EP0217079A1 - Dampferzeuger mit einer Feuerung für fossile Brennstoffe - Google Patents

Dampferzeuger mit einer Feuerung für fossile Brennstoffe Download PDF

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EP0217079A1 EP86111016A EP86111016A EP0217079A1 EP 0217079 A1 EP0217079 A1 EP 0217079A1 EP 86111016 A EP86111016 A EP 86111016A EP 86111016 A EP86111016 A EP 86111016A EP 0217079 A1 EP0217079 A1 EP 0217079A1
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funnel
pipes
tubes
steam generator
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Sulzer AG
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    • 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
    • F22B37/14—Supply mains, e.g. rising mains, down-comers, in connection with water tubes
    • F22B37/146—Tube arrangements for ash hoppers and grates and for combustion chambers of the cyclone or similar type out of the flues

Definitions

  • the invention relates to a steam generator with a furnace for fossil fuels, which has a vertical gas passageway formed from pipes which are welded together in a gas-tight manner, at the lower end of which a funnel is also formed which is formed from pipes which are also gas-tightly welded to one another, the pipes of the gas passageway and the pipes of the funnel communicate with each other and flow through the work equipment from bottom to top and the pipes of the throttle cable run essentially vertically.
  • the tubes of the funnel also run parallel to vertical planes.
  • This steam generator is relatively simple in its construction and manufacture, especially in the case of large steam generator units, since on the one hand the pipes of the throttle cable without the vertical reinforcement Loads - especially the weight - and on the other hand the connection of the throttle cable to the funnel is very simple.
  • a major disadvantage of this steam generator is, however, that the temperature of the working fluid emerging at the upper end of the pipes of the gas train is very different, since the differences in the heat supply in the funnel from the working medium are not compensated for during the flow through the pipes.
  • the funnel tubes and the throttle cable tubes are wound helically. This does compensate for unevenness in the heat supply, because the working fluid in the pipes flows through practically all occurring heat areas.
  • the disadvantage is that the design and manufacture are very complex because the helically wound tubes of the throttle cable are often not able to carry the weight load of the throttle cable and the funnel without reinforcement; the effort increases with the size of the steam generator.
  • the tubes of the funnel are wound helically.
  • the vertically-piped throttle cable retains all of the constructive and manufacturing advantages of the fully vertically-piped steam generator, while the helical-tube funnel - without having to accept a great deal of design effort - ensures that the temperature at which the working fluid enters the pipes of the throttle cable is evened over its circumference.
  • the heat input in the funnel varies particularly strongly as a result of slagging.
  • the heat distribution in the funnel also depends on the particular arrangement of the furnace, so that the resulting temperature distribution can only be controlled to a limited extent.
  • the funnel is therefore of relatively great importance with regard to disturbances in the supply of heat.
  • a temperature disturbance at the beginning of a pipe has the greatest impact on the average specific volume of the working fluid and thus on the loss of friction pressure.
  • the fluctuations in the loss of frictional pressure are therefore smaller the higher the disturbance occurs geodetically.
  • the disturbances in the funnel are largely neutralized in the steam generator according to the invention, only the disturbances occurring above the funnel can reduce the friction pressure affect lust.
  • a further advantage arises from the fact that, because of the temperature uniformity at the inlet of the gas train pipes, throttling of the working medium in the colder pipes is only required to a small extent, so that the pressure and power losses of the steam generator according to the invention also remain small. Water normally flows in the area of the funnel, so that the friction pressure losses are only insignificantly greater than in the case of the corresponding vertically tube-shaped funnel.
  • the vertical throttle cable 1 of a steam generator fired with coal dust consists of gas with one another via webs II tightly welded, vertical wall tubes l0, which form four identical walls l2, l3, l4 and l5.
  • the funnel 2 is tightly connected to the lower end of the throttle cable 1 and also consists of tubes 20 welded to one another in gas-tight fashion via webs 2l.
  • the funnel tubes 20 are wound in a helical shape and communicate on the working side with the wall tubes l0. Water (arrows l6) is fed into the funnel tubes 20 below and flows through them and then upwards through the wall tubes 10 until they exit. It evaporates while absorbing heat from the combustion of the coal dust.
  • Each funnel tube 20 extends to a horizontal plane 17, indicated by dash-dotted lines in FIG. 1, which separates the lower end of the throttle cable 1 from the funnel. It opens with its upper end into a bifurcation element 3, from which three wall pipes 10 branch off (FIGS. 2 and 3).
  • the funnel 2 alternately has two trapezoidal funnel walls l8a and l8b and two rectangular funnel walls l9a and l9b, the trapezoidal funnel walls l8a and l8b running parallel to one another and in alignment with the walls l2 and l4 of the throttle cable l, whereas the rectangular funnel walls l9a and l9b are arranged parallel to the two oblique edges of the trapezoidal funnel walls 188 and 188, respectively.
  • the funnel tubes 20 have a larger diameter than the wall tubes l0, as a result of which the funnel walls l8a to l9b are suitable for receiving relatively large ash weights.
  • the funnel tubes 20 with the wall tubes l0 enclose an angle ⁇ between 100 ° and 130 °, which is chosen as large as possible, whereby the length of each funnel tube is as long as possible, which in turn is a good distribution of Heat absorption favored for each funnel tube 20.
  • the angle is limited by the thermodynamically and strength-related tube diameter and the web width downwards.
  • the gas flue l '24 has vertical walls 22 which are formed by vertical tubes l0' and fins ll 'welded between them.
  • the funnel 2 ' has at the bottom a horizontal outlet opening 23 with a long rectangular shape.
  • the two short sides of the opening 23 are delimited by two vertical, flat funnel walls 24, each of which merges into an oblique, flat funnel wall 25 at its upper ends.
  • the two long sides of the opening 23 are delimited by two oblique funnel walls 26.
  • the funnel 2 ' consists of funnel tubes 20' which are welded together in a gas-tight manner via webs 2l ', the wall tubes 10' and the funnel tubes 20 'communicate with one another and water or steam flows through them from bottom to top.
  • the level l7 separating the throttle cable 1 ′ from the funnel 2 ′ lies in the steam generator according to FIG. 4 at the highest point of the funnel walls 26.
  • a manufacturing simplification of the steam generator according to Fig. 4 can be achieved in that in the lower region of the throttle cable 1 'e.g. three successive vertical walls 22 are transferred into a new, wider vertical wall by means of an inclined, flat intermediate wall (similar to the inclined, flat funnel wall 25), whereby the number of corners in the helically-drilled vertical part of the steam generator is reduced from 24 to 8.
  • one of three different number of wall tubes can branch off from a funnel tube, e.g. one or five, and several funnel tubes can also open into a wall tube. It is also possible to use 3 collectors instead of the fork elements, into which both the wall tubes and the funnel tubes open and which are designed as mixing collectors.

