art zu schaffen, der keine der Nachteile des oben beschriebenen Standes der Technik aufweist. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Siedekessel zu schaffen, der stabiler ist als die bereits bekannten Siedekessel, und der nicht auf eine bestimmte maximale Länge beschränkt ist, sondern der jede beliebige Länge oder Größe aufweisen kann, um eine gewünschte Wirkung zu erzielen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Siedekessel zu schaffen, der weitere Vorteile im Vergleich zu Siedekesseln des Standes der Technik aufweist, wie zum Beispiel in Bezug auf eine hohe Zuverlässigkeit, eine kompakte Form, ein geringes Gewicht und eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb, und der nur einen begrenzten Raumumfang benötigt und darüber hinaus leicht zu installieren und zu warten ist.
• Diese Aufgaben werden durch einen Siedekessel gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst, der die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale umfaßt.
• Indem die Gehäusewand und/oder die Brennraumwand des Siedekessels wie oben beschrieben hergestellt wird, das heißt, indem die Gehäusewand und/oder die Brennraumwand aus im wesentlichen geraden, dampfführenden Rohren hergestellt werden, die miteinander durch Zwischenflansche verbunden sind, wird eine Siedekesselkonstruktion erzielt, in der die Wand oder die Wände aus dampferzeugenden Rohren bestehen, die durch Zwischenflansche miteinander verbunden sind und aufgrund der für die fragliche Wand gebotenen Stütze eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und Stabilität aufweisen. Somit werden die oben beschriebenen Einschränkungen und Nachteile der Technologie des Standes der Technik beseitigt, da es, insbesondere durch die kennzeichnenden Merkmale des Siedekessels gemäß der vorliegenden Erfindung, möglich wird, die Einschränkungen hinsichtlich der Länge der Rohre in den Siedekesselkonstruktionen des Standes der Technik zu beseitigen.
• Die im wesentlichen geradlinigen, dampferzeugenden Rohre der Brennraumwand und/oder der Gehäusewand des Siedekessels gemäß der vorliegenden Erfindung können an Zwischenflansche auf jede bekannte Weise miteinander verbunden werden, und zwar vorzugsweise durch Schweißen, aber es können in bestimmten Fällen auch andere Verbindungstechniken verwendet werden, wie zum Beispiel die Befestigung in Ösen, durch Preßpassung, usw.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Siedekessel vorzugsweise mit einer Doppelmembranwand gebaut, so daß die oben erwähnte Kammerwand sowie die oben erwähnte Gehäusewand als Membranenwände ausgeführt werden, das heißt als Wände, die aus im wesentlichen geradlinigen, dampferzeugenden Rohren bestehen, die sich axial erstrecken und mittels eines geschweißten Flansches miteinander verbunden sind. Der Zwischenraum zwischen den Membranwänden wird als Wärmeaustauschbereich verwendet, wobei die heißen Verbrennungsgase durch die Öffnung in der Wand des Brennraums, das heißt der Brennraumwand, in den im wesentlichen ringförmigen Zwischenraum strömen und im Zwischenkessel zirkulieren, in dem die Verbrennungsgase die Wärme teilweise an die im wesentlichen geradlinigen, dampferzeugenden Rohre der zwei Membranenwände und teilweise an eine Anzahl weiterer, freistehender dampferzeugender Rohre abgeben können, die im Zwischenraum zwischen der Gehäusewand und der Brennraumwand angeordnet sein können.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Membranenwände als polygonale Platten konstruiert, die aus einer Anzahl an Flachteilen bestehen. Jedes der Flachteile umfaßt eine vorgefertigte Tafelwand, die aus einer Anzahl an länglichen Rohren, z. B. 5-8, besteht, welche durch Zwischenflansche (Mebranen) miteinander verbunden sind. Tafelwände dieser Art können unter gut kontrollierten Bedingungen in einer wirkungsvollen Betriebsabfolge und mit einem sehr exakten Ergebnis hergestellt werden. Abhängig von der Größe des endgültigen Siedekessels kann die Membranwand 9-14 Seiten besitzen, wobei die innere und die äußere Membranwand einander ähnlich sind, so daß der Zwischenraum zwischen diesen eine konstante Breite aufweist. Darüber hinaus können die Tafelwände mit einer oder mehreren Platten ausgestattet sein, welche in die schräg verlaufende Richtung vorstehen und welche als Stütze für die freistehenden Rohre im Zwischenraum zwischen den zwei Tafelwänden dienen.
