NL8002510A - Warmtewisselaar. - Google Patents

Description

\ P & c W 2348-1026 Ned.

*

Warmtewisselaar.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op grote warmtewisselaars, en in het bijzonder op non-contact stoomgeneratoren. Non-contact stoomgeneratoren voor de doeleinden van de onderhavige uitvinding kunnen worden gedefinieerd als een inrichting voor het 5 produceren van stoom door hete gassen te leiden door een afgesloten kanaal teneinde water/stoom te verhitten in fluïdum vervoerende buizen-bundels opgesteld over het kanaal. De hete gassen kunnen worden geproduceerd door aangestoken branders aan de basis van de stoomgenerator ofwel het hete gas kan zijn het hete uitlaatgas van een gasturbine zoals men 10 dat tegenkomt bij een opstelling in een krachtinstallatie bekend als een gecombineerde cyclische krachtinstallatie. Een speciale vorm van een stoomgenerator is een warmteterugwinningsstoomgenerator, welke gevormd kan zijn uit verschillende secties, geconstrueerd op de wijze van modules. Dergelijke secties zijn algemeen bekend in de techniek als een voor-15 verwarmer (lage druk economizer), economizer (hogedruk economizer), verdamper en oververhitter. De economizer, verdamper en oververhitter kunnen alle in fluidumverbinding staan met een stoomtrommel gelegen buiten de baan van de hete afvóergassen. Een dergelijke configuratie is weergegeven in het Amerikaanse octrooischrift 3.934.553. De hiervoor 20 genoemde secties worden daar alle genoemd in dalende volgorde met betrekking tot de wijze, waarop zij gewoonlijk in de stoomgenerator worden samengesteld. Naarmate het hete gas opstijgt in de stroombaan van de stoomgenerator neemt de temperatuur van het gas af. Naarmate het water daalt door de stoomgeneratorbuizen, stijgt de tenperatuur van het water/ 25 stoom; d.w.z. de stroming van de beide warmte-uitwisselende media zijn „ aan elkaar tegengesteld.

Bij de bekende stand der techniek werden de warmtewisselaarbuizen gemonteerd in vaste buizen ondersteunende platen zodanig dat de buizen de gelegenheid hadden thermisch te expanderen door te kunnen glijden door 30 de gaten in de buizen ondersteuning. Zoals later nader zal worden uiteengezet produceert deze opstelling geen optimale resultaten in het geval van ongelijke uitzetting van de buis, welke zich niet strikt in de axiale richting voltrekt en kan leiden tot een permanent kromtrekken in een buizenbundel, hetgeen een onbevredigend gedrag veroorzaakt en een 35 potentieel vroeg falen van de buizenbundel.

8002510 - 2 -

De onderhavige uitvinding beoogt een verbetering ten opzichte van de bekende stand der techniek door een aantal buizen ondersteuningsplaten te verschaffen, welke draaibaar gemonteerd zijn binnen de baan doorlopen door het hele gas. Zoals eerder beschreven zijn de onderste buizen in een 5 speciale bundel gewoonlijk op een hogere temperatuur dan de bovenste buizen van diezelfde buizenbundel, aangezien de buisvloeistof wordt verhit naarmate zij de buis doorloopt. Dit resulteert in een ongelijke thermische expansie van de buizenbundel, waarbij de onderste buis verder in horizontale richting expandeert dan de bovenste buis. Teneinde een . 10 niet starre ondersteuning te verkrijgen worden de buizen ondersteuningsplaten scharnierend of draaibaar verbonden met het gestel van een heet gaskanaal of -leiding, zodat zij enigszins een rotatie en translatie kunnen uitvoeren in de richting, waarin de buis expandeert. Op soortgelijke wijze, indien er afzonderlijke bovenste en onderste buizenbundels zijn, 15 wordt een twee-sectie steunplaat gebruikt, waarbij de onderste sectie scharnierend verbonden is met de bovenste sectie en de gehele sectie draaibaar ondersteund wordt in de hete gasleiding.

Een eerste oogmerk van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een gelede of scharnierende buizenondersteuning voor een non-contact 20 warmtewisselende buizenbundel.

Een ander oogmerk van de onderhavige uitvinding is het elimineren van de binding tussen de buizenondersteuning en de buizenbundel onder condities van thermische expansie.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van de in de figuren der 25 bijgaande tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht.

