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Anzapfdampf-Speisewasservorwärmer, insbesondere Hochdruckvorwärmer
für Dampfturbinenanlagen Die meistens als Rohribündel-Wärmeaustauscher gebauten,
von. Am, apfdampf beheizten Speisewasservorwärmei,'insbesondere die in der
Speisewasserleitung nach der Speisewasserpumpe angeordneten Hochdruckvorwärmer,
müssen entsprechend den in neuzeitlichen Dampfturbinenanlagen zur Anwendung kommenden
hohen Dampfdrücken und -temperaturen' sowie mit Rücksicht avf die Höhe der Einheitsleistung
vieler heutiger Pampfturbinengruppen sehr stark gebaut werden. Wird, was vielfach
üblich ist, in jedem Vorwärmer nuT ein einziges Rohrbündel, sei es mit im wesentlichen
geraden. oder mit U-förmig gebogenen Rohren,. verwendet, so ist dessen Durchmesser
sehr groß, und demgemäß muß nicht nur cle#7 Mantel des Vorwärmergehäuses, sondern
es müssen auch die Wasserkammerwände und vor allem die Rohrböden sehr dick gebaut
werden, was kostspielig und überdies bei plötzlich undin einzelPen Teilen ungleichmä,ßig
auftretenden WärmebeanspDuch.ungen festigkeitsmäßig sehr nachteilig ist. Oft müssen
bei solchen Vorwärmern geschmiedete Wasserkammern verwendet werden, deren Herstellungumständlich
und teuer ist. Auch die Aufteilung eines Vorwärmers dieser Art in zwei oder mehr
parallel geschaltete Vorwärmer herkömmlicher Bauart- ist wenig vorteilhaft, da jeder
einzelne dieser für einen Teil der Speisewassermenge bemessenen Vorwärmer für den
hohen Druck gebaut sein und inebesondere sehr starke Rohrböden haben muß.
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Es sind Hochdruckvorwärmer mit U-förtnig ge-
bogenen Rohrbündeln bekannt,
bei welchen die ge-
bogenen Rohre in eine Rohrplatte eingeschweißt
sind und das Bündel als Ganzes von einem Dampfmantel umgeben ist. Bei dieser Bauart
wird genügend kaum für das Einschweißen der einzelnen Rohre benötigt, wodurch der
Durchmesser des Bündels und damit auch derjenige des Dampfmantels sehr groß wird.
Außerdem müssen aus schweißtechnischen Gründen Stahlrohre verwendet werden, die
außer Betrieb Korrosionen ausgesetzt sind.
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Des weiteren sind auch Hochdruckvorwärmer bekannt, deren U-förmige
Rohrbündel in zwei Flüsse aufgeteilt sind, wobei dem Rohrbündel jedes Flusses ein
ebenfalls U-förmiger Dampfmantel angepaßt ist. Diese Bauart bringt mit sich, daß
sich der Dampfmantel nicht vom Rohrbündel abziehen läßt, was die Kontrolle der Schweißnähte
verunmöglicht.
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Es ist ferner bekannt, den Rohrboden zusammen mit der Wasserkammerwandung
in einem Stück herzustellen, wobei in dem dem Rohrboden gegenüberliegenden Teil
der Wasserkammerwandung eine Öffnung angebracht ist, die dem Einwalzen der Roh,Tenden
und der späteren Kontrolle der Walzstellen dient. Diese Öffnung muß aber aus Festigkeitsgründen
und um den für ihre Abschließung benötigten Deckel nicht unhandlich groß werden
zu lassen, verhältnismäßig klein gehalten werden, so daß nicht auf der ganzen berohrten
Fläche des Rohrbodens, unmittelbar in gerader Richtung auf die Rohrenden hin, eine
Rohrwalze beim Einwalzen der Rohreeingesetzt werden kann, was die maschinelle Einwalzung
deg Rohre verunmöglicht. Schließlich sind Vorwärmer bekannt, bei welchen mehrere
Rohrschlangen, durch die das vorzuwärmende Wasser geführt wird, an Sammelrohre durch
Einwalzen angeschlossen sind, wobei jeder Walzstelle in den Samnielrohren eine Öffnung
gegenüberliegt, die nach beendetem Einwalzen der Rohre mit einem Pfropfen verschlossen
wird. Bei jeder Kontrolle der Walzstellen sind also viele einzelne Pfropfen zu entfernen
und wieder druckfest ein.z"usetzen.
