NL8303148A

NL8303148A - Zijwandschot voor een stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte.

Info

Publication number: NL8303148A
Application number: NL8303148A
Authority: NL
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1982-12-13
Filing date: 1983-09-12
Publication date: 1984-07-02
Also published as: KR840007164A; US4427058A; KR910002110B1; JPS6337879B2; JPS59109785A

Description

- N.0. 32033. 1

Zijwandschot voor een stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte.

De onderhavige uitvinding heeft in het algemeen betrekking op warmtewisselaars; en in het bijzonder op een verbeterd*ontwerp van een warmtewisselaar zonder aanraking, zoals bijvoorbeeld een stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte voor een krachtinstallatie met gecombi-5 neerde kringloop.

Stoomgeneratoren voor het terugwinnen van warmte (HRSG*s) zijn warmtewisselaars zonder aanraking omvattende een gasgeleidend kanaal met warmtewisselaarpijpen aangebracht binnen het kanaal. Zoals in het Amerikaanse octrooischrift 4.345.43S van aanvraagster afgebeeld is, is 10 de stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte een wezenlijk deel van een installatie met gecombineerde kringloop en verbindt de gastur-bine-installatie en de stoomturbine-installatie. Warme afvalgassen uit het uitlaateinde van een gasturbine worden in de stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte geleid langs de fluïdum dragende pijpen om 15 voedingswater in stoom om te zetten. Vanwege het gebruik van uitlaat-gaswarmte van de gasturbine, behoren installaties met gecombineerde kringloop tot de meest rendabele krachtinstallaties in de wereld.

Ondanks de voorgaande aanspraak op aanzienlijk rendement, blijven fabrikanten van toerusting voor' het opwekken van vermogen naar verbete-20 ringen zoeken welke een nog groter rendement zullen verschaffen. De onderhavige uitvinding verschaft een toegenomen rendement door een verbeterd ontwerp van een zijwandschot.

De uitvinders van de onderhavige uitvinding is gebleken dat het gas dat langs de zijwanden van de stoomgenerator voor het terugwinnen 25 van warmte gaat en niet door het pijpenblok van de warmtewisselaar gekanaliseerd wordt een verlies in het rendement van de stroomgenerator voor het terugwinnen van warmte tot gevolg kan hebben tot 2% bij een reeële spleet van slechts ongeveer 25 mm tussen de zijwand en het aangrenzende uiteinde van de pijpribbe. Vanwege de voorgaande ontdekking 30 stellen de uitvinders voor een middel te verschaffen voor het verminderen van de gasstroom in de ruimten tussen het pijpenblok en beide zijwanden van de stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte. Een poging om dit probleem op te lossen suggereerde het gebruik van vaststaande schotten aan elke zijwand stroomopwaarts en stroomafwaarts van 35 het pijpenblok bevestigd. De vaststaande schotten strekten zich van de zijwanden naar binnen uit om de bijbehorende stroombaan langs de zijwand te overlappen waardoor de stroom in het pijpenblok omgeleid wordt. Deze oplossing bleek onbevredigend te zijn vanwege de thermische groei £ 7Γ 1-7- · ’ ^ * * 2 van het pijpenblok hetgeen spelingen tussen het pijpenblok en de zij-wandschotten zou doen variëren welke het hervatten van ongewenste stroming langs de zijwanden van de stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte mogelijk maakt. Andere aan de uitvinders bekende ontwerpen om-5 vatten het aanbrengen van halve buizen op de vlakke zijwand en het gebruik van geprofileerde zijwanden. In beide gevallen ontstond een minder doelmatig beletten van omloop door de minder weerstand biedende stroomblokkering gekoppeld met effecten door verschillende thermische uitzetting en vervaardigingstolerantie. Daarom bleek het de uitvinders 10 dat het wenselijk zou zijn om zijwandschotten als deel van de pijpen-bundel te ontwerpen.

De uitvinding belet gasstroming langs de zijwanden van een stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte door het gebruik van schotten om de gasstroombaan tussen de pijpenbundel en aangrenzende zijwanden te 15 blokkeren. Dit richt de gasstroom opnieuw langs de zijwanden door de pijpenbundel waardoor het rendement van de warmtewisselaar toeneemt.

