EP0217079B2 - Dampferzeuger mit einer Feuerung für fossile Brennstoffe - Google Patents
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- EP0217079B2 EP0217079B2 EP86111016A EP86111016A EP0217079B2 EP 0217079 B2 EP0217079 B2 EP 0217079B2 EP 86111016 A EP86111016 A EP 86111016A EP 86111016 A EP86111016 A EP 86111016A EP 0217079 B2 EP0217079 B2 EP 0217079B2
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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 vertically-piped throttle cable retains all the constructive and manufacturing advantages of the fully vertically-piped steam generator, while the helical-shaped funnel - without having to accept a great deal of design effort - has the effect that the temperature of the working fluid entering the pipes of the throttle cable is evened over its circumference and is suitable for taking up relatively large ash weights.
- the heat input in the funnel varies particularly strongly due to 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.
- the vertical throttle cable 1 of a steam generator fired with coal dust consists of vertical wall tubes 10 welded to one another in gas-tight fashion via webs 11, which form four identical walls 12, 13, 14 and 15.
- the funnel 2 is tightly connected to this at the lower end of the throttle cable 1 and also consists of tubes 20 welded to one another in a gas-tight manner via webs 21.
- the funnel tubes 20 are wound in a helical manner and communicate on the working side with the wall tubes 10. Water (arrows 16) flows into the funnel tubes 20 fed in at the bottom and flows through them and then up the wall pipes 10 until they emerge. 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.
- the funnel 2 alternately has two trapezoidal funnel walls 18a and 18b and two rectangular funnel walls 19a and 19b, wherein the trapezoidal funnel walls 18a and 18b run parallel to one another and are flush with the walls 12 and 14 of the throttle cable 1, whereas the rectangular funnel walls 19a and 19b are arranged parallel to the two oblique edges of the trapezoidal funnel walls 18a and 18b, respectively.
- the funnel tubes 20 have a larger diameter than the wall tubes 10, as a result of which the funnel walls 18a to 19b are suitable for receiving relatively large ash weights.
- the funnel tubes 20 with the wall tubes 10 enclose an angle a between 100 ° and 130 °, which is chosen to be as large as possible, whereby the length of each funnel tube is as large as possible, which in turn is a good distribution of heat absorption for each funnel tube 20 favors.
- the angle is limited by the thermodynamically and strength-related tube diameter and the web width downwards.
- the gas flue 1 ' has 24 vertical walls 22 which are formed by vertical tubes 10' and webs 11 '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 to one another in a gas-tight manner via webs 21 ', 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 17 separating the throttle cable 1 ′ from the funnel 2 ′ lies at the highest point of the funnel walls 26 in the steam generator according to FIG. 4.
- a simplification of the production 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 pipes and the funnel pipes open and which are designed as mixing collectors.
- the plane 17 separating the throttle cable from the funnel can also run at an angle to the axis of the gas cable instead of at right angles.
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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, aus der EP-A 135 664, bekannten Dampferzeuger dieser Art verlaufen auch die Rohre des Trichters geradlinig von unten nach oben in den Trichterwänden. 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 derWärmezufuhrim Trichter vom Arbeitsmittel während des Durchströmens der Rohre des Gaszuges 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 Dampferzeugem mit rechteckigem Zugquerschnitt hat sich gezeigt, dass zusätzliche Störungen in derWärmezufuhr, z.B. infolge Verschmutzung, nicht ohne weiteres kompensiert werden können; es können dann Temperaturdifferenzen bis zu 160°C am oberen Ende der Rohre des Gaszuges auftreten.
- Bei einem anderen, aus der DE-A 2 214 697, 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 schraubenförmig gewickelt sind und daß die Trichterrohre einen größeren Durchmesser als die Rohre des Gaszuges aufweisen.
- 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 und zum Aufnehmen von relativ großen Aschegewichten geeignet ist. 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.
- Es hat sich gezeigt, daß sich eine Temperaturstörung am Anfang eines Rohres am stärksten auf das mittlere spezifische Volumen des Arbeitsmittels und damit auf den Reibungsdruckverlust auswirkt. 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 Reibungsdruckverluste 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 eingangs erwähnten Dampferzeuger sind.
- Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in derfolgenden Beschreibung anhand derZeichnung genauer erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 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. 1,
- Fig. 3 eine Ansicht in Richtung Ader 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. 1 besteht der vertikale Gaszug 1 eines mit Kohlenstaub befeuerten Dampferzeugers, dessen Feuerung nicht gezeigt ist, aus über Stege 11 miteinander gasdicht verschweissten, vertikalen Wandrohren 10, die vier gleiche Wände 12, 13, 14 und 15 bilden. Der Trichter 2 ist am unteren Ende des Gaszuges 1 mit diesem dicht verbunden und besteht ebenfalls aus über Stege 21 miteinander gasdicht verschweissten Rohren 20. Die Trichterrohre 20 sind schraubenlinienförmig gewickelt und kommunizieren arbeitsmittelseitig mit den Wandrohren 10. Wasser (Pfeile 16) 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. 1 strichpunktiert angedeuteten Ebene 17, die das untere Ende des Gaszuges 1 vom Trichtertrennt. Es mündet mit seinem oberen Ende in ein Gabelungselement 3, von dem drei Wandrohre 10 abzweigen (Fig. 2 und 3). Der Trichter 2 weist abwechselnd zwei trapezförmige Trichterwände 18a und 18b sowie zwei rechteckige Trichter wände 19a und 19b auf, wobei die trapezförmigen Trichterwände 18a und 18b parallel zueinander verlaufen und mit den Wänden 12 und 14 des Gaszuges 1 fluchten, wogegen die rechteckigen Trichterwände 19a und 19b jeweils zu den beiden schrägen Kanten der trapezförmigen Trichterwände 18a bzw. 18b parallel angeordnet sind.
- Die Trichterrohre 20 weisen einen grösseren Durchmesser als die Wandrohre 10 auf, wodurch die Trichterwände 18a bis 19b zum Aufnehmen von relativ grossen Aschegewichten geeignet sind. Im Bereich der Gabelungselemente 3 (Fig.2) schliessen die Trichterrohre 20 mit den Wandrohren 10 einen Winkel a zwischen 100° und 130° ein, der so gross wie möglich gewählt wird, wodurch die Lange eines jeden Trichterrohres möglichst gross 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 1' 24 vertikale Wände 22 auf, die von vertikalen Rohren 10' und dazwischen geschweissten Stegen 11' 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 21' gasdicht miteinanderverschweissten, schraubenlinienförmig gewickelten Trichterrohren 20', wobei die Wandrohre 10' und die Trichterrohre 20' miteinander kommunizieren und von unten nach oben von Wasser bzw. Dampf durchströmt sind. Die den Gaszug 1'vom Trichter 2' trennende Ebene 17 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 1' 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. 1 erheblich vermindert.
- Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 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 21 oder 21' - 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 17 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, und daß die Trichterrohre einen größeren Durchmesser als die Rohre des Gaszuges aufweisen.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohre des Trichters schraubenlinienförmig gewickelt sind, und daß die Trichterrohre einen größeren Durchmesser als die Rohre des Gaszuges aufweisen.
2. Dampferzeuger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei Wandrohre von jedem Trichterrohr abzweigen.
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei Wandrohre von jedem Trichterrohr abzweigen.
3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trichterrohre mit den Rohren des Gaszuges einen Winkel a zwischen 100° und 130° einschliessen.
4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 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 derAustrittsöffnung 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.
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