EP0064092B1 - Dampferzeuger mit Wirbelschichtfeuerung - Google Patents

Dampferzeuger mit Wirbelschichtfeuerung Download PDF

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Publication number
EP0064092B1
EP0064092B1 EP81103556A EP81103556A EP0064092B1 EP 0064092 B1 EP0064092 B1 EP 0064092B1 EP 81103556 A EP81103556 A EP 81103556A EP 81103556 A EP81103556 A EP 81103556A EP 0064092 B1 EP0064092 B1 EP 0064092B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tubes
steam
combustion chamber
vapour generator
fluidized bed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP81103556A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0064092A1 (de
Inventor
Anton Weber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sulzer AG
Original Assignee
Gebrueder Sulzer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gebrueder Sulzer AG filed Critical Gebrueder Sulzer AG
Priority to AT81103556T priority Critical patent/ATE7071T1/de
Publication of EP0064092A1 publication Critical patent/EP0064092A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0064092B1 publication Critical patent/EP0064092B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/0007—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed
    • F22B31/0015—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed for boilers of the water tube type
    • F22B31/003—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed for boilers of the water tube type with tubes surrounding the bed or with water tube wall partitions
    • F22B31/0038—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed for boilers of the water tube type with tubes surrounding the bed or with water tube wall partitions with tubes in the bed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/10—Water tubes; Accessories therefor
    • F22B37/20—Supporting arrangements, e.g. for securing water-tube sets
    • F22B37/202—Suspension and securing arrangements for contact heating surfaces

Definitions

  • the invention relates to a steam generator with fluidized bed combustion according to the preamble of claim 1.
  • Such a steam generator is known from FR-A 2 382 661, and the water and / or steam-carrying heating pipes arranged in the fluidized bed are designed as so-called flag heating surfaces, which consist of pipe coils or U-pipes bent back and forth in a meandering manner and by branch off the evaporator tubes of the combustion chamber and rejoin them. It has been shown that during the operation of the steam generator in these serpentine tubes of the flag heating surfaces, in particular when starting up and shutting down, very high stresses which can be attributed to uneven thermal expansion can occur, which the tubes cannot withstand in the long run. These voltages can become impermissibly high when a gas flows through the heater tubes.
  • the vertical legs have only a slight difference in elongation compared to the combustion chamber wall because of their short length; the long horizontal legs can therefore be easily supported.
  • the vertical legs bend, although they are short, by changing the length of the long legs in a still permissible frame. Since they carry their own weight, they do not have to be supported; rather, they still bear part of the weight of the horizontal legs.
  • the horizontal legs of the heater tubes are supported very simply and reliably by cooled support tubes according to claim 3.
  • Claim 5 specifies a solution in which minimal expansion differences occur between the support tubes and the combustion chamber wall.
  • Claim 6 teaches a particularly simple arrangement of support tubes, in which these tubes can form switched evaporator tubes of the steam generator in natural circulation.
  • the support tubes can be firmly connected to the horizontal legs of the heater tubes so that no sliding friction leading to wear and tear occurs at the support points.
  • the support tubes are expediently cooled here in a forced pass.
  • the U-pipes could be forked in the area of the deflection, so that a down pipe would communicate with several risers.
  • a slightly rising expansion loop could also be attached so that the support tubes could be drained when the steam generator was shut down.
  • air is heated from approximately 400 ° C. to approximately 800 ° C. in the heater tubes
  • the thermal expansion of the vertical legs remains closer to the thermal expansion of the combustion chamber wall; the distance between the heater tube crowns and the adjacent support points of the horizontal legs can thereby be selected to be shorter, so that the bending stresses in the area between the respective crown and the first support of the relevant horizontal leg are reduced.
  • the lower temperature of the vertical legs allows higher bending stresses in these.
  • combustion chamber 1 has a combustion chamber 1 with a rectangular plan, which is delimited by a front wall 2, a rear wall 3 and two side walls 4 and 5.
  • the base of the combustion chamber is formed by a bottom 6.
  • the walls 2 and 3 of the combustion chamber 1 are directly gas-tightly connected to walls 10 and 11 of a gas flue 14, whereas the walls 4 and 5 are gas-tightly connected to walls 12 and 13 of the gas flue via two inclined connecting wall surfaces 8 and 9, respectively.
  • the walls 2 to 5 of the combustion chamber 1, the connection wall surfaces 8 and 9 and the walls 10 to 13 of the gas flue 14 are formed from tubes 7 which are tightly welded to one another.
  • a main distributor 16 runs in the middle below the bottom 6 of the combustion chamber 1 and is supplied with water of almost full condition via two down pipes 17 and 18 from a drum 20.
  • a side wall distributor 22 and 23 is connected at the foot of the side walls 4 and 5.
  • the tubes 7 of the side walls 4 and 5 of the combustion chamber, of the connecting wall surfaces 8 and 9 and of the side walls 12 and 13 of the throttle cable 14 extend from the two side wall distributors and open into side wall collectors 27 and 28 respectively.
