DE962389C

DE962389C - Air heater for hot air turbines with closed circuit

Info

Publication number: DE962389C
Application number: DEA20855A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Brose
Original assignee: Weser AG
Current assignee: Weser AG
Priority date: 1954-07-30
Filing date: 1954-07-30
Publication date: 1957-04-18

Description

Lufterhitzer für Heißluftturbinen mit geschlossenem Kreislauf Um für Heißluftanlagen hohe wirtschaftliche Wirkungsgrade, insbesondere geriilge spezifische Brennstoffverbräuche erzielen zu können, ist es erforderlich, daß die Temperatur der Heißluft bim Eintritt in die Heißluftturbinen etwa um 69o° C liegt. Bei geringer Länge und guter Isolierung der Rohrleitung zwischen Lufterhitzer und Heißluftturbinenanlagen herrscht demnach in den Lufterhitzerteilen am Austritt des Lufterhitzers größenordnungsgemäß eine Temperatur von rund 700° C. Da der Arbeitsluftkreislauf zur Erreichung obigen Zieles auch mit hohem Druck, z. B. im Bereich von 30 bis 50 kg/cm2, betrieben, werden muß, ergibt sich, daß die konstruktive Ausführung der ,ennzelnen Bauelemente des Lufterhitzers sowie die dafür verwendeten Materialien besonders hochwertig sein müssen. Ebenso wichtig ist es, daß bei dem Schiffahrthetrieb und etwaigen Havarien an Teilen des Lufterhitzers diese ohne allzu großen Zeitaufwand und möglichst mit Bordmitteln repariert werden können. Auch für eine ausreichende Unterteilung des Lufterhitzers in mehrere voneinander unabhängige Elemente muß gesorgt sein, und es muß dazu die Möglichkeit geschaffen werden können, die einzelnen Elemente für Überholungszwecke stillzusetzen, ohne daß der Betrieb mit den verbleibenden Lufterhitzerelementen für längere Zeit unterbrochen werden muß. Ferner muß sich die Reinigung .der dem Rauohgaszug ausgesetzten Lufterhitzerteile von Asdhe oder Ölanbrandrückständen mit einfachen Mitteln ausführen lassen., zumal als Brennstoff für diese Anlagen Kesselheizöle mit relativ hohen spezifischen Anteilen an Schwefel und unverbrennlichen Bestandteilen verwendet werden müssen, um -in Wettbewerb mit den Dampfturbinen- und Dieselmotorenanlagen treten zu können. Weiter muß den natürlichen relativen Wärmeausdehnungen der unter unterschiedlichen Temperaturen stehenden Lufterhitzerteile Rechnung getragen werden, so daß keine unkontrollierbaren Wärmespannungen die an sich hochbeanspruehten Teile des Lufterhitzers zusätzlich beanspruchen können. Schließlich muß die Bedienung des Lufterhitzers einfach und übersichtlich sein, so daß .das Bedienungspersonal den Betrieb an Bord mit der üblichen Sorgfalt durchführen kann.Air heater for hot air turbines with closed circuit In order to be able to achieve high economic efficiencies, especially low specific fuel consumption, for hot air systems, it is necessary that the temperature of the hot air at the entry into the hot air turbines is around 69o ° C. With a short length and good insulation of the pipeline between the air heater and hot air turbine systems, the temperature in the air heater parts at the outlet of the air heater is roughly 700 ° C. B. in the range of 30 to 50 kg / cm2, must be operated, it follows that the structural design of the individual components of the air heater and the materials used must be of particularly high quality. It is just as important that in the case of shipping operations and any damage to parts of the air heater, these can be repaired without spending too much time and, if possible, with on-board resources. A sufficient subdivision of the air heater into several independent elements must also be ensured, and it must be possible to shut down the individual elements for overhaul purposes without the operation with the remaining air heater elements having to be interrupted for a long time. Furthermore, the cleaning of the Asdhe air heater parts exposed to the raw gas draft or oil burn residues must be able to be carried out with simple means, especially since boiler heating oils with relatively high specific proportions of sulfur and incombustible components have to be used as fuel for these systems in order to compete with the steam turbines - and diesel engine systems. Furthermore, the natural relative thermal expansions of the parts of the air heater which are at different temperatures must be taken into account, so that no uncontrollable thermal stresses can additionally stress the parts of the air heater that are subject to high loads. Finally, the operation of the air heater must be simple and clear, so that the operating personnel can carry out the operation on board with the usual care.

Da an Bord auch Dampf für technische und Wirtschaftszwecke mit unter Umständen stark wechselndem Bedarf benötigt wird, sollte die Dampferzeugung organisch mit dem Lufterhitzer. soweit Beheizung, Brennluftvorwärmung, Rauch gasabzug und Bedienung in Betracht kommen, verbunden werden.Since there is also steam on board for technical and economic purposes If there is a need for strongly changing requirements, the steam generation should be organic with the air heater. as far as heating, combustion air preheating, flue gas extraction and Operation come into consideration, be connected.

