WO1993018340A1 - Anordnung eines dampferzeugers in einer tragkonstruktion - Google Patents

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Georg Lösel
Werner Kraupa
Reiner Engelhardt
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/24—Supporting, suspending, or setting arrangements, e.g. heat shielding
    • F22B37/244—Supporting, suspending, or setting arrangements, e.g. heat shielding for water-tube steam generators suspended from the top
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S248/00—Supports
    • Y10S248/91—Weighted base

Definitions

  • the invention relates to an arrangement of a steam generator, in particular a smoldering plant, with a flue gas duct having a plurality of sections in a supporting structure, a first vertically extending section having an at least approximately horizontally running second section with a likewise vertical one trending third section is connected.
  • the hot flue gases generated in a combustion chamber flow through a flue gas duct which essentially comprises three sections.
  • the walls of the flue gas duct have heating surfaces in the form of tubes or tube bundles, which are integrated in a water-steam cycle.
  • the combustion chamber represents a first vertical section of the flue gas channel.
  • the combustion chamber is connected via a horizontally running second section of the flue gas channel to a third section, which also runs vertically and opens into a waste heat boiler for steam generation.
  • the water flowing in the heating surfaces serves to cool the combustion chamber and the waste heat boiler and is at least partially evaporated by indirect heat exchange with the hot flue gas.
  • the fuel for the combustion chamber is e.g. Smoldering gas from a smoldering plant is used.
  • a smoldering plant is e.g. known from EP-PS 0 302 310.
  • the sections of the flue gas duct ie the heating surfaces of the combustion chamber and the waste heat boiler, are structurally separated from one another.
  • the combustion chamber is cooled in the so-called forced circulation, while the waste heat boiler is cooled in the natural circulation. Thermal expansion has so far been avoided in that the heating surfaces of the combustion chamber and those of the waste heat boiler are structurally separate from one another.
  • the combustion chamber is cooled in a so-called forced circulation, while the waste heat boiler is cooled in a natural circulation.
  • the object of the invention is to design the flue gas duct of the combustion chamber and the waste heat boiler essentially formed by the heating surfaces as a structural unit which enables free thermal expansion both in the vertical and in the horizontal direction.
  • the first section is suspended in the supporting structure by means of supporting elements, the supporting elements in the cold state having an oblique position with respect to the vertical and in the warm state running parallel to the vertical.
  • the support elements are expediently pipes which are connected to at least partially heating surfaces forming the walls of the flue gas duct.
  • the pipes are switched into the water-steam cycle together with the heating surfaces.
  • means are provided in the area of the longitudinal axes of the first and third sections for guiding the first section relative to the third section of the flue gas duct, the longitudinal axis of the third section serving as a fixed axis.
  • the leaders are. means expediently pipes which are likewise connected to the heating surfaces which at least partially form the walls of the flue gas duct.
  • the first section of the rough gas duct is arranged in a first supporting grate, which is connected by means of the supporting elements to a second supporting grate arranged above the flue gas duct and by means of at least one connecting element to a third supporting grate arranged below the flue gas duct.
  • the flue gas duct is supported on the third support grid suspended from the second support grid.
  • the first supporting grate is expediently designed as a frame which surrounds the first section of the flue gas duct.
  • the third section is advantageously suspended from the second supporting grate by means of further supporting elements.
  • the third support grate can be connected to the second support grate via at least one further connecting element.
  • the connecting elements and / or the further supporting elements are expediently pipes connected to the heating surfaces.
  • FIG. 1 schematically shows a steam generator of a smoldering furnace arranged in a supporting structure
  • Figure 2 shows a cross section through two sections of a flue gas duct of the steam generator according to Figure 1 and
  • FIG. 3 shows a further cross section of guide means between two vertical sections of the flue gas duct according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows the arrangement of a steam generator in a supporting structure 1.
  • the steam generator is part of a smoldering and burning system, not shown in any more detail.
  • the steam generator comprises a flue gas duct which has three sections 3, 4 and 5.
  • the first section 3 is essentially formed by a combustion chamber 6 and extends vertically. It is connected via the approximately horizontally running second section 4 to the likewise vertically running third section 5, which opens into a waste heat boiler 10. Heating surfaces for generating steam are arranged in the waste heat boiler 10 in a manner not shown in detail.
  • the flue gas duct from sections 3, 4 and 5 is suspended in the supporting structure 1. For this purpose, it is supported on a lower support grid 15. This is connected via connecting elements 17 and 18 and at least one supporting element 16 to an upper supporting grate 20.
  • the first section 3 of the flue gas duct is additionally guided by a support grate 21 which is suspended from the upper support grate 20 via support elements 16 and 19.
