Dampferzeuger mit einer Feuerung für fossile Brennstoffe

Abstract

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

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] Bei einem bekannten Dampferzeuger dieser Art verlaufen auch die Rohre des Trichters parallel zu vertikalen Ebenen. Dieser Dampferzeuger ist relativ einfach in seiner Konstruktion und Herstellung, insbesondere bei grossen Dampferzeugereinheiten, da einerseits die Rohre des Gaszuges ohne zusätzliche Verstärkung die vertikalen Belastungen - vor allem das Gewicht - aufnehmen konnen und andererseits die Verbindung des Gaszuges mit dem Trichter sehr einfach ist. Ein wesentlicher Nachteil dieses Dampferzeugers besteht jedoch darin, dass die Temperatur des am oberen Ende der Rohre des Gaszuges aus­tretenden Arbeitsmittels sehr unterschiedlich ist, da die Unterschiede in der Wärmezufuhr im Trichter vom Arbeitsmittel während des Durchströmens der Rohre nicht ausgeglichen werden. Bei der am häufig­sten üblichen Bauform der Dampferzeuger mit rechteckigem Querschnitt des Gaszuges und vier Trichterwänden hat man schon versucht, die Unterschiede in der Wärmezufuhr zwischen den mittleren Wandbereichen einerseits und den Eckbereichen andererseits durch Drosseln des Arbeits­mittels in den kälteren Rohren der Eckbereiche auszu­gleichen. Abgesehen von dem damit verbundenen grossen Aufwand führt jedoch das Drosseln zu Druck- bzw. Lei­stungsverlusten. Insbesondere bei Dampferzeugern mit rechteckigem Zugquerschnitt hat sich gezeigt, dass zu­sätzliche Störungen in der Wärmezufuhr, z.B. infolge Verschmutzung, nicht ohne weiteres kompensiert werden können; es können dann Temperaturdifferenzen bis zu l60°C am oberen Ende der Rohre des Gaszuges auftreten.

[0003] Bei einem anderen bekannten Dampferzeuger sind die Trichterrohre und die Rohre des Gaszuges schrauben­linienförmig gewickelt. Hierdurch werden zwar Ungleich­mässigkeiten in der Wärmezufuhr kompensiert, weil das Arbeitsmittel in den Rohren praktisch alle vorkommenden Wärmebereiche durchströmt. Nachteilig ist aber, dass die Konstruktion und Herstellung sehr aufwendig sind, weil die schraubenlinienförmig gewickelten Rohre des Gaszuges oft nicht in der Lage sind, ohne Verstärkung die Gewichtsbelastung des Gaszuges und des Trichters zu tragen; dabei steigt der Aufwand mit zunehmender Grösse des Dampferzeugers.

[0004] 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.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Rohre des Trichters schraubenlinienförmig gewickelt sind. Beim neuen Dampferzeuger behält der vertikal be­rohrte Gaszug sämtliche konstruktiven und herstellungs­mässigen Vorteile des vollständig vertikal berohrten Dampferzeugers, während der schraubenlinienförmig be­rohrte Trichter - ohne Inkaufnahme eines grossen kon­struktiven Aufwandes - bewirkt, dass die Eintritts­temperatur des Arbeitsmittels in die Rohre des Gaszuges über dessen Umfang vergleichmässigt wird. Im Trichter variiert die Wärmezufuhr besonders stark infolge Ver­schlackung. Ausserdem ist bei Teillast die Wärmever­teilung im Trichter zusätzlich von der jeweiligen An­ordnung der Feuerung abhängig, so dass die resultierende Temperaturverteilung nur begrenzt kontrollierbar ist. Der Trichter hat also eine verhältnismässig grosse Be­deutung in bezug auf Störungen der Wärmezufuhr.

