Röhrengaserhitzer, insbesondere zum Erhitzen verdichteter Treibgase für Turbinen. Die Erfindung betrifft einen Röhrengas- echitzer, insbesondere zum Erhitzen verdich- toter Treibgase für Turbinen, in dem die Wärme hauptsächlich durch Berührung über tragen wird.
Solche Röhrengaserhitzer werden z. B. in Wärmekraftanlagen benötigt, in denen min der grössere Teil eines gasförmigen Arbeitsmittels, vorzugsweise Luft, einen Kreislauf beschreibt. wobei das Arbeitsmittel in mindestens einem Verdichter auf höheren Druck gebracht, dann durch äussere Wärme zufuhr erhitzt und hierauf in mindestens einer Turbine entspannt wird. Ist das Ar beitsmittel Luft, so tritt sie mit einer Tem peratur von 200 bis 400' C in den Röhren erhitzer ein, um dann darin auf über 500 C rrhitzt zu werden.
Es liegt auf der Hand, dass die Rohre eines solchen Erhitzers hohen Temperaturen aus- und folglich hinsichtlich Warmfestig keit erheblich beansprucht sind. Folglich sollte alles getan werden, um an den Rohren örtliche Übertemperaturen zu vermeiden, da mit sie nicht durch solche Übertemperaturen bedingten, für den Dauerbetrieb unzulässigen Beanspruchungen ausgesetzt werden.
Bei Röhrenerhitzern für Anlagen der er wähnten Art sind die Erhitzerrohre schon strahlenförmig und konzentrisch um einen zentralen Feuer- und Abgasraum angeordnet Worden. Dabei kann die Länge der Rohre bis 10 m und mehr betragen. Um bei solchen Erhitzern die für die Erzielung einer mög- lichst innigen Wärmeübertragung erforder liche hohe Geschwindigkeit der Feuer- und Rauchgase, nachstehend kurz Heizgase ge nannt, zu erhalten, sind die Rohre in dem von den Heizgasen durchströmten Raum so anzu ordnen, dass die Gassen zwischen den einzel neu Rohren noch so gross ausfallen, dass ge rade die angestrebte Heizgasgeschwindigkeit erreicht wird. Anders ausgedrückt heisst das. dass die Rohre verhältnismässig nahe nebenein ander anzuordnen sind.
Das ist insbesondere bei Druckfeuerungen der Fall, wo das spezi fische Volumen der Heizgase kleiner ist, als wenn im Feuerraum praktisch Atmosphären druck herrscht. . Bei Erhitzern, in denen beidseitig der Rohre Temperaturen der er wähnten Grössenordnung auftreten, besteht jedoch die Gefahr, dass die verhältnismässig langen Rohre sich infolge von Wärmedehnun gen, Wärmespannungen und dergleichen ge genseitig verschieben: ferner kann der Durch trittsquerschnitt für die Heizgase zwischen den einzelnen Rohren durch an diesen sich ansetzende Verschmutzungen eine Änderung erfahren.
Erscheinungen dieser Art können dann Anlass zu ungleich grossen und ungleich intensiven Strömungen zwischen den einzel nen Erhitzerrohren geben, was zu unzulässi gen Übertemperaturen und zusammenhängend damit zu einer Gefährdung der Betriebs sicherheit führen kann.
Zweck der Erfindung ist nun, einen Röh- rengaserhitzer der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem sich bei einer angestrebten Geschwindigkeit der Heizgase noch genügend grosse Abstände zwischen den Erhitzerrohren versehen lassen und diese Abstände bei allen Betriebszuständen praktisch gleich bleiben. Zu diesem Behufe ist gemäss der Erfindung mindestens ein Teil der Erhitzerrohre zu ein zelnen Bündeln zusammengefasst, von denen jedes von einem koaxialen Mantel umhüllt ist, dessen Lage relativ zu den Bündelrohren sich bei den verschiedenen Betriebszuständen nicht ändert, wobei die Heizgase zwangläufig und ausschliesslich innerhalb der Umhüllungs mäntel strömen.
