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Hochdruckdampferzeuger mit Frischdampfüberhitzung und zweifacher Zwischenüberhitzung
Die Erfindung betrifft einen Hochdruckdampferzeugermit Frischdampfüberhitzung und
zweifache-Zwischenüberhitzung in zwei voneinander getrennten, parallel durchströmten
Feuergaszügen, bei dem in dem einen Feuergaszug Rohrgruppen des Mitteldruckiiberhitzers
und in dem anderen Feuergaszug Rohrgruppen des Niederdrucküberhitzers angeordnet
sind.
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Bei Hochdruckdampferzeugern ist es aus wärmewirtschaftlichen Gründen
notwendig, hohe Endtemperaturen des Frischdampfes und des Zwischendampfes möglichst
auch bei Teillasten zu erzielen. Mit Rücksicht auf die Rohrwerkstoffe ist es jedoch
auch notwendig und für die Betriebssicherheit erforderlich, Überschreitungen der
zulässigen Höchsttemperaturen zu vermeiden.
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Die Erhaltung der Dampftemperatur in engen Grenzen wird dadurch zu
einer wichtigen Aufgabe der Hochdruckdampferzeugung. Hierfür stehen mehrere bekannte
Verfahren zur Verfügung, welche auch in Kombination miteinander angewandt werden
können, nämlich: l . Wassereinspritzung in den Dampfstrom, 2. Wärmeübertragung mittels
Oberflächenwärmeaustauschern und 3. Veränderung der Beheizung durch Ändern der Menge
und7oder derTemperatur der Feuergase. Die dem Hersteller des Dampferzeugers zunächst
gestellte Aufgabe besteht jedoch darin, die Gesamtanordnung so zu treffen, daß die
zulässigen Temperaturgrenzen möglichst eingehalten werden und die vorerwähnten Maßnahmen
nur in beschränktem Umfang zur Anwendung kommen müssen.
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Erschwert wird die Lösung dieser Aufgabe bei der Hochdruckdampferzeugung
dadurch, daß für die Krafterzeugung in Kondensationsdampfturbinen die mehrmalige
Wiederaufheizung des teilweise entspannten Dampfes, die sogenannte Zwischenüberhitzung,
erforderlich ist. Hierfür sind die vorgenannten Methoden in Kombination anwendbar.
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Es ist bekannt, den Frischdampfüberhitzer und den Zwischenüberhitzer
in je einem gesonderten Feuergaszug des gemeinsamen Dampferzeugers anzuordnen, wobei
jeder Zug mit einer selbständig regelbaren Feuerung versehen ist oder die beiden
Züge an einen gemeinsamen Feuerraum angeschlossen und mit Drosselvorrichtungen für
die Gasströmung versehen sind.
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Bei höchsten Dampfdrücken ist eine mehrmalige Überhitzung des Zwischendampfes
erforderlich, weil er in mehreren, mindestens zwei Druckstufen anfällt. Entsprechend
dem Dampfdruck werden die zugehörigen l'Jberhitzer als Mitteldruck- und Niederdrucküberhitzer
bezeichnet. Es wäre möglich, die drei Überhitzer in drei voneinander getrennten
Feuergaszügen anzuordnen, doch würde diese Vervielfachung die Regelung erschweren.
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Gemäß der Erfindung sind die Heizflächen des Frischdampfüberhitzers
in dem einen Feuergaszug, die des Mitteldrucküberhitzers in dem anderen Feuergaszug
und die Heizflächengruppen des Niederdrucküberhitzers jede in einem der beiden Feuergaszüge
angeordnet, und der Niederdrucküberhitzer ist in an sich bekannter Weise durch einen
Oberflächenwärmeaustauscher mit dem Frischdampfüberhitzer und/oder in an sich bekannter
Weise durch einen weiteren Oberflächenwärmeaustauscher mit dem Mitteldrucküberhitzer
verbunden.
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Diese Kombination sichert die betriebliche Freiheit bei weitestgehender
Regelmöglichkeit und ermöglicht es, auch den Niederdrucküberhitzer auf die erforderliche
Dampftemperatur einzuregeln.