Gemäß der Erfindung werden die obengenannten Bedingungen dadurch erfüllt, daß der Lufterhitzer. durch mehrere um einen zentralen Rauchgaskanal grupgierte Erhitzerelemente gebildet ist, die in an sich bekannter Weise aus vertikalen, konzentrisch um die Brenner- und Flammenachse jedes Ele- mentes angeordneten Rohrsträngen mit gemeinsamen ringförmigen Sammlerkammern bestehen. Die Erhitzerelemente sind dabei zweckmäßig untereinander vollkommen gleich und sternförmig um den zentralen Rauchgaskanal gruppiert, wobei mindestens ein vertikales Dampferzeugerelement als weitere Einheit in das System baulich so eingefügt ist, daß die Brenner für die Lufterhitzerelemente und für das Dampferzeugerelement von einem gemeinsamen, in dem zentralen Rauchgaskanal angeordneten Luftvorwärmer für die Verbrennungsluft versorgt werden und die Rauchgase aller Elemente der Anlage durch den gemeinsamen Rauchgasabzug mit Luftvorwärmer zum Schornstein abströmen. Die erfindungsgemäße Zusammenfassung der Elemente zu einer in sich geschlossenen Raumform kleinster Außenabmessungen ermöglicht eine übersichtliche Anordnung der benötigten Wärmetauschflächen in beschränkten Schiffsräumen bei guter Übersicht, leichter Bedienbarkeit und Überwachung. Die einzelnen Erhitzerelemente der Anlage werden nach einem weiteren Gegenstand der Erfindung 'aus einer oder mehreren konzentrisch angeordneten, in an sich bekannter Weise durch im Hauptfeld: gerade und vertikal stehende Rohre gebildeten Doppelringrohrwänden aufgebaut, deren Mantelflächen zylindrisch oder leicht kegelförmig sind. Die Enden aller Rohre einer Doppelringrohrwand münden teils an einer Stirnseite in einen Doppelkammerring, die Rohrenden der anderen Stirnseite 4n einen einfachen Kammerring, wodurch ein einwandfreierUmlauf des zu erhitzendenTreibmittels durch alle Rohre gesichert ist. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Rohrwände zur Führung des Heizgasstromes in den einzelnen Erhitzerelementen aus geraden vertikalen Rohren, die jeweils gesondert für jede Rohrwand in obere und untere Kammerringe eingewalzt sind, hat gegenüber den bekannten Rohrwänden aus S-förmig gekrümmten Rohren einmal den Vorteil, daß die Rohrwände leicht nach oben einzeln ausbaubar sind, zum anderen, sofern man nur den Kammerringen eine ausreichende Wärmebeweglichkeit gibt, können Lücken in den Rohrwänden, durch die die Heizgase frühzeitig aus dem vorgeschriebenen Weg abströmen, beim Betrieb des Elementes nicht cntptehen. Der konzentrische Innen -cum der Rohrringwän.de dient alsdann als Feuerraum, und die Gase werden anschließend durch die Ringräume der dichten Rohrwände zum Abgassammelraum geleitet. Die vertikale Anordnung der Rohrwände ergibt dabei einen hohen vertikalen Brennraum, der an der unteren horizontälen Stirnseite durch einen oder mehrere Brenner beaufschlagt wird. Das zu erhitzende Treibmittel gelangt über Sammelrohrringe in die unteren Doppelkammerringe, und zwar wird es gleichmäßig über verbindende Rohrbögen auf die einzelnen Kammerringe verteilt. Von den unteren Doppelkammerringen strömt es den Rohrwänden zu. Durch diese Anordnung wird eine gute Beaufschlagung aller Rohre der Erhitzerelemente erreicht und damit Rohrreißer und weitere Schäden im Durchlaufrohrsystem wesentlich begrenzt. Die aus den inneren Doppelkammerringen ausströmenden erhitzten Treibmittel gelangen anschließend über Sammelrohrbögen zur Kraftmaschine. Es ist erkennbar, daß durch die von der Erfindung vorgeschlagenen Mittel die Unterbringung großer Strahl- und Berührungsheizflächen auf kleinstem Raum ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Durchbildung der Erhitzerelemente ist die Möglichkeit, die Rohrwände bei entsprechender Ausbildung der Umkleidung nach oben auszubauen. Die Zuschaltung besonderer Dampferzeugerelemente in baulicher Einfügung in die geschlossene Anlage ergibt neben wesentlichem Gewinn an Raum wärmeökonomische Vorteile, die vor allem in der günstigen Ausnutzung der Abgase gemeinsam mit den Abgasen der Erhitzerelemente gesehen werden müssen. Es lassen sich naturgemäß beliebig viele Elemente sternförmig um einen zentralen Abgasschacht anordnen, wobei, in Abhängigkeit von der Zahl der einzelnen Elemente, der Abgasraum der Anzahl entsprechend größere Abmessungen erhält und damit auch für die Unterbringung größerer Nachschaltheizflächen geeignet ist.According to the invention, the above conditions are met in that the air heater. is formed by several heater elements grouped around a central flue gas duct, which consist in a manner known per se of vertical pipe strings arranged concentrically around the burner and flame axis of each element with common annular collector chambers. The heater elements are expediently completely identical to one another and grouped in a star shape around the central flue gas duct, with at least one vertical steam generator element being built into the system as a further unit in such a way that the burners for the air heater elements and for the steam generator element share a common in the central flue gas duct arranged air preheater for the combustion air are supplied and the flue gases of all elements of the system flow through the common flue gas exhaust with air preheater to the chimney. The combination according to the invention of the elements to form a self-contained spatial shape with the smallest external dimensions enables a clear arrangement of the required heat exchange surfaces in restricted ship spaces with a good overview, ease of use and monitoring. According to a further object of the invention, the individual heater elements of the system are constructed from one or more concentrically arranged, in a known manner, double-ring tube walls formed in the main field: straight and vertical tubes, the outer surfaces of which are cylindrical or slightly conical. The ends of all tubes of a double-ring tube wall open partly at one end face into a double-chamber ring, the tube ends at the other end face 4n into a simple chamber ring, which ensures perfect circulation of the propellant to be heated through all the tubes. The inventive design of the pipe walls for guiding the heating gas flow in the individual heater elements from straight vertical pipes, each rolled separately for each pipe wall in upper and lower chamber rings, has the advantage over the known pipe walls made of S-shaped curved pipes that the pipe walls can easily be removed individually upwards, and on the other hand, if only the chamber rings are given sufficient heat mobility, gaps in the pipe walls through which the heating gases can escape from the prescribed path early on cannot arise when the element is in operation. The concentric inside -cum of the Rohrringwän.de then serves as a combustion chamber, and the gases are then passed through the annular spaces of the tight pipe walls to the exhaust gas collection space. The vertical arrangement of the tube walls results in a high vertical combustion chamber, which is acted upon by one or more burners on the lower horizontal end face. The propellant to be heated reaches the lower double chamber rings via collecting tube rings, and it is distributed evenly to the individual chamber rings via connecting tube bends. It flows from the lower double-chamber rings to the pipe walls. This arrangement ensures that all of the pipes of the heater elements are admitted to a good effect, thus limiting pipe ruptures and other damage in the flow pipe system to a considerable extent. The heated propellants flowing out of the inner double-chamber rings then reach the engine via manifold bends. It can be seen that the means proposed by the invention enable large radiant and contact heating surfaces to be accommodated in the smallest of spaces. Another advantage of the design of the heater elements according to the invention is the possibility of expanding the pipe walls upwards with a corresponding design of the casing. The connection of special steam generator elements in structural integration into the closed system results in not only a substantial gain in space but also heat-economical advantages, which must be seen above all in the favorable utilization of the exhaust gases together with the exhaust gases from the heater elements. Naturally, any number of elements can be arranged in a star shape around a central exhaust duct, with the exhaust gas space being correspondingly larger in size depending on the number of individual elements and thus also being suitable for accommodating larger secondary heating surfaces.

