DE879628C

DE879628C - Roehrengaserhitzer, insbesondere fuer Gasturbinen

Info

Publication number: DE879628C
Application number: DEA13588A
Authority: DE
Original assignee: Aktiengesellschaft fuer Technische Studien
Current assignee: Aktiengesellschaft fuer Technische Studien
Priority date: 1947-11-21
Filing date: 1951-06-30
Publication date: 1953-06-15
Also published as: US2544600A; CH261480A; GB647327A; FR974424A; BE485634A; NL76592C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röhrengaserhitzer, insbesondere für Gasturbinenanlagen, mit indirekter Wärmezufuhr an das Arbeitsmittel.

Beim Röhrengaserhitzer gemäß der Erfindung ist koaxial zur Längsachse des Erhitzers eine ausbaubare Brennkammer vorgesehen, und dieser ist mindestens ein System von ebenfalls koaxial zur genannten Längsachse angeordneten Heizröhren uachgeschaltet, welches von den aus der Brennkammer austretenden Heizgasen von innen nach außen vorwiegend quer zu den Rohren durchströmt wird. Dabei kann zweckmäßig in einem doppelmanteligen Bauteil ein Verteilraum für das zu erhitzende Gas einen Sammelraum für das erhitzte Gas umschließen, wobei diese zwei Räume ebenfalls koaxial zur Längsachse des Erhitzers angeordnet sein können.

In den Zeichnungen sind zwei beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. ι einen

axialen Längsschnitt durch eine

erste Ausführungsform eines Röhrenerhitzers für die einen Kreislauf beschreibende Luft einer Wärmekraftanlage,

Fig. 2 in der linken Hälfte der Hauptsache nach einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. ι und in der rechten Hälfte den Erhitzer in Draufsicht;

Fig. 3 zeigt einen axialen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines zu demselben Zweck dienenden Röhrenerhitzers, und

Fig. 4 zeigt in der linken Hälfte der Hauptsache nach einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3 und in der rechten Hälfte den betreffenden Erhitzer in Draufsicht.

In den Fig. ι und 2, die einen mit öl gefeuerten Röhrenerhitzer für Luft zeigen, bezeichnet 1 einen koaxial zur Längsachse des Erhitzers angeordneten, innen isolierten Mahtelteil, der Brenner 2 aufnimmt und eine Brennkammer 3 umschließt. Dieser Mantelteil 1 ist lösbar mit einem zweiten, ebenfalls koaxial zur Längsachse des Erhitzers angeordneten, innen isolierten Mantelteil 4 verbunden. Letzterer umschließt ein Heizsystem 5, bestehend aus einer Anzahl möglichst kompakt angeordneter Rohrschlangen, in welchem tote Räume undBypasse für die Heizgase tunlichst vermieden sind. Dieses koaxial zur Längsachse des· Erhitzers angeordnete Heizröhrensystem 5 ist der Brennkammer 3 unmittelbar nachgeschaltet und' wird von den aus def Kammer 3 austretenden und durch einen Stutzen 6 aus dem Erhitzer abströmenden Heizgasen von innen nach außen vorwiegend quer zu den Rohren durchströmt. 7 bezeichnet einen im unteren Teil des Erhitzers vorgesehenen und koaxial zu dessen Längsachse angeordneten doppelmanteligen Bauteil, der an der Stelle 4¹ lösbar mit 'dem Mantelteil 4 . verbunden ist. 7¹ bezeichnet einen in dem Bauteil 7 vorgesehenen Verteilraum für die zu erhitzende Luft, die unter dem erforderlichen Druck durch ⁸S einen Stutzen 8 beispielsweise aus dem Wärmeaustauscher einer Wärmekraftanlage, in welcher als Arbeitsmittel dienende Luft einen Kreislauf beschreibt, zuströmt. Das Eintrittsende der Rohre des Systems' 5 mündet in diesen Verteilraum 7¹, der einen Sammelraum 9 für die im Heizröhrensystem 5 auf die erforderliche Temperatur gebrachte Luft koaxial umgibt. Diese Luft strömt durch eine Leitung 10 einer nicht gezeigten Verbrauchsstelle zu, beispielsweise einer Turbine der Wärmekraftanlage erwähnter Art.

Bei der beschriebenen Bauart ist somit die Partie des Heizröhrensystems 5, die vom kältesten Teil der zu erhitzenden Luft durchströmt wird, der Längsachse des Erhitzers zunächst gelegen. Der Teil 5¹ des Heizröhtrensystems 5, der sich an jene Partie anschließt, ist seinerseits so im Feuerraum 16 angeordnet, daß er von den kältesten Abgasen beaufschlagt wird.

