AT512176B1 - Abhitzedampferzeuger - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abhitzedampferzeuger, insbesondere für ein Gas- und Dampfturbinenkraftwerk, welcher Economiser, Verdampfer und Überhitzer umfasst, bei dem zur Regelung der dem Abgasstrom entzogenen Wärme eine zusätzliche Economiser Heizfläche (HEO) räumlich entweder zwischen den eigentlichen Economiser Heizflächen (HE 1, HE2, ... HEn) oder zwischen Economiser und dem Verdampfer (HV1, HV2) angeordnet ist und dass die zusätzliche Economiser Heizfläche (HEO) in Bezug auf den Strömungsverlauf dem Economiser (HE 1, HE2, ... HEn) vorgeschaltet ist.Damit können die Nachteile einer geringen Durchströmung, wie eine hohe Materialbeanspruchung oder Instabilitäten im Economiser vermieden werden.

Description

österreichisches Patentamt AT512176B1 2013-06-15

Beschreibung

ABHITZEDAMPFERZEUGER

[0001] Die Erfindung betrifft einen Abhitzedampferzeuger, mit von einem Strömungsmedium durchströmten Economiser-, Verdampfer- und Überhitzerheizflächen.

[0002] Ein Abhitzedampferzeuger ist ein Wärmetauscher, der Wärme aus einem heißen Gasstrom gewinnt. Abhitzedampferzeuger kommen beispielsweise in Gas- und Dampfturbinenanlagen (GuD-Anlagen) zum Einsatz, welche im allgemeinen mehrere Gasturbinen und mindestens eine Dampfturbine umfassen.

[0003] Die heißen Abgase der Gasturbinen werden dabei in dem Abhitzedampferzeuger zur Erzeugung von Wasserdampf verwendet, der beispielsweise zum Antrieb der Dampfturbinen genutzt wird.

[0004] In Analogie zu den verschiedenen Druckstufen einer Dampfturbine umfasst auch der Abhitzedampferzeuger eine Mehrzahl von Druckstufen mit unterschiedlichen thermischen Zuständen des jeweils enthaltenen Wasser-Dampf-Gemisches. In jeder dieser Druckstufen durchläuft das Strömungsmedium auf seinem Strömungsweg zunächst sogenannte Economiser, welche Restwärme zur Vorwärmung des Strömungsmediums nutzen, und anschließend verschiedene Stufen von Verdampfer- und Überhitzerheizflächen. Im Verdampfer wird das Strömungsmedium verdampft, danach eventuelle Restnässe in einer Abscheideeinrichtung abgetrennt und der übrig behaltene Dampf im Überhitzer weiter erhitzt.

[0005] Zur Vermeidung von Instabilitäten ist es insbesondere bei Verdampfern nach dem sogenannten Benson-Prinzip notwendig, dass das Strömungsmedium am Eingang des Verdampfers eine vorgegebene Temperatur nicht überschreitet (Benson- Unterkühlung).

[0006] Da sich aber aufgrund von Laständerungen auch die Wärmeleistung ändert, die an die den Verdampfern vorgelagerten Economiser übertragen wird, ist es notwendig, die Temperatur des Strömungsmediums am Eingang des Verdampfers zu regeln.

[0007] Dies geschieht nach dem Stand der Technik dadurch, dass mit einer Bypassleitung ein Teil des Strömungsmediums vor dem Economiser entnommen, an diesem zumindest teilweise vorbeigeführt und über entsprechende Ventile dem Hauptstrom im Economiser vor dem Verdampfer wieder zugeführt wird.

[0008] Darüber hinaus ist die Wärmeaufnahme durch den Economiser aus dem Abgasstrom dadurch begrenzt, dass die Temperatur des Abgases nicht unter einen bestimmten Wert fallen darf. Andernfalls bestünde bei schwefelhältigen Brennstoffen die Gefahr dass die Abgastemperatur am kalten Kesselende zu gering ist um Taupunktsunterschreitungen zu vermeiden. Diese Begrenzung der Wärmeaufnahme erfolgt üblicherweise durch Regelung der Menge des den Economiser durchströmenden Strömungsmediums.

[0009] Eine geringe Durchströmung bei Teillast führt aber zu hohen Temperaturunterschieden in den Heizflächen der Economiser und damit zu einer hohen Materialbeanspruchung und erhöhter Ermüdung.

[0010] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Abhitzedampferzeuger der eingangs genannten Art anzugeben, der die genannten Nachteile nicht aufweist.

[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Abhitzedampferzeuger gemäß Anspruch 1.

[0012] Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. 1 /6 österreichisches Patentamt AT512 176B1 2013-06-15 [0013] Die Erfindung wird anhand zweier Figuren näher erläutert. Es zeigen beispielhaft und schematisch: [0014] FIG 1 einen erfindungsgemäßen Abhitzedampferzeuger, bei dem die zusätzliche Eco- nomizer Heizfläche zwischen Economizer und dem Benson-Verdampfer HV1, HV2 angeordnet ist.

[0015] FIG 2 einen erfindungsgemäßen Abhitzedampferzeuger, bei dem die zusätzliche Eco nomizer Heizfläche zwischen den eigentlichen Economiser Heizflächen angeordnet ist.

[0016] Der erfindungsgemäße Abhitzedampferzeuger umfasst einen Economiser mit einzelnen Heizflächen HE 1, HE2, ... HEn, einen Benson-Verdampfer HV1, HV2, eine Abscheideeinrichtung AE und einen Überhitzer HÜ. Das Strömungsmedium wird durch eine Speisepumpe SP gefördert.

