DE1146503B

DE1146503B - Waste heat boiler system with many evaporator units that are identical to one another and to which common superheaters and preheaters are assigned in groups

Info

Publication number: DE1146503B
Application number: DEH35837A
Authority: DE
Inventors: Andre Huet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-03-11
Filing date: 1959-03-10
Publication date: 1963-04-04

Description

Abhitzekesselanlage mit vielen untereinander gleichen Verdampfereinheiten, denen gruppenweise gemeinsame Überhitzer und Vorwärmer zugeordnet sind Die Erfindung betrifft eine Abhitzekesselanlage für eine oder zwei Druckstufen mit vielen untereinander gleichen Verdampfereinheiten, die im Inneren je eines Mantelrohres angeordnet sind, wobei die Mantelrohre mit ihrem einen Ende an einen oder mehrere, mit Heizmittel beschickte Hauptverteiler und mit ihrem anderen Ende an einen oder mehrere Hauptsammler angeschlossen sind, an den Hauptverteilern und Hauptsammlern Unterverteiler bzw. Untersammler vorgesehen sind, die als Leitungsstücke mit Gabelstücken am einen Ende ausgebildet sind, die in die Gruppenverteiler bzw. Gruppensammler münden, und für jede Gruppe von Verdampfereinheiten ein gemeinsamer Überhitzer und ein gemeinsamer Vorwärmer im Heizmittelstrom vor bzw. hinter der zugehörigen Gruppe von Verdampfereinheiten angeordnet sind.Waste heat boiler system with many identical evaporator units, to which common superheaters and preheaters are assigned in groups. The invention relates to a waste heat boiler system for one or two pressure stages with many among each other the same evaporator units, each arranged inside a jacket tube, one end of the jacket pipes being connected to one or more with heating means fed to main distributors and at their other end to one or more main collectors are connected to the main distributors and main collectors sub-distributors or Sub-collectors are provided as line pieces with fork pieces at one end are designed, which open into the group distributor or group collector, and for each group of evaporator units a common superheater and a common one Preheater in the heating medium flow upstream or downstream of the associated group of evaporator units are arranged.

Bekannte Wärmetauschereinrichtungen, die insbesondere zur Ausnutzung der in einem Kernreaktor frei werdenden Wärme bestimmt sind, weisen eine Vielzahl von Einzelelementen auf, von denen jedes die zur Erzeugung von Dampf mittels des heißen Gases bzw. Mediums erforderlichen Organe enthält. Diese Einzelelemente, die dabei als lotrecht stehende, in parallelen Reihen angeordnete Kolonnen ausgebildet bzw. zusammengefaßt sind, werden je Reihe von Sammlern und Untersammlern oder Verteilungsrohren gespeist, wobei diese Sammlerrohre von dem heißen aus dem Kernreaktor kommenden Medium durchströmt werden. Die im Inneren eines jeden Kolonnenmantels oder Einzelelementes befindlichen Organe für die Erzeugung von Hoch- und Niederdruckdampf bilden zwei Stufen, z. B. Druckstufen, von denen jede einen Vorwärmer, einen Verdampfer und einen überhitzer aufweist. Dadurch, daß jedem Verdampfer gesondert ein Vorwärmer und ein überhitzer zugeordnet sind, beansprucht eine solche Abhitzekesselanlage verhältnismäßig viel Platz; was insofern nachteilig ist, daß, da bei Kernreaktoren die Wärmetauscher unter der die Reaktoranlage umschließenden Stahlkuppel angeordnet werden, deren Ausmaße so klein wie möglich zu halten, stets anzustreben ist.Known heat exchanger devices, in particular for utilization The heat released in a nuclear reactor is determined by a multitude of factors of individual elements, each of which is used to generate steam by means of the hot gas or medium contains necessary organs. These individual elements that designed as vertically standing columns arranged in parallel rows or are combined, are per row of collectors and sub-collectors or distribution pipes fed, these collector tubes from the hot coming from the nuclear reactor Medium are flowed through. The inside of every column jacket or individual element organs located for the generation of high and low pressure steam form two Stages, e.g. B. Pressure stages, each of which has a preheater, an evaporator and has a superheater. Because each evaporator has a separate preheater and a superheater are assigned to such a waste heat boiler system a relatively large amount of space; which is disadvantageous in that, as in nuclear reactors the heat exchangers are arranged under the steel dome surrounding the reactor system The aim should always be to keep their dimensions as small as possible.

