DE102011004270A1

DE102011004270A1 - Once-through steam generator for solar thermal power plant, has heating regions with steam generator pipes such that throughput of flow medium of excessively heated steam generator pipe is higher than that of other steam generator pipe

Info

Publication number: DE102011004270A1
Application number: DE102011004270A
Authority: DE
Inventors: Jan Brückner; Joachim Franke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-08-23

Abstract

The steam generator has a heating gas channel (20) which is formed in heating regions (21,22) in horizontal heating gas direction. Several vertical steam generator pipes (25,26) are arranged in parallel in the respective heating regions, for the flow of fluid. The heating regions are formed such that throughput of the flow medium of excessively heated steam generator pipe is higher than that of other steam generator pipe. Several discharge side collectors (27,28) and input side collectors (30,31) are arranged in the heating regions. An independent claim is included for solar thermal power plant.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen solarthermischen Durchlaufdampferzeuger, insbesondere für ein Solarturm-Kraftwerk mit indirekter Verdampfung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Solarturm-Kraftwerk mit indirekter Verdampfung mit einem solarthermischen Durchlaufdampferzeuger.The invention relates to a solar thermal continuous steam generator, in particular for a solar tower power plant with indirect evaporation. The invention further relates to a solar tower power plant with indirect evaporation with a solar thermal continuous steam generator.

Dem stetig steigenden Energiebedarf und dem Klimawandel muss mit dem Einsatz von nachhaltigen Energieträgern entgegengetreten werden. Sonnenenergie ist solch ein nachhaltiger Energieträger. Sie ist klimaschonend, in unerschöpflichem Maße vorhanden und stellt keine Belastung für nachkommende Generationen dar.The steadily rising energy demand and climate change must be tackled with the use of sustainable energy sources. Solar energy is such a sustainable energy source. It is climate-friendly, inexhaustible and does not burden future generations.

Solarthermische Kraftwerke stellen deshalb eine der nachhaltigen Alternativen zur herkömmlichen Stromerzeugung dar. Bisher wurden solarthermische Kraftwerke mit Parabolrinnenkollektoren oder Fresnel-Kollektoren ausgeführt. Eine weitere Option stellen Solarturm-Kraftwerke dar. Ein solarthermisches Kraftwerk mit Solarturm umfasst ein Solarfeld mit Heliostaten, die die Sonnenstrahlung auf einen im Solarturm untergebrachten Receiver konzentrieren, und einen konventionellen Kraftwerksteil mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf, in dem thermische Energie eines Wasserdampfes in elektrische Energie umgewandelt wird.Solar thermal power plants are therefore one of the sustainable alternatives to conventional power generation. So far, solar thermal power plants have been carried out with parabolic trough collectors or Fresnel collectors. A further option is solar tower power plants. A solar thermal power plant with a solar tower comprises a solar field with heliostats that focus the solar radiation on a receiver housed in the solar tower, and a conventional power plant section with a water-steam cycle, in which thermal energy of a water vapor in electrical energy is converted.

Man unterscheidet zwischen direkter Verdampfung und indirekter Verdampfung. Bei der direkten Verdampfung besteht der Receiver aus einer Heizfläche, in der die eingestrahlte Sonnenenergie dazu genutzt wird, um zugeführtes Speisewasser zu erwärmen, zu verdampfen und gegebenenfalls auch zu überhitzen. Der erzeugte Dampf wird anschließend in einem konventionellen Kraftwerkssteil in einer Turbine entspannt, gegebenenfalls zwischenüberhitzt und anschließend kondensiert und dem Receiver wieder zugeführt. Die Turbine treibt einen Generator an, der die mechanische Energie in elektrische Energie wandelt.One differentiates between direct evaporation and indirect evaporation. In the case of direct evaporation, the receiver consists of a heating surface in which the irradiated solar energy is used to heat supplied feed water, to evaporate it and possibly also to overheat it. The generated steam is then expanded in a conventional power plant part in a turbine, optionally reheated and then condensed and fed back to the receiver. The turbine drives a generator, which converts the mechanical energy into electrical energy.

Bei der indirekten Verdampfung wird im Receiver üblicherweise Luft erhitzt und die erhitzte Luft einem Dampferzeuger mit Verdampferheizflächen zugeführt.In the case of indirect evaporation, air is usually heated in the receiver and the heated air is fed to a steam generator with evaporator heating surfaces.

Für den Dampferzeuger kommen mehrere alternative Auslegungskonzepte, nämlich die Auslegung als Durchlaufdampferzeuger oder die Auslegung als Umlaufdampferzeuger, in Betracht. Bei einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung von als Verdampferrohren vorgesehenen Dampferzeugerrohren zu einer Verdampfung des Strömungsmediums in den Dampferzeugerrohren in einem einmaligen Durchlauf. Im Gegensatz dazu wird bei einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger das im Umlauf geführte Wasser beim Durchlauf durch die Verdampferrohre nur teilweise verdampft. Das dabei nicht verdampfte Wasser wird nach einer Abtrennung des erzeugten Dampfes für eine weitere Verdampfung denselben Verdampferrohren erneut zugeführt.For the steam generator, several alternative design concepts, namely the design as a continuous steam generator or the design as a circulating steam generator into consideration. In a continuous steam generator, the heating of steam generator tubes provided as evaporator tubes leads to an evaporation of the flow medium in the steam generator tubes in a single pass. In contrast, in a natural or forced circulation steam generator, the recirculated water is only partially evaporated as it passes through the evaporator tubes. The water which is not evaporated is fed again to the same evaporator tubes after a separation of the generated steam for further evaporation.