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Es ist bekannt, den Mitteldrucküberhitzer und den Niederdrucküberhitzer
jeweils in einem gesonderten Feuergaszug des Hochdruckdampferzeugers anzuordnen
und den Frischdampfüberhitzer in zwei gleiche Rohrgruppen zu teilen, deren je eine
im gleichen Feuergastemperaturbereich eines jeden der beiden Feuergaszüge angeordnet
ist. Bei dieser Anordnung ist eine Änderung der Dampfendtemperaturen des Mitteldruckdampfes
und des Niederdruckdampfes möglich, doch wird dabei auch die Dampfendtemperatur
des Frischdampfes beeinflußt, ohne daß dafür feuerseitig eine Ausgleichmöglichkeit
besteht. Bei Zwangdurchflußdampferzeugern besteht zwar die Möglichkeit, durch Verändern
der Speisung die Frischdampfendtemperatur zu beeinflussen, doch ist dafür eine genau
arbeitende Regelanlage erforderlich.
Indem gemäß der Erfindung der
Frischdampf- und der Mitteldrucküberhitzer einzeln in je einem Gaszug angeordnet
werden und der Niederdrucküberhitzer mit je einer Rohrgruppe in jedem Feuergaszug,
wird die Nachregelung auf den überhitzer der niedrigsten Druckstufe gelegt, bei
dem sie gemäß der Erfindung in an sich bekannter Weise durch Einschalten von einem
Oberflächenwärmeaustauscher zwischen den Niederdrucküberhitzer und den Frischdampfüberhitzer
oder den Niederdrucküberhitzer und den Mitteldrucküberhitzer oder auch zwischen
Niederdrucküberhitzer und sowohl Frischdampfüberhitzer als auch Mitteldrucküberhitzer
bewirkt wird. Dabei muß ein ausreichendes Wärmegefälle vorhanden sein. Es wird daher
der Niederdruckdampf mit der Anfangstemperatur in den Oberflächenwärmeaustauscher
geleitet, während dieser hochdruck- oder mitteldruckseitig zwischen zwei Stufen
des überhitzers geschaltet ist, wie dies an sich bekannt ist.
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Um eine wenig veränderliche Dampfendtemperatur des Mitteldrucküberhitzers
und des Frischdampfüberhitzers zu erhalten, empfiehlt es sich, den Mitteldrucküberhitzer
in dem einen Feuergaszug zwischen Verdampferteil und Niederdrucküberhitzerteil und
den Frischdampfüberhitzer in dem anderen Feuergaszug in gleicher Weise anzuordnen.
Es wird weiter zur Stetigkeit der Dampftemperaturen beitragen, wenn die Hochtemperaturstufen
des Frischdampfüberhitzers und des Mitteldrucküberhitzers, wie an sich bekannt,
im gleichen Temperaturgebiet der Feuergase angeordnet sind. Ebenso wird es für die
Gleichmäßigkeit der Endtemperatur des Niederdruckdampfes vorteilhaft sein, wenn
die Heizflächengruppen des auf die beiden Feuergaszüge aufgeteilten Niederdrucküberhitzers
im gleichen Temperaturgebiet der Feuergase angeordnet sind.
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Die geringe Verdampfungswärme des Wassers bei hohem Druck und die
große Wärmemenge, welche an die Überhitzerheizflächen zu übertragen ist, lassen
es wünschenswert erscheinen, den Frischdampfüberhitzer und den Mitteldrucküberhitzer
ganz oder zum Teil als Strählungsheizfiächen auszubilden. Diese Überhitzer kommen
dadurch in einem mittleren Temperaturgebiet der Feuergase um 1200° C zu liegen,
in welchem erfahrungsgemäß die überhitzercharakteristik so flach verläuft, daß die
Dampftemperatur nur geringer Korrekturen bedarf.
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Der Niederdruckdampf wird von der Maschine mit einer Charakteristik
angeliefert, welche der eines Berührungsüberhitzers entgegengesetzt ist. Es ist
daher vorteilhaft, die Heizflächen des Niederdrucküberhitzers, wie an sich bekannt,
als Berührungsheizflächen auszubilden, die im kälteren Gasstrom angeordnet sind,
weil die Temperaturcharakteristik dieses Überhitzers die Temperaturcharakteristik
des Maschinendampfes weitgehend ausgleichen wird.
