DE102013003386B4

DE102013003386B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Dampferzeugers in einer Verbrennungsanlage

Info

Publication number: DE102013003386B4
Application number: DE102013003386.1A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Otto; Jens Sohnemann; Thomas Maghon
Original assignee: Steinmueller Babcock Environment GmbH; Nippon Steel and Sumikin Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2020-08-13
Anticipated expiration: 2033-03-02
Also published as: EP2772686B1; EP2772686A1; ES2811699T3; DE102013003386A1; DK2772686T3

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers mit einer Speisewasserzufuhr mittels Speisewasserpumpe (2) in eine Dampftrommel (4), einen Verdampfer (7); einen Naturumlauf eines Wasser-Dampf-Gemisches in einem Fall- und einem Dampfabführrohr (6, 8), wobei mittels einer Temperaturmesseinrichtung die Temperatur (9) des aus dem Verdampfer (7) kommenden Wasser-Dampf-Gemisches im Dampfabführrohr (8) an mindestens einer Stelle vor dem Eintritt in die Dampftrommel (4) ingemessen wird und die Siedetemperatur (13) in der Dampftrommel (4) gemessen oder berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass- aus der gemessenen Temperatur vor der Dampftrommel (4) und der Siedetemperatur (13) in der Dampftrommel (4) eine Temperaturdifferenz (14) bestimmt wird,- deren Wert dazu dient, ein Signal (16) auszulösen, mit dem Maßnahmen zum Abwenden von Schäden der Anlage eingeleitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, insbesondere einen Heißdampferzeuger als Wasserrohr-Kessel mit eigener Feuerung oder als Abhitzekessel, z. B. gemäß DIN EN 12952 „Wasserrohrkessel und Anlagenkomponenten“, die als Naturumlauf-Dampferzeuger mit einer Dampftrommel ausgerüstet sind. In dieser Dampftrommel befinden sich Siedewasser und Nassdampf bei einer Siedetemperatur gemäß Dampfdruck. Das Siedewasser wird dem Verdampfer zugeführt während der Nassdampf im Überhitzer nachträglich auf Endtemperatur aufgeheizt wird.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Kontrolle des Dampferzeugerbetriebes hinsichtlich der ausreichenden Kühlung von Verdampfer Heizflächen. Sie ist besonders geeignet für Dampferzeuger, welche über Speicherfeuerungen z.B. Rost- oder Wirbelschichtfeuerungen, insbesondere also mit Müllfeuerungen beheizt werden.
Neben der Überwachung eines aktuellen Dampferzeugerbetriebes dient die Erfindung insbesondere dazu, bei Betriebsstörungen mit nicht mehr angezeigtem Wasserstand in der Dampftrommel eine möglicherweise entstandene Gefährdung des Dampferzeugers beurteilen zu können.
Störungen im Naturumlauf können aufgrund der Differenz zwischen der Temperatur des aus dem Verdampfer kommenden Wasser-Dampf-Gemischs an mindestens einer Stelle vor Eintritt in die Trommel und der Siedetemperatur im Verdampfer kontinuierlich ermittelt werden.
Aus DE000019856417A1 ist ein Dampferzeuger mit Verdampfer, Dampftrommel und Überhitzer zum Einsatz in Müllverbrennungsanlagen bekannt.
Derartige Dampferzeuger müssen ständig gekühlt werden. Sie müssen dazu gemäß DIN EN 12952 Teil 7 „Wasserrohrkessel und Anlagenkomponenten - Teil 7: Anforderungen an die Ausrüstung für den Kessel“ mit ausreichend dimensionierten Speisewasser-Pumpen ausgerüstet sein und über zuverlässige Instrumente zur Regelung der Wasserzufuhr und als Wassermangelsicherung verfügen. Bei Wassermangel wird die Wärmeerzeugung automatisch gestoppt um eine Überhitzung der metallischen Baustoffe zu verhindern. Problematisch ist es allerdings, einen Wassermangel immer sicher und rechtzeitig festzustellen.
