NL8002779A - Inwendige ondersteuningsstructuur voor een warmtewisselaar. - Google Patents

Description

** P & c *"**· * W 2348-1043 Ned.

Inwendige ondersteuningsstructuur voor een warmte-wisselaar

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op een ondersteuningsstructuur voor een heet gas kanaal en heeft in het bijzonder betrekking op een nieuwe konstruktie van een ondersteunings-systeem voor een modulaire warmtewisselaar van het type, dat geschikt' 5 is als stoomgenerator voor een stoomenergie bedrijf.

Energiebedrijven kunnen stoomgeneratoren omvatten voor het produceren van een bewegend fluïdum voor het aandrijven van stoomturbines. Er is een type stoomgenerator, dat bekend staat als een warmteterugwinnings stoomgenerator (heat recovery steam generator HKSG) 10 en wordt toegepast in gecombineerde cyclische energiebedrijven, waar hete afvoergassen uit een gasturbine worden geleid in een niet-kompakt warmte wisselende relatie met voedingswater voor het verschaffen van stoom voor een stoomturbine, waarbij warmte teruggewonnen wordt uit de gasturbine-afvoer, die anders verspild zou worden.

15 De warmte-terugwinnings stoomgenerator (HRSG) kan in secties worden opgebouwd uit stapel modules, welke boven elkaar te plaatsen warmtewisselaar buizen omvatten ter bepling van een nagenoeg vertikale heetgasbaan. Fluïdum vervoerende buizen worden opgesteld in de lengterichting langs de warmtewisselende modulen en worden ondersteund door 20 buis-ondersteunings platen. Wanneer het af te voeren gas opstijgt in de warmtewisselaar, verliest het warmte in het warmtewisselaar proces.

Op soortgelijke wijze zal het voedingswater, naar mate dit omlaag geleid wordt in de baan van het hete afvoergas, in stoom omgezet worden en vervolgens oververhit worden. Aldus is het warmtewisselaar proces 25 een warmtewisselaar proces in tegenstroom. Elke als sectie uitgevoerde module is gewoonlijk rechthoekig in vorm, waarbij de buizenbundels langs de lengte van de rechthoek verlopen. Dit maakt dat de buizen maximaal aan het hete gas binnen de warmte wisselende stoomgenerator blootgesteld zijn. Aangezien de HESG van aanzienlijke lengte is, is een 30 zijdelingse ondersteuning noodzakelijk over de lengte van de module, om bescherming te bieden tegen windbelastingen en andere krachten, die een zijdelingse deformatie zouden kunnen veroorzaken.

Een eerste aanpak voor de zijdelingse versterking van de HRSG-module is het aanbrengen van dwarsstukken(in relatie met de gas-35 stroombaan), die bevestigd worden in discrete punten aan de uitwendige zijwanden van het kanaal. De zijwanden fungeren dus als de zich in de lengterichting uitstrekkende lichamen. Aangezien echter de dwarsstukken noodzakelijkerwijze gelegen moeten zijn in de hete gasbaan bij het flOO 2 7 79 \ - 2 - onderhavige constructie-type zou aldus het verstrekkings netwerk bestaan uit hete en koude lichamen, welke een buitensporige zijdelingse thermische deformatie zouden veroorzaken en ook geblokkeerd worden in thermische belastingen.Het tegen het uitwendige van de HRSG aanbrengen 5 van een zich in de lengterichting uitstrekkend vakwerkverband is waarschijnlijk onvoldoende, tenzij verankerd aan dwarsstukken.

Gemeend wordt, dat het aldus geformuleerde probleem nog geen oplossing gevonden heeft in de bekende stand der techniek.

De uitvinding stelt zich ten doel een zijdelingse vakwerk-10 ondersteuning te verschaffen voor een warmtewisselaar module, die op bevredigende wijze zal reageren op thermische expansie, alswel op zijdelingse belastingen.

De uitvinding heeft betrekking op de zijdelingse warmtewisselaar inrichting, waarbij de inrichting een zetel verschaft voor een 15 niet-kompakt warmtewisselaar proces tussen hete gassen en voedingswater, welk voedingswater gecirculeerd wordt door de inrichting via buizenbundels. De warmte wisselende inrichting kan bestaan uit grote rechthoekige modules, die op elkaar gestapeld zijn en aan elk einde geopend zijn in de richting van de gasstroom.

20 De zijdelingse ondersteuning wordt verschaft in de vorm van een vakwerkconstructie, die gelegen is binnen de heetgas baan. De vakwerk-constructie bestaat uit een paar evenwijdige rails, die verschuifbaar bevestigd zijn aan elke zijde van de rechthoekige module en zich uitstrekken over de lengte van de doos. De rails dragen eveneens een 25 aantal dwarsstaven, die elkaar snijden bij een aantal hoekplaten. Het samenstel stelt de doos in staat in axiale richting uit te zetten, waarbij zijdelingse ondersteuningen verschaft worden, zoals zal worden beschreven.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van een in de figuren 30 der bijgaande tekeningen weergegeven voorkeursuitvoeringsvorm nader worden toegelicht.

