DE718651C - Gaserhitzer, insbesondere fuer Gasturbinen - Google Patents

Gaserhitzer, insbesondere fuer Gasturbinen

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DE718651C
DE718651C DES137870D DES0137870D DE718651C DE 718651 C DE718651 C DE 718651C DE S137870 D DES137870 D DE S137870D DE S0137870 D DES0137870 D DE S0137870D DE 718651 C DE718651 C DE 718651C
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Germany
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heating
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gas
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DES137870D
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Sulzer AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/005Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for only one medium being tubes having bent portions or being assembled from bent tubes or being tubes having a toroidal configuration

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Description

  • Gaserhitzer, insbesondere für Gasturbinen Die Erfindung bezieht sich auf einen Gaserhitzer, insbesondere für Gasturbinen, bei welchem das Gas durch Heizrohre strömt, die durch Verbrennungsgase beheizt und außerhalb des Verbrennungsraumes in einem besonderen Raum angeordnet sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß den Heizrohren an der Eintrittsstelle der Verbrennungsgase in das Bündel der Heizrohre gegen die Strahlung abschirmende Körper vorgebaut sind, zwischen denen hindurch die Gase in das Bündel eintreten.
  • Die höchst erreichbaren Temperaturen des zu erhitzenden Gases hängen bei Gaserhitzern von den höchst zulässigen Temperaturen der Austauschwände ab. An Aden Stellen, an denen .die Heizgase zuerst auf die Wände auftreffen, entstehen, insbesondere bei im Gegenstrom betriebenen Gaserhitzern, die höchsten Wandtemperaturen. Um den Gaserhitzer möglichst klein halten zu können, ist weiter notwendig eine hohe, möglichst gleichmäßige Belastung der Austauschwände einzuhalten.
  • Sind die wärmeaustauschenden Rohrwände eines Gaserhitzers an der Eintrittsstelle der Heizgase in das Rohrbündel außer durch Wärmeleitung weiter noch durch :die Strahlung einer größeren Gasmasse und des Brennraumes selbst belastet, müssen :die Heizgase eine sehr niedrige Temperatur aufweisen, um Verbrennungen der Rohre zu verhüten. Die den Eintrittsstellen nachfolgenden, der Strahlung nicht mehr ausgesetzten Rohrwände werdendann nicht mehr voll beansprucht, was zu starb vergrößerten Abmessungen führen müßte.
  • Wenn die Heizrohre an der Eintrittsstelle der Verbrennungsgase in das Bündel durch vorgebaute Körper gegen die Strahlung abgeschinnt werden, können die Heiz- bzw. Verbrennungsgase eine wesentlich höhere Temperatur aufweisen, weil auch an der Eintrittsstelle die Rohrwände nur durch .den Wärmeübergang infolge Leitung, nicht mehr aber durch die Strahlung belastet sind. Die Heizgase können infolgedessen mit erhöhter Temperatur zugeführt werden. Dadurch wird nicht nur eine höhere Erhitzung der zu beheizenden Gase ermöglicht, sondern auch durch stärkere Beanspruchung der nachgeschalteten Heizfläche der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung verbessert und die Anlage verkleinert.
  • Die Abschirmkörper eines Gaserhitzers nach der Erfindung können aus mindestens zwei durch einen Zwischenraum getrennten Schichten gebildet sein. Zwischen der vom Gasstrom zuerst getroffenen Rohrreihe und der nächstfolgenden werden zweckmäßig Zwischenstücke eingebaut, um nicht nur den Wärmeübergang an die erste Rohrreihe, sondern auch an die zweite Rohrreihe zu vermindern.
  • 'Weiter empfiehlt es sich, den Strömungsquerschnitt mindestens eines Teiles der Heizrohre an der Eintrittsstelle der Verbrennungsgase des Bündels zu vermindern. Es können z. B. auch an der Eintrittsstelle der Verbrennungsgase in das Bündel der Heizrohre mindestens zwei Heizrohre zusammengefaßt sein. Bei Gaserhitzern, die mindestens mit einer Gruppe von Heizrohren zur Erhitzung von Gasen höheren Druckes und einer Gruppe von Heizrohren zur Erhitzung von Gasen niedrigeren Druckes ausgerüstet sind, durchquerendie Verbrennungsgase zweckmäßig zuerst die Heizrohrgruppe für die Gase höheren Druckes und .dann die Heizrolirgruppe für die Gase niedrigeren Druckes.