Die Zeichnung zeigt als Beispiel einen Lufterhitzer, der mit einem Dampferzeuger kombiniert ist und der die vorgenannten Forderungen erfüllt.As an example, the drawing shows an air heater with a Steam generator is combined and meets the aforementioned requirements.

Die Abb. r zeigt im Querschnitt eines Schiffes, wie dieses kombinierte Aggregat im Schiff untergebracht ist. Es sind zwei solcher Aggregate, jedes von gleicher Ausführung und Leistung, zum Einbau gekommen. Die vom Maschinenraumflur aus bedienbaren Brenner strahlen von unten nach oben; die Rauchgase ziehen oben in organischer Weise in den Schornstein ab.Fig.r shows in the cross-section of a ship how this combined Unit is housed in the ship. There are two such aggregates, each of same design and performance, installed. The one from the engine room corridor the end operable burners shine from bottom to top; the smoke gases draw off the top of the chimney in an organic manner.

Die Abb. 2 zeigt, daß jedes Aggregat aus fünf untereinander gleichen Lufterhitzerelementen i, 2, 3, 4, 5 und aus einem besonderen Element 6 für die Dampferzeugung besteht. Alle Elemente i bis 6 lassen die Rauchgase nach und durch einen Röhrenluftvorwärmer für die Verbrennungsluft 7 nach dem Schornstein 8 abziehen.Fig. 2 shows that each aggregate out of five are identical to one another Air heater elements i, 2, 3, 4, 5 and a special element 6 for steam generation consists. All elements i to 6 let the flue gases gradually and through a tubular air preheater for the combustion air 7 to be drawn off after the chimney 8.

Die Abb. 3 zeigt auf der linkem Seite den konstruktiven Aufbau eines Lufterhitzerelementes und auf der rechten Seite den des Elementes für die Dampferzeugung und in der Mitte den des gemeinsamen Luftvorwärmers.Fig. 3 shows the structural design of a on the left Air heater element and on the right side that of the element for steam generation and in the middle that of the common air preheater.

