DE10127830A1 - Dampferzeuger - Google Patents

Abstract

Ein Dampferzeuger (1, 1', 1''), bei dem in einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung (x) durchströmbaren Heizgaskanal (6) eine Durchlaufheizfläche (8, 10, 12) angeordnet ist, die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums (W) parallel geschalteten Dampferzeugerrohren (22, 50, 60) umfasst und die derart ausgelegt ist, dass ein im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr (22, 50, 60) derselben Durchlaufheizfläche (8, 10, 12) mehrbeheiztes Dampferzeugerrohr (22, 50, 60) einen im Vergleich zum weiteren Dampferzeugerrohr (22, 50, 60) höheren Durchsatz des Strömungsmediums (W) aufweist, soll mit besonders geringem Aufwand herstellbar sein und auch bei unterschiedlicher thermischer Belastung eine besonders hohe mechanische Stabilität aufweisen. Dazu umfasst erfindungsgemäß das oder jedes Dampferzeugerrohr (22, 50, 60) jeweils ein annähernd vertikal angeordnetes, vom Strömungsmedium (W) in Abwärtsrichtung durchströmbares Fallrohrstück (34, 52, 62, 64) und ein diesem strömungsmediumsseitig nachgeschaltetes, annähernd vertikal angeordnetes und vom Strömungsmedium (W) in Aufwärtsrichtung durchströmbares Steigrohrstück (36, 54, 66, 68).

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, bei dem in einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung durchströmba­ rem Heizgaskanal eine Durchlaufheizfläche angeordnet ist, die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums par­ allel geschalteten Dampferzeugerrohren umfasst, und die der­ art ausgelegt ist, dass ein im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr der selben Durchlaufheizfläche mehrbeheiz­ tes Dampferzeugerrohr einen im Vergleich zum weiteren Dampf­ erzeugerrohr höheren Durchsatz des Strömungsmediums aufweist.

Bei einer Gas- und Dampfturbinenanlage wird die im entspann­ ten Arbeitsmittel oder Heizgas aus der Gasturbine enthaltene Wärme zur Erzeugung von Dampf für die Dampfturbine genutzt. Die Wärmeübertragung erfolgt in einem der Gasturbine nachge­ schalteten Abhitzedampferzeuger, in dem üblicherweise eine Anzahl von Heizflächen zur Wasservorwärmung, zur Dampferzeu­ gung und zur Dampfüberheizung angeordnet ist. Die Heizflächen sind in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschal­ tet. Der Wasser-Dampf-Kreislauf umfasst üblicherweise mehre­ re, z. B. drei, Druckstufen, wobei jede Druckstufe eine Ver­ dampferheizfläche aufweisen kann.

Für den der Gasturbine als Abhitzedampferzeuger heizgasseitig nachgeschalteten Dampferzeuger kommen mehrere alternative Auslegungskonzepte, nämlich die Auslegung als Durchlaufdampf­ erzeuger oder die Auslegung als Umlaufdampferzeuger, in Be­ tracht. Bei einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung von als Verdampferrohren vorgesehenen Dampferzeugerrohren zu einer Verdampfung des Strömungsmediums in den Dampferzeuger­ rohren in einem einmaligen Durchlauf. Im Gegensatz dazu wird bei einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger das im Umlauf geführte Wasser bei einem Durchlauf durch die Verdampferrohre nur teilweise Verdampft. Das dabei nicht verdampfte Wasser wird nach einer Abtrennung des erzeugten Dampfes für eine weitere Verdampfung den selben Verdampferrohren erneut zuge­ führt.

Ein Durchlaufdampferzeuger unterliegt im Gegensatz zu einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger keiner Druckbegrenzung, so dass Frischdampfdrücke weit über dem kritischen Druck von Wasser (P_Kri ≈ 221 bar) - wo es nur noch geringe Dichteunter­ schiede gibt zwischen flüssigkeitsähnlichem und dampfähnli­ chem Medium - möglich sind. Ein hoher Frischdampfdruck begün­ stigt einen hohen thermischen Wirkungsgrad und somit niedrige CO₂-Emissionen eines fossilbeheizten Kraftwerks. Zudem weist ein Durchlaufdampferzeuger im Vergleich zu einem Umlaufdampf­ erzeuger eine einfache Bauweise auf und ist somit mit beson­ ders geringem Aufwand herstellbar. Die Verwendung eines nach dem Durchlaufprinzip ausgelegten Dampferzeugers als Abhitze­ dampferzeuger einer Gas- und Dampfturbinenanlage ist daher zur Erzielung eines hohen Gesamtwirkungsgrades der Gas- und Dampfturbinenanlage bei einfacher Bauweise besonders günstig.

Besondere Vorteile hinsichtlich des Herstellungsaufwands, aber auch hinsichtlich erforderlicher Wartungsarbeiten bietet ein Abhitzedampferzeuger in liegender Bauweise, bei dem das beheizende Medium oder Heizgas, also das Abgas aus der Ga­ sturbine, in annähernd horizontaler Strömungsrichtung durch den Dampferzeuger geführt ist. Bei einem Durchlaufdampferzeu­ ger in liegender Bauweise können die Dampferzeugerrohre einer Heizfläche jedoch je nach ihrer Positionierung einer stark unterschiedlichen Beheizung ausgesetzt sein. Insbesondere bei ausgangsseitig mit einem gemeinsamen Sammler verbundenen Dampferzeugerrohren kann eine unterschiedliche Beheizung ein­ zelner Dampferzeugerrohre zu einer Zusammenführung von Dampf­ strömen mit stark voneinander abweichenden Dampfparametern und somit zu unerwünschten Wirkungsgradverlusten, insbeson­ dere zu einer vergleichsweise verringerten Effektivität der betroffenen Heizfläche und einer dadurch reduzierten Dampfer­ zeugung, führen. Eine unterschiedliche Beheizung benachbarter Dampferzeugerrohre kann zudem, insbesondere im Einmündungsbe­ reich von Sammlern, zu Schäden an den Dampferzeugerrohren oder dem Sammler führen. Die an sich wünschenswerte Verwendung eines in liegender Bauweise ausgeführten Durchlaufdampferzeu­ gers als Abhitzedampferzeuger für eine Gasturbine kann somit erhebliche Probleme hinsichtlich einer ausreichend stabili­ sierten Strömungsführung mit sich bringen.

