AT246752B - Verfahren und Einrichtung zur Regelung von Heizgastemperaturen - Google Patents

Description

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  Verfahren und Einrichtung zur Regelung von Heizgastemperaturen   DieErfind-tng   betrifft   einverfahren zurRegelungvonHeizgastemperaturenbeidruckgefeuertenDampf-   kesseln, deren Heizgase im Kessel mit einem Kühlgas vermischt und anschliessend,   z. B.   in einer Gasturbine, entspannt werden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kühlgas, insbesondere Kühlluft, in einzelnen Zonen des Überhitzers zugesetzt wird, während die andern Zonen des Überhitzers ausschliesslich vom Heizgas durchströmt werden. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren hat den Vorteil einer wesentlichen Verkleinerung des Bauvolumens des Kessels. Je grösser nämlich der Temperaturunterschied der beiden wärmetauschenden Medien ist, desto geringer ist die benötigte Heizfläche (Wärmetauschfläche). Die Kühlgase werden daher möglichst in der Nähe des Kesselaustrittes eingeblasen. Sogar von der dem Kesselaustritt rauchgasseitig am nächsten angeordneten   Heizfläche (d. i.   der Überhitzer) wird nur ein Teil vom Kühlgas-Heizgasgemisch beaufschlagt. Als weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich eine äusserst wirksame Regelung, die praktisch ohne Verzögerung arbeitet. 



   Der Gegenstand der Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt. Fig. l zeigt eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitende Anlage. Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Über- 
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 Längsschnitte durch   Überhitzerzilge,   Fig. 7 einen Querschnitt durch einen solchen. 



   In Fig. 1 bezeichnet 1 einen überdruckgefeuerten Kessel. Die Verbrennungsluft strömt durch den hohlen Zylindermantel 2   zwischen äusserem Kesselmantel   3 und innerem Kesselmantel 4 zu dem Brenner 5. Sie tritt hier zusammen mit dem Brennstoff in die Brennkammer 6, in welcher die Verbrennung stattfindet. In dieser Brennkammer befinden sich die   als Strahlungsheizflächen ausgeführten Ver-   dampferheizflächen 7,   dieüberhitzerheizflächen   8   und die Economiserheizflächen   9.

   Die im we-   sentlichen ausgebrannten Rauchgase treten in den anschliessenden Konvektionszug   10, in welchem sich   die als Konvektionsheizflächen ausgeführten Überhitzerheizflächen   11 und die Heizflächen des Zwischenüberhitzers 12 befinden.   Von hier strömen die noch unter Überdruck stehenden Rauchgase durch   die Leitung 13 zur Gasturbine 14, in welcher sie entspannt werden und gelangen anschliessend durch die Leitung 15a ins Freie. Die Gasturbine 14 treibt einen auf der gleichen Welle sitzenden Generator 15 sowie einen Kompressor 16. Der Kompressor saugt in bekannter Weise Kaltluft an, verdichtet diese und befördert sie dann durch Leitung 17 zu einem Regelschieber 18.

   Von hier gelangt der grö-   ssere Teil der Verbrennungsluft durch den schon erwähnten Hohlmantel   2 zum Brenner 5 und ein kleinerer Teil der Verbrennungsluft wird über den Ringkanal 19 und die Düsen 20 in den Konvek- 
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 einfache Art herabgesetzt und es kann somit auch die Temperatur des durch den Zwischenüberhitzer 12 strömenden Dampfes in einfacher Weise geregelt werden. Zu diesem Zwecke wird dessen Temperatur bei 21 festgestellt, ein in Abhängigkeit von. dieser Temperatur gewonnener Impuls durch die Impulsleitung 22 dem Regelschieber 18 zugeleitet und dieser in seiner Stellung beeinflusst. 



   Die hier gezeigte Regelung der Heizgastemperatur, welche auch eine einfache Regelung der Dampf- 

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 überhitzungstemperaturen ermöglicht, hat den besonderen Vorteil, dass sie bei derartigen Anlagen prak- tisch verlustlos arbeitet, da die der Turbine 14 zugeführten Heizgase vor ihrem Eintritt in die Turbine an und für sich auf eine zulässige Eintrittstemperatur herabgekühlt werden müssen. 