Da sich der Abstand zwi schen den Bündelrohren selbst und zwischen diesen und dem zugeordneten Umhüllungs mantel nicht ändert, so werden die Bündel rohre bei allen Betriebszuständen stets gleich beaufschlagt. Damit werden dann auch ört liche Übertemperaturen vermieden.
Da die gesamte Durchtrittsfläche,welche den Heizgasen zwischen den einzelnen Bün delrohren und zwischen diesen und den zu geordneten Umhüllungsmänteln zur Ver fügung steht, im Verhältnis zum Querschnitt des Feuer- und Abgasraumes klein ist, so lässt sich die angestrebte Höhe der Heizgas geschwindigkeit noch selbst bei einem ver hältnismässig grossen Abstand zwischen den Bündelrohren erreichen. Ist aber dieser Ab stand gross, so lassen sich die Bündelrohre verhältnismässig leicht reinigen und ersetzen, beides Vorteile, denen wesentliche technische Bedeutung zukommt.
Werden die Rohre innerhalb der einzelnen Bündel zweckmässig durch ein Gitterwerk von Abstandhaltern gegenseitig und in bezug auf den Umhüllungsmantel fixiert, so ist der an gestrebte, sich gleichbleibende Abstand zwi schen den Bündelrohren in einfacher Weise sicher gewährleistet.
Die einzelnen Rohrbündel können beweg lich, z. B. pendelnd, gelagert sein, so dass Wärmedehnungen der Zu- und/oder der Ab flussleitung für das Treibmittel durch Bewe gen, also z. B. Ausschwenken der an diese Leitungen anschliessenden Bündelrohre inner halb des Erhitzers aufgenommen werden. Werden dann auch noch die Mäntel der Rohr- bündel ihrerseits beweglich, z. B. pendelnd. gelagert, so dass sie den Bewegungen der Bündelrohre nachfolgen können, so lässt sich. ebenfalls in einfacher Weise, erreichen, da## die Lage des Umhüllungsmantels relativ zu den Bündelrohren sich bei den verschiedenen Betriebszuständen nicht ändert.
Auch können die einzelnen Rohrbündel zweckmässig über elastisch ausgebildete Ver bindungsrohre an einen Abschlussteil minde stens der Abflussleitung für das im Erhitzer zu erhitzende Treibmittel angeschlossen sein, so dass Wärmedehnungen der Bündelrohre und der Abflussleitung in Richtung ihrer Längs- axen auch noch durch die Elastizität dieser Verbindungsrohre aufgenommen werden. Da durch lässt sich verhindern, dass in der Zu leitung und in den Bündelrohren nennenswerte Wärmespannungen entstehen.
Da sich die elastisch ausgebildeten Ver bindungsrohre direkt an Abschlussteile der Zu- und der Abflussleitung für das im Er hitzer zu erhitzende Treibmittel anschliessen lassen, so sind keine ringförmigen Verteiler und Sammler für dieses Treibmittel vorzu sehen. Dies ist insofern wichtig, weil solche ringförmigen Elemente bei hohen Tempera turen und hohen Drücken des Treibmittel: hohen Beanspruchungen ausgesetzt und zu dem vorwiegend als Gussstücke auszubilden sind. Die Homogenität solcher Gussstücke lässt aber vielfach zu wünschen übrig, ein Umstand.
der sich besonders bei hoher Beanspruchung der Verteiler und Sammler nachteilig aus wirkt. Im Gegensatze dazu lassen sich die erwähnten, elastisch ausgebildeten Verbin dungsrohre aus gewalztem oder gezogenem Material herstellen. Hinzu kommt, dass sich die verschiedenen Rohrbündel mit den zuge ordneten Verbindungsrohren einzeln abpressen lassen, so dass es leicht ist, festzustellen, oh die Bündel dicht sind, bzw. ein leck gewor-, Jenes Bündel ausfindig zu machen.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen von Röh- rengaserhitzern nach der Erfindung in ver einfachter Darstellungsweise veranschaulicht, und zwar zeigt: Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen Röhrenlufterhitzer und die Endansicht einer Turbine einer mit heisser Luft betrie- denen Wärmekraftanlage sowie eine vom Er hitzer zur Turbine führende Abflussleitung für die für Erhitzer erhitzte Luft, Fig. 1a einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1 in grösserem Massstab, Fig. 2 einen waagrechten Schnitt nach der Linie 1I-II der Fig. 2 und Fig. 3 in einem senkrechten Längssehnitt Einzelheiten einer zweiten Ausführungsform.
Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Röhren gaserhitzer 1 weist einen zentralen Feuer- und Abgasraum 2 auf. Im untern Teil des Erhitzerkörpers ist ein Brenner 3 vorgesehen. Im Feuer- und Abgasraum 2 ist konzentrisch um dessen Axe eine Anzahl von U-förmigen Rohrbündeln angeordnet, von denen der Deut lichkeit halber in Fig. 1 nur zwei und in Fig. 2 nur drei gezeigt sind.
Jedes Rohrbündel weist eine Anzahl U- förmig gebogener Rohre 5 und zwei die Schenkel dieser Rohre auf einem Teil ihrer Länge umhüllende Mäntel 6', 62 auf. Letz tere sind am obern Ende einzeln bei 52 in einem Raum 41, der durch Bleche 4 vom Feuer- und Abgasraum 2 getrennt ist, pen delnd gelagert. Im Raum 41 sind auch die Bogen der U-förmig gestalteten Rohrbündel gelegen, und diese Bogen hängen an Trägern 7, die sich ihrerseits an einem den obern Ab- schln## des Feuer- und Abgasraumes 2 bilden den Teil 8 abstützen.
Die beschriebene Auf - hängung der Rohrbündel verleiht den Bündel rohren a im Bogen eine gewisse Elastizität irr dem Sinne, dass sie bei auftretenden Wärme dehnungen in Richtung ihrer Längsaxen im Bogen eine Ausweichmöglichkeit besitzen, so dall solche Wärmedehnungen in den Rohren keine wesentlichen zusätzlichen Wärmespan nungen hervorrufen können.
Bei der beschriebenen Bauart müssen die Heizgase im Raurar 2 zwangläufig - be dingt durch die Trennbleche 4 und 42 - innerhalb der Umhüllungsmäntel 62, 61 strö men. Die besamte Heizfläche ist somit in eine Anzahl einzelner U-förmiger Rohrbündel aufgelöst. Dabei ist der Abstand zwischen den einzelnen Bündelrohren und die Ge schwindigkeit der Heizbase in den von den Mänteln umhüllten Räumen verhältnismässig gross.
Die Mäntel 61, 62 können als Teleskop hülsen (verbleiche den in Fig. 1 ganz links dargestellten Mantel 61) ausgebildet sein, so dass sieh mit deren Hilfe die von den Heiz- basen bestrichene Fläche der Bündelrohre 5 verändern lässt. Diese Rohre sind innerhalb der einzelnen Bündel durch ein Gitterwerk von Abstandhaltern 51, von denen der Deut lichkeit halber in Fig. 1 nur drei im Zusam- rnenhanb mit dem zu äusserst links bezeich neten Rohrbündelschenkel veranschaulicht sind, gegenseitig und in bezug auf die Um hüllungsmäntel 61 bzw. 62 in der erforder lichen Weise fixiert.
Die Ein- und Austrittsenden der Bündel rohre 5 sind je bündelweise am erweiterten Ende von Verteil- bzw. Sammelstücken 9, l0 (Fig. 1) befestigt, die ihrerseits an elastisch ausgebildete Verbindungsrohre 11 bzw. 12 an geschlossen sind. Die elastischen Verbin dungsrohre 11 sind ferner an den Abschluss teil 13 einer Zuleitung 14 und die Verbin dungsrohre 12 an den Abschlussteil 15 einer Abflussleitung 16 für das im Erhitzer zu er hitzende Treibmittel angeschlossen. Die Ab flussleitung 16 schliesst an den Eintrittsstut zen einer Turbine 17 an, in der sich die im Erhitzer erhitzte Treibluft unter Leistungs abgabe entspannt.
Wie in Fig. ? gezeigt ist, weisen die ela stischen Verbindungsrohre 11 und 12, die- zurr Teil von erheblicher Länge sind, konzentrisch zur Erhitzeraxe angeordnete Bogenstücke auf, und die Verteil- und Sammelstücke 9 bzw. 10 der verschiedenen Rohrbündel :sind in bezug auf die erwähnten Leitungen 14 und 16 so belegen, dass der Weg, den die ein zelnen Luftteilströme in den zugeordneten Verbindungsrohren 11 und 12 zurückzulegen haben, durchwegs nahezu bleich lang ist.
Folglich sind die verschiedenen Teilströme praktisch demselben Druckabfall unterworfen, was für eine gleichmässige Verteilung der zu erhitzenden Luft auf die verschiedenen Rohr bündel von Wichtigkeit ist.
Bei dem beschriebenen Röhrengaserhitzer werden Wärmedehnungen der Abflussleitung 16, die von einem Fixpunkt 18 ausser halb des Erhitzers ausgehen, durch Aus schwenken der über die elastisch ausgebildeten Verbindungsrohre 12 an den Abschlussteil 1 angeschlossenen Bündelrohre 5 innerhalb des Erhitzers aufgenommen, wobei die Umhül lungsmäntel 62 durch die Abstandhalter 5Ú veranlasst werden, den Bewegungen der Bün delrohre 5 zu folgen. Die Lage des Umhül lungsmantels 62 relativ zu den Bündelrohren erfährt somit bei den verschiedenen Be triebszuständen keine Anderung, so dass die Bündelrohre von den Heizgasen stets gleich beaufschlagt werden.
Die elastisch ausgebildeten Verbindungs rohre 11 und 12 sind übrigens auch imstande, Wärmedehnungen der Bündelrohre und der Zu- und der Abflussleitung 14 bzw. 16 in Richtung ihrer Längsaxen aufzunehmen, was ebenfalls dazu beiträgt, dass in jenen Lei tungen 14, 16 und in den Bündelrohren 5 keine nennenswerten Wärmespannungen ent stehen können. Anstatt die Bündelrohre über Sammel- stücke und elastische Verbindungsrohre an die Zu- und die Abflussleitung für das im Erhitzer zu erhitzende Treibmittel anzuschlie ssen, können sich die Bündelrohre 20 in der in Fig. 3 gezeigten Weise auch direkt an den Abschlussteil 21 der Zuleitung und den Ab schlussteil 22 der Abflussleitung anschliessen.
Der Umhüllungsmantel 23 der Bündelrohre 20 ist auch bei dieser Ausführung am obern Ende an der Stelle 24 pendelnd abgestützt. Diese Stelle 24 liegt in einem Raume 25, der durch Bleche 27 vom Feuer- und Abgasraum 26 getrennt ist. 28 bezeichnet Abstandhalter, welche die Bündelrohre 20 gegenseitig und in bezug auf den Umhüllungsmantel 23 in der erforderlichen Lage fixieren. Erfährt der Ab schluss 22 eine Wärmedehnung, und zwar wohl meistens von einem ausserhalb des Er- hitzers gelegenen Fixpunkt aus, so können die Bündelrohre 20 entsprechend ausschwen ken, wobei der Umhüllungsmantel 23 den Be wegungen dieser Rohre 20 folgt.
Bei sich stets gleich bleibender Beaufschlagung der Bündelrohre 20 können daher in diesen keine nennenswerten Wärmespannungen hervor gerufen werden.
Anstatt die Rohrbündel und die zugeord neten Umhüllungsmäntel pendelnd zu lagern können beide z. B. auch längsverschiebbar an geordnet sein. Auf alle Fälle empfiehlt es sich, die Bündelrohre und die diesen zugeord neten Umhüllungsmäntel beweglich anzu ordnen.
Die Erfindung lässt sich nicht nur bei der dargestellten und beschriebenen Art von Feue- rung verwirklichen,indem die Art der Feue rung für deren Anwendung keine Rolle spielt. Sie lässt sich somit bei Feuerungen für feste. flüssige und gasförmige Brennstoffe an wenden.