Aus DE000019510619A1 und DE102010008843A1 sind Verfahren zum Messen des Wasserstandes und zur Wasserstandsregelung bekannt.
Entsprechend dem Stand der Technik dient als Wassermangelsicherung üblicherweise die Trommel-Wasserstandsmessung, die redundant ausgeführt ist und Abweichungen vom Wasserstand-Sollwert erfasst. Diese Messung ist üblicherweise/vielfach auf den gemäß Auslegung zulässigen Regelbereich des Wasserstands beschränkt. Z.B. bei einem Trommeldurchmesser von 1800 mm auf Abweichungen von ca. +/- 350 mm bezogen auf den Sollwert ca. in Höhe der Trommelmitte. Bei Ansprechen dieser Wassermangelsicherung erfolgt ebenfalls üblicherweise automatisch die Abschaltung der Feuerung inkl. der Brennstoffaufgabe.
Von Nachteil ist diese Art der Messung in solchen Fällen, bei denen es in Ausnahmesituationen trotz aller Vorsichtsmaßnahmen zu Wassermangel kommt, d.h. der Wasserstand in der Dampftrommel fällt unterhalb des messtechnisch erfassten Bereichs. Die Messung kann dann lediglich die Information liefern, dass der Wasserstand kleiner als das messbare Minimum ist/war.
Mangels besserer Informationen und im Sinne einer konservativen Zustandsbewertung wird die Information „Wasserstand kleiner Minimum“ zunächst als Schädigung von gefährdeten Bauteilen interpretiert. Die dann erforderliche, zerstörende oder zerstörungsfreie Zustandsprüfung ist in jedem Fall aufwändig. Vielfach zeigt das Ergebnis der zerstörenden oder zerstörungsfreien Prüfung dann, dass keine Bauteilschädigung vorliegt und dass im Rückschluss offenbar trotz angezeigter Grenzwert-Unterschreitung des Trommelwasserstandes noch eine ausreichende Wasserversorgung des Dampferzeugers vorgelegen hat.
Die Ursache dieser „Nicht-Zerstörung“ liegt in dem teilweise großen Unterschied zwischen der Dichte des Siedewassers im Fallrohr und der Dichte des Wasser-Dampf-Gemischs im Verdampferrohr (Steigrohr).
In WO 2009/ 024 358 A2 wird vorgeschlagen, die Flüssigkeitssäule in den Fallrohren des Zwangsumlauf-Abhitzekessels einer GuD-Anlage anhand von Differenzdruck-Messungen über die Höhe der Verdampferrohre zu bestimmen.
Mit dem so gemessenen Druck lässt sich grundsätzlich die Höhe der Flüssigkeitssäule bestimmen, sofern die mittlere Dichte (kg/m³) des Wasser/Dampf Inhalts bekannt ist. Die mittlere Dichte im Verdampferrohr ist in der Regel aber nicht bekannt. Desweiteren erfolgt bei dieser Vorrichtung, die einen Zwangsumlauf des Wasser/Dampf-Gemisches voraussetzt, eine Temperaturmessung des Rauchgases, nicht jedoch im Steigrohr der Anlage.
Wie eingangs beschrieben kann es bei den Anlagen nach dem Stand der Technik in Ausnahmesituationen zum Ausfall der Wasserversorgung kommen und als Folge davon zur Überhitzung von Verdampferrohren aufgrund von Wassermangel. Dies gilt besonders für solche Feuerungen, die im Unterschied zu Gas- oder Staubfeuerungen mit einem nennenswerten Brennstoffinventar betrieben werden („Speicherfeuerungen“).
Besonders gefährdet sind dabei Verdampferrohre an der Decke von Verbrennungsanlagen wie Müllfeuerungen, die bei Wassermangel zuerst trocken fallen und aufgrund der Nachwärme aus dem Müllbett weiter beheizt werden. Oberhalb einer bestimmten Grenztemperatur, die vom Werkstoff abhängt, kommt es zu einer irreversiblen Materialveränderung, geringere und kurzfristige Übertemperaturen führen nicht zwangsläufig zu einer Bauteilschädigung.