Aus der EP 0944 801 B1 ist ein Dampferzeuger bekannt, der für eine Auslegung in liegender Bauweise geeignet ist und zudem die genannten Vorteile eines Durchlaufdampferzeugers auf­ weist. Dazu ist der bekannte Dampferzeuger hinsichtlich sei­ ner Durchlaufheizfläche derart ausgelegt, dass ein im Ver­ gleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr derselben Durch­ laufheizfläche mehrbeheiztes Dampferzeugerrohr einen im Ver­ gleich zum weiteren Dampferzeugerrohr höheren Durchsatz des Strömungsmediums aufweist. Die Durchlaufheizfläche des be­ kannten Dampferzeugers zeigt somit in der Art der Strömung­ scharakteristik einer Naturumlaufverdampferheizfläche (Natur­ umlaufcharakteristik) bei auftretender unterschiedlicher Be­ heizung einzelner Dampferzeugerrohre ein selbststabilisieren­ des Verhalten, das ohne das Erfordernis äußerer Einflussnahme zu einer Angleichung der austrittsseitigen Temperaturen auch an unterschiedlich beheizten, strömungsmediumsseitig parallel geschalteten Dampferzeugerrohren führt. Allerdings ist der bekannte Dampferzeuger in konstruktiver Hinsicht, insbeson­ dere im Hinblick auf die wasser- und/oder dampfseitige Ver­ teilung des Strömungsmediums, vergleichsweise aufwendig. Zu­ dem können zwischen benachbarten Verdampferrohren problemati­ sche Differenzdehnungen auftreten, die zu unzulässigen ther­ mischen Spannungen und damit zu Schäden an Rohren und Samm­ lern führen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dampf­ erzeuger der oben genannten Art anzugeben, der mit besonders geringem Aufwand herstellbar ist, und der auch bei unter­ schiedlicher thermischer Belastung eine besonders hohe mecha­ nische Stabilität aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eines oder jedes der Dampferzeugerrohre jeweils ein annähernd ver­ tikal angeordnetes, vom Strömungsmedium in Abwärtsrichtung durchströmbares Fallrohrstück und ein diesem strömungsmedi­ umsseitig nachgeschaltetes, annähernd vertikal angeordnetes und vom Strömungsmedium in Aufwärtsrichtung durchströmbares Steigrohrstück umfasst.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass in ei­ nem mit besonders geringem Montage- und Fertigungsaufwand herstellbaren Dampferzeuger für ein besonders stabiles und gegenüber Unterschieden in der thermischen Belastung beson­ ders unempfindliches Betriebsverhalten das bei dem bekannten Dampferzeuger angewandte Auslegungsprinzip einer Naturumlauf­ charakteristik für eine Durchlaufheizfläche konsequent ausge­ baut und weiter verbessert werden sollte. Die Durchlaufheiz­ fläche sollte dabei für eine Beaufschlagung mit vergleichs­ weise geringer Massenstromdichte mit vergleichsweise geringe­ rem Reibungsdruckverlust ausgelegt sein.

Um die bei dieser Auslegung wirksame Naturumlaufcharakteri­ stik der Durchströmung zu unterstützen, ist eine Aufteilung der Dampferzeugerrohre der Durchlaufheizfläche in jeweils zu­ mindest zwei Segmente (von parallelen Rohren) vorgesehen, wo­ bei das erste Segment alle Fallrohrstücke umfasst und in Ab­ wärtsrichtung durchströmt wird. Entsprechend umfasst das zweite Segment alle Steigrohrstücke und wird in Aufwärtsrich­ tung durchströmt. In den Fallrohrstücken des ersten Segments wirkt der Beitrag des geodätischen Drucks, also im Wesentli­ chen das Gewicht der Wassersäule, somit in Richtung der vor­ gesehenen Durchströmung und begünstigt diese durch einen po­ sitiven Beitrag zur Druckänderung längs des Strömungsweges, also durch Druckgewinn. Lediglich im zweiten Segment oder Steigrohrstück wirkt der Beitrag des geodätischen Drucks ent­ gegen der vorgesehenen Durchströmungsrichtung und liefert so­ mit einen Beitrag zum Druckverlust. In Summe können sich die beiden geodätischen Druckbeiträge jedoch nahezu aufheben; es ist sogar denkbar, dass der durchströmungsfördernde geodäti­ sche Druckbeitrag im ersten Segment oder Fallrohrstück den durchströmungshemmenden geodätischen Druckbeitrag im zweiten Segment oder Steigrohrstück übersteigt, so dass wie in Natur­ umlaufsystemen insgesamt ein strömungserhaltender oder strö­ mungsbegünstigender Druckbeitrag vorliegt.