Ein Durchlaufdampferzeuger unterliegt im Gegensatz zu einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger keiner Druckbegrenzung, so dass Frischdampfdrücke weit über dem kritischen Druck von Wasser – wo es nur noch einen geringen Dichteunterschied zwischen flüssigkeitsähnlichem und dampfähnlichem Medium gibt – möglich sind. Ein hoher Frischdampfdruck begünstigt einen hohen thermischen Wirkungsgrad. Zudem weist ein Durchlaufdampferzeuger im Vergleich zu einem Umlaufdampferzeuger eine einfache Bauweise auf und ist somit mit besonders geringem Aufwand herstellbar.In contrast to a natural or forced circulation steam generator, a continuous steam generator is not subject to any pressure limitation, so that fresh steam pressures are possible far above the critical pressure of water - where there is only a small difference in density between liquid-like and vapor-like medium. A high live steam pressure promotes a high thermal efficiency. In addition, a continuous steam generator in comparison to a circulating steam generator a simple construction and is thus produced with very little effort.

Ein Durchlaufdampferzeuger kann grundsätzlich in einer von zwei alternativen Bauformen ausgeführt sein, nämlich in stehender Bauweise oder in liegender Bauweise. Ein Durchlaufdampferzeuger in liegender Bauweise ist dabei für eine Durchströmung des beheizenden Mediums oder Heizgases in annähernd horizontaler Richtung ausgelegt, wohingegen ein Durchlaufdampferzeuger in stehender Bauweise für eine Durchströmung des beheizenden Mediums in einer annähernd vertikalen Richtung ausgelegt ist.A continuous steam generator can basically be embodied in one of two alternative designs, namely in a vertical construction or in a horizontal construction. A continuous steam generator in lying construction is designed for a flow through the heated medium or heating gas in approximately horizontal direction, whereas a continuous steam generator is designed in standing construction for a flow of the heated medium in an approximately vertical direction.

Ein Durchlaufdampferzeuger in liegender Bauweise ist im Gegensatz zu einem Durchlaufdampferzeuger in stehender Bauweise mit besonders einfachen Mitteln und mit besonders geringem Fertigungs- und Montageaufwand herstellbar. Bei einem Durchlaufdampferzeuger in liegender Bauweise sind die Dampferzeugerrohre einer Heizfläche jedoch je nach ihrer Positionierung einer stark unterschiedlichen Beheizung ausgesetzt. Insbesondere bei ausgangsseitig in einen gemeinsamen Austrittssammler mündenden Dampferzeugerrohren kann eine unterschiedliche Beheizung einzelner Dampferzeugerrohre jedoch zu einer Zusammenführung von Dampfströmen mit stark voneinander abweichenden Dampfparametern und somit zu unerwünschten Wirkungsgradverlusten, insbesondere zu einer vergleichsweise verringerten Effektivität der betroffenen Heizfläche und dadurch reduzierten Dampferzeugung, führen. Eine unterschiedliche Beheizung benachbarter Dampferzeugerrohre kann zudem, insbesondere im Bereich ihrer Einmündung in einen Austrittssammler, zu Schäden an den Dampferzeugerrohren oder dem Sammler führen.A continuous steam generator in horizontal design is in contrast to a continuous steam generator in a stile construction with particularly simple means and with particularly low manufacturing and assembly costs produced. In a continuous steam generator in horizontal construction, however, the steam generator tubes are exposed to a heating surface depending on their positioning of a very different heating. However, especially with steam pipes opening on the output side into a common outlet collector, a different heating of individual steam generator pipes can lead to a combination of steam flows with widely differing steam parameters and thus to undesirable efficiency losses, in particular to a comparatively reduced effectiveness of the heating surface concerned and thus reduced steam generation. A different heating adjacent steam generator tubes can also lead to damage to the steam generator tubes or the collector, in particular in the region of its confluence with an outlet collector.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen solarthermischen Dampferzeuger in liegender Bauweise anzugeben, bei dem Schäden infolge unterschiedlicher Beheizung in der Verdampferheizfläche des Dampferzeugers vermieden werden.The invention is therefore based on the object to provide a solar thermal steam generator in horizontal design, are avoided in the damage due to different heating in the evaporator heating of the steam generator.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Dampferzeuger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Durchlaufheizfläche derart ausgelegt ist, dass ein im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr derselben Durchlaufheizfläche mehr beheiztes Dampferzeugerrohr einen im Vergleich zum weiteren Dampferzeugerrohr höheren Durchsatz des Strömungsmediums aufweist. This object is achieved in a steam generator according to the preamble of claim 1, characterized in that the Durchlaufheizfläche is designed such that compared to another steam generator tube Durchlaufheizfläche more heated steam generator tube has a higher compared to the other steam generator tube throughput of the flow medium.

