DE1275072B

DE1275072B - Supercritical forced circulation steam generator with superimposed forced circulation

Info

Publication number: DE1275072B
Application number: DEC32477A
Authority: DE
Inventors: Robert Alan Kane
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1963-03-25
Filing date: 1964-03-23
Publication date: 1968-08-14
Also published as: FR1386152A; NL6403202A; CH438372A; NL130376C; ES297959A1; GB1022838A; BE645708A; US3172396A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4057¥W PATENTAMT Int. CL; FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN 4057 ¥ W PATENTAMT Int. CL;

F22bF22b

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche KL: 13 g - 8German KL: 13 g - 8

Nummer: 1275 072Number: 1275 072

Aktenzeichen: P 12 75 072.0-13 (C 32477)File number: P 12 75 072.0-13 (C 32477)

Anmeldetag: 23. März 1964 Filing date: March 23, 1964

Auslegetag: 14. August 1968Opening day: August 14, 1968

Die Erfindung betrifft einen überkritischen Zwangdurchlauf-Dampferzeuger mit überlagertem Zwangumlauf mit mindestens zwei hintereinandergeschalteten Rauchgaszügen, deren Rohrwandabschnitte aus senkrecht angeordneten Rohrwänden bestehen.The invention relates to a supercritical once-through steam generator with superimposed forced circulation with at least two flue gas flues connected one behind the other, the pipe wall sections of which are made vertically arranged pipe walls exist.

Bisher wurden die Rohrwände verschiedener Kesselzüge überkritischer Dampferzeuger abschnittsweise einzeln aufgehängt und durch geeignete Leitungen und Dichtungen miteinander verbunden.So far, the pipe walls of various boiler trains for supercritical steam generators have been sectioned individually suspended and connected to one another by suitable cables and seals.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Dampferzeuger so zu verbessern, daß eine Schweißverbindung der Rohrwände untereinander möglich wird, ohne daß unzulässige Spannungen auftreten.The invention is based on the object of improving this steam generator so that a welded connection between the pipe walls is possible without undue stresses occurring.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Schaltung, bei der die parallel durchströmten Brennkammerwände und die übrigen äußeren Rohrwandabschnitte unmittelbar nacheinander von unten nach oben vom Arbeitsmittel durchströmt werden und der überlagerte Umlauf des Arbeitsmittels alle diese Heizflächenabschnitte umfaßt. Die einzelnen Rohre der Rohrwandabschnitte werden zweckmäßig vom Arbeitsmittel parallel durchströmt.The invention solves this problem by means of a circuit in which the combustion chamber walls through which there is parallel flow and the remaining outer pipe wall sections in immediate succession from below to the working medium flows through the top and the superimposed circulation of the working medium all these heating surface sections includes. The individual pipes of the pipe wall sections are expediently from the working medium flows through in parallel.

Bei der Ausführung nach der Erfindung ergeben sich folgende Vorteile: In den Rohrwänden der Brennkammer und der Gasführung wird eine große Temperaturstabilität erreicht, so daß man Rohre größeren Durchmessers verwenden kann. Dies wiederum hat den Vorteil, daß die Strömung durch die Rohre nicht durch Ablagerungen und Kesselstein, wie bei Rohren kleineren Durchmessers, beeinträchtigt wird. Mit Hilfe des Rückführungssystems wird die Temperaturdifferenz in den Rohren der Brennkammer von oben bis unten und auch in waagerechter Richtung auf einem Bruchteil des Wertes gehalten, der ohne das Rückführungssystem auftreten würde. Auf diese Weise wird die Stabilität der Strömung durch die Rohre verbessert und eine wesentlich einheitlichere Temperaturverteilung durch die Rohre der Wände erzielt. Dementsprechend verringern sich auch die Spannungen und besonders die periodisch auftretenden Spannungen, die sich bei Laständerungen während des Anfahrens und des Abschaltens ergeben.In the embodiment according to the invention, the following advantages result: In the pipe walls of the Combustion chamber and the gas guide, a high temperature stability is achieved, so that one pipes larger diameter can use. This in turn has the advantage that the flow through the pipes are not affected by deposits and scale, as is the case with pipes of smaller diameter will. With the help of the return system, the temperature difference in the pipes of the Combustion chamber from top to bottom and also in the horizontal direction on a fraction of the Value that would occur without the feedback system. This way the stability becomes the flow through the pipes is improved and the temperature distribution is much more uniform the pipes of the walls achieved. Correspondingly, the tensions and especially the decrease periodic voltages that arise when the load changes during start-up and during the Turn off.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beschrieben.The invention is described with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm eines Dampferzeugers; Fig. 1 shows a flow diagram of a steam generator;

Fig. 2 zeigt im Schnitt eine Teilansicht des oberen Teiles dieses Dampferzeugers ohne die Trennwand der Brennkammer.Fig. 2 shows in section a partial view of the upper part of this steam generator without the partition the combustion chamber.