Zweckmäßigerweise ist das Fallrohrstück jedes Dampferzeuger­ rohrs im Heizgaskanal in Heizgasrichtung gesehen hinter dem ihm zugeordneten Steigrohrstück angeordnet. Mit anderen Wor­ ten: zweckmäßigerweise sind die Dampferzeugerrohre im Heiz­ gaskanal räumlich derart positioniert, dass das strömungsme­ diumsseitig gesehen erste Segment oder Fallrohrstück rauch­ gasseitig stromabwärts vom strömungsmediumsseitig gesehen zweiten Segment oder Steigrohrstück angeordnet ist. Bei einer derartigen Anordnung ist jedes Steigrohrstück somit einer vergleichsweise stärkeren Beheizung durch das Heizgas ausge­ setzt als das ihm zugeordnete Fallrohrstück desselben Dampf­ erzeugerrohrs. Damit übersteigt auch der relative Dampfanteil des Strömungsmediums im Steigrohrstück den relativen Dampfan­ teil des Strömungsmediums im Fallrohrstück deutlich, so dass der geodätische Druckbeitrag, im wesentlichen gegeben durch das Gewicht der Wasser-Dampf-Säule im jeweiligen Rohrstück, im Fallrohrstück deutlich höher ist als im ihm zugeordneten Steigrohrstück.

Ein besonders einfacher Aufbau der Durchlaufheizfläche einer­ seits sowie eine besonders geringe mechanische Belastung der Durchlaufheizfläche auch bei unterschiedlicher thermischer Beaufschlagung andererseits ist erreichbar, indem in weiterer oder alternativer vorteilhafter Ausgestaltung das Fallrohr­ stück eines oder jedes Dampferzeugerrohrs mit dem ihm zuge­ ordneten Steigrohrstück strömungsmediumsseitig über ein Überströmstück verbunden ist. Bei einer derartigen Ausgestal­ tung weist das jeweilige Dampferzeugerrohr somit im Wesentli­ chen eine u-förmige Gestalt auf, bei dem die Schenkel durch das Steigrohrstück einerseits und das Fallrohrstück anderer­ seits und der Bogen durch das diese verbindende Überström­ stück gegeben sind.

Eine derartige Anordnung ist besonders zur Dehnungskompensa­ tion bei sich ändernder thermischer Belastung geeignet; das das Fallrohrstück und das Steigrohrstück verbindende Über­ strömstück dient hierbei nämlich als Dehnungsbogen, der rela­ tive Längenänderungen des Steigrohrstücks und/oder des Fall­ rohrstücks ohne weiteres kompensieren kann. Durch das Über­ strömstück ist somit eine Umlenkung der Dampferzeugerrohre im unteren Bereich einer durch die Fallrohrstücke gegebenen er­ sten Verdampferstufe mit direkter Weiterführung und erneuter Umlenkung im unteren Bereich einer durch die Steigrohrstücke gebildeten zweiten Verdampferstufe gegeben.

Das Überströmstück ist vorteilhafterweise innerhalb des Heiz­ gaskanals verlegt. Alternativ kann das Überströmstück aber auch außerhalb des Heizgaskanals geführt sein, insbesondere wenn aus Gründen einer möglicherweise erforderlichen Entwäs­ serung der Durchlaufheizfläche ein Entwässerungssammler an das Überströmstück angeschlossen sein soll.

Für den Fall, dass der strömungsfördernde Druckbeitrag im Fallrohrstück eines Dampferzeugerohrs den strömungsbehindern­ den Druckbeitrag im ihm zugeordneten Steigrohrstück in beson­ ders hohem Maße übersteigt, könnte der daraus resultierende Abfluss von Strömungsmedium vom Fallrohrstück in das Stei­ grohrstück den eintrittsseitigen Zufluss an Strömungsmedium in das Fallrohrstück übersteigen. Deshalb ist das oder jedes Dampferzeugerrohr vorteilhafterweise hinsichtlich seiner ge­ samten Druckbilanz derart ausgelegt, dass der insgesamt im Fallrohrstück auftretende, strömungsfördernde Druckbeitrag im Hinblick auf den im Steigrohrstück auftretenden, strömungs­ hemmenden Druckbeitrag nur begrenzt ist.

Dazu ist das Fallrohrstück eines oder jedes Dampferzeuger­ rohrs des Dampferzeugers vorteilhafterweise für einen ausrei­ chend hohen Reibungsdruckverlust des durchströmenden Strö­ mungsmediums ausgelegt. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Dimensionierung, insbesondere im Querschnitt, der einzelnen Rohrstücke erfolgen. Zweckmäßigerweise umfasst da­ bei ein oder jedes Dampferzeugerrohr auch in der Art einer Gabelung jeweils eine Mehrzahl von einem gemeinsamen Fall­ rohrstück strömungsmediumsseitig nachgeschalteten, einander zur Durchströmung des Strömungsmediums parallel geschalteten Steigrohrstücken. In alternativer oder weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist dem Fallrohrstück des oder jedes Dampfer­ zeugerrohrs strömungsmediumsseitig jeweils eine Drosselein­ richtung vorgeschaltet, über die insbesondere der individuel­ le Durchsatz bei der Bespeisung des jeweiligen Fallrohrstücks einstellbar ist.

