CH204343A - Einrichtung zum Kühlen der Erhitzerrohre von Wärmekraftanlagen, in welchen ein gasförmiges Arbeitsmittel einen geschlossenen Kreislauf beschreibt. - Google Patents

Description

  Einrichtung zum Kühlen der     Erhitzerrohre    von Wärmekraftanlagen, in welchen  ein gasförmiges Arbeitsmittel einen geschlossenen     Kreislauf    beschreibt.    Die     Erfindung    betrifft eine     Einrichtung     zum Kühlen der     Erhitzerrohre    von     Wärme-          fraftanlagen,    in welchen ein gasförmiges  Arbeitsmittel einen geschlossenen Kreislauf  unter Überdruck beschreibt,

   wobei das durch  äussere Wärmezufuhr in einem     Röhrenga.s-          erhitzer    erhitzte     Arbeitsmittel    in     mindestens     einer Turbine unter Arbeitsleistung expan  dieren gelassen und nachfolgend in min  destens einem Verdichter wieder auf höheren  Druck gebracht wird, sowie in einem     Wärme-          austauscher    zwischen dem expandierten und  dem wieder verdichteten     Arbeitsmittelstrom          vorgängig    der äussern Wärmezufuhr im     Röh-          rengaserhitzer    ein Wärmeaustausch statt  findet.  



  Die Röhren des     Gaserhitzers    solcher An  lagen sind sehr hohen Temperaturen aus  gesetzt. Hinzu kommt, dass sie infolge des  in deren     Innerem    herrschenden Druck auch  noch mechanisch stark beansprucht sind. Be  absichtigt man daher das Arbeitsmittel     im            Röhrengaserhitzer    auf hohe Temperatur zu  bringen, so ist man gezwungen, den Bau  stoff der Rohre bis an die Grenze der zu  lässigen Wärmefestigkeit zu beanspruchen.

    wenn man     mit        praktisch    noch brauchbaren       Abmessungen    der Rohre     auskommen        will.     Bei einer solchen hohen     Beanspruchung    der  Rohre durch     die    Feuergase von aussen und  das     unter    Überdruck fliessende,     hochzuerhit-          zende    Arbeitsmittel im Innern muss vor allem  darnach getrachtet werden, die Rohrtempera  tur bei nur sehr kleinen     Schwankungen    auf  einem höchst zulässigen Wert zu erhalten.

    Wenn daher beispielsweise     infolge    von     Be-          lasiungsschwankungen    die Wärmeaufnahme  des Arbeitsmittels aussetzt, oder anderseits  von der Feuerung zu viel Wärme abgegeben       wird,    so besteht die Gefahr, dass die Rohr  temperatur mindestens kurzzeitig über den  betreffenden zulässigen Wert steigt, so dass  die Rohre den von     ihnen    .geforderten Bean  spruchungen nicht mehr gewachsen sind.

   Die      Gefahr einer derartigen Überhitzung ist bei       Röhrengaserhitzern    von Anlagen der er  wähnten Art grösser als bei Dampfkesseln,  weil bei denen infolge des auf Innen- und  Aussenseite der Rohre verhältnismässig  schlechten Wärmeüberganges die Rohrtem  peratur bei einer gewünschten Arbeitstem  peratur der aufzuheizenden Arbeitsgase be  deutend höher ist als bei gleich hoher Ar  beitstemperatur des Dampfes einer Dampf  kraftanlage.

   Das     Nichtüberschreiten    eines  festgelegten Wertes der     Rohrwandtemperatur     von     Röhrengaserhitzern    ist um so wichtiger,  als     in    dem in Frage kommenden Tempera  turbereich von beispielsweise 600-800   C,  die Festigkeit des Stahls oder entsprechender  Legierungen mit wachsender Temperatur  ausserordentlich rasch abnimmt. Schon Tem  peraturerhöhungen von beispielsweise 20   C  schwächen die Festigkeitseigenschaften ganz  erheblich.  



  Zweck der     Erfindung    ist nun, eine Ein  richtung zum     Kühlen    der     Erhitzerrohre    von  Wärmekraftanlagen der eingangs erwähnten  Art zu schaffen, welche bei einer plötzlichen  Erhitzung der Rohre des     Röhrengaserhitzers     über ein festgesetztes Mass hinaus, der betref  fenden Temperaturerhöhung rasch und wirk  sam entgegenzuwirken gestattet.

