EP1936268B1 - Hängender Dampferzeuger - Google Patents

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EP1936268B1
EP1936268B1 EP07100846A EP07100846A EP1936268B1 EP 1936268 B1 EP1936268 B1 EP 1936268B1 EP 07100846 A EP07100846 A EP 07100846A EP 07100846 A EP07100846 A EP 07100846A EP 1936268 B1 EP1936268 B1 EP 1936268B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vertical
tube wall
steam generator
tubes
vertical tube
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.)
Active
Application number
EP07100846A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1936268A2 (de
EP1936268A3 (de
Inventor
Martin Becker
Vu-Tam Lai
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.)
Hitachi Power Europe GmbH
Original Assignee
Hitachi Power Europe GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Power Europe GmbH filed Critical Hitachi Power Europe GmbH
Priority to PL07100846T priority Critical patent/PL1936268T3/pl
Publication of EP1936268A2 publication Critical patent/EP1936268A2/de
Publication of EP1936268A3 publication Critical patent/EP1936268A3/de
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Publication of EP1936268B1 publication Critical patent/EP1936268B1/de
Active 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
    • 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
    • F22B37/24—Supporting, suspending, or setting arrangements, e.g. heat shielding
    • F22B37/244—Supporting, suspending, or setting arrangements, e.g. heat shielding for water-tube steam generators suspended from the top
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B21/00—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00—Steam boilers of forced-flow type
    • F22B29/06—Steam boilers of forced-flow type of once-through type, i.e. built-up from tubes receiving water at one end and delivering superheated steam at the other end of the tubes
    • F22B29/061—Construction of tube walls
    • F22B29/065—Construction of tube walls involving upper vertically disposed water tubes and lower horizontally- or helically disposed water tubes
    • 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
    • F22B37/62—Component parts or details of steam boilers specially adapted for steam boilers of forced-flow type
    • F22B37/64—Mounting of, or supporting arrangements for, tube units
    • F22B37/645—Mounting of, or supporting arrangements for, tube units involving upper vertically-disposed water tubes and lower horizontally- or helically disposed water tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G7/00—Steam superheaters characterised by location, arrangement, or disposition
    • F22G7/14—Steam superheaters characterised by location, arrangement, or disposition in water-tube boilers, e.g. between banks of water tubes
    • F22G7/145—Steam superheaters characterised by location, arrangement, or disposition in water-tube boilers, e.g. between banks of water tubes of inclined type, i.e. the water-tube sets being inclined with respect to the horizontal plane

Definitions

  • the invention relates to a hanging steam generator having a steam generator upper part with a vertical tube wall of vertical tubes and formed between these vertical webs and a suspended on the vertical tube wall steam generator base with a slanted tube wall of inclined tubes and between them formed slanted webs.
  • the walls of larger steam generators in the forced circulation or forced circulation principle are now designed as membrane pipe walls of pipe-web constructions. So that the steam generators can stretch freely, they are suspended in a boiler scaffold.
  • the boiler scaffold has a boiler scaffold ceiling, in which the support anchors of the steam generator are suspended. The entire load of the steam generator is thus absorbed by the boiler scaffold ceiling.
  • the steam generator must in turn be such that the total weight, consisting of its own weight, water filling, ash and the like can be introduced into the boiler scaffold ceiling.
  • the steam generator upper part has membrane tube walls, in which the tubes are arranged vertically and are flowed through perpendicularly by the medium (here referred to as the vertical tube wall).
  • the combustion chamber is surrounded by membrane tube walls, which are not arranged vertically but inclined to the horizontal (here referred to with inclined tube wall).
  • the load transfer runs in the vertical tube wall of the steam generator along the longitudinal axis of the vertical tubes, so that they are subjected to train in Rohrachsraum.
  • the load transfer runs in the inclined tube wall at small pitch angles transverse to the longitudinal axis of the inclined tubes.
  • the tube cross-section which is weaker compared to the tube axis, transmits part of the loads that occur.
  • a steam generator in which the vertical tube wall having a steam generator upper part with the inclined tube wall having a steam generator lower part is connected via a load-receiving connection.
  • This compound consists of tensile or supporting elements, which are connected to each other and on the other hand respectively to the vertical tube wall or the inclined tube wall.
  • the gaps created there are largely closed with the aid of subsequently inserted sealing plates so that they form a coupling band.
  • a clutch band having a number of short tube angles is further excluded from Japanese Patent Application 2000 186801 A known.
  • a steam generator base is attached with a slanted tube wall by means of tensile or supporting elements on a vertical tube wall having a steam generator upper part.
  • the angle band having coupling band is substantially closed by means of attached fins.
  • the invention relates to a hanging steam generator having a steam generator upper part with a vertical tube wall of vertical tubes and formed between these vertical webs and a suspended on the vertical tube wall steam generator base with a slanted tube wall of inclined tubes and between them formed slanted webs.
  • a coupling band is formed, which has a plurality of vertical tube angles and a plurality of helical tube angles.