  • support elements 40, 41 shown in dashed lines
  • the flue gas duct is essentially delimited by heating surfaces 12 integrated in its walls, which are usually designed in the form of tubes or tube bundles.
  • the heating surfaces 12 of sections 3, 4 and 5 are connected to one another, so that the flue gas duct forms a structural unit.
  • the heating surfaces 12 are connected in a water-steam cycle, not shown in any more detail, and water or a water-steam mixture flows through them in the natural circulation.
  • the connecting elements 17 and 18 and the support elements 16, 19, 40, 41 are advantageously also pipes integrated into the natural circulation system of the water-steam cycle.
  • the section 5 can also have an air-cooled lining (not shown) over part of its height instead of heating surfaces through which water or steam flows.
  • the water-cooled and air-cooled heating surfaces are then connected to one another in a gas-tight manner in a manner not shown by means of a compensator.
  • pendulum suspensions 23 connected to the first section 3 of the flue gas duct are provided below the supporting grate 21 below the supporting grate 21 .
  • supports 24 connected to the supporting grate 15 are provided below the second section 4 of the flue gas duct.
  • the support elements 16 and 19 run obliquely with respect to the vertical in the cold state, ie before the steam generator is started up, and assume positions 16 'and 19', respectively.
  • the inclination is caused by the fact that the flue gas duct or boiler body contracts in relation to the warm state.
  • the inclination essentially corresponds to the thermal expansion of the second section 4 in the warm state, ie during the operation of the steam producer. This ensures that the two longitudinal axes 25 and 26 run parallel in the warm state.
  • guide means 35 are expediently provided in the region of the longitudinal axes 25 and 26 of sections 3 and 5, respectively.
  • the guide means 35 are advantageously connected to the heating surfaces 12 of the two sections 3 and 5 and also integrated into the natural circulation system. They therefore always have the same temperature as the heating surfaces 12 of the second section 4 of the flue gas duct.
  • the plane spanned by the longitudinal axes 25 and 26 remains independent of thermal expansions fixed plane 30 which, according to FIG. 2, runs perpendicular to the plane of the drawing.
  • the plane 32 perpendicular to this fixed plane 30, in which the longitudinal axis 26 lies always remains a fixed plane.
  • the guide elements 35 can also be designed in a simple manner as a tie rod and connected to the supporting grate 21 in the region of the first section 3 of the flue gas duct.
  • the supporting grate 21 encloses the first section 3 in the form of a frame.

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Abstract

Der Dampferzeuger umfaßt einen mehrere Abschnitte (3, 4, 5) aufweisenden Rauchgaskanal, wobei ein erster vertikal verlaufender Abschnitt (3) über einen mindestens annähernd horizontal verlaufenden zweiten Abschnitt (4) mit einem ebenfalls vertikal verlaufenden dritten Abschnitt (5) verbunden ist. Um Dehnungsbehinderungen und Verzerrungen des Rauchgaskanals infolge von Wärmedehnungen zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der erste Abschnitt (3) mittels Tragelementen (16, 19) in der Tragkonstruktion (1) aufgehängt ist, wobei die Tragelemente (16, 19) im kalten Zustand eine gegenüber der Vertikalen schräg verlaufende Position (16', 19') aufweisen und im warmen Zustand parallel zur Vertikale verlaufen. Dabei bleibt der Rauchgaskanal unabhängig vom Betriebszustand eine konstruktive Einheit, die freie Wärmedehnungen sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung erlaubt.

Description

Anordnung eines Dampferzeugers in einer Tragkonstruktion
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung eines Dampf¬ erzeugers, insbesondere einer Schwel-Brenn-Anlage, mit einem mehrere Abschnitte aufweisenden Rauchgaskanal in einer Tragkonstruktion, wobei ein erster vertikal verlau¬ fender Abschnitt über einen mindestens annähernd horizontal verlaufenden zweiten Abschnitt mit einem ebenfalls vertikal verlaufenden dritten Abschnitt verbunden ist.