Die Dampferzeugerrohre können innerhalb des Heizgaskanals zu Rohrreihen zusammengefasst sein, von den jede jeweils eine Anzahl von senkrecht zur Heizgasrichtung nebeneinander ange­ ordneten Dampferzeugerrohren umfasst. Bei einer derartigen Ausgestaltung sind die Dampferzeugerrohre vorteilhafterweise derart geführt, dass den die am stärksten beheizte Rohrreihe bildenden Steigrohrstücken, also der in Heizgasrichtung gese­ hen ersten Rohrreihe, die am schwächsten beheizte oder in Heizgasrichtung gesehen letzte Rohrreihe der Fallrohrstücke zugeordnet ist. Dazu sind zweckmäßigerweise die Steigrohr- und Fallrohrstücke mehrerer Dampferzeugerrohre im Heizgaska­ nal relativ zueinander derart positioniert, dass einem in Heizgasrichtung gesehen vergleichsweise weit hinten liegenden Fallrohrstück ein in Heizgasrichtung gesehen vergleichsweise weit vorn liegendes Steigrohrstück zugeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung, die in räumlicher Hinsicht im Wesentli­ chen einer ineinandergeschachtelten Anordnung mehrerer u-för­ mige Dampferzeugerrohre entspricht, werden die vergleichs­ weise stark beheizten Steigrohrstücke mit vergleichsweise schwach vorbeheiztem, aus den Fallrohrstücken abströmendem Strömungsmedium bespeist.

Damit ist gerade bei den vergleichsweise stark beheizten Steigrohrstücken der insgesamt strömungsfördernde geodätische Druckbeitrag durch das jeweils vorgeschaltete Fallrohrstück besonders groß, so dass selbsttätig eine besonders starke Zu­ satzbespeisung mit Strömungsmedium aus dem zugeordneten Fall­ rohrstück erfolgt. Die selbsttätige Zusatzbespeisung aus dem zugeordneten Fallrohrstück erfolgt in diesem Fall somit be­ sonders bedarfsgerecht gerade für stark beheizte Rohre, so dass die erwünschte Naturumlaufcharakteristik in besonderem Maße verstärkt wird.

Um den strömungsfördernden geodätischen Druckbeitrag im je­ weiligen Dampferzeugerrohr bereitzustellen, kann das jewei­ lige Dampferzeugerrohr derart ausgestaltet sein, dass es le­ diglich ein Fallrohrstück sowie lediglich ein diesem strö­ mungsmediumsseitig nachgeschaltetes Steigrohrstück umfasst. Eine besonders hohe Flexibilität bei der Anpassung der Wärme­ aufnahmekapazität des das Dampferzeugerrohr durchströmenden Strömungsmediums an das Temperaturprofil des den Heizgaskanal durchströmenden Heizgases ist jedoch erreichbar, indem eine Anzahl der Dampferzeugerrohre jeweils eine Mehrzahl von strö­ mungsmediumsseitig alternierend hintereinander geschalteten Fallrohr- und Steigrohrstücken umfassen. Jedes dieser Dampf­ erzeugerrohre weist dabei in Strömungsrichtung des Strömungs­ mediums gesehen zunächst ein erstes Fallrohrstück auf, dem sich nach geeigneter Umlenkung, vorzugsweise über ein Über­ strömstück, ein erstes, für eine Durchströmung des Strömungs­ mediums in Aufwärtsrichtung ausgebildetes Steigrohrstück an­ schließt. Diesem ist, vorzugsweise ebenfalls nach geeigneter Umlenkung über ein innerhalb des Heizgaskanals angeordnetes Überströmstück, ein zweites, für die Durchströmung des Strö­ mungsmediums in Abwärtsrichtung ausgelegtes Fallrohrstück nachgeschaltet. An das zweite Fallrohrstück schließt sich so­ dann erneut ein zweites Steigrohrstück an. Darüber hinaus können bedarfsweise auch noch mehrere Fallrohr- und Steig­ rohrstücke in alternierender Reihenfolge nachgeschaltet sein.

Zweckmäßigerweise wird der Dampferzeuger als Abhitzedampfer­ zeuger einer Gas- und Dampfturbinenanlage verwendet. Dabei ist der Dampferzeuger vorteilhafterweise heizgasseitig einer Gasturbine nachgeschaltet. Bei dieser Schaltung kann zweckmä­ ßigerweise hinter der Gasturbine eine Zusatzfeuerung zur Er­ höhung der Heizgastemperatur angeordnet sein.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, dass durch die zwei- oder mehrstufige Ausgestal­ tung der Dampferzeugerrohre mit einem in Abwärtsrichtung durchströmbaren Fallrohrstück und einem diesem strömungsmedi­ umsseitig nachgeschalteten, in Aufwärtsrichtung durchströmba­ ren Steigrohrstück zumindest im ersten Segment des Dampfer­ zeugerrohrs ein strömungsfördernder Druckbeitrag über den ge­ odätischen Druck der darin befindlichen Wassersäule bereit­ gestellt werden kann.

Zwar führen abwärts durchströmte beheizte Verdampfersysteme üblicherweise zu Strömungsinstabilitäten, die gerade beim Einsatz in Zwangdurchlaufverdampfern nicht tolerabel sind. Bei einer Bespeisung mit vergleichsweise niedriger Massen­ stromdichte ist durch den vergleichsweise geringen Reibungs­ druckverlust aber in zuverlässiger Weise eine Naturumlaufcha­ rakteristik des Dampferzeugerrohrs erzielbar, die bei einer Mehrbeheizung eines Dampferzeugerrohrs im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr zu einem vergleichsweise höheren Durchsatz des Strömungsmediums im mehrbeheizten Dampferzeu­ gerrohr führt. Diese Naturumlaufcharakteristik gewährleistet auch bei Verwendung der abwärts durchströmten Segmente eine ausreichend stabile und zuverlässige Durchströmung der Damp­ ferzeugerrohre.