  • the vertical tube angle and the Schrägrohrwinkel each have a from the coupling band to the outside, preferably vertically projecting connecting leg.
  • the second leg of each of the vertical tube angles is a vertical leg formed in the coupling band.
  • the second leg of each of the Schrägrohrwinkel is a skew leg, which is also formed in the coupling band.
  • the vertical leg of each vertical tube angle is vertically aligned with and welded to an overlying vertical tube of the vertical tube wall.
  • the skew leg of each of the diagonal tube angles is on one of
  • suspension of the lower part of the steam generator on the vertical tube wall is carried out solely by welding the coupling band with the inclined tube wall and by welding the vertical leg of the vertical tube angle of the coupling band on the vertical tubes of the vertical tube wall, without the lower part of the steam generator on additional outer traction or support elements, which are suspended from the vertical tube wall, supported or suspended.
  • a thermal expansion joint is formed between the coupling band and the vertical webs of the vertical tube wall.
  • an outer distributor system is formed, which is connected to the respective connecting legs of the vertical tube angle and the oblique tube angle.
  • the weight of the steam generator lower part along the upper edge of the inclined tube wall is smoothly introduced into the coupling band, without causing load peaks at the upper end portions of the inclined tubes, because the oblique leg welded to the upper end portions of the inclined tubes of the inclined tube connection angle are formed in the coupling band and the load evenly distributed by means of the inclined webs of the inclined tube wall in the coupling band and from this by means of the vertical leg of the vertical connecting pipe angle evenly distributed in the vertical tubes of the vertical tube wall is introduced.
  • advantages of the invention are particularly for single or multi-generous steam generators in forced circulation or forced circulation principle with spiral-burned combustion chamber up to a height of 200 m and a combustion chamber of up to 30 mx 30 m at largely arbitrary Slope angles of the inclined pipes and all common pipe dimensions of the steam generator pipe as well as when using different fuels, such as oil, gas, hard coal and lignite.
  • the number of vertical tubes of the vertical tube wall may be larger than the number of inclined tubes of the inclined tube wall, so that the coupling band and therefore the inclined tube wall are suspended by means of groups of a plurality of vertical tube angles per slant tube on the vertical tube wall and therefore the load transfer of the slant tube wall is distributed on the vertical tube wall on a plurality of vertical tubes per inclined tube.
  • the coupling band is assembled from a plurality of mutually welded coupling mold plates, each of which preferably forged mold plate at least and preferably one of the groups of a plurality of vertical tube angles and a Schrägrohrwinkel per group.
  • mold plates with a plurality of groups of vertical tube angles and inclined tube angles may also be provided, which can also alternate with such mold plates with only one such group or in particular combined at the corners of the inclined tube wall.
  • the mold plates can have two to five vertical tube angles per group, which can also be combined with one another.
  • the terminal leg of the Schrärohrrohrwinkels and the terminal legs of one of the vertical tube angles on the one side edge of the outside of the mold plate are stacked and the length of the vertical leg of the other vertical tube angle of the group with increasing distance from the a side edge is increasingly larger, so that the terminal legs of the group are arranged in a parallel to the skew leg of the Schrägrohrwinkels row.
  • Fig. 1 of the drawings shows a steam generator according to the invention in a schematic perspective view
  • Fig. 2 shows a section of the steam generator at the transition between the vertical tube wall (2) of the steam generator upper part (1) and the inclined tube wall (6) of the steam generator lower part (5) with an intermediate distributor system (30)
  • Fig. 3 shows a section Fig. 2 in the amount of the coupling band 10, but without the distribution system
  • Fig. 4 an embodiment of the forged coupling mold plates 18, from which the coupling band 10 from Fig. 3 is composed.
  • the hanging steam generator off Fig. 1 has a steam generator upper part 1, which is surrounded by a vertical pipe wall 2, and a steam generator lower part 5, the is surrounded by a slanted pipe wall 6 and is suspended on the vertical tube wall 2 of the steam generator upper part 1 without external tension and / or support elements.
  • FIGS. 2 and 3 This is how from the FIGS. 2 and 3 it can be seen along the upper edge of the inclined tube wall 6 from a forged mold plates 16 (FIG. Fig. 4 ), which are welded together, formed composite coupling band 10, which in turn is welded to the inclined tube wall 6 and in which vertical tube angle 11 are formed, which in turn are welded to the vertical tubes 3 of the vertical tube wall 2. Outside the vertical tube angle 11, an expansion joint 25 is formed between the coupling band 10 and the vertical tube wall 2, so that the weight of the steam generator base is taken up solely by the vertical tubes 3 of the steam generator upper part.
  • Both the vertical tube wall 2 and the inclined tube wall 6 is formed as a membrane wall of a tube-web construction.
  • the vertical tube wall 2 has a plurality of vertical tubes 3 with vertical webs 4 therebetween
  • the inclined tube wall 6 has a plurality of inclined tubes 7 with inclined webs 8 therebetween.
  • the upper end portions 9 of the inclined tubes 7 therefore end at the upper edge of the inclined tube wall 6 in the horizontal direction offset from each other.