Het probleem van spelingen tussen de zijwanden en schotten onder omstandigheden van het thermisch groeien van de pijpenbundel is opgelost door het op de pijpenbundel zelf aanbrengen van de schotten. Het plaat-20 sen van de schotten op de pijpenbundel is geoptimaliseerd en de midde-' len voor het aanbrengen van de schotten op de pijpenbundel worden beschreven.

Het is een doeleinde van deze uitvinding een stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte te verschaffen met een verbeterd thermisch 25 rendement.

Het is een doeleinde van deze uitvinding een verbeterd ontwerp van zijwandschotten te verschaffen welke automatisch de thermische groei van de pijpenbundel op zullen nemen en toch doelmatig zullen blijven.

Het is een doeleinde van deze uitvinding een verbeterd ontwerp 30 voor zijwandschotten te verschaffen, die gemakkelijk aan de pijpenbundel bevestigd kunnen worden.

Het is een ander doeleinde van deze uitvinding om in een schotin-richting te voorzien welke de ontworpen plaatsing van pijpen in pijpen-bundels niet belet.

35 Deze doeleinden worden verwezenlijkt bij een warmtewisselaar van het soort omvattende een gasleidend kanaal met zijwanden en eindwanden en met een pijpenbundel daarin geplaatst, welke pijpenbundel een veelheid van in hoofdzaak horizontale en evenwijdige fuïdumdragende buizen omvat waarbij tenminste een draagblad voor pijpen bij elk tegenover 40 liggende eind van de pijpenbundel aangebracht is en de fluïdum dragende O v V w 1 * 3 pijpen draagt, welke warmtewisselaar wordt verbeterd, door een eerste paar schotten, een aan elke zijde van de pijpenbundel en zich over de lengte van de pijpenbundel uitstrekkend, waarbij elk schot bevestigd is aan de pijpenbundel en zich naar buiten naar de bij-5 behorende aangrenzende zijwand uitstrektj en een tweede paar schotten, een aan elke zijde van de pijpenbundel en zich over de lengte van de pijpenbundel uitstrekkend, waarbij elk schot bevestigd is aan de pijpenbundel en zich naar buiten naar de bijbehorende aangrenzende zijwand daarvan uitstrekt, waarbij de eerste 10 schotten zich stroomafwaarts van de tweede schotten ten opzichte van de gasstroomrichting in het kanaal bevinden»

Verdere van voordeel zijnde uitvoeringen blijken uit de volgcon-clusies.

, De uitvinding zal hieronder nader beschreven worden aan de hand % 15 van de tekeningen, waarin: figuur 1 een eindaanzicht is van een deel van een stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte, waarbij de plaatsing van de schotten in overeenstemming met de onderhavige uitvinding getoond wordt, figuur 2 eind 2A en zij 2B-aanzichten van het schot toont, 20 figuur 3 een zijaanzicht van een deel van een pijpenblok van een stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte is, waarbij het aanbrengen van schotten aan het pijpenblok getoond wordt, figuur 4 een vergroot eindaanzicht is van een typische pijpenbundel en zijwand van een stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte 25 en toepasbare spelingen toont, en figuur 5 een alternatieve plaatsing is van de uitvinding getoond in figuur 4.

Figuur 1 is een eindaanzicht van een kastdeel 11 van een stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte» Degenen vertrouwd met de kon-30 struktie van stoomgeneratoren voor het terugwinnen van warmte weten dat een stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte typisch een economizer, een verdamper en een oververhitter zal omvatten, welke elk lijken op het kastdeel, maar welke indien samengevoegd een uit meerdere verdiepingen bestaande konstruktie omvatten. Verder is een eindwand van de 35 kast van de stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte verwijderd samen met inwendige thermische isolatie, welke gebruikt wordt om de eindbochten (niet afgebeeld) van de fluïdum dragende pijpen 13 te isoleren. De kast omvat zijwanden 15 welke bestaan uit roestvast staal, bekleding en isolatie. De richting van de gasstroom in de kast is, zo-40 als aangegeven, van beneden naar boven.