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Es ist auch eine Einrichtung zum.Heizen einer Flüssigkeit mittels
Dampf bekanntgeworden, bei welcher mehrere im wesentlichen aus einem Wasserkammerelement
und mindestens einem von einem Mantel umschlossenen Rohrbündel bestehende Heizelemente
zu einer Gruppe zusammengebaut sind, wobei die die Elemente verbindenden Rohrleitungen
so angeordnet und mit Abschlußorganen versehen sind, daß einzelne Elemente abgeschaltet
werden können. Für die Speisewasservorwärmung im Hochdruckdampfhetrieb ist auch
schon ein Wärmeaustauscher bekannt, bei welchem ein U-förmiges Rohrbündel in einem
U-förmigen Behälter angeordnet ist, wobei jeder Schenkel des Behälters mit -einer
Wasserkammer versehen ist, in deren einer Wand #die Rohre des Rohrbündels durch
Einwalzen und/oder' Schwe- ißung befestigt sind.
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Die Erfindung betrifft nun einen Anzapfdampf-Speise-wasservorwä,rmeT,
insbesondere einen Hochdruckvorwärmer für Dampfturbinenanlagen, mit mehreren in
Parallelschaltung von einem Teilstrom des vorzuwäxmenden Speisewassers durchflossenen
U-förmigen Rohrbündeln und mit mehreren im wesentlichen aus einem Wasserkammerelement
und mindestens einem von einem Mantel umschlossenen Rohrbündel bestehenden Vorwärmerelementen,
welcher Vorwärmer die Nachteile der bekannten Einrichtungen dieser Art vermeidet
und ihre Vorteile in sich vereinigt. Er ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserkammerelemente
mit parallel nebeneinander angeordneten Eintritts- und Austrittswasserkammern von
im wesentlichen zylindrischem Querschnitt in einer Reihe aneinandergeschlossen sind,
wobei die Wandungen der Wasserkammern über einen Teil ihres Umfanges in an sich
bekannter Weise als Rohrböden -für die Enden der U-förmigen Rohrbündel ausgebildet
sind.
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Die Zeichnungen zeigen beispielsweise eine Ausführungsforin des Erfindungsgegenstandes.
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Fig. i zeigt eine Seitenansicht des Vorwärmers nach der Erfindung,
Fig.:2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. i, Fig. 3 in größerem
Maßstab einen Schnitt nach der Linie-III-III der Fig. i und Fig. 4 ebenfalls in
größerem Maßstab einen Schnitt durch die Wasserkammern eines Vorwärmers nach der
Linie IV-IV der Fig. i, wobei jedoch nur dr-ei Wasserkammereletnente dargestellt
sind anstatt deren sechs wie in Fig. i.
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In den Fig. i bis 4 sind für gleiche Teile dieselben Hinweisbuchstaben
verwendet worden.
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In Fig. i ist in Seitenansicht ein Vorwärmer mit insgesamt sechs Vorwärmerelenienten
k, k' und k" dargestellt. Diese Vorwärmerelemente bestehen, wie weiterhin
aus den Fig. 2 und 3 hßrvorgeht, im wesentlichen aus einem Wasserkammerelement
a und aus mindestens einem von einem Mantel e (Fig. 3) umschlossenen Rohrbündel;
die Zeichnungen zeigen beispielsweise, daß jedem Wasserkammerelement a zwei übereinander
angeordnete Teilbündel f' und f" zugeordnet sind.
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An die Mäntel e sind die verschiedenen Dampf-und Kondensalleitungen
bzw. Leitungsstutzen g, el g", h und über die letztgenannten auch
h' sowie m angeschlossen, deren Anordnung und Wirkungsweise im folgenden näher erläutert
wird. Die Enden der vorzugsweise aus Kupfer-Nickel bestehenden Rohre der U-förmigen
Teilbündel f, f" sind in Rohrböden b einge-walzL, als welche,
wie deutlich aus Fig. 3 ersichtlich ist, Teile der Wasserkammerwand,ung ausgebildet
sind. Der Innendurchmesser der zyliiidrischen Teile der Wasserkammern braucht nicht
größer zu sein als derjenige der an sie angeschlossenen Speisewasserleitungen. Der
Durchmesser des Teilbündels sowie sein-es zugehörigen Rohrbodenteiles ist aber kleiner
als derjenige der Wassexkammern. Die zum Einwalzen der Rohrenden benötigt-en Öffnungen,
von denen in jedem Wasserkammerelement je zweimal zwei übereinander angeordnete
vorhanden sind, dienen bei späteren Überholungen der Überprüfung der Einwalzstellen;
sie sind mit Kontrolldeckeln c, cf?
(Fig. i) versehen, die von Verschlußmuttern
d
(Fig. 3) in ihr-er Lage gesichert sind. Die Fig. 3
zeigt noch
die ebenfalls aus Fig. 2 ersichtliche Trennwand i zwischen den Strängen eines U-förmig
gebogenen Teilbündels f' sowie einen Dampfeintrittstutzen bei g und einen
Kondensataustritt bei h.