Es sind bereits Abhitzedampferzeuger bekanntgeworden, bei denen für sämtliche Verdampfereinheiten ein gemeinsamer überhitzer am Ausgang der mit den Verdampfereinheiten zusammengeschalteten Dampftrommel vorgesehen ist. Da der überhitzer der Dampftrommel nachgeschaltet und als selbständige Kolonne ausgebildet ist, ergibt sich eine äußerst sperrige Anordnung mit immer noch großem Raumbedarf, die darüber hinaus noch den Nachteil großen Wärmeverlustes bzw. eines schlechten Wirkungsgrades hat. Ferner ist eine Abhitzekesselanlage bekannt, die aus einer Gruppe von einem gemeinsamen Wasser-und Dampfbehälter zugeordneten und ein Bündel Verdampferrohre enthaltenden Verdampfereinheiten besteht, wobei jede Einheit einen eigenen Vorwärmer hat, der in den der jeweiligen Einheit zugeordneten Heißgas-Kreislauf gelegt ist. Hierbei ist notwendig, jeder der einzelnen Teileinheiten der Verdampfereinheiten der ganzen Anlage einen eigenen Vorwärmer zuzuordnen, da in jedem zu einem dieser Teileinheiten gehörigen Heizmittelumlauf andere Betriebsbedingungen herrschen.Heat recovery steam generators have already become known where for all evaporator units have a common superheater at the outlet of the Evaporator units interconnected steam drum is provided. Because the superheater downstream of the steam drum and designed as an independent column, results an extremely bulky arrangement that still takes up a lot of space in addition, the disadvantage of large heat loss or poor efficiency Has. Furthermore, a waste heat boiler system is known, which consists of a group of one shared water and steam tank and a bundle of evaporator tubes containing evaporator units, each unit having its own preheater which is placed in the hot gas circuit assigned to the respective unit. It is necessary here for each of the individual sub-units of the evaporator units to assign its own preheater to the entire system, as in each one of these Sub-units belonging to the heating medium circulation, other operating conditions prevail.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abhitzekesselanlage zu schaffen, bei der die obigen Nachteile nicht auftreten und die Abmessungen, insbesondere die Gesamthöhe der Anlage, wesentlich vermindert und bei hohem Wirkungsgrad der Anlage ein einfacher Ausgleich in der Vorwärmetemperatur und der überhitzertemperatur des erzeugten Dampfes ermöglicht wird, so daß sämtliche Kolonnen unter praktisch gleichen Bedingungen arbeiten.The invention is based on the object of a waste heat boiler system to create in which the above disadvantages do not occur and the dimensions, in particular the total height of the system, significantly reduced and with high efficiency of the System a simple compensation in the preheating temperature and the superheater temperature of the generated steam is made possible, so that all columns under practically work under equal conditions.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der überhitzer jeder Gruppe in dem der Gruppe zugeordneten horizontal angeordneten Unterverteiler und der Vorwäimer jeder Gruppe in dem der Gruppe zugeordneten horizontal angeordneten Untersammler untergebracht ist. Der hierdurch erzielte technische Fortschritt ergibt sich einerseits daraus, daß bei dem bekannten Einbau der überhitzer und Vorwärmer in die Verdampferkolonnen deren Höhe erheblich wird und etwa 30 m erreicht, während, wenn man nach der Erfindung die überhitzer und Vorwvärmer einer Kolonnengruppe in die horizontalen Unterverteiler bzw. Untersammler über und unter die Kolonnen setzt, die Kolonnenhöhe bei vergleichbaren Fällen auf 12 m vermindert werden kann. Zum anderen ist es bei den in Verbindung mit Kernreaktoranlagen verwendeten Abhitzekesselanlagen wesentlich, daß - wie es sich nach der Erfindung ergibt - Vorwärmetemperaturen und überhitzertemperaturen des erzeugten Dampfes in sämtlichen Kolonnen gleich sind, da man bei Kernenergieanlagen oft keine Dampftrommel benutzt, und eine eigene Regelvorrichtung an jeder Dampferzeugerkolonne außerordentlich aufwendig wäre.According to the invention, this object is achieved in that the superheater each group in the horizontally arranged sub-distributor assigned to the group and the preheater of each group in the horizontally arranged one associated with the group Sub-collector is housed. The technical Progress results on the one hand from the fact that in the known installation of the superheater and preheater in the evaporation columns, the height of which becomes considerable and about 30 m achieved while, according to the invention, the superheater and preheater one Group of columns in the horizontal sub-distributors or sub-collectors above and below the columns are set, the column height is reduced to 12 m in comparable cases can be. On the other hand, it is used in connection with nuclear reactor plants Waste heat boiler systems essential that - as it results from the invention - preheating temperatures and superheater temperatures of the generated steam are the same in all columns, as one often does not use a steam drum in nuclear power plants and has its own control device would be extremely expensive at each steam generator column.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt Fig. 1 schematisch einen lotrechten Schnitt durch eine Wärmetauscheranlage, die die Anordnung der Einzelelemente und der Untersammler nach der Erfindung darstellt, Fig. 2 einen vertikalen Teilschnitt durch den oberen Teil und senkrecht zu der Schnittebene der Fig. 1 und Fig. 3 eine schaubildliche Darstellung des oberen Teiles der Anlage.The invention is explained in more detail with reference to the drawings, for example, namely, Fig. 1 shows schematically a vertical section through a heat exchanger system, which represents the arrangement of the individual elements and the sub-collector according to the invention, Fig. 2 is a vertical partial section through the upper part and perpendicular to the cutting plane FIGS. 1 and 3 show a diagrammatic representation of the upper part of the system.