Fig. 1 geeft in perspectief een aanzicht, gedeeltelijk weggesneden, van een warmtewisselaar module volgens de onderhavige uitvinding; 35 Fig. 2 stelt een bovenaanzicht voor van een warmtewisselaar module, waarin de vakwerkconstructie volgens de onderhavige uitvinding wordt weergegeven;

Fig. 3 toont een afzonderlijk aanzicht van een typisch hoek-plaat bevestigingspunt van de vakwerkconstructie; 800 2 7 79 \ * \ - 3 - a

Fig. 4 stelt een bovenaanzicht voor van een verbindingspunt in de hartlijn en aan de beide einden.

Een type stoomgenerator, dat geschikt is voor gebruik in energiebedrijven, is een warmte terugwinningsstoomgenerator (hrsg).

5 In de context van een gecombineerd cyclisch energiebedrijf, wordt de hrsg een technisch koppelings element tussen een gasturbine en een stoomturbine. Het afvoergas van een heet-gasturbine wordt geleid in een niet-kontakt tegenstroom warmte wisselende relatie met het voedingswater van de stoomturbine om daarbij de stoom te verschaffen voor het stoom-10 turbine gedeelte van de energie installatie, waarbij een nuttig gebruik gemaakt wordt van de warmte van de afvoer van de gasturbine, die anders verspilt zou worden. Een voorbeeld van een dergelijke installatie wordt weergegeven in het Amerikaans octrooischrift 3,934,553 verleend op 27 januari 1976 aan Freeman et al.

15 De HRSG kan bestaan uit gestapelde stoomgeneratormodulen, welke een heetgaskanaal verschaffen. Een zo’n stoomgenerator module of doos 11 is geïllustreerd in Fig. 1. Het heetgas kanaal wordt bepaald door een rechthoekige omtrek, die bestaat uit opstaande zijwanden 13. De zijwanden kunnen gevormd zijn met warmte isolerend materiaal 15, ingekapseld 20 tussen het binnenste en buitenste plaatmetalen bedekking 17 resp. 19 en tenslotte verstijvingsribben 21 kunnen op regelmatige wijze verspreid aangebracht zijn langs de zijwanden. Deze construktie zal aanwezig zijn rondom de gehele omtrek van de stoomgeneratordoos, ofschoon de gehele constructie niet uitvoerig in fig.1 is weergegeven.

25 Zoals vollediger wordt geïllustreerd in een neven-octrooi aanvrage no. , die zich beroept op een prioriteit van 30 april 1979 (W2348-1026), kan elke module een aantal fluïdum (water/stroom) transporterende buizen 23 omvatten. Elke sectie buizen kan beschouwd worden als een buizenbundel. De buizenbundel kan gedefinieerd worden 30 als een buizensectie, waarbij de buizen met elkaar verbonden zijn door een gemeenschappelijke inlaat- en uitlaatverzamelkast, die niet-weerge-geven is in de onderhavige illustratie en niet bijzonder verwant is met de onderhavige uitvinding dan bij wijze van illustratie. De buizenbundels worden ondersteund binnen de module door middel van zogenaamde buizen 35 steunplaten 27. De structuur van een buizenbundel wordt geïllustreerd in de reeds genoemde neven-octrooi-aanvrage.

Een HRSG kan verscheidene modulaire warmtewisselarendozen omvatten. Deze dozen kunnen dan zulke secties bepalen die bekend staan als de verhitter-, de economiser-, de verdamper- en de oververhittersectie, ftflfl 2 7 79

V

Λ - 4 - ofschoon twee of meer secties zich in een doos kunnen bevinden. Deze secties zijn bekend aan die personen, die in deze techniek normale ervaring hebben. De dozen worden vertikaal gestapeld ter bepaling van een heetgasbaan, waarin de gassen hun warmte verliezen aan de flulden-5 transporterende buizen in een niet-contakt warmtewisselende tegenstroom relatie. In elke sectie is de gastemperatuur koeler aan het uittreed gedeelte van de doos dan aan het intreed gedeelte van de doos in de richting van de gasstroom ten gevolge van de warmtewisseling met het fluidum in de buis.