  • twelve curved connecting pipes 29 lead in pairs six support tube distributors 30, 30 ', 30 "located in the base 6.
  • Bottom tubes 32 are arranged between two support tube distributors 30 and between the side wall distributor 22 and 23 and the adjacent support tube distributor 30' and 30", which together and with the adjacent distributors 30 , 30 ', 30 "and 22, 23 are connected via passages 33 leaving free webs 34.
  • the bottom tubes 32 open into those tubes 7 which form the front wall 2 and the rear wall 3 of the combustion chamber. These tubes 7 sit in the walls 10 and 11 of the throttle cable and lead into a front collector 40 or rear collector 41; these two collectors are connected to the side wall collectors 27 and 28 en, of which the collector 27 is connected to the drum 20.
  • the bottom pipes 32 are each connected to the main distributor 16 via a K-piece 42 and two pipe bends 43 (FIG. 4). As can be seen from FIG.
  • support tubes 46 branch off from the support tube distributors 30 at equal distances from one another or from the front and rear wall 2. 3. These tubes 46 lead vertically upwards and open in the gas cable 14 in support tube collectors 48, which are connected to the drum 20 via transverse collectors 49 and 50 located outside the cable 14 and two connecting lines 51. The two outermost support tube distributors 30 'and 30 "lie below the connection wall surfaces 8 and 9. The support tubes 46 emanating from them open, as shown in FIG. 1 on the right, in a tube 7 of the connection wall surface 9. From the mouth of the support tube concerned from the top, the tubes 7 have a larger cross section than the other tubes 7 of the side walls 4, 5, 12, 13.
  • L-shaped heater tubes 52 and 53 extend in vertical planes, which start from distributors 54 and 55 and open into the collector 56 and 57, respectively.
  • the heater tubes penetrate the connection wall surfaces 8 and 9 with their short vertical legs 58 and 59 and the side walls 5 and 4 with their long, approximately horizontal legs 60 and 61.
  • At least one of the tubes 7 of the side walls is at the penetration points 4, 5 and the connecting wall surfaces 8, 9 are bent out of the wall plane in the usual way. Appropriately welded bars ensure the tightness of the walls at the penetration points.
  • the heater tubes 52 and 53 are each slidably supported on the support tubes 46 at five locations on their long legs 60 and 61, respectively, via U-shaped support loops 62 (FIG. 3).
  • the support tubes 46 are symmetrical about their axis by carrying loops.
  • An air box 63 is provided below the combustion chamber floor 6. It consists of a trough plate 64 of rectangular outline, which is connected to the periphery of the combustion chamber base 6 in a gas-tight manner via expansion elements 65. The air box 63 thus formed is connected via a nozzle 67 to a combustion air source, not shown.
  • a superheater tube bundle 70 is arranged above the combustion chamber 1, the upper end of which is connected to the steam chamber of the drum 20 via a distributor 72 and two connecting lines 71 and which is connected to a live steam line 80 at a lower end via a collector 79.
  • an economizer tube bundle 74 is provided in the throttle cable 14 and is connected to a feed line 76 via a distributor 75.
  • the outlet of the economiser tube bundle 74 is formed by a collector 77, which is connected via a line 78 to the water space of the drum 20.
  • a gas duct 39 leading to an air preheater (not shown) is connected to the collectors 27, 28, 40 and 41 which are arranged at the upper end of the throttle cable 14 and form a ring collector.
  • the steam generator is supplied with air via the nozzle 67 of the air box 63.
  • the air rises through the passage openings 33 provided in the combustion chamber floor 6 and through the fluidized layer of coal, lime and slag particles lying above it. Due to the contact of the glowing coal particles and the intense turbulence of the combustion gases, a very good heat transfer is achieved on the heating pipes 52 and 53.
  • the heater tubes can therefore also contain catalytes or be coated on the inside with such.
  • the heater tubes 52 and 53 can also be connected in series instead of in parallel, e.g. B.
  • the Collector 56 is connected to the distributor 55.
  • feed water is fed to the steam generator via the feed line 76. This is preheated to almost evaporation temperature in the economiser tube bundle 74 and introduced into the drum 20.
  • water passes from the drum 20 into the main distributor 16 below the floor 6.
  • a first part of the water flows via the side wall distributors 22 and 23 into the pipes 7 of the side walls 4 and 5 and then arrives as Steam / water mixture via the side wall collectors 27 and 28 into the drum 20.
  • a second part of the water flows from the main distributor 16 via the pipe bends 43, the K-pieces 42 and the bottom pipes 32 into the pipes 7 of the front and rear walls 2 and 3.
  • the water flows on the one hand over the inclined outer edges of the connecting wall surfaces 8 and 9 along collectors (not shown) and risers (also not shown) and on the other hand as steam / water mixture via the collectors 40 and 41 back into the drum 20.
  • a third part of the water flows from the main distributor 16 into the support pipes 46.
  • the steam / water mixture formed therein passes through the support pipe collectors 48, the cross collectors 49, 50 and the two connecting lines 51 into the drum 20.