  • the coupling band 10 is obliquely recessed at its lower edge for each of the vertically upwardly exposed end portions 9 of the inclined tubes 7, as for one of the forged coupling plates 16 from Fig. 4 can be seen, so that the coupling mold plates 16 a corresponding to the oblique tube angle obliquely Welding edge 19 have, on which the coupling band 10 is welded in each case above the respective end portion 9 of the inclined tubes 7 along the same with the inclined tube wall 6.
  • the mold plates 16 of the coupling band 10 have below each helical leg 15 a like this obliquely extending welding edge 20, along which the coupling band 10 is also welded to the respective inclined web 8 of the inclined tube 6 in extension of the welding edge 19 of the respective adjacent mold plate 16.
  • the mold plates 18 also have vertical welding edges 18 along their two vertical side edges where they are welded to the respectively adjacent mold plate of the coupling tape 10 such that the oblique welding edge 19 of one mold plate aligns with the oblique welding edge 20 of the adjacent mold plate in its extension is.
  • a group of a plurality of vertical tube angles 11 and a helical tube angle 15 is formed such that the terminal legs 12 of the helical tube angle and one of the vertical tube angle 11-1 vertically stacked on the in Fig. 4 left side edge of the mold plate are arranged and the connecting legs 12 of the vertical tube angle 11-1 to 11-4 are arranged in a row which is parallel to the axis of the oblique leg 15 of the Schrärohrwinkel 14 and therefore of the upper end portion 9 (FIGS. Fig. 3 ) of the oblique leg welded to the inclined tube runs.
  • the vertical legs 11-1 to 11-4 have a length which becomes progressively larger from the vertical pipe angle 11-1 to the vertical pipe angle 11-4 in accordance with the inclination of the row.
  • the dimensions of the membrane tube walls in the upper part of the steam generator and in the lower part of the steam generator and their materials are selected by targeted optimization calculation such that the inclined tube wall of the lower part is self-supporting solely on the vertical tubes of the vertical tube wall and therefore without the aid of external pulls. and / or supporting elements is suspended.
  • targeted optimization calculation such that the inclined tube wall of the lower part is self-supporting solely on the vertical tubes of the vertical tube wall and therefore without the aid of external pulls. and / or supporting elements is suspended.
  • the pitch angle of the inclined tubes can be arbitrary.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen hängenden Dampferzeuger, der einen Dampferzeuger-Oberteil mit einer Vertikalrohrwand aus Vertikalrohren und zwischen diesen ausgebildeten Vertikalstegen und einen an der Vertikalrohrwand abgehängten Dampferzeuger-Unterteil mit einer Schrägrohrwand aus Schrägrohren und zwischen diesen ausgebildeten Schrägstegen aufweist.
  • Die Wände größerer Dampferzeuger im Zwangsdurchlauf- oder Zwangsumlaufprinzip sind heutzutage als Membranrohrwände aus Rohr-Steg-Konstruktionen ausgeführt. Damit sich die Dampferzeuger frei dehnen können, sind sie in ein Kesselgerüst eingehängt. Zu diesem Zweck, besitzt das Kesselgerüst eine Kesselgerüstdecke, in der die Traganker des Dampferzeugers aufgehängt werden. Die gesamte Last des Dampferzeugers wird somit von der Kesselgerüstdecke aufgenommen.
  • Der Dampferzeuger muss seinerseits so beschaffen sein, dass das Gesamtgewicht, bestehend aus Eigengewicht, Wasserfüllung, Asche und dergleichen in die Kesselgerüstdecke eingeleitet werden kann. Der Dampferzeuger-Oberteil weist Membranrohrwände auf, bei denen die Rohre vertikal angeordnet sind und vom Medium senkrecht durchströmt werden (hier mit Vertikalrohrwand bezeichnet). Im Dampferzeuger-Unterteil hingegen ist die Brennkammer von Membranrohrwänden umgeben, die nicht senkrecht, sondern schräg zur Horizontalen ansteigend angeordnet sind (hier mit Schrägrohrwand bezeichnet).
  • Die Lastabtragung verläuft in der Vertikalrohrwand des Dampferzeugers entlang der Längsachse der Vertikalrohre, so daß diese auf Zug in Rohrachsrichtung beansprucht werden. Im Unterteil des Dampferzeugers hingegen verläuft die Lastabtragung in der Schrägrohrwand bei kleinen Steigungswinkeln quer zur Längsachse der Schrägrohre. Hier überträgt also der im Vergleich zur Rohrachse schwächere Rohrquerschnitt einen Teil der auftretenden Lasten.