Eine andere Art der Bauteilschädigung kann jedoch bereits bei geringeren Übertemperaturen auftreten, wenn Verdampferrohre nach vorangegangenem Wassermangel schockartig gekühlt werden. In diesen Fällen entstehen Risse in der Magnetit-Schicht, die sich als Schutzschicht auf der Rohrinnenseite befindet. Nachfolgend kommt es dann zum Bauteilversagen durch sogenannte Spannu ngsrisskorrosion.
Als ein weiteres Dokument zum Stand der Technik kann JP S58- 70 007 A angesehen werden. JP S58- 70 007 A beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers mit Speisewasserzufuhr in die Dampftrommel sowie einem Verdampfer mit Umwälzpumpe. Dieser Dampferzeuger ist dabei Teil einer GUD-Anlage und wird durch die Abgase einer Gasturbine beheizt. Üblicherweise werden die Abgase der Gasturbine erst nach erfolgtem Turbinenstart über eine Rauchgasklappe praktisch schlagartig vom Bypass auf den Dampferzeuger umgeschaltet. Dabei kommt es zu hohen zeitlichen und örtlichen Temperaturgradienten in den dickwandigen Kessel-Bauteilen. Gemäß JP S58- 70 007 A wird durch Messung der Trommeltemperatur die Temperaturänderungsgeschwindigkeit dieses Bauteils überwacht und bei Überschreitung eines Grenzwertes durch Änderung der Betriebsweise der Gasturbine gezielt verlangsamt. Auf diese Weise soll die Wärmebelastung für dickwandige Bauteile wie Trommel und Gehäuse der Umwälzpumpe minimiert und Schäden vermieden werden.
Die in JP S58- 70 007 A vorgeschlagene Überwachung der Temperaturänderungsgeschwindigkeit in der Trommel ist jedoch nicht geeignet, um Überhitzungen von Verdampferrohren aufgrund von Wassermangel zu erkennen.
US 4 802 446 A beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers mit einer Speisewasserzufuhr mittels Speisewasserpumpe in eine Dampftrommel, einen Verdampfer mit Wassertrommel und einem Naturumlauf eines Wasser-Dampf-Gemisches in einem Fall- und einem Dampfabführungsrohr. Weiterhin wird mittels einer Temperaturmesseinrichtung die Temperatur des aus dem Verdampfer kommenden Wasser-Dampf-Gemisches im Dampfabführrohr an mindestens einer Stelle vor dem Eintritt in die Dampftrommel gemessen und die Siedetemperatur in der Dampftrommel gemessen und berechnet.
Es wird die Gefahr beschrieben, dass aufgrund zu geringer Dichteunterschiede durch Dampfblasenmitriss im Fallrohr der Naturumlauf gestört bzw. die Förderleistung der Umwälzpumpe für einen sicheren Betrieb nicht mehr ausreicht. Zur Erkennung dieses gefährlichen Zustands wird die Temperaturdifferenz zwischen Dampftrommel und dem Medium im Fallrohr, d.h. vor der Beheizung, gemessen.
Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die Ermittelung dieser Temperaturdifferenz extrem schwierig ist weil die Temperatur eines Wasser-Dampf-Gemischs naturgemäß allein vom Druck und nicht vom Dampfgehalt abhängt. Dem Durchschnittsfachmann ist bekannt, dass Siedewasser, Wasser-Dampfgemisch und Sattdampf stets die selbe Temperatur haben.