  • Saturated steam from the steam chamber of the drum 20 then flows via the two connecting lines 71 into the superheater tube bundle 70, from which it reaches the live steam line 80 as superheated steam, which leads to a consumer (not shown).
  • air is heated in the heating tubes 52 and 53 from, for example, 400 ° C. to 800 ° C., which is fed to a gas turbine as a working medium.
  • the relatively high temperature of the air in the horizontal, long legs 60 and 61 of the heater tubes 52, 53 has the consequence that these legs expand relatively strongly during operation. They slide in the U-shaped loops 62, and it may be expedient to provide the inside of the loops 62 and / or the outside of the legs 60, 61 in the region of the sliding points with a means which prevents or reduces wear.
  • the agent can be applied, for example, by plasma spraying.
  • the vertical legs 58 and 59 of the heater tubes 52, 53 assume considerably lower temperatures than the horizontal legs because on the one hand they are traversed by colder air and on the other hand are only partially heated by flue gas, which results in a lower heat transfer on the heating medium side. Accordingly, the vertices between the short and long legs move almost only in the horizontal direction relative to the tubes of the side walls 4, 5. Since approximately the same temperatures occur in these tubes as in the support tubes 46, the support points of the heater tubes 52, 53 remain at approximately the same height relative to the penetration points. The suspension of the heater tubes can therefore be described as ideal.
  • heating tubes 52 and 53 are supported on the support tubes 46, on both sides at the same heights, which originate from the same distributor 54 and 55 and lead into the same collector 56 and 57.
  • Five such support tubes together with twelve heater tubes 52 or 53 attached to them form a tube sheet.
  • Successive tube sheets are alternately arranged in the combustion chamber 1 in such a way that the vertical legs 58 of the heater tubes 52 of the side wall 4 and the vertical legs 59 of the heater tubes 53 are adjacent to the side wall 5.
  • the support tubes can form simple U-tube loops or the loops can be branched; the latter is shown in FIGS. 5 and 6.
  • a down pipe 89 which carries twelve heater pipes 52 from the distributor 54, leads to a horizontal pipe 81, from which three risers 83 branch off, which also each carry twelve heater pipes 52 from the distributor 54.
  • the riser pipes 83 lead into the support pipe collector 48.
  • a down pipe 85 is arranged, from which twelve heater pipes 53 are carried out of the distributor 55 and which leads to three riser pipes 87 via a horizontal pipe 86 which are each supported by twelve heater tubes 53 from the distributor 55.
  • the support tubes 89, 83 and 85, 87 can perform opposite pendulum movements corresponding to the elongations of the long legs 60 and 61, respectively. Signs of friction are thus avoided.
  • Lichen vertical dividers which may also have the role of dividing the combustion chamber into compartments; such a subdivision would have significance for part-load operation.
  • the support tube collectors 48 are arranged between the economizer tube bundle 74 and the superheater tube bundle 70, they can also — as FIG. 5 shows — be arranged in the region of the superheater or even below it. In the latter case, it may be advisable to support these low-hanging support tube collectors from a few higher support tubes from higher-hanging collectors. This support can also be done from sloping draft tubes from high points of the throttle cable walls.
  • the heater tubes 52 and 53 are attached to the support tubes 89, 83 and 85, 87 in a staggered arrangement.
  • the steam generator contains, among other things, means for introducing the preferably granular fuel and optionally additives to form the fluidized bed and / or bind pollutants, e.g. B. Lime for binding sulfur. It also has means for discharging and / or recirculating fuel, additives and / or recirculation products, which means are also not shown here.
  • means for introducing the preferably granular fuel and optionally additives to form the fluidized bed and / or bind pollutants e.g. B. Lime for binding sulfur.
  • It also has means for discharging and / or recirculating fuel, additives and / or recirculation products, which means are also not shown here.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit Wirbelschichtfeuerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein solcher Dampferzeuger ist aus der FR-A 2 382 661 bekannt, und die Wasser und/oder Dampf führenden, in der Wirbelschicht angeordneten Erhitzerrohre sind als sog. Fahnenheizflächen ausgebildet, die aus mäanderartig hin-und hergebogenen Rohrschlangen oder U-Rohren bestehen und von den Verdampferrohren der Brennkammer abzweigen und in diese wieder einmünden. Es hat sich gezeigt, dass im Betrieb des Dampferzeugers in diesen schlangenförmigen Rohren der Fahnenheizflächen, insbesondere beim An- und Abfahren, sehr hohe, auf ungleiche Wärmedehnung zurückzuführende Spannungen auftreten können, denen die Rohre auf die Dauer nicht gewachsen sind. Diese Spannungen können unzulässig hoch werden, wenn die Erhitzerrohre von einem Gas durchströmt sind.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Erhitzerrohranordnung für einen Dampferzeuger der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die durch ungleiche Wärmedehnung hervorgerufenen Spannungen im zulässigen Rahmen bleiben.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Die vertikalen Schenkel haben wegen ihrer geringen Länge einen nur geringen Dehnungsunterschied gegenüber der Brennkammerwand ; die langen horizontalen Schenkel lassen sich daher problemlos abstützen. Die vertikalen Schenkel biegen sich, obwohl sie kurz sind, unter einer Längenänderung der langen Schenkel in noch durchaus zulässigem Rahmen aus. Da sie ihr Eigengewicht selbst tragen, müssen sie nicht abgestützt werden ; sie tragen vielmehr noch einen Teil des Gewichts der horizontalen Schenkel.