  • Es kann auch ein Vorwäriner vorgesehen sein, der durch die aus .den Heizrohrgruppen anfallenden Verbrennungsgase beheizt wird und die Gase höheren Druckes vor ihrem Eintritt in die Heizrohrbündel auf die gleiche Temperatur vorwärmt, welche auch die Gase niedrigeren Druckes beim Eintritt in ihr Heizrohrbündel aufweisen.
  • Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
  • Fig. i stellt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dar; Fig. 2 veranschaulicht auf der linken Hälfte einen Schnitt nach der Linie A und auf der rechten Seite einen Schnitt nach .der Linie B der Fig. i ; Fig. 3 zeigt schematisch den Aufhau eines Gaserhitzers mit zwei Gruppen von Heizrohren; Fig. d. läßt den Verlauf der Gastemperaturen in einem Gaserhitzer nach Fig.3 erkennen; Fig. 5 und 6 veranschaulichen in Seiten-und Vorderansicht die bauliche Ausbildung des in Fig. 3 schematisch dargestellten Gaserhitzers.
  • Die Verbrennungsluft gelangt durch die Leitung i zum Brenner 2 .des in Fig. i und 2 dargestellten Gaserhitzers. Der Brennstoff wird durch die Leitung .I zugeführt. Die Verbrennungsgase strömen aus dein zylindrischen Feuerraum 3 durch die Öffnungen 5 in den die Heizrolirbündel enthaltenden, inantelförniig den Verbrennungsraum umgebenden Raum 6. Im ringförmigen Kanal 7 sammeln sich die @-erbrennungsgase und gelangen zum Teil durch die Leitung 8 an einen nichtgezeichneten Bestimmungsort. Ein anderer Teil wird durch die Leitung 9 von einem Gebläse io angesaugt und strömt über den niantelförinig um den Brenner angeordneten Kanal i i zurück in den Feuerraum 3.
  • 1 ,ittels der Schaufeln i2 wird diesem unigewälzten Teil der Verbrennungsgase ein Drall erteilt. Auch der Verbrennungsluft, welche dem Brenner: zugeführt wird, kann durch die Schaufeln 13 ein Drall erteilt werden, und zwar zweckmäßig in entgegengesetztem Sinn zum Drall der umgewälzten Verbrennungsgase. Dadurch wird im Verbrennungsraum 3 eine rasche Mischung der unigewälzten und der frisch erzeugten Gase erfolgen.
  • Der @die Heizrohre enthaltende Raum c@ ist vom %'erbrennun.gsraum teilweise durch eine Wand 14 getrennt, welche aus mindestens zwei durch einen Zwischenraum 1 5 (Fig. i und 2) getrennten Schichten feuerfesten Stoff gebildet ist. An. der Eintrittsstelle der Z'erbrennungsgase in :das Bündel der Heizrohre sind den Heizrohren gegen die Strahlung abschirmende Körper 16 vorgebaut. Die Körper i6 sind aus einzelnen Schichten feuerfesten Stoffs gebildet, die ;durch Abstän#le 29 (Fig. 2) voneinander getrennt sind.
  • Im Raum 6 sind zwei Gruppen von Heizrohren angeordnet. Die Gruppe 17 dient zur Erhitzung der Gase höheren Drucks, während die Gruppe 18 die Erhitzung der Gase niedrigeren Drucks übernimmt. Die zu erhitzenden Gase höheren Drucks gelangen durch die Leitung ig in die Heizrohre der Gruppe i7 und «-erden durch den Ringkanal 20 11111 clie Leitung 21 an ihren Bestimmungsort geführt. Die Gase niedrigeren Drucks werden zunächst in einen Ringraum 22 geführt und gelangen nach Erwärmung über den Ringkanal 23 in die Abführleitung 2.4.
