DE19717159A1 - Durchlaufdampferzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Durchlaufdampferzeuger mit einem ersten Gaszug, dem heizgasseitig über einen Hori­ zontalgaszug ein zweiter Gaszug nachgeschaltet ist.

In einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung einer An­ zahl von Verdampferrohren, die zusammen die gasdichte Umfas­ sungswand einer Brennkammer bilden, zu einer vollständigen Verdampfung des Strömungsmediums in den Verdampferrohren in einem Durchgang. Das Strömungsmedium - üblicherweise Wasser - wird nach seiner Verdampfung den Verdampferrohren nachge­ schalteten Überhitzerrohren zugeführt und dort überhitzt.

Ein Durchlaufdampferzeuger unterliegt im Gegensatz zu einem Naturumlaufdampferzeuger keiner Druckbegrenzung, so daß Frischdampfdrücke weit über dem kritischen Druck von Wasser (p_krit = 221 bar) - wo es nur noch einen geringen Dichteunter­ schied gibt zwischen flüssigkeitsähnlichem und dampfähnlichem Medium - möglich sind. Ein hoher Frischdampfdruck begünstigt einen hohen thermischen Wirkungsgrad und somit niedrige CO₂-Emissionen eines fossil beheizten Kraftwerks.

Ein derartiger Durchlaufdampferzeuger kann in Einzugbauart oder auch in Zweizugbauart ausgeführt sein. Bei einem Durch­ laufdampferzeuger in Einzugbauart sind üblicherweise Dampfer­ zeugerrohre zur Bildung der Umfassungswand eines einzigen Gaszuges gasdicht miteinander verschweißt, wobei der Gaszug vertikal angeordnet ist. Die die Umfassungswand des Gaszuges bildenden Dampferzeugerrohre umfassen dabei in der Regel so­ wohl Verdampferrohre als auch diesen strömungsmittelseitig nachgeschaltete Überhitzerrohre. In einem unteren Raumbereich oder Befeuerungsbereich des Gaszuges ist üblicherweise eine Brennkammer mit einer Anzahl von Brennern für fossilen Brenn­ stoff vorgesehen.

Bei einem Durchlaufdampferzeuger in Zweizugbauart sind übli­ cherweise ebenfalls Dampferzeugerrohre zur Bildung der Umfas­ sungswand eines vertikal angeordneten ersten Gaszuges gas­ dicht miteinander verschweißt. Bei dieser Bauart ist dem er­ sten Gaszug jedoch heizgasseitig über einen Horizontalgaszug ein zweiter vertikal angeordneter Gaszug nachgeschaltet, des­ sen Umfassungswand ebenfalls von Dampferzeugerrohren gebildet ist, und der vom Heizgas üblicherweise von oben nach unten durchströmt wird.

Bei einem Durchlaufdampferzeuger in Zweizugbauart sind die die Umfassungswand des ersten Gaszuges bildenden Dampferzeu­ gerrohre üblicherweise als Verdampferrohre ausgelegt, wohin­ gegen als Überhitzerrohre ausgelegte Dampferzeugerrohre Teil der Umfassungswand des zweiten Gaszuges und/oder Teil einer Wandheizfläche des Horizontalgaszuges sind. Mit anderen Wor­ ten: die dem Horizontalgaszug und die dem zweiten Gaszug zu­ geordneten Dampferzeugerrohre sind den dem ersten Gaszug zu­ geordneten Dampferzeugerrohren strömungsmediumsseitig übli­ cherweise nachgeschaltet. Dazu münden die dem ersten Gaszug zugeordneten Dampferzeugerrohre ausgangsseitig in einen ihnen gemeinsamen Austrittssammler, dem über eine Wasser-Dampf- Trenneinrichtung und über eine Anzahl von im Horizontalgaszug angeordneten Heizflächen ein Eintrittssammler für die dem zweiten Gaszug zugeordneten Dampferzeugerrohre nachgeschaltet ist.

Ein Durchlaufdampferzeuger in Zweizugbauart unterscheidet sich von einem Durchlaufdampferzeuger in Einzugbauart in ei­ ner Anzahl von Auslegungsparametern. Beispielsweise weist ein Durchlaufdampferzeuger in Zweizugbauart im Vergleich zu einem Durchlaufdampferzeuger in Einzugbauart üblicherweise eine niedrigere Bauhöhe auf. Eine niedrige Bauhöhe bedingt übli­ cherweise insbesondere einen vergleichsweise geringen Her­ stellungs- und Zeitaufwand bei der Montage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in Zweizug­ bauart ausgeführten Durchlaufdampferzeuger anzugeben, der mit besonders geringem Herstellungs- und Montageaufwand erricht­ bar ist.