  • Besonders günstig und rechnerisch klar sind die Werkstoffspannungen in den Erhitzerrohren bei einer Weiterbildung der Erfindung, die gemäss Anspruch 2 ausgebildet ist.
  • Sehr einfach und zuverlässig geschieht die Abstützung der horizontalen Schenkel der Erhitzerrohre durch gekühlte Tragrohre gemäss Anspruch 3.
  • Die Befestigung dieser Tragrohre nach Anspruch 4 erlaubt es, besondere Tragbalken einzusparen.
  • Anspruch 5 gibt eine Lösung an, bei der minimale Dehnungsunterschiede zwischen den Tragrohren und der Brennkammerwand auftreten.
  • Anspruch 6 lehrt eine besonders einfache Anordnung von Tragrohren, bei der diese Rohre im Naturumlauf geschaltete Verdampferrohre des Dampferzeugers bilden können.
  • Durch die Ausbildung nach Anspruch 7 können die Tragrohre mit den horizontalen Schenkeln der Erhitzerrohre fest verbunden sein, sodass an den Tragstellen keine zu Abnützungserscheinungen führende Gleitreibung auftritt. Die Tragrohre werden hier zweckmässig im Zwangdurchlauf gekühlt. Anstelle einfacher U-Rohre könnten die U-Rohre im Bereich der Umlenkung aufgegabelt sein, sodass ein Fallrohr mit mehreren Steigrohren kommunizieren würde. Statt eines Fallrohrs liesse sich auch eine leicht ansteigende Dehnschlaufe anbringen, sodass die Tragrohre beim Abfahren des Dampferzeugers entwässert werden könnten.
  • Bei der Lösung nach Anspruch 8 kann auf ausserhalb des Dampferzeugers verlaufende Erhitzerrohr-Tragrohre verzichtet werden.
  • Durch die Anordnung nach Anspruch 9 und 10 ergeben sich erhebliche Vereinfachungen der Konstruktion, weil die Durchdringungen der Erhitzerrohre durch die Brennkammerwand und die Anschlusswandflächen weniger dicht verteilt sind und Verteiler und Sammler für die Erhitzerrohre mit einem kleineren Durchmesser ausgebildet werden können.
  • Durch die Merkmale nach Anspruch 11 wird ein seitliches Ausknicken der Erhitzerrohre vermieden.
  • Wird in den Erhitzerrohren, wie das bei einem Ausführungsbeispiel der Fall ist, Luft von etwa 400 °C auf etwa 800 °C erwärmt, so ist es von Vorteil, die horizontalen Schenkel der Erhitzerrohre entsprechend Anspruch 12 bezüglich des in ihnen Fließenden Mediums den vertikalen Schenkeln nachzuordnen. Die Wärmedehnung der vertikalen Schenkel bleibt dadurch näher an der Wärmedehnung der Brennkammerwand ; der Abstand zwischen den Erhitzerrohrscheiteln und den diesen benachbarten Abstützpunkten der horizontalen Schenkel kann dadurch kürzer gewählt werden, sodass die Biegespannungen im Bereich zwischen jeweils dem Scheitel und der ersten Abstützung des betreffenden horizontalen Schenkels verkleinert werden. Ueberdies lässt die tiefere Temperatur der vertikalen Schenkel in diesen höhere Biegespannungen zu.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :
    • Figur 1 einen Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemässen Dampferzeuger der Naturumlauf-Bauart,
    • Figur 2 einen Schnitt nach dem Linienzug II-II in Fig. 1,
    • Figur 3 einen Schnitt nach der Linie 111-111 in Fig. 1 in vergrössertem Maßstab,
    • Figur 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 1 in noch stärker vergrössertem Maßstab,
    • Figur 5 einen Schnitt entsprechend Fig. 2 durch einen Dampferzeuger mit Zwangumlauf des Arbeitsmittels in den Tragrohren und
    • Figur 6 einen Horizontalschnitt durch das Tragrohrsystem von Fig. 5 nach der Linie VI-VI.
