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Die Erfindung betrifft einen Durchlaufdampferzeuger mit ausserhalb desselben angeordneter
Wärmequellen und mit in einem gemeinsamen Druckgefäss angeordneter Hochdruckheizfläche und Zwischenüberhitzerheizfläche, vorzugsweise gas-oder flüssigkeitsbeheizter, überkritischer Durchlauf- dampferzeuger mit einer mehr als 20% der Gesamtheizfläche umfassenden Zwischenüberhitzerheizfläche.
Es sind Dampferzeuger bekannt, bei denen die Wärmequelle als Feuerung innerhalb des Dampfer- zeugers angeordnet ist. Hier liegen die Verdampfungsheizflächen in der Nähe der Wärmequelle, so dass die
Mediumstemperatur ausserhalb der Rohre bedeutend höher ist, als das in den Rohren strömende Medium.
Anders ist es bei von heissen Gasen oder Flüssigkeiten im Gegenstrom beheizten Durchlaufdampferzeugern, bei welchen das Heizmedium stark abgekühlt wird, so dass es im Hochdruckbündel zu einer engen
Annäherung der Medientemperaturen innerhalb und ausserhalb des Rohres kommt. An dieser Stelle tritt kaum ein Wärmeübergang auf, so dass die Wärmeübergangsflächen sehr gross werden und der Dampfer- zeuger eine unwirtschaftliche Grösse erhält. Diese Temperaturannäherung zwischen den beiden Medien verhindert weitere Wirkungsgradsteigerungen durch Erhöhung der Speisewassertemperatur, des Druckes oder der Frischdampftemperatur, da diese Massnahmen die Temperaturannäherung weiter verkleinern und somit die Heizfläche unverhältnismässig vergrössern.
Dieser Nachteil ist auch dadurch begründet, dass der
Zwischenüberhitzer dem Hochdruckteil vorgeschaltet ist und somit Hochtemperaturwärme abbaut, wodurch für den Hochdruckteil nur Niedertemperaturwärme übrig bleibt.
Die Erfindung vermeidet die angeführten Nachteile und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Eintritt in die Zwischenüberhitzerheizfläche, sowie der Eintritt in die Hochdruckheizfläche in der Nähe des
Austrittes des wärmeabgebenden Mediums angeordnet ist. Insbesondere ist zumindest die Eintrittsseite der Zwischenüberhitzerheizfläche und der Hochdruckheizfläche im Gegenstrom oder Kreuzgegenstrom geschaltet. Gemäss einem wesentlichen Erfindungsmerkmal ist zumindest ein Teil der Hochdruckheizfläche und der Zwischenüberhitzerheizfläche in Abschnitte unterteilt und sind die einzelnen Abschnitte alternierend entsprechend der Temperatur des in den einzelnen Abschnitten strömenden Mediums hintereinander geschaltet, wobei die Rohre der hintereinandergeschalteten Abschnitte jeweils gegenläufig gekrümmt sind.
Gemäss einem weiteren Erfindungsmerkmal sind die Hochdruckheizflächen und die Zwischenüberhitzerheizflächen über ihre ganze Länge in einem gemeinsamen Kanal des wärmeabgebenden Mediums zueinander parallel angeordnet. Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der Zwischenüberhitzerheizfläche als Hängerohre ausgebildet, an welchen die Hochdruckheizfläche aufgehängt ist. Insbesondere umfasst die Zwischenüberhitzerheizfläche mindestens zwei Heizflächenpakete, zwischen welchen ein Grossteil der Hochdruckheizflächen angeordnet ist.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. In Fig. 1 ist ein T/s Diagramm für den Dampferzeuger dargestellt, Fig. 2 zeigt in einem Diagramm den Temperaturverlauf der beteiligten Medien, Fig. 3 zeigt zu Fig. 2 einen zugehörigen Wärmetauscher, Fig. 4 eine ähnliche Diagrammdarstellung wie Fig. 2, Fig. 5 zeigt einen zu Fig. 4 gehörigen Wärmetauscher, Fig. 6 zeigt eine weitere Auführungsform des erfindungsgemässen. Wärmetauschers, Fig. 7 zeigt eine zu Fig. 6 ähnliche Ausführungsform im Aufriss, Fig. 8 zeigt einen Grundriss zu Fig. 7.
In Fig. 3 ist der Wärmetauscher schematisch dargestellt, bei dem sowohl die Zwischenüberhitzerheiz- fläche-l-als auch die Hochdruckheizfläche --4-- über die ganze Länge des Dampferzeugers geführt ist, wobei der Eintritt --3-- in die Hochdruckheizfläche --4-- in der Nähe des Austrittes des wärmeabgebenden Mediums angeordnet ist. Die Gegenüberstellung der Rohrlängen der beiden Heizflächen-l und 4-ergibt, dass die Zwischenüberhitzerheizfläehe-l-mindestens 20% der Gesamtheizfläche des Dampferzeugers umfasst.