[0006] Bekanntlich wirkt sich eine Temperaturstörung am Anfang eines Rohres am stärksten auf das mittlere spezifische Volumen des Arbeitsmittels und damit auf den Reibungs­druckverlust aus. Die Schwankungen des Reibungsdruck­verlustes sind deshalb um so geringer, je geodätisch höher eine Störung auftritt. Da beim erfindungsgemässen Dampferzeuger die Störungen im Trichter weitgehend neutralisiert werden, können nur noch oberhalb des Trichters auftretende Störungen die Reibungsdruckver­ luste beeinflussen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass wegen der Temperaturvergleichmässigung am Eintritt der Rohre des Gaszuges ein Drosseln des Arbeits­mittels in den kälteren Rohren nur noch in geringem Umfang erforderlich ist, womit auch die Druck- und Leistungsverluste des erfindungsgemässen Dampferzeugers klein bleiben. Im Bereich des Trichters strömt normalerweise Wasser, so dass die Reibungsdruckverluste nur unwesentlich grösser als beim entsprechenden vertikal berohrten Trichter sind.

[0007] Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung genauer er­läutert. Es zeigen:

Fig. l eine schematische Abwicklung des Gaszuges und des Trichters eines erfindungsgemässen Dampferzeugers mit einem quadratischen Querschnitt,

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt einer bevorzugten Verbindung zwischen den Trichter- und den Gaszugrohren beim Dampferzeuger nach Fig. l,

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung A der Fig. 2 und

Fig. 4 eine schematische Perspektive des Trichters und eines Teils des Gaszuges eines erfin­dungsgemässen Dampferzeugers mit einem 24-eckigen Querschnitt des Gaszuges.

[0008] Gemäss Fig. l besteht der vertikale Gaszug l eines mit Kohlenstaub befeuerten Dampferzeugers, dessen Feuerung nicht gezeigt ist, aus über Stege ll miteinander gas­ dicht verschweissten, vertikalen Wandrohren l0, die vier gleiche Wände l2, l3, l4 und l5 bilden. Der Trichter 2 ist am unteren Ende des Gaszuges l mit diesem dicht ver­bunden und besteht ebenfalls aus über Stege 2l mitein­ander gasdicht verschweissten Rohren 20. Die Trichter­rohre 20 sind schraubenlinienförmig gewickelt und kommunizieren arbeitsmittelseitig mit den Wandrohren l0. Wasser (Pfeile l6) wird in die Trichterrohre 20 unten eingespeist und durchströmt diese und dann die Wandrohre 10 aufwärts bis zu deren Austritten. Dabei verdampft es unter Wärmeaufnahme aus der Verbrennung des Kohlenstau­bes. Jedes Trichterrohr 20 erstreckt sich bis zu einer horizontalen, in Fig. l strichpunktiert angedeuteten Ebene l7, die das untere Ende des Gaszuges l vom Trich­ter trennt. Es mündet mit seinem oberen Ende in ein Gabelungselement 3, von dem drei Wandrohre l0 abzweigen (Fig. 2 und 3).
Der Trichter 2 weist abwechselnd zwei trapezförmige Trichterwände l8a und l8b sowie zwei rechteckige Trichter wände l9a und l9b auf, wobei die trapezförmigen Trichter­wände l8a und l8b parallel zueinander verlaufen und mit den Wänden l2 und l4 des Gaszuges l fluchten, wogegen die rechteckigen Trichterwände l9a und l9b jeweils zu den beiden schrägen Kanten der trapezförmigen Trichter­wände l8a bzw. l8b parallel angeordnet sind.

[0009] Die Trichterrohre 20 weisen einen grösseren Durchmesser als die Wandrohre l0 auf, wodurch die Trichterwände l8a bis l9b zum Aufnehmen von relativ grossen Aschegewichten geeignet sind. Im Bereich der Gabelungselemente 3 (Fig.2) schliessen die Trichterrohre 20 mit den Wandrohren l0 einen Winkel α zwischen l00° und l30° ein, der so gross wie möglich gewählt wird, wodurch die Länge eines jeden Trichterrohres möglichst lang wird, was wiederum eine gute Verteilung der Wärmeaufnahme für jedes Trichterrohr 20 begünstigt. Der Winkel ist jedoch von dem thermodynamisch und festig­keitsmässig bestimmten Rohrdurchmesser und der Stegbreite nach unten begrenzt.