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Abstract

Der Dampferzeuger weist einen aus miteinander gasdicht verschweissten Rohren (l0) gebildeten vertikalen Zug (l) auf. Am unteren Ende des Gaszuges ist ein aus ebenfalls miteinander gasdicht verschweissten Rohren (20) gebildeter Trichter (2) angeordnet, wobei die Gaszugrohre (l0) und die Trichterrohre (20) miteinander kommunizieren. Das Arbeitsmittel strömt von unten nach oben durch die Rohre (l0,20). Die Gaszugrohre (l0) verlaufen im wesentlichen vertikal, wogegen die Trichterrohre (20) schraubenlinienförmig gewickelt sind. Durch diese Gestaltung wird die Eintrittstemperatur des Arbeitsmittels in die Rohre des Gaszuges über dessen Umfang vergleichmässigt, so dass am Austritt dieser Rohre nur relativ geringe Temperaturunterschiede auftreten.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit einer Feuerung für fossile Brennstoffe, der einen aus mitein­ander gasdicht verschweissten Rohren gebildeten verti­kalen Gaszug aufweist, an dessem unteren Ende ein aus ebenfalls miteinander gasdicht verschweissten Rohren ge­bildeter Trichter angeordnet ist, wobei die Rohre des Gaszuges und die Rohre des Trichters miteinander kommuni­zieren und vom Arbeitsmittel von unten nach oben durch­strömt sind und wobei die Rohre des Gaszuges im wesent­lichen vertikal verlaufen.
  • Bei einem bekannten Dampferzeuger dieser Art verlaufen auch die Rohre des Trichters parallel zu vertikalen Ebenen. Dieser Dampferzeuger ist relativ einfach in seiner Konstruktion und Herstellung, insbesondere bei grossen Dampferzeugereinheiten, da einerseits die Rohre des Gaszuges ohne zusätzliche Verstärkung die vertikalen Belastungen - vor allem das Gewicht - aufnehmen konnen und andererseits die Verbindung des Gaszuges mit dem Trichter sehr einfach ist. Ein wesentlicher Nachteil dieses Dampferzeugers besteht jedoch darin, dass die Temperatur des am oberen Ende der Rohre des Gaszuges aus­tretenden Arbeitsmittels sehr unterschiedlich ist, da die Unterschiede in der Wärmezufuhr im Trichter vom Arbeitsmittel während des Durchströmens der Rohre nicht ausgeglichen werden. Bei der am häufig­sten üblichen Bauform der Dampferzeuger mit rechteckigem Querschnitt des Gaszuges und vier Trichterwänden hat man schon versucht, die Unterschiede in der Wärmezufuhr zwischen den mittleren Wandbereichen einerseits und den Eckbereichen andererseits durch Drosseln des Arbeits­mittels in den kälteren Rohren der Eckbereiche auszu­gleichen. Abgesehen von dem damit verbundenen grossen Aufwand führt jedoch das Drosseln zu Druck- bzw. Lei­stungsverlusten. Insbesondere bei Dampferzeugern mit rechteckigem Zugquerschnitt hat sich gezeigt, dass zu­sätzliche Störungen in der Wärmezufuhr, z.B. infolge Verschmutzung, nicht ohne weiteres kompensiert werden können; es können dann Temperaturdifferenzen bis zu l60°C am oberen Ende der Rohre des Gaszuges auftreten.
  • Bei einem anderen bekannten Dampferzeuger sind die Trichterrohre und die Rohre des Gaszuges schrauben­linienförmig gewickelt. Hierdurch werden zwar Ungleich­mässigkeiten in der Wärmezufuhr kompensiert, weil das Arbeitsmittel in den Rohren praktisch alle vorkommenden Wärmebereiche durchströmt. Nachteilig ist aber, dass die Konstruktion und Herstellung sehr aufwendig sind, weil die schraubenlinienförmig gewickelten Rohre des Gaszuges oft nicht in der Lage sind, ohne Verstärkung die Gewichtsbelastung des Gaszuges und des Trichters zu tragen; dabei steigt der Aufwand mit zunehmender Grösse des Dampferzeugers.