Bezüglich eines Durchlaufdampferzeugers der obengenannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem einer inner­ halb des ersten Gaszuges in einem Strahlraumbereich angeord­ neten, von einer Anzahl von für die Durchströmung eines Strö­ mungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohren gebil­ deten Schottheizfläche strömungsmediumsseitig eine ebenfalls im Strahlraumbereich angeordnete weitere Schottheizfläche nachgeschaltet ist.

Unter Schottheizfläche ist dabei eine Anzahl von für den Durchfluß des Strömungsmediums parallel geschalteten, in ei­ nen gemeinsamen Eintritts- und in einen gemeinsamen Aus­ trittssammler mündenden Dampferzeugerrohren zu verstehen, wo­ bei die Dampferzeugerrohre dicht nebeneinander in einer Ebene liegen und somit eine Anzahl von plattenartigen Heizflächen bilden, die innerhalb des Gaszuges aufgehängt sind.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß ein für besonders geringen Herstellungs- und Montageaufwand ausgeleg­ ter Durchlaufdampferzeuger ohne aufwendige Konstruktion eine auch für eine Ausführung in Zweizugbauart besonders geringe Bauhöhe aufweisen sollte. Eine geringe Bauhöhe ist erreich­ bar, indem ein Teil der üblicherweise durch in die Umfas­ sungswand des ersten Gaszuges integrierte Dampferzeugerrohre gebildeten Heizflächen in einen Innenbereich des ersten Gas­ zuges verlagert ist. Der Durchlaufdampferzeuger sollte dabei derart ausgelegt sein, daß bei seinem Betrieb eine Beein­ trächtigung der Verbrennung des fossilen Brennstoffes in der Brennkammer aufgrund von Einbauten im ersten Gaszug weitge­ hend vermieden ist. Dazu sollte der in den Innenbereich des ersten Gaszuges verlagerte Teil der Heizflächen hinsichtlich seiner räumlichen Anordnung innerhalb des ersten Gaszuges an die Flamme anpaßbar sein.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Für eine besonders günstige Anpassung der räumlichen Anord­ nung der Heizflächen im Innenbereich des ersten Gaszuges an die Flamme in der Brennkammer weist die Schottheizfläche vor­ teilhafterweise eine im Vergleich zur weiteren Schottheizflä­ che größere vertikale Ausdehnung oder Länge auf. Durch eine derartige Anordnung ist die Anzahl der Dampferzeugerrohre in einem Bereich in der Nähe der Flamme geringer als in einem von der Flamme weiter entfernten Bereich. Somit ist die Flamme einerseits aufgrund der Einbauten im Innenbereich des ersten Gaszuges nur geringfügig beeinträchtigt, wobei ande­ rerseits im Strahlraum oberhalb der Flamme eine besonders große Heizfläche für eine besonders effektive Kühlung des den Verbrennungsbereich des ersten Gaszuges verlassenden Heizga­ ses zur Verfügung steht.

Um eine unerwünschte Verschmutzung der Schottheizfläche im Bereich besonders hoher Heizgastemperatur, beispielsweise aufgrund von Ascheansatz, besonders gering zu halten, sind zweckmäßigerweise die die Schottheizfläche bildenden Dampfer­ zeugerrohre teilweise oder vollständig miteinander zu einer Membranwand verbunden. Dazu ist vorteilhafterweise jedes Dampferzeugerrohr der Schottheizfläche über jeweils einen Steg mit jedem ihm benachbarten Dampferzeugerrohr der Schott­ heizfläche verbunden, insbesondere verschweißt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonde­ re darin, daß durch die der Schottheizfläche strömungsmedi­ umsseitig nachgeschaltete und heizgasseitig parallel geschal­ tete weitere Schottheizfläche die räumliche Anordnung von Einbauten innerhalb des ersten Gaszuges besonders flexibel ist. Die Einbauten sind somit bereits bei der Auslegung des Durchlaufdampferzeugers besonders gut an die Flamme in der Brennkammer anpaßbar. Die Bauhöhe des Durchlaufdampferzeugers kann somit besonders gering gehalten sein, ohne daß die Flamme in der Brennkammer durch Einbauten nennenswert beein­ trächtigt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Durchlaufdampferzeuger in Zweizug­ bauart in Seitenansicht, und

Fig. 2 schematisch den Durchlaufdampferzeuger gemäß Fig. 1 in Frontansicht.

Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugs­ zeichen versehen.