Bei einem derartigen Dampferzeuger durchströmen die in einer Brennkammer erzeugten heißen Rauchgase einen Rauch¬ gaskanal, der im wesentlichen drei Abschnitte umfaßt. Die Wände des Rauchgaskanals weisen Heizflächen in Form von Rohren oder Rohrbündeln auf, die in einen Wasser-Dampf- Kreislauf integriert sind. Dabei stellt die Brennkammer einen ersten vertikal verlaufenden Abschnitt des Rauchgas¬ kanals dar. Die Brennkammer ist über einen horizontal ver¬ laufenden zweiten Abschnitt des Rauchgaskanals mit einem dritten Abschnitt verbunden, der ebenfalls vertikal ver¬ läuft und in einen Abhitzekessel zur Dampferzeugung mündet. Das in den Heizflächen strömende Wasser dient zur Kühlung der Brennkammer und des Abhitzekessels und wird durch indirekten Wärmetausch mit dem heißen Rauchgas mindestens teilweise verdampft. Als Brennstoff für die Brennkammer wird z.B. Schwelgas aus einer Schwelanlage verwendet. Eine Schwel-Brenn-Anlage ist z.B. aus der EP-PS 0 302 310 bekannt.
Um Dehnungsbehinderungen und Verzerrungen der räumlichen Anordnung des Dampferzeugers infolge von vertikalen und horizontalen Wärmedehnungen zu kompensieren, sind üblicher¬ weise die Abschnitte des Rauchgaskanals, d.h. die Heiz¬ flächen der Brennkammer und des Abhitzekessels, konstruktiv voneinander getrennt. Dabei erfolgt die Kühlung der Brenn¬ kammer im sogenannten Zwangumlauf, während die Kühlung des Abhitzekessels im Naturumlauf erfolgt. Wärmedehnungen werden bisher dadurch vermieden, daß die Heizflächen der Brennkammer und die des Abhitzekessels konstruktiv voneinander getrennt sind. Dabei erfolgt die Kühlung der Brennkammer im sogenannten Zwangumlauf, während die Kühlung des Abhitzekessels im Naturumlauf erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den im wesentli¬ chen durch die Heizflächen gebildeten Rauchgaskanal der Brennkammer und des Abhitzekessels als konstruktive Einheit auszubilden, die eine freie Wärmedehnung sowohl in verti¬ kaler als auch in horizontaler Richtung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste Abschnitt mittels Tragelementen in der Tragkonstruk- tion aufgehängt ist, wobei die Tragelemente in kaltem Zu¬ stand eine gegenüber der Vertikalen schräg verlaufende Po¬ sition aufweisen und im warmen Zustand parallel zur Verti¬ kalen verlaufen.
Die Tragelemente sind zweckmäßigerweise Rohre, die mit min¬ destens teilweise die Wände des Rauchgaskanals bildenden Heizflächen verbunden sind. Dabei sind die Rohre zusammen mit den Heizflächen in den Wasser-Dampf-Kreislauf geschal¬ tet.
Im Bereich der Längsachsen des ersten und des dritten Ab¬ schnitts sind in vorteilhafter Ausgestaltung Mittel zum Führen des ersten gegenüber dem dritten Abschnitt des Rauchgaskanals vorgesehen, wobei die Längsachse des dritten Abschnitts als Festachse dient. Dabei sind die Führungs- . mittel zweckmäßigerweise Rohre, die ebenfalls mit den min¬ destens teilweise die Wände des Rauchgaskanals bildenden Heizflächen verbunden sind. Durch eine derartige Einbin¬ dung der Führungsmittel in den Wasser-Dampf-Kreislauf ist dort die Temperatur stets gleich der Temperatur der Heiz¬ flächen im zweiten Abschnitt des Rauchgaskanals. Dadurch wird erreicht, daß auch bei unterschiedlichen horizontalen Wärmedehnungen die Längsachsen des ersten und dritten Abschnitts des Rauchgaskanals stets parallel verlaufen.
Der erste Abschnitt des Raugaskanals ist in zweckmäßiger Ausgestaltung in einem ersten Tragrost angeordnet, der mittels der Tragelemente mit einem oberhalb des Rauchgas¬ kanals angeordneten zweiten Tragrost und mittels mindestens eines Verbindungselements mit einem unterhalb des Rauchgas- kanals angeordneten dritten Tragrost verbunden ist. Dabei stützt stützt sich der Rauchgaskanal auf dem am zweiten Tragrost aufgehängten dritten Tragrost ab. Der erste Trag¬ rost ist zweckmäßigerweise als Rahmen ausgebildet, der den ersten Abschnitt des Rauchgaskanals umschließt.