Unter Durchlaufheizfläche ist hierbei eine Heizfläche zu verstehen, die nach dem Durchlaufprinzip ausgelegt ist. Das der Durchlaufheizfläche zugeführte Strömungsmedium wird also im einmaligen Durchlauf durch die Durchlaufheizfläche oder durch ein eine Mehrzahl von hintereinandergeschalteten Durchlaufheizflächen umfassendes Heizflächensystem vollständig verdampft. Eine Durchlaufheizfläche eines derartigen Heizflächensystems kann dabei auch zur Vorwärmung oder zur Überhitzung des Strömungsmediums vorgesehen sein. Dabei kann die oder jede Durchlaufheizfläche insbesondere in der Art eines Rohrbündels eine Anzahl von in Heizgasrichtung hintereinander angeordneten Rohrlagen umfassen, von denen jede aus einer Anzahl von in Heizgasrichtung nebeneinander angeordneten Dampferzeugerrohren gebildet ist.By continuous heating surface is here to be understood a heating surface, which is designed according to the flow principle. The flow medium supplied to the flow through heating medium is thus completely evaporated in a single pass through the continuous heating surface or through a heating surface system comprising a plurality of series-connected continuous heating surfaces. A continuous heating surface of such a heating surface system can also be provided for preheating or for overheating the flow medium. In this case, the or each continuous heating surface, in particular in the manner of a tube bundle, comprise a number of tube layers arranged one behind the other in the direction of heating gas, each of which is formed from a number of steam generator tubes arranged side by side in the direction of the heating gas.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei einem für eine Ausführung in liegender Bauweise geeigneten Dampferzeuger für einen hohen Wirkungsgrad die Auswirkung einer lokal unterschiedlichen Beheizung auf die Dampfparameter besonders gering gehalten sein sollte. Für besonders geringe Unterschiede zwischen den Dampfparametern in zwei benachbarten Dampferzeugerrohren sollte das die Dampferzeugerrohre durchströmende Medium nach seinem Austritt aus den Dampferzeugerrohren für jedes einer gemeinsamen Durchlaufheizfläche zugeordnete Dampferzeugerrohr annähernd die gleiche Temperatur und/oder den gleichen Dampfgehalt aufweisen. Eine Angleichung der Temperaturen des aus den jeweiligen Dampferzeugerrohren austretenden Strömungsmediums auch bei unterschiedlicher Beheizung der jeweiligen Dampferzeugerrohre ist erreichbar, indem jedes Dampferzeugerrohr für eine an seine durchschnittliche, von seiner Position im Heizgaskanal abhängige Beheizung angepasste Durchströmung des Mediums ausgelegt ist.The invention is based on the consideration that in the case of a steam generator designed for laying in a horizontal design for high efficiency, the effect of a locally different heating on the steam parameters should be kept particularly low. For particularly small differences between the steam parameters in two adjacent steam generator tubes, the medium flowing through the steam generator tubes should have approximately the same temperature and / or the same steam content after leaving the steam generator tubes for each steam generator tube assigned to a common continuous heating surface. An approximation of the temperatures of the emerging from the respective steam generator tubes flow medium even with different heating of the respective steam generator tubes is achievable by each steam generator tube adapted to its average, dependent on its position in the heating gas channel heating through flow of the medium.

Für eine besonders günstige Anpassung des Durchsatzes des Strömungsmediums an die Beheizung des jeweiligen Dampferzeugerrohres bei einem Dampferzeuger mit einer Auslegung für einen Volllast-Druck am Überhitzeraustritt von mehr als 80 bar sind vorteilhafterweise die Dampferzeugerrohre mindestens einer Durchlaufheizfläche im Mittel für ein Verhältnis von Reibungsdruckverlust zu geodätischem Druckabfall bei Volllast von weniger als 0,4, vorzugsweise weniger als 0,2, ausgelegt oder bemessen. Bei einem Dampferzeuger mit einer Druckstufe, deren Auslegung für einen Volllast-Druck am Überhitzeraustritt von 80 bar oder weniger bemessen ist, sind vorteilhafterweise die Dampferzeugerrohre mindestens einer Durchlaufheizfläche dieser Druckstufe im Mittel für ein Verhältnis von Reibungsdruckverlust zu geodätischem Druckabfall bei Volllast von weniger als 0,6, vorzugsweise weniger als 0,4, ausgelegt. Dabei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine unterschiedliche Beheizung zweier Dampferzeugerrohre dann zu besonders geringen Temperaturdifferenzen und/oder Differenzen des Dampfgehaltes des Strömungsmediums an den Ausgängen der jeweiligen Dampferzeugerrohre führt, wenn eine Mehrbeheizung eines Dampferzeugerrohres aufgrund von dessen Auslegung zu einem Anstieg des Durchsatzes des Strömungsmediums in diesem Dampferzeugerrohr führt.For a particularly favorable adaptation of the throughput of the flow medium to the heating of the respective steam generator tube in a steam generator with a design for a full load pressure at the superheater outlet of more than 80 bar, the steam generator tubes are advantageously at least one continuous heating surface on average for a ratio of friction pressure loss to geodesic pressure drop at full load of less than 0.4, preferably less than 0.2, designed or dimensioned. In a steam generator with a pressure stage whose design is designed for a full load pressure at the superheater outlet of 80 bar or less, the steam generator tubes are advantageously at least one continuous heating surface of this pressure stage on average for a ratio of friction pressure loss to geodesic pressure drop at full load of less than 0, 6, preferably less than 0.4 designed. This is based on the finding that a different heating of two steam generator tubes then leads to particularly small temperature differences and / or differences in the vapor content of the flow medium at the outputs of the respective steam generator tubes, if a Mehrbeheizung a steam generator tube due to its design to an increase in the flow rate of the flow medium leads this steam generator tube.

Dies ist auf besonders einfache Weise durch einen im Vergleich zum geodätischen Druckabfall besonders geringen Reibungsdruckverlust erreichbar. Der geodätische Druckabfall gibt dabei den Druckabfall aufgrund des Gewichtes der Wasser- und Dampfsäule bezogen auf die Fläche des Strömungsquerschnittes im Dampferzeugerrohr an. Der Reibungsdruckverlust hingegen beschreibt den Druckabfall im Dampferzeugerrohr infolge des Strömungswiderstandes für das Strömungsmedium. Der gesamte Druckabfall in einem Dampferzeugerrohr setzt sich im wesentlichen zusammen aus dem geodätischen Druckabfall und dem Reibungsdruckverlust.This can be achieved in a particularly simple manner by means of a particularly low friction pressure loss compared to the geodetic pressure drop. The geodetic pressure drop indicates the pressure drop due to the weight of the water and vapor column relative to the area of the flow cross-section in the steam generator tube. The friction pressure loss, however, describes the pressure drop in the steam generator tube due to the flow resistance for the flow medium. The total pressure drop in a steam generator tube is essentially composed of the geodetic pressure drop and the friction pressure loss.