Eine derartige Charakteristik ist zudem mit besonders gerin­ gem baulichen und Montageaufwand erreichbar, indem das Stei­ grohrstück dem ihm jeweils zugeordneten Fallrohrstück direkt und ohne Zwischenschaltung eines aufwendigen Sammler- oder Verteilersystems nachgeschaltet ist. Der Dampferzeuger weist somit bei besonders stabilem Strömungsverhalten eine ver­ gleichsweise geringe Anlagenkomplexität auf. Darüber hinaus können sowohl das Fallrohrstück als auch das diesem nachge­ schaltete Steigrohrstück jedes Dampferzeugerrohrs jeweils in hängender Bauweise im Bereich der Gehäusedecke des Heizgaska­ nals befestigt sein, wobei jeweils eine freie Längsdehnung im unteren Bereich zugelassen ist. Derartige, durch thermische Effekte bedingte Längsdehnungen werden nunmehr durch das das jeweilige Steigrohrstück mit dem Fallrohrstück verbindende Überströmstück kompensiert, so dass aufgrund thermischer Ef­ fekte keine Verspannungen auftreten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich­ nung näher erläutert. Darin zeigen:

Die Fig. 1, 2 und 3 jeweils in vereinfachter Darstellung im Längsschnitt einen Dampferzeuger in liegender Bauweise.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugs­ zeichen versehen.

Der Dampferzeuger 1, 1', 1" gemäß den Fig. 1, 2 bzw. 3 ist in der Art eines Abhitzedampferzeugers einer nicht näher dar­ gestellten Gasturbine abgasseitig nachgeschaltet. Der Dampf­ erzeuger 1, 1', 1" weist jeweils eine Umfassungswand 2 auf, die einen in einer annähernd horizontalen, durch die Pfeile 4 angedeuteten Heizgasrichtung x durchströmbaren Heizgaskanal 6 für das Abgas aus der Gasturbine bildet. Im Heizgaskanal 6 ist jeweils eine Anzahl von nach dem Durchlaufprinzip ausge­ legten Heizflächen, auch als Durchlaufheizflächen 8, 10 bzw. 12 bezeichnet, angeordnet. In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1, 2 und 3 ist jeweils lediglich eine Durchlauf­ heizfläche 8, 10 bzw. 12 gezeigt, es kann aber auch eine grö­ ßere Anzahl von Durchlaufheizflächen vorgesehen sein.

Das aus den Durchlaufheizflächen 8, 10, bzw. 12 gebildete Verdampfersystem ist jeweils mit Strömungsmedium W beauf­ schlagbar, das bei einmaligem Durchlauf durch die jeweilige Durchlaufheizfläche 8, 10 bzw. 12 verdampft und nach dem Aus­ tritt aus der Durchlaufheizfläche 8, 10 bzw. 12 als Dampf D abgeführt und üblicherweise zur weiteren Überhitzung Über­ hitzerheizflächen zugeführt wird. Das aus der jeweiligen Durchlaufheizfläche 8, 10 bzw. 12 gebildete Verdampfersystem ist jeweils in den nicht näher dargestellten Wasser-Dampf- Kreislauf einer Dampfturbine geschaltet. Zusätzlich zu dem jeweiligen Verdampfersystem sind in den Wasser-Dampf-Kreis­ lauf der Dampfturbine eine Anzahl weiterer, in den Fig. 1 bis 3 jeweils schematisch angedeutete Heizflächen 20 geschal­ tet. Bei den Heizflächen 20 kann es sich beispielsweise um Überhitzer, Mitteldruckverdampfer, Niederdruckverdampfer und/oder um Vorwärmer handeln.

Die Durchlaufheizfläche 8 des Dampferzeugers 1 nach Fig. 1 umfasst in der Art eines Rohrbündels eine Mehrzahl von zur Durchströmung des Strömungsmediums W parallel geschalteten Dampferzeugerrohren 22. Dabei ist jeweils eine Mehrzahl von Dampferzeugerrohren 22 in Heizgasrichtung x gesehen nebenein­ ander angeordnet. Dabei ist jeweils lediglich eines der so nebeneinander angeordneten Dampferzeugerrohre 22 sichtbar. Den so nebeneinander angeordneten Dampferzeugerrohren 22 ist dabei strömungsmediumsseitig jeweils ein gemeinsamer Vertei­ ler 26 vor- und ein gemeinsamer Austrittssammler 28 nachge­ schaltet. Die Verteiler 26 sind dabei ihrerseits eingangssei­ tig mit einem Hauptverteiler 30 verbunden, wobei die Aus­ trittssammler 28 ausgangsseitig an einen gemeinsamen Haupt­ sammler 32 angeschlossen sind.

Die Durchlaufheizfläche 8 ist derart ausgelegt, dass sie für eine Bespeisung der Dampferzeugerrohre 22 mit vergleichsweise niedriger Massenstromdichte geeignet ist, wobei die Dampfer­ zeugerrohre 22 eine Naturumlaufcharakteristik aufweisen. Bei dieser Naturumlaufcharakteristik weist ein im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr 22 derselben Durchlaufheiz­ fläche 8 mehrbeheiztes Dampferzeugerrohr 22 einen im Ver­ gleich zum weiteren Dampferzeugerrohr 22 höheren Durchsatz des Strömungsmediums W auf. Um dies mit besonders einfachen konstruktiven Mitteln auf besonders zuverlässige Weise si­ cherzustellen, umfasst die Durchlaufheizfläche 8 zwei strö­ mungsmediumsseitig in Reihe geschaltete Segmente. Im ersten Segment umfasst jedes Dampferzeugerrohr 22 der Durchlaufheiz­ fläche 8 dabei ein annähernd vertikal angeordnetes, vom Strö­ mungsmedium W in Abwärtsrichtung durchströmbares Fallrohr­ stück 34. Im zweiten Segment umfasst jedes Dampferzeugerrohr 22 ein dem Fallrohrstück 34 strömungsmediumsseitig nachge­ schaltetes, annähernd vertikal angeordnetes und vom Strö­ mungsmedium W in Aufwärtsrichtung durchströmbares Steigrohr­ stück 36.

