CH686741A5 - Dampferzeuger. - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen fossil befeuerten Dampferzeuger mit einem vertikalen Gaszug, dessen Umfassungswand von einem Medium durchströmbare Rohre umfasst.

Die Umfassungswand, die üblicherweise die Verdampferheizfläche des Dampferzeugers bildet, ist häufig von Heizelement zu Heizelement einer unterschiedlich starken Beheizung ausgesetzt. So ist meist im unteren, flammennahen Bereich, in dem eine Anzahl von Brennern für einen fossilen Brennstoff angeordnet ist, die Beheizung wesentlich stärker als im darüberliegenden, flammenfernen Bereich. Der Grund hierfür liegt auch darin, dass in diesem flammenfernen Bereich häufig zusätzliche Wärmetauscherflächen angeordnet sind, welche die Umfassungswand gegen eine zu intensive Beheizung, insbesondere durch Wärmestrahlung, abschirmen.

Die mediumseitig von unten nach oben parallel durchströmten Rohre der Umfassungswand sind zur Bildung einer sich üblicherweise über die gesamte vertikale Ausdehnung des Gaszugs erstreckenden gasdichten Rohrwand an ihren Längsseiten miteinander verschweisst. Dabei ist die Rohrwand entweder als Rohr-Steg-Rohr-Konstruktion mit an den Rohren befestigten Längsblechen oder als Flossenrohr-Konstruktion mit an die Rohre angeformten Flossen ausgebildet.

Eine Möglichkeit zur Verminderung des Brennstoffverbrauchs und damit auch eine Minderung der Kohlendioxid-Emission einer fossil befeuerten Dampfkraftanlage besteht in einer Erhöhung des Dampfdrucks am Austritt des Dampferzeugers von bisher ca. 250 bar auf z.B. 300 bar. Mit dem Dampfdruck steigt im Verdampferbereich des Dampferzeugers allerdings auch die Dampftemperatur an, so dass der Einsatz bisher üblicher Werkstoffe mit niedrigem Chromgehalt, die sich durch eine einfache Verarbeitung auszeichnen, nicht mehr möglich ist. Dabei kommt erschwerend hinzu, dass aufgrund einer unterschiedlich starken Beheizung der Rohre innerhalb einer Querschnittsebene der Umfassungswand der Verdampfungspunkt in den Rohren, d.h. der Übergang vom flüssigen zum gasförmigen Zustand, in Strömungsrichtung des Mediums an verschiedenen Stellen liegt. Dadurch können erhebliche Temperaturdifferenzen zwischen benachbarten Rohren und damit unterschiedliche Wärmedehnungen der Rohre auftreten. Dies wiederum kann zu Rissbildungen innerhalb der Rohrwand führen.

Um unter Vermeidung eines betriebsbedingten Rohrwandschadens dennoch einen für einen geringen Kohleverbrauch und eine geringe Kohlendioxid-Emission besonders günstigen Frischdampfzustand, z.B. mit einem Dampfdruck von 300 bar und einer Dampftemperatur von 600°C, zu erzielen, wurde bereits der Einsatz hochchromhaltiger Werkstoffe vorgeschlagen. Die Herstellung einer gasdichten Rohrwand aus einem derartigen Werkstoff muss allerdings besonders sorgfältig durchgeführt werden und ist daher besonders kostenaufwendig, zumal eine zusätzliche Wärmebehandlung nach dem Ver-

schweissen der Rohre erforderlich ist. Ausserdem werden für revisions- oder betriebsbedingte Reparaturen lange Stillstandszeiten benötigt. Dies wiederum wirkt sich in nachteiliger Weise auf die Verfügbarkeit des Dampferzeugers und damit auch auf die Anlagenverfügbarkeit des gesamten Dampfkraftwerks aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass bei gleichzeitig geringem technischem Aufwand und hoher Verfügbarkeit ein Frischdampfzustand mit hohem Dampfdruck erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Rohre einerseits im unteren flammennahen Bereich gasdicht miteinander verbunden und andererseits im darüber liegenden flammenfernen Bereich unter Spaltbildung nebeneinander angeordnet sind.

Im unteren flammennahen Bereich, in dem das die Rohre durchströmende Medium im wesentlichen Wasser ist, ist die Temperaturdifferenz zwischen benachbarten Rohren kleiner als im darüber liegenden flammenfernen Bereich, in dem das die Rohre durchströmende Medium im wesentlichen Dampf ist. Besonders am Verdampferaustritt und im Bereich des Übergangs von Wasser zu Dampf können die Temperaturdifferenzen zwischen den Rohren besonders gross werden und besonders schädlich sein. Daher liegt zweckmässigerweise der Übergang von der unteren gasdichten zur darüberliegenden spaltbildenden Anordnung der Rohre im Höhenbereich des Übergangs des Mediums vom flüssigen zum gasförmigen Zustand. Das Kriterium zur Festlegung der Grenze zwischen der gasdichten und der spaltbildenden Anordnung kann mediumseitig z.B. der Übergang von Wasser zu Dampf oder einem Wasser-Dampf-Gemisch sein.