Bei einer besonders starken Beheizung eines einzelnen Dampferzeugerrohres wird die Dampferzeugung in diesem Dampferzeugerrohr besonders groß. Das Gewicht des unverdampften Mediums in diesem Dampferzeugerrohr nimmt somit ab, so dass der geodätische Druckabfall in diesem Dampferzeugerrohr ebenfalls abnimmt. Alle innerhalb einer Durchlaufheizfläche parallel geschalteten Dampferzeugerrohre weisen aufgrund ihrer gemeinsamen eingangsseitigen Verbindung mit einem Eintrittssammler und ihrer gemeinsamen ausgangsseitigen Verbindung mit einem Austrittssammler jedoch den gleichen gesamten Druckabfall auf. Bei einem im Vergleich zu den ihm parallel geschalteten Dampferzeugerrohren besonders geringen geodätischen Druckabfall in einem der Dampferzeugerrohre aufgrund seiner besonders starken Beheizung strömt für einen Druckausgleich dann eine besonders große Menge an Strömungsmedium durch das mehrbeheizte Rohr, wenn aufgrund der Auslegung der Durchlaufheizfläche der geodätische Druckabfall im Mittel der dominante Beitrag zum gesamten Druckabfall ist.In a particularly strong heating of a single steam generator tube, the steam generation in this steam generator tube is particularly large. The weight of the unvaporized medium in this steam generator tube thus decreases, so that the geodesic pressure drop in this steam generator tube also decreases. However, all of the steam generator tubes connected in parallel within a continuous heating surface have the same total pressure drop due to their common input-side connection to an inlet header and their common outlet-side connection to an outlet header. In a particularly low geodetic pressure drop in one of the steam generator tubes in comparison to the steam generator tubes connected in parallel in one of the steam generator tubes, a particularly large amount of flow medium flows through the reheated tube for pressure equalization if the geodetic pressure drop due to the design of the continuous heating surface is on average the dominant contributor to overall pressure drop.

Mit anderen Worten: Ein im Vergleich zu den ihm parallel geschalteten Dampferzeugerrohren stärker beheiztes Dampferzeugerrohr weist einen erhöhten Durchsatz an Strömungsmedium auf, wohingegen ein im Vergleich zu den ihm parallel geschalteten Dampferzeugerrohren besonders gering beheiztes Dampferzeugerrohr einen besonders geringen Durchsatz an Strömungsmedium aufweist. Durch eine geeignete Vorgabe des Verhältnisses aus Reibungsdruckverlust zu geodätischem Druckabfall durch die Auslegung der Dampferzeugerrohre, insbesondere hinsichtlich der gewählten Massenstromdichte in den Dampferzeugerrohren, ist dieser Effekt nutzbar für eine selbsttätige Anpassung des Durchsatzes jedes Dampferzeugerrohres an dessen Beheizung.In other words: a steam boiler tube which is more heated than the steam generator tubes connected in parallel an increased throughput of flow medium, whereas a particularly low heated steam generator tube compared to the steam generator tubes connected in parallel to it has a particularly low throughput of flow medium. By a suitable specification of the ratio of friction pressure loss to geodesic pressure drop through the design of the steam generator tubes, in particular with regard to the selected mass flow density in the steam generator tubes, this effect is useful for an automatic adjustment of the flow rate of each steam generator tube to the heating.

Bei der Auslegung der Dampferzeugerrohre hinsichtlich des Verhältnisses von Reibungsdruckverlust zu geodätischem Druckabfall sind die relevanten Größen gemäß den in den Druckschriften Q. Zheng, W. Köhler, W. Kastner und K. Riedle ”Druckverlust in glatten und innenberippten Verdampferrohren”, Wärme und Stoffübertragung 26, S. 323–330, Springer-Verlag 1991 , und Z. Rouhani ”Modified correlation for voidfraction and two-Phase pressure drop”, AE-RTV-841, 1969 , angegebenen Beziehungen ermittelbar. Dabei sind für einen Dampferzeuger mit einer Auslegung für einen Volllast-Druck am Überhitzeraustritt von 180 bar oder weniger dessen Kennwerte für den Volllast-Betriebszustand einzusetzen. Für einen Dampferzeuger mit einer Auslegung für einen Volllast-Druck von mehr als 180 bar sind hingegen seine Kennwerte für einen Teillast-Betriebszustand bei einem Betriebsdruck am Überhitzer-Austritt von etwa 180 bar einzusetzen.In the design of the steam generator tubes in terms of the ratio of friction pressure loss to geodesic pressure drop, the relevant sizes in accordance with those in the publications Q. Zheng, W. Köhler, W. Kastner and K. Riedle "Pressure loss in smooth and innenberippten evaporator tubes", heat and mass transfer 26, p. 323-330, Springer-Verlag 1991 , and Z. Rouhani "Modified correlation for void fraction and two-phase pressure drop", AE-RTV-841, 1969 , specified relationships can be determined. In this case, for a steam generator with a design for a full load pressure at the superheater outlet of 180 bar or less, its characteristic values for the full load operating state must be used. For a steam generator with a design for a full load pressure of more than 180 bar, however, its characteristics for a partial load operating state at an operating pressure at the superheater outlet of about 180 bar are used.