Das Steigrohrstück 36 ist mit dem ihm zugeordneten Fallrohr­ stück 34 dabei über ein Überströmstück 38 verbunden. Im Aus­ führungsbeispiel sind die Überströmstücke innerhalb des Heiz­ gaskanals 6 geführt und zur räumlichen Fixierung durch eine im Heizgaskanal 6 angeordnete Lochplatte 40 geführt. Diese bewirkt zwar eine lokale Verengung des für das Heizgas ver­ fügbaren Strömungsquerschnitts im Heizgaskanal 6; zu betonen ist jedoch, dass die Darstellung in Fig. 1 nicht maßstäblich ist, so dass die relative Verengung des Strömungsquerschnitts für das Heizgas durch die Lochplatte 40 nur geringfügig ist.

Alternativ können die Überströmstücke auch außerhalb, insbe­ sondere unterhalb, des Heizgaskanals 6 geführt sein. Dies kann insbesondere für den Fall günstig sein, dass aus kon­ struktiven oder betrieblichen Gründen eine Entwässerung der Durchlaufheizfläche 8 vorgesehen sein soll. Diese kann bei außerhalb des Heizgaskanals 6 geführten Überströmstücken 38 durch einen an diese angeschlossenen Entwässerungssammler er­ folgen. In diesem Fall ist der Entwässerungssammler vorzugs­ weise räumlich in der Nähe der Fallrohrstücke angeordnet, so dass die Beweglichkeit der Heizrohrstücke hinsichtlich ther­ mischer Ausdehnung ungehindert erhalten bleibt.

Jedes Dampferzeugerrohr 22 der Durchlaufheizfläche 8 weist, wie dies in Fig. 1 erkennbar ist, eine nahezu u-förmige Form auf, wobei die Schenkel des U durch das Fallrohrstück 34 und das Steigrohrstück 36 und der Verbindungsbogen durch das Überströmstück 38 gebildet sind. Bei einem derartig ausge­ stalteten Dampferzeugerrohr 22 erzeugt der geodätische Druck­ beitrag des Strömungsmediums W im Bereich des Fallrohrstücks 34 - im Gegensatz zum Bereich des Steigrohrstücks 36 - einen strömungsfördernden und nicht einen strömungshemmenden Druck­ beitrag. Mit anderen Worten: die im Fallrohrstück 34 befind­ liche Wassersäule an unverdampftem Strömungsmedium W "schiebt" die Durchströmung des jeweiligen Dampferzeugerrohrs 22 noch mit an, statt diese zu behindern. Dadurch weist das Dampferzeugerrohr 22 insgesamt gesehen einen vergleichsweise ge ringen Druckverlust auf.

Bei der annähernd u-förmigen Bauweise ist jedes Dampferzeu­ gerrohr 22 jeweils im Eintrittsbereich seines Fallrohrstücks 34 und im Austrittsbereich seines Steigrohrstücks 36 in der Art einer hängenden Bauweise an der Decke des Heizgaskanals 6 aufgehängt oder befestigt. Die räumlich gesehen unteren Enden des jeweiligen Fallrohrstückes 34 und des jeweiligen Steig­ rohrstücks 36, die durch ihr Überströmstück 38 miteinander verbunden sind, sind hingegen nicht unmittelbar räumlich im Heizgaskanal 6 fixiert. Längendehnungen dieser Segmente der Dampferzeugerrohre sind somit ohne Schadensrisiko tolerier­ bar, wobei das jeweilige Überströmstück 38 als Dehnungsbogen wirkt. Diese Anordnung der Dampferzeugerrohre 22 ist somit mechanisch besonders flexibel und hinsichtlich thermischer Spannungen unempfindlich gegenüber auftretenden Differenzdeh­ nungen.

Eine Mehrbeheizung eines Dampferzeugerrohrs 22, insbesondere in seinem Steigrohrstück 36, führt dabei dort zunächst zur Erhöhung der Verdampfungsrate, wobei bereits aufgrund der Di­ mensionierung des Dampferzeugerrohrs 22 infolge dieser Mehr­ beheizung eine Erhöhung der Durchströmungsrate durch das mehrbeheizte Dampferzeugerrohr 22 eintritt.

