Patentansprüche
1. Verfahren zur optimalen Bemessung der Wärmeübertragungsrohre in Abhitzekesseln von Kraftwerken, dadurch ge kenn z e i chnet , das s zunächst theoretische Berechnungen erfolgen, und zwar insbesondere für die Wärmeübertragungswerte und Druckverluste, dass die Wärmeübertra- gungsrohre bezüglich Abmessungen und Rippengeometrie zu Beginn der Produktion nach diesen Berechnungen gefertigt werden, dass während der Produktion der Wärmeübertragungsrohre die berechneten wärmetechnischen Werte in bestimmten Intervallen in einem Vergleichsprüfstand überprüft werden und dass bei Feststellung von Abweichungen Korrekturen bei den einzelnen Parametern vorgenommen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , da s s bei Feststellung von Abweichungen die Korrekturen in der Weise erfolgen, dass die ermittelten wärmetechnischen Werte aus den vorangegangenen Intervallen überkompensiert werden, um zu dem angestrebten Ergebnis für den gesamten Abhitzekessel zu gelangen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Bemessung von Rippenrohren, dadur ch ge kenn z e i chnet , da s s die Korrekturen in der laufenden Produktion insbesondere dadurch erfolgen, dass die Rippenabstände verändert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennz ei chnet , da s s die Entnahme einer ers- ten Probe nach der Fertigstellung der ersten Tonne der Wärmeübertragungsrohre erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s im Anschluss an die Entnahme der ersten Probe in Intervallen von jeweils etwa 200 Tonnen gefertigter Wärmeübertragungsrohre je eine weitere Probe entnommen und bezüglich der wärmetechnischen Werte untersucht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e - kennz e ichnet , das s die Probenentnahme bei laufender Produktion vorgenommen wird. |
VERFAHREN ZUR OPTIMALEN BEMESSUNG DER WäRMEüBERTRAGUNGSROHRE IN ABHITZEKESSELN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optimalen Bemessung der Wärmeübertragungsrohre in Abhitzekesseln von Kraftwerken.
Beispielsweise zur Stromerzeugung werden weltweit jährlich ca. 150 bis 250 Kraftwerke mit Abhitzekesseln gebaut, in denen Wärmeübertragungsrohre vorhanden sind. Die Wärmeübertragungsrohre dienen zur Wärmeübertragung der heißen Rauchgase auf das zu erwärmende und zur Stromerzeugung dienende Medium, das nor- malerweise Wasser und/oder Dampf ist.
Die Wärmeübertragungsrohre in den Abhitzekesseln sind in der Regel als Rippenrohre ausgebildet, wobei die Rippen senkrecht zur Rohrachse auf die Rohroberfläche aufgeschweißt werden.
Bei modernen Verfahren zur Herstellung solcher Rippenrohre (EP 1 276 571) werden die Rippen in Form eines Bandes schraubenli- nig kontinuierlich auf die Rohroberfläche aufgeschweißt. Dabei ist es auch möglich, die nach außen gerichteten Rippenenden in einzelne Segmente aufzuteilen (DE-OS 100 63 831) .
In einem Abhitzekessel der gängigen Größe sind ca. 25.000 Rip- penrohre mit einer Länge von 20 m enthalten, wobei jedes Rohr ca. 260 Rippen pro Meter aufweist. Wenn es sich um Rippen handelt, die in Segmente aufgeteilt sind, so weist die Rippe über ihren Umfang von 360° ca. 25 bis 35 Segmente auf. In einem einzigen Abhitzekessel kommen also ca. 0,13 Mrd. Rippen und dementsprechend ca. 3,9 Mrd. Rippensegmente vor.
Bei der Bemessung der einzelnen Parameter für den Abhitzekessel werden die Wärmeübertragungsrohre zunächst aufgrund von Erfah-
rungswerten berechnet. Dabei ist das Problem bekannt, dass bereits bei geringfügigen Abweichungen von der Rippenrohrgeo- metrie erhebliche Abweichungen von den errechneten Werten auftreten können. Die Kesselbauer planen daher regelmäßig erhebli- che Reserven bzw. Sicherheiten ein. Wenn die errechneten Werte eingehalten oder möglicherweise sogar übertroffen werden, stellen diese Reserven bzw. Sicherheiten einen erheblichen Mehraufwand dar. Es wird daher versucht, diese Reserven und Sicherheiten so gering wie möglich zu halten, um den zusätzlichen vor- richtungstechnischen Aufwand und die damit zusammenhängenden Kosten gering zu halten.
