DE838522C

DE838522C - Gaserhitzer, bei welchem das Heizgas durch zwei senkrechte Rohrbuendel stroemt

Info

Publication number: DE838522C
Application number: DEP24746D
Authority: DE
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1945-12-18
Filing date: 1948-12-14
Publication date: 1952-05-08
Also published as: FR936196A; GB619158A; CH250739A; NL68405C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gaserhitzer, bei welchem das Heizgas durch zrwei mittels eines Bogens hintereinandergeschaltete, über dem Bogen senkrecht angeordnete Rohrbündel strömt.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die die Bündel umgebenden, den Druck des zu erhitzenden Gases aufnehmenden Mäntel mittels eines starren Bogens miteinander vereinigt sind, daß ferner der die Rohrbündel miteinander verbindende Bogen nachgiebig ausgebildet und innerhalb des starren Bogens mit Spiel angeordnet ist und daß schließlich die Druckmäntel derart beweglich auf einer Unterlage abgestützt sind, daß ihr Abstand entsprechend der Erwärmung des sie verbindenden starren Bogens sich ändern kann.

Der Gaserhitzer nach der Erfindung eignet sich bei entsprechender Ausbildung insbesondere zur Anwendung in Gastufbinenanlagen, bei denen die zu erhitzenden Gase eine sehr hohe Temperatur erreichen müssen. Infolge der beim Wärmeübergang entstehenden Temperaturgefälle entstehen Unterschiede in der Wärmeausdehnung einzelner Bauteile. Solche Dehnungsunterschiede können bei Gaserhitzern nach der Erfindung ausgeglichen werden.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungs'beispiels näher erläutert.

Als Wärmeaustauschfläche" des dargestellten Gaserhitzers dienen die zwei senkrecht angeord-

neten Rohrbündel ι und 2, welche mittels eines halbkreisförmigen Bogens 3 hinteremandergeschaltet sind. Die Heizgase strömen zuerst durch die Rohre des Bündels 1 und gelangen durch den Bogen 3 in die Rohre des Bündels 2. Die die Bündel umgebenden, den Druck des zu erhitzenden Gases aufnehmenden Mantel 4 und 5 sind mittels eines weiteren halbkreisförmigen 'Bogens 6 miteinander vereinigt, der starr ausgebildet ist; demgegenüber ist der die Bündel ,verbindende Bogen 3 nachgiebig ausgebildet und derart innerhalb des starren Bogens 6 angeordnet, daß er nach jeder Richtung freies Spiel besitzt. Die Abstützung der Druckmäntel erfolgt durch die Pratzen 7 und 8, von denen die Pratzen 7 mittels Schrauben 9 am Boden 10 befestigt sind, während die Pratzen 8 entsprechend der Ausdehnung des Bogens 6 über den Boden gleiten können. Der Abstand der beiden Rohrbündel und Druckmäntel kann sich somit entsprechend der Erwärmung des starren Bogens 6 verändern.

Das zu erhitzende Gas, z. B. Luft, strömt aus der Leitung 11 in den Stutzen 12 am unteren Ende des Mantels 5. In dem zwischen dem Druckmantel 5 und dem Leitmantel 13 befindlichen Zwischenraum 14 strömt dieses Gas zunächst aufwärts, um an der Stelle 15 in den zwischen den Rohren des Bündels 2 1>efindlichen Raum 16 einzutreten und alsdann innerhalb des Leitmantels 13 den Rohren entlang abwärts zu strömen. An der Stelle 17 tritt das Gas wieder aus dem Bündelraum aus und gelangt anschließend durch den zwischen den Bögen 3 und 6 l>enndlichen Kanal 18 in den Druckmantel 4 weiter. Hier dringt das Gas durch die öffnungen 19 des Leitmantels 20 in den die Rohre des Bündels 1. um¹ gebenden Raum'2i. Die öffnungen 22 dienen ,dem Austritt des endgültig erhitzten Gases in den zwischen den Mänteln 4 und 20 befindlichen Ringraum 23. Durch den Stutzen 24 ist der Druck mantel 4 an eine Ableitung 25 angeschlossen, welche das erhitzte Gas zu der nicht gezeichneten \^rerbrauchsstelle führt.

Das Rohrbündel 1 ist oben an die Brennkammer 26 angeschlossen, die durch den 'verlängerten Teil des Druckmantels 4 druckdicht umgeben ist. Zur Einführung und Zerstäubung des Brennstoffes dient ein Brenner 27. Die Verbrennungsluft strömt aus der Leitung 28 durch den Stutzen 29 in den Ringraum 30 und gelangt dann an der Stelle 31 in den Brennraumao. Die zur restlosen Verbrennung notwendige Zweitluft strömt aus der Leitung 32 durch den Stutzen 33 in den Ringraum 34 und dringt durch die öffnungen 35 in die im Brennraum 26 befindliche Flamme ein.