Die für die Verbrennung erforderliche, zweckmäßig vorgewärmte Luft strömt einmal durch einen Stutzen 11 zu und gelangt in einen die Brennkammer 3 koaxial umgebenden Raum 12, aus dem sie zum Teil durch in einer Trennwand 14 angebrachte Schlitze 13 in jene Kammer 3 und zum Teil längs der Außenfläche dieser Trennwand in den Feuerraum 16 überströmt. Durch einen ganz oben am Erhitzer vorgesehenen Stutzen 15 gelangt Verbrennungsluft, die auch vorgewärmt sein kann, noch direkt in die Brennkammer 3.

17 bezeichnet eine nahe den oberen Umlenkstellen der Stränge der Rohrschlangen des Systems 5 angeordnete, lösbar mit dem Mantelteil 4 verbundene Leitfläche, und 18 bezeichnet eine nahe den unteren Umlenkstellen dieses Systems 5 angeordnete Leitfläche. Die Leitfläche 18 ruht auf einer mit dem Bauteil 7 verbundenen Wand 19 auf.. Diese Leitflächen 17 und 18 sind konvergierend an

geordnet, um den durch das Heizröhrensystem 5 strömenden Feuer- und Abgasen eine gewollte, z.B. eine sich gleichbleibende Geschwindigkeit aufdrücken zu können. 19¹ bezeichnet Stützen, auf denen die beschriebenen Bauteile aufruhen.

Wird der Mantelteil 1 vom Mantelteil 4 gelöst, so lassen sich die Brenner 2 samt der die Brennkammer 3 umschließenden Trennwand 14 nach oben abheben, so daß dann die Rohrschlangen d,es Systems 5 trotz der kompakten Anordnung von innen zwecks Reinigung, Überholens-, Austausches u. dgl. leicht zugänglich sind. Erforderlichenfalls läßt sich sogar das ganze Röbrensystem 5 einschließlich des Bauteils7 und der Wand 19 aus dem Mantelteil 4 herausheben, wobei die für den Ausbau erforderliche Raumhöhe wesentlich kleiner ist als im Falle von im Längsstrom beaufschlagten Röhrengaserbitzern, bei denen die die Brennkammer umschließende Wand" wesentlich tiefer in den Brennraum hineinragt.

Infolge der symmetrischen Anordnung der Rohrschlangen des- Systems 5 und der Räume 7¹, 9 um die Längsachse des Erhitzers ist eine freie Bewegung der Rohrschlangen und der jene Räume begrenzenden Wandungen des Bauteils 7 möglich, so 'daß die relative Lage der Anschlußflansche der Rohrschlangen 5 an die Wandungen des Bauteils 7 unverändert bleibt, weil alle radialen Dehnungen von der Längsachse des Erhitzers ausgehen.

Der in den Fig. 3 und 4 gezeigte Röhrenerhitzer ist für eine Heißluftturbinenanlage mit mindestens einmaliger Wiedererwärmung der sich entspannenden Luft bestimmt. Es sind daher zwei möglichst kompakte Systeme 20 und 21 von Rohrschlangen vorgesehen, die koaxial zur Längsachse des Erhitzers angeordnet sind, wobei das System 21 das System 20 auf dem größten Teil der Länge des letzteren umgibt. Die hochgespannte, zu erhitzende Luft strömt durch einen Stutzen 22 in einen Verteilraum 23¹ eines doppelmanteligen Bauteils 23, der koaxial zur Längsachse des Erhitzers angeord.-net ist. In den Verteilraumas¹ mündet das Eintrittsende der Rohrschlangen des Systems 21. Die in diesem System 21 auf die erforderliche Temperatur gebrachte Luft gelangt in einen im Innersten des Bauteils· 23 gelegenen Sammelraum 24, der vom erwähnten Verteilraum 23¹ koaxial umgeben ist. Aus dein Sammelraum 24 strömt die auf die erforderliche Temperatur gebrachte Luft durch eine Leitung 25 zu einer nicht gezeigten Hochdruckturbine, wo sie sich bis zu einem gewissen Grade unter Abkühlung entspannt. Diese entspannte Luft strömt dann durch einen Stutzen 26 in einen dem zweiten System 20 zugeordneten Verteiler 27, um von dort in dieses System 20 zu gelangen, so daß sie nochmals erhitzt wird. Die in der beschriebenen Weise zum zweitenmal erhitzte Luft strömt in einen Sammler 28, um von diesem durch einen Stutzen 29 und eine nicht gezeigte Leitung in eine ebenfalls nicht gezeigte Niederdruckturbine zu gelangen, wo sie sich weiter entspannt.