Bei einer Wärmetauscheranlage, die, wie oben beschrieben wurde, Reihen von senkrecht stehenden Kolonnenmänteln bzw. Einzelelementen aufweist, die die Verdampfereinheiten bzw. Dampferzeugungsorgane enthalten, strömt das Heizgas, dessen Wärme aufgenommen werden soll, durch zwei Hauptverteiler a und b, die sich über den oberen Teil und zu beiden Seiten der Anlage erstrecken, in die Anlage ein. An diese Hauptsammelrohre sind am anderen Stirnende »blind« geschlossene Untersammler, wie cl, c2 angeschlossen. Diese Untersammler speisen jeweils an ihrem diesem Anschlußende entgegengesetzten Ende über Verbindungsstücke dl, d2 Sammelrohre e, die an beiden Enden geschlossen sind und an denen die Kolonnenmäntel f, die die Verdampfereinheiten enthalten, angeschlossen und aufgehängt sind.In a heat exchanger system, which, as described above, has rows of vertical column jackets or individual elements that contain the evaporator units or steam generating organs, the heating gas, the heat of which is to be absorbed, flows through two main distributors a and b, which extend over the upper part and extend on both sides of the system into the system. "Blind" closed sub-collectors, such as c1, c2, are connected to these main collecting pipes at the other end. These sub-collectors each feed at their end opposite this connection end via connecting pieces d1, d2 collecting pipes e, which are closed at both ends and to which the column jackets f, which contain the evaporator units, are connected and suspended.

Nach früheren Vorschlägen des Erfinders enthielten diese Kolonnenmäntel f die Gesamteinheit der zur Erzeugung von Dampf in zwei Druckstufen erforderlichen Organe, und zwar jeweils für jede Druckstufe einen Vorwärmer, einen Verdampfer und einen überhitzer.According to earlier proposals by the inventor, these contained column jackets f the total unit of the required to generate steam in two pressure stages Organs, namely a preheater, an evaporator and for each pressure stage a superheater.

Um die Abmessungen dieser Kolonnenmäntel f zu vermindern und insbesondere um ihre Höhe zu verringern, sind die Vorwärmer und die üöerhitzer sowohl der Niederdruckstufe als auch der Hochdruckstufe erfindungsgemäß nicht mehr oder nicht mehr sämtlich in den Kolonnenmänteln angeordnet, sondern vielmehr sind die überhitzer in den Untersammlern cl, c2 im oberen Teil der Anlage und die Vor@.värmer in den entsprechend vorgesehenen Untersammlern g1, g2 im unteren Teil der Anlage angeordnet; dabei sind diese Untersammler g1, g2 im unteren Teil der Anlage, in dem oberen Teil, entsprechenderweise an den beiden Ableitungen h, i der abgekühlten Gase angeschlossen, wie die Untersammler cl, c2 in dem oberen Teil der Anlage an den Zuleitungen a und b. Die Ableitungen h und i erstrecken sich im unteren Teil und beiderseits der Anlage.In order to reduce the dimensions of these column jackets f and in particular to reduce their height, the preheaters and the heaters of both the low-pressure stage and the high-pressure stage are no longer or not all arranged in the column jackets according to the invention, but rather the superheaters are in the sub-collectors cl , c2 in the upper part of the system and the Vor @ .warmer in the corresponding provided sub-collectors g1, g2 in the lower part of the system; These sub-collectors g1, g2 in the lower part of the system, in the upper part, are correspondingly connected to the two outlets h, i of the cooled gases, like the sub-collectors cl, c2 in the upper part of the system to the supply lines a and b. The leads h and i extend in the lower part and on both sides of the system.