[0010] Beim Dampferzeuger gemäss Fig. 4 weist der Gaszug l' 24 vertikale Wände 22 auf, die von vertikalen Rohren l0' und dazwischen geschweissten Stegen ll' gebildet werden. Der Trichter 2' hat unten eine horizontale, eine lang­rechteckige Form aufweisende Austrittsöffnung 23. Die beiden kurzen Seiten der Oeffnung 23 werden von zwei vertikalen, ebenen Trichterwänden 24 begrenzt, die an ihren oberen Enden in je eine schräge, ebene Trichter­wand 25 übergehen. Die beiden langen Seiten der Oeffnung 23 werden von zwei schrägen Trichterwänden 26 begrenzt. Der Trichter 2' besteht aus über Stege 2l' gasdicht miteinander verschweissten, schraubenlinienförmig ge­wickelten Trichterrohren 20', wobei die Wandrohre l0' und die Trichterrohre 20' miteinander kommunizieren und von unten nach oben von Wasser bzw. Dampf durch­strömt sind. Die den Gaszug l' vom Trichter 2' trennende Ebene l7 liegt beim Dampferzeuger nach Fig. 4 an der höchsten Stelle der Trichterwände 26.

[0011] Eine herstellungsmässige Vereinfachung des Dampfer­zeugers nach Fig. 4 kann dadurch erreicht werden, dass im unteren Bereich des Gaszuges l' z.B. je drei aufein­anderfolgende vertikale Wände 22 mittels einer schrägen, ebenen Zwischenwand (gleich der schrägen ebenen Trich­terwand 25) in eine neue, breitere vertikale Wand über­geleitet werden, wodurch die Anzahl Ecken im schrauben­förmig berohrten vertikalen Teil des Dampferzeugers von 24 auf 8 verringert wird.

[0012] Beim Dampferzeuger nach der Fig. 4 sind die Unterschiede der Wärmebelastung in den Eckbereichen zu denjenigen in den Wandmitten gegenüber dem Dampferzeuger nach Fig. l erheblich vermindert.

[0013] Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig. l bis 3 kann eine von drei verschiedene Anzahl Wandrohre von einem Trichterrohr abzweigen, z.B. eins oder fünf, und es können auch mehrere Trichterrohre in ein Wandrohr münden. Es ist auch möglich, anstelle der Gabelungs­elemente 3 Kollektoren zu verwenden, in die sowohl die Wandrohre als auch die Trichterrohre münden und die als Mischkollektoren ausgelegt sind.

[0014] Falls beim Verbrennen fossiler Brennstoffe besonders zähe Asche anfällt, ist es möglich, die Stege 2l oder 2l' - abweichend von Fig. 3 - tangential an den Trichter­rohren 20 bzw. 20' vorzusehen, und zwar an der Trichter­innenseite, so dass eine besonders glatte Rutschfläche für die Asche entsteht. Die den Gaszug vom Trichter trennende Ebene l7 kann auch - statt rechtwinklig - schräg zur Achse des Gaszuges verlaufen.

Ansprüche

1. Dampferzeuger mit einer Feuerung für fossile Brenn­stoffe, der einen aus miteinander gasdicht verschweiss­ten Rohren gebildeten vertikalen Gaszug aufweist, an dessem unteren Ende ein aus ebenfalls miteinander gasdicht verschweissten Rohren gebildeter Trichter angeordnet ist, wobei die Rohre des Gaszuges und die Rohre des Trichters miteinander kommunizieren und vom Arbeitsmittel von unten nach oben durchströmt sind und wobei die Rohre des Gaszuges im wesentlichen vertikal verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre des Trichters schraubenlinienförmig gewickelt sind.

2. Dampferzeuger nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Trichterrohre einen grösseren Durchmesser als die Rohre des Gaszuges aufweisen und dass minde­stens zwei Wandrohre von jedem Trichterrohr abzweigen.

3. Dampferzeuger nach Anspruch l oder 2, dadurch ge­kennzeichnet, dass die Trichterrohre mit den Rohren des Gaszuges einen Winkel α zwischen l00° und l30° einschliessen.

4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche l bis 3, wobei der Gaszug einen mindestens fünfeckigen Querschnitt aufweist und die horizontale Austrittsöffnung des Trichters an seinem unteren Ende eine lang-rechteckige Form hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter zwei schräge, die beiden langen Seiten der Austritts­öffnung des Trichters begrenzende Trichterwände und zwei vertikale, ebene, die kurzen Seiten der Aus­trittsöffnung begrenzende Trichterwände aufweist, die an ihren oberen Rändern in je eine schräge, ebene Trichterwand übergehen.

Zeichnung