Fig. 1 toont een langsaanzicht, waarbij sommige delen zijn weggebroken, van een stoomgeneratorleiding, waarin de onderhavige uitvinding op haar plaats wordt weergegeven; 30 Fig. 2 geeft een schematische tekening van bovenste en onderste buizenondersteuningsplaatgedeelten weergegeven met stippellijnen om de scharnierbare verbinding weer te geven tijdens het uitvoeren van een translatie en rotatie;

Fig. 3 stelt een aanzicht voor in perspectief, waarbij de stoom-35 generatorsectie nader gedetailleerd is weergegeven;

Fig. 4 geeft een afzonderlijk aanzicht van een buizenondersteunings- plaat; 8002510 * \ - 3 -

Fig. 4A toont op vergrote schaal een doorsnede van een bovenste draaisteun voor een buizenplaat; en

Fig. 4B geeft op vergrote schaal een doorsnede van een scharnier-steun voor een onderste plaatsectie.

5 Fig. 1 geeft een langsaanzicht, waarbij sommige delen gedeeltelijk zijn weggebroken onder verwijdering van een middensectie uit een warmtewisselaar 11, welke een stromingsbaan voor een heet gas bevat, bepaald door een kanaal of leiding 12. De pijlen, die het onderste gedeelte van de warmtewisselaar binnentreden, geven de stroomrichting aan 10 en de gebruikelijke verspreiding van hete gassen door de warmtewisselaar. Opgemerkt wordt, dat dit enkel één modulaire sectie kan zijn van een gehele stoomgenerator, waarbij meer warmtewisselbuizen kinnen worden geplaatst boven en onder die, welke in fig. 1 geïllustreerd worden, waardoor deze andere modulaire secties bevatten. Bovendien kan deze in fig. 1 15 weergegeven modulaire sectie worden beschouwd als één gedeelte van een gehele schoorsteenachtige structuur.

Ter wille van het illustreren van een bijzondere toepassing van een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding kan de warmtewisselaar 11 worden beschouwd als een deel van een zgn. warmteterugwinnings-20 stoomgenerator. Zoals weergegeven in het Amerikaanse octrooischrift 3.934.553 van Freeman et al neemt de warmteterugwinningsstoomgenerator hete afvoergassen op vanuit een gasturbine en richt deze gassen in een warmtewisselende relatie met fluïdum, dat zich bevindt in buizenbundels gelegen in de schoorsteen. Dienovereenkomstig zal de weergegeven sectie 25 een zgn. lage druk en hoge druk economizer sectie in dalende volgorde benaderen. De lage druk economizer of voorverwarmer bevat bovenste buizenbundels 13, terwijl de hoge druk economizer lagere buizenbundels 15 bevat. De lage druk economizer omvat een buizeninlaatmof 17 en een buizen-uitlaatmof 19, terwijl de fluidumstroom door de buizen omgekeerd wordt 30 binnen de warmtewisselaar bij U-vormige bochtstukken 21 vanaf de inlaat-mof naar de uitlaatmof.

Op soortgelijke wijze omvatten de buizen van de hoge druk economizer een inlaatmof 23 en een uitlaatmof 25 aan het ene einde van de warmtewisselaar, terwijl fluidumstroming kan worden gedirigeerd in een serpentine-achtige baan, welke U-vormige bochtstukken 27 omvat aan elk einde van de warmtewisselaar. De keuze van de configuratie is illustratief en definieert gaan beperkende factoren of parameters van de uitvinding.

800 25 10 t - 4 -

De uitvinding is belichaamd in de inrichting voor het ondersteunen van de buizenbundels. Onder verwijzing naar fig. 3, 4, 4A en 4B wordt de warmtewisselaar 11 voorts gedefinieerd door wanden 29, welke thermische isolatie 31 kunnen omvatten om warmteverliezen door de wanden naar.de 5 omringende atmosfeer te voorkomen. Een aantal buisondersteuningsplaten 33 zijn verspreid over de lengte van de warmtewisselaar.

In fig. 4 wordt de buizenondersteuningsplaat weergegeven in een afzonderlijk aanzicht. De buisondersteuning omvat een bovenste buissteun-sectie 35 en een onderste buissteunsectie 37. Elke buissteunsectie omvat 10 buizenopneemgaten 39, die daardoorheen gevormd zijn in een regelmatig en uitgericht patroon. Andere openingen, zoals roetblazergaten 41 en onder-houds-toegangsgaten 43 zijn eveneens in de buizenondersteuning aanwezig.

Elke buizenondersteuning wordt in een nagenoeg vertikale positie in de warmtewisselaar ondersteund.