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Dampferzeuger der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der bei relativ geringem konstruktiven und herstellungsmässigen Aufwand relativ geringe Temperaturunterschiede des Arbeitsmittels am Austritt der Rohre des Gaszuges auch bei Störungen in der normalen Wärmezufuhr aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Rohre des Trichters schraubenlinienförmig gewickelt sind. Beim neuen Dampferzeuger behält der vertikal be­rohrte Gaszug sämtliche konstruktiven und herstellungs­mässigen Vorteile des vollständig vertikal berohrten Dampferzeugers, während der schraubenlinienförmig be­rohrte Trichter - ohne Inkaufnahme eines grossen kon­struktiven Aufwandes - bewirkt, dass die Eintritts­temperatur des Arbeitsmittels in die Rohre des Gaszuges über dessen Umfang vergleichmässigt wird. Im Trichter variiert die Wärmezufuhr besonders stark infolge Ver­schlackung. Ausserdem ist bei Teillast die Wärmever­teilung im Trichter zusätzlich von der jeweiligen An­ordnung der Feuerung abhängig, so dass die resultierende Temperaturverteilung nur begrenzt kontrollierbar ist. Der Trichter hat also eine verhältnismässig grosse Be­deutung in bezug auf Störungen der Wärmezufuhr.
  • Bekanntlich wirkt sich eine Temperaturstörung am Anfang eines Rohres am stärksten auf das mittlere spezifische Volumen des Arbeitsmittels und damit auf den Reibungs­druckverlust aus. Die Schwankungen des Reibungsdruck­verlustes sind deshalb um so geringer, je geodätisch höher eine Störung auftritt. Da beim erfindungsgemässen Dampferzeuger die Störungen im Trichter weitgehend neutralisiert werden, können nur noch oberhalb des Trichters auftretende Störungen die Reibungsdruckver­ luste beeinflussen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass wegen der Temperaturvergleichmässigung am Eintritt der Rohre des Gaszuges ein Drosseln des Arbeits­mittels in den kälteren Rohren nur noch in geringem Umfang erforderlich ist, womit auch die Druck- und Leistungsverluste des erfindungsgemässen Dampferzeugers klein bleiben. Im Bereich des Trichters strömt normalerweise Wasser, so dass die Reibungsdruckverluste nur unwesentlich grösser als beim entsprechenden vertikal berohrten Trichter sind.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung genauer er­läutert. Es zeigen:
    • Fig. l eine schematische Abwicklung des Gaszuges und des Trichters eines erfindungsgemässen Dampferzeugers mit einem quadratischen Querschnitt,
    • Fig. 2 einen vertikalen Schnitt einer bevorzugten Verbindung zwischen den Trichter- und den Gaszugrohren beim Dampferzeuger nach Fig. l,
    • Fig. 3 eine Ansicht in Richtung A der Fig. 2 und
    • Fig. 4 eine schematische Perspektive des Trichters und eines Teils des Gaszuges eines erfin­dungsgemässen Dampferzeugers mit einem 24-eckigen Querschnitt des Gaszuges.
  • Gemäss Fig. l besteht der vertikale Gaszug l eines mit Kohlenstaub befeuerten Dampferzeugers, dessen Feuerung nicht gezeigt ist, aus über Stege ll miteinander gas­ dicht verschweissten, vertikalen Wandrohren l0, die vier gleiche Wände l2, l3, l4 und l5 bilden. Der Trichter 2 ist am unteren Ende des Gaszuges l mit diesem dicht ver­bunden und besteht ebenfalls aus über Stege 2l mitein­ander gasdicht verschweissten Rohren 20. Die Trichter­rohre 20 sind schraubenlinienförmig gewickelt und kommunizieren arbeitsmittelseitig mit den Wandrohren l0. Wasser (Pfeile l6) wird in die Trichterrohre 20 unten eingespeist und durchströmt diese und dann die Wandrohre 10 aufwärts bis zu deren Austritten. Dabei verdampft es unter Wärmeaufnahme aus der Verbrennung des Kohlenstau­bes. Jedes Trichterrohr 20 erstreckt sich bis zu einer horizontalen, in Fig. l strichpunktiert angedeuteten Ebene l7, die das untere Ende des Gaszuges l vom Trich­ter trennt. Es mündet mit seinem oberen Ende in ein Gabelungselement 3, von dem drei Wandrohre l0 abzweigen (Fig. 2 und 3).