• Diese Stützplatten besitzen geeignete Durchgangslöcher, durch welche die freistehenden Rohre eingeführt werden können. Die freistehenden Rohre in den Zwischenräumen zwischen den Membranwänden sind in Serie parallel zu den jeweiligen polygonalen Wänden angeordnet. Eine Überprüfung der Rohre, z. B. zur Auffindung einer undichten Stelle, und das Rußausblasen zur Reinigung von Ruß können an jeder beliebigen Stelle im Wärmeaustauschkessel durch eine begrenzte Anzahl an Öffnungen durchgeführt werden. Für diesen Zweck können eine Steckdose und eine Kontrollöffnung an den benachbarten polygonalen Seiten verwendet werden, und es kann eine Anzahl an speziellen Prüföffnungen angeordnet werden, wobei diese Öffnungen gerade groß genug sind, um ein Rußgebläse, ein Periskop oder ähnliches einführen zu können. Die speziellen Prüföffnungen müssen nur an jeder zweiten Polygonkante an Stellen ohne sonstige Zugangsmöglichkeiten angeordnet werden. Die freistehenden Rohre sind auf solche Weise angeordnet, daß ein geeigneter Zwischenraum außerhalb der Prüföffnungen vorhanden ist, so daß eine Überprüfung aller Rohrzwischenräume möglich ist.
• Die polygonale Konstruktion verleiht dem Siedekessel eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit, und auf Grund dieses Merkmals in Kombination mit der Stütze der Rohre in den Zwischenräumen kann der Siedekessel mit einer relativ großen Länge gebaut werden, ohne daß dadurch Probleme bei Vibrationen auftreten. Darüber hinaus ermöglicht die polygonale Membranenwand eine gasundurchlässige Konstruktion. Die Verwendung von polygonalen Membranenwänden als Brennraumwand und Gehäusewand hat zur Auswirkung, daß die freistehenden Konvektionsrohre in parallelen, geraden Linien angeordnet werden können. Dies bietet den wesentlichen Vorteil, daß alle freistehenden Rohre von Öffnungen in den Ecken der Gehäusewände aus überprüft und gereinigt werden können. Die Konstruktion der Brennraumwand in der Form einer kontinuierlichen Membranenwand verleiht den Rohren eine sehr gute Stütze, so daß sie gegen Vibrationen und Druckeinflüsse besser geschützt sind. Die innere Membranenwand enthält weniger Rohre als eine entsprechende Brennraumwand, die durch nahe beieinander stehende Rohre gebaut wird, und ist daher einfacher und problemloser zu montieren. Die Membranenwände und die polygonale Konstruktion machen es darüber hinaus relativ einfach, die verschiedenen notwendigen Öffnungen und Verbindungen herzustellen.
• Der Siedekessel gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit einem Brenner versehen, der zum Beispiel im oberen, mittleren oder unteren Abschnitt des Siedekessels angeordnet werden kann.
• Der Siedekessel gemäß der vorliegenden Erfindung kann in Verbindung mit anderen Arten von abgasbefeuerten Siedekesseln oder Abgasvorwärmern verwendet werden.
• Der Siedekessel gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Zusatzsiedekessel für die Erzeugung von Dampf für zahlreiche verschiedene Zwecke verwendet werden, wie zum Beispiel in Verbindung mit Erwärmung, Entladung, Reinigung, Produktion von Edelgas, usw.
• Darüber hinaus kann der Siedekessel gemäß der vorliegenden Erfindung zum Beispiel in Verbindung mit Kraftwerken, Industrieanlagen, Tankern, Chemikalientransportern, Fährschiffen und ähnlichem verwendet werden.
• Im folgenden wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen
• Fig. 2 eine Schnitt- und Perspektivansicht von oben entlang der Linie II-II eines Siedekessels von Fig. 1 ist;
• Fig. 1 eine Schnittansicht entlang der Linie I-I des Siedekessels von Fig. 2 ist;
• Fig. 3 eine Ansicht eines Teils einer Gehäusewand ist; und
• Fig. 4 eine Ansicht eines Teils einer Gehäusewand und eines Verbrennungsgasaustritts ist.