Das Arbeitsmittel wird dem Dampferzeuger durch eine Speisepumpe über den Vorwärmer 32 bei über-Überkritischer Zwangdurchlauf-Dampferzeuger
mit überlagertem ZwangumlaufThe working fluid is supplied to the steam generator by a feed pump via the preheater 32 in the case of super-supercritical forced-flow steam generators
with superimposed forced circulation

Anmelder:Applicant:

Combustion Engineering, Inc., Windsor, Conn.Combustion Engineering, Inc., Windsor, Conn.

(V. St. Α.);(V. St. Α.);

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
7000 Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70Dipl.-Ing. H. Ciaessen, patent attorney,
7000 Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Robert Alan Kane, Hazardville, Conn. (V. St. A.)Robert Alan Kane, Hazardville, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V.St. v. Amerika vom 25.März 1963 (267 516) - -Claimed priority:
V.St. v. America March 25, 1963 (267 516) - -

kritischem Druck zugeführt. Vom Ausgang des Vorwärmers strömt es über die Leitung 36 zu dem Mischgefäß 34 und von diesem über die Leitung 38, die die Rückführpumpe 40 enthält, abwärts. Die Leitung 38 ist mit dem Eintrittsverteiler 42 am unteren Ende der Trennwand 16 der Brennkammer verbunden. Diese Trennwand 16 besteht aus Rohren, die in senkrechter Richtung nebeneinander angeordnet und miteinander über die ganze Höhe der Wand verschweißt und durch den Eintrittsverteiler 42 und Austrittssammler 46 parallel geschaltet sind. Von dem Austrittssammler 46 wird die Strömung über die Leitung 48 zum unteren Ende der Brennkammer geführt, wo sie in den Eintrittsverteiler 50 eintritt, von dem sich einer unterhalb einer jeden Brennkammerwand, d. h. der Vorderwand 18, der Rückwand 20 und der Seitenwände, befindet.Critical pressure supplied. From the exit of the preheater, it flows via line 36 to the Mixing vessel 34 and from this via the line 38, which contains the return pump 40, downwards. the Line 38 is connected to the inlet manifold 42 at the lower end of the partition 16 of the combustion chamber. This partition wall 16 consists of tubes which are arranged next to one another in the vertical direction and welded together over the full height of the wall and through the inlet manifold 42 and Outlet headers 46 are connected in parallel. From the outlet header 46, the flow is over the Line 48 led to the lower end of the combustion chamber where it enters the inlet manifold 50, one of which extends below each combustion chamber wall, i. H. the front wall 18, the rear wall 20 and the side walls.

Die Innenflächen dieser Wände sind mit senkrechten Rohren 52 ausgekleidet. Jedes dieser Rohre ist einmal durch die Brennkammer geführt. Die Eingänge sind mit den Eintrittssammlern 50 verbunden. Die Rohre 52 der Vorderwand 18 sind am oberen Ende abgebogen (F i g. 2) und verlaufen längs der waagerechten Abschlußwand der Brennkammer bis zur Ebene der Rückwand und sind dort nochmals umgebogen und mit dem Verteiler 54 verbunden. Die Rohre 52, die die Seitenwände auskleiden, münden jeweils in die Ausstrittssammler 56 einer jeden Seiten-The inner surfaces of these walls are lined with vertical tubes 52. Each of these pipes is passed once through the combustion chamber. The entrances are connected to entry collectors 50. The tubes 52 of the front wall 18 are bent at the upper end (FIG. 2) and run along the horizontal end wall of the combustion chamber up to the level of the rear wall and are there again bent over and connected to the manifold 54. The pipes 52 lining the side walls open out each in the outlet collector 56 of each side