    Der Trichter 2 weist abwechselnd zwei trapezförmige Trichterwände l8a und l8b sowie zwei rechteckige Trichter wände l9a und l9b auf, wobei die trapezförmigen Trichter­wände l8a und l8b parallel zueinander verlaufen und mit den Wänden l2 und l4 des Gaszuges l fluchten, wogegen die rechteckigen Trichterwände l9a und l9b jeweils zu den beiden schrägen Kanten der trapezförmigen Trichter­wände l8a bzw. l8b parallel angeordnet sind.
  • Die Trichterrohre 20 weisen einen grösseren Durchmesser als die Wandrohre l0 auf, wodurch die Trichterwände l8a bis l9b zum Aufnehmen von relativ grossen Aschegewichten geeignet sind. Im Bereich der Gabelungselemente 3 (Fig.2) schliessen die Trichterrohre 20 mit den Wandrohren l0 einen Winkel α zwischen l00° und l30° ein, der so gross wie möglich gewählt wird, wodurch die Länge eines jeden Trichterrohres möglichst lang wird, was wiederum eine gute Verteilung der Wärmeaufnahme für jedes Trichterrohr 20 begünstigt. Der Winkel ist jedoch von dem thermodynamisch und festig­keitsmässig bestimmten Rohrdurchmesser und der Stegbreite nach unten begrenzt.
  • Beim Dampferzeuger gemäss Fig. 4 weist der Gaszug l' 24 vertikale Wände 22 auf, die von vertikalen Rohren l0' und dazwischen geschweissten Stegen ll' gebildet werden. Der Trichter 2' hat unten eine horizontale, eine lang­rechteckige Form aufweisende Austrittsöffnung 23. Die beiden kurzen Seiten der Oeffnung 23 werden von zwei vertikalen, ebenen Trichterwänden 24 begrenzt, die an ihren oberen Enden in je eine schräge, ebene Trichter­wand 25 übergehen. Die beiden langen Seiten der Oeffnung 23 werden von zwei schrägen Trichterwänden 26 begrenzt. Der Trichter 2' besteht aus über Stege 2l' gasdicht miteinander verschweissten, schraubenlinienförmig ge­wickelten Trichterrohren 20', wobei die Wandrohre l0' und die Trichterrohre 20' miteinander kommunizieren und von unten nach oben von Wasser bzw. Dampf durch­strömt sind. Die den Gaszug l' vom Trichter 2' trennende Ebene l7 liegt beim Dampferzeuger nach Fig. 4 an der höchsten Stelle der Trichterwände 26.
  • Eine herstellungsmässige Vereinfachung des Dampfer­zeugers nach Fig. 4 kann dadurch erreicht werden, dass im unteren Bereich des Gaszuges l' z.B. je drei aufein­anderfolgende vertikale Wände 22 mittels einer schrägen, ebenen Zwischenwand (gleich der schrägen ebenen Trich­terwand 25) in eine neue, breitere vertikale Wand über­geleitet werden, wodurch die Anzahl Ecken im schrauben­förmig berohrten vertikalen Teil des Dampferzeugers von 24 auf 8 verringert wird.
  • Beim Dampferzeuger nach der Fig. 4 sind die Unterschiede der Wärmebelastung in den Eckbereichen zu denjenigen in den Wandmitten gegenüber dem Dampferzeuger nach Fig. l erheblich vermindert.
  • Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig. l bis 3 kann eine von drei verschiedene Anzahl Wandrohre von einem Trichterrohr abzweigen, z.B. eins oder fünf, und es können auch mehrere Trichterrohre in ein Wandrohr münden. Es ist auch möglich, anstelle der Gabelungs­elemente 3 Kollektoren zu verwenden, in die sowohl die Wandrohre als auch die Trichterrohre münden und die als Mischkollektoren ausgelegt sind.
  • Falls beim Verbrennen fossiler Brennstoffe besonders zähe Asche anfällt, ist es möglich, die Stege 2l oder 2l' - abweichend von Fig. 3 - tangential an den Trichter­rohren 20 bzw. 20' vorzusehen, und zwar an der Trichter­innenseite, so dass eine besonders glatte Rutschfläche für die Asche entsteht. Die den Gaszug vom Trichter trennende Ebene l7 kann auch - statt rechtwinklig - schräg zur Achse des Gaszuges verlaufen.