Der Nachteil von US 4 802 446 A lässt sich gemäß der hier vorgestellten Erfindung dadurch umgehen, dass der Fokus auf die Erkennung einer beginnenden, lokalen Überhitzung des Wasser-Dampf-Gemisches als Folge einer unzureichenden Wasserversorgung gelegt wird. Dazu wird die Temperaturdifferenz zwischen Dampftrommel und dem Medium im Dampfabführrohr, d.h. hinter dem beheizten Teil des Verdampfers, gemessen. Im Falle des Eintretens einer Betriebsstörung kann somit durch die Auswertung der Zustandsänderung von Sattdampf hin zu überhitztem Dampf die dann markante Temperaturdifferenz zur Siedetemperatur in der Dampftrommel sicher erfasst werden. Diese Messgröße ist aufgrund der dann nennenswerten Temperaturdifferenzen problemlos erfassbar.
Zusätzlich beschreibt US 4 802 446 A die Messung einer Rohrwandtemperatur auf der nicht beheizten Seite des Verdampferrohres im Bereich der Feuerung mit Alarmierung bei Überschreitung eines max. zulässigen Grenzwertes als Festwert. Dieses Verfahren hat jedoch zwei Nachteile:

a) Oberhalb der Temperaturmessstelle sind bei weiterreichender Beheizung auch Material-Überhitzungen möglich, ohne dass dies erkannt wird.
b) Die Materialtemperatur auf der beheizten Seite des Verdampferrohres ist stets höher als die Materialtemperatur auf der nicht beheizten Seite des Verdampferrohres. Wenn nun die gemäß US 4 802 446 A zu messende Materialtemperatur auf der nicht beheizten Seite des Verdampferrohres den materialspezifischen Grenzwert für Materialüberhitzung erreicht, so ist auf der beheizten Seite bereits Materialüberhitzung aufgetreten, ohne dass das erkannt wurde.

Weiterhin beschreibt US 4 802 446 A auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens. Bei diesem wird aber die Temperaturdifferenz der Überwachungseinheit anders berechnet.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, mit denen die Funktion des Naturumlaufs unabhängig von der Trommelwasserstandsmessung festzustellen ist und mögliche Bauteilschädigungen ohne aufwändige zerstörende oder zerstörungsfreie Prüfungen lediglich durch Auswertung der aufgezeichneten Betriebsdaten beurteilt werden können. Weiterhin soll der Bediener während der Betriebsstörung ein Signal erhalten, welches ihm hilft, Schäden durch schockartige Kühlung von überhitzten Verdampferrohren zu verhindern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruches und eine Vorrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung geben die Unteransprüche wieder.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht ein Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers mit einer Speisewasserzufuhr und einer Speisewasserpumpe vor, wobei der Dampferzeuger in einer Verbrennungsanlage mit einer Rostfeuerung oder einer Wirbelschichtfeuerung, insbesondere einer Müllfeuerung, angeordnet ist. Der Dampferzeuger, insbesondere ein Heißdampferzeuger, weist eine sogenannte Dampftrommel mit Fall- und Dampfabführrohren auf, wobei in der Dampftrommel über eine Pumpe und einer Rohrleitung Speisewasser mittels einer Speisewasserpumpe zugeführt wird. Im Dampferzeuger, der Dampftrommel, befinden sich Siedewasser und Nassdampf bei einer Siedetemperatur gemäß Dampfdruck. Der Nassdampf wird durch eine Leitung einem Überhitzer zugeführt. Das in der Dampftrommel befindliche Siedewasser wird über Fallleitungen mittels Naturumlauf einem Verdampfer zugeführt und gelangt über die Dampfabführrohre wieder zurück in die Dampftrommel.
Entsprechend dem Stand der Technik dient als Wassermangelsicherung üblicherweise die Trommelwasserstandsmessung, die redundant ausgeführt ist und Abweichungen vom Wasserstandssollwert erfasst. Diese Messung ist üblicherweise/vielfach auf den gemäß Auslegung zulässigen Regelbereich des Wasserstands beschränkt. Z.B. bei einem Trommeldurchmesser von 1800 mm auf Abweichungen von ca. +/- 350 mm bezogen auf den Sollwert ca. in Höhe der Trommelmitte.