  • Der Dampferzeuger nach Fig. 1 weist eine Brennkammer 1 mit rechteckigem Grundriss auf, der von einer Vorderwand 2, einer Rückwand 3 und zwei Seitenwänden 4 und 5 begrenzt ist. Die Grundfläche der Brennkammer wird von einem Boden 6 gebildet. Die Wände 2 und 3 der Brennkammer 1 sind direkt mit Wänden 10 und 11 eines Gaszuges 14 gasdicht verbunden, wogegen die Wände 4 und 5 über zwei geneigte Anschlusswandflächen 8 bzw. 9 mit Wänden 12 und 13 des Gaszuges gasdicht verbunden sind. Die Wände 2 bis 5 der Brennkammer 1, die Anschlusswandflächen 8 und 9 und die Wände 10 bis 13 des Gaszuges 14 sind aus miteinander dicht verschweissten Rohren 7 gebildet. Unterhalb des Bodens 6 der Brennkammer 1 verläuft mittig ein Hauptverteiler 16, der über zwei Falleitungen 17 und 18 aus einer Trommel 20 mit Wasser von nahezu Sattzustand versorgt wird. An den Enden dieses Hauptverteilers 16 ist am Fuss der Seitenwände 4 und 5 je ein Seitenwandverteiler 22 bzw. 23 angeschlossen. Von den beiden Seitenwandverteilern gehen die Rohre 7 der Seitenwände 4 und 5 der Brennkammer, der Anschlusswandflächen 8 und 9 und der Seitenwände 12 und 13 des Gaszuges 14 aus und münden in Seitenwandsammler 27 bzw. 28. Vom Hauptverteiler 16 führen paarweise zwölf gekrümmte verbindungsrohre 29 zu sechs im Boden 6 befindlichen Tragrohrverteilern 30, 30', 30". Zwischen jeweils zwei Tragrohrverteilern 30 sowie zwischen dem Seitenwandverteiler 22 bzw. 23 und dem benachbarten Tragrohrverteiler 30' bzw. 30" sind Bodenrohre 32 angeordnet, die miteinander und mit den benachbarten Verteilern 30, 30', 30" und 22, 23 über Durchtrittsöffnungen 33 freilassende Stege 34 verbunden sind. Die Bodenrohre 32 münden in diejenigen Rohre 7, die die Vorderwand 2 und die Rückwand 3 der Brennkammer bilden. Diese Rohre 7 setzen sich in den Wänden 10 und 11 des Gaszuges fort und münden in einen vorderen Sammler 40 bzw. hinteren Sammler 41 ; diese beiden Sammler sind mit den Seitenwandsammlern 27 und 28 verbunden, von denen der Sammler 27 mit der Trommel 20 verbunden ist. Die Bodenrohre 32 sind über je ein K-Stück 42 und zwei Rohrbögen 43 mit dem Hauptverteiler 16 verbunden (Fig. 4). Von den Tragrohrverteilern 30 zweigen, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in gleichen Abständen voneinander bzw. von der Vorder- und der Rückwand 2,3 Tragrohre 46 ab. Diese Rohre 46 führen senkrecht nach oben und münden im Gaszug 14 in Tragrohrsammler 48, die über ausserhalb des Zuges 14 befindliche Quersammler 49 und 50 und zwei Verbindungsleitungen 51 mit der Trommel 20 verbunden sind. Die zwei äussersten Tragrohrverteiler 30' und 30" liegen unterhalb der Anschlusswandflächen 8 und 9. Die von ihnen ausgehenden Tragrohre 46 münden, wie dies in Fig. 1 rechts dargestellt ist, in je ein Rohr 7 der Anschlusswandfläche 9. Von der Einmündung des betreffenden Tragrohres aus nach oben weisen die Rohre 7 einen grösseren Querschnitt auf als die übrigen Rohre 7 der Seitenwände 4, 5, 12, 13.
  • In der so gebildeten und von vertikalen Tragrohren 46 durchsetzten Brennkammer 1 erstrecken sich in Vertikalen Ebenen L-förmig gebogene Erhitzerrohre 52 und 53, die von verteilern 54 bzw. 55 ausgehen und im Sammler 56 bzw. 57 münden. Die Erhitzerrohre durchdringen dabei mit ihren kurzen vertikalen Schenkeln 58 bzw. 59 die Anschlusswandflächen 8 bzw. 9 und mit ihren langen, etwa horizontalen Schenkeln 60 bzw. 61 die Seitenwände 5 bzw. 4. An den Durchdringungsstellen ist jeweils mindestens eines der Rohre 7 der Seitenwände 4, 5 und der Anschlusswandflächen 8, 9 auf übliche Weise aus der Wandebene herausgebogen. Passend eingeschweisste Stege stellen an den Durchdringungsstellen die Dichtheit der Wände sicher.
  • Die Erhitzerrohre 52 und 53 sind an jeweils fünf Stellen ihrer langen Schenkel 60 bzw. 61 über U-förmige Tragschlaufen 62 an den Tragrohren 46 verschiebbar abgestützt (Fig. 3). Die Tragrohre 46 sind dabei symmetrisch zu ihrer Achse durch Tragschlaufen belegt.
  • Unterhalb des Brennkammerbodens 6 ist ein Luftkasten 63 vorgesehen. Er besteht aus einem Wannenblech 64 rechteckigen Umrisses, das über Dehnelemente 65 mit dem Umfang des Brennkammerbodens 6 gasdicht verbunden ist. Der so gebildete Luftkasten 63 ist über einen Stutzen 67 mit einer nicht gezeichneten Verbrennungsluftquelle verbunden.