• Fig. 2 zeigt einen Siedekessel 10, umfassend eine Brennraumwand 12, welche einen Brennraum 22 begrenzt, und eine Gehäusewand 14, welche die Brennraumwand 12 umgibt und gemeinsam mit der Brennraumwand einen im wesentlichen ringförmigen Zwischenraum 20 bildet. Die Brennraumwand 12 umfaßt sich axial erstreckende Rohre 26, die durch Flansche 18 miteinander verbunden sind, wobei die Wand 12 eine Öffnung 24 zur Herstellung einer Verbindung vom Brennraum 22 zum ringförmigen Zwischenraum 20 umfaßt. Die Gehäusewand 14 umfaßt sich axial erstreckende Rohre 16, die durch Flansche 18 miteinander verbunden sind, wobei sich in der Wand 14 eine geeignete Anzahl an Inspektionsöffnungen 30 befindet. Die Brennraumwand und die Gehäusewand sind als polygonale Platten konstruiert, die aus einer Anzahl an Flachteilen bestehen, umfassend eine vorgefertigte Tafelwand, bestehend aus einer Anzahl länglicher Rohre 16, 26, die an Zwischenflanschen 18 befestigt sind. Im Zwischenraum 20 sind freistehende, dampferzeugende Rohre 28 montiert, die in geraden Linien angeordnet sind, welche parallel zu den jeweiligen polygonalen Wänden verlaufen. Eine niedrigere ringförmige Wand 32 umgibt einen ringförmigen unteren Kessel 62, in dem untere Stützelemente 34 angeordnet sind. In Verbindung mit der Gehäusewand 14 ist ein Verbrennungsgasauslaß 36 vorhanden. Am Boden des Siedekessels 10 ist eine Zugangsöffnung 42 für Prüfzwecke vorhanden.
• Fig. 1 zeigt den Siedekessel 10, welcher die Brennraumwand 12 umfaßt, die den Brennraum 22 begrenzt, die Gehäusewand 14, welche die Brennraumwand 12 konzentrisch umgibt, und gemeinsam mit der Brennraumwand den im wesentlichen ringförmigen Zwischenraum 20 bildet. Die Brennraumwand und die Gehäusewand sind mit ringförmigen oberen und unteren Kesseln 60, 62 verbunden. Der ringförmige untere Kessel 62 umfaßt eine Bodenplatte 48, die über untere Stützelemente 34 mit einer oberen Rohrplatte 56 verbunden ist, eine ringförmige Wand 32, in der sich eine Einsteigöffnung 58 befindet. Ein widerstandsfähiges Material 44 ist in Verbindung mit der unteren Rohrplatte 56 vorhanden. Der ringförmige obere Kessel 60 umfaßt eine obere Platte 50, in der sich eine Einsteigöffnung 58 befindet, wobei die obere Platte 50 durch Stützelemente 52 mit einer oberen Rohrplatte 54 verbunden ist, wobei der Kessel 60 durch eine Gehäusewand 38 und eine Brennraumwand 64 begrenzt wird. Im ringförmigen oberen Kessel 60 ist eine Öffnung für einen Brenner 68 angeordnet, wobei die Öffnung von der Brennraumwand 64 umgeben wird. In Verbindung mit dem Verbrennungsgasauslaß 36 ist ein Verbrennungsgaskanal 70 vorhanden. Im unteren Teil des Siedekessels 10 befindet sich ein Ablaßrohr.
• Fig. 3 zeigt einen Teil des Endes der Gehäusewand 14 in Fig. 2, das sich axial erstreckende Rohre 16 umfaßt, die durch Zwischenflansche 18 miteinander verbunden sind, und Prüföffnungen 30 umfaßt, die in den Flanschen 18 angeordnet sind.
• Fig. 4 zeigt einen Teil der Gehäusewand 14 und den Verbrennungsgasauslaß 36 in Fig. 2.
• Wenngleich die Erfindung oben unter Bezugnahme auf die Zeichnung, welche eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt, beschrieben wurde, ist es für Fachleute dieses Gebiets offensichtlich, daß zahlreiche Modifizierungen gegenüber der oben beschriebenen Ausführungsform innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung gemacht werden können. Derartige Modifizierungen sind im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie sie in den folgenden Patentansprüchen definiert ist, enthalten.
Beispiel
• Es wurden alternative Ausführungsformen des Siedekessels gemäß der vorliegenden Erfindung sowie unter Bezugnahme auf Fig. 1-4 beschrieben erzeugt und getestet.
• Die Siedekessel wurden mit einem oben montierten Brenner des Typs KBSA ausgestattet.
• Die Siedekessel wurden getestet, und die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 ersichtlich. Tabelle 1
• Ausgabedaten basierend auf: Luftüberschußverhältnis 1.10. Netto-Heizwert des Brennstoffs ca. 40200 kJ/kg. Zulaufwassertemperatur 60ºC. Lufttemperatur 27ºC. Tabelle 2 Standardproduktbereich AQ-18 Ölbefeuerter Doppelfaß-Siedekessel:
• Leistungsdaten basierend auf: Luftüberschußverhältnis 1.13. Nettoheizwert des Brennstoffs 40200 kJ/kg.
• Zulaufwassertemperatur 90ºC. Lufttemperatur 27 Grad C.
• Maßtabelle: nur Circa-Werte, ohne Isolierung und Montagevorrichtungen.
• Andere Leistungsdaten und Größen auf Anforderung.