Da im obersten Teil des vertikalen Gaszugs, in dem praktisch keine Flammen- oder Gasstrahlung herrscht, eine Rohrwanddicke von etwa 8 mm zugelassen ist, können die Rohre in diesem oberhalb der spaltbildenden Anordnung liegenden Bereich wiederum gasdicht miteinander verbunden sein. In diesem Bereich kann ausserdem ein Rohrwandwerkstoff mit einem niedrigen Chromgehalt verwendet werden.

Die Rohre der Rohr- oder Umfassungswand können als Flossenrohre oder als beflosste Rohre ausgeführt sein. Insbesondere im flammenfernen Bereich, in dem die Rohre unter Spaltbildung nebeneinander angeordnet sind, weisen diese an ihren Längsseiten angeformte oder angeschweisste, flos-senförmige Längsbleche auf.

Die Rohre der Umfassungswand sind zweckmässigerweise sowohl im flammennahen als auch im flammenfernen Bereich vertikal verlaufend angeordnet. Sie können aber auch, insbesondere im flammennahen Bereich, spiralförmig verlaufend angeordnet sein.

Um eine ausreichende Gasdichtheit der Umfassungswand über die gesamte vertikale Ausdehnung des Gaszugs zu erreichen, sollte in zweckmässiger Ausgestaltung im Bereich der unter Spaltbildung nebeneinander angeordneten Rohre an der Aussen-

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seite der Umfassungswand eine Abdichtung, z.B. ein Blech, vorgesehen sein.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein Dampferzeuger mit einem vertikalen Gaszug, dessen Umfassungswand teilweise aus gasdicht miteinander verbundenen und teilweise aus unter Spaltbildung nebeneinander angeordneten Rohren gebildet ist, besonders wirtschaftlich herstellbar ist. Ausserdem ist dessen Verfügbarkeit aufgrund geringer Stillstandszeiten bei Reparaturarbeiten besonders hoch, zumal gerade in dem Bereich, in dem die Störanfälligkeit infolge besonders hoher Wärmebeanspruchung besonders hoch ist, die einzelnen Rohre nicht miteinander verbunden und somit in einfacher Weise komplett oder abschnittsweise austauschbar sind. Darüber hinaus können Frischdampfzustände mit besonders hohen Dampfdrücken und Dampftemperaturen erzielt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellung einen Dampferzeuger mit einem in drei Abschnitte unterteilten vertikalen Gaszug,

Fig. 2 und 3 im Ausschnitt einen Querschnitt einer gasdichten Rohrwand mit beflossten Rohren bzw. mit Flossenrohren, und

Fig. 4 und 5 im Ausschnitt einen Querschnitt aus einer Rohrwand mit unter Spaltbildung nebeneinander angeordneten beflossten Rohren bzw. Flossenrohren.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Der vertikale Gaszug des Dampferzeugers 2 gemäss Fig. 1 mit rechteckigem Querschnitt ist durch eine Umfassungswand 4 gebildet, die am Unterende des Gaszugs in einen trichterförmigen Boden 6 übergeht. Der Boden 6 umfasst eine nicht näher dargestellte Austragsöffnung 8 für Asche.

In einem unteren Bereich A des Gaszugs sind ein Anzahl von Brennern für einen fossilen Brennstoff in jeweils einer Öffnung 10, von denen nur zwei sichtbar sind, in der aus Rohren 12 gebildeten Umfassungswand 4 angebracht. Die Rohre 12 können in diesem Bereich A sowohl vertikal als auch spiralförmig verlaufend angeordnet sein, wie auf der linken bzw. rechten Seite der Fig. 1 angedeutet ist.

Über dem unteren Bereich A des Gaszugs befindet sich ein zweiter, flammenferner Bereich B des Gaszugs, über dem ein dritter, oberer Bereich C des Gaszugs vorgesehen ist. In den Bereichen B und C des Gaszugs, in denen ausserdem Konvek-tionsheizflächen 14, 16 und 18 angeordnet sind, verlaufen die Rohre 12 vertikal. Oberhalb des Bereichs C des Gaszugs befindet sich ein Rauchgas-austrittskanal 20, über den das durch Verbrennung eines fossilen Brennstoffs erzeugte Rauchgas RG den vertikalen Gaszug verlässt.

Der untere, flammennahe Bereich A zeichnet sich durch eine sehr hohe Wärmestromdichte und einen guten inneren Wärmeübergang in den Rohren 12 aus. In diesem Bereich A beträgt die Rohrwanddicke maximal 6,3 mm. Der flammenferne Bereich B, der sich im sogenannten Gasstrahlraum befindet, zeichnet sich ebenfalls durch eine hohe Wärmestromdichte, aber auch durch einen geringeren, verschlechterten inneren Wärmeübergang in den Rohren 12 aus. Der obere, ebenfalls flammenferne Bereich C, der auch als Konvektionszug bezeichnet wird, zeichnet sich durch eine niedrige Wärmestromdichte und einen mässigen inneren Wärmeübergang in den Rohren 12 aus. In diesem Bereich C darf die maximale Rohrwanddicke 8 mm betragen.