15 Een bovenste draaisteun 45 aan elke zijde van de buizenondersteunings plaat is bevestigd aan de tegenovergelegen wanden van de warmtewisselaar in een eerste penverbinding zoals weergegeven in fig. 4A. Ofschoon de con-structiedetails niet expliciet weergegeven zijn, omvat de penverbinding een eerste pen 47, welke kan worden vastgemaakt in elk der wanden door 20 middel van bouten. De pen kan een verzinkboor omvatten aan elk einde voor het opnemen van de (niet-weergegeven) bouten. De pen ondersteunt een omlaaghangend koppelstuk 49, dat op zijn beurt een tweede pen ondersteunt, die zich in horizontale richting naar buiten toe uitstrekt vanaf de bovenzijde van de buizenondersteuning aan elk einde. Aldus komt men tot de 25 conclusie, dat het koppelstuk vrij is om te draaien om de eerste pen en dus kan de buizenondersteuningsplaat een translatie uitvoeren relatief ten opzichte van de eerste pen en roteren om de tweede pen teneinde uitzetting van de buizen op te vangen zoals zal worden weergegeven in samenhang met fig. 2.

- 30 De buizenondersteuningsplaat omvat eveneens een zich naar boven toe uitstrekkend hoekstuk 51, dat een uitsnijding 53 snijdt gevormd in een blad 55 aan de pen om zijdelingse beweging van de buizenondersteuningsplaat tijdens transport te voorkomen.

Met verwijzing thans naar fig. 4B is de onderste buissteunsectie 37 35 scharnierend bevestigd aan de bovenste buissteunsectie 35. Een H-vormig 8002510 ·* \ - 5 - scharnierorgaan 61 wordt vastgehouden in opspaninrichtingen aan de bovenste en onderste buissteunsecties door rolpennen 63. Dit stelt de onderste buissteunsectie -in staat om een relatieve translatie en rotatie uit te voeren ten opzichte van de bovenste buissteunsectie teneinde een 5 verschil in thermische expansie op te nemen en relatieve groeisnelheden tussen twee verschillende buizenbundels. Als alternatief voor het H-schar-nier zijn er anclere equivalente verbindingsopstellingen, welke hun scharnierende beweging zullen geven.

De werking van de uitvinding zal nu worden toegelicht onder 10 verwijzing naar fig. 2, welke een zijaanzicht geeft van de buizenonder- steuningsplaat 33. Aangezien de buizen,, die een water/stoommengsel bevatten, onderhevig zijn aan heet gas, zullen de. buizen expanderen in overeenstemming met de temperatuur, die aan de buis opgelegd wordt, omvattende de heetgas-temperatuur en de stoomwatertemperatuur. Onder verwijzing naar fig. 1 is 15 het duidelijk, dat de gastemperatuur van de hoge snelheid stoomgenerator zal afnemen wanneer het gas stijgt en warmte overdraagt aan het stoom/ watermengsel in de buizen. Op dezelfde wijze als het stoom/watermengsel loopt door de buizen, zal de temperatuur van het mengsel toenemen. De buizen zullen daarom niet alleen uitzetten in de axiale richting, maar zullen 20 eveneens op trek belast worden in een opwaartse richting uitgaande van de beschrijving van de hier gegeven gebeurtenissen. In elk geval vermijdt de onderhavige uitvinding verbinding tussen buizen en buizenplaat en kromtrekken doordat zij de mogelijkheid bezit om een translatie en rotatie uit te voeren voor het opnemen van thermische veranderingen en spanningen.

25 Onder het opnieuw beschouwing van de draaisteun 45 wordt pen A vast gemaakt aan de wand van het kanaal of de leiding. Het koppelstuk 49 kan roteren om pen A. De pen A komt overeen met de pen 47 in de andere tekeningen. De pen B roteert over een boog en voert een translatiébeweging uit in axiale richting. De bovenste ondersteuningsplaat 35 kan een trans-30 latie uitvoeren in de axiale richting en roteren om pen B. Op soortgelijke wijze beweegt de scharniersteun 61 met de bovenste ondersteuningsplaatsectie, terwijl aan de onderste ondersteuningsplaatsectie de vrijheid verleend wordt om het punt C een translatie te laten uitvoeren en het punt D een rotatiebeweging. Ofschoon de onderhavige uitvinding op voordelige wijze kan 35 worden gebruikt in de weergegeven uitvoeringsvorm, zal het duidelijk zijn dat zij niet hiertoe beperkt is noch beperkt dient te zijn tot een speciaal fluïdum of zelfs tot de weergegeven ruimtelijke oriëntatie.

8002510

Claims (8)