4

1 « J

De kast omvat draagbladen 19 voor pijpen welke vertikaal van draagbalken hangen die op afstand van elkaar in axiale richting ten opzichte van de pijpen aangebracht zijn. De draagbladen voor pijpen omvatten elk verscheidene delen welke bevestigd zijn aan bovenste draag-5 platen 23 en onderste draagplaten 25. Daarna worden aangrenzende draagplaten die de bladdelen voor pijpen dragen aan elkaar gelast om een pijpblad te vormen. De gedetailleerde konstruktie van de draagbladen voor pijpen van de stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte is afgeheeld in de Amerikaanse octrooiaanvrage , welke 10 hierdoor in zijn geheel deel uitmaakt van de beschrijving. Om de algemene beschrijving van de kast van een stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte te voltooien, wordt opgemerkt dat de bladen van de stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte in een honingraatkon-struktie gevormd zijn en door draaibare verbindingsorganen 27 middels 15 bovenste platen 23 aan de draagbalk 21 opgehangen zijn. In een typische stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte met een ongeveer 13,8 m brede (in de richting van de pijpas) gasbaan, kunnen draagbladen voor pijpen met tussenruimten van ongeveer 1,2 m geplaatst zijn en voor elk blad een draagbalk omvatten.

20 Zijwandschotten 33 zijn in paren op de pijpenbundel aangebracht zodat zich een paar zijwandschotten bij het stroomafwaartse einde van de kast van de stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte ten opzichte van de richting van de gasstroom bevindt en eveneens bevindt zich een paar schotten bij het stroomopwaartse einde van de kast van de 25 stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte. Indien het warmtewisse-laarontwerp voor een bepaalde toepassing geoptimaliseerd wordt, kan een kosten-baten analyse uitgevoerd worden om te. bepalen of slechts een paar schotten aangebracht bij het stroomopwaartse einde van de pijpenbundel voldoende zal zijn. De schotten worden zo dicht mogelijk bij 30 respectievelijke stroomopwaartse en stroomafwaartse einden van de kast van de stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte geplaatst als fysiek mogelijk gemaakt wordt door de bladkonstruktie voor de pijpen. Zoals in figuur 1 afgebeeld worden de schotten aan het eerste ingesneden deel van het draagblad voor de pijpen zo dicht mogelijk nabij de bijbe-35 horende draagbalken respectievelijk 23, 25 aangebracht. Andere plaatsingen zijn mogelijk voor andere vormen zonder buiten het bereik van de onderhavige uitvinding te geraken. In dit geval is het duidelijk dat de schotten van een bepaald paar niet precies dezelfde verheffing ten opzichte van elkaar en de pijpenbundel behoeven te hebben en dat de 40 plaatsing van het schot bepaald wordt door de geometrie van het draag- -r» ^ ,1 3 Λ, β λ .· -· · ,.t

v ’ - *· < 'V

1 «* * 5 blad voor de pijpen en de kriteria dat het bijbehorende schot zich zo dicht mogelijk bij de stroomopwaartse gasinlaat en de stroomafwaartse gasuitlaat moet bevinden als passend mogelijk is. Voor de honingraat-konstruktie betekent dit bevestiging aan de eerste volledig ingesneden 5 ophangstrop. Bovendien kunnen terwijl de zijwandschotten in de vorm getoond in figuur 4 gericht zijn (naar beneden gericht) deze eveneens in de vorm getoond in figuur 5 gericht worden (naar boven gericht). Deze plaatsing maakt de weerstand tegen stroming langs de zijwand optimaal.