  • Im Gaszug 14 ist oberhalb der Brennkammer 1 ein Ueberhitzerrohrbündel 70 angeordnet, das mit seinem oberen Ende über einen Verteiler 72 und zwei Verbindungsleitungen 71 am Dampfraum der Trommel 20 angeschlossen ist und das an einem unteren Ende über einen Sammler 79 mit einer Frischdampfleitung 80 verbunden ist. Oberhalb des Ueberhitzerrohrbündels 70 ist im Gaszug 14 ein Economiserrohrbündel 74 vorgesehen, das über einen Verteiler 75 mit einer Speiseleitung 76 verbunden ist. Den Austritt des Economiserrohrbündels 74 bildet ein Sammler 77, der über eine Leitung 78 an den Wasserraum der Trommel 20 angeschlossen ist. An den am oberen Ende des Gaszuges 14 angeordneten und einen Ringkollektor bildenden Sammlern 27, 28, 40 und 41 ist über einen Blechtrichter 38 ein zu einem nicht gezeichneten Luftvorwärmer führender Gaskanal 39 angeschlossen.
  • Der Dampferzeuger wird über den Stutzen 67 des Luftkastens 63 mit Luft versorgt. Die Luft steigt durch die im Brennkammerboden 6 vorgesehenen Durchtrittsöffnungen 33 und durch die darüberliegende fluidisierte Schicht aus Kohle-, Kalk- und Schlacketeilchen auf. Durch den Kontakt der glühenden Kohleteilchen und die intensive Turbulenz der Verbrennungsgase wird an den Erhitzerrohren 52 und 53 ein sehr guter Wärmeübergang erzielt. In den Erhitzerrohren strömt ein Drittmedium, vorzugsweise Luft. Es kann aber auch ein Medium sein, in dem ein chemischer Prozess sich abspielt. Die Erhitzerrohre können daher auch Katalyten enthalten oder innen mit solchen beschichtet sein. Selbstverständlich lassen sich die Erhitzerrohre 52 und 53 statt parallel auch in Serie schalten, indem z. B. der Sammler 56 mit dem Verteiler 55 verbunden wird.
  • Im Betrieb wird dem Dampferzeuger über die Speiseleitung 76 Speisewasser zugeführt. Dieses wird im Economiserrohrbündel 74 auf nahezu Verdampfungstemperatur vorgewärmt und in die Trommel 20 eingeführt. Ueber die Fallrohre 17 und 18 gelangt Wasser aus der Trommel 20 in den Hauptverteiler 16 unterhalb des Bodens 6. Aus dem Verteiler 16 strömt ein erster Teil des Wassers über die Seitenwandverteiler 22 und 23 in die Rohre 7 der Seitenwände 4 und 5 und gelangt dann als Dampf/Wasser-Gemisch über die Seitenwandsammler 27 und 28 in die Trommel 20. Ein zweiter Teil des Wassers strömt aus dem Hauptverteiler 16 über die Rohrbögen 43, die K-Stücke 42 und die Bodenrohre 32 in die Rohre 7 der Vorder- und der Rückwand 2 und 3. Von dort strömt das Wasser einerseits über den schrägen Aussenkanten der Anschlusswandflächen 8 und 9 entlang angeordnete, nicht dargestellte Sammler und ebenfalls nicht dargestellte Steigleitungen und anderseits als Dampf/Wasser-Gemisch über die Sammler 40 und 41 in die Trommel 20 zurück. Ein dritter Teil des Wassers strömt aus dem Hauptverteiler 16 in die Tragrohre 46. Das in diesen entstehende Dampf/Wasser-Gemisch gelangt über die Tragrohrsammler 48, die Quersammler 49, 50 und die beiden Verbindungsleitungen 51 in die Trommel 20.
  • Sattdampf aus dem Dampfraum der Trommel 20 strömt sodann über die beiden Verbindungsleitungen 71 in das Ueberhitzerrohrbündel 70, aus dem er als überhitzter Dampf in die Frischdampfleitung 80 gelangt, die zu einem nicht gezeichneten Verbraucher führt.
  • Bei dem beschriebenen Dampferzeuger wird in den Erhitzerrohren 52 und 53 Luft von beispielsweise 400 °C auf 800 °C erhitzt wird, die als Arbeitsmittel einer Gasturbine zugeführt wird. Die verhältnismässig hohe Temperatur der Luft in den horizontalen, langen Schenkeln 60 und 61 der Erhitzerrohre 52, 53 hat zur Folge, dass diese Schenkel sich im Betrieb relativ stark dehnen. Sie gleiten dabei in den U-förmigen Schlaufen 62, und es kann zweckmässig sein, die Innenseite der Schlaufen 62 und/oder die Aussenseite der Schenkel 60, 61 im bereich der Gleitstellen mit einem Mittel zu versehen, das eine Abnützung verhindert oder reduziert. Das Mittel kann beispielsweise durch Plasmaspritzen aufgebracht werden. Die vertikalen Schenkel 58 und 59 der Erhitzerrohre 52, 53 nehmen erheblich geringere Temperaturen an als die horizontalen Schenkel, weil sie einerseits von kälterer Luft durchströmt sind und anderseits teilweise nur von Rauchgas beheizt werden, was heizmediumseitig einen geringeren Wärmeübergang ergibt. Dementsprechend verschieben sich die Scheitelpunkte zwischen den kurzen und den langen Schenkeln relativ zu den Rohren der Seitenwände 4, 5 fast nur in horizontaler Richtung. Da in diesen Rohren etwa dieselben Temperaturen auftreten wie in den Tragrohren 46, bleiben die Stützpunkte der Erhitzerrohre 52, 53 relativ zu den Durchdringungsstellen etwa auf derselben Höhe. Die Aufhängung der Erhitzerrohre kann somit als ideal bezeichnet werden.