Claims (4)

1. Dampferzeuger mit einer Feuerung für fossile Brenn­stoffe, der einen aus miteinander gasdicht verschweiss­ten Rohren gebildeten vertikalen Gaszug aufweist, an dessem unteren Ende ein aus ebenfalls miteinander gasdicht verschweissten Rohren gebildeter Trichter angeordnet ist, wobei die Rohre des Gaszuges und die Rohre des Trichters miteinander kommunizieren und vom Arbeitsmittel von unten nach oben durchströmt sind und wobei die Rohre des Gaszuges im wesentlichen vertikal verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre des Trichters schraubenlinienförmig gewickelt sind.
2. Dampferzeuger nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Trichterrohre einen grösseren Durchmesser als die Rohre des Gaszuges aufweisen und dass minde­stens zwei Wandrohre von jedem Trichterrohr abzweigen.
3. Dampferzeuger nach Anspruch l oder 2, dadurch ge­kennzeichnet, dass die Trichterrohre mit den Rohren des Gaszuges einen Winkel α zwischen l00° und l30° einschliessen.
4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche l bis 3, wobei der Gaszug einen mindestens fünfeckigen Querschnitt aufweist und die horizontale Austrittsöffnung des Trichters an seinem unteren Ende eine lang-rechteckige Form hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter zwei schräge, die beiden langen Seiten der Austritts­öffnung des Trichters begrenzende Trichterwände und zwei vertikale, ebene, die kurzen Seiten der Aus­trittsöffnung begrenzende Trichterwände aufweist, die an ihren oberen Rändern in je eine schräge, ebene Trichterwand übergehen.
EP86111016A 1985-09-23 1986-08-09 Dampferzeuger mit einer Feuerung für fossile Brennstoffe Expired - Lifetime EP0217079B2 (de)

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