10 Onder verwijzing thans naar Fig. 2 toont deze een boven aanzicht over de hartlijn bij het bovenste gedeelte van de module en in samenhang met de detail-tekening vein Fig. 1 wordt een inwendig vakwerk construktiesysteem 31 weergegeven voor het verschaffen van zijdelingse_ versteveging aan de HRSG-doos. Opgemerkt dient te worden, dat de doos 15 aanzienlijk langer dan breed is, zodat zij potentieel in staat is om op buitensporige wijze een zijdelingse deformatie te ondergaan indien geen zijdelingse steun aanwezig is. Bovendien is het duidelijk dat een eventueel aan te brengen zijdelingse steun tevens dwarsstangen moet omvatten. Het zal duidelijk zijn dat dit een zekere wisselwerking met 20 zich mee brengt, met de heetgasbaan. Thermische overwegingen sluiten een combinatie van koude, axiale ondersteuningen en hete dwarsonder-steuningen uit en derhalve is een eerste aspect van de onderhavige uitvinding de gehele zijdelingse steunconstructie onder te brengen in de heetgas baan. Toevalligerwijze sluiten de zelfde thermische overwegingen 25 starre verbindingen op bepaalde punten uit, die hieronder in detail nog zullen worden besproken.

Twee evenwijdige basisrails 33 strekken zich in de lengte richting van de doos uit. De rails zijn in hoofdzaak verschuifbaar ten opzichte van steunpunten aan elke zijwand. Op geselecteerde punten langs 30 de lengte van de doos zijn aangebracht oogsteunen 35, waar doorheen de rails aan elke zijde van de doos gestoken zijn. De oogsteunen zijn ten opzichte van de zijwanden gefixeerd en aldus zijn de zijwanden en rails relatief ten opzichte van elkaar verschuifbaar. Een typische oogsteun is weergegeven in het afzonderlijke bovenaanzicht van Fig. 3.

35 Elk steunpunt en elke oogsteun wordt gecoördineerd met een hoek-bevestigingsplaat 37. De boekplaat is bevestigd aan de zijrails via steunen en verschaft de verbinding voor dwarsstangen. De dwarsstangen omvatten zijstangen 39 en diagonale stangen 41. Indien belast, zullen de krachtlijnen, die via de stangen werkzaam zijn, elkaar snijden 800 2 779 - 5 - in het punt Qf dat dan de krachten in staat stelt om te worden ontbonden tot onder een rechte hoek staande componenten. Dit is een ander aspect Vein de onderhavige uitvinding.

Een eerste uitvoeringsvorm op de onderhavige uitvoeringsvorm 5 wordt weergegeven in figuren 2 en 4, die men moet kombineren ter illustratie Vein de hartlijnondersteuning 43 en twee eind-ondersteuningen 45 van het verschuifbare zijwaardse ondersteuningssysteem. Zoals hiervoor beschreven, kan de doos module een aantal steunpunten omvatten, die algemeen gelegen zijn bij de ribbe-verstevigers 21. In alle instanties 10 worden deze steunpunten gebruikt om neerhangende buis ondersteuningsplaten 27 te ondersteunen. Op andere geselecteerde steunpunten worden zowel de buis ondersteuningsplaten als de verschuifbare vakwerkconstructie-elementen (waaronder rails 33 en hoekplaten 37) ondersteund. In de hartlijnondersteuning 43 zijn aanslagen 49 aangëbracht naar elke zijde van de oogsteun 15 35 teneinde thermische expansie aan de hartlijn van de ondersteuning te beteugelen, zodat thermische expansie geleikelijk optreedt in beide richtingen vanaf de hartlijn ondersteuning. Aan elke eindondersteuning 45 van de verschuifbare vakwerk constructie, zullen de werkingslijnen van de stangen 39 en 41 gaan, door de oogsteun zoals hiervoor beschreven in 20 verband met Fig. 3.

De belasting via de ondersteuningen wordt dein overgedragen aan de einden van de doos, via een stationaire vakwerkstangenverbinding, waaronder dwarsstangen 55 aan elk einde van de doos. Elke stationaire vakwerkstangen verbinding is bevestigd in afzonderlijke punten aan de 25 uitwendige wanden van de doos. De bevestigingspunten van de vakwerkstangen verbinding treden op aan de toppen of kruinen van de diagonale stangen 41 en de verbinding met het uitwendige geschiedt door middel van een verschuifbaar mechanisme, dat axiale uitzetting mogelijk maakt van de hete vakwerkstangen verbinding ten opzichte van de koelere uitwendige 30 dooswanden. Het inwendige, verschuifbare vakwerkconstructie systeem stopt op korte afstanden van de einden van de doos, in welk punt het de belastingen overdraagt aan de stationaire vakwerkstangen verbinding aan elk einde van de doos, ook inwendig van de doos. Primaire vakwerk elementen worden ontworpen voor trek- en drukbelastingen. Diagonale stangen dragen 35 alleen trekbelastingen en worden ontkoppeld bij een snijpunt, zodat een relatieve uitwijking vrijelijk kan optreden. De verbindingen bij. de hartlijn van de doos aan beide zijden zijn star, dus een relatieve axiale thermische toename van het vakwerk naar het uitwendige van de doos wordt vereffend van het ene einde naar het andere.