De details van de schotten zijn duidelijker afgebeeld in figuur 2, 10 omvattende aanzichten 2A en 2B. Aanzicht 2A is een zijaanzicht dat het zijwandschot 33 toont, omvattende een grondvlak 33A, .een middendeel 33B en een lip 33C. Het zijwandschot 33 is aan een hoekorgaan 35 bevestigd, dat het zijwandschot draagt om een schotsamenstel te vormen. Het zijwandschot 33 is in schotsegmenten 37 verdeeld, welke elk ongeveer 15-30 15 cm lang zijn. Het hoekdraagorgaan kan in lengte wisselen vanaf ongeveer 60 cm tot ongeveer 2,4 m afhankelijk van de wijze waarop het bevestigd is aan de pijpenbundel. Het schot en het hoekdraagorgaan worden samengehouden door een pen 39 en ring 41 waarna de ring 41 door hechtlassen op zijn plaats bevestigd wordt.

20 Aanzicht 2B toont een typisch schotsamenstel dat tussen twee ho- ningraatstroppen aangebracht kan worden, waarvan er een in figuur 3 afgebeeld is. Zowel het schotsegment als de hoekdrager zijn van sleuven voorzien en worden bijgevolg in staat gesteld verschillend in de warme gasbaan uit te zetten. Het schotsegment is in het midden 43 bevestigd 25 en kan in beide richtingen uitzetten. Bevestiging van het schotsamenstel aan de pijpenbundel voor het in figuur 2B getoonde voorbeeld, vindt op beide einden plaats waar geen pen of ring afgebeeld is. Het schotsamenstel is niet op enig bijzonder punt aan de pijpenbundel bevestigd en wordt daardoor in staat gesteld om vrij binnen de beperkin-30 gen van de sleuven 45 uit te zetten.

Figuur 3 toont de wijze van bevestigen van het schotsamenstel aan de strop die de pijp draagt. De strop die de pijp draagt is een elementair deel van het draagblad voor pijpen waaraan het schotsamenstel bevestigd kan worden zoals duidelijker beschreven in voorgenoemde Ameri-35 kaanse octrooiaanvrage . De vertikale strop 51 is afge beeld als dragende van ribben voorziene buizen 53. Een deel balkmateri-aal 55 strekt zich ongeveer evenwijdig aan de pijpen uit en is aan strop 51 gelast. Aan beide einden van de balk wordt een pen 57 gebruikt voor het bevestigen van een rand van een schotsamenstel aan het balkma-40 teriaal waardoor het schotsamenstel gedragen wordt van pijpenblad naar _ *rr r-* ê · "ï V,1 i f « 6 pijpenblad in de axiale richting van de fluïdum dragende pijpen. Opnieuw wordt een ring 59 gebruikt om het bevestigen van het schotsamen-stel aan het balkmateriaal en strop te voltooien waarna het schotsamen-stel vrij is om uit te zetten vanwege de van sleuven voorziene kon-5 struktie die eerder aangegeven is door verwijzingscijfer 45.

Figuur 4 en 5 tonen andere wijzen van oriëntatie ten opzichte van de gasstroom door de stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte. In figuur 4 strekt het schot zich in de richting van de gasstroom uit in terwijl in figuur 5 het schot zich in een richting tegen de gasstroom 10 uitstrekt. De voordelen van de in figuur 5 getoonde uitvoering zijn dat de gekanaliseerde gasstroom een afsluitkracht op het lijfdeel van het schot verschaft welke deze tegen de zijwand neigt te drijven waardoor de afdichting aangehaald wordt.

In figuur 4 wordt afmeting A gebruikt om de aanbevolen speling 15 tussen de lip van het schot en de zijwand te illustreren. Voor een typische warmtewisselaar met een warme gasbaan van ongeveer 3,3 m moet deze speling onder een maximum van ongeveer 0,975 cm gehandhaafd worden. Voor speling B tussen de inwendige pijp en de hoekdrager wordt een maximum van ongeveer 0,125 cm aanbevolen. Deze aanbevolen toleranties 20 zouden natuurlijk moeilijk te handhaven zijn indien de buigzaamheid welke de onderhavige uitvinding voor de gehele stoomgenerator voor het terugwinnen van warmte verschaft niet aanwezig zou zijn. De onderhavige uitvinding maakt niet slechts de moeilijke taak van het vervaardigen met betrekking tot de voorgenoemde speling mogelijk maar maakt ook een 25 aanzienlijke verstelling van de pijpformatie in de pijpenbundel zelf mogelijk. Dit is omdat de schotten uiteindelijk zelf geen uitgebreid opnieuw in lijn brengen vereisen.