  • Um diese Rohrquerschnitte zu entlasten, ist es beispielsweise aus DE 26 21 189 B bekannt, den Dampferzeuger-Unterteil an zusätzlichen äußeren Zug- oder Tragelementen abzustützen, die am Dampfererzeuger-Oberteil verankert sind. Die Zugelemente verlaufen insbesondere als Zugbänder über die gesamte Höhe der Schrägrohrwand, an der sie mittels Füllstücken, Aufschweißklötzchen oder Verklammerungen befestigt sind, und enden kurz über der Schrägrohrwand an der Vertikalrohrwand, mit der sie mittels Zugbandköpfen, Formstücken, Einschweißplatten, Blechen, Laschen oder sonstigen Verbindungsstücken verschweißt sind. Von den Zug- oder Tragelementen wird daher die Last aus dem Dampferzeuger-Unterteil mit der Schrägrohrwand in die Vertikalrohrwand des Dampferzeuger-Oberteils übertragen.
  • Bei derartigen äußeren Zugelementen, die mittels Verbindungsstücken mit der Schrägrohrwand verschweißt sind, muss jedoch für einen guten Wärmeübergang von den Rohrwänden zu den Zugelementen gesorgt werden. Gleichwohl ergeben sich Wechselbeanspruchungen insbesondere in der Schrägrohrwand bei jedem Lastwechsel des Dampferzeugers aus der Nacheilung der Zugelemente gegenüber der Membranrohrwand. Außerdem bedeutet die Anbringung der zahlreichen Verbindungen der Zugelemente mit der Schrägrohrwand einen erheblichen Konstruktions- und Schweißaufwand. Nach einem weiteren, aus DE 23 16 135 A bekannten Vorschlag wird daher der Dampferzeuger-Unterteil, der unmittelbar an die Vertikalberohrung des Dampferzeuger-Oberteils angeschweißt ist, mit seinem Rohrboden über Gelenkstützen auf Tragelementen in Form von Trägern aufgestützt, die ihrerseits mittels Zugankern an der Vertikalrohrwand des Dampferzeuger-Oberteils abgehängt sind. Dieser bekannte Vorschlag bedeutet jedoch seinerseits einen erheblichen konstruktiven Aufwand bei durch die Tragelemente erhöhtem Gewicht, das in die Vertikalrohrwand eingeleitet werden muss.
  • Aus der US-A-4,864,973 ist ein Dampferzeuger bekannt, bei welchem der eine Vertikalrohrwand aufweisende Dampferzeuger-Oberteil mit dem eine Schrägrohrwand aufweisenden Dampferzeuger-Unterteil über eine lastaufnehmende Verbindung verbunden ist. Diese Verbindung besteht aus Zug- oder Tragelementen, die miteinander und andererseits jeweils mit der Vertikalrohrwand oder der Schrägrohrwand verbunden sind. Im Bereich des Aufeinandertreffens von Vertikalrohrwand und Schrägrohrwand sind die dort entstehenden Lücken mit Hilfe von nachträglich eingesetzten Verschlussplatten weitestgehend verschlossen, so dass diese ein Kupplungsband ausbilden.
  • Ein eine Anzahl von kurzen Rohrwinkeln aufweisendes Kupplungsband ist weiterhin aus der japanischen Patentanmeldung 2000 186801 A bekannt. Auch hier ist ein Dampferzeuger-Unterteil mit einer Schrägrohrwand mit Hilfe von Zug- oder Tragelementen an einem eine Vertikalrohrwand aufweisenden Dampferzeuger-Oberteil befestigt. Ebenfalls wird das die Winkelbögen aufweisende Kupplungsband mit Hilfe von angesetzten Flossen im Wesentlichen verschlossen.
  • Durch die Erfindung wird erreicht, den Konstruktionsaufwand für die Abhängung des Dampferzeugerunterteils erheblich zu reduzieren.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein hängender Dampferzeuger, der einen Dampferzeuger-Oberteil mit einer Vertikalrohrwand aus Vertikalrohren und zwischen diesen ausgebildeten Vertikalstegen und einen an der Vertikalrohrwand abgehängten Dampferzeuger-Unterteil mit einer Schrägrohrwand aus Schrägrohren und zwischen diesen ausgebildeten Schrägstegen aufweist. Entlang des oberen Randes der Schrägrohrwand, an welchem die oberen Endabschnitte der Schrägrohre in Horizontalrichtung gegeneinander versetzt enden, ist ein Kupplungsband ausgebildet, welches eine Mehrzahl von Vertikalrohrwinkeln und eine Mehrzahl von Schrägrohrwinkeln aufweist. Die Vertikalrohrwinkel und die Schrägrohrwinkel weisen jeweils einen von dem Kupplungsband nach außen, vorzugsweise senkrecht abstehenden Anschlussschenkel auf. Der zweite Schenkel jedes der Vertikalrohrwinkel ist ein Vertikalschenkel, der in das Kupplungsband eingeformt ist. Der zweite Schenkel jedes der Schrägrohrwinkel ist ein Schrägschenkel, der ebenfalls in das Kupplungsband eingeformt ist. Der Vertikalschenkel jedes der Vertikalrohrwinkel ist auf ein darüber liegendes Vertikalrohr der Vertikalrohrwand vertikal ausgerichtet und mit diesem verschweißt. Der Schrägschenkel jedes der Schrägrohrwinkel ist auf einen der
  • Endabschnitte der Schrägrohre der Schrägrohrwand ausgerichtet und mit diesem verschweißt. Das Kupplungsband ist seinerseits unterhalb der Schrägschenkel der Schrägrohrwinkel entlang der Schrägschenkel mit dem jeweils angrenzenden Schrägsteg oder dem darunter liegenden Schrägrohr-Endabschnitt des jeweils benachbarten Schrägrohres, und oberhalb der oberen Endabschnitte der Schrägrohre entlang der Endabschnitte mit den Schrägstegen oder den oberen Endabschnitten der Schrägrohre verschweißt. Außerdem ist die Abhängung des Dampferzeuger-Unterteils an der Vertikalrohrwand allein mittels Verschweißung des Kupplungsbandes mit der Schrägrohrwand und mittels der Verschweißung der Vertikalschenkel der Vertikalrohrwinkel des Kupplungsbandes an den Vertikalrohren der Vertikalrohrwand ausgeführt, ohne daß der Dampferzeuger-Unterteil an zusätzlichen äußeren Zug- oder Tragelementen, die an der Vertikalrohrwand abgehängt sind, aufgestützt oder abgehängt ist.