Die fünf Lufterhitzer sind beim Ausführungsbeispiel für eine normale Arbeitsluftleiistung von insgesamt 12 8oo ooo kcal/h bei einer maximalen Temperatur der Heißluft von 7oo° C und bei einer Arbeitsluftaustrittstemperatur aus dem Wärmeaustauscher der Heißluftturbi,nenanlage von 425° C, ferner für einen Betriebsdruck von rund 45 kg/cm2 gebaut. Der Dampferzeuger ist für eine normale Dampfleistung von 6ooo kg/h Naßdampf und einen Betriebsdruck von 6,5 kg/cm2 gebaut. Jedes Element des Lufterhitzers besteht aus drei unteren Doppelkammerringen 9, io, i i. Jeder dieser Kammerringe besitzt eine Unterteilungswand 12, 13, 14. Die Kammerringe werden aus zwei U-förmigen Ringen aus dauerstandsfestem austenitischem Spezialstahl gefertigt, zwischen denen die Unterteilungswand eingeschweißt wird. Der Eintritt der in den Lufterhitzer mit 425° C eintretenden Arbeitsluft erfolgt für jedes der fünf Elemente durch drei am Umfang des Kammerringes i i gleichmäßig verteilte, eingeschweißte Rohrbögen 15, die mit dem Rohrring 16 .in Verbindung stehen. Der Rohrring 16 eines jeden der fünf Lufterhit7erelemente ist durch einen Rohrbogen 17 mit dem Sammelring i8 verbunden, der alle fünf Lufterhitzererelemente aus der Rückflußleitung der Arbeitsluft i9 vom Wärmeaustauscher der Heißlufturbinenanlage speist. Durch die Verwendung der- Rohrringe und der Rohrbögen mit großem Krümmungsradius ist eine Dehnungsmöglichkeit dieser Rohranordnung nach allen Richtungen vorhanden. Die Kammerringe 9, io, i i sind untereinander durch je drei auf die Umfänge gleichmäßig verteilte Überströmkrümmer 2o elastisch verbunden (vgi. Abb. 4). Jeder Kammerring ruht zur Verminderung der Wärmeableitung nach außen auf kreisförmig verteilten kurzen Fundamentstützen 21, die mit der unteren Fundamentdecke 22 des Lufterhitzers verbunden sind. Die Fundamentdecke-22 ist im Rahmenbau als Fundament für das kombinierte Lufterhitzer- und Dampferzeugungsaggregat gebaut; es wird durch Stützen und Säulen vom Schiffsdoppelboden getragen. In die obere Wand jeder Kammer der unteren Kammerringe 9, 1o, i i ist eine Rohrwand 23, 24 ... 25, 26 ...27, 28 eingewalzt= wobei je zwei benachbarte Rohrreihen - bis auf den Bereich* der Rauchgaspassage 29 in der Rührwand 25, 26 - eine geschlossene Rohrwand bilden. Der relative Abstand der einzelnen Rohrwandreihen untereinander ist unter Berücksichtigung des veränderlichen Volumens der Verbrennungsgase auf ihrem Wege durch den Lufterhitzer bemessen. Die einzelnen Rohrreihen werden mit großer Geschwindigkeit von der Arbeitsluft -in den angebenen Pfeilrichtungen durchflossen. Die Rohre 23, a4 haben einen äußeren Durchmesser von 22 mm und einen lichten Durchmesser von 18 mm. Die Rohre 25, 26 und: 27. 28 sind mit Durchmessern 2o/16 mm ausgeführt. Für das Einwalzen der Rohre bzw. für das Abdichten einzelner Rohre bei Bruch derselben erhalten die Kammerringe entsprechende Bohrungen mit Walzrillen bzw. mit Versohlußstopfen. Am oberen Ende einer jeden Doppelreihenrohrwand befindet sich ein Einfachkammerring 30, 31, 3?, von denen jeder für den Strömungsübergang der Arbeitsluft von einer Rohrwand in die unmittelbar benachbarte Rohrwand dient. Diese Einfachkammerringe sind im Prinzip in der gleichen Weise gefertigt wie die Doppelkamrnerringe; sie erhalten jedoch keine Trennwände. Zur zentralem. Halterung des ersten Rohrw andelementes 9, 23, 24, 3o dient der mit Spiel eingesetzte Außenring 33 der Rauchgasverteilungsrosette 34. Hierdurch ist eine unbehinderte Ausdehnung des Rohrwandelementes in axialer und in radialer Richtung gewährleistet. Mit der Rosette 34 verbunden dienen die Schutzringe 35 als Schutz für die Einwalzstellen der Rehre 23, 24 in den Kammering 30. In ähnlicher Weise wird die zweite Rohrwand zo, 25, 26, 31 durch den Kammerring 31 mit Spiel gegenüber dem Mauerring 36 in seiner zentralen Haltung geführt. Die Einwalzstellen der Rohre 25, 26 werden durch. die Schutzringe 37 geschützt. Das gleiche gilt sinngemäß für die dritte Rohrwand 11, 27, 28, 32 in ;)ezug auf den Distanzring 38 und die Schutzringe 39. Die Höhenlage der Kammerringe 30, 31, 32 ist unterschiedlich, um einerseits für die Wärmeabgabe von den Rauchgasen an die in den einzelnen Rohren der Rohrwände zirkulierende Arbeitsluft günstige Verhältnisse und andererseits für die Rauchgase günstige Querschnittsverhältnisse zu erhalten. Für die zentral sitzenden Brenner 40, iöi ist hier ein Brenner bekannter Ausführung verwendet worden, weiter, wie üblich, Schamottefeuerrting 41, Ausmauerung 42, Abdeckungen 43. Letztere schützen die unteren Kammerringe 9, io, ii und die Rohreinwalzstellen vor direkter Hitzeeinwirkung durch die Rauchgase. Der Strömungsweg der Rauchgase ist schematisch durch Pfeile angegeben. Jedes Lufterhitzerelement -kann durch eine Tür 44 gegen der, gemeinsamen Raum 45 unterhalb des Luftvorwärmers 7 -im Bedarfsfalle abgeschlossen werden. Der Raum 45' ist durch einen versahließbazen Einstieg'46 befahrbar. Der Abfluß der Arbeitsluft von 700° C aus der Kammer 9 erfolgt durch drei am Umfang des Kammerringes 9 gleichmäßig verteilte und eingeschweißte Rohrbögen 47, die einen. Rohrring 48 speisen. Der Rohrring 48 eines jeden der fünf Elemente des Lufterhitzers steht durch den Rohrbogen 49 mit dem Sammelring 5o in Verbindung, von dem die Hauptleitung 51 nach der Heißlufthochdruckturbine führt. Hinsichtlich der allseitigen Dehnungsmöglichkeit dieser kohranordnung gilt das gleiche, was vorher gesagt worden ist. Der geteilte Mantel 52, 53 eines jeden Lufterhitzerelementes ist nach dem Rauchgasraum mit feuerfesten Steinen 54 gefüttert und außen mit Isolierratten 55 gegen Wärmeausstrahlung geschützt. Für die Inspektion der Innenteile sind entsprechend ausgefütterte Verschlußöffnungen 56, 57 vorhanden. Die obere Feuerraumgewölbeabdeckung 58, 59 aus feuerfesten Steinen kann. mit _einfachen Mitteln für die Generalüberholung der Innenteile des Lufterhitzers u. dgl. leicht demontiert werden. Die Decke eines jeden Lufterhitzerelementes ist eine Riffeiblechplatte 6o. Die vordere Hälfte des Mantels 52, miL' 53 bezeichnet, ist auf ganzer Länge als Ganzes vermöge der Flanschverbindung seitlich abziehbar. Hierdurch ist eine leichte Auswechslung aller Elemente des Lufterhi Lzers gewährleistet, ahne daß allzu umfangreiche Demontagen durchgeführt werden müssen. Hierzu sind noch weitere Einzelheiten am Schluß dieser Beschreibung angegeben. Jeder Rauchgasring ist mit einer auf den unteren Steinabdeckungen 43 liegenden Düsenringleitung 61, 62, 63 für das Rußblasen ausgerüstet. Jede dieser Rußbläserleitungen kann einzeln über die Druckluftsammelleitung 64 angestellt werden. Die sechs Kanäle 65, 66, die an den Knotenpunkten durch die Mäntel 52 und den Führungsmantel 67 für das Luftvorwärmerrohrbündel 68 gebildet werden, dienen für die Weiterleitung der von den Luftgebläsen in die Sammelleitung 69 geförderten Verbrennungsluft nach dem in vier Kammern unterteilten Röhrenluftvorwärmer 7. Die Umleitung der Jerbrennungsluft von einer zur anderen benachbarten Kammer erfolgt abwechselnd durch die jeweils zusammengehörigen drei Kanäle 65 bzw. 66. Das Gewicht des Rauchrohrbündels 68 ruht auf dem Stützring 70 und ist dort durch einen untergelegten Asbestring gegen den Rauchgasraum abgedichtet. Die einzelnen Kammern des Luftvorwärmers sind gegeneinander durch die in Rillenringen 7, eingebetteten Asbestschnüre gedichtet. Das Rohrbündel kann den Wärmedehnungen frei folgen, da das Halsende des Rohrbündels durch eine Stopfbüchse 72 mit Asbestschnurliderung geführt wird. Der Weg der Verbrennungsluft ist sc'hematisc'h durch Pfeile angedeutet. Die Mantelpartien 52, die unmittelbar die Wände der Kanäle 65, 66 bilden, sind ohne Ausmauerung gelassen, um auch diese Wärmeaufnahmequelle für die Vorwärmung der Verbrennungsluft auszunutzen. Von der letzten (vierten) Kammer strömt die Verbrennungsluft unmittelbar in die unterhalb der Fundamentdecke 22 des Lufterhitzers angebaute, in sechs Ringsegmente unterteilte Sammelleitung 73. Von dieser Sammelleitung werden die fünf Brenner 4o der Lufterhitzerelem.ente und der Brenner ioi für den Dampferzeuger gespeist. Die Größe der Öffnung für den Zustrom der Verbrennungsluft nach jedem dieser sechs Brenner ist durch einen Bogenschieber 74 regulierbar. Oberhalb des Luftvorwärmerrohrbündels 68 mündet der Rauchfang 75 gestülpt in den fest an den Schornstein 8 angeschlossenen Rauchfangkrümmer 76. Zur Erleichterung des Ausbaues einer havarierten Rohrwand eines Lufterhitzerelementes, z. B. der mit den Kammerringen 9 und 30 verbundenen Rohrwand 23, 24, werden die an den Kammerring 9 anschließenden drei Rohrbögen 47 sowie die drei Überströmbögen 2o, die den Kammerring 9 mit dem Nachbarkammerring io verbinden, durch Brennschnitt getrennt. Diese Arbeit kann durch entsprechende Klappen in der Fundamentdecke 22 ausgeführt werden. Das damit frei