  • Nach Fig. 2 sind jeweils an den Tragrohren 46, beidseits auf gleichen Höhen, Erhitzerrohre 52 und 53 abgestützt, die demselben Verteiler 54 bzw. 55 entspringen und in denselben Sammler 56 bzw. 57 führen. Fünf solcher Tragrohre bilden zusammen mit zwölf daran befestigten Erhitzerrohren 52 oder 53 eine Rohrtafel. Aufeinanderfolgende Rohrtafeln sind abwechslungsweise so in der Brennkammer 1 angeordnet, dass die vertikalen Schenkel 58 der Erhitzerrohre 52 der Seitenwand 4 und die vertikalen Schenkel 59 der Erhitzerrohre 53 der Seitenwand 5 benachbart sind.
  • Es kann auch vorteilhaft sein, die auf verschiedenen Seiten des selben Tragrohres 46 abgestützten Erhitzerrohre 52 bzw. 53 so an die Verteiler 54 und 55 die Sammler 56 und 57 anzuschliessen, dass die Erhitzerrohre der einen Seite mit dem Verteiler 54 und dem Sammler 56 und die Erhitzerrohre der anderen Seite mit dem Verteiler 55 und dem Sammler 57 verbunden sind ; die beim Dehnungsvorgang an den Tragrohren 46 wirkenden Reibungskräfte kompensieren sich somit im wesentlichen und wirken sich nur in leichter beherrschbaren Drehmomenten aus.
  • Um die Wirkung der Reibung zu vermeiden, kann es auch zweckmässig sein, wie beispielsweise in Fig. 5 und 6 dargestellt, die Tragrohre als Pendel auszubilden, was bedingt, dass sie über nachgiebige Rohre, beispielsweise über Fallrohre, gespeist werden. Die Tragrohre können dabei einfache U-Rohr-Schlaufen bilden oder die Schlaufen können verzweigt sein ; letzteres ist in Fig. 5 und 6 dargestellt. Dort führt jeweils ein Fallrohr 89, das zwölf Erhitzerrohre 52 aus dem Verteiler 54 trägt, zu einem Horizontalrohr 81, aus dem drei Steigrohre 83 abzweigen, die ebenfalls je zwölf Erhitzerrohre 52 aus dem Verteiler 54 tragen. Die Steigrohre 83 führen in den Tragrohrsammler 48. Parallel zu diesem Tragsystem ist, seitlich um eine Tragrohrteilung versetzt, ein Fallrohr 85 angeordnet, von dem zwölf Erhitzerrohre 53 aus dem Verteiler 55 getragen werden und das über ein Horizontalrohr 86 zu drei Steigrohren 87 führt, an denen ebenfalls je zwölf Erhitzerrohre 53 aus dem Verteiler 55 abgestützt sind. Auf diese Weise können die Tragrohre 89, 83 und 85, 87 den Dehnungen der langen Schenkel 60 bzw. 61 entsprechende, entgegengesetzte Pendelbewegungen aufführen. Reibungserscheinungen werden somit vermieden.
  • Werden die langen Schenkel 60 und 61 entsprechend Fig. 1 an fünf Stellen, jedoch pendelnd aufgehängt, so sind vier solche Tragsystempaare und unter den Anschlusswandflächen 8 und 9 je ein einzelnes Tragsystem vorzusehen.
  • Es kann zweckmässig sein, diese pendelnden Tragsysteme seitlich zu führen, beispielsweise an einem Verdampferrohrgitter oberhalb oder unterhalb der langen Schenkel der Erhitzerrohre oder an im Bereich des Brennkammerbodens 6 befindlichen vertikalen Trennblechen, denen gegebenenfalls gleichzeitig die Rolle zufallen kann, die Brennkammer in Abteile zu unterteilen ; eine solche Unterteilung hätte für den Teillastbetrieb Bedeutung.
  • Abweichend von Fig. 2, gemäss der die Tragrohrsammler 48 zwischen dem Economiserrohrbündel 74 und dem Ueberhitzerrohrbündel 70 angeordnet sind, können sie auch - wie Fig. 5 zeigt - im Bereich des Ueberhitzers oder gar darunter angeordnet sein. Im letzteren Fall kann es zweckmässig sein, diese tiefhängenden Tragrohrsammler über wenige Tragrohre von höher hängenden Sammlern aus abzustützen. Diese Abstützung kann aber auch über schräge Zugrohre von hoch gelegenen Punkten der Gaszugwände aus geschehen.
  • In Fig. 5 sind die Erhitzerrohre 52 und 53 in versetzter Anordnung an den Tragrohren 89, 83 bzw. 85, 87 befestigt.
  • Die Vorteile des Dampferzeugers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sind auch erreichbar, wenn die Verteiler 54, 55 am Eintritt der Erhitzerrohre 52 bzw. 53 innerhalb der Brennkammer 1 angeordnet werden, d. h. zwischen der freien Wirbelbettfläche und der Anschlusswandfläche 8 bzw. 9. Dadurch kann die Anzahl der Durchdringungen in der zugeordneten Anschlussfläche 8 bzw. 9 erheblich vermindert werden. Nachteilig bei einer solchen Anordnung ist allerdings, dass die Werkstoffspannungen im Bereich der Erhitzerrohranschlüsse weniger klar und der Berechnung weniger gut zugänglich sind als bei der Anordnung gemäss Fig. 1.
  • Als Kompromiss ist auch das Anbringen von Zwischenverteilern innerhalb der Brennkammer 1 denkbar.
  • Der Dampferzeuger enthält unter anderem Mittel zum Eintragen des vorzugsweise körnigen Brennstoffs und gegebenenfalls von Zuschlagstoffen, um das Wirbelbett zu bilden und/oder Schadstoffe zu binden, z. B. Kalk zum Binden von Schwefel. Er weist ebenfalls Mittel zum Austragen und/oder Rezirkulieren von Brennstoff, Zuschlagstoffen und/oder Rezirkulationsprodukten auf, welche Mittel hier ebenfalls nicht dargestellt sind.

Claims (12)

1. Dampferzeuger mit Wirbelschichtfeuerung, wobei die Wirbelschicht sich in einer mindestens zonenweise aus dicht verschweissten Verdampferrohren (7) gebildeten, in einen Gaszug (14) mündenden Brennkammer befindet, die über mindestens eine vorzugsweise geneigt angeordnete Anschlusswandfläche (8, 9) mit dem einen kleineren Querschnitt als die Brennkammer aufweisenden Gaszug verbunden ist, und wobei in der Wirbelschicht mindestens ein Bündel von ein weiteres Medium, vorzugsweise ein Gas, führenden Erhitzerrohren (52, 53) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzerrohre (52, 53) L-förmig gebogen sind und jeweils der eine, kürzere Schenkel (58, 59) der Erhitzerrohre (52, 53) etwa vertikal und der andere, längere Schenkel (60, 61) etwa horizontal verläuft, dass die horizontalen Schenkel (60, 61) eine etwa vertikale Brennkammerwand (4, 5) im Höhenbereich der Wirbelschicht und die etwa vertikalen Schenkel (58, 59) die freie Oberfläche der Wirbelschicht unterhalb der Anschlusswandfläche (8, 9) durchdringen und dass die Erhitzerrohre (52, 53) des Bündels ausserhalb der Wirbelschicht an einem Verteiler (54, 56) und an einem Sammler (55, 57) angeschlossen sind.
2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Schenkel (58, 59) der Erhitzerrohre (52, 53) die Anschlusswandfläche (8, 9) oberhalb der Wirbelschicht durchdringen und an dem ausserhalb der Brennkammer (1) angeordneten Verteiler (54, 56) angeschlossen sind.
3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzerrohre (52, 53) jeweils im Bereich ihrer horizontalen Schenkel (60, 61) an etwa vertikalen, von einem Kühlmedium durchströmten Tragrohren (46) aufgehängt sind.
4. Dampferzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragrohre (46) zu im Gaszug (14) angeordneten Sammelrohren (48) geführt sind, die Tragbalken bilden.
5. Dampferzeuger nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragrohre (46) Vorwärmer- und/oder Verdampferrohre des Dampferzeugers bilden.
6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragrohre (46) vom Brennkammerboden (6) ausgehen.
7. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragrohre (46) als U-Rohre ausgebildet sind, deren Schenkel oben aufgehängt sind.
8. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anschlusswandfläche (8, 9) weitere Sammler liegen, an denen weitere Tragrohre angeschlossen sind.
9. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Gruppe von Erhitzerrohren (52, 53) zusammen mit ihnen zugeordneten Tragrohren (46) eine vertikale Rohrtafel bilden.
10. Dampferzeuger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrtafeln so angeordnet sind, dass die vertikalen Rohrschenkel (58, 59) in einander benachbarten Rohrtafeln sich auf einander gegenüberliegenden Seiten der Brenn- . kammer (1) befinden.
11. Dampferzeuger nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrtafeln durch Führungsmittel gegen Auslenkung in Querrichtung gesichert sind.
12. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontalen Schenkel (60, 61) der Erhitzerrohre (52, 53) bezüglich des in ihnen fliessenden Mediums den vertikalen Schenkeln (58, 59) nachgeschaltet sind.
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