  • Außerhalb der Vertikalschenkel der Vertikalrohrwinkel ist zwischen dem Kupplungsband und den Vertikalstegen der Vertikalrohrwand eine Wärmedehnungsfuge ausgebildet. Zwischen dem Dampferzeuger-Oberteil und dem Dampferzeuger-Unterteil ist ein äußeres Verteilersystem ausgebildet, das an die jeweiligen Anschlußschenkel der Vertikalrohrwinkel und der Schrägrohrwinkel angeschlossen ist. Durch die Einformung der Vertikalschenkel der Vertikalrohrwinkel und der Schrägschenkel der Schrägrohrwinkel in das Kupplungsband, von dem die Schrägrohrwand am Übergang zu der Vertikalrohrwand abgeschlossen wird, ist das Verteilersystem von dem Gewicht des Dampferzeuger-Unterteils vollständig entlastet.
  • Außerdem wird das Gewicht des Dampferzeuger-Unterteils entlang des oberem Randes der Schrägrohrwand gleichmäßig in das Kupplungsband eingeleitet, ohne daß es zu Belastungsspitzen an den oberen Endabschnitten der Schrägrohre kommt, weil die mit den oberen Endabschnitten der Schrägrohre verschweißten Schrägschenkel der Schrägrohr-Anschlußwinkel in das Kupplungsband eingeformt sind und die Belastung auch mittels der Schrägstege der Schrägrohrwand gleichmäßig verteilt in das Kupplungsband und von diesem mittels der Vertikalschenkel der Vertikal-Anschlußrohrwinkel gleichmäßig verteilt in die Vertikalrohre der Vertikalrohrwand eingeleitet wird.
  • Durch den Wegfall von zusätzlichen Zug- und Tragelementen, von welchen nach dem Stand der Technik das Gewicht des Dampferzeuger-Unterteils zusätzlich zu der Lastabtragung an den Vertikalrohren in die Vertikalrohrwand eingeleitet wird, ergibt sich ein erheblich geringeres Gesamtgewicht des Dampferzeugers, weil sämtliche derartigen Zug- und Tragelemente mitsamt den zur Befestigung an der Schrägrohrwand und der Vertikalrohrwand erforderlichen Anschweißteilen entfallen. Ohne gesonderte Zug- und Tragelemente ist überdies die Montage des kompletten Schrägrohrbereichs des Dampferzeugers einfach und mit nur geringem Schweißaufwand durchführbar und es entfallen Schäden an der Schrägrohrwand aufgrund ungleichmäßiger Beheizung im Bereich des Brennraumes. Außerdem entfällt die Wechselbeanspruchung der Membranrohrwand, die sich andernfalls bei jedem Lastwechsel des Dampferzeugers aus der Nacheilung der Zug- und Tragelemente gegenüber der Schrägrohrwand ergeben, und es besteht weitgehende Freiheit in der Laständerungs-Geschwindigkeit während des An- bzw. Abfahrens des Dampferzeugers.
  • Interne Optimierungs-Rechnungen, beispielsweise Simulations- und Modellrechnungen nach der Finite-Elemente-Methode haben gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Grundkonstruktion des Dampferzeugers durch zielgerichtete Variation von Durchmesser und Wanddicke der Schrägrohre und deren Rohrteilung entlang der Schrägrohrwand sowie Wanddicke und Breite der Schrägstege der Schrägrohrwand deren selbsttragende Konstruktion erreicht wird. Durch die Zwischenschaltung des Verteilersystems zwischen die Vertikalrohre des Dampferzeuger-Oberteils und die Schrägrohre des Dampferzeuger-Unterteils besteht weitgehende Freiheit in der Wahl der Anzahl und Durchmesser der Schrägrohre im Vergleich mit denen der Vertikalrohre der Vertikalrohrwand. Auch der Steigungswinkel der Schrägrohre kann weitgehend beliebig gewählt werden.