1. Warmtewisselaar, die tenminste één gasstroompad bepaalt en een aantal fluidum-vervoerende buizen bezit, die aangebracht zijn over de gasstroombaan, waarbij middelen aanwezig zijn voor het ondersteunen van de fluidum-vervoerende buizen, welke middelen gekenmerkt zijn door 5. tenminste één buizenondersteuningsplaat (33) voorzien van een aantal daardoorheen gevormde buizenopnemende openingen (39); - een draaisteun (45) voor de buizenondersteuningsplaat (33) bevattende een eerste steunpen (47) vastgemaakt aan de warmtewisselaar (11); 10. een koppelstuk (49) bevestigd aan het ene einde van de eerste steunpen (47) en roteerbaar om de eerste steunpen (A) en voorzien van een tweede steunpen (B) bevestigd aan het andere einde van hetkoppelstuk; - waarbij de buizen-ondersteuningsplaat (33) roteerbaar bevestigd is 15 aan het ene einde van de tweede steunpen (B), waardoor de buizenondersteuningsplaat vrij is om een relatieve translatie uit te voeren ten opzichte van de eerste steunpen en een relatieve rotatie ten opzichte van de tweede steunpen.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, gekenmerkt door een extra 20 buizenondersteuningsplaat bevestigd aan de eerste buizenondersteuningsplaat, welke extra buizenondersteuningsplaat een aantal daardoorheen aangebrachte buizenopnemende openingen omvat, en voorts een steunscharnier, dat de eerste en de extra buizenondersteuningsplaat onderling verbindt, welk steunscharnier roteerbaar is ten opzichte van de eerste en de aanvullende 25 buizenondersteuningsplaat.

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, die tenminste één kanaal-of leidingsectie bevat, welke een stroombaan voor een heet gas bepaalt, gekenmerkt door een aantal warmtewisselaarbuizen aangebracht over de leiding om fluïdum te leiden door de buizen in een non-contact warmte- 30 wisselaarrelatie met het hete gas, welke middelen de warmtewisselaarbuizen in de heetgasleiding ondersteunen, waarbij - de of elke buizenondersteuningsplaat aangebracht is over het kanaal en een aantal daardoorheen gevormde buizenopnemende openingen bezit; 35. welke middelen de buizenondersteuningsplaat ten opzichte van het 8002510 - 7 - i kanaal scharnierend ondersteunen.

4. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, gekenmerkt door een tweede buizenondersteuningsplaatsectie bevestigd aan de eerste buizenondersteunings-plaatsectie.

5. Warmtewisselaar volgens conclusie 4, gekenmerkt door een scharnier, dat de tweede buizenondersteuningsplaatsectie onderling verbindt met de eerste buizenondersteuningsplaatsectie, welk scharnier roteerbaar is ten opzichte van de eerste en de tweede buizenondersteuningsplaatsecties.

6. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, voor gebruik als een 10 warrntewinningsstoomgeneratorsectie voorzien van tenminste één kanaal, dat een heet gas stromingsbaan bepaalt, welke warmteterugwinningsstoomgenerator een aantal buizen omvat, die het kanaal doorlopen teneinde fluïdum te vervoeren in een non-contact, tegenstroomwarmte uitwisselende relatie en het hete gas, waarbij de middelen voor het ondersteunen van de buizen 15 omvatten: - een bovenste buizenondersteunignsplaatsectie bevestigd aan elk boveneinde met tegenover gelegen leiding- of kanaalwanden door de . draaisteun omvattende de vaste eerste steunpen, een koppelstuk dat roteerbaar is om de vaste steunpen en een tweede steunpen 20 gedragen door het koppelstuk en daarmede roteerbaar; en - een onderste buizenondersteuningsplaatsectie bevestigd aan het onderste einde van de bovenste buizenondersteuningsplaatsectie via een scharnierverbinding bevattende een verbindingspen aan elk einde van elke scharnierverbinding, waardoor de bovenste en 25 de onderste buizenondersteuningssecties vrij zijn om een rotatie en translatie uit te voeren ten opzichte van elkaar en eveneens ten opzichte van de eerste vaste steunpen.

7. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, voorzien van tenminste één leidingsectie, die de stromingsbaan voor een heet gas bepaalt, waarbij de 30 steunplaat bevat tenminste één vertikale buizenondersteuningsplaat aangebracht over het kanaal; de draaisteun bevat tenminste twee draaisteunen voor de buizenondersteuningsplaat, waardoor zodra thermische uitzetting 35 plaatsvindt in de buizen, de buizenondersteuningsplaat vrij is om een rotatie en translatie uit te voeren in de richting van thermische expansie. 8002510 - 8 -

8. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, voorzien van tenminste één leiding- of kanaalsectie, welke een stromingsbaan voor een heet gas bepaalt, welke kanaalsectie het aantal buizen omvat, dat in hoofdzaak horizontaal opgesteld is over het kanaal voor het vervoeren door de buizen 5 van het fluïdum in een non-contact, tegenstroom warmtewisselende relatie met het hete gas in het kanaal, waarbij de steunplaat bevat tenminste één in hoofdzaak vertikale buizenondersteuningsplaat opgesteld over het kanaal; de scharniersteun opgesteld is aan het bovenste einde van de 10 vertikale buizenondersteuningsplaat, waardoor de buizenondersteu- ningsplaat vrij is om een rotatie en translatie uit te voeren op een wijze bepaald door het expansieprofiel van de buizen. 8002510