Die Dampferzeugerrohre 22 verschiedener Rohrreihen 24 der Durchlaufheizfläche 8 sind zudem in der Art ineinanderge­ schachtelter Us angeordnet. Dazu sind die Steigrohrstücke 36 und die Fallrohrstücke 34 mehrerer Dampferzeugerrohre 22 im Heizgaskanal 6 relativ zueinander derart positioniert, dass einem in Heizgasrichtung x gesehen vergleichsweise hinten liegenden Fallrohrstück 34 ein in Heizgasrichtung x gesehen vergleichsweise weit vorn liegendes Steigrohrstück 36 zuge­ ordnet ist. Durch diese Anordnung kommuniziert ein ver­ gleichsweise stark beheiztes Steigrohrstück 36 mit einem ver­ gleichsweise schwach beheizten Fallrohrstück 34. Durch diese relative Positionierung ist auch zwischen den Rohrreihen 24 ein selbsttätig ausgleichender Effekt erreicht. Gerade bei einem vergleichsweise stark beheizten, weit vorn liegenden Steigrohrstück 36 bewirkt nämlich die Mehrbeheizung eine be­ sonders starke Dampfproduktion und somit einen besonders starken Bedarf an Zusatzbespeisung mit Strömungsmedium W. Ge­ rade ein derartig stark beheiztes Steigrohrstück 36 ist je­ doch mit einem vergleichsweise schwach beheizten Fallrohr­ stück 34 verbunden. Dieses weist aufgrund des vergleichsweise geringen Wärmeeintrags in das in ihm geführte Strömungsmedium W einen besonders hohen strömungsfördernden geodätischen Druckbeitrag auf, so dass gerade ein derartiges, vergleichs­ weise schwach beheiztes Fallrohrstück 34 zur Bereitstellung einer zusätzlichen Einspeisemenge an vergleichsweise kühlem Strömungsmedium W besonders geeignet ist.

Die Mehrbeheizung eines vergleichsweise weit vom angeordneten Steigrohrstücks 36 eines Dampferzeugerrohrs 22 bewirkt beson­ ders in dieser Anordnung, dass der strömungsfördernde geodä­ tische Druckbeitrag im Fallrohrstück 34 den strömungshemmen­ den geodätischen Druckbeitrag im zugeordneten Steigrohrstück 36 in besonderem Maße übersteigt, so dass zusätzlich noch ei­ ne erhöhte Bespeisung des jeweiligen Steigrohrstücks 36 mit Strömungsmedium W erfolgt. Aufgrund dieser somit besonders ausgeprägten Naturumlaufcharakteristik der Dampferzeugerrohre 22 weisen diese in besonderem Maße ein selbststabilisierendes Verhalten gegenüber lokal unterschiedlicher Beheizung auf: eine Mehrbeheizung einer Reihe von Dampferzeugerrohren 22 führt dabei lokal zur erhöhten Zufuhr von Strömungsmedium W in diese Reihe von Dampferzeugerrohr 22, so dass aufgrund der entsprechend vergrößerten Kühlwirkung selbsttätig eine Angleichung der jeweiligen Temperaturwerte einsetzt. Der in den Hauptsammler 32 einströmende Frischdampf ist somit hin­ sichtlich seiner Dampfparameter, unabhängig von der individu­ ell durchlaufenen Rohrreihe 24, besonders homogen.

Je nach Auslegungspunkt oder vorgesehenem Betriebspunkt des Dampferzeugers 1, 1', 1" kann der durch ein abwärts durch­ strömtes Verdampfersegment bereitgestellte strömungsfördernde geodätische Druckbeitrag den strömungshemmenden geodätischen Druckbeitrag des nachgeschalteten zweiten Verdampfersegments deutlich übersteigen. Deshalb kann es auslegungspunktabhängig vorteilhaft sein, das erste Verdampfersegment für einen ver­ gleichsweise hohen Reibungsdruckverlust auszulegen. Dazu ist den Rohrreihen des Dampferzeugers 1 nach Fig. 1 zwischen dem Hauptverteiler 30 und den ihnen jeweils zugeordneten Vertei­ lern 26 jeweils eine Drosseleinrichtung 42 vorgeschaltet, die insbesondere auch einstellbar oder regelbar ausgebildet sein kann.

Alternativ umfasst der Dampferzeuger 1' im Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 2 dazu eine Durchlaufheizfläche 10, deren Dampferzeugerrohre 50 in einem ersten Segment jeweils eben­ falls ein Fallrohrstück 52 aufweisen, dem jedoch strömungsme­ diumsseitig jeweils eine Mehrzahl von einander zur Durchströ­ mung des Strömungsmediums W parallel geschalteten Steigrohr­ stücken 54 nachgeschaltet ist. Die Überströmstücke 56, über die die Fallrohrstücke 52 jeweils mit der ihnen zugeordneten Mehrzahl an Steigrohrstücken 54 verbunden sind, sind dabei im Ausführungsbeispiel wiederum innerhalb des Heizgaskanals 6 geführt und in einem Lochblech 58 gehaltert. Bedarfsweise können sie jedoch auch außerhalb des Heizgaskanals 6 verlegt sein. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind jedem Fall­ rohrstück 52 jeweils 2 strömungsmediumsseitig parallel ge­ schaltete Steigrohrstücke 54 nachgeschaltet. Die dabei ver­ wendeten Rohre weisen gleiche Dimensionierung auf, so dass der freie Strömungsquerschnitt für das Strömungsmedium W in den parallel geschalteten Steigrohrstücken 54 jeweils doppelt so groß ist wie der Strömungsquerschnitt im ihnen gemeinsam vorgeschalteten Fallrohrstück 52. Alternativ kann eine derar­ tige Begrenzung des Reibungsdruckverlustes in den Fallrohrstü­ cken 52 im Bedarfsfall auch durch eine geeignete Dimensionie­ rung, insbesondere durch die Wahlreines vergleichsweise klei­ neren Durchmessers, erzielt werden.