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Wenn in den Feuergaszügen nur geringe Belastungsunterschiede vorkommen,
wird es vorteilhaft sein, die Heizflächen, welche sich über beide Züge erstrecken,
also die Heizflächengruppen des Verdampfers einerseits und des Speisewasservorwärmers
andererseits, wie an sich bekannt, im Arbeitsmittelstrom parallel zu schalten, weil
in diesem Falle der Druckverlust gering ist.
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Sind dagegen größere feuergasseitige Belastungsunterschiede zu erwarten,
so ist es vorteilhafter, diese genannten Heizflächengruppen im Arbeitsmittelstrom
hintereinanderzuschalten, weil sich auf diese Weise die Temperatureinflüsse besser
ausgleichen werden.
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Wenn die Heizflächengruppen des Niederdrucküberhitzers im Arbeitsmittelstrom
parallel geschaltet sind, ist es vorteilhaft, jede mit einem Mengenregelventil zu
versehen. Wegen der Kürze der Verbindungsrohrleitungen ist es ferner vorteilhaft,
auf der Arbeitsmitteleintrittsseite jeder Rohrgruppe einen Oberflächenwärmeaustauscher
vorzusehen, von denen der eine mit dem Frischdampfüberhitzer und der andere mit
dem Mitteldrucküberhitzer verbunden ist. Am besten eignet sich für diese Einschaltung
die Verbindungsleitung zwischen Tieftemperaturstufe und Hochtemperaturstufe des
betreffenden überhitzers. Wenn die Rohrgruppen des Niederdrucküberhitzers hintereinandergeschaltet
sind, ist auch für ihn diese Verbindungsleitung für die Einschaltung des Oberflächenvorwärmers
besonders geeignet. In diesem Falle genügt ein einziger Wärmeaustauscher, der entweder
von dem Mitteldruckdampf oder von dem Frischdampf beheizt werden kann.
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Wenn eine Nachkorrektur der Mitteldruckdampftemperatur wünschenswert
ist, kann zu diesem Zweck eine regelbare Dampfumführung um die Tieftemperaturstufe
des Mitteldrucküberhitzers vorgesehen werden.
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Die Feuergaszüge der beiden Feuerungen können, wie an sich bekannt,
in einem gemeinsamen Kesselblock vorgesehen werden. Dadurch werden die Anlagekosten
vermindert.
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Es können jedoch auch, wie ebenfalls bekannt, die Feuergaszüge mit
den Feuerungen getrennte Einheiten bilden. Dies ist vorzuziehen, wenn die Feuerungen
besser zugänglich sein sollen.
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Die beschriebene Erfindung setzt voraus, daß im Entwurf die Heizflächen
aufeinander abgestimmt sind, denn für die Beeinflussung der Dampftemperaturen ist
nur eine gegenseitige Verschiebung der Feuerleistung möglich, während für die Dampfmengenleistung
die Leistungssumme der beiden Feuerungen maßgebend ist.
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Die Erfindung ist sowohl bei Zwanglaufdampferzeugern als auch bei
Dampferzeugern mit Naturumlauf anwendbar.
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Anordnungen gemäß der Erfindung sind in den A b b. 1 und 2 sinnbildlich
dargestellt. Der Darstellung ist ein Zwangdurchflußdampferzeuger zugrunde gelegt,
dessen Heizflächen in zwei parallelen Feuergaszügen angeordnet sind.