Der Verteiler 27 und der Sammler 28, an denen die Rohrschlangen· des Systems 20 hängen, sind

innerhalb eines Mantelteils 30 angeordnet und mit diesem beweglich verbunden, wie dies durch strichpunktierte Linienzüge 31 und 32 angedeutet ist. Der Mantelteil 30 ist lösbar mit einem unteren Mantelteil 33 des Erhitzers verbunden, mit dem auch der Bauteil 23 lösbar verbunden ist. Ferner ist mit dem Mantelteil 30 eine Haube 34, die Brenner 35 aufnimmt und eine Brennkammer 36 einschließt, lösbar verbunden. Durch eine entsprechend geneigte Anordnung von Leitflächen 38 und 39, von denen die Leitfläche 38 am Teil 33 abnehmbar befestigt und die Leitfläche 39 mit dem Bauteil 23 verbunden ist, läßt sich den die Systeme 20 und 21 vorwiegend quer zu den Rohren durchströmenden Feuer- und Abgasen an allen Stellen des betreffenden Weges eine gewollte Geschwindigkeit erteilen.

Bei der zuletzt beschriebenen Bauart sind der Brennkammer 36 die beiden Heizröhrensysteme 20 und 21 ebenfalls unmittelbar nachgeschaltet. Dabei sind sowohl die Brennkammer 36 als auch die Systeme 20, 21 und der Bauteil 23 koaxial zur Längsachse des Erhitzers angeordnet; ferner werden die beiden Systeme 20 und 21 von den Feuer- und Abgasen, die durch einen Stutzen 37 abströmen, auch in diesem Falle von innen nach außen vorwiegend quer zu den Röhren durchströmt. Nach Lösen der Verbindung zwischen der Haube 34 und dem Mantel 30 läßt sich die Brennkammer 36 mitsamt den Brennern 35 nach oben ausbauen. Die Rohrschlangen des Systems 20 sind dann vom Feuerraum her zugänglich. Nach Lösen der Verbindung zwischen den Mantelteilen 30 und 33 läßt sich überdies das Heizröhrensystem 20 unabhängig vom System 21 nach oben ausbauen, worauf auch die Rohrschlangen des Systems 21 vom Feuerraum her zugänglich sind. Schließlich kann nach Lösen der Verbindung zwischen dem Bauteil 23 und dem Mantelteil 33 und nach Entfernen des Leitbleches 38 das zweite Heizröhrensystem 21 samt Bauteil 23 nach oben herausgezogen werden. Dabei ist die für den Ausbau der verschiedenen Teile erforderliche Raumhöhe verhältnismäßig klein.

Der Umstand, daß es in beiden beschriebenen Fällen einen verhältnismäßig geringen Raum bedarf, um die Heizsysteme vom Feuerraum aus zugänglich zu machen und um sie im Bedarfsfalle ausbauen zu können, ist besonders wichtig, wenn . die Röhrenerhitzer in Schiffen unterzubringen sind,, wo ja die Raumverhältnisse meistens beschränkt sind.

An Stelle der in den Figuren gezeigten Ölfeuerungen können auch Feuerungen für andere Brennstoffe, wie z. B. Kohlenstaub und Gase, zur Ver-Wendung kommen.

Die von den Rohrschlangen gebildeten Heizflächen können gewünschtenfalls in durch Zwischenräume getrennte Sektoren aufgeteilt werden. In einem solchen Falle lassen sich in die sektorförmigen Zwischenräume herausnehmbare Füllkörper einbauen, die nach deren Entfernung Teile der Rohrschlangen zugänglich machen, um sie reinigen, überholen oder ersetzen zu können.

Die Brennkammern können je nach Bedarf mit Steinen ausgekleidet sein oder mit Luft gekühlt werden.

Unter Umständen können auch Abgase, die dem Feuerraum des Erhitzers entströmen, in die Brennkammer zur Aufrechterhaltung der Verbrennung zurückgeführt werden. In einem solchen Falle werden solche Abgase z. B. bei einem Erhitzer der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Bauart durch den Stutzen 11 eingeführt, während vorgewärmte Frischluft durch den Stutzen 15 eingeführt werden kann. Mit Hilfe rückgeführter Rauchgase oder frischer, längs der Außenfläche der die Brennkammer begrenzenden Trennwand strömender Kühlluft läßt sich in dem Feuerraum, welcher der Brennkammer immer nachgeschaltet ist, eine solche Temperatur herstellen, daß die von jenem Feuerraum ausgehende Strahlungswärme den Rohrschlangen des Heizsystems bzw. der Heizsysteme nicht gefährlich werden kann.

Die vom kältesten Teil des zu erhitzenden Mediums durchströmten Rohrstränge können gegen das obere Ende hin haarnadelförmig ausgebildet sein und sich so weit hinauf erstrecken, daß sie eine den Brennraum koaxial umschließende, Strahlungswärme aufnehmende Wand bilden, so daß eine der Trennwand 14 der Fig. 1 entsprechende Wand entbehrlich wird.

Die Verlegung der Rohrschlangen bzw. Heizröhren kann, falls zwei Heizröhrensysteme vorhanden sind, auch eine andere sein, als in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. So können z. B. die Rohrschlangen des äußeren Systems so verlegt sein, daß sie von den Feuer- und Abgasen derart bestrichen werden, daß die Temperatur des zu erhitzenden Mediums von innen nach außen stetig zunimmt und die Temperatur der Feuer- und Abgase von innen nach außen ebenfalls stetig abnimmt.

Die Erfindung läßt sich sinngemäß auch anwenden, wenn mehr als zwei Systeme von Heizrohren vorhanden sind oder die Längsachse des Erhitzers nicht senkrecht, sondern waagerecht ist.

Bei einem Röhrengaserhitzer nach der Erfindung lassen sich die Druckverluste auf der Heizgasseite verhältnismäßig klein halten, weil es sich mit einem Minimum von Zug- und, Umlenkwänden auskommen läßt. Ein solcher Erhitzer eignet sich dann besonders gut für die Fälle, wo der Feuerraum aufgeladen ist, also in diesem Raum ein höherer Druck als Atmosphärendruck herrscht. Bei solchen Betriebsverhältnissen ist es nämlich wichtig, im Feuerraum mit kleinen Druckverlusten arbeiten zu können, weil die Leistung der den Aufladeverdichter antreibenden und mit den Abgasen des Feuerraumes betriebenen Turbine um so größer sein wird, je größer der Druck jener Abgase noch ist. iao

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Röhrengaserhitzer, insbesondere für Gasturbinenanlagen mit indirekter Wärmezufuhr an das Arbeitsmittel, dadurch gekennzeichnet.

daß koaxial zur Längsachse des Erhitzers eine ausbaubare Brennkammer vorgesehen und dieser mindestens ein System von ebenfalls koaxial zur genannten Längsachse angeordneten Heiz-

röhren- unmittelbar naehgeschaltet ist, welches von den aus der Brennkammer austretenden

■i Heizgasen von innen nach außen vorwiegend quer zu den Rohren durchströmt wird.
2. Röhrengaserhitzer nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Partie des Heizröhrensystems, die von dem kältesten Teil des zu erhitzenden Gases durchströmt wird, der Längsachse des Erhitzers zunächst gelegen ist.
3. Röhrengaserhitzer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Heizröhrensystems, die sich an dessen vom kältesten Gas durchströmte Partie anschließen, so im Feuer- und Abgasraum angeordnet sind, daß sie von den kältesten Abgasen beaufschlagt werden.
4. Röhrengaserhitzer -nach Anspruch 1, dadurch' gekennzeichnet, daß in einem doppelmanteligen Bauteil ein Vefteilraum für das zu erhitzende Gas einen Sammelraum für das eras hitzte Gas koaxial umschließt.
5. Röhrengaserhitzer nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelmantelige Bauteil koaxial zur Längsachse des

'. Erhitzers angeordnet ist. :
6. Röhrengaserhdtzer nach" Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Brenner aufnehmende und die Brennkammer umschließende Matitelteil des Erhitzers lösbar mit dem das Röhrensystem umschließenden Mantelteil verbunden ist, so daß nach Abheben des erstgenannten Teils das Röhrensystem vom Feuerraum aus gut zugänglich wird.
7. Röhrengaserhitzer nach den Ansprüchen 1, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Heizröhrensystem samt dem doppelmanteligen Bauteil nach Ausbau der Brennkammer ebenfalls ausbauen läßt.
8. Röhrengaserhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nahe den Umlenkstellen der Stränge des Heizröhrensystems Leitflächen angeordnet sind, um den durch das Röhrensystem strömenden Heizgasen eine gewollte Geschwindigkeit aufzudrücken.
9. Röhrengaserhitzer nach Anspruch 1 für Gasturbinenanlagen mit mindestens einmaliger Wiedererwärmung des sich entspannenden Arbeitsmittels,'dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedererwärmung in einem zweiten Heizröhrensystem erfolgt, das ebenfalls koaxial zur Längsachse des Erhitzers angeordnet ist.
10. Röhrengaserhitzer nach den Ansprüchen 1 und g, dadurch gekennzeichnet, daß dasRöhren-'system, in weichem die erste Erhitzung des Arbeitsmittels erfolgt, das Röhrensystem, in welchem die Wiedererwärmung vor sich geht, umschließt.
11. Röhrengaserhitzer nach den Ansprüchen 1, Q und 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zwei Heizröhrensysteme nach Abheben einer die Brennkammer einschließenden Haube un-'abhängig voneinander ausbauen lassen.

Hierzu ϊ Blatt Zeichnungen

© 5043 6.53