  • Je zwei Heizrohre des Bündels 1; sind an den Eintrittsstellen 5 der Verbrennungsgase in das Bündel. durch zwischengeschobene Stege o. dgl. (Darstellung in Fig. 2 rechts innen) ZU einem Rohr zusammengefaßt. Durch diese Verengung des Strömungsquerschnitts für die zu erhitzenden Gase wird ein größerer Rauni für die Öffnungen 5 erreicht, so daß die Geschwindigkeit der Verbrennungsgase herabgesetzt werden kann.
  • Die Heizrohre der Bündel 17 und 18 sind in Richtung ,der Strömung der V 'erbrennungsgase verlegt. Die der Wand i.[ zunächst liegenden Heizrohre sind ,durch flossenartige Ansätze 53 (Fig. 2) zu einer Wan#1 ausgebildet, wodurch die Wärmekonvektion an die Rohre des Bündels durch die Unterbindung einer wesentlichen Gasströmung herabgesetzt wird.
  • Um -den Rohren der Bündel eine freie Dehnung zu gestatten, ist der Bauteil z5 (Fig. r in eine Stopfbüchse 26 der Leitung 19 eingeführt und ;der Bauteil- 27 durch nachgiebige Biegehäute 28 mit ,dem Gehäuse des Gaserhitzers verbunden.
  • Der Gaserhitzer kann z. B. auch zwei Verbrennungsräume 30 und 31 (Fig. 3) besitzen, welche durch die Leitungen 322 und 33 Verbrennungsluft zugeführt erhalten. Das Heizrohrbündel 3.4 im Verbrennungsraum 3o dient zur- Erhitzung :der Gase höheren Drucks und ,das Bündel 35 im Brennraum 31 zur Erhitzung der Gase niedrigeren Drucks. Vor dem Eintritt in :das Bündel 34 werden -die Gase höheren Drucks :durch das Vorwärmerbündel36 geleitet, ;das mittels der durch :den Raum 36' strömenden, aus den beiden Verbrennungsräumen 30 und 31 anfallenden Verbrennungsgase beheizt ist. -Nach dein Austritt der Verbrennungsgase aus dem Vorwärmerbündel 36 strömen sie teils durch :die Leitung 37 :an ihren Bestimmungsort und teils durch die Umwälzgebläse 38 zur Erniedrigung der Verbrennungstemperaturen in die Verbrennungsräume 30 bzw. 31.
  • Trägt man die Temperaturen t des Verbrennungsgases und des zu erhitzenden Gases als Ordinaten über den ausgetauschten Wärmemengen O auf, so ergibt sich .das Bild nach Fig. d.. Die Temperaturen t3o un:d t31 der Verbrennungsgase in ,den Verbrennungsräumen 30 und 31 verlaufen in gleicher Weise von einem Höchstwert in der Nähe des Brenners zu einem niedrigsten Wert am Austritt. Gleichzeitig erhöhen sich :die Temperaturen t34 und t3;, der zu erhitzenden Gase von einem Mindestwert zu einem Höchstwert. Im Torwärmer fällt die Temperatur t.ß , der vereinigten Rauchgase noch weiter ab, wodurch die zu erhitzenden Hochdruckgase gemäß der Linie t3, auf die für den Gaserhitzer bestimmte Eintrittstemperatur vorgewärmt werden.
  • Wie den Temperaturwärmediagrammen nach Fig. d. entnommen werden kann, können der Teil :des Gaserhitzers nach Fig. 3 zur Erhitzung der Gase höheren Drucks und der Teil des Erhitzers nach Fig. 3 zur Erhitzung der Gase niedrigeren Drucks im wesentlichen gleich .ausgebildet werden, wie in Fig. 5 und 6 geschehen ist. Der Vorwäl-mer 36 ist in die aus der Zeichnung ersichtlichen acht Einzelelemente aufgeteilt, :die je auf vier Seiten eines Erhitzerteils angeordnet sind. Die Umwälzgebläse 38 sind unmittelbar über jedem Vbrwärmerelement angeordnet. Die zu erhitzenden Gase höheren Drucks werden zunächst durch :die Leitung 41 den verschiedenen Teilen des Vorwärmers 36 zugeführt. Sie durchströmen dann die Rohre 4.2 der Vorwärmerteile und gelangen durch die Rohre 43 in eine Sammelleitung 44, aus der sie durch die Leitung .45 in das ErhitZerbÜndel 46 eingeführt werden. Nach der Erhitzung verlassen -die Gase erhöhten Drucks den Gaserhitzer über :den Ringkanal 47 und durch die Leitung 48, durch welche sie an ihren Bestimmungsart geführt werden. Die Gase niedrigeren Drucks strömen durch .die Leitung 49 in das ihnen zugeteilte Erhitzerbürndel und verlassen :dieses durch die Leitungen 50 und 51. Die Verbrennungsgase strömen durch die Leitung 52 fort.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Gaserhitzer, insbesondere für Gasturbinen, bei welchem das Gas durch Heizrohre strömt, die durch Verbrennungsgase beheizt und außerhalb des Verbrennungsrauines in einem besonderen Raum angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß den Heizrohren an der Eintrittsstelle der Verbrennungsgase in das Bündel der Heizrohre gegen die Strahlung abschirmende Körper vorgebaut sind, zwischen ,denen hindurch die Gase in .das Bündel eintreten.
  2. 2. Gaserhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, @daß die Abschsrmkörper aus mindestens zwei :durch einen Zwischenraum getrennte Schichten gebildet sind.
  3. 3. Gaserhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der vom Gasstrom zuerst getroffenen Rohrreihe und der nächstfolgenden Zwischenstücke eingebaut sind, um nicht nur den Wärmeübergang an :die erste Rohrreihe, sondern auch :den an die zweite Rohrreihe zu vermindern.
  4. Gaserhitzer nach Anspruch. i, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt mindestens eines Teiles der Heizrohre an der Eintrittsstelle der Verbrennungsgase in das Bündel vermindert ist.
  5. 5. Gaserhitzer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an der Eintrittsstelle der Verbrennungsgase in das Bündel der Heizrohre mindestens zwei Heizrohre zusammengefaßt sind.
  6. 6. Gaserhitzer nach Anspruch 1, mit einer Gruppe von Heizrohren zur Erhitzung von Gasen höheren Drucks und einer Gruppe von Heizrohren zur Erhitzung von Gasen niedrigeren Drucks, ,dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase zuerst -die Heizrohrgruppe für die Gase höheren Drucks und dann die Heizrohrgruppe für die Gase niedrigeren Drucks durchqueren.
  7. 7. Gaserhitzer nach Anspruch t mit einer Gruppe von Heizrohren zur Erhitzung von Gasen höheren Drucks und einer Gruppe von Heizrohren zur Erhitzung von Gasen niedrigeren Drucks, gekennzeichnet durch einen Torwärmer, der durch die aus den behlen Heizrohrgruppen anfallenden Verbrennungsgase beheizt wird und die Gase höheren Drucks auf die gleiche Temperatur vorwärmt, welche die Gase niedrigeren Drucks beim Eintritt in ihre Bündel aufweisen.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE923582C (de) * 1952-05-30 1955-02-17 Babcock & Wilcox Dampfkessel W Kohlenstaubbefeuerter Lufterhitzer fuer Heissluftturbinen
DE1187648B (de) * 1958-05-14 1965-02-25 Black Sivalls & Bryson Inc Erhitzer fuer temperaturempfindliche Mittel mit Brennern zum Erzeugen eines Heizgasstroms von niedriger Strahlungsemission
DE1199071B (de) * 1962-12-17 1965-08-19 Goerlitzer Maschb Veb Geschweisstes Rohrverzweigungsstueck, insbesondere fuer Gasturbinenanlagen

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE923582C (de) * 1952-05-30 1955-02-17 Babcock & Wilcox Dampfkessel W Kohlenstaubbefeuerter Lufterhitzer fuer Heissluftturbinen
DE1187648B (de) * 1958-05-14 1965-02-25 Black Sivalls & Bryson Inc Erhitzer fuer temperaturempfindliche Mittel mit Brennern zum Erzeugen eines Heizgasstroms von niedriger Strahlungsemission
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