gewordene Rohrbündel kann nach Ausbau des Brenners 40 und des angrenzenden Feuerringes 41 durch die abgehobene Feuerraumdecke 34, 58, 59 nach oben herausgezogen werden. Nach dem Einführen einer Ersatzwand mit Kammerringen und Rohrstutzen 2o, 47 erfolgt das Zusammenschweißen der Rohrstutzen 2o und 47. Anschließend erfolgen der Wiedereinbau der Ausmauerung und des Brenners und der Feuerraumgewölbeabdeckung und restliche Montagearbeiten. Damit der Betrieb mit den übrigen vierLufterhitzerelementen und mit demDampferzeuger während derRepaxaturarbeiten weitergeführt werden kann, wird der Rohrbogen 49 des in Reparatur befindlichen Lufterhitzei-elementes durch Brennschnitt abgetrennt, und der am Sammelring So verbleibende Teil wird durch Abkapselung dichtgesetzt. Wahlweise können Ventile für die Zu- und Abtrennung der einzelnen Hauptrohrleitungen verwendet werden. Da das verwendete Material jedoch gut sch-,veißbar ist und eine Wärmebehandlung der Schweißstellen nachfolgend nicht vorgenommen zu werden braucht, dürfte der vorbeschriebenen Ausführung ohne Ventile der Vorzug zu geben sein. Sollte die zweite oder dritte Rohrwand ausgewechselt werden müssen, so wird für diese Montagearbeiten die vordere Mantelhälfte des betreffenden Lufterhitzerelementes 53 abgebaut. Es ist jedoch auch ein Ausbau jeder Ringrohrwand nach oben möglich. Damit der Dampferzeuger sich organisch in die durch die Lufterhitzerelemente gegebene Grundform einfügt, ist hierfür eine Sonderkonstruktion gewählt. Da der Betriebsdruck für. die vorgesehenen Zwecke des Schiffsbetriebes nur 6,5 kg/cm2 zu betragen braucht und weil für ein schnelles Dampfaufmachen nur ein Wasserrohrkessel in Betracht kommt und weil ferner das Brennersystem zweckmäßigerivei.se das gleiche sein sollte wie bei den einzelnen Elementen des Lufterhitzers, kann die gewählte Ringform für die Unter- und Obertrommel des Wasserrohrkessels wohl als zweckmäßig angesehen werden, wenn gewiß auch noch andere Formen möglich sind. Der Brenner ioi ist der Dampfleistung des Kessels entsprechend. für einen stündlichen Brennstoffdurchsatz bemessen, der hier größer ist als der für ein Lufterhitzerelement benötigte Brennstoffdurchsatz. Die untere und die obere Ringtrommel sind aus zwei Ringschalen io2, 103 und 104, 105 zusammengesoh-i.,eißt, wobei die Ringschale, die für das Einwalzen der Wasserrohre verwendet wird, jeweils mit entsprechend starker Wandstärke ausgeführt wird, während die andere Ringschale, die die angeschweißten vier mit Mannloch verschließbaren Stutzen io6 für das Befahren der Ringtrommel erhält, mit entsprechend dünner Wandstärke gefertigt wird. Hierdurch wird die Fertigung der Ringtrommeln und ihr Berahren verhältnismäßig einfach; auch kann ein lädiertes Rohr bei dieser Ausführung leicht dichtgepropft werden. Der Kessel erhält neun Ringrohrreiihen. Davon sind die erste und zweite Reihe (von der Kesselachse an gezählt), die fünfte und sechste sowie die achte und neunte Reihe für die Rauchgasführung zu geschlossenen Rohrwänden zusammengezogen. Im Bereich der drei Rauchgasgassen 107, 1o8, 109 sind die Rohre der betreffenden Reihe entsprechend auseinandergeweitet. Der Weg der Rauchgase ist schematisch durch Pfeile angegeben. Die Rohrreihen i bis 6, die vornehmlich als Steigrohre dienen, Rohre von 32/26 mm Durchmesser, und die Rohrreihern 7 bis 9, die hauptsächlich als Fallrohre dienen, sind mit Rohren von 36/3o mm Durchmesser ausgestattet. Damit erhält der Kessel einen natürlichen Wasserumlauf. Um 'bei stärkerer Dampfentnahme ein großes Wasservolumen im Kesselsystem verfügbar zu haben, ist außerhalb des eigentlichen Kessels eine Trommel iio angebaut. Dieser Trommel wird der erzeugte Dampf durch das Überströmrohr i i i zugeführt; andererseits stehen die Wasserräume der Ringtrornmeln_ mit dem Wasserraum der Außentrommel durch das Fallrohr 112 in ständiger Verbindung. Die Dampfentnahme erfolgt aus dem Dampfraum der Außentrommel, die auch die üblichen Kesselarmaturen, wie Wasserstände u. dgl., erhält. Für die Ausbildung des Feuerraumgewölbes 113 sind sinngemäß die gleichen konstruktiven Gesichtspunkte beachtet wie bei denen der Lufterhitzerelemente; das gleiche gilt in bezug auf die Ausmauerung des Gehäusemantels 114: Die Ringrohre für das Rußblasen 115, i 16 erhalten Anschluß 'an die Druckluftleitung 64. Der Abs.chluß der Rauchgase gegen den Raum 45 unterhalb des Luftv orwärmers kann im Bedarfsfall durch die Tür i 18 erfolgen. Die Zufuhr der Verbrennungsluftmenge nach dem Brenner ioi ist durch einen Bogenschieber iig regulierbar.In the exemplary embodiment, the five air heaters are for a normal working air performance of a total of 12 8oo ooo kcal / h at a maximum hot air temperature of 700 ° C and a working air outlet temperature from the heat exchanger of the hot air turbine system of 425 ° C, furthermore for an operating pressure of around 45 kg / cm2 built. The steam generator is built for a normal steam output of 600 kg / h wet steam and an operating pressure of 6.5 kg / cm2. Each element of the air heater consists of three lower double chamber rings 9, io, i i. Each of these chamber rings has a partition wall 12, 13, 14. The chamber rings are made of two U-shaped rings made of durable austenitic special steel, between which the partition wall is welded. The inlet of the working air entering the air heater at 425 ° C takes place for each of the five elements through three welded pipe bends 15 which are evenly distributed around the circumference of the chamber ring ii and which are connected to the pipe ring 16. The pipe ring 16 of each of the five air heater elements is connected by a pipe bend 17 to the collecting ring i8, which feeds all five air heater elements from the return line of the working air i9 from the heat exchanger of the hot air turbine system. By using the pipe rings and the pipe bends with a large radius of curvature, this pipe arrangement can be expanded in all directions. The chamber rings 9, io, ii are elastically connected to one another by three transfer manifolds 2o each distributed evenly over the circumference (see Fig. 4). To reduce the dissipation of heat to the outside, each chamber ring rests on circularly distributed short foundation supports 21 which are connected to the lower foundation ceiling 22 of the air heater. The foundation ceiling-22 is built in the frame construction as a foundation for the combined air heater and steam generator; it is supported by supports and pillars from the double floor of the ship. A pipe wall 23, 24 ... 25, 26 ... 27, 28 is rolled into the upper wall of each chamber of the lower chamber rings 9, 1o, ii = two adjacent rows of pipes - except for the area * of the flue gas passage 29 in the Stirring wall 25, 26 - form a closed pipe wall. The relative distance between the individual rows of pipe walls is measured taking into account the variable volume of the combustion gases on their way through the air heater. The individual rows of pipes are traversed by the working air at high speed in the directions indicated by the arrows. The tubes 23, a4 have an outer diameter of 22 mm and a clear diameter of 18 mm. The tubes 25, 26 and: 27. 28 are designed with diameters of 2o / 16 mm. For the rolling in of the pipes or for sealing individual pipes in the event of breakage, the chamber rings are provided with corresponding bores with roller grooves or with stoppers. At the upper end of each double row pipe wall there is a single chamber ring 30, 31, 3?, Each of which serves for the flow transition of the working air from one pipe wall to the immediately adjacent pipe wall. These single chamber rings are basically made in the same way as the double chamber rings; however, they do not receive partitions. To the central. The first pipe wall element 9, 23, 24, 3o is held by the outer ring 33 of the flue gas distribution rosette 34, which is inserted with play. This ensures unimpeded expansion of the pipe wall element in the axial and radial directions. Connected to the rosette 34, the protective rings 35 serve as protection for the rolling points of the tube 23, 24 in the chamber ring 30. Similarly, the second pipe wall zo, 25, 26, 31 through the chamber ring 31 with play compared to the wall ring 36 in its central attitude. The rolling points of the tubes 25, 26 are through. the protective rings 37 protected. The same applies mutatis mutandis to the third pipe wall 11, 27, 28, 32 in;) ezug to the spacer ring 38 and the protective rings 39. The height of the chamber rings 30, 31, 32 is different, on the one hand for the heat dissipation from the flue gases to the In the individual pipes of the pipe walls circulating working air to obtain favorable ratios and on the other hand for the flue gases favorable cross-sectional ratios. For the centrally located burner 40, iöi a