Das in den Rohren 12 strömende Medium liegt während des Betriebs des Dampferzeugers 2 je nach Bereich A, B und C in flüssigem oder gasförmigem Zustand vor. Während nun zumindest im grössten Teil des Bereichs A, der die Verdampferheizfläche des Dampferzeugers 2 bildet, das innerhalb der Rohre 12 strömende Medium im wesentlichen Wasser ist, liegt im Bereich B das Medium im wesentlichen in Form eines Gemisches aus Wasser und Wasserdampf oder bereits in Form von Dampf vor. In einem Zwischenbereich 22 zwischen den Bereichen A und B, in dem sich zweckmässigerweise der Verdampferaustritt befindet, liegt der Übergang vom flüssigen zum gasförmigen Zustand. In diesem Zwischenbereich 22 sind die betriebsbedingten Temperaturdifferenzen zwischen benachbarten Rohren, insbesondere bei hohen Dampfdrük-ken und hohen Dampftemperaturen, häufig besonders gross. Demgegenüber sind die Temperaturdifferenzen zwischen den wasserdurchströmten Rohren 12 des Bereichs A und den im wesentlichen dampfdurchströmten Rohren 12 des Bereichs B relativ klein, wobei die Temperaturdifferenzen zwischen den Rohren 12 des Bereichs B grösser sind als zwischen denen des Bereichs A.

Daher sind die Rohre 12 einerseits - wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt - im unteren, flammennahen Bereich A gasdicht miteinander verbunden und andererseits - wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt - im darüberliegenden, flammenfernen Bereich B unter Spaltbildung nebeneinander angeordnet. Dazu sind gemäss Fig. 2 zwischen benachbarten Rohren 12 längsseitig verschweisste Längsbleche 24 vorgesehen. Diese Bauweise wird auch als Rohr-Steg-Rohr-Konstruktion bezeichnet. Alternativ können gemäss Fig. 3 sogenannte Flossenrohre 12' mit angeformten Flossen 26 eingesetzt sein, die an ihren Längsseiten miteinandner verschweisst sind. Diese Bauweise wird auch als Flossenrohr-Konstruktion bezeichnet. Im Bereich B sind gemäss Figur 4 die Rohre 12 mit Längsblechen 24' versehen und unter Bildung jeweils eines Spalts 28 zwischen benachbarten Rohren 12 nebeneinander angeordnet. Jeweils zwei Längsbleche 24' sind an jedem Rohr 12 zur Flossenbildung angeschweisst. Derartige Rohre 12 werden daher auch als beflosste Rohre bezeichnet. Alternativ können auch in diesem Bereich B Flossenrohre 12' eingesetzt werden, die dann ebenfalls unter Bildung von Spalten 28' nebeneinander angeordnet sind. In diesem Bereich B, in dem die Rohre 12 als beflosste Rohre oder als Flossenrohre 12' unter Spaltbildung nebeneinander angeordnet sind, ist an der Aussenseite der Umfassungswand 4 eine Abdichtung 30, z.B. ein Blech, vorgesehen.

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Dadurch ist auch in diesem Bereich B eine ausreichende Gasdichtheit des vertikalen Gaszugs gegenüber seiner Umgebung gewährleistet.

Im oberen Bereich C sind die Rohre 12 zweckmässigerweise wiederum gasdicht miteinander verbunden. Sie bilden dort somit, entweder gemäss Fig. 2 in Rohr-Steg-Rohr-Konstruktion oder gemäss Fig. 3 in Flossenrohr-Konstruktion, wiederum eine gasdichte Rohrwand.

Claims (7)

Patentansprüche

1. Fossil befeuerter Dampferzeuger (2) mit einem vertikalen Gaszug, dessen Umfassungswand (4) von einem Medium durchströmbare Rohre (12; 12') umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (12; 12') einerseits in einem unteren flammennahen Bereich (A) gasdicht miteinander verbunden und andererseits in einem darüberliegenden flammenfernen Bereich (B) unter Spaltbildung nebeneinander angeordnet sind.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von der unteren gasdichten zur darüberliegenden spaltbildenden Anordnung mediumseitig im Bereich (22) des Übergangs vom flüssigen zum gasförmigen Zustand liegt.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (12; 12') in einem Bereich (C) oberhalb der spaltbildenden Anordnung wiederum gasdicht miteinander verbunden sind.

4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (12; 12') an ihren Längsseiten flossenförmige Längsbleche (24; 24', 26) aufweisen.

5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (12; 12') der Umfassungswand (4) im flammennahen Bereich (A) spiralförmig und im flammenfernen Bereich (B, C) vertikal verlaufend angeordnet sind.

6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (12; 12) der Umfassungswand (4) sowohl im flammennahen Bereich (A) als auch im flammenfernen Bereich (B, C) vertikal verlaufend angeordnet sind.

7. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich (B), in dem die Rohre (12; 12') unter Spaltbildung nebeneinander angeordnet sind, an der Aussensei-te der Umfassungswand (4) eine Abdichtung (30) vorgesehen ist.

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