Sowohl die überhitzer als auch die Vorwärmer der Hochdruckstufe und der Niederdruckstufe können in Reihe oder parallel geschaltet im Innern der Untersammler cl, c= einerseits bzw. g1, g2 andererseits angeordnet sein. Diese überhitzer und die Vorwärmer sind allen Einzelelementen fein und derselben Reihe gemeinsam zugeordnet und sind mit den in diesen Elementen f enthaltenen Verdampfern durch nicht dargestellte Rohrleitungen verbunden. Die so angeordneten Überhitzer und Vorwärmer sind in der Weise eingebaut, daß sie weder eine besonders hohe noch eine besonders tiefe Stelle der Anlage bilden und durchgehend ein geringes Gefälle aufweisen, so daß ein Abströmen des Wärmeaustauschmediums in der gewünschten Richtung erfolgen kann.Both the superheater and the preheater of the high pressure stage and the low pressure stage can be connected in series or in parallel inside the sub-collector cl, c = on the one hand and g1, g2 on the other hand. This superheater and the preheaters are assigned to all individual elements and are assigned to the same row together and are with the evaporators contained in these elements f by not shown Pipelines connected. The superheater and preheater arranged in this way are in the Built in a way that it has neither a particularly high nor a particularly low point the system and consistently have a slight gradient, so that an outflow of the heat exchange medium can be carried out in the desired direction.

Die Anlage kann mit einfachem, thermisch von selbst entstehendem Umlauf oder mit erzwungenem oder gesteuertem Umlauf arbeiten. Im Falle eines erzwungenen Umlaufes können zweckmäßig außerhalb der Einrichtung Behälter oder Vorrichtungen zum Trennen des Wassers vom Dampf vorgesehen sein, und zwar jeweils für den aus mehreren Kolonnenreihen kommenden Dampf. Ferner können Pumpen in der Weise angeordnet sein, daß diese den Dampf, der aus den im Innern der Kolonnenmäntel f angeordneten Verdampfern kommt, abziehen 'und ihn unter Druck und in erzwungenem Umlauf in die Überhitzer hl, h2 im Innern der Untersammler cl, c2 fördern. Auf diese Weise können trotz der erhöhten Menge des in der Zeiteinheit abgegebenen Dampfes, die für diese überhitzer notwendigen Abmessungen verringert werden.The system can with simple, thermally generated by itself circulation or work with forced or controlled circulation. In the case of a forced Circulation can expediently outside the facility containers or devices be provided for separating the water from the steam, in each case for the off several rows of columns coming steam. Furthermore pumps can be arranged in this way be that this is the steam from the arranged inside the column jackets f Vaporizer comes 'peel off' and pressurized and forced circulation into the Promote superheater hl, h2 inside the sub-collector cl, c2. That way you can despite the increased amount of steam released in the unit of time necessary for this Superheater necessary dimensions can be reduced.

Claims

PATENT CLAIM: Waste heat boiler system for one or two pressure stages with many identical evaporator units, which are each arranged inside a jacket pipe, with one end of the jacket pipes connected to one or more main distributors charged with heating medium and the other end to one or more main collectors are, sub-distributors or sub-collectors are provided on the main distributors and main collectors, which are designed as line pieces with fork pieces at one end, which open into the group distributors or group collectors, and a common superheater and a common preheater in the heating medium flow for each group of evaporator units or are arranged behind the associated group of evaporator units, characterized in that the superheater of each group is arranged in the horizontally arranged sub-distributor (cl, c2) assigned to the group and the preheater of each group in the horizontally assigned one of the group eten sub-collector (g1, g2) is housed. References considered: British Patent No. 762,548; U.S. Patent No. 2,609,798; Magazine »electrical and mechanical engineering" from the first. 8 1955, p. 361/362.