Wird ein Wassermangel festgestellt, so werden entsprechend dem Stand der Technik durch die Leittechnik der Anlage entsprechende Maßnahmen eingeleitet. Das kann eine Speisewasserzufuhr, eine Drosselung der Verbrennungsluft oder eine Reduzierung des Aufgabegutes sein.
Von Nachteil ist diese Art der Messung in solchen Fällen, bei denen es in Ausnahmesituationen trotz aller Vorsichtsmaßnahmen zu Wassermangel kommt, d.h. der Wasserstand in der Dampftrommel fällt unterhalb des messtechnisch erfassten Bereich. Die Messung kann dann lediglich die Information liefern, dass der Wasserstand kleiner als das messbare Minimum ist/war.
Die daraus resultierenden Nachteile wurden eingangs bei der Bewertung des Standes der Technik genannt.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, die Temperatur am Dampferzeuger, vorzugsweise in der Dampftrommel, zu messen oder zu bestimmen. Das kann in einer bevorzugten Ausführungsvariante durch eine direkte oder indirekte Temperaturmessung an der Dampftrommel erfolgen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, den Druck am Dampferzeuger, vorzugsweise in der Dampftrommel, zu messen. Vorteilhafterweise geschieht das kontinuierlich. Dazu muss an der Trommel eine dafür geeignete Temperatur- oder Druckmesseinrichtung vorhanden sein. Die Druckmesseinrichtung kann in Form eines Druckmessumformers, die Temperaturmesseinrichtung an der Trommel in Form eines Temperatursensors oder eines Thermometers ausgeführt sein.
Aus dem gemessenen Druck im Dampferzeuger, vorzugsweise in der Dampftrommel, wird die Siedetemperatur im Dampferzeuger berechnet. Diese Berechnung erfolgt mittels Leittechnikprogramm gemäß Wasserdampftafel. Derartige Berechnungsmethoden sind dem Fachmann bekannt.
Weiterhin sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, die Temperatur des aus dem Verdampfer gelangenden Wasserdampfgemisches in den Dampfabführrohren an mindestens einer Stelle vor Eintritt in die Dampftrommel direkt und kontinuierlich zu messen.
Dazu sind in den Dampfabführrohren an mindestens einer Stelle vor Eintritt in die Dampftrommel Temperaturmesseinrichtungen vorzusehen. Als Temperaturmesseinrichtung können ein oder mehrere Sensoren mittels Tauchhülsen in den Dampfabführrohren angeordnet sein.
Vorteilhafterweise erfolgt die Messung der Temperatur in den Dampfabführrohren kontinuierlich.
Aus der gemessenen Temperatur im Dampfabführrohr und der berechneten/gemessenen Siedetemperatur im Dampferzeuger, vorzugsweise in der Dampftrommel, wird im Leittechnikprogramm eine Differenz bestimmt. Dieser Differenzwert dient dazu, ein Signal auszulösen, welches über die Prozessleittechnik den Bediener unverzüglich über den gefährlichen Betriebszustand informiert.
Dieser kann Maßnahmen manueller Art entsprechend der Betriebsanleitung treffen. Ebenso ist denkbar, dass dieses Signal automatisch zusätzliche Maßnahmen innerhalb der Prozessleittechnik auslöst, z.B. Sperrung der Speisewasserzufuhr um weitere Schäden an den überhitzen Verdampferrohre nach vorangegangenem Wassermangel durch schockartige Kühlung zu verhindern.