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wand, und diese Austrittssammler sind ihrerseits mit Brennkammer dort verschweißt, wo die Wärmedem Verteiler 54 über die Leitung 58 verbunden. Die austauschfläche 66 auf die Brennkammer trifft. Auf Rohre 52, die sich entlang der Rückwand 20 der diese Weise ist eine einheitliche Seitenwandkonstruk-Brennkammer erstrecken und diese auskleiden, sind tion über die ganze Brennkammer und die Gasfühso gebogen, daß sie sich der Einschnürung der 5 rung hergestellt, so daß keine Ausdehnungsverbin-Brennkammer in ihrem oberen Bereich anpassen. düngen und besondere Dichtungen wie bisher er-Sie verlaufen dann entlang der unteren Abschluß- forderlich sind.wall, and these outlet headers are in turn welded to the combustion chamber where the heat is connected to the distributor 54 via the line 58. The exchange surface 66 meets the combustion chamber. On tubes 52, which extend along the rear wall 20 of the combustion chamber as a unitary side wall construction and line it, are bent over the entire combustion chamber and the gas duct in such a way that they conform to the constriction of the combustion chamber, so that no expansion connection is made. Adjust the combustion chamber in its upper area. fertilize and special seals as before - they then run along the lower end - are necessary.

wand des Horizontalzuges 26 bis etwa zu seiner Mitte Nachdem die Strömung die Rohre der Gasführungwall of the horizontal train 26 up to about its middle After the flow the pipes of the gas guide

(F i g. 2). Die Rohre sind dann vertikal gebogen und 26 durchlaufen hat, wird sie von dem Sammler 70 erstrecken sich zur oberen Abschlußwand des io über die Leitung 78 durch die verschiedenen Wärme-Horizontalzuges und verlaufen dann längs ihr austauschfiächen der Überhitzer geführt, die in der waagerecht auf die Vorderseite der Brennkammer Gasführung angeordnet sind. Danach ist der überzu. Sie kleiden also diese obere Abschlußwand aus kritische Dampf auf die gewünschte Temperatur ge- und sind schließlich auch mit der Verteilerleitung 54 bracht und wird in üblicher Weise einer Turbine zuverbunden. Bei der Durchquerung des Gasdurch- 15 geführt. Von der Turbine wird der Dampf dem lasses werden diese Rohre 20 natürlich so gebogen, Dampferzeuger zur Zwischenüberhitzung zugeführt, daß eine geeignete Öffnung für die Rauchgas- Diese Überhitzer befinden sich ebenfalls in der Gasströmung entsteht. Benachbarte Rohre 52 sind über führung. Der Abdampf der Turbine wird in den die ganze Höhe der Brennkammer miteinander ver- üblichen Kondensator und von dort der Speisepumpe schweißt. In den Ecken der Brennkammer werden 20 30 wieder zugeführt.(Fig. 2). The tubes are then bent vertically and 26 is traversed by the collector 70 extend to the upper end wall of the io via line 78 through the various horizontal heats and then run along the exchange surfaces of the superheaters, which are in the are arranged horizontally on the front of the combustion chamber gas guide. After that it's over. So you clothe this upper end wall from critical steam to the desired temperature. and are finally also brought to the distribution line 54 and are connected to a turbine in the usual way. When traversing the gas carried out 15. From the turbine the steam becomes the lasses these pipes 20 are naturally bent in such a way that steam generators are fed for reheating, that a suitable opening for the flue gas. These superheaters are also located in the gas flow arises. Adjacent tubes 52 are over management. The exhaust steam from the turbine is in the the entire height of the combustion chamber is common to the condenser and from there to the feed pump welds. 20 30 are fed back into the corners of the combustion chamber.

die Rohre auch miteinander verschweißt, so daß die Durch die Anordnung nach der Erfindung, bei derthe tubes are also welded together, so that the arrangement according to the invention in which

Wände eine gasdichte Auskleidung der Brennkam- die parallel durchströmten Brennkammerwände, der mer bilden. Horizontalzug und der senkrechte Heizzug in Serie,Walls a gas-tight lining of the combustion chamber - the combustion chamber walls through which there is a parallel flow, the form mer. Horizontal flue and the vertical heating flue in series,