Der dritte Abschnitt ist vorteilhafterweise mittels weite¬ rer Tragelemente an dem zweiten Tragrost aufgehängt. Alter¬ nativ kann der dritte Tragrost über mindestens ein weiteres Verbindungselement mit dem zweiten Tragrost verbunden sein. Die Verbindungselemente und/oder die weiteren Tragelemente sind zweckmäßigerweise mit den Heizflächen verbundene Rohre.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson- dere darin, daß trotz der im warmen Zustand zwangsläufig auftretenden horizontalen und vertikalen Wärmedehnungen die räumliche Anordnung des Rauchgaskanals stets gleich bleibt. Dabei treten in allen Abschnitten und in Ebenen gleicher Höhe stets gleiche vertikale Wärmedehnungen auf, während die Längsachsen des ersten und dritten Abschnitts horizontalen Wärmedehnungen stets gemeinsam und parallel verlaufend folgen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert; darin zeigen: Figur 1 schematisch einen in einer Tragkonstruktion angeordneten Dampferzeuger einer Schwel-Brenn-Anlage,
Figur 2 einen Querschnitt durch zwei Abschnitte eines Rauchgaskanals des Dampferzeugers gemäß Figur 1 und
Figur 3 in einem weiteren Querschnitt Führungsmittel zwischen zwei vertikalen Abschnitten des Rauchgaskanals gemäß Figur 1.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt die Anordnung eines Dampferzeugers in einer Tragkonstruktion 1. Der Dampferzeuger ist Teil einer nicht näher dargestellten Schwel-Brenn-Anlage. Der Dampferzeuger umfaßt einen Rauchgaskanal, der drei Abschnitte 3, 4 und 5 aufweist. Der erste Abschnitt 3 wird im wesentlichen von einer Brennkammer 6 gebildet und verläuft vertikal. Er ist über den annähernd horizontal verlaufenden zweiten Ab¬ schnitt 4 mit dem ebenfalls vertikal verlaufenden dritten Abschnitt 5 verbunden, der in einen Abhitzekessel 10 mün¬ det. In dem Abhitzekessel 10 sind in nicht näher darge¬ stellter Art und Weise Heizflächen zur Dampferzeugung angeordnet.
Der Rauchgaskanal aus den Abschnitten 3, 4 und 5 ist in der Tragkonstruktion 1 aufgehängt. Dazu stützt er sich auf einem unteren Tragrost 15 ab. Dieser ist über Verbindungs- ele ente 17 und 18 sowie mindestens ein Tragelement 16- mit einem oberen Tragrost 20 verbunden. Der erste Abschnitt 3 des Rauchgaskanals wird zusätzlich von einem Tragrost 21 geführt, der über Tragelemente 16 und 19 an dem oberen Tragrost 20 aufgehängt ist. Anstelle des Verbindungsele- ments 18 können auch (gestrichelt dargestellte) Tragelemen¬ te 40, 41 vorgesehen sein, mit denen der Abschnitt 5 direkt an dem oberen Tragrost 20 aufgehängt ist. Der Rauchgaskanal wird im wesentlichen durch in dessen Wände integrierte Heizflächen 12 begrenzt, die üblicher¬ weise in Form von Rohren oder Rohrbündeln ausgebildet sind. Die Heizflächen 12 der Abschnitte 3, 4 und 5 sind mitein- ander verbunden, so daß der Rauchgaskanal eine konstruktive Einheit bildet. Die Heizflächen 12 sind in einen nicht näher dargestellten Wasser-Dampf-Kreislauf geschaltet und werden im Naturumlauf von Wasser oder einem Wasser-Dampf- Gemisch durchströmt. Die Verbindungselemente 17 und 18 sowie die Tragelemente 16, 19, 40, 41 sind vorteilhafter¬ weise ebenfalls in das Naturumlaufsystem des Wasser-Dampf- Kreislaufs integrierte Rohre.
Der Abschnitt 5 kann über einen Teil seiner Höhe anstelle von mit Wasser oder Wasserdampf durchströmten Heizflächen auch eine (nicht dargestellte) mit Luft gekühlte Ausklei¬ dung aufweisen. Die wassergekühlten und luftgekühlten Heizflächen sind dann in nicht näher dargestellter Art und Weise mittels eines Kompensators gasdicht miteinander verbunden.
Unterhalb des Tragrosts 21 sind mit dem ersten Abschnitt 3 des Rauchgaskanals verbundene Pendelaufhängungen 23 vorge¬ sehen. Unterhalb des zweiten Abschnitts 4 des Rauchgaska- nals sind mit dem Tragrost 15 verbundene Stützen 24 vorge¬ sehen.
Wie in Figur 1 durch die gestrichelten Linien 16' und 19' angedeutet, verlaufen die Tragelemente 16 und 19 im kalten Zustand, d.h. vor Inbetriebnahme des Dampferzeugers, in bezug auf die Vertikale schräg und nehmen die Positionen 16' bzw. 19' ein. Die Schrägstellung wird dadurch bewirkt, daß sich der Rauchgaskanal oder Kesselkörper gegenüber dem warmen Zustand zusammenzieht. Dabei entspricht die Neigung im wesentlichen der Wärmedehnung des zweiten Abschnitts 4 im warmen Zustand, d.h. während des Betriebs des Dampfer- zeugers. Dadurch wird erreicht, daß im warmen Zustand die beiden Längsachsen 25 und 26 parallel verlaufen.
Durch die Schrägstellung der Tragelemente 16, 19 in die Positionen 16' bzw. 19' tritt im Abschnitt 3 eine Kraft¬ komponente auf, die diesen Abschnitt 3 ebenfalls in eine Schrägstellung zwingt. Um dies zu vermeiden, sind zweck¬ mäßigerweise im Bereich der Längsachsen 25 und 26 der Ab¬ schnitte 3 bzw. 5 Führungsmittel 35 vorgesehen. Die Füh- rungsmittel 35 sind vorteilhafterweise mit den Heizflächen 12 der beiden Abschnitte 3 und 5 verbundene Rohre und eben¬ falls in das Naturumlaufsystem integriert. Sie haben somit stets die gleiche Temperatur wie die Heizflächen 12 des zweiten Abschnitts 4 des Rauchgaskanals.
Beim Betrieb des Dampferzeugers bleibt somit die durch die Längsachsen 25 und 26 aufgespannte Ebene unabhängig von Wärmedehnungen Festebene 30, die gemäß Figur 2 senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Ebenso bleibt die zu dieser Festebene 30 senkrecht verläufende Ebene 32, in der die Längsachse 26 liegt, stets Festebene. Dadurch bleibt die konstruktive Einheit des Rauchgaskanals sowohl bei verti¬ kalen als auch bei horizontalen Wärmedehnungen erhalten.
Wie Figur 3 zeigt, können die Führungselemente 35 auch in einfacher Weise als Zuganker ausgebildet und im Bereich des ersten Abschnitts 3 des Rauchgaskanals mit dem Trag¬ rost 21 verbunden sein. Dabei umschließt der Tragrost 21 den ersten Abschnitt 3 in Form eines Rahmens.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung eines Dampferzeugers, insbesondere einer Schwel-Brenn-Anlage, mit einem mehrere Abschnitte (3, 4, 5) aufweisenden Rauchgaskanal in einer Tragkonstruktion (1), wobei ein erster vertikal verlaufender Abschnitt (3) über einen mindestens annähernd horizontal verlaufenden zweiten Abschnitt (4) mit einem ebenfalls vertikal verlau¬ fenden dritten Abschnitt (5) verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Abschnitt (3) mittels Tragelementen (16, 19) in der Tragkonstruktion (1) aufgehängt ist, wobei die Tragelemente (16, 19) im kalten Zustand eine gegenüber der Vertikalen schräg verlaufende Position (16 ', 19') aufweisen und im warmen Zustand parallel zur Vertikalen verlaufen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Tragelemente (16, 19) Rohre sind, die mit mindestens teilweise die Wände des Rauchgaskanals bildenden Heizflächen (12) verbunden sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h ge k e n n z e i c h n e t , daß im Bereich der Längs¬ achsen (25, 26) des ersten und des dritten Abschnitts (3 bzw. 5) Mittel (35) zum Führen des ersten Abschnitts (3) gegenüber dem dritten Abschnitt (5) vorgesehen sind, wobei die Längsachse (26) des dritten Abschnitts (5) als Festachse dient.
4. Anordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e - . k e n n z e i c h n e t , daß die Führungsmittel (35) Rohre sind, die mit mindestens teilweise die Wände des Rauchgaskanäls bildenden Heizflächen (12) verbunden sind.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Abschnitt (3) des Rauchgaskanals in einem ersten Tragrost (21) angeordnet ist, der mittels der Tragelemente (16, 19) mit einem oberhalb des Rauchgaskanals angeordneten zweiten Tragrost (20) und mittels mindestens eines Verbindungs¬ elements (17) mit einem unterhalb des Rauchgaskanals ange¬ ordneten dritten Tragrost (15) verbunden ist, wobei sich der Rauchgaskanal auf dem am zweiten Tragrost (20) aufge- hängten dritten Tragrost (15) abstützt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Tragrost (21) als Rahmen ausgebildet ist und den ersten Abschnitt (3) umschließt.
7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß der dritte Abschnitt (5) mittels weiterer Tragelemente (40, 41) an dem zweiten Trag- rost (20) aufgehängt ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der dritte Tragrost (15) über mindestens ein weiteres Verbindungsele- ment (18) mit dem zweiten Tragrost (20) verbunden ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ver¬ bindungselemente (17, 18) und/oder die weiteren Tragele- mente (40, 41) mit den Heizflächen (12) verbundene Rohre sind.
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