Sowohl die Temperaturmesseinrichtung in den Dampfabführrohren als auch die Druck-/Temperaturmesseinrichtung am Dampferzeuger, vorzugsweise in der Dampftrommel, werden in einer Überwachungsvorrichtung ausgewertet, wobei die Differenz aus in den Dampfabführrohren gemessener Temperatur und direkt gemessen oder aus der Druckmessung errechneter/gemessenen Siedetemperatur im Leittechnikprogramm bestimmt wird. Die so bestimmte Temperaturdifferenz ist im Normalbetrieb nahezu = Null, das heißt, die Temperatur im Dampferzeuger, vorzugsweise in der Dampftrommel, zeigt immer den gleichen Wert wie die Temperatur, die in den Dampfabführrohren gemessen wird. Sobald festgestellt wird, dass die Temperatur in den Dampfabführrohren, also vor der Dampftrommel höher ist, als im Dampferzeuger, vorzugsweise in der Dampftrommel, liegt Wassermangel im Verdampfer vor. Die erhöhte Temperatur ist dabei der Indikator für im Verdampfer einsetzende Überhitzung.
In diesem Fall ergeht durch die Überwachungsvorrichtung ein Signal an die übergeordnete Prozessleittechnik. Der Bediener muss nun Maßnahmen ergreifen, so dass eine weitere Wärmezufuhr zum Verdampfer unverzüglich verhindert wird. Zusätzlich ist eine Nachspeisung von Speisewasser nun nicht mehr zulässig, um zu vermeiden, dass an trockengefallenen Rohren irreversible Materialveränderungen durch zugeführtes kaltes Speisewasser entstehen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die genannten Betriebsdaten in der Betriebsdatenspeicherung aufzuzeichnen. Dies gilt zusätzlich für weitere, den allgemeinen Betrieb des Dampferzeugers beschreibende Betriebsdaten, z.B. insbesondere die Rauchgastemperaturen.
Durch nachträgliche Auswertung der aufgezeichneten Betriebsdaten in ihrem zeitlichen Verlauf kann eine möglicherweise entstandene Gefährdung des Dampferzeugers beurteilt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung haben den Vorteil, dass die Funktion des Naturumlaufs des Wasser-Dampf-Gemisches eines Dampferzeugers von Verbrennungsanlagen unabhängig von der Trommelwasserstandsmessung feststellbar ist und Bauteilschädigungen durch schockartige Kühlung von überhitzten Verdampfungsrohren sowie eine weitere Wärmezufuhr vermieden werden können, da die gefährliche Betriebssituation eindeutig signalisiert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und zwei Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1: Schematische Darstellung der Vorrichtung zum Betreiben eines Dampferzeugers, wobei die Dampftemperatur in der Dampftrommel mittels Druckmessung bestimmt wird.
2: Schematische Darstellung der Vorrichtung zum Betreiben eines Dampferzeugers, wobei die Dampftemperatur in der Dampftrommel mittels Temperaturmessung bestimmt wird.

Speisewasser 1 aus einem nicht dargestellten Speisewasserbehälter wird mittels Speisewasserpumpe 2 auf das Druckniveau des Dampferzeugers angehoben und der Dampftrommel 4 des hier betrachteten Dampferzeugers zugeführt. Die Speisewasserpumpe 2 wird über eine nicht zur Erfindung gehörende Niveauregelung in der Dampftrommel 4 gesteuert. Üblicherweise wird das Speisewasser 1 im Speisewasservorwärmer 3 (Economiser) nahezu bis auf Siedetemperatur aufgeheizt. In der Dampftrommel 4 befinden sich Siedewasser 10 und Nassdampf 11 bei einer Siedetemperatur gemäß Dampfdruck. Das Siedewasser 10 wird durch das unbeheizte Fallrohr 6 dem Verdampfer 7 von unten her zugeführt und durchströmt den Verdampfer 7 von unten nach oben. Auf dem Weg durch den Verdampfer wird dem Wasser so viel Wärme zugeführt, dass ein Teil des Siedewassers 10 verdampft. Über das unbeheizte Dampfabführrohr 8 gelangt das aus Siedewasser 10 und Nassdampf 11 bestehende Wasser-Dampf-Gemisch wieder in die oberhalb des Verdampfers 7 angeordnete Dampftrommel 4. In der Dampftrommel 4 wird der Nassdampf 11 vom Siedewasser 10 getrennt und dem Überhitzer 19 zugeführt. Das Siedewasser 10 wird durch das unbeheizte Fallrohr 6 wieder dem Verdampfer 7 von unten her zugeführt.
Durch die Wärmeaufnahme im Verdampfer 7 sinkt die Dichte des Wasser-Dampf-Gemischs unter die Dichte des Siedewassers 10, so dass auf natürliche Weise eine treibende Druckdifferenz entsteht, durch die wiederum die Versorgung des Verdampfers 7 mit Siedewasser 10 sichergestellt wird (Naturumlauf).
Erfindungsgemäß ist im Dampfabführrohr 8 zwischen dem Verdampfer 7 und der Dampftrommel 4 eine Temperaturmesseinrichtung 9 angeordnet. Weiterhin ist an der Dampftrommel 4 die Druckmesseinrichtung 12 oder die Temperaturmesseinrichtung 20 (s. 2) angeordnet.
Diese Temperaturmesseinrichtung 9 wird ebenso wie die Druckmesseinrichtung 12 bzw. die Temperaturmesseinrichtung 20 (s. 2) als Bestandteil der Überwachungsvorrichtung 15 genutzt.
Die Überwachungsvorrichtung 15 errechnet aus dem Druck, der in der Dampftrommel 4 gemessen wurde, gemäß Wasser-Dampf-Tafel die dazugehörende Siedetemperatur 13 im Leittechnik-Programm und bestimmt die Temperaturdifferenz 14 zwischen der Siedetemperatur 13 und der gemessenen Temperatur 9 im Dampfabführrohr 8 vor der Dampftrommel 4.
Sofern die bestimmte Temperaturdifferenz 14 nahezu gleich Null ist, besteht Normalbetrieb, so dass die Speisewasserpumpe 2 über den Economiser 3 bei Bedarf Speisewasser 1 in die Dampftrommel 4 zuführen kann und eine kontinuierliche Versorgung des Verdampfers 7 erfolgt.
Sofern die bestimmte Temperaturdifferenz 14 ungleich Null ist, ist von einer Überhitzung des Dampfes bereits im Verdampfer auszugehen und somit liegt eine Störung des Naturumlaufs 5 mit Wassermangel im Verdampfer vor. Dieser Zustand wird von der Überwachungsvorrichtung 15 sicher erkannt und über die Prozessleittechnik 17 an den Bediener alarmiert. Dieser muss nun unverzüglich durch geeignete Maßnahmen eine weitere Wärmezufuhr zum Verdampfer unterbinden. Im jetzigen Zustand ist eine Nachspeisung des Verdampfers 7 nicht mehr zulässig.
Parallel zu dem Signal 16, welches von der Überwachungsvorrichtung 15 zur Prozessleittechnik 17 erfolgt, wird ein Signal 16 mit den Daten der Anlage an die Betriebsdatenspeicherung 18 gegeben.
Im Nachgang zu einer Betriebsstörung mit einem nicht mehr angezeigten Wasserstand in der Dampftrommel 4 kann eine möglicherweise entstandene Schädigung des Dampferzeugers durch nachträgliche Auswertung der aufgezeichneten Betriebsdaten 8 im Betriebsdatenspeicher 18 beurteilt werden. Solange für die Temperaturdifferenz 14 keine Werte ungleich Null aufgezeichnet wurden, kann davon ausgegangen werden, dass eine noch ausreichende Wasserversorgung des Dampferzeugers vorgelegen hat. Die Siedewasserreserven in der Dampftrommel 4 sowie dem Fallrohrsystem waren somit ausreichend.