Die Strömung durchfließt alle Brennkammerrohre dagegen ihre Rohre alle parallel durchströmt werden, parallel von den Eintrittsverteilern 50 bis zum Ver- 25 und die Ausdehnung des dem Zwangdurchlauf überteiler 54. Von dort gelangt die Strömung zu den Ein- lagerten Umlaufs auf die genannten Heizflächen ertrittsverteilern 60, von denen jeweils einer unterhalb hält man die besten Temperaturverhältnisse für das jeder Seitenwand des Horizontalzuges 26 angeordnet fortlaufende Verschweißen der Rohre. So wird eine ist. Das Arbeitsmittel strömt über die Seitenwände zu feste und starre Konstruktion der Rohrwände mit nur dem Ringverteiler 62 am unteren Ende des senk- 30 geringen Spannungen erreicht. Wegen der gleichrechten Heizzuges 28. Der Ringverteiler 62 ist dem gerichteten Strömung sind die Temperaturunterrechteckigen Querschnitt der Gasführung ent- schiede an der Schweißstelle zwischen Brennkammer sprechend ausgebildet. Der Verteiler 54 ist mit den und Gasführung nur gering. Da die Rohre von unten Eintrittsverteilern 60 und 62 über die Leitungen 65 nach oben durchströmt werden, bleibt die Strömung verbunden. 35 während des Anfahrens und bei geringer Last stabil.The flow flows through all combustion chamber tubes, on the other hand, their tubes are all flowed through in parallel, parallel from the inlet distributors 50 to the distributor 25 and the extension of the distributor over the forced flow 54. From there the flow arrives at the stored circulation on the mentioned heating surfaces distribution manifolds 60, of which one below is considered to be the best temperature conditions for the each side wall of the horizontal train 26 arranged continuous welding of the tubes. So becomes a is. The working fluid flows over the side walls to a solid and rigid construction of the pipe walls with only the ring distributor 62 at the lower end of the lower 30 low stresses achieved. Because the heating flue 28. The ring distributor 62 is the directed flow, the temperature is sub-rectangular The cross-section of the gas duct was decided at the welding point between the combustion chamber trained to speak. The distributor 54 is only small with the and gas guide. As the pipes from below Inlet manifolds 60 and 62 are flowed through via the lines 65 upwards, the flow remains tied together. 35 stable during start-up and at low loads.

Von jedem Eintrittsverteiler 60 ausgehend, kleidet Der überlagerte Umlauf besteht aus der Rückführeine Gruppe von Rohren 64, die den Wärmeaus- leitung 86, deren Eingang mit dem Sammler 70 und tauschabschnitt 66 bilden, die gegenüberliegenden deren Ausgang mit dem Mischbehälter 34 verbunden Seitenwände des Horizontalanzuges 26 aus. Von dem ist. In dieser Leitung sind geeignete Rückschlag- und Ringverteiler 62 ausgehend, kleiden die Rohre 68 40 Sperrventile 88 vorgesehen. Die Leitung 86 und die die vier Wände des senkrechten Heizzuges aus. Die Pumpe 40 bilden ein Rückführsystem, mit dessen Rohre 68, die seine Vorderwand 70 auskleiden, füh- Hilfe das Arbeitsmittel durch den Teil des Durchren nach oben, werden dann abgebogen und folgen laufkreises umgewälzt wird, der die meiste Wärme der unteren Begrenzungswand des Horizontalzuges aufnimmt und auf diese Weise während des Anfahbis etwa in die Mitte, wo sie nach oben quer durch 45 rens und bei geringer Last vor Überhitzung geschützt die Gasführung hindurch zur oberen Begrenzungs- ist.Starting from each entry manifold 60, the superimposed circuit consists of the return line Group of tubes 64, the heat discharge 86, the entrance to the collector 70 and Form exchange section 66, the opposite output connected to the mixing container 34 Side walls of the horizontal suit 26 from. From which is. In this line are suitable non-return and Starting from the ring distributor 62, the pipes 68 cover 40 shut-off valves 88 provided. The line 86 and the the four walls of the vertical heating flue. The pump 40 form a feedback system with which Pipes 68 lining its front wall 70 guide the working fluid through the part of the run upwards, are then bent and follow the circuit that circulates most of the heat the lower boundary wall of the horizontal train and in this way during the approach roughly in the middle, where it rens upwards across 45 rens and is protected from overheating when the load is low the gas flow through to the upper limit is.