[0017] Erfindungsgemäß ist eine zusätzliche Economiser Heizfläche HEO vorgesehen, welche bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 räumlich zwischen Economizer und dem Benson-Verdampfer HV1, HV2 angeordnet ist. In Bezug auf den Strömungsverlauf ist die zusätzliche Economiser Heizfläche HEO dem eigentlichen Economiser HE 1, HE2, ... HEn vorgeschaltet. Sie wird nur in besonderen Lastfällen durchströmt und bei Bedarf, über ein Steuerventil SV zugeschaltet.

[0018] Wie in Fig. 2 dargestellt, kann die zusätzliche Economiser Heizfläche HEO auch zwischen die Heizflächen des eigentlichen Economisers HE 1, HE2,... HEn geschaltet sein.

[0019] Die Regelung der Wärmeaufnahme durch den Economiser aus dem Abgasstrom erfolgt bei beiden Ausführungsformen in gleicher Weise erfindungsgemäß durch die Veränderung der Heizflächen. Durch das Zuschalten der zusätzlichen Economiser Heizfläche HEO wird die Wassereintrittstemperatur in den Economiser erhöht, bzw. durch das Wegschalten wieder verringert.

[0020] Damit wird eine Auslegung des Economisers HE 1, HE2, ... HEn in der Weise ermöglicht, dass derselbe auch bei Teillastbetrieb eine vergleichsweise hohe Durchströmumg aufweist.

[0021] Damit können die Nachteile einer geringen Durchströmung, wie eine hohe Materialbeanspruchung oder Instabilitäten im Economiser vermieden werden.

[0022] Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Abhitzedampferzeugers ist wie folgt: [0023] Das Strömungsmedium M wird von einer Speisepumpe SP unter entsprechendem Druck in den Strömungsweg des Abhitzedampferzeugers gefördert. Dabei durchläuft das Strömungsmedium M zunächst einen Economiser HE 1, HE2, ... HEn, mit einer Mehrzahl von Heizflächen. Dieser ist typischerweise im kälteren Teil des Abgaskanals angeordnet. Anschließend durchläuft das Strömungsmedium M die Heizflächen des Benson-Verdampfers HV1, HV2 und des Überhitzers HÜ.

[0024] Zwischen Benson-Verdampfer HV1, HV2 und Überhitzer HÜ ist eine Abscheideeinrichtung AE zur Entfernung der Restnässe aus dem Strömungsmedium M angeordnet, so dass nur noch reiner Dampf in den Überhitzer HÜ gelangt. Vom Überhitzer HÜ strömt das Strömungsmedium M schließlich zur nachgeschalteten, nicht dargestellten Dampfturbine oder zu einem anderen Dampfabnehmer.

[0025] Erfindungsgemäß ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zwischen Economiser und Benson-Verdampfer HV1, HV2 oder bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 zwischen den eigentlichen Economiser Heizflächen HE 1, HE2, ... HEn oder eine zusätzliche Economiser Heizfläche HEO angeordnet, welche zur Regelung der Benson-Unterkühlung durch Veränderung der dem Abgasstrom entzogenen Wärme dient.

[0026] Dazu ist im Strömungsweg vor dem Economiser HE 1, HE2, ... HEn ein Abzweig mit Steuerventil SV angeordnet, über welche die Durchströmung der zusätzlichen Economiser Heizfläche HEO gesteuert wird. Dabei wird das Strömungsmedium nach seinem Durchlauf 2/6 österreichisches Patentamt AT512176B1 2013-06-15 durch die zusätzlichen Economiser Heizfläche HEO mit erhöhter spezifischer Enthalpie wieder dem Eingang des Economiser HE 1, HE2, ... HEn zugeführt. Damit kann mittels Regelung der Durchströmung der zusätzlichen Economiser Heizfläche HEO auch die Wärmeentnahme aus dem Abgasstrom geregelt werden, ohne dass die Durchströmung des Economisers HE 1, HE2, ... HEn verändert wird.

BEZUGSZEICHENLISTE HE 1, HE2, ... HEn HV1, HV2 AE HÜ HEO SV SP M

Economiser mit einzelnen Heizflächen Benson-Verdampfer Abscheideeinrichtung Überhitzer zusätzliche Economiser Heizfläche

Steuerventil

Speisepumpe

Strömungsmedium 3/6

Claims (3)

1. österreichisches Patentamt AT512176B1 2013-06-15 Patentansprüche 1. Abhitzedampferzeuger, insbesondere für ein Gas- und Dampfturbinenkraftwerk, welcher Economiser, Verdampfer und Überhitzer umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der dem Abgasstrom entzogenen Wärme eine zusätzliche Economiser Heizfläche (HEO) räumlich entweder zwischen den eigentlichen Economiser Heizflächen (HE 1, HE2, ... HEn) oder zwischen Economiser und dem Verdampfer (HV1, HV2) angeordnet ist und dass die zusätzliche Economiser Heizfläche (HEO) in Bezug auf den Strömungsverlauf dem Economiser (HE 1, HE2, ... HEn) vorgeschaltet ist.
2. 2. Abhitzedampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdampfer ein Benson-Verdampfer (HV1, HV2) vorgesehen ist.
3. 3. Abhitzedampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der zusätzlichen Economiser Heizfläche (HEO) nur etwa 2,5 % der Heizflächen des Economisers (HE 1, HE2,... HEn) aufweist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 4/6