Die durch das genannte Auslegungskriterium für die Dampferzeugerrohre gewünschte selbsttätige Erhöhung des Durchsatzes an Strömungsmedium tritt bei einer Mehrbeheizung des Dampferzeugerrohres auch in einem Druckbereich oberhalb des kritischen Druckes des Strömungsmediums auf. Die gewünschte selbsttätige Erhöhung des Durchsatzes bei einer Mehrbeheizung eines Dampferzeugerrohres tritt zudem bei einer Durchlaufheizfläche, der im Auslegungsfall ein Wasser-Dampf-Gemisch zuströmt, auch dann auf, wenn der Reibungsdruckverlust im Dampferzeugerrohr im Mittel um etwa das Fünffache höher ist als bei einem Dampferzeugerrohr einer Durchlaufheizfläche, der im Auslegungsfall lediglich Wasser zuströmt.The desired by said design criterion for the steam generator tubes automatic increase in the flow rate of flow medium occurs at a Mehrbeheizung the steam generator tube in a pressure range above the critical pressure of the flow medium. The desired automatic increase in throughput in a Mehrbeheizung a steam generator tube also occurs at a Durchlaufheizfläche that flows in the design case, a water-steam mixture, even if the friction pressure loss in the steam generator tube on average by about five times higher than a steam generator tube Continuous heating surface, which flows in the design case, only water.

Zweckmäßigerweise ist jedes Dampferzeugerrohr einer Durchlaufheizfläche für einen höheren Durchsatz des Strömungsmediums ausgelegt als jedes ihm in Heizgasrichtung gesehen nachgeordnete Dampferzeugerrohr derselben Durchlaufheizfläche.Expediently, each steam generator tube of a continuous heating surface is designed for a higher throughput of the flow medium than any steam generator tube of the same continuous heating surface viewed in the direction of the heating gas.

In vorteilhafter Ausgestaltung weist ein Dampferzeugerrohr der oder jeder Durchlaufheizfläche einen größeren Innendurchmesser auf als ein ihm in Heizgasrichtung gesehen nachgeordnetes Dampferzeugerrohr derselben Durchlaufheizfläche. Somit ist in besonders einfacher Weise sichergestellt, dass die Dampferzeugerrohre im Bereich vergleichsweise hoher Heizgastemperatur einen vergleichsweise hohen Durchsatz an Strömungsmedium aufweisen.In an advantageous embodiment, a steam generator tube or each continuous heating surface has a larger inner diameter than a steam generator tube arranged downstream of it in the direction of the heating gas of the same continuous heating surface. Thus, it is ensured in a particularly simple manner that the steam generator tubes have a comparatively high throughput of flow medium in the region of comparatively high heating gas temperature.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der oder jeder Durchlaufheizfläche jeweils eine Mehrzahl an Eintrittssammlern und/oder eine Mehrzahl an Austrittssammlern zugeordnet, wobei jeder Eintrittssammler in Strömungsrichtung des Strömungsmediums einer Anzahl von Dampferzeugerrohren der jeweiligen Durchlaufheizfläche gemeinsam vorgeschaltet ist bzw. jeder Austrittssammler einer Anzahl von Dampferzeugerrohren der jeweiligen Durchlaufheizfläche gemeinsam nachgeschaltet ist. Somit ist eine besonders günstige räumliche Anordnung der Dampferzeugerrohre in ihrem Anschlussbereich an die Eintrittssammler möglich.In a further advantageous embodiment, the or each continuous heating surface is in each case assigned a plurality of inlet collectors and / or a plurality of outlet collectors, wherein each inlet collector is connected in series in the flow direction of the flow medium to a number of steam generator tubes of the respective continuous heating surface or each outlet collector connects a number of steam generator tubes of the respective Continuous heating surface is connected together. Thus, a particularly favorable spatial arrangement of the steam generator tubes in their connection area to the inlet header is possible.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist einer Anzahl von Dampferzeugerrohren der oder jeder Durchlaufheizfläche in Strömungsrichtung des Strömungsmediums eine Drosseleinrichtung vorgeschaltet. Dabei können insbesondere im Auslegungsfall im Vergleich zu Dampferzeugerrohren derselben Durchlaufheizfläche minderbeheizte Dampferzeugerrohre mit der Drosseleinrichtung versehen sein. Der Durchsatz der Dampferzeugerrohre einer Durchlaufheizfläche ist somit steuerbar, so dass eine zusätzliche Anpassung des Durchsatzes an die Beheizung ermöglicht ist. Den Dampferzeugerrohren kann dabei auch gruppenweise jeweils eine Drosseleinrichtung vorgeschaltet sein.In a further advantageous embodiment, a number of steam generator tubes of the or each continuous heating surface in the flow direction of the flow medium upstream of a throttle device. In this case, in particular in the design case, compared to steam generator tubes of the same continuous heating surface, underheated steam generator tubes can be provided with the throttling device. The throughput of the steam generator tubes of a continuous heating surface is thus controllable, so that an additional adjustment of the throughput to the heating is possible. The steam generator tubes can also be preceded in groups by a respective throttling device.