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Der Aufbau einer Wasserkammer aus drei Kammereleinenten a ist aus
dem Schaltbild (Fig. 4:) ersichtlich. Diese Figur zeigt links den Wassereintrittsraum
und rechts den Wasseraustrittsraum jedes-einzelnen Elements. In den in' Seitenansicht
dargestellten Rohrböden b sind die eingewalzten Rohrenden der U-förmig gebogenen
Teilbündel f, f" sichtbar. Die Anschlußstutzen p erlauben den
Anschlub der Wasserkammern an die Speisewasserleitung; die diesen Stutzen entgegengesetzten
Enden der Wasserkammern sind mittels Abschlußkappen i verschlossen.
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Die bisherige Beschreibung des erfindungsgemäßen Vorwärmers läßt erkennen,
daß die Zu-und Ableitung des vorzuwärmenden Speisewasse-rs durch Was.serkammerelemente
mit parallel nebeneinander an-geordneten Eintritts- und Austrittswasserkammern von
im wesentlichen zylindtrischem Querschnitt erfolgt, die unmittelbar vor den Kopfenden
der Rohrbündel liegen und in einer Reihe aneinandergeschlossen sind, wobei die Wandungen.
der Wasserkammern über einen Teil ihres Umf anges als Rohrböden für die Enden der
U-f örmigen Rohrbündel ausgebildet sind. Im Sinne der vielfachen Aufteilung des
üblicherweise verwendeten einen Rohrbündels ist es vorteilliaft, jedes einem Wasserkammerelement
zugeordnete Rohrbündel so in zwei Teilbündel aufzuteilen :und den Außendurchrnesser
jedes dieser Teilbündel so zu bemessen, daß in jeder Wasserkammer in dem jedem Rohrboden
gegenüberliegenden Teil ihrer Wandung eine kreisförmige Öffnung angebracht werden
kann, deren Durchmesser.mindestens gleich groß ist wie der Außendurchmesser jedes
Teilbündelstranges. Auf diese Weise wird es möglich, jedes Wasserkammerelement mit
zweimal zwei öffnungen zu versehen, durch welche bei der Herstellung des Vorwärmers
die Rohrenden auf der ganzen berohrten Fläche der Rohrböden in diese eingewalzt
und bei überholungen die Walzstellen überpr.üft werden können. Um den Wärmeübergang
zwischen den parallel nebeneinander angeordneten Eintritts- und Austrittswasserkammern
zu vermeiden, ist es angebracht, diese nicht in einer gemeinsamen Trennwand aneinanderstoßen
zu lassen; zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, die Rohrenden jedes Teilbündels gegenüber
dessen Mittelachse - in welcher die Trennwand i liegt - um einen Winkel
a (Fig. 3) nach außen abzuwinkeln.
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Das vorzuwärmende Speisewasser tritt nach Fig. i und 4 bei n -in die
Wasserkammer ein und verläßt diese- bei o. Aus jedem Wasserkammereletnent tritt
im Sinne der eingezeichneten Pfeile ein Teilstrom des Speisewassers in die parallel
geschalteten Rohrbündel jedes Vorwärmerelements ein und aus. Die Rohrleitungen zur
Führung des Heizdampfes und dessen Kondensats sind nach den Fig. i und 2 so angeordnet,
daß mindestens das erste Vorwärmereleinent k, in welches der Heizdampf bei
g
eintritt, als Heizdampfenthitzer wirkt und daß ni-indestens das letzte Vorwärmerelement
k", aus welchem das zusammengefaßte Vorwärmerkondensat bei m austritt, als Kondensatkühler
wirkt. Zu diesem Zweck wird die gesamte Heizdampfmenge durch das Enthitzereleine#nt
k geführt und in diesem auf etwa die Sattdampftemperatur abgekühlt. Durch
die Rohrleitung g' und die Abzweigleitungen g" wird der Heizdampf dann in
Parallelschaltung den Vorwärmerelementen k' zugeführt, die den kondensierenden
Teil des Vorwärmers bilden. Bei den Kondensataustritten h tritt das sich bildende
Kondensat aus den Elementen k und k' aus, worauf es in der Leitung
h' zusammengefaßt und dem Kondensatkühlerelement k" zugeführt wird. Nachdem dieses
zusammengefaßte Kondensat durch den durch das Element k" fließenden Teilstrorn des
Speisewassers abgekühlt worden ist, verläßt es den Vorwärmer beim Kondensataustritt
m. Wenn nötig, können die Rohrleitungen zur Führung des. Heizdampfes und.
dessen Kond4-ensats mit Leichtigkeit so angeordnet werden, daß mehrere Vorwärmereleinente
als Heizdampfenthitzer bzw. mehrere als Kondensatkühler wirken.