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Jeder der beiden Feuergaszüge 5 und 6 ist mit einer selbständigen
Feuerung, beispielsweise einer Zyklonfeuerung 7 bzw. 8, versehen. Das zu verdampfende
Speisewasser durchströmt im Gebiet niederer Feuergastemperaturen im Parallelstrom
die in den Zügen 5 und 6 angeordneten Rohrgruppen 1 a und 1 b des Speisewasservorwärmers
1 und anschließend die im Gebiet hoher Feuergastemperaturen der Züge 5, 6 angeordneten
Rohrgruppen 2a und 2b des Verdampferteiles 2 des Dampferzeugers. Der in beiden Rohrgruppen
erzeugte Dampf wird in einer gemeinsamen Leitung gesammelt, durchströmt nacheinander
die in dem Zug 6 angeordneten Rohrgruppen 3 und 4 des Frischdampfüberhitzers und
strömt dann zur Dampfturbine. Der von der Turbine zurückkommende Mitteldruckdampf
durchströmt hintereinander die in dem Zug 5 angeordneten Rohrgruppen
10 und 11 des Mitteldrucküberhitzers 9 und strömt in die zweite Druckstufe
der Dampfturbine ab. Aus ihr
gelangt der Niederdruckdampf in die
beiden Rohrgruppen 14 a und 14 b des in den Zügen 5 und
6 angeordneten Niederdrucküberhitzers 14 und strömt in den Niederdruckteil
der Turbine ab.
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Der aus der Mitteldruckstufe der Turbine kommende Dampf durchströmt
gemäß A b b. 1, mit Hilfe von Ventilen 15, 16 verteilt, zunächst zwei Oberflächenwärmeaustauscher
17, 18, bevor er in die parallelgeschalteten Rohrgruppen 14a,
14b gelangt. Der Wärmeaustauscher 17 wird von Mitteldruckdampf beheizt,
der von der Rohrgruppe 10
kommend mittels des Dreiwegeventils 19 in gewünschter
Menge dem Wärmeaustauscher 17 zugeleitet wird und sich vor Eintritt in die
Rohrgruppe 11 mit dem von dem Ventil 19 kommenden Dampf mischt.
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In ähnlicher Weise durchströmt der Dampfanteil der Rohrgruppe
14b zunächst den Wärmeaustauscher 18, dem aus der Rohrgruppe 3 mittels
des Dreiwegeventils 20 die benötigte Dampfmenge zugeführt wird. Der aus dem
Wärmeaustauscher 18 abströmende Hochdruckdampf mischt sich mit dem von dem
Ventil 20 kommenden Dampf und durchströmt mit ihm die Rohrgruppe 4.
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Für den Mitteldruckdampfüberhitzer 9 ist noch eine Hilfstemperaturregelung
vorgesehen, bestehend aus dem Dreiwegeventil 13, das auch durch ein einfaches
Abzweigventil ersetzt werden könnte, und einer die Rohrgruppe 10 umgehenden
Kurzschlußleitung 12. Diese Art der Temperaturregelung ist besonders wirksam,
wenn der Temperaturunterschied zwischen den Feuergasen und dem durch die Rohrgruppe
10 strömenden Dampf nicht groß ist.
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Die beschriebene A b b. 1 sagt nichts aus über die konstruktive Ausbildung
der Heizflächen. Es wird vorausgesetzt, daß jede Heizflächengruppe aus mehreren
parallelgeschalteten Rohren besteht, welche je nach Bedarf unmittelbar oder mit
Hilfe von Sammlern und Verteilern in die nächste Rohrgruppe oder an den nächsten
Anschluß übergeführt werden können. Ferner werden die Heizflächen 2a und
2b gegebenenfalls auch Teile der Heizflächen 10 und 3,
die Wandverkleidungen
der Feuerungen 7 und 8, bestehend beispielsweise aus Zyklonmuffel,
Nachbrennraum und Strahlungsraum, bilden. Die anderen Heizflächen sind als Berührungsheizflächen
gedacht. Die Heizflächen 1 a und 1 b bzw. 2 a und 2 b müssen nicht
im Betriebsmittelstrom parallel geschaltet sein, sie können auch hintereinandergeschaltet
sein. Dies wird beispielsweise notwendig, wenn dem Betriebsfall Rechnung zu tragen
ist, daß die Feuerung 7
kurzzeitig nicht in Betrieb ist, etwa beim Anfahren,
aber auch bei etwaigen Betriebsstörungen der Feuerung, da sonst durch die Rohrgruppen
la und 2a Wasser in den überhitzer 3 gelangen würde und auch die gleichmäßige Verteilung
des Wassers auf die Rohrgruppen 1 a, 2 a und 1 b, 2 b gestört würde.