Zweckmäßigerweise wird der Durchlaufdampferzeuger für ein solarthermisches Kraftwerk mit indirekter Verdampfung verwendet. Dabei umfasst das solarthermische Kraftwerk einen Solarturm mit einem Receiver, eine Heißluftleitung vom Receiver zu einem Dampferzeuger und eine Luftrückleitung vom Dampferzeuger zum Receiver.Conveniently, the continuous steam generator is used for a solar thermal power plant with indirect evaporation. Here, the solar thermal power plant includes a solar tower with a receiver, a hot air line from the receiver to a steam generator and an air return line from the steam generator to the receiver.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein Dampferzeuger auch in liegender Bauweise und somit mit besonders geringem fertigungs- und montagetechnischem Aufwand ausgeführt sein kann. Materialschäden am Dampferzeuger aufgrund der bei dieser Bauweise besonders stark räumlich inhomogenen Beheizung der Dampferzeugerrohre sind dabei aufgrund der strömungstechnischen Auslegung des Dampferzeugers sicher vermieden.The advantages achieved by the invention are, in particular, that a steam generator can also be designed in a horizontal design and thus with very little manufacturing and assembly technical effort. Material damage to the steam generator due to the particularly highly spatially inhomogeneous heating of the steam generator tubes in this design are thereby reliably avoided due to the fluidic design of the steam generator.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show:

1 ein solarthermisches Kraftwerk mit Solarturm in vereinfachter Darstellung und 1 a solar thermal power plant with solar tower in a simplified representation and

2 einen Abschnitt im Heizgaspfad eines Durchlaufdampferzeugers. 2 a section in the Heizgaspfad a continuous steam generator.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided in the figures with the same reference numerals.

1 zeigt ein Solarturm-Kraftwerk 1. Das Solarturm-Kraftwerk 1 umfasst einen Solarturm 2, an dessen vertikal oberem Ende ein Receiver 3 angeordnet ist. Ein Heliostatenfeld 4 mit einer Anzahl von Heliostaten 5 ist am Boden um den Solarturm 2 herum platziert. Das Heliostatenfeld 4 mit den Heliostaten 5 ist für eine Fokussierung der direkten Solarstrahlung 6 ausgelegt. Dabei sind die einzelnen Heliostaten 5 so angeordnet und ausgerichtet, dass die direkte Solarstrahlung 6 von der Sonne in Form von konzentrierter Solarstrahlung 7 auf den Receiver 3 fokussiert wird. Bei dem Solarturm-Kraftwerk 1 wird somit die Sonnenstrahlung durch ein Feld einzeln nachgeführter Spiegel, die Heliostaten 5, auf die Spitze des Solarturmes 2 konzentriert. Der Receiver 3 wandelt die Strahlung in Wärme um und gibt sie an ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Luft, ab, das die Wärme dem Dampferzeuger 8 über eine Heißluftleitung 9 zuführt. Im Dampferzeuger 8 wird Wärme vom Wärmeträgermedium auf Wasser eines Wasser-Dampf-Kreislaufs 10 eines konventionellen Kraftwerksteils mit einer Dampfturbine 11 übertragen. Der dabei erzeugte Dampf wird über eine Dampfleitung 12 der Dampfturbine 11 zur Entspannung und Verrichtung von Arbeit zugeführt. Die Dampfturbine 11 ist über eine Welle 13 mit einem Generator 14 verbunden, der die mechanische Leistung in elektrische Leistung umwandelt. Danach strömt der entspannte und abgekühlte Dampf in den Kondensator 15, wo er durch Wärmeübertragung an die Umgebung kondensiert. Das Wasser wird mit Hilfe einer Speisepumpe 16 erneut dem Dampfkessel 8 zugeführt. 1 shows a solar tower power plant 1 , The solar tower power plant 1 includes a solar tower 2 , at the vertical upper end of a receiver 3 is arranged. A heliostat field 4 with a number of heliostats 5 is on the ground around the solar tower 2 placed around. The heliostat field 4 with the heliostats 5 is for a focus of direct solar radiation 6 designed. Here are the individual heliostats 5 arranged and aligned so that the direct solar radiation 6 from the sun in the form of concentrated solar radiation 7 on the receiver 3 is focused. At the solar tower power plant 1 Thus, the solar radiation through a field of individually traced mirrors, the heliostats 5 , on the top of the solar tower 2 concentrated. The receiver 3 converts the radiation into heat and gives it to a heat transfer medium, such as air, from which the heat to the steam generator 8th via a hot air line 9 supplies. In the steam generator 8th Heat from the heat transfer medium to water of a water-steam cycle 10 a conventional power plant part with a steam turbine 11 transfer. The generated steam is transmitted through a steam pipe 12 the steam turbine 11 fed to relax and perform work. The steam turbine 11 is about a wave 13 with a generator 14 connected, which converts the mechanical power into electrical power. Thereafter, the expanded and cooled vapor flows into the condenser 15 where it condenses by heat transfer to the environment. The water is using a feed pump 16 again to the steam boiler 8th fed.

Das im Dampferzeuger 8 abgekühlte Wärmeträgermedium wird mit einem Gebläse 17 über eine Rückführungsleitung 33 wieder in den Solarturm 2 zurückgeführt.That in the steam generator 8th cooled heat transfer medium is using a blower 17 via a return line 33 back to the solar tower 2 recycled.

Wie 2 zeigt, weist der Dampferzeuger 8 eine Umfassungswand 18 auf, die einen in einer annähernd horizontalen, durch die Pfeile 19 angedeuteten Heizgasrichtung durchströmbaren Heizgaskanal 20 für die erhitzte Luft aus dem Solarturm darstellt. Im Heizgaskanal 20 ist eine Anzahl von nach dem Durchlaufprinzip ausgelegten Heizflächen, auch als Durchlaufheizflächen 21, 22 bezeichnet, angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind zwei Durchlaufheizflächen 21, 22 gezeigt, es kann aber auch lediglich eine Durchlaufheizfläche oder eine größere Anzahl von Durchlaufheizflächen vorgesehen sein.As 2 shows, points the steam generator 8th a perimeter wall 18 on, one in an approximately horizontal, through the arrows 19 indicated Heizgasrichtung permeable Heizgaskanal 20 represents the heated air from the solar tower. In the heating gas channel 20 is a number of designed according to the flow principle heating surfaces, as Durchlaufheizflächen 21 . 22 designated arranged. In the embodiment according to 2 are two continuous heating surfaces 21 . 22 shown, but it can also be provided only a Durchlaufheizfläche or a larger number of Durchlaufheizflächen.