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Die beschriebene Bauweise für Anzapfdampf-Speisewasservorwärmer ergibt
folggnde Vorteile: Der VGrwärmer ist in den Strang der Speisewasserleitung eingebaut;
die aneinandiergeschweißten Wasser.kammerelemente von gleichem Durchmesser wie die
Speisewasserleitung ersetzen einen Teil der Länge derselben, so daß Leitungsmaterial
eingespart und überdies die Anordnung der Rohrleitungen vereinfacht wird. Die hohem
Dampf- bzw. Wasserdruck und hoher Temperatur unterworfenen Teile der einzelnen Vorwärmerelemente
können infolge ihres verhältnismäßig kleinen Durchmessers mit geringerenWandstärken
gebaut werden als die bisher üblichen Vorwärmer; die Elemente können deshalb auch
für Höchstdrücke gebaut werden, ohne daß schädlich'große Wandstärken verwendet werden
müssen. Besonders vorteilhaft wirkt sich dies aus beim Enthitzermantel, der dank
seinem kleinen Durchmesser mit vergleichsweise geringer Wandstärke gebaut werden
kann, was für seine Festigkeit bei hoher Temperatur (bis zu etwa 470'
C)
und bei möglicherweise auftretenden plötzlichen Temperaturänderungen wichtig
ist. Alle übrigen Vorwärmereleniente arbeiten im Gebiet der Sattdampftemperatur,
so daß die Wandstärken ihrer Mäntel von der Temperatur nicht wesentlich Ix-einflußt
werden. Die veThÄltnismäßig kleinen Wasserkammerelemente können in Stahlguß ausgeführt
werden und sind gieße7reitechnisch einfach geformt. Dies ist wichtig im Hinblick
darauf, daß für Hochdr,tickvorwärmer der bisherigen Bauart (mit nur einem Rohrbündel)
*für Turbinengruppen. mit hoher Einheitsleistung (z. B. über ioo MW) und für Betriebsdrücke
über etwa i5o kg/cm2 aus gießereitechnischen Gründen keine Stahlgußkammern
hergestellt
werden können, weshalb man genötigt ist, die Kammern aus Schmiedestahl anzufertigen,
was sehr kostspielig ist. Zudem werden die Rohrböden sehr dick (bis zu etwa
300 mm), was das Bohren der großen Anzahl von Rohrlöchern erschwert. Beim
erfindungsgemäßen Vorwärmer ergibt die vielfache Aufteilung des einen RohibüMelsinkleineBündelRohrbödenmitkleinem
Durchmesser und mithin kleiner Dicke, was das Bohren der Rohrlöcher erleichert.
Die Roh#rböden sind zudem nur Verdickungen der Wasserkammerwandungen, was baulich
eine Vereinfachung ihrer Herstellung und festigkeitsmüßig eine VerstäTkung derselben
bedeutet. Die Handhabung der einzelnen Wasserkammerelemente während ihrer Herstellung
und deren Bearbeitung ist für die Werkstätte leichter als diejenige schwerer Kammern
für ein ungeteiltets Rohrbündel. Es können alle Wasserkammereletnente, bevor sie
z. B. durch Schweißen mit-einander verbunden werden, fertigbearbeitet werden. Die
einzelnen Kontrolldeckel der Wasserkammern sind alle in der Größe unter sich gleich
und von leichtem Gewicht, so daß sie bei Überholungen des. Vorwärmers von Hand und,
ohne Verwendung eines Kranes abgehoben werden können, was die Kontrolle der Walzstellen
der RehTe erleichtert. Es ist nicht nötig, jedes Vorwärmerel#inent einzeln mit einem
Wärmeschutz zu versehen; vielmehr kann der ganze Vorwärtner mittels seitlich und
oben angebrachter Wände aus wärmeundurchlässigem Material vor Wärmeverlusten geschützt
werden. Ein großer Vorteil des beschriebenen Vorwärmers besteht auch darin, daß
die Anzahl seiner Elemente je nach den wärmetechnischen Erfordernissen frei
gewählt und damit seine wärmeaustauschende Oberfläche jeweils den vorliegenden Verhältnissen
angepaßt werden kann, wobei auch die Anzahl der Enthitzerelemente bzw. der Kondensatkühlerelemente
frei gewählt werden kann. Bei allfällig auftretenden Rohrbrüchen und dabei nötig
werdendem Ersatz der Rohre muß nur ein- kleines Rohrbündel mit verhältnismäßig wenigen
Rohren ausgewechselt werden.