burner of known design has been used here, further, as usual, fireclay 41, brick lining 42, covers 43.The latter protect the lower chamber rings 9, io, ii and the pipe rolling points from the direct effects of heat from the flue gases . The flow path of the flue gases is indicated schematically by arrows. Each air heater element can be closed off by a door 44 against the common space 45 below the air preheater 7, if necessary. The room 45 'is accessible through a versahließbazen entrance'46. The outflow of the working air of 700 ° C from the chamber 9 takes place through three on the circumference of the chamber ring 9 evenly distributed and welded pipe bends 47, the one. Feed pipe ring 48. The pipe ring 48 of each of the five elements of the air heater is connected by the pipe bend 49 to the collecting ring 5o, from which the main line 51 leads to the hot-air high-pressure turbine. With regard to the all-round expansion possibility of this kohranordnung the same applies what has been said before. The split jacket 52, 53 of each air heater element is lined with refractory bricks 54 after the flue gas space and protected against heat radiation on the outside with insulating rats 55. For the inspection of the inner parts there are correspondingly lined closure openings 56, 57. The upper furnace vault cover 58, 59 made of refractory bricks can. can be easily dismantled with simple means for the general overhaul of the internal parts of the air heater and the like. The ceiling of each air heater element is a reef sheet plate 6o. The front half of the jacket 52, denoted by 53, can be pulled off laterally over its entire length as a whole by virtue of the flange connection. This ensures that all elements of the fan heater can be easily replaced, without the need for extensive dismantling. Further details are given at the end of this description. Each flue gas ring is equipped with a nozzle ring line 61, 62, 63 for blowing soot on the lower stone covers 43. Each of these sootblower lines can be turned on individually via the compressed air collecting line 64. The six channels 65, 66, which are formed at the junctions by the jackets 52 and the guide jacket 67 for the air preheater tube bundle 68, are used to convey the combustion air conveyed by the air blowers into the collecting line 69 to the tubular air preheater 7, which is divided into four chambers The combustion air is diverted from one adjacent chamber to the other alternately through the associated three channels 65 and 66. The weight of the smoke tube bundle 68 rests on the support ring 70 and is sealed there against the smoke gas space by an asbestos ring placed underneath. The individual chambers of the air preheater are sealed against each other by the asbestos cords embedded in grooved rings 7. The tube bundle can freely follow the thermal expansions, since the neck end of the tube bundle is passed through a stuffing box 72 with asbestos cord cover. The path of the combustion air is schematically indicated by arrows. The jacket parts 52, which directly form the walls of the channels 65, 66, are left without brickwork in order to also use this heat absorption source for preheating the combustion air. From the last (fourth) chamber, the combustion air flows directly into the manifold 73, which is built underneath the foundation ceiling 22 of the air heater and is divided into six ring segments. The five burners 4o of the air heater elements and the burner ioi for the steam generator are fed from this manifold. The size of the opening for the inflow of combustion air after each of these six burners can be regulated by means of a curved slide valve 74. Above the air preheater tube bundle 68, the flue 75 opens up into the flue bend 76 firmly connected to the chimney 8. B. the tube wall 23, 24 connected to the chamber rings 9 and 30 , the three tube bends 47 adjoining the chamber ring 9 and the three overflow bends 2o, which connect the chamber ring 9 to the neighboring chamber ring io, are separated by a flame cut. This work can be carried out through appropriate flaps in the foundation ceiling 22. After the burner 40 and the adjoining fire ring 41 have been removed, the tube bundle that has become free can be pulled out upwards through the lifted furnace ceiling 34, 58, 59. After inserting a replacement wall with chamber rings and pipe sockets 2o, 47, the pipe sockets 2o and 47 are welded together. The brickwork and burner and the furnace vault cover are then reinstalled and the rest of the assembly work is carried out. So that the operation with the remaining four air heater elements and with the steam generator can continue during the repair work, the pipe bend 49 of the air heating element under repair is separated by flame cutting, and the part remaining on the collecting ring So is sealed by encapsulation. Valves can optionally be used to connect and disconnect the individual main pipelines. However, since the material used is easily weldable and whiteable and there is no need to subsequently heat-treat the welds, preference should be given to the design described above without valves. Should the second or third pipe wall have to be replaced, the front half of the casing of the relevant air heater element 53 is removed for this assembly work. However, it is also possible to expand each ring pipe wall upwards. A special design has been selected so that the steam generator can be integrated organically into the basic shape given by the air heater elements. Since the operating pressure for. the intended purpose of the ship's operation only needs to be 6.5 kg / cm2 and because only a water-tube boiler can be considered for a rapid opening of steam and because the burner system should expediently be the same as for the individual elements of the air heater, the selected one can be used Ring shape for the lower and upper drum of the water tube boiler can be regarded as useful, if other shapes are certainly also possible. The burner ioi corresponds to the steam output of the boiler. dimensioned for an hourly fuel throughput which is greater here than the fuel throughput required for an air heater element. The lower and upper ring drums are made up of two ring shells io2, 103 and 104, 105, the ring shell, which is used for rolling in the water pipes, is made with a correspondingly thick wall, while the other ring shell, which receives the four welded-on nozzles io6, which can be closed with a manhole, for driving on the ring drum, is manufactured with a correspondingly thin wall thickness. This makes the production of the ring drums and their handling relatively easy; a damaged pipe can also be easily grafted tight with this design. The boiler has nine rows of annular tubes. The first and second rows (counting from the boiler axis), the fifth and sixth as well as the eighth and ninth rows for the flue gas duct are drawn together to form closed pipe walls. In the area of the three flue gas lanes 107, 1o8, 109 , the tubes of the row in question are widened accordingly. The path of the flue gases is indicated schematically by arrows. Rows of pipes 1 to 6, which are primarily used as risers, pipes of 32/26 mm diameter, and rows of pipes 7 to 9, which mainly serve as downpipes, are equipped with pipes of 36/30 mm diameter. This gives the boiler natural water circulation. In order to have a large volume of water available in the boiler system when more steam is drawn off, a drum is installed outside the actual boiler. The generated steam is fed to this drum through the overflow pipe iii; on the other hand, the water spaces of the ring drums are in constant communication with the water space of the outer drum through the downpipe 112. The steam is extracted from the steam space of the outer drum, which also receives the usual boiler fittings, such as water levels and the like. For the formation of the firebox vault 113, the same structural aspects are taken into account as with those of the air heater elements; the same applies to the lining of the housing jacket 114: the ring pipes for the soot blowing 115, i 16 are connected to the compressed air line 64. The exhaust gas flow to the space 45 below the air preheater can, if necessary, through the door i 18 take place. The supply of the amount of combustion air after the burner ioi can be regulated by a curved slide valve.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Air heater for hot air turbines with closed circuit, especially for ship propulsion and with auxiliary steam generation, characterized by several heater elements (i to 5) grouped around a central raw gas duct (7), which in a known manner consist of vertical, concentric around the burner and flame axis of each element arranged pipe strings with common annular collector chambers exist.

2. Air heater according to claim i, characterized in that that it is divided into the same air heater elements (i to 5), which are grouped in a star shape around the central flue gas duct (7), with at least a vertical steam generator element (6) as a further unit in the air heater system is structurally inserted so that the burner (40, 101) for the air heater elements (i to 5) and the steam generator element (6) from a common, in the central one Flue gas duct (7) arranged preheater (68) supplied for the combustion air and the flue gases of all elements (i to 6) of the heater system through the common Drain off the air preheater (68).

3. Air preheater according to claim i and 2, characterized in that that each air heater element (i to 5) from. one in a known manner in the main field straight and. vertically standing pipes (23 to 28) formed-defined double ring pipe wall is constructed, the outer surface of which is cylindrical or slightly conical, and that the ends of all tubes (23, 24) of the double ring tube wall at one end with a Double chamber ring (9), the ends of the tubes at the other end with a simple Chamber ring (30) are connected, and that also the interior of the double ring tube wall (23, 24) serves as a furnace, on the end of which the burner (40) is located, while. the access of the air to be heated for the fan heater element to the outer Chamber of the double chamber ring through several pipe sockets evenly distributed around the circumference takes place and the heated working air in the same type of distribution from the inner chamber (9) of this double chamber ring exits through pipe socket (47).