Die Verbrennungsgase strömen durch die Rohre des Rohrbündels 1 in den Bogen 3 und aus diesem durch die Rohre des Bündels 2 in den Sammelraum 36 und in die Abgasleitung 37 weiter. Beim Durchströmen durch die Rohre der Rohrbündel 1 und 2 wird ein wesentlicher Teil der in den Verbrennungsgasen enthaltenen Wärme durch Wärmeaustausch an das die Rohre der Bündel umströmende Gas übertragen. Hierbei kühlt sich das Verbrennungsgas ab, während das zu erhitzend« Gas auf die gewünschte Temperatur gebracht wird.

Die Rohrbündel 1 und 12 sind durch die Druckmäntel 4 und 5 abgestützt. Das Gewicht der Rohre des Bündels 1 wird zunächst mittels des kegelig ausgebildeten Rohrbodens 3$ auf den Leitmantel 20 übertragen. Dieser ist wiederum durch den Flansch 39 auf dem Tragring 40 des Mantels 4 abgestützt. Zur Trennung des die Rohre des Bündels 1 umgebenden Raumes 21 und des mit der Brennkammer 26 in Verbindung stehenden Ringraumes 34 dient der nachgiebige Balg 411, der einerseits mit dem Flansch 39 und anderseits mit dem oberen ebenen Rohrboden 42 des Bündels 1 in Verbindung steht. Das Gewicht des Rohrbündels 2 wird mittels des kegelförmig ausgebildeten Bodens 49 über die Abschlußglocke 50 auf den Druckmantel 5 abgestützt.

Zur Kühlung des am stärksten durch die Flamme des Verbrennungsraumes 26 erhitzten Rohrbodens 42 enthält das Rohrbündel 1 in seiner Mitte ein relativ weites Rohr 43, welches unten und oben mit Durchtrittsöffnungen 44 bzw. 45 ausgerüstet ist. Ein Teil des durch die öffnungen 19 eindringenden Gases strömt dann durch die öffnungen 44 in das Rohr 43 ein und verläßt es, ohne nennenswert erhitzt zu werden, durch die Öffnungeni45, um dem Rohrboden 42 entlang gegen die Austrittsöffnung 22 zu strömen. Hierbei iwird die Kühlung des Bodens und des obersten Rohrteils verstärkt.

Das Gewicht des Mantels 46 des Verbrennungsraumes ist auf dem Druckmantel 4 abgestützt. Zwischen dem Mantel 46 und dem am Boden 42 des Rohrbündels. 1 angeschlossenen Verbindungsstück 47 ist eine Schiebeverbindung 48 angeordnet, um Unterschiede in der Wärmeausdehnung auszugleichen und dadurch die Abstützung zu schonen.

Der an das Rohrbündel 1 anschließende Rohrstutzen 51 'besitzt einen Zentrierring 52, der mittels einzelner Stege 531 mit ihm verbunden ist. Ein entsprechender Ring 54 ist mittels Stegen 55 am Druckmantel 4 befestigt. Diese beiden Ringe 52 und 54 dienen zur Zentrierung des Rohrbündels 1 im Druckmantel 4.

Der Bogen 3 besteht aus drei Teilbogen 56, 5.7 und 58, welche mittels der Gelenke 59 und 60 und der balgartig ausgebildeten nachgiebigen Schlauchstücke 65 und 66 miteinander verbunden sind. Hierdurch wird eine Nachgiebigkeit in der Weise erreicht, daß Dehnungsunterschiede zwischen den ■beiden Böigen 3 und 6, ohne große Beanspruchungen zu verursachen, durch Biegung an den Gelenken 59 und 60 und im Rohrbündel 2 leicht ausgeglichen werden können.

Die Verbindungsflansche 67 und 68 zwischen dem starren Bogen 6 und den 'Druckmänteln 4 und 5 sind höher angeordnet als die Verbindungsflansche 69 und 70 zwischen dem nachgiebigen Bogen 3 und den Rohrbündeln 1 und 2. Nach dem Lösen der Ver'bindungsflansch-e 67 und 68 kann der starre Bogen 6 um den 'Betrag h gesenkt werden, bis er mit den Füßen 71 auf dem Boden 72 aufsteht. Der Abstand i zwischen dem Sattel des starren Bogens 6 und dem Sattel des nachgiebigen

Bogens 3 ist größer gewählt als die Höhe h, so daß auch in der gesenkten Lage die beiden Bögen sich nicht berühren. Die Flansche des Bogens 6 befinden sich dann in der gestrichelt angedeuteten Stellung 6'. in welcher die Verbindungsflansche 69 und 70 zwischen dem elastischen Bogen 3 und den Rohrbündeln 1 und 2 frei liegen und ebenfalls gelöst werden können. Die beiden Bögen können nun gemeinsam entfernt werden, worauf die Rohre der Bündel 1 und 3 zur Reinigung und Überprüfung zugänglich sind.

