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Wassergekühlte Aufhängung von Dampferzeugern Die Erfindung betrifft
eine aus speisewasserdurchflossenen, lotrecht von der Kesseldecke herabhängenden
Tragrohren bestehende Aufhängung für Zwangdurchlaufkessel und dient dazu, die Kessel
so aufzuhängen, daß die rings um den ganzen Kessel durchlaufenden Umfassungswände
an allen Stellen von praktisch den gleichen Dehnungen unterworfenen Tragelementen
getragen werden.
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Bei neuzeitlichen Kesselanlagen werden im allgemeinen die Heizflächen
und häufig auch Teile der Umfasungswände einschließlich der Isolierung und einer
äußeren Blechhaut - zumeist unter Wegfall massiven Mauerwerks - von den am Kesselumfang
verlegten, beheizten Rohren des Verdampfersystems bzw. von den Fallrohren getragen.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, besondere lotrechte Traganker
mittels unmittelbar benachbarter Kesselrohre zweckentsprechend zu temperieren. Dabei
wird schon seit langem der gesamte Kessel, mindestens aber der gesamte Feuerraum,
entweder an den verstärkten Dachbindern des Gebäudes, an einem selbständigen Gerüst
oder auch an entsprechend hohen »Schwerbauteilen« aufgehängt und dehnt sich entsprechend
der Temperatur der druckführenden Teile und der Wandkonstruktion nach unten.
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Es ist nun von wesentlicher Bedeutung, daß weder einander behindernde
Relativbewegungen zwischen den verschiedenen Rohrteilen und den Wandungselementen
noch zwischen den verschiedenen - verschieden temperierte Kesselzüge begrenzenden
-Teilen der gesamten Kesselumfassungswand auftreten, da nur so die für den wirtschaftlichen
Kesselbetrieb unabdingbar notwendige Dichtheit der Kesselzüge, insbesondere auch
bei mit Überdruckfeuerung betriebenen Kesseln, gewährleistet ist.
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Bei Naturumlaufkesseln werden die Wandlasten meist von den Siede-
bzw. Fallrohren des Kessels getragen. Auch im Gebiet der nachgeschalteten Heizflächen
sind diese Heizflächen und die inneren Zug-Trennwände häufig an Siederohren und
gelegentlich auch an speisewasserdurchflossenen Tragrohren aufgehängt, um eine gleichmäßige
Ausdehnung in allen Höhenabschnitten des Kessels zu gewährleisten. Auch sind gelegentlich
besondere Kühl- und Halterungselemente für Kesseldecken u. dgl. mit Hilfe von Speisewasser
gekühlt worden.
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Bei Zwangdurchlaufkesseln ist demgegenüber der Temperaturverlauf selbst
innerhalb des »Verdampferteiles« keineswegs gleichmäßig. Dies gilt insbesondere
bei instationären Betriebszuständen, d. h. also bei Lastwechseln, beim An- und Abfahren
des Kessels usf. Es lassen sich zwar Anlageteile des Kessels finden, bei denen die
Temperaturen des Arbeitsmittels auf annähernd gleicher Höhe liegen, wobei unter
Umständen die noch bestehenden Unterschiede für stationären Betrieb - beispielsweise
durch verschieden hohe Angriffspunkte der Aufhängung - kompensiert werden können.
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Bei einer solchen Aufhängung ist jedoch der Konstrukteur nicht mehr
in der Lage, die verschiedenen Heizflächenteile des Kessels nach den eigentlich
maßgebenden wärme- und strömungstechnischen Gesichtspunkten im Feuergasstrom anzuordnen.
Darüber hinaus sind bei Zwangdurchlaufkesseln mit kritischem bzw. überkritischem
Druck die Arbeitsmittelmengen in den verschiedenen Heizflächen auch von jeweils
verschiedener Temperatur, und es gibt praktisch keinen - auch nur wenig Wärme aufnehmenden
- Teil der Anlage, der über größere Rohrlängen hinweg eine annähernd konstante Temperatur
aufweist.
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Um alle diese Schwierigkeiten zu umgehen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
sämtliche Umfassungswände des Kessels ausnahmslos an wenig oder gar nicht beheizten,
gleichmäßig rings um die Kesselumfassungswände verteilten Tragrohren aufzuhängen,
welche zwischen den innenliegenden, stark beheizten Wandkühlrohren einerseits und
der außenliegenden, gegebenenfalls von einem Blechmantel umgebenen Hauptisolierschicht
andererseits derart angeordnet sind, daß die beiderseitigen Lasten - voneinander
unabhängig - mittels getrennter Befestigungseisen von den Tragrohren herabhängen.
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Das zur Kühlung der Tragrohre bestimmte Speisewasser hat den rauchgasbeheizten
Speisewasservorwärmer
dabei zweckmäßig entweder überhaupt nicht
oder nur zu einem kleinen Teil durchströmt, damit die Temperatur des Speisewassers
nur in geringen Grenzen schwankt.
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Wenn das Speisewasser auf seinem Wege durch die Tragrohre trotz deren
Anordnung hinter den eigentlichen Wandkühlrohren doch noch um einige Temperaturgrade
aufgewärmt wird, so ist im Interesse der angestrebten höchstzulässigen Kesselabgastemperatur
am Kesselende allerdings eine geringe Vergrößerung der Nachschaltheizflächen (d.
h. also entweder des Speisewasservorwärmers oder des Luftvorwärmers) nicht völlig
zu vermeiden. Dieser geringfügige Nachteil ist aber uninteressant gegenüber den
erfindungsgemäß erzielbaren Vorteilen; abgesehen von den für die Kesselkonstruktion
gegebenen größeren Freiheiten, insbesondere z. B. für die Aufhängung der Kohlenstaubbrenner
und der sonstigen - insbesondere mit an sich unelastischen Luftkanälen verbundenen
-Feuerungseinrichtungen, zumal für diese die lotrechte Gesamtverschiebung überhaupt
in wesentlich engeren Grenzen bleibt als bisher.
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Die Tragrohre können einen verhältnismäßig engen, lichten Querschnitt
und eine den Belastungen entsprechende Wandstärke haben. Dadurch ergibt sich gleichzeitig
die Möglichkeit, selbst eine sehr große Zahl von Tragrohren wasserseitig durchweg
parallel zu schalten, so daß zumindest ihre Eintrittstemperatur überall gleich ist.
Selbst bei zeitlichen Schwankungen der Wasser-Eintrittstemperatur, wie sie sich
etwa beim kalten Anfahren des Kessels, beim Ausfall der Hochdruck-Regenerativvorwärmer,
bei Gleitdruckbetrieb oder aus anderen Ursachen ergeben, sind die Temperaturen doch
in allen Tragrohren gleich.
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Bei größeren Speisewassermengen können andererseits den Tragrohren
natürlich auch Umgehungsrohre von großem Querschnitt parallel geschaltet sein, in
die gegebenenfalls einstellbare Drosselorgane eingeschaltet sind. Wegen der geringen
Wärmeaufnahme der Tragrohre sind die Temperaturunterschiede bei Eintritt in die
diesen Rohren nachgeschalteten Heizflächen zu vernachlässigen und überdies natürlich
durch einen Mischsammler auszugleichen.
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An diese Tragrohre können ebensogut liegende Rohrschlangen in Form
von Mäanderbändern oder auch lotrechte, gerade Rohrstränge angehängt werden.
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Liegende Rohrschlangen können bekanntlich Wärmedehnungsdifferenzen
zwischen sich und den Tragrohren infolge ihrer Eigenelastizität ohne weiteres aufnehmen,
während lotrechte gerade Rohrstränge vorteilhaft an einem Ende befestigt und am
anderen nur gerade geführt werden. In einigen Sonderfällen, insbesondere bei kleinen
Kesseln mit geringen Speisewassermengen und einer großen Zahl von Tragrohren, kann
es vorteilhaft sein, die parallelgeschalteten Tragrohre in mehrere Gruppen von Rohren
aufzuteilen und diese Gruppen zueinander parallel oder/und in Reihe zu schalten.
Solche Sonderfälle sind denkbar, wenn die Tragrohre aus bestimmten Gründen stärkerer
Beheizung örtlich verschiedener Intensität ausgesetzt werden müssen.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist an Hand von
drei Figuren schematisch dargestellt.
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F i g. 1 ist ein lotrechter Längsschnitt durch einen Kessel mit Feuerraum
und anschließendem Fallzug; F i g. 2 gibt im Horizontalschnitt eine Möglichkeit
der Wandausführung bei waagerecht liegenden Wandkühlrohren wieder; F i g. 3 zeigt
das gleiche wie F i g. 2, jedoch bei lotrecht stehenden (bzw. hängenden) Wandkühlrohren.
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Der mit Zwangdurchlauf betriebene Dampfkessel besteht aus einem üblichen
Feuerraum 1 und einem anschließenden Fallzug 2. Die Wände des unteren Feuerraumteils
sind mit liegenden Bändern von mäanderförmigen Rohrschlangen 3, die des oberen Feuerraumteils
dagegen mit lotrechten geraden Rohren 4 ausgekleidet, wobei diese Wandkühlrohre
3, 4
in üblicher Art gruppenweise zu sogenannten Wandkühlelementen zusammengefaßt
sein können, welche ihrerseits beliebig zueinander geschaltet sind.
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Die beispielsweise mit einem Horizontalabstand von etwa 0,2 m angeordneten
Tragrohre 5 erstrecken sich über etwa die gesamte Höhe des Dampferzeugers, gehen
unten von Verteilerkammern 6 aus und sind oben in Sammelkammern 7 zusammengefaßt.
Sie sind oberhalb der Kanaldecke mittels Zugankern ß und anderen nicht gezeichneten
Hilfsmitteln (beispielsweise mit Hilfe von Ausgleichs-Querträgern) bei a-a etwa
an einem entsprechend verstärkten Dachbinder aufgehängt und tragen in erster Linie
die Umfassungswände, gegebenenfalls aber auch andere Teile des Kessels mittelbar
oder unmittelbar. Zu den letztgenannten Kesselteilen gehören beispielsweise auch
die im Fallzug eingezeichneten Heizflächen 9.
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Einzelheiten der Tragrohranordnung in den Kesselumfassungswänden bestehen
gemäß F i g. 2 und 3 darin, daß beispielsweise die Isolierschicht 10
- gleichgültig
welcher Ausführung - und eine äußere Blechhaut 11 auf der einen Seite, die Rohre
3 bzw. 4 der Kühlwand aber auf der anderen Seite der Tragrohre 5 angeordnet
sind. Darüber hinaus ist noch eine zusätzliche innere Blechwand 12 eingezeichnet.
Die abgekanteten Längsseiten 13 der diese Blechwand bildenden, lotrecht stehenden
bzw. hängenden Blechstreifen sind an den äußeren Enden tunlichst gasdicht mit den
Tragrohren 5 verbunden, beispielsweise verschweißt. Diese Abkantungen 13 ermöglichen
eine elastische Dehnbarkeit der inneren Blechwand in horizontaler Richtung, ähnlich
wie die Sikken 14 der Blechaußenhaut 11, die jedoch - wie auch die Hilfsmittel zur
Dehnbarkeit in Lotrichtung - nicht zum Erfindungsgegenstand im einzelnen gehören.
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Ebenfalls nicht besonders aufgeführt sind die Vorkehrungen zum Ausgleich
etwaiger Relativ-Wärmedehnungen in horizontaler Richtung, wie sie beispielsweise
dadurch auftreten könnten, daß die Tragrohre 5 ähnlich F i g. 1 sowohl am unteren
Ende mit den verhältnismäßig kühlen Sammlern 6 als auch kurz darüber mit den horizontal
liegenden Schlangen der Rohre 3 - in gewissen Abständen - fest verbunden sind. Hierzu
könnten in an sich bekannter Weise z. B. Rohrdehnungsbögen in den Tragrohren 5 verwendet
werden.