4. Air heater according to claims i to 3, characterized in that when an air heater element is built up from several concentrically arranged double ring tube walls (23 to 28) the individual Double chamber rings (9 to ii) for each ring pipe wall one below the other by means of several overflow pipe bends (2o) are connected, their inlets and outlets evenly over the circumference of the Annular chambers (9 to ii) are distributed, while the working air to be heated over several pipe bends evenly distributed over the circumference of the outer chamber (ii) (15) of the outermost double-chamber ring (i i) and the heated working medium over several evenly over the circumference of the inner chamber (9) of the innermost double-chamber ring distributed pipe bends (47) emerges.

5. Air heater according to claim i to 4, characterized characterized in that the individual pipe bends (15) for the access of the working air to the outer chamber rings (ii) open into a pipe ring (16) and the pipe bends (47) also for the outflow of the working air from the inner chamber rings (9) open into a pipe ring (48), which in turn over pipe bends (17, 49) into collecting rings (18, 50) for everyone. The heater elements (i to 5) of the system open up, from where the work equipment is supplied or discharged.

6. Air heater according to claim i to 5, characterized in that the upper and lower chamber rings (9 to i i or 3o to 32) are each made of two U-irons bent into rings and in the connecting seam of the U-irons for the lower chamber rings (9 to i i) is a non-running one Partition (i2 to 14) is welded in.

7. air heater according to claim i to 6, characterized in that the individual elements (i to 6) .des heater of a cladding jacket (55) are connected to form a coherent structure, the Core space accommodates the core jacket (67) for a common smoke gas exhaust space, in which the flue gas extractors of the individual heating elements (i to 6) flow in, with the core jacket (67) at the same time the outer periphery of the air preheater (7) for the Combustion air limited. B.

Air heater according to Claims 1 to 7, characterized in that that the inner parts of the cladding jacket (55) and the core jacket (67) formed triangular arc spaces (65, 66) as flow channels for the combustion air used, d.ie the air preheater (7) flows through and after the collecting line (73) for the individual burners (4o, ioi) of the Lufter'hitzerzlemente (i to 5) and of the steam generator element (6) flows away, the individual chambers of the air preheater (7) the combustion air flows through one after the other, while the flue gases the flue pipes (68) of the air preheater flow through and at the free end of the vertical Drain the pipe walls after the chimney (75).

9. Air heater according to claim i to 8, characterized in that the free-standing chamber rings (9 to i i) of the double ring tube walls held in the axial direction by guide rings (2i) with radial and axial play are, in such a way that the Doppelririgrahrwand (23 to 28) and the chamber rings (9 to i i) are not hindered in their natural thermal expansions, the Guide rings (2i) attached to the casing for the fan heater element are. 'io.

Air heater according to Claims i to 9, characterized in that the Flue pipe walls (68) of the air preheater for the combustion air in the core jacket (67) are attached so that they can move through heat. ii.

Air heater according to claims i to io, characterized characterized in that the cover of the combustion chamber and the flue gas chambers of the individual Pneumatic ventilated elements can be removed so that the annular tube walls (23 to 28) after separation the pipe socket (i5, 47) sitting on their double chamber rings (9 to 14) from their Sheath jacket (54) can be pulled out upwards. '

12. Air heater according to claims i to ii, characterized in that the outer parts of the covering shell (55) are connected to one another by two vertical side flanges in such a way that each outer part can be removed individually.

13. Air heater according to claim i to i2, characterized in that the element (6) designed as a steam generator has a lower (1o2, io3) and an upper tubular drum (1o4, 1o5), each of which consists of two ring shells (1o2, 103 or io4, io5) are welded together, where. the ring shells (1o3, io5), which are used to hold the water pipes (1o7 to io9) arranged in rows, are thick-walled, while the other ring shells (io2, 104) only have a wall thickness corresponding to the steam pressure and are equipped with a manhole socket .

14. Air heater according to claim i to 1d, characterized in that the burner (ioi) for the steam generator (6) is arranged in the vertical boiler axis and the exhaust of the flue gases through the flue gas gases formed by the rows of annular tubes to the central flue gas collecting space (45 ) of the air preheater (7) takes place. Documents considered: German Patent No. 721 32o; Swiss patents No. 258 413, 25 1 223, 240 525.