In Fig. l ist in einem T/s Diagramm die Wärmeaufnahme eines überkritischen Dampferzeugers dargestellt, wobei die Hochdruckheizfläche-4-- durch die stark ausgezogene Linie und der Zwischen- überhitzer-l-durch die strichlierte Linie symbolisiert ist. Die Zwischenüberhitzungstemperatur liegt über jener des Hochdrucküberhitzers. Der Dampf aus der Hochdruckheizfläche wird in einer Turbine bis nahe an die Sattdampflinie expandiert, bevor er zwischenüberhitzt wird.
In Fig. 2 ist zur Ausführungsform nach Fig. 3 die Abkühlungstemperatur des den Dampferzeuger beheizenden Mediums über der Länge des Wärmetauschers durch die dünne ausgezogene Linie dargestellt. Die Aufheizung in der Hochdruckheizfläche ist durch die stark ausgezogene volle und in der Zwischen- überhitzerheizfläche durch die strichlierte Linie symbolisiert.
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In Fig. 4 ist ähnlich wie in Fig. 2 ein Temperaturschaubild dargestellt, bei dem der Anstieg in den stark ausgezogenen Linien jedoch stufenweise erfolgt. Wie man aus der darunter dargestellten Fig. 5, die ein Wärmetauschschaltbild darstellt, sieht, sind die einzelnen Heizflächen zu Abschnitten zusammengefasst und entsprechend der mittleren Medientemperatur in den einzelnen Abschnitten hintereinandergeschaltet.
Wieder sind die Eintritte --2 und 3-- in die Hochdruck- und Zwischenüberhitzerheizfläche in der Nähe des Austrittes des wärmeabgebenden Mediums angeordnet.
In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Durchlaufdampferzeuger dargestellt, bei dem die Rohre des Zwischenüberhitzers--l-als Hängerohre für die Hochdruckheizfläche --4-- ausgebildet sind.
In der Nähe des Eintrittes --8-- des wärmeabgebenden Mediums ist dabei das letzte Paket --7-- der Zwischenüberhitzerheizfläche--l-angeordnet. Dieses Paket --7-- ist dabei zur Stabilisierung der Austrittstemperatur im Gleichstrom zum wärmeabgebenden Medium geschaltet.
In den Fig. 7 und 8 sind Schnitte durch einen Wärmetauscher dargestellt, bei dem das Druckgefäss - an seiner Innenseite durch Flossenrohre --10-- ausgekleidet ist und bei dem die Flossenrohre --10--
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--8-- desAustrittsrohre --11-- des Zwischenüberhitzers sind, sobald das wärmeabgebende Medium die Austritts- temperatur aus dem Zwischenüberhitzer erreicht, hinter einer Isolierung --12-- verlegt, die eine Art
Zentralrohr bildet. In ähnlicher Art und Weise ist auch ein Teil des Rohrstranges der Hochdruckheizfläche - durch eine Isolierung --13-- umgeben. Dies bewirkt, dass sich das wärmeabgebende Medium am erzeugten Hochdruckdampf nicht wieder erwärmt.
Wie man aus der Fig. 7 sieht, ist ein Teil der Zwischenüberhitzerheizfläche in Form eines Geradrohrbündels parallel zur Hochdruckheizfläche-4-- angeordnet. Die Hochdruckheizfläche --4-- ist in mehrere Pakete unterteilt, wobei die Rohre nach Evolventen gekrümmt sind, die quer angeströmt werden. In aufeinanderfolgenden Paketen sind dabei die Rohre gegensinnig gekrümmt, so dass eine gute Durchmischung des um die Rohre strömenden Mediums gegeben ist und eine Strähnenbildung unterbleibt.
In Fig. 8 ist ein Schnitt durch den Wärmetauscher nach Fig. 7 dargestellt, wobei die Schnittebene durch die Linie VIII angegeben ist. In diesem Schnitt erkennt man, dass die Isolierungen --12 und 13-ringförmig ausgebildet sind, zwischen welchen die abführenden Rohre --14-- der Hochdruckheizfläche - verlaufen. In Fig. 8 lässt sich auch die Schnittführung für Fig. 7 erklären, wobei in der rechten Hälfte der Fig. 7 die Schnittführung gemäss Linie VII erfolgte, während der linke Teil der Figur eine Ansicht darstellt.
Die Flossenrohre --10-- der Zwischenüberhitzerheizfläche weisen über einen Grossteil ihrer Länge Flossen --15-- auf, die in der Nähe des Austrittes --5-- des wärmeabgebenden Mediums unterbrochen sind, so dass das wärmeabgebende Medium seitlich aus dem Wärmetauscher heraus abgeführt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Durchlaufdampferzeuger mit ausserhalb desselben angeordneter Wärmequelle und mit in einem gemeinsamen Druckgefäss angeordneter Hochdruckheizfläche und Zwischenüberhitzerheizfläche, vorzugsweise gas-oder flüssigkeitsbeheizter, überkritischer Durchlaufdampferzeuger mit einem mehr als 20% der Gesamtheizfläche umfassenden Zwischenüberhitzer, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Eintritt (2) in die Zwischenüberhitzerheizfläche (1) sowie der Eintritt (3) in die Hochdruckheizfläche (4)
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zumindest die Eintrittsseite der Zwischenüberhitzerheizfläche (1) und der Hochdruckheizfläche (4) im Gegenstrom oder Kreuzgegenstrom geschaltet ist.