Zum Ausbau der Rohrbündel werden erst die ol>eren Teile der Druckmäntel 4 und 5 an den Flanschen 73 und 74 gelöst und entfernt. Hierauf können der Mantel 46 der Brennkammer 26 und die Rohrbündel ι und 2 nach oben ausgebaut werden.

Die Brennkammer kann auch getrennt vom Gaserhit/.er aufgestellt und die hocherhitzten Heizgase durch eine Rohrleitung diesem zugeführt werden. Der beschriebene Gaserhitzer eignet sich bei entsprechender Ausbildung auch für höhere Drücke, z. 15. 20 Atm. und mehr. Wenn das Heizgas und das zu erhitzende Gas ungefähr denselben Druck aufweisen, ist die durch die nachgiebige Ausbildung des Bogeti'S schon entlastete Konstruktion der Rohrbündel keinen zusätzlichen Beanspruchungen mehr ausgesetzt. Der gesamte Innendruck wird dann von den Druckmänteln aufgenommen. Für die Erhöhung der Sicherheit der Konstruktion und die Wirtschaftlichkeit kann im Innern des Druckmantels eine Isolierung vorgesehen sein, so daß die mechanisch belasteten Außenmäntel 4 und 5 des Gaserhitzers nicht durch erhöhte Temperaturen beansprucht sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Gaserhitzer. insl>esondere für Gasturbinenanlagen, l>ei welchem das Heizgas durch zwei mittels eines Bogens hintereinandergeschaltete, üIht dem Bogen senkrecht angeordnete Rohrbündel strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bündel umgel>enden, den Druck des zu erhitzenden Gases aufnehmenden Mäntel mittels eines starren Bogens miteinander vereinigt sind, daß ferner der die Rohrbündel miteinander verbindende Bogen nachgiebig ausgebildet und innerhalb des starren Bogens mit Spiel angeordnet ist. und daß schließlich die Druckmäntel derart Ixnveglich auf einer Unterlage abgestützt sind, daß ihr Abstand entsprechend der Erwärmung des sie verbindenden starren Bogens sich ändern kann.
2. Gaserhitzer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rohrbündel auf dem dassell>e umgel>enden Druckmantel abgestützt ist.
3. Gaserhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rohrbündel mit Hilfe seines o1>eren Rohrbodens auf dem Druckmantel abgestützt ist.
4. Gaserhitzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rohrbündel mit Hilfe seines unteren Rohnbodens auf dem Druckmantel abgestützt ist.
5. Gaserhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre mindestens eines Rohrbündels auf- einem Rohrboden abgestützt sind.
6. Gaserhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Rohre abstützende Rohrboden konisch ausgebildet ist.
7. Gaserhitzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem konischen Rohrboden gegenüberliegende Rohrboden flach ausgebildet ist.
8. Gaserhitzer nach Anspruch, ii, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des starren Bogens mit den Druckmänteln höher angeordnet ist als die Verbindung des nachgiebigen Bogens mit den Rohibündelri.
9. Gaserhitzer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wand des starren Bogens und der Wand des nachgiebigen Bogens, im Innern des starren Bogens so viel freier Platz vorhanden ist, daß nach Lösen der Verbindung des starren Bogens mit den Druckmänteln derselbe so weit gesenkt werden kann, daß die Verbindung des nachgiebigen Bogens mit den Rohrbünddin zugänglich wird.
10. Gaserhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsleitung für das zu erhitzende Gas am unteren Ende des einen Druckmantels angeschlossen i'st.
11. Gaserhitzer nach Anspruch io, gekennzeichnet durch einen innerhalb des Druckmantels angeordneten Leitmantel, der mit dem Druckmantel einen Ringraum einschließt, in welchem das durch die Bintrittsleitung eingeführte, zu erhitzende Gas aufwärts strömt, um im oberen Teil in den zwischen den Rohren des Bündels vorhandenen Raum eintreten zu können.
12. Gaserhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Rohrbündel innerhalb des Druckmantels von einem Leitmantel umgeben ist, welcher die Strömung des zu erhitzenden Gases in den die Rohre umgebenden Raum lenkt.
13. Gaserhitzer nach Anspruch 112, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrbündel über den Leitmantel auf dem Druckmantel abgestützt ist.
14. Gaserhitzer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rohrboden auf dem Leitmantel abgestützt ist.
15. Gaserhitzer. nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitmantel in seinem oberen Bereich auf dem Druckmantel abgestützt ist.
16. Gaserhitzer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß eines der Rohrbündel an eine Brennkammer angeschlossen ist.
17. Gaserhitzer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer auf dem das Rohrbündel umgebenden Druckmantel abgestützt ist.
18. Gaserhitzer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrbündel mittels einer Schiebeverbindung an die Brennkammer angeschlossen ist, welche Unterschiede der Wärmedehnung ausgleicht.
19. Gaserhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rohrbündel mit einem Abstandhalter verbunden ist, welcher die radiale Lage des Rohrbündel« gegenüber dem Druckmantel sichert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

5115 4.