   Die Speisepumpe 22a fördert Speisewasser zu den Anzapfvorwärmern 23, die mit Anzapfdampf i aus den Dampfturbinen 24 und 25 beheizt werden. Das schon leicht vorgewärmte Speisewasser gelangt nun über Leitung 26 in den Economiser 9, von hier über Leitung 27 in den Verdampfer 7 und schliesslich wird der gebildete Dampf in den Überhitzern 8 und 11 auf die erforderliche Überhitzungs- temperatur gebracht. Zwischen diesen beiden Überhitzern sind Einspritzkühler angeordnet, die jedoch in den Zeichnungen nicht dargestellt sind. Vom Überhitzer 11 gelangt nun der Dampf zu der Hochdruck- turbine 24, von hier über Leitung 28 in den Zwischenüberhitzer 12 und schliesslich von diesem in die Niederdruckturbine 25 und sodann in den Kondensator 29. 



   In Fig. 2 gelten die gleichen Bezeichnungen wie in Fig. l. Es wird hier eine   besondere Ausführung   des Überhitzerzuges gezeigt. Aus der nicht mehr dargestellten Brennkammer 6 strömen die heissen Ver- brennungsgase in den Konvektionszug 10, wobei ihnen schon am Beginn des Konvektionszuges Kühlluft durch die Ringleitung 19 bzw. die Düsen 20 zugemischt wird. Diese Zumischung erfolgt jedoch mit so geringer Geschwindigkeit, dass sich dieKühlluft ausschliesslich in denRandzonen mit den heissen Rauch- gasen mischt und deren Temperatur auch nur in dieser Zone herabsetzt. Die Temperatur des Kernes der   Gasstiömung   im Konvektionszug 10 wird durch die zugeführte Kühlluft nicht beeinträchtigt. Parallel zur Achse des Gaskanals, also zur Strömungsrichtung der Gase in diesem, sind haarnadelförmig gebogene
Rohrschlangen 30 vorgesehen.

   Die im mittleren Teil des Gaskanals angeordneten Rohrschlangen ge- hören zum Endüberhitzer 11, während die in der gekühlten Randzone angeordneten Rohrschlangen zum
Zwischenüberhitzer 12   zählen. Eine Mischung zwischen der   gekühlten Gasströmung am Rande des Kon- vektionszuges und der heissen Gasströmung in den mittleren Teilen der Querschnitte dieses Zuges findet kaum statt. Durch Aufrechterhalten einer laminaren Strömungsform kann eine solche Mischung darüber hinaus nahezu ganz verhindert werden. Durch Leitung 31 kommt nun der Dampf aus dem Strahlungs- überhitzer 8 zunächst in den Einspritzkühler 32 und von hier durch Leitung 33 in die Rohrschlan- ge 30 des Konvektionsüberhitzers 11. Nach Erreichen seiner   Endüberhitzungstemperatur   wird der
Dampf durch die Dampfleitung 34 zu der nicht mehr dargestellten Turbine geführt.

   Nach der teilwei- sen Entspannung dieses Dampfes gelangt dieser wieder durch die Leitung 28 in die Rohrschlange 30   de ? Zwischeimberhitzers 12 und von hier überLeitung   35, Einspritzkühler 36 in die an der Wand des   Konvektionszuges montierten Heizflächen   37. Über die Leitung 38 wird er von hier schliesslich   wieder derNiederdruckturbine zugeführt. DieEinspritzkühler 32 und 36 befinden sich zwischen derAus-    mauerung 39 und dem inneren Kesselmantel 4.   Sie sind mit ihrer Achse parallel zur Strömungsrich-   tung der Heizgase vorgesehen und dienen daher gleichzeitig als Verbindungsleitung zwischen den oberen   und den unteren Dampfsammelkammern   40.