Häufig werden daher trotz der eingeplanten Reserven und Sicherheiten die geforderten wärmetechnischen Werte unterschritten. Dies führt nachträglich dazu, dass die Kraftwerke nicht mit voller Leistung arbeiten können.
Versuchsserien haben ergeben, dass die errechneten bzw. eingeplanten wärmetechnischen Werte in der Praxis um 20% und mehr nach oben und unten abweichen können. Dies bedeutet eine erhebliche Unsicherheit bei der Planung und späteren Inbetriebnahme eines Kraftwerks.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst genaue Einhaltung der errechneten und geplanten wärmetechnischen Werte zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zu- nächst theoretische Berechnungen erfolgen, und zwar insbesondere für die Wärmeübertragungswerte und Druckverluste, dass die Wärmeübertragungsrohre bezüglich Abmessungen und Rippengeometrie zu Beginn der Produktion nach diesen Berechnungen gefertigt werden, dass während der Produktion der Wärmeübertragungsrohre die berechneten wärmetechnischen Werte in bestimmten Intervallen in einem Vergleichsprüfstand überprüft werden und dass bei Feststellung von Abweichungen Korrekturen bei den einzelnen Parametern vorgenommen werden.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Ausrüstung eines Abhitzekessels mit Wärmeübertragungsrohren optimal zu gestalten und die errechneten wärmetechnischen Werte sehr genau einzuhalten.
Die Produktion der Wärmeübertragungsrohre für einen geplanten bzw. im Bau befindlichen Abhitzekessel erstreckt sich über einen Zeitraum von 4 bis 12 Wochen, sodass genügend Zeit bleibt, um in den vorgegebenen Intervallen eine überprüfung der wärmetechnischen Werte in einem Vergleichsprüfstand vorzuneh- men.
Bei Feststellung von Abweichungen erfolgen dann die Korrekturen in der Weise, dass die ermittelten Werte aus den vorangegangenen Intervallen überkompensiert werden.
In modernen Abhitzekesseln werden heutzutage in der Regel Rip- penrohre als Wärmeübertragungsrohre verwendet, da diese eine große Wärmeübertragungsfläche aufweisen. Wenn also bei Rippenrohren Korrekturen in der laufenden Produktion vorgenommen werden sollen, so kann dies auf sehr einfache Weise dadurch erfolgen, dass die Rippenabstände verändert werden. Dies er- folgt insbesondere bei kontinuierlich schraubenlinig aufgebrachten Rippen dadurch, dass der Anstellwinkel der Bandzufuhr verändert wird.
Wenn also bei der überprüfung im Vergleichsprüfstand festgestellt wird, dass beispielsweise die Wärmeübergangswerte nicht eingehalten und erheblich unterschritten werden, so können zur Kompensation die Rippenabstände verringert werden. Statt der errechneten Rippenanzahl pro Meter werden dann beispielsweise Rohre mit einer größeren Anzahl von Rippen pro Meter erzeugt. Dadurch werden die fehlerhaften Werte aus dem vorangegangenen Produktionsintervall durch die nun in der Folgezeit produzierten Wärmeübertragungsrohre überkompensiert, sodass das errechnete Gesamtergebnis wieder stimmt. Diese Verfahrensschritte werden regelmäßig bis zur endgültigen Fertigstellung der Ge-
samtheit der Wärmeübertragungsrohre fortgesetzt.