Die 2 zeigt in schematischer Darstellung das Verfahren und die Vorrichtung zum Betrieben eines Dampferzeugers, wobei an der Dampftrommel 4 zur Temperaturmessung eine Temperaturmesseinrichtung 20 angeordnet ist und in der Überwachungsvorrichtung 15 die Temperatur mit der Temperatur 9 am Dampfabführrohr 8 verglichen wird und ein Signal 16 an die Prozessleittechnik und die Betriebsdatenspeicherung 18 übertragen wird.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers mit einer Speisewasserzufuhr mittels Speisewasserpumpe (2) in eine Dampftrommel (4), einen Verdampfer (7); einen Naturumlauf eines Wasser-Dampf-Gemisches in einem Fall- und einem Dampfabführrohr (6, 8), wobei mittels einer Temperaturmesseinrichtung die Temperatur (9) des aus dem Verdampfer (7) kommenden Wasser-Dampf-Gemisches im Dampfabführrohr (8) an mindestens einer Stelle vor dem Eintritt in die Dampftrommel (4) ingemessen wird und die Siedetemperatur (13) in der Dampftrommel (4) gemessen oder berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass - aus der gemessenen Temperatur vor der Dampftrommel (4) und der Siedetemperatur (13) in der Dampftrommel (4) eine Temperaturdifferenz (14) bestimmt wird, - deren Wert dazu dient, ein Signal (16) auszulösen, mit dem Maßnahmen zum Abwenden von Schäden der Anlage eingeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Siedetemperatur (13) in der Dampftrommel (4) direkt oder indirekt gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Siedetemperatur (13) in der Dampftrommel (4) bestimmt wird, indem der Druck in der Dampftrommel (4) bestimmt und daraus die Siedetemperatur (13) berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Dampftrommel (4) und die Temperatur nach dem Verdampfer (7) kontinuierlich gemessen werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass, sofern die Temperatur des Wasser-Dampf-Gemisches im Dampfabführrohr (8) höher ist als die Siedetemperatur (13) im Dampferzeuger, Maßnahmen zum Abwenden von Schäden eingeleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Maßnahme zum Abwenden eines Schadens ein Signal (16) an die Prozessleittechnik (17) zur eindeutigen Alarmierung des gefährlichen Betriebszustandes erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsdaten einer Überwachungsvorrichtung (15) in einer Betriebsdatenspeicherung (20) aufgezeichnet werden.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Verbrennungsanlage, bei der ein Fallrohr (6) und mindestens ein Dampfabführrohr (8) an einem Dampferzeuger angeordnet sind, zu dem eine Leitung für Speisewasser (1) mit einer Speisewasserpumpe (2) führt, wobei am Dampferzeuger eine Leitung für Nassdampf (11) zu einem Überhitzer (19) angeordnet ist, vor dem mindestens einen Dampfabführrohr (8) ein Verdampfer (7) angeordnet ist, wobei in dem mindestens einen Dampfabführrohr (8) zwischen Verdampfer (7) und einer Dampftrommel (4) eine Temperaturmesseinrichtung (9) angeordnet ist, an der Dampftrommel (4) eine Temperatur- (20) oder/und eine Druckmesseinrichtung (12) angeordnet sind, die Temperatur- und Temperatur- oder Druckmesseinrichtung (9, 20, 12) mit einer Überwachungsvorrichtung (15) verbunden sind, und eine Verbindung von der Überwachungseinrichtung (15) zu einer Prozessleittechnik (17) vorhanden ist, mit der eine Alarmierung zum Bediener übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (15) eine Temperaturdifferenz aus der gemessenen Temperatur vor der Dampftrommel (4) und der Siedetemperatur (13) in der Dampftrommel (4) berechnet und auswertet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Überwachungsvorrichtung (15) und der Prozessleittechnik (17) eine elektrische darstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessleittechnik (17) eine Prozessleittechnik für die Alarmierung des Bedieners darstellt, zu der parallel eine Betriebsdatenspeicherung (18) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesseinrichtung (9) am Dampfabführrohr (8) Sensoren in Tauchhülsen darstellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesseinrichtung (12) an der Dampftrommel (4) einen Druckmessumformer darstellt.