Claims (6)

1. Siedekessel (10) zur Erzeugung von Dampf, umfassend:

- eine Brennraumwand (12), welche einen Brennraum (22) begrenzt,

- eine Gehäusewand (14), welche die Brennraumwand (12) konzentrisch umgibt und gemeinsam mit der Brennraumwand einen im wesentlichen ringförmigen Zwischenraum (20) begrenzt,

- einen oberen und einen unteren Kessel, die am oberen beziehungsweise unteren Ende des Brennraums angeordnet sind,

- Dampferzeugungsrohre (16, 26), die an der Brennraumwand und an der Gehäusewand angeordnet sind und in Verbindung mit dem oberen und dem unteren Kessel (60, 62) stehen, und

- eine Rauchgasöffnung (24), die in der Brennraumwand vorhanden ist, um eine Verbindung vom Brennraum (22) zum ringförmigen Zwischenraum (20) herzustellen, wobei die Brennraumwand und/oder die Gehäusewand im wesentlichen aus geradlinigen Dampferzeugungsrohren (16, 26) gebildet werden, die durch Zwischenflansche (18) verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Brennraumwand und/oder die Gehäusewand als mehreckige Platten aufgebaut sind, die eine Anzahl an flachen Teilen darstellen, wobei jedes der flachen Teile eine vorgefertigte Tafelwand umfaßt, die aus einer Anzahl an Rohren besteht, die durch Zwischenflansche verbunden sind,

- der Siedekessel weiters freistehende Dampferzeugungsrohre (28) umfaßt, die im Zwischenraum befestigt sind, und

- die Tafelwände mit einer oder mehreren Platten ausgestattet sind, die in eine schräg verlaufende Richtung dazu vorstehen und dazu dienen, die freistehenden Rohre im Zwischenraum zwischen den zwei Wänden zu stützen.

2. Siedekessel nach Anspruch 1, wobei die Anzahl an Rohren in einer Tafel 5-8 beträgt.

3. Siedekessel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl an flachen Teilen 9-14 beträgt, und der Zwischenraum, der von der Brennraumwand und der Gehäusewand begrenzt wird, eine konstante Breite besitzt.

4. Siedekessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiters umfassend einen Brenner, der an der Oberseite, der Unterseite oder in der Mitte des Brennraums angeordnet ist.

5. Siedekessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die freistehenden Rohre in im wesentlichen geraden Linien angeordnet sind, die sich parallel zu den im wesentlichen geradlinigen Dampferzeugungsrohren der Brennraumwand und/oder der Gehäusewand erstrecken.

6. Siedekessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der obere und/oder der untere Kessel eine ringförmige und/oder zylinderförmige Konfiguration aufweisen.