Die Entnahme einer ersten Probe soll vorzugsweise zu einem relativ frühen Zeitpunkt, beispielsweise nach der ersten Tonne gefertigter Wärmeübertragungsrohre, erfolgen. Im Anschluss daran werden Proben in größeren regelmäßigen Intervallen entnommen, beispielsweise nach jeweils 200 Tonnen gefertigter Wärmeübertragungsrohre, die unmittelbar nach der Entnahme in dem Vergleichsprüfstand überprüft werden. Die dabei ermittelten Ist-Werte dienen dann als Ausgangsbasis für die Bestimmung der Geometrie der nachfolgend produzierten Wärmeübertragungsrohre.
Die Erfindung wird anhand eines praktischen Beispiels im Nachfolgenden im Einzelnen erläutert.
Ein Kraftwerksbetreiber plant ein neues Kraftwerk zur Stromerzeugung mit einem entsprechenden Abhitzekessel, der in seinem Innern etwa 25.000 Rippenrohre mit einer Länge von 20 m enthalten soll. Die Rippen werden auf die Rohroberfläche aufgeschweißt, wobei diese in Form einer Endlosrippe im kontinuierlichen Verfahren schraubenlinig auf den äußeren Rohrmantel aufgeschweißt werden. Der Steigungswinkel des aufgeschweißten Rippenverbandes ist so gewählt, dass beispielsweise ca. 260 Rippen pro Meter erzeugt werden. Der äußere Rippenrand ist in einer Höhe von ca. 2/3 der Rippenhöhe eingeschnitten, wobei ca. 25 bis 35 Segmente je Rippe bzw. je Rippenwindung entstehen.
Die Rippenrohre sind bezüglich ihrer wärmetechnischen Werte so ausgelegt, dass eine gefordert Wärmeübertragungsleistung der Rauchgase auf das die Rippenrohre durchströmende Medium, beispielsweise Wasser und/oder Dampf, erreicht wird.
Bei der Herstellung der Rippenrohre halten erfahrungsgemäß allenfalls 10% der Rohrlängen die errechneten Werte in einem Toleranzfeld von + 2,5% ein. Bei den übrigen 90% der hergestellten Rohrlängen weichen die Ist-Werte von den errechneten Soll-Werten über ± 2,5% nach oben und unten ab.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei der Produktionsaufnahme zunächst nach den vorgegebenen errechneten Werten produziert. Bereits nach kurzer Zeit, beispielsweise nach der Produktion der ersten Tonne, werden aus der laufenden Produktion Probestücke entnommen, die in einem speziellen Rippenrohr-Teststand hinsichtlich ihrer wärmetechnischen Werte überprüft werden.
Wird dabei festgestellt, dass die vorgegebenen Wärmeübertragungswerte unterschritten werden, so wird in der folgenden Produktion die Rippenanzahl pro Meter je nach Bedarf erhöht. Bei überschreitung der vorgegebenen Werte wird die Rippenanzahl entsprechend verringert.
Die Probeentnahme wird dann in regelmäßigen größeren Intervallen, beispielsweise nach Produktion von jeweils 200 Tonnen an Wärmeübertragungsrohren, wiederholt. Der Produktionsvorgang braucht dabei nicht unterbrochen zu werden. Stellt sich dann heraus, dass die Rohre im vorangegangenen Intervall die Soll- Werte um 10% unterschritten haben, so wird man im folgenden Intervall die Rippengeometrie so ändern, dass die Werte um 10% überschritten werden. Im darauffolgenden Intervall kann man dann wieder auf den Soll-Wert zurückgehen, bis dann erneut Abweichungen von den Soll-Werten festgestellt werden.
Durch das neue erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die wärmetechnischen Werte eines Abhitzekessels sehr genau einzu- halten. Es brauchen dann keine unnötigen Reserven und Sicherheiten eingebaut zu werden, wodurch der Herstellungsaufwand und der Preis des Kessels erheblich reduziert werden kann. Auch wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ausgeschlossen, dass unter ungünstigen Bedingungen die wärmetechnischen Werte des Abhitzekessels unterschritten werden, was bedeuten würde, dass das Kraftwerk niemals mit der errechneten Leistung betrieben werden könnte.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also für den Kraft-
werksbau eine zielgenaue Einhaltung der berechneten wärmetechnischen Werte, sodass mit minimalem technischem Aufwand optimale Betriebswerte erzielt werden können.