800 2 7 79 - 6 -

De lijn van slecht op elkaar afgestemde werking tussen vakwerk en belastingspunten wordt dus tot een minimum gereduceerd.

Alle andere verbindingen tussen het vakwerk en het uitwendige van de doos, maken een axiale slip mogelijk, terwijl zijdelingse en 5 vertikale continuïteit gehandhaafd wordt. De laatste diagonale stangen van het vakwerk constructie systeem zijn gefixeerd in het uitwendige van de doos bij de hoek van de eindwand of aan het einde van de heetgas baan en aan het einde van het verschuifbare inwendige vakwerk systeem.

Deze opstelling maakt een nauwkeuriger plaatsing mogelijk van vakwerk 10 belastings elementen in de eindwand dan verkrijgbaar was door het verschuifbare vakwerk systeem zich te laten uitstrekken naar de eindwand. De stationaire vakwerkelementen zijn in functioneel opzicht gelijk asm de andere diagonale stangen, doordat zij slechts trekbelastingen dragen en ontkoppeld worden in het midden, teneinde samendrukking van het 15 vakwerkverband mogelijk te maken, waardoor het vrijelijk kan uitbuigen.

De vakwerk constructie is gelegen bij de bovenzijde van elke moduledoos en verbonden met een discreet asm tal punten, zodat de temperatuur van uitwendige hete plekken en warme stroming naar het uitwendige van de doos tot een minimum gereduceerd worden. Aanvullende, 20 evenwijdige vakwerkconstructies binnen een gegeven module kunnen worden toegepast. Elke vakwerk constructie ligt geheel binnen de doos, waarmede de stijfheid maximaal wordt, zonder de totale uitwendige afmetingen van de doos aan te tasten. Alle elementen van de vakwerk constructie zijn op gelijke temperatuur en zijn gemaakt uit soortgelijke materialen, zodat 25 een gelijkmatige thermische expansie zal plaats vinden zonder thermische vervorming.

Afmetingen van de elementen worden geselecteerd voor het geven van gelijke verwarmingssnelheden teneinde kortstondige thermische vervorming en spanningen tot een minimum te reduceren.

30 8002779

Claims (8)

1. Ondersteuningsstructuur voor een heetgas kanaal, dat op afstand van elkaar gelegen zijwanden bezit, die een heetgasbaan bepalen, en voorts steunmiddelen omvat, bevestigd aan ten minste twee tegenover elkaar gelegen zijwanden en vrij is om te expanderen in axiale richting; 5 en stationaire vakwerkstangen verbindingen aan elk einde van de verschuifbare vakwerk-constructie voor het overbrengen van belastingen aan de eindwanden van het kanaal.

2. Ondersteuningsstructuur volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het steunmiddel een aantal oogsteunen omvat, die uitgericht zijn op 10 elke tegenovergelegen zijwand.

3. Ondersteuningsstructuur volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de verschuifbare vakwerkconstructie een paar tegenover elkaar gelegen basisrails omvat, die elk verschuifbaar gemonteerd zijn aan de steunmiddelen aan elke zijwand aan het heetgas kanaal.

4. Ondersteuningsstructuur volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de verschuifbare vakwerkconstructie omvat: Een aantal diagonale en loodrechte dwarsstangen, hoekplaten op geselecteerde koppen van de dwarsstangen om de dwarsstangen te verbinden met de rails.

5. Ondersteuningsstructuur volgens een der voorafgaande 20 conclusies, gekenmerkt door aanslagen naarbij de hartlijn van de vershuif-bare vakwerkconstructie, waardoor axiale thermische expansie gelijkelijk in beide richtingen plaats vindt.

6. Ondersteuningsstructuur volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de dwarsstangen zodanig opgesteld zijn, dat de krachtlijnen, die via 25 de stangen inwerken, gaan door een enkelvoudig punt, waar zij worden ontbonden tot rechte hoeken makende componenten.

7. Ondersteuningsstructuur, volgens een der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verschuifbare vakwerkconstructie en de stationaire vakwerkstangenverbindingen gelegen zijn in een beneden- 30 strooms gedeelte van het kanaal, met betrekking tot de richting van de heetgas stroom.

8. Ondersteuningsstructuur volgens een der voorafgaande conclusies, gekenmerkt door een stationaire vakwerkstangenverbibding aan elk einde van het heetgas-kanaal, waarvan het ene einde zich bevindt nabij 35 het einde van de verschuifbare vakwerkconstructie en waarvan het andere, tegenovergelegen einde verankerd is aan de eindwand van het kanaal. 800 2779