   Die haarnadelförmig gebogenen Rohrschlangen 30 sind mit ihren unteren Sammelkammern 40 auf einer gemeinsamen Grundplatte 41 montiert und können mit dieser nach Aufschneiden des äusseren Kesselmantels 3 durch den Stutzen 42 aus dem Konvek-   tionszug 10   herausgezogen werden. Die Verbindungsleitungen 28,34 und 38 zwischen den Über- hitzerteilen und den übrigen Teilen der Anlage, also den Turbinen, werden durch einen federnd bzw. nachgiebig ausgebildeten Stutzen 43 aus dem inneren Teil des druckgefeuerten Kessels nach aussen ge- führt. Dieser Stutzen 43 ist mit zwei Einsickungen 44 versehen, die für dessen elastisches Verhal- ten sorgen, und er ist bei 45 mit dem äusseren Kesselmantel 3   verbunden bzw. verschweisst.   



   In Fig. 3 bezeichnet 46 die Abszisse, auf welcher der Strömungsweg der Heizgase aufgetragen ist. 
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 der Ordinatein dem Bereich des Verdampfers 7   und des Strahlungsüberhitzers   8, wird die Heizgastemperatur als konstant angenommen. Im Bereich 50   desalsStrahlungsheizflächeausgeführtenEconomisers   9 sowie im Bereich 51   des Konvektionsüberhitzers fällt dann die Heizgastemperatur ab. Die Kurve   52 zeigt den Temperaturverlauf der durch die zugesetzte Luft gekühlten Randströmung im Konvektionszug 10   der Fig. 2. Die Kurve   53 zeigt den Verlauf der Temperatur im Verdampfer 7 sowie im anschliessenden Überhitzer 8, Kurve 54 den Verlauf der Temperatur im Economiser 9 und die Kurven 55 bzw. 56 den Verlauf der Temperatur im Endüberhitzer 11 bzw. im Zwischenüberhitzer 12. 



     . In Fig. 4 gelten   die gleichen Bezeichnungen wie früher. Die in dem Konvektionszug 10 vorgese-   henenHeizflächenbestehenausspiralförmiggewundenen   Rohren, von welchen einfachheitshalber nur zwei Schlangen dargestellt sind. Die innere dieser beiden Schlangen gehört zur Endüberhitzerheizfläche 11, die äussere zur   Zwischenüberhitzerheizfläche   12. Letztere liegt in jener Zone der Rauchgasströmung, deren Temperatur durch Zumischung von Nebenluft geregelt wird. 

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   In Fig. 5 gelten ebenfalls die früheren Bezeichnungen. Die Kühlluft wird hier über ein pfeifenkopf- fö'miges Rohr 57 zugesetzt, dessen Wandung 58 als Hohlmantel ausgebildet ist. Dieser wird von einem Kühlmedium beaufschlagt. Es gehört die innere Heizflächenspirale zur Zwischenüberhitzerheiz- fläche 12 und die äussere zur Endüberhitzerheizfläche 11. 



  In- den Fig. 6 und 7 gelten wieder die früheren Bezeichnungen. Es handelt sich hier um Konvektions- züge mit längs   angeströmtenHeizflächen.   Um auch bei hohenRauchgasgeschwindigkeiten eine turbulente
Durchmischung der einzelnen Zonen 59 und 60 der Strömung zu vermeiden, ist hier aus Flossen 61 eine Leitwand 62 gebildet. Diese verhindert ein Übertreten von Gasgemisch aus der Zone 59 in die
Zone 60 und umgekehrt. Die Leitwand 62 ist insbesondere gegenüber den Düsen 20, also zumin- dest in deren Höhenbereich 64 angeordnet und unterbindet ein Eindringen der quer zur Richtung des
Rauchgasstromes aus den Düsen austretenden Kühlluft in den Bereich 60. Eine solche Erscheinung wäre besonders bei hohen Kühlluftgeschwindigkeiten leicht möglich.

   Die in Fig. 7 dargestellten Flossen 61 können nur an dieser einen Seite oder auch gegenüberliegend oder am gesamten Umfang herumlaufend vorgesehen sein. 



   Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt.   So kann selbstverständ-   lich an Stelle des Zusatzes von Luft auch ein Zusatz irgendeines andern Kühlgases in den   Kesselzügel1   er- folgen. Es kann ferner ein Zumischen der Kühlluft dadurch erfolgen, dass diese mit hoher Geschwindig- keit aus in der Wand des Rauchgaszuges angeordneten, gegenüberliegenden Düsen ausgeblasen wird. Die
Kühlluft wird dann bis zum Kern des Randgasstromes vordringen, sich dort mit den Rauchgasen mischen und einen relativ kühlen Strömungsbereich in der Mitte des Konvektionszuges bilden, in welchem dann die Heizflächen des Zwischenüberhitzers angeordnet werden. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zur Regelung von Heizgastemperaturen bei druckgefeuerten Dampfkesseln, deren Heiz- gase im Kessel mit einem Kühlgas vermischt und anschliessend,   z. B.   in einer Gasturbine, entspannt wer- den, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgas, insbesondere Kühlluft, In einzelnen Zonen des Überhitzers zugesetzt wird, während die andern Zonen des Überhitzers ausschliesslich vom Heizgas durch- strömt werden.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusetzen von Kühlgas in Abhängigkeit von einer Dampftemperatur, insbesondere von der Austrittstemperatur des Zwischenüberhit- zungsdampfes, geregelt v-ird.

   3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die von dem Gemisch aus Kühl- und Heizgas durchströmten Überhitzerzonen und die ausschliesslich vom Heizgas durchströmten Überhitzerzonen in bezug auf die Gasströmung auf gleicher Höhe angeordnet sind und zum Vermeiden einer Mischung der Strömungen des Gemisches aus Kühl- und Heizgas einerseits und des Heizgases anderseits eine laminare Strömungsform vorgesehen ist. EMI3.1 Durchführung des Verfahrensrungsstellen (20,57) für das Kühlgas vorgesehen sind.

   5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dassdieZuführungsstellen (57) für Kühlgas im Kern der Gasströmung vorgesehen sind.

   6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungsstellen (20) für das Kühlgas im Aussenbereich der Gasströmung vorgesehen sind, z. B. in der Wand des Gaskanals, so dass die vom Kühlgas-Heizgasgemisch durchströmte Zone des Überhitzers (11,12) in der Randzone des Gaskanals liegt.

   7. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Rohrschlangen eines Überhitzerteiles, z. B. des Zwischenüberhitzers (12), nahezu zur Gänze in der vom Kühlgas-Heizgasgemisch durchströmten Zone, z. B. der Randzone des Gaskanals, vorgesehen sind. EMI3.2 <Desc/Clms Page number 4> nachAnspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dassdieRohrschlangenderÜber-Rohrschlangen (30) mit ihren haarnadelförmig gebogenen Enden in verschiedenen Querschnitten des Heizgaskanals (10) angeordnet sind, so dass die effektiven Strömungsquerschnitte des Gaskanals stufenweise verengt sind.

   12. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Rohrregister (30) durch rohrförmige Einspritzkühler (36) verbunden sind, die ausserhalb des Heizgaskanals und mit ihren Achsen parallel zu den Achsen der beheizten Rohre (30) angeordnet sind.

   13. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 12. dadurch gekennzeichnet, dass dieVerbin- dungsleitungen (28,34, 38) zwischen den Überhitzerrohrregistern (30) und den übrigen Anlageteilen durch einen über Faltenbalg (44) mit der Aussenhaut (3) desKesselsverbundenen Stutzen (43) nach aussen geführt sind.

   14. Einrichtung nach denAnsprüchen9bis 13, dadurch gekennzeichnet, dassdieüberhitzer- rohrregister (30) auf einer gemeinsamen Grundplatte (41) befestigt und mit dieser aus dem Überhitzerzug (10) ausziehbar sind.

   15. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rohrschlangen des Endüberhitzers (11) und des Zwischenüberhitzers (12) Leitwände (62) angeordnet sind, welche eine Durchmischung der einzelnen Strömungszonen verhindern.

   16. EinrichtungnachAnspruchlS, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwände (62) au : kur- zen, an die Überhitzer-oder Zwischenüberhitzerrohre angehefteten Flossen (62) gebildet sind.

   17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwände (62) nur in der Höhe (64) der Zuführungsstellen (20) für die Kühlluft vorgesehen sind.