  • Die mit dem Wegfall von zusätzlichen äußeren Zug- und Tragelementen einhergehenden Vorteile der Erfindung gelten insbesondere für einzügige oder mehrzügige Dampferzeuger im Zwangsdurchlauf- oder Zwangsumlaufprinzip mit spiralberohrter Brennkammer bis zu einer Bauhöhe von 200 m und einem Brennkammerquerschnitt von bis zu 30 m x 30 m bei weitgehend beliebigen Steigungswinkeln der Schrägrohre und allen gängigen Rohrabmessungen der Dampferzeuger-Berohrung wie auch bei Verwendung verschiedener Brennstoffe, wie Öl, Gas, Steinkohle und Braunkohle.
  • Bei dem Dampfererzeuger gemäß der Erfindung kann die Anzahl der Vertikalrohre der Vertikalrohrwand insbesondere größer als die Anzahl der Schrägrohre der Schrägrohrwand sein, so daß das Kupplungsband und daher die Schrägrohrwand mittels Gruppen aus mehreren Vertikalrohrwinkeln pro Schrägrohr an der Vertikalrohrwand abgehängt sind und daher die Lastabtragung der Schrägrohrwand an der Vertikalrohrwand auf eine Mehrzahl von Vertikalrohre pro Schrägrohr verteilt wird.
  • Bevorzugt ist das Kupplungsband aus mehreren miteinander verschweißten Kupplungsformplatten zusammengebaut, von denen jede vorzugsweise geschmiedete Formplatte wenigstens und vorzugsweise eine der Gruppen aus mehreren Vertikalrohrwinkeln und einen Schrägrohrwinkel je Gruppe aufweist. Es können aber auch Formplatten mit mehreren Gruppen von Vertikalrohrwinkeln und Schrägrohrwinkeln vorgesehen sein, die auch mit solchen Formplatten mit nur einer derartigen Gruppe abwechseln oder insbesondere an den Ecken der Schrägrohrwand kombiniert sein können. Insbesondere können die Formplatten zwei bis fünf Vertikalrohrwinkel pro Gruppe aufweisen, die auch miteinander kombiniert sein können.
  • Wenn mehrere Vertikalrohrwinkel pro Schrägrohrwinkel vorgesehen sind, wird es weiter bevorzugt, daß der Anschlußschenkel des Schrägrohrwinkels und der Anschlußschenkel eines der Vertikalrohrwinkel an dem einen Seitenrand der Außenseite der Formplatte übereinander angeordnet sind und die Länge der Vertikalschenkel der anderen Vertikalrohrwinkel der Gruppe mit zunehmendem Abstand von dem einen Seitenrand zunehmend größer wird, so daß die Anschlußschenkel der Gruppe in einer zu dem Schrägschenkel des Schrägrohrwinkels parallelen Reihe angeordnet sind.
  • Fig. 1 der Zeichnungen zeigt einen Dampferzeuger gemäß der Erfindung in schematischer perspektivischer Ansicht,
    Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt des Dampferzeugers am Übergang zwischen der Vertikalrohrwand (2) des Dampferzeuger-Oberteils (1) und der Schrägrohrwand (6) des Dampferzeuger-Unterteils (5) mit einem zwischengeschalteten Verteilersystem (30),
    Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 2 in Höhe des Kupplungsbandes 10, jedoch ohne das Verteilersystem, und
    Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer der geschmiedeten Kupplungsformplatten 18, aus welcher das Kupplungsband 10 aus Fig. 3 zusammengesetzt ist.
  • Der hängende Dampferzeuger aus Fig. 1 weist einen Dampferzeuger-Oberteil 1, der von einer Vertikalrohrwand 2 umgeben wird, und einen Dampferzeuger-Unterteil 5 auf, der von einer Schrägrohrwand 6 umgeben wird und an der Vertikalrohrwand 2 des Dampferzeuger-Oberteils 1 ohne äußere Zug- und/oder Tragelemente abgehängt ist.
  • Hierzu ist, wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, entlang des oberen Randes der Schrägrohrwand 6 ein aus geschmiedeten Formplatten 16 (Fig. 4), die miteinander verschweißt sind, zusammengesetztes Kupplungsband 10 ausgebildet, welches seinerseits mit der Schrägrohrwand 6 verschweißt ist und in welches Vertikalrohrwinkel 11 eingeformt sind, die ihrerseits mit den Vertikalrohren 3 der Vertikalrohrwand 2 verschweißt sind. Außerhalb der Vertikalrohrwinkel 11 ist zwischen dem Kupplungsband 10 und der Vertikalrohrwand 2 eine Dehnungsfuge 25 ausgebildet, so daß das Gewicht des Dampferzeuger-Unterteils allein von den Vertikalrohren 3 des Dampferzeuger-Oberteils aufgenommen wird.