   Erreicht  wird das gemäss vorliegender Erfindung  durch eine zusätzliche, abschliessbare Leitung,  welche vom Verdichter gefördertes Arbeits  mittel unter     Umgehung    des     Wärmeaus-          tauschers        unmittelbar    in den     Gaserhitzerein-          tritt    überzuführen gestattet.  



  Auf der Zeichnung ist     beispielsweise    eine       Ausführungsform    des Erfindungsgegenstan  des in vereinfachter Darstellungsweise ver  anschaulicht.  



  In der Figur bezeichnet 1 einen     Röhren-          23    in welchem das gasförmige,  dauernd einen geschlossenen     Kreislauf    unter  Überdruck beschreibende Arbeitsmittel durch  Zufuhr äusserer Wärme erhitzt wird. Die  eigentliche Erhitzung des Arbeitsmittels er  folgt in Schlangen 2, welche von Feuergasen       umspült    werden. Das so erhitzte Arbeitsmit  tel gelangt durch eine Leitung 3 in eine    Turbine 4, wo es unter gleichzeitiger Arbeits  abgabe     beispielsweise    an einen Generator 5  und an einen Turboverdichter 6 expandiert.

    Das aus der Turbine 4 strömende Arbeits  mittel gelangt durch eine Leitung 8 in einen       a.ls    Gegenstromapparat ausgebildeten     Wä.rme-          austauseher    9, wo dasselbe ein Röhrensystem  durchströmt und dabei Wärme an den Teil  höheren Druckes des Arbeitsmittels abgibt,  welcher durch eine Leitung 10 aus dem  Turboverdichter 6 in den     Wärmeaustauscher     9 und aus diesem durch eine Leitung 11 in  einen Sammler 6 des Erhitzers 1 gelangt. Der  im     Wärmeaustauscher    9 abgekühlte Teil des  Arbeitsmittels gelangt durch eine Leitung 12  in den Turboverdichter 6, wo er unter Küh  lung wieder auf einen höheren Druck ver  dichtet wird.

   Von der Leitung 10 zweigt bei  18 eine zusätzliche Leitung 14 ab, in welche  ein Zwischenkühler 15 eingeschaltet ist und  welche an den Sammler 6 des     Röhrengas-          erhitzers    1 angeschlossen ist. In diese Lei  tung 14 ist ferner ein Absperrorgan 16 ein  gebaut. Die Einstellung .dieses     Absperrorga-          nes    16 wird von einer     Thermostateinrichtung     17 beherrscht. deren Tätigkeit ihrerseits von  der Temperatur an der Stelle 18 einer  Schlange 2 des     Röhrengaserhitzers    abhängig  ist.  



  Bei der     beschriebenen    Anlage bildet die  Leitung 14 einen     Bypass,    durch den bei  offenem Absperrorgan 16 aus dem Verdichter  6 kommendes, noch verhältnismässig kaltes  Arbeitsmittel unter Umgehung des Wärme  austauschers 9 unmittelbar in .den Sammler  6 des     Röhrengaserhitzers    1 gelangen kann.  Dieser     Bypass    14 ist unter normalen Arbeits  bedingungen abgesperrt, so dass das im Ver  dichter 6 verdichtete Arbeitsmittel restlos  durch die Leitung 10 in den     \Värmeaustau-          scher    9 gelangt, um in diesem vorgewärmt  zu werden und so bereits     vorerhitzt    in den       Röhrengaserhitzer    1 zu gelangen.  



  Tritt aber aus irgend einem     Grunde    im  Erhitzer 1 eine zu hohe     Rohrwandtemperatur     auf, so bewirkt die     Thermostateinrichtung    17  ein mindestens teilweises Öffnen des     By-          passes    14, so dass jetzt verhältnismässig kaltes           Arbeitsmittel    unter Umgehung des     Wärme-          austauschers    9 unmittelbar in den Sammler  6 des     Röhrengaserhitzers    1 und aus diesem  Sammler 6 in die zu heissen Rohre 2 gelangt,  wo es sich mit dem vom     Wärmeaustauscher     9 kommenden, bereits vorgewärmten Arbeits  mittel mischt.

   Auf diese     Weise        wird    die       Temperatur    der Rohre 2 rasch     erniedrigt,     wodurch     naturgemäss    auch die Rohrwand  temperatur herabgesetzt wird.

   Sind dann in  zwischen die     Arbeitsbedingungen    des Gras  erhitzers 1 wieder den veränderten Belastun  gen     .durch        Einregulierung    der Feuerung an  gepasst worden und ist daher auch die zu  lässige obere Grenze der     Rohrwandtempera-          tur    wieder erreicht, so bewirkt die     Thermo-          stateinrichtung    17     ein    Schliessen der     Ab-          sperrvorrichtung    16, so dass der     Durchfluss     durch den     Bypass    14     unterbrochen    wird.  