wand abgebogen sind. Sie laufen dann an dieser Das Rückführsystem enthält die Rohre der Trennoberen Begrenzungswand rückwärts entlang und sind wand, die der Brennkammerwände und die der Gasschließlich mit dem Sammler 70 verbunden. Die führungswände (s. F i g. 1). Die Strömung in diesem Rohre, die den Horizontalzug 26 durchqueren, lassen 50 Teil des Durchlaufkreises bleibt dadurch oberhalb Öffnungen für die Strömung der Rauchgase. Die eines bestimmten Wertes. Vorzugsweise besitzt die Rohre 64 und 68, die die Seitenwände der Gasfüh- Rückführpumpe konstante Geschwindigkeit und rung auskleiden, sind an ihrem oberen Ende mit den arbeitet automatisch. Das Rückführsystem arbeitet Sammlern 72 verbunden, von denen eine für jede zweckmäßig automatisch unterhalb 60 bis 70% der Seitenwand vorgesehen ist. Diese Sammler 72 sind 55 Vollast.wall are bent. You then run on this. The return system contains the pipes of the separating top Boundary wall backwards along and are wall, that of the combustion chamber walls and that of the gas finally connected to the collector 70. The guide walls (see Fig. 1). The current in this Pipes traversing the horizontal train 26 leave 50 part of the flow circle thus remaining above Openings for the flow of flue gases. Those of a certain value. Preferably has the Pipes 64 and 68, the constant speed and side walls of the gas circulation pump tion lining are at their upper end with the works automatically. The feedback system is working Collectors 72 connected, one of which for each expedient automatically below 60 to 70% of the Side wall is provided. These collectors 72 are 55 full load.

ihrerseits mit dem Sammler 70 über die Leitung 74 In dem Durchlaufkreis des überkritischen Dampfangeschlossen. Die Rohre 68, die in der Rückwand erzeugers ist das Verhältnis der Wärmeaustausch-76 aufwärts führen, sind unmittelbar mit dem Samm- flächen so gewählt, daß die Übergangszone in den ler 70 verbunden. Benachbarte Rohre, die den Hori- Brennkammerwänden angeordnet ist. Da dies die zontalzug 26 und den senkrechten Heizzug 28 aus- 60 Zone höchster spezifischer Wärme im ganzen Kreis kleiden, z. B. die Rohre 64 und 68, sind miteinander ist, sind die Brennkammerrohre auf gleicher Tempeüber die ganze Länge ihrer Gasführung verschweißt. ratur und den kleinsten Spannungen ausgesetzt.
Sie bilden also auch eine gasdichte innere Ausklei- Die Rohre der Trennwand sind beidseitig geheiztin turn connected to the collector 70 via the line 74 in the circulation circuit of the supercritical steam. The tubes 68, which lead upwards in the rear wall generator is the ratio of the heat exchange 76, are selected directly with the collecting surfaces so that the transition zone into the ler 70 is connected. Adjacent tubes, which is arranged on the Hori combustion chamber walls. Since this clothe the zontal train 26 and the vertical heating train 28 from 60 zone of highest specific heat in the whole circle, z. B. the tubes 64 and 68 are to each other, the combustion chamber tubes are welded at the same temperature over the entire length of their gas duct. temperature and the smallest tensions.
They also form a gas-tight inner lining. The pipes of the partition wall are heated on both sides

dung der Gasführung. Zusätzlich sind die Rohre 64, und dadurch gegen Überhitzung geschützt, daß ihr die die Wärmeaustauschfläche 66 bilden und die 65 Strömungsquerschnitt wesentlich kleiner als der der Seitenwände des Horizontalzuges 26 auskleiden, an Rohre 52 der Brennkammerwände ist. Durch die entihrer Berührungslinie mit den Rohren 68 verschweißt. sprechend größere Strömungsgeschwindigkeit sind die Sie sind auch mit den Rohren 52 der Seitenwände der Trennwandrohre ausreichend gekühlt.generation of the gas flow. In addition, the tubes 64, and thereby protected against overheating, that you which form the heat exchange surface 66 and the 65 flow cross-section is significantly smaller than that of the Line the side walls of the horizontal train 26, on tubes 52 of the combustion chamber walls. By the entihrer Line of contact with the tubes 68 welded. They are speaking greater flow velocities They are also adequately cooled with the tubes 52 of the side walls of the partition tubes.

Claims

Patent claims:

1. Supercritical forced circulation steam generator with superimposed forced circulation and with at least two flue gas flues connected one behind the other, the pipe wall sections of which are made of vertically arranged tubes exist, characterized in that the parallel flowed through the combustion chamber walls and the other outer pipe wall sections directly are flowed through one after the other from bottom to top by the working medium and the superimposed Circulation of the working medium thus includes these heating surface sections.

2. Steam generator according to claim 1, characterized in that the individual tubes of the Pipe wall sections are connected in parallel with respect to the working medium.

Considered publications:

British Patent No. 907 192;
Journal »Mitteilungen der Dürrwerke, No. 1, September 1956, pp. 3 to 9;

ίο magazine »Technische Mitteilungen«, issue 2, February 1963;

Journal "Engineering and Boiler House Review" from March 1, 1963, p. 96;

Book by Dolezal, "Durchlaufkessel", 1st edition, Essen, 1962, pp. 92, 95 and 161.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings