EP0098631A1 - Stehender Hochdruckspeisewasservorwärmer in Sammlerbauweise mit einem Enthitzergehäuse - Google Patents
Stehender Hochdruckspeisewasservorwärmer in Sammlerbauweise mit einem Enthitzergehäuse Download PDFInfo
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- EP0098631A1 EP0098631A1 EP83200847A EP83200847A EP0098631A1 EP 0098631 A1 EP0098631 A1 EP 0098631A1 EP 83200847 A EP83200847 A EP 83200847A EP 83200847 A EP83200847 A EP 83200847A EP 0098631 A1 EP0098631 A1 EP 0098631A1
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- F28F9/013—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies
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- F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
- F22D1/00—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters
- F22D1/32—Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters arranged to be heated by steam, e.g. bled from turbines
Definitions
- the present invention relates to a standing high-pressure feed water preheater in collector design with a desuperheater housing according to the preamble of claim 1.
- a desuperheater housing can be provided at a high inlet steam temperature in the area of the feed water outlet collector, in which the inflowing steam emits so much heat that it is completely condensed at the end, i.e. at the feed water inlet collector.
- the desuperheater housing forms a jacket which surrounds the preheater pipe coil in its last section before it flows into the feed water outlet collector in such a way that the steam has to flow longitudinally along the preheater pipes, as a result of which good heat transfer occurs in this section and the steam is cooled to the desired extent .
- the steam emerges transversely to the adjacent strand of the preheater tubes, in order then to condense completely in the remaining area of the preheater tube coil.
- the support of the pipes should be designed in such a way that the flow cross-section in the support area is only moderately restricted, so that the steam speeds in the support area do not become too high, that the pipes are reliably prevented from jamming, but vibration excitation by the flow nevertheless does not occur May that the free expansion of the different components relative to each other is guaranteed in all operating conditions, and that the assembly of the pipe coils with the support elements and the jacket of the desuperheater is simple and does not require welding.
- Fig. 1 shows the upper part of a high-pressure feed water preheater 1, in which the elements essential to the invention are located.
- the condensate of the heating steam collects, which is fed through a steam inlet nozzle 2 in the boiler jacket 3 of the preheater.
- the inlet connection 2 opens directly into the desuperheater housing 4, which leads the downward line 8 of the bundle of coils 7, indicated by the dash-dotted boundary, upwards to the pipes in the area of the feed water outlet collector 5 and with a guide channel 6 for the heating steam adjoining the desuperheater housing surrounds half of the height of this strand.
- the guide channel 6 has an opening 9 directed towards the center of the preheating boiler, which opens into a steam distribution channel 10 which extends over the entire length of the line.
- This distribution channel 10 has a rectangular cross-section and is provided on the two narrow sides of its jacket with steam outlet openings 11, from which the heating steam flows transversely to the longitudinal extension of the coils, flows around them and, after corresponding cooling, becomes condensate, which is in the lower, not shown part of the Preheating boiler accumulates.
- the tube coil bundle here consists of only two strands and the guide channel 13 extends over its entire length to the feed water inlet header 14.
- the two described above differ in that the mutual position of the coils within the guide channel 6 and 13 is determined transversely to the longitudinal axis of the tubes. Outside the guide channel 6 or 13, the tube bundles are suspended or supported in the longitudinal direction in a conventional manner, an unimpeded thermal expansion of the tube bundle in the longitudinal direction being possible.
- the support points within the guide channels for determining the mutual position of the coils transversely to their longitudinal direction are designated by 15 in FIGS. 1 and 2. 3 and 4, such a support point is shown in detail in a longitudinal section, FIG. 3, and in a cross section, FIG. 4.
- FIG. 3 shows a part of the rear wall 16 of the jacket, which forms the guide channel 6 or 13.
- the two lateral boundaries of the channel, part of which is shown on the left, are composed of side wall parts 17, 18, the ends of which have outward flanging flanges 19, 20, and web plates 21, which are on the rear wall 16 and on the conveying flanges 19 , 20 are welded on.
- Support crossbeams 22 made of U-section steel are welded onto the inside of the web plates 21 and serve as stops for limiting the displacements of the upper support bands 24 and the lower support bands 23 as a result of thermal expansions of the pipe coils 25.
- these support beams 22 limit the position of the outermost pipe layers and thereby prevent them from rubbing against the side walls 17, 18.
- the support bands 23, 24, one of which is shown in elevation or plan in FIGS. 5 and 6, have spacer tabs 26 which are obtained by punching and bending the rag outline out of the support band plane.
- the support bands 23 of the lower level and 24 of the upper level are alternately offset by a pipe pitch, so that the free flow cross-section in each level is only limited by half the total cross-section that the support bands 23, 24 offer a support point transverse to the flow direction as a whole.
- the first support band 23 of the lower level of the support point lies between the first and second rows of coils
- the second lower support band is between the third and fourth rows and so on
- the support belts 24 are located between the second and third, fourth and fifth row of coils, etc. are arranged.
- This mounting of the pipes at the support points is form-fitting in all directions transverse to the pipe axes and therefore vibration-proof, but at the same time permits free thermal expansion of the pipes in the longitudinal direction without risk of jamming.
- the support bands 23, 24 adjust themselves during the first start-up due to their displaceability so that later they do not bump and slide back and forth in their bearings due to the thermal expansion of the pipes.
- the support points act with their flanged flanges 19, 20 and the support cross members 22 as stiffeners of the guide channel 6. Instead of two levels of support bands, three or more of them can of course also be provided if the weight of the tube bundle or other circumstances require it. It is also possible to provide only one layer of support belts, whereby, of course, a loss in flow cross section and thus a higher steam speed must be accepted.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen stehenden Hochdruckspeisewasservorwärmer in Sammlerbauweise mit einem Enthitzergehäuse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Bei stehenden Hochdruckspeisewasservorwärmern in Sammlerbauweise, die mit Zwischenentnahmedampf beheizt werden, kann bei hoher Eintrittsdampftemperatur im Bereich des Speisewasseraustrittssammlers ein Enthitzergehäuse vorgesehen werden, in dem der einströmende Dampf so viel Wärme abgibt, dass er am Ende, d.h., am Speisewassereintrittssammler, vollständig kondensiert ist. Das Enthitzergehäuse bildet dabei einen Mantel, der die Vorwärmerrohrschlange in ihrem letzten Abschnitt vor ihrer Einmündung in den Speisewasseraustrittssammler so umgibt, dass der Dampf die Vorwärmerrohre zwangsweise längs beströmen muss, wodurch in diesem Abschnitt ein guter Wärmeübergang auftritt und der Dampf um das gewünschte Mass abgekühlt wird. Am Ende dieses Abschnitts tritt der Dampf quer zum benachbarten Strang der Vorwärmerrohre aus, um dann im restlichen Bereich der Vorwärmerohrschlange vollständig zu kondensieren.
- Problematisch ist bei den bekannten Bauarten solcher stehender Hochdruckspeisewasservorwärmer die Stützung der Vorwärmerrohre, für die heute in der Hauptsache geteilte Stützplatten, gerade Bänder mit und ohne Steg, gewellte Bänder und Kammbleche verwendet werden. Nachteilig ist dabei, dass diese Stützstrukturen an die Rohre angepasst und an den Mantel des Enthitzergehäuses angeschweisst werden müssen. Eine solche Fertigung ist kompliziert und es besteht die Gefahr, dass die Rohre klemmen, wobei grosse Reaktionskräfte infolge von Wärmedehnungen auftreten können. Da eine solche Stützstruktur den Strömungsquerschnitt erheblich einschränkt, treten dort relativ hohe Dampfgeschwindigkeiten auf, was Erosionen verursachen könnte, falls bereits im Enthitzer eine Kondensation stattfindet. Auch sind damit höhere Druckverluste verbunden.
- Mit der vorliegenden, im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierten Erfindung sollen diese Nachteile der bekannten Bauarten vermieden werden. Insbesondere soll die Stützung der Rohre so ausgebildet sein, dass der Strömungsquerschnitt im Stützbereich nur mässig eingeschränkt wird, damit die Dampfgeschwindigkeiten im Stützbereich nicht zu hoch werden, dass ein Klemmen der Rohre mit Sicherheit vermieden wird, wobei aber trotzdem eine Schwingungsanregung durch die Strömung nicht auftreten darf, dass die freie Ausdehnbarkeit der unterschiedlichen Bauteile relativ zueinander bei allen Betriebszuständen gewährleistet ist, und dass ferner der Zusammenbau der Rohrschlangen mit den Stützelementen und dem Mantel des Enthitzers einfach ist und keine Schweissung erfordert.
- Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar:
- Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch den von der Erfindung betroffenen Hauptteil eines Vorwärmers der gegenständlichen Art,
- Fig. 2 schematisch eine Variante eines solchen Vorwärmers im Längsschnitt,
- Fig. 3 ein Detail der Erfindung in einem Vertikalschnitt,
- Fig. 4 den zu Fig. 3 gehörigen Grundriss, und die
- Fig. 5 und 6 ein Stützelement, das einen Teil der Erfindung bildet, im Aufriss bzw. Grundriss.
- Die Fig. 1 zeigt den oberen Teil eines Hochdruckspeisewasservorwärmers 1, in dem sich die erfindungswesentlichen Elemente befinden. Im nicht dargestellten Teil des Vorwärmers unterhalb der strichpunktierten horizontalen Linie sammelt sich das Kondensat des Heizdampfes, der durch einen Dampfeinlassstutzen 2 im Kesselmantel 3 des Vorwärmers zugeführt wird. Der Einlassstutzen 2 mündet direkt in das Enthitzergehäuse 4, das die Rohre im Bereich des Speisewasseraustrittssammlers 5 und mit einem nach oben an das Enthitzergehäuse anschliessenden Führungskanal 6 für den Heizdampf den durch die strichpunktierte Begrenzung angedeuteten, nach unten führenden Strang 8 des Rohrschlangenbündels 7 nach oben bis über die halbe Höhe dieses Stranges dichtend umgibt. In etwa halter Höhe dieses Stranges weist der Führungskanal 6 eine gegen die Mitte des Vorwärmerkessels gerichtete Oeffnung 9 auf, die in einen sich über die ganze Länge des Stranges erstreckenden Dampfverteilerkanal 10 mündet. Dieser Verteilerkanal 10 weist rechteckigen Querschnitt auf und ist an den zwei Schmalseiten seines Mantels mit Dampfaustrittsöffnungen 11 versehen, aus denen der Heizdampf quer zur Längserstreckung der Rohrschlangen ausströmt, diese umströmt und nach entsprechender Abkühlung zu Kondensat wird, das sich im unteren, nicht dargestellten Teil des Vorwärmerkessels ansammelt.
- Die Fig. 2 zeigt eine Variante eines solchen stehenden Hochdruckspeisewasservorwärmers, zur Gänze inklusive des Kondensatsammlers 12 dargestellt. Zum Unterschied von der Ausführung nach Fig. 1 besteht hier das Rohrschlangenbündel nur aus zwei Strängen und der Führungskanal 13 erstreckt sich über deren ganze Länge bis zum Speisewassereintrittssammler 14.
- Gegenüber den bekannten Vorwärmern unterscheiden sich die zwei vorstehend beschriebenen durch Festlegung der gegenseitigen Lage der Rohrschlangen innerhalb des Führungskanals 6 bzw. 13 quer zur Längsachse der Rohre. Ausserhalb des Führungskanals 6 bzw. 13 sind die Rohrbündel in konventioneller Weise in Längsrichtung aufgehängt oder gestützt, wobei eine unbehinderte thermische Ausdehnung des Rohrbündels in Längsrichtung möglich ist.
- Die Stützstellen innerhalb der Führungskanäle für die Festlegung der gegenseitigen Lage der Rohrschlangen quer zu ihrer Längsrichtung sind in den Fig. 1 und 2 mit 15 bezeichnet. In den Fig. 3 und 4 ist eine solche Stützstelle ausschnittsweise in einem Längsschnitt, Fig. 3, und in einem Querschnitt, Fig. 4, dargestellt.
- Die Fig. 3 zeigt einen Teil der Rückwand 16 des Mantels, der den Führungskanal 6 oder 13 bildet. Die beiden seitlichen Begrenzungen des Kanals, von denen ein Teil der linken dargestellt ist, setzen sich zusammen aus Seitenwandteilen 17, 18, deren Enden nach aussen gerichtete Bördelflanschen 19, 20 aufweisen, und Stegblechen 21, die an der Rückwand 16 und an den Börderflanschen 19, 20 angeschweisst sind. An der Innenseite der Stegbleche 21 sind Stütztraversen 22 aus U-Profilstahl angeschweisst, die als Anschläge für die Begrenzung der Verschiebungen der oberen Stützbänder 24 und der unteren Stützbänder 23 als Folge thermischer Ausdehnungen der Rohrschlangen 25 dienen.
- Ausserdem begrenzen diese Stütztraversen 22 die Position der äussersten Rohrlagen und verhindern dadurch, dass sie an den Seitenwänden 17, 18 scheuern.
- Die Stützbänder 23, 24, von denen eines in den Fig. 5 und 6 im Aufriss bzw. Grundriss dargestellt ist, weisen Distanzlappen 26 auf, die durch Stanzen und Herausbiegen des Lappenumrisses aus der Stützbandebene erhalten werden.
- Um den freien Strömungsquerschnitt für den Heizdampf möglichst wenig einzuschränken, sind die Stützbänder 23 der unteren Ebene und 24 der oberen Ebene abwechselnd um eine Rohrteilung gegeneinander versetzt, so dass der freie Strömungsquerschnitt in jeder Ebene nur um die Hälfte des Gesamtquerschnittes eingeschränkt wird, den die Stützbänder 23, 24 einer Stützstelle quer zur Strömungsrichtung insgesamt bieten. Wenn also beispielsweise das erste Stützband 23 der unteren Ebene der Stützstelle zwischen der ersten und zweiten Reihe der Rohrschlangen liegt, dann befindet sich das zweite untere Stützband zwischen der dritten und vierten Reihe und so fort, wogegen in der oberen Ebene die Stützbänder 24 zwischen der zweiten und dritten, der vierten und fünften Rohrschlangenreihe usw. angeordnet sind.
- Da keinerlei Schweissungen beim Zusammenbau der Rohrbündel erforderlich sind, gestaltet er sich äusserst einfach. In das Enthitzergehäuse wird bei noch nicht aufgesetzter Vorderwand, die mit der Rückwand kongruent ist, eine Lage von Rohrschlangen eingelegt und ein Stützband, beispielsweise das untere, 23, eingesetzt. Darauf folgt die zweite Lage Rohrschlangen und ein oberes Stützband 24, sodann die dritte Lage mit einem unteren Deckband und so fort bis zur obersten Lage, worauf nicht dargestellte die Vorderwand mit den Seitenwandteilen 18, 19 und den Stegblechen 21 und natürlich mit den seitlichen Begrenzungswänden des unteren kastenförmigen Teiles des Enthitzergehäuses, der den Sammler 5 umgibt, dichtverschweisst wird. Zeitraubende Anpass- und Schweissarbeiten,wie sie bei den bekannten Vorwärmerbauarten üblich sind, entfallen bei der vorliegenden Bauart völlig.
- Diese Halterung der Rohre an den Stützstellen ist quer zu den Rohrachsen nach allen Richtungen formschlüssig und daher schwingungssicher, gestattet aber gleichzeitig in Längsrichtung freie thermische Ausdehnung der Rohre ohne Gefahr des Klemmens. Die Stützbänder 23, 24 stellen sich bei der ersten Inbetriebnahme infolge ihrer Verschieblichkeit von selbst so ein, dass sie später infolge der Wärmeausdehnung der Rohre nicht ständig in ihrer Lagerung anstossen und hin- und hergeschoben werden. Die Stützstellen wirken mit ihren Bördelflanschen 19, 20 und den Stütztraversen 22 als Versteifungen des Führungskanals 6. Anstatt zweier Ebenen von Stützbändern können natürlich auch deren drei und mehr vorgesehen werden, wenn es das Gewicht des Rohrbündels oder sonstige Umstände erfordern. Es ist auch möglich, nur eine Lage von Stützbändern vorzusehen, wobei natürlich eine Einbusse an Strömungsquerschnitt und damit eine höhere Dampfgeschwindigkeit hingenommen werden muss.
Claims (2)
- L. Stehender Hochdruckspeisewasservorwärmer in Sammlerbauweise mit einem Enthitzergehäuse, das den Speisewasseraustrittssammler kastenförmig und zumindest einen Teil des daran anschliessenden Vorwärmerrohrbündels in Form eines Führungskanals dampfdicht umschliesst, wobei im genannten Führungskanal Stützstellen für die Fixierung der Lage des Vorwärmerrohrbündels quer zu seiner Längserstreckung vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschlangen (25) des Vorwärmerrohrbündels im Bereich der Stützstellen (15) quer zu ihrer Längsachse durch Stützbänder (23, 24) formschlüssig fixiert sind, dass der Führungskanal (6; 13) im Bereich der Stützstellen an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden, vom Inneren des Führungskanals aus gesehen, nach aussen ragende Erweiterungen aufweist, die Anschlagflächen für die Begrenzung der Lage der Stützbänder (23, 24) in axialer Richtung der Vorwärmerrohrbündel bilden, und dass die Stützbänder (23, 24) Distanzlappen (26) aufweisen.
- 2. Stehender Hochdruckspeisewasservorwärmer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung der Stützstellen (15) von Bördelflanschen (19, 20) an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden des Führungskanals (6; 13) sowie von je einem Stegblech (21) zwischen den Bördelflanschen (19, 20) gebildet wird, dass an der Innenseite der Stegbleche (21) je eine Stütztraverse (22) befestigt ist, dass oberhalb und unterhalb der Stütztraverse (22) je eine Lage von Stützbändern (23 bzw. 24) vorhanden ist, wobei die Stützbänder der einen Lage gegenüber den Stützbändern der anderen Lage jeweils um eine Rohrteilung gegeneinander versetzt sind, dass die Distanzlappen (26) der Stützbänder (23, 24) rechtwinklig aus der Ebene der Stützbänder herausragende Teile der Stützbänder selbst sind, und dass die Länge der Distanzlappen mindestens gleich dem halben Rohrdurchmesser und kleiner als der Rohrdurchmesser ist.
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