  Der Hilfskühler 15 bewirkt, dass der durch  den     Bypass    14 strömende     Arbeitsmittelteil     hinsichtlich der Temperaturerniedrigung der  Rohre 2 besonders wirksam wird, indem sich  dieser Teil im Kühler 15 auf     eine    tiefe Tem  peratur bringen lässt. Unter Umständen ist  es jedoch möglich, auch ohne einen solchen  Hilfskühler auszukommen.  



  Anstatt den durch die zusätzliche Leitung  14 strömenden Teil des Arbeitsmittels in der  gezeigten Weise einem Sammler des     Röhren-          gaserhitzers    1 zuzuführen, kann dieser Teil  auch unmittelbar den einzelnen Rohren des  Erhitzers zugeleitet werden. Sind diese Rohre  als Schlangen ausgebildet, so geschieht die  Zuführung zweckmässig in den innersten  Strang der Schlangen. Es können auch meh  rere     Leitungen    vorgesehen werden, durch die  Arbeitsmittel nach dem Verdichter 6 unter  Umgehung des     Wärmeaustauschers    9 unmit  telbar zu den Röhren des Erhitzers strömen  kann.  



  Der     Bypass    14 kann auch dazu verwendet  werden, um beim Abstellen des     Röhren-          gaserhitzers,    das heisst beim     Stillegen    der  Anlage, kälteres Arbeitsmittel den Rohr  schlangen 2 zuzuführen, um eine möglichst  rasche Abkühlung derselben zu erreichen.  Dies     ist    unter     Umständen    wichtig, wenn für         Überholungsarbeiten        nur    wenig Zeit zur Ver  fügung steht und man daher nicht     darauf     angewiesen     ist,    den Gaserhitzer durch natür  liche, langsame     Kühlung    abkühlen zu lassen.  



  Zweckmässig kann in dem Stück der Lei  tung 10, welches sich von der Abzweigstelle  13 nach dem     Wärmeaustauscher    9 erstreckt,  noch ein Drosselorgan vorgesehen werden, um  zu erreichen, dass in gewissen Fällen der weit  aus grösste Teil des Arbeitsmittels durch den       offenen        Bypass    14 getrieben     wird.    Dieses  Drosselorgan kann derart mit dem     Abschluss-          organ    der zusätzlichen     Leitung    14 gekoppelt  sein, dass beim Schliessen des einen das an  dere geöffnet wird und umgekehrt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Einrichtung zum Kühlen der Erhitzer- rohre von Wärmekraftanlagen, in welchen ein gasförmiges Arbeitsmittel einen geschlos senen Kreislauf unter Überdruck beschreibt, wobei das durch äussere Wärmezufuhr in einem Röhrengaserhitzer erhitzte Arbeits mittel in mindestens einer Turbine unter Arbeitsleistung expandieren gelassen und nachfolgend in mindestens einem Verdichter wieder auf höheren Druck gebracht wird,

   so wie in einem Wärmeaustauscher zwischen dem expandierten und dem wieder verdich teten Arbeitsmittelstrom vorgängig der äu ssern Wärmezufuhr im Röhrengaserhitzer ein Wärmeaustausch stattfindet, gekennzeichnet durch eine zusätzliche, abschliessbare Leitung,

   welche vom Verdichter gefördertes Arbeits mittel unter Umgehung des Wärmeaustau- schers unmittelbar in den Gaserhitzereintritt überzuführen gestattet. UNTERANSPRüCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch kennzeichnet, dass in die zusätzliche Lei tung ein Kühler für das durch .dieselbe strömende Arbeitsmittel eingeschaltet ist.

   2. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absperrorgan für die zusätzliche Leitung in Abhängigkeit von der RoUrwandtemperatur des Gas- erhitzers selbsttätig betätigt wird.

   Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in die nach dem Wärmeaustauscher führende Leitung ein Drosselorgan eingebaut ist, welches wäh rend des Strömens von Arbeitsmittel durch die zusätzliche Leitung den vom Verdich ter zum Wärmeaustauscher strömenden Arbeits--rnittelstrom zu drosseln gestattet. 4.

   Einrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2 und 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Absperrorgan der zusätzlichen Leitung und das Drosselorgan für den nach dem Wärmeaustauscher strö menden Arbeitsmittelteil derart mitein ander gekoppelt sind, dass beim Offnen des einen das andere schliesst und umge kehrt.