Die Durchlaufheizflächen 21, 22 gemäß der 2 umfassen jeweils in der Art eines Rohrbündels eine Anzahl von in Heizgasrichtung hintereinander angeordneten Rohrlagen 23 bzw. 24. Jede Rohrlage 23, 24 wiederum umfasst jeweils eine Anzahl von in Heizgasrichtung nebeneinander angeordneten Dampferzeugerrohren 25 bzw. 26, von denen für jede Rohrlage 23, 24 nur jeweils eines sichtbar ist. Die annähernd vertikal angeordneten, zur Durchströmung eines Strömungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohre 26 der ersten Durchlaufheizfläche 22 sind dabei ausgangsseitig an einen ihnen gemeinsamen Austrittssammler 27 angeschlossen. Die ebenfalls annähernd vertikal angeordneten, zur Durchströmung eines Strömungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohre 25 der zweiten Durchlaufheizfläche 21 hingegen sind ausgangsseitig an einen ihnen gemeinsamen Austrittssammler 28 angeschlossen. Die Dampferzeugerrohre 25 der zweiten Durchlaufheizfläche 21 sind den Dampferzeugerrohren 26 der ersten Durchlaufheizfläche 22 strömungstechnisch über ein Fallrohrsystem 29 nachgeschaltet.The continuous heating surfaces 21 . 22 according to the 2 In each case in the manner of a tube bundle, a number of tube layers arranged one behind the other in the direction of the heating gas comprise 23 respectively. 24 , Every pipe layer 23 . 24 in turn, each comprises a number of juxtaposed in Heizgasrichtung steam generator tubes 25 respectively. 26 of which for each pipe layer 23 . 24 only one is visible at a time. The approximately vertically arranged, parallel to the flow of a flow medium steam generator tubes 26 the first continuous heating surface 22 are on the output side to a common outlet collector 27 connected. The likewise approximately vertically arranged, for the flow of a flow medium connected in parallel steam generator tubes 25 the second continuous heating surface 21 on the other hand, the output side are connected to a common outlet collector 28 connected. The steam generator pipes 25 the second continuous heating surface 21 are the steam generator pipes 26 the first continuous heating surface 22 fluidically via a downpipe system 29 downstream.

Das aus den Durchlaufheizflächen 21, 22 gebildete Verdampfersystem ist mit dem Strömungsmedium beaufschlagbar, das bei einmaligem Durchlauf durch das Verdampfersystem verdampft und nach dem Austritt aus der zweiten Durchlaufheizfläche 21 als Dampf 32 abgeführt wird. Das aus den Durchlaufheizflächen 21, 22 gebildete Verdampfersystem ist in den Wasser-Dampf-Kreislauf 10 der Dampfturbine 11 geschaltet. Zusätzlich zu dem die Durchlaufheizflächen 21, 22 umfassenden Verdampfersystem sind in den Wasser-Dampf-Kreislauf 10 der Dampfturbine 11 eine Anzahl weitere Heizflächen geschaltet, bei denen es sich beispielsweise um Überhitzer, um Mitteldruckverdampfer, um Niederdruckverdampfer und/oder um Vorwärmer handeln kann.That from the Durchlaufheizflächen 21 . 22 formed evaporator system can be acted upon by the flow medium, which evaporates in a single pass through the evaporator system and after exiting the second Durchlaufheizfläche 21 as steam 32 is dissipated. That from the Durchlaufheizflächen 21 . 22 formed evaporator system is in the water-steam cycle 10 the steam turbine 11 connected. In addition to that the Durchlaufheizflächen 21 . 22 comprehensive evaporator system are in the water-steam cycle 10 the steam turbine 11 a number of other heating surfaces connected, which may be, for example, superheater, medium-pressure evaporator, low-pressure evaporator and / or preheater.

Die Durchlaufheizflächen 21, 22 sind derart ausgelegt, dass lokale Unterschiede in der Beheizung der Dampferzeugerrohre 25 bzw. 26 lediglich zu geringen Temperaturunterschieden oder Unterschieden im Dampfgehalt beim aus den jeweiligen Dampferzeugerrohren 25 bzw. 26 austretendem Strömungsmedium führen. Dabei weist jedes Dampferzeugerrohr 25, 26 infolge der Auslegung der jeweiligen Durchlaufheizfläche 21, 22 einen höheren Durchsatz des Strömungsmediums auf als jedes ihm in Heizgasrichtung gesehen nachgeordnete Dampferzeugerrohr 25 bzw. 26 derselben Durchlaufheizfläche 21 bzw. 22.The continuous heating surfaces 21 . 22 are designed such that local differences in the heating of the steam generator tubes 25 respectively. 26 only too small temperature differences or differences in the vapor content from the respective steam generator tubes 25 respectively. 26 Lead out of the flow medium. In this case, each steam generator tube 25 . 26 due to the design of the respective continuous heating surface 21 . 22 a higher flow rate of the flow medium than any he seen in Heizgasrichtung downstream steam generator tube 25 respectively. 26 the same continuous heating surface 21 respectively. 22 ,