  • Sowohl die Vertikalrohrwand 2 als auch die Schrägrohrwand 6 ist als Membranwand aus einer Rohr-Steg-Konstruktion ausgebildet. So weist die Vertikalrohrwand 2 eine Mehrzahl von Vertikalrohren 3 mit dazwischen liegenden Vertikalstegen 4 auf, wohingegen die Schrägrohrwand 6 einen Mehrzahl von Schrägrohren 7 mit dazwischen liegenden Schrägstegen 8 aufweist. Die oberen Endabschnitte 9 der Schrägrohre 7 enden daher am oberen Rand der Schrägrohrwand 6 in Horizontalrichtung gegeneinander versetzt.
  • Entlang dieser oberen Endabschnitte 9 der Schrägrohre 7 sind die Schrägstege 8 der Schrägrohrwand 6 ausgeschnitten (Fig. 3). Entsprechend ist das Kupplungsband 10 an seinem unteren Rand für jeden der vertikal nach oben freiliegenden Endabschnitte 9 der Schrägrohre 7 schräg ausgespart, wie für eine der geschmiedeten Kupplungsformplatten 16 aus Fig. 4 ersichtlich, so daß die Kupplungsformplatten 16 einen entsprechend des Schrägrohrwinkels schräg verlaufenden Schweißrand 19 aufweisen, an dem das Kupplungsband 10 jeweils oberhalb des betreffenden Endabschnitts 9 der Schrägrohre 7 entlang desselben mit der Schrägrohrwand 6 verschweißt ist.
  • Wie weiter aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich, sind in das aus den Formplatten 16 zusammengesetzte Kupplungsband 10 eine der Mehrzahl der Vertikalrohre 3 der Vertikalrohrwand 2 entsprechende Mehrzahl von Vertikalrohrwinkeln 11 entlang deren Vertikalschenkeln 13, sowie eine der Mehrzahl der Schrägrohre 7 der Schrägrohrwand 6 entsprechende Mehrzahl von Schrägrohrwinkel 14 entlang deren Schrägschenkeln 15 eingeformt. Die Vertikalschenkel 13 der Vertikalrohrwinkel 11 ragen mit einem Schweißansatz 21 über die Oberkante der Formplatte 16 hinaus und sind an diesem mit dem betreffenden Vertikalrohr 3 verschweißt. Die Schrägschenkel 15 der Schrägrohrwinkel ragen ebenfalls über die betreffende seitliche Kante der Formplatte 16 mit einem Schweißansatz 17 hinaus und sind an diesem mit dem betreffenden Endabschnitt 9 der Schrägrohre 7 verschweißt.
  • Die Formplatten 16 des Kupplungsbandes 10 weisen unterhalb jedes Schrägschenkels 15 einen wie dieser schräg verlaufenden Schweißrand 20 auf, entlang welchem das Kupplungsband 10 ebenfalls mit dem betreffenden Schrägsteg 8 der Schrägrohrwand 6 in Verlängerung des Schweißrandes 19 der jeweils angrenzenden Formplatte 16 verschweißt ist. Die Formplatten 18 weisen außerdem vertikale Schweißränder 18 entlang ihrer beiden vertikalen Seitenkanten auf, an denen sie mit der jeweils benachbarten Formplatte des Kupplungsbandes 10 derart verschweißt sind, daß der schräge Schweißrand 19 der einen Formplatte auf den schrägen Schweißrand 20 der benachbarten Formplatte in dessen Verlängerung ausgerichtet ist.
  • Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich, ist an jeder Formplatte 16 eine Gruppe aus mehreren Vertikalrohrwinkeln 11 und ein Schrägrohrwinkel 15 derart eingeformt, daß der Anschlußschenkel 12 des Schrägrohrwinkels und einer der Vertikalrohrwinkel 11-1 vertikal übereinander an dem in Fig. 4 linken Seitenrand der Formplatte angeordnet sind und die Anschlußschenkel 12 der Vertikalrohrwinkel 11-1 bis 11-4 in einer Reihe angeordnet sind, die parallel zur Achse des Schrägschenkels 15 des Schrägrohrwinkels 14 und daher des oberen Endabschnitts 9 (Fig. 3) des an den Schrägschenkel angeschweißten Schrägrohres verläuft. Die Vertikalschenkel 11-1 bis 11-4 haben eine Länge, die von dem Vertikalrohrwinkel 11-1 bis zu dem Vertikalrohrwinkel 11-4 entsprechend der Neigung der Reihe zunehmend größer wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion des hängenden Dampferzeugers sind insbesondere die Abmessungen der Membranrohrwände im Dampferzeuger-Oberteil und im Dampferzeuger-Unterteil und ihre Werkstoffe durch zielgerichtete Optimierungsrechnung derart gewählt, daß die Schrägrohrwand des Unterteils selbsttragend allein an den Vertikalrohren der Vertikalrohrwand und daher ohne Zuhilfenahme äußerer Zug- und/oder Tragelemente abgehängt ist. Beispielsweise wurde die folgenden Auslegung gewählt:
    • Beispiel:
  • Dampferzeuger-Oberteil:
    • Vertikalrohre mit einem Außendurchmesser Da = 38 mm bei einer Wanddicke ab 5 mm, Teilung der Vertikalrohre ab 58 mm, Stegdicke der Vertikalstege s = 6 bzw. 8 mm. Je nach Wärmebelastung im Brennraum, Innendruck und Gewicht kann die Wanddicke des Rohres beispielsweise 5.6 mm, 6.3 mm oder 7.1 mm betragen.
  • Dampferzeuger-Unterteil:
    • Schrägrohre mit einem Außendurchmesser Da = 42.4 bzw. 44.5 mm bei einer Wanddicke ab 5.6 mm, Teilung der Schrägrohre ab 58 mm, Stegdicke der Schrägstege s = 6 mm bzw. 8 mm. Je nach Wärmebelastung im Brennraum, Innendruck und Gewicht kann die Wanddicke beispielsweise 5.6 mm, 6.3 mm oder 7.1 mm betragen.
  • Der Werkstoff nach EN 10216, DIN bzw. VDTÜV-Werkstoffblatt der Schrägrohrwand je nach Wärmebelastung im Brennraum, Innendruck und Gewicht besteht beispielsweise aus:
    • 1.5415 (16Mo3)
    • 1.7335 (13CrMo 4-5)
    • 1,7380 (10 CrMo9-10)
    • 1.7378 CrMoVTiB10-10 (T24)
  • Der Steigungswinkel der Schrägrohre kann beliebig sein.

Claims (5)

  1. Hängender Dampferzeuger, der einen Dampferzeuger-Oberteil (1) mit einer Vertikalrohrwand (2) aus Vertikalrohren (3) und zwischen diesen ausgebildeten Vertikalstegen (4) und einen an der Vertikalrohrwand abgehängten Dampferzeuger-Unterteil (5) mit einer Schrägrohrwand (6) aus Schrägrohren (7) und zwischen diesen ausgebildeten Schrägstegen (8) aufweist, wobei die Schrägrohre obere Endabschnitte (9) aufweisen, die an dem oberen Rand der Schrägrohrwand in Horizontalrichtung gegeneinander versetzt enden, und entlang des oberen Randes der Schrägrohrwand ein Kupplungsband (10) ausgebildet ist, welches eine Mehrzahl von Vertikalrohrwinkeln (11) mit von dem Kupplungsband abstehenden Anschlußschenkeln (12) und in das Kupplungsband eingeformten Vertikalschenkeln (13), die mit den Vertikalrohren (3) verschweißt sind, und eine Mehrzahl von Schrägrohrwinkeln (14) mit aus dem Kupplungsband vorstehenden Anschlußschenkeln (12) und in das Kupplungsband eingeformten Schrägschenkeln (15) aufweist, die mit den Endabschnitten (9) der Schrägrohre verschweißt sind, wobei das Kupplungsband (10) unterhalb der Schrägschenkel der Schrägrohrwinkel entlang der Schrägschenkel (15) und oberhalb der Endabschnitte der Schrägrohre entlang der Endabschnitte (9) mit der Schrägrohrwand (6) verschweißt ist und die Abhängung des Dampferzeuger-Unterteils (5) an der Vertikalrohrwand (2) mittels Verschweißung des Kupplungsbandes (10) mit der Schrägrohrwand und mittels der Verschweißung der Vertikalschenkel (13) der Vertikalrohrwinkel des Kupplungsbandes an den Vertikalrohren (3) der Vertikalrohrwand ausgeführt ist, ohne daß der Dampferzeuger-Unterteil an zusätzlichen äußeren Zug- oder Tragelementen aufgestützt oder abgehängt ist.
  2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Vertikalrohre (3) der Vertikalrohrwand (2) größer ist als die Anzahl der Schrägrohre (7) der Schrägrohrwand (6) ist, so daß das Kupplungsband (10) und daher die Schrägrohrwand mittels Gruppen aus mehreren Vertikalrohrwinkeln (11-1 bis 11-4) pro Schrägrohr (7) an der Vertikalrohrwand abgehängt ist.
  3. Dampferzeuger nach Anspruch 2, wobei das Kupplungsband aus mehreren miteinander verschweißten Kupplungsformplatten (16) zusammengebaut ist, von denen jede wenigstens eine der Gruppen aus mehreren Vertikalrohrwinkeln (11-1 bis 11-4) und einen Schrägrohrwinkel (14) je Gruppe aufweist.
  4. Dampferzeuger nach Anspruch 3, wobei die Formplatten (16) zwei bis fünf Vertikalrohrwinkel (11) pro Gruppe aufweisen.
  5. Dampfererzeuger nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Anschlußschenkel (12) des Schrägrohrwinkels (14) und der Anschlußschenkel (12) eines der Vertikalrohrwinkel (11-1) an dem einen Seitenrand der Außenseite der Formplatte (16) übereinander angeordnet sind und die Länge der Vertikalschenkel (13) der anderen Vertikalrohrwinkel (11-2 bis 11-4) der Gruppe mit zunehmendem Abstand von dem einen Seitenrand zunehmend größer wird, so daß die Anschlußschenkel (12) der Gruppe in einer zu dem Schrägschenkel (15) des Schrägrohrwinkels parallelen Reihe angeordnet sind.
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