EP0217079B2 - Steam generator fired by a fossil fuel - Google Patents
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- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
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- 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.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.
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.In a steam generator of this type known from EP-A 135 664, the tubes of the funnel also run in a straight line from bottom to top in the funnel walls. This steam generator is relatively simple in its construction and manufacture, especially in the case of large steam generator units, since on the one hand the pipes of the throttle cable can absorb the vertical loads - above all the weight - and on the other hand the connection of the throttle cable to the funnel is very simple. A major disadvantage of this steam generator is, however, that the temperature of the working fluid emerging at the upper end of the pipes of the throttle cable is very different, since the differences in the heat supply in the funnel from the working medium are not compensated for when flowing through the pipes of the gas cable. With the most common design of the steam generator with a rectangular cross-section of the throttle cable and four funnel walls, attempts have already been made to compensate for the differences in the heat supply between the central wall areas on the one hand and the corner areas on the other by throttling the working fluid in the colder pipes in the corner areas. Apart from the great effort involved, throttling leads to pressure or power losses. In particular with steam generators with a rectangular train cross-section, it has been shown that additional disturbances in the heat supply, e.g. due to pollution, can not be compensated for easily; temperature differences of up to 160 ° C can then occur at the upper end of the gas duct pipes.
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.In another steam generator known from DE-A 2 214 697, the funnel tubes and the tubes of the throttle cable are wound helically. This does compensate for unevenness in the heat supply, because the working fluid in the pipes flows through practically all occurring heat areas. The disadvantage, however, is that the design and manufacture are very complex because the helically wound tubes of the throttle cable are often not able to bear the weight load of the throttle cable and the funnel without reinforcement; the effort increases with the size of the steam generator.
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.It is therefore an object of the invention to provide a steam generator of the type mentioned which, with relatively little construction and manufacturing effort, has relatively small temperature differences of the working fluid at the outlet of the gas duct tubes even in the event of disturbances in the normal supply of heat.
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.This object is achieved in that the tubes of the funnel are wound helically and that the funnel tubes have a larger diameter than the pipes of the throttle cable.
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.With the new steam generator, 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. In addition, at partial load, 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.
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.It has been shown that a temperature disturbance at the beginning of a pipe has the greatest effect on the mean specific volume of the working medium and thus on the loss of friction pressure. The fluctuations in the loss of frictional pressure are therefore smaller the higher the disturbance occurs geodetically. Since the disturbances in the funnel are largely neutralized in the steam generator according to the invention, only disturbances occurring above the funnel can influence the friction pressure losses. A further advantage arises from the fact that, due to the temperature uniformity at the inlet of the gas train pipes, throttling of the working medium in the colder pipes is only required to a small extent, so that the pressure and power losses of the steam generator according to the invention remain small. Water normally flows in the area of the funnel, so that the frictional pressure losses are only insignificantly greater than in the steam generator mentioned at the beginning.
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.
- 1 is a schematic development of the throttle cable and the funnel of a steam generator according to the invention with a square cross section,
- 2 shows a vertical section of a preferred connection between the funnel and the throttle pipes in the steam generator according to FIG. 1,
- Fig. 3 is a view in the direction of vein Fig. 2 and
- Fig. 4 is a schematic perspective of the funnel and part of the throttle cable of a steam generator according to the invention with a 24-sided cross section of the gas cable.
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.1, the vertical throttle cable 1 of a steam generator fired with coal dust, the firing of which is not shown, consists of
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.The
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 26.4, the gas flue 1 'has 24
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.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
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.In the steam generator according to FIG. 4, the differences in the heat load in the corner regions compared to those in the middle of the wall are considerably reduced compared to the steam generator according to FIG. 1.
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.1 to 3, 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.
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.If particularly viscous ash is produced when burning fossil fuels, it is possible to provide the
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