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind die Dampferzeugerrohre 26 der ersten Durchlaufheizfläche 22, die eingangsseitig an einen Eintrittssammler 30 angeschlossen sind, derart ausgelegt, dass beim Volllast-Betrieb des Dampferzeugers 8 das Verhältnis von Reibungsdruckverlust zu geodätischem Druckabfall innerhalb des jeweiligen Dampferzeugerrohrs 26 im Mittel weniger als 0,2 beträgt. Die Dampferzeugerrohre 25 der zweiten Durchlaufheizfläche 21, die eingangsseitig an einen Eintrittssammler 31 angeschlossen sind, sind hingegen derart ausgelegt, dass beim Volllast-Betrieb des Dampferzeugers 8 das Verhältnis von Reibungsdruckverlust zu geodätischem Druckabfall innerhalb des jeweiligen Dampferzeugerrohrs 25 im Mittel weniger als 0,4 beträgt. Zusätzlich kann jedes Dampferzeugerrohr 25, 26 der Durchlaufheizfläche 21 bzw. 22 einen größeren Innendurchmesser aufweisen als jedes ihm in Heizgasrichtung gesehen nachgeordnete Dampferzeugerrohr 25 bzw. 26 derselben Durchlaufheizfläche 21 bzw. 22. In 2 sind den Eintrittssammlern 30 Drosseleinrichtungen 34 vorgeschaltet. Ebenso könnten den Eintrittssammlern 31 Drosseleinrichtungen vorgeschaltet sein.According to the embodiment 2 are the steam generator pipes 26 the first continuous heating surface 22 , the input side to an inlet collector 30 are connected, designed so that during full load operation of the steam generator 8th the ratio of friction pressure loss to geodetic pressure drop within the respective steam generator tube 26 on average less than 0.2. The steam generator pipes 25 the second continuous heating surface 21 , the input side to an inlet collector 31 are connected, however, are designed such that during full load operation of the steam generator 8th the ratio of friction pressure loss to geodetic pressure drop within each steam generator tube 25 on average less than 0.4. In addition, each steam generator tube 25 . 26 the continuous heating surface 21 respectively. 22 have a larger inner diameter than any of it in Heizgasrichtung seen downstream steam generator tube 25 respectively. 26 the same continuous heating surface 21 respectively. 22 , In 2 are the entry collectors 30 restrictors 34 upstream. Likewise, the entrance collectors could 31 Throttle devices be upstream.

Der Durchlaufdampferzeuger 8 ist hinsichtlich der Auslegung seiner Durchlaufheizflächen 21, 22 an die räumlich inhomogene Beheizung der Dampferzeugerrohre 25, 26 infolge der liegenden Bauweise angepasst.The continuous steam generator 8th is regarding the design of its continuous heating surfaces 21 . 22 to the spatially inhomogeneous heating of the steam generator tubes 25 . 26 adapted due to the horizontal design.

Der Dampferzeuger 8 ist somit in besonders einfacher Weise auch für eine liegende Bauweise geeignet.The steam generator 8th is thus suitable in a particularly simple manner for a horizontal construction.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Q. Zheng, W. Köhler, W. Kastner and K. Riedle "Pressure loss in smooth and internally ribbed evaporator tubes", heat and mass transfer 26, p. 323-330, Springer-Verlag 1991 [0018]
Z. Rouhani "Modified correlation for void fraction and two-phase pressure drop", AE-RTV-841, 1969. [0018]

Claims

Continuous steam generator ( 8th ) for a solar thermal power plant ( 1 ) with indirect evaporation, in which in a flowing through in an approximately horizontal heating gas through the heating gas channel ( 20 ) at least one continuous heating surface ( 21 . 22 ), which consists of a number of approximately vertically arranged, for the flow of a flow medium in parallel steam generator tubes ( 25 . 26 ) is formed, characterized in that the Durchlaufheizfläche ( 21 . 22 ) is designed such that a comparison with another steam generator tube ( 25 . 26 ) of the same continuous heating surface ( 21 . 22 ) reheated steam generator tube ( 25 . 26 ) one compared to the other steam generator tube ( 25 . 26 ) has higher flow rate of the flow medium.

Continuous steam generator ( 8th ) according to claim 1, wherein the steam generator tubes ( 25 . 26 ) at least one continuous heating surface ( 21 . 22 ) are each averaged for a ratio of friction pressure loss to geodetic pressure drop at full load of less than 0.4, preferably less than 0.2.

Continuous steam generator ( 8th ) according to claim 1 or 2, in which each steam generator tube ( 25 . 26 ) of a continuous heating surface ( 21 . 22 ) is designed for a higher flow rate of the flow medium than any steam generator tube arranged downstream of it in the direction of the heating gas ( 25 . 26 ) of the same continuous heating surface ( 21 . 22 ).

Continuous steam generator ( 8th ) according to one of claims 1 to 3, in which a steam generator tube ( 25 . 26 ) of the or each continuous heating surface ( 21 . 22 ) has a larger inner diameter than a steam generator tube arranged downstream of it in the direction of the heating gas ( 25 . 26 ) of the same continuous heating surface ( 21 . 22 ).

Continuous steam generator ( 8th ) according to one of claims 1 to 4, in which the or each continuous heating surface ( 21 . 22 ) a plurality of admission collectors ( 30 . 31 ) and / or exit collectors ( 27 . 28 ), each entry collector ( 30 . 31 ) in the flow direction of the flow medium of a number of steam generator tubes ( 25 . 26 ) of the respective continuous heating surface ( 21 . 22 ) is connected upstream together.

Continuous steam generator ( 8th ) according to one of claims 1 to 5, wherein at least one entry collector ( 30 . 31 ) a throttle device ( 34 ) is connected upstream.

Solar thermal power plant ( 1 ) with indirect evaporation, comprising a solar tower ( 2 ) with a receiver ( 3 ), a hot air line ( 9 ) from the receiver ( 3 ) to a continuous steam generator ( 8th ) according to one of the preceding claims and a return line ( 33 ) from the steam generator ( 8th ) to the receiver ( 3 ).