Der Dampferzeuger 1" im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 um­ fasst eine Durchlaufheizfläche 12, die ebenfalls für einen vergleichsweise geringen Reibungsdruckverlust ausgelegt und somit zur Sicherstellung einer Naturumlaufcharakteristik bei vergleichsweise geringer Massenstromdichte besonders geeignet ist. Die Durchlaufheizfläche 12 des Dampferzeugers 1"h ist je­ doch darüber hinaus hinsichtlich ihres Wärmeaufnahmevermögens an das Temperaturprofil des den Heizgaskanal 6 durchströmen­ den Heizgases besonders angepasst. Dazu umfasst jedes der die Durchlaufheizfläche 12 bildenden Dampferzeugerrohre 60 je­ weils eine Mehrzahl - im Ausführungsbeispiel zwei-von strö­ mungsmediumsseitig alternierend hintereinandergeschalteten Fallrohrstücken 62, 64 und Steigrohrstücken 66, 68. Das in Strömungsrichtung des Strömungsmediums W gesehen erste Fall­ rohrstück 62 ist dabei jeweils über ein Überströmstück 70 mit dem ihm nachgeschalteten ersten Steigrohrstück 66 verbunden. Dieses ist seinerseits ausgangsseitig über ein Überströmstück 72 mit dem ihm nachgeschalteten zweiten Fallrohrstück 64 ver­ bunden. Das zweite Fallrohrstück 64 ist über ein Überström­ stück 74 an das zweite Steigrohrstück 66 angeschlossen. Die Überströmstücke 70, 72, 74 sind wiederum innerhalb des Heiz­ gaskanals 6 geführt und über jeweils ein Lochblech 76, 78 bzw. 80 im Boden- bzw. Deckenbereich des Heizgaskanals 6 be­ festigt.

Claims (9)

1. Dampferzeuger (1, 1', 1"), bei dem in einem in einer an­ nähernd horizontalen Heizgasrichtung (x) durchströmbaren Heizgaskanal (6) eine Durchlaufheizfläche (8, 10, 12) ange­ ordnet ist, die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strö­ mungsmediums (W) parallel geschalteten Dampferzeugerrohren (22, 50, 60) umfasst, und die derart ausgelegt ist, dass ein im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr (22, 50, 60) derselben Durchlaufheizfläche (8, 10, 12) mehrbeheiztes Dampferzeugerrohr (22, 50, 60) einen im Vergleich zum weite­ ren Dampferzeugerrohr (22, 50, 60) höheren Durchsatz des Strömungsmediums (W) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder jedes Dampferzeugerrohr (22, 50, 60) jeweils ein annähernd vertikal angeordnetes, vom Strömungsmedium (W) in Abwärts­ richtung durchströmbares Fallrohrstück (34, 52, 62, 64) und ein diesem strömungsmediumsseitig nachgeschaltetes, annähernd vertikal angeordnetes und vom Strömungsmedium (W) in Auf­ wärtsrichtung durchströmbares Steigrohrstück (36, 54, 66, 68) umfasst.

2. Dampferzeuger (1, 1', 1") nach Anspruch 1, bei dem das Fallrohrstück (34, 52, 62, 64) des jeweiligen Dampferzeuger­ rohrs (22, 50, 60) im Heizgaskanal (6) in Heizgasrichtung (x) gesehen hinter dem ihm zugeordneten Steigrohrstück (36, 54, 66, 68) angeordnet ist.

3. Dampferzeuger (1, 1', 1") nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Fallrohrstück (34, 52, 62, 64) eines oder jedes Dampfer­ zeugerrohrs (22, 50, 60) mit dem ihm zugeordneten Steigrohr­ stück (36, 54, 66, 68) strömungsmediumsseitig über ein Über­ strömstück (38, 70, 72, 74) verbunden ist.

4. Dampferzeuger (1, 1', 1") nach Anspruch 3, bei dem das je­ weilige Überströmstück (31, 70, 72, 74) innerhalb des Heiz­ gaskanals (6) angeordnet ist.

5. Dampferzeuger (1, 1', 1") nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein oder jedes Dampferzeugerrohr (22, 50, 60) in der Art einer gegabelten Ausführung jeweils eine Mehrzahl von einem gemeinsamen Fallrohrstück (34, 52, 62, 64) strömungsme­ diumsseitig nachgeschalteten, einander zur Durchströmung des Strömungsmediums (W) parallel geschalteten Steigrohrstücken (36, 54, 66, 68) umfasst.

6. Dampferzeuger (1, 1', 1") nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Steigrohr- und Fallrohrstücke (36, 54, 66, 68 und 34, 52, 62, 64) mehrerer Dampferzeugerrohre (22, 50, 60) im Heizgaskanal (6) relativ zueinander derart positioniert sind, dass einem in Heizgasrichtung (x) gesehen vergleichs­ weise weit hinten liegenden Fallrohrstück (34, 52, 62, 64) ein in Heizgasrichtung (x) gesehen vergleichsweise weit vorn liegendes Steigrohrstück (36, 54, 66, 68) zugeordnet ist.

7. Dampferzeuger (1, 1', 1") nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine Anzahl der Dampferzeugerrohre (22, 50, 60) jeweils eine Mehrzahl von strömungsmediumsseitig alternierend hintereinandergeschalteten Fallrohr- und Steigrohrstücken (36, 54, 66, 68 und 34, 52, 62, 64) umfasst.

8. Dampferzeuger (1, 1', 1") nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem dem Fallrohrstück (36, 54, 66, 68) eines oder je­ des Dampferzeugerrohrs (22, 50, 60) strömungsmediumsseitig in der Verbindungsleitung vom Hauptverteiler jeweils eine Dros­ seleinrichtung (42) vorgeschaltet ist.

9. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dem heiz­ gasseitig eine Gasturbine vorgeschaltet ist.