Een ander niet eerder beschreven voordeel van de uitvinding is dat de vermindering van omloopstroming bij de zijwand aërodynamische stimu-30 laties, waarvan bekend is dat deze door stroming opgewekte pijptrilling veroorzaken, vermindert en daardoor de betrouwbaarheid van de pijpenbundel verbetert.

Hoewel hetgeen afgeheeld is als een voorkeursuitvoering van de uitvinding beschouwd wordt, kunnen andere wijzigingen opkomen bij dege-35 nen die bekwaam zijn in de stand der techniek. Beoogd wordt om al dergelijke wijzigingen te beschermen als vallend binnen de geest en het bereik van de uitvinding.

Λ ·- - ,·*» n i i .; i -’· ·}

Claims

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elk 20 schot een schotsamenstel omvat, omvattende een konstruktie-orgaan, en, tenminste een schotsegment bevestigd aan het konstruktie-orgaan, waarbij het schotsegment sleuven bij elk einde heeft en een gat tussen de sleuven heeft waardoor het schotsegment vrij is schuivend uit te 25 zetten bij elk einde maar in een punt tussen de einden aan het konstruktie-orgaan bevestigd is.
3. Warmtewisselaar volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het draagblad voor pijpen een honingraatkonstruktie is, omvattende afzonderlijke draagstroppen, afwisselend nabij en ingesneden ten opzichte 30 van een aangrenzende zijwand waarbij de inrichting verder omvat: een balk bevestigd aan een van insnijding voorziene strop; en, tenminste een schotsamenstel verschuifbaar bevestigd aan de balk.
4. Warmtewisselaar volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat elk schotsegment omvat: 35 een basisdeel bevestigd aan het konstruktie-orgaan; en een middendeel dat zich naar buiten van het basisdeel uitstrekt en In een vrij eind eindigt.
5. Warmtewisselaar volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat elk schot bevestigd is aan een ingesneden stropdeel dat zich het dichtst 40 bij de inlaat en uitlaat voor gas ten opzichte van de pijpenbundel be- ·*" ·' .1 ƒ
2 V - I ' 'i X \ vindt.
6. Warmtewisselaar volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het schotsegment een middendeel heeft dat zich in de stroomopwaartse richting uitstrekt.
7. Warmtewisselaar van het soort omvattende een gasgeleidend ka naal omvattende zijwanden en eindwanden en met een pijpenbundel daarin geplaatst; waarbij de pijpenbundel een veelheid van in hoofdzaak horizontale en evenwijdige fluïdum dragende pijpen omvat; waarbij tenminste een draagblad voor pijpen bij elk tegenover liggende einde van de pij-10 penbundel aangebracht is en de fluïdum dragende pijpen draagt, waarbij het draagblad voor pijpen een hongraatvorm heeft waardoor afwisselende zijoppervlakken van het draagblad ingesneden zijn ten opzichte van de zijwanden van de warmtewisselaar, met het kenmerk, dat de warmtewisselaar verder omvat: 15 tenminste een rij schotten aan elke zijde van de pijpenbundel aan gebracht en zich in dezelfde richting van de pijpenbundel uitstrekkend, waarbij elk schot bevestigd is aan de pijpenbundel bij een ingesneden oppervlak dat zich het dichtst bij het stroomopwaartse einde van de pijpenbundel ten opzichte van de richting van de uitlaatgasstroom be-20 vindt.
8. Warmtewisselaar volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat elk schot een middendeel omvat dat zich naar buiten van de pijpenbundel naar de bijbehorende zijwand daarvan uitstrekt.
9. Warmtewisselaar volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat elk 25 schot schotsegmenten omvat, welke uit kunnen zetten en samen kunnen trekken in overeenstemming met thermische overgangen. ********** O ^ 5 1 ·-