Der Durchlaufdampferzeuger 1 gemäß den Fig. 1, 2 umfaßt eine Anzahl von Brennern 2 für einen fossilen Brennstoff, die in Fig. 1 anhand ihrer Hauptachsen und in Fig. 2 durch Kreise schematisch dargestellt sind. Die Brenner 2 sind in einer Brennkammer 4 angeordnet, die durch einen unteren Teil der Umfassungswand 6 eines vertikal angeordneten ersten Gas­ zugs 8 gebildet ist. Die Umfassungswand 6 geht am Unterende des durch sie gebildeten ersten Gaszugs 8 in einen trichter­ förmigen Boden 10 über.

Der Durchlaufdampferzeuger 1 ist in Zweizugbauart ausgeführt. Dazu ist dem ersten Gaszug 8 für aus der Verbrennung des fos­ silen Brennstoffs entstehendes Heizgas über einen Horizontal­ gaszug 12 ein zweiter Gaszug 14 nachgeschaltet. Der zweite Gaszug 14 ist dabei ebenfalls vertikal angeordnet.

Die Umfassungswand 6 des ersten Gaszugs 8 ist aus nicht näher dargestellten Dampferzeugerrohren aufgebaut, die an ihren Längsseiten gasdicht miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt, sind. In analoger Bauweise ist die Umfassungs­ wand 18 des zweiten Gaszugs 14 ebenfalls aus nicht näher dar­ gestellten Dampferzeugerrohren aufgebaut, die an ihren Längs­ seiten gasdicht miteinander verbunden sind. Der Horizontal­ gaszug 12 wiederum umfaßt eine Anzahl von nicht näher darge­ stellten Dampferzeugerrohren, die zu in seinen ebenfalls gas­ dicht ausgeführten Umfassungswänden angeordneten Heizflächen zusammengefaßt sind.

Die in einem unteren Raumbereich die Umfassungswand 6 des er­ sten Gaszugs 8 bildenden Dampferzeugerrohre sind als Verdam­ pferrohre ausgelegt und zu einer Anzahl von Verdampferheiz­ flächen zusammengefaßt, von denen jede Teil der Umfassungs­ wand 6 des ersten Gaszugs 8 ist. Die Dampferzeugerrohre jeder Verdampferheizfläche sind für den Durchfluß von Wasser als Strömungsmedium parallel geschaltet und sind mit ihren Ein­ trittsenden an einen (nicht dargestellten) gemeinsamen Ein­ trittssammler und mit ihren Austrittsenden an einen (nicht dargestellten) gemeinsamen Austrittssammler angeschlossen.

Dem den die Verdampferheizfläche bildenden Dampferzeugerroh­ ren zugeordneten Austrittssammler ist strömungsmediumsseitig eine Anzahl von Schottheizflächen 20 nachgeschaltet. Jede Schottheizfläche 20 umfaßt in nicht näher dargestellter Weise eine Anzahl von für den Durchfluß des Strömungsmediums paral­ lel geschalteten Dampferzeugerrohren. Die eine Schottheizflä­ che 20 bildenden Dampferzeugerrohre sind miteinander zu einer Membranwand verbunden. Dazu ist jedes Dampferzeugerrohr der jeweiligen Schottheizfläche 20 über jeweils einen Steg mit jedem ihm benachbarten Dampferzeugerrohr derselben Schott­ heizfläche 20 verschweißt. Die Dampferzeugerrohre jeder Schottheizfläche 20 sind eingangsseitig mit einem ihnen ge­ meinsamen, der jeweiligen Schottheizfläche 20 zugeordneten Eintrittssammler 22 verbunden und münden ausgangsseitig in einen gemeinsamen, der jeweiligen Schottheizfläche 20 zuge­ ordneten Austrittssammler 24.

Die Schottheizflächen 20 sind für den Durchfluß des Strö­ mungsmediums parallel geschaltet. Die jeweils einer Schott­ heizfläche 20 zugeordneten Dampferzeugerrohre sind dabei dicht nebeneinander in einer Ebene liegend angeordnet und bilden somit als Schottheizfläche 20 jeweils eine plattenar­ tige Heizfläche. Die so gebildeten plattenartigen Heizflächen sind innerhalb des ersten Gaszuges 8 aufgehängt.

Den für den Durchfluß des Strömungsmediums parallel geschal­ teten Schottheizflächen 20 ist strömungsmediumsseitig eine Anzahl von weiteren Schottheizflächen 30 nachgeschaltet. Jede weitere Schottheizfläche 30 umfaßt ebenfalls in nicht näher dargestellter Weise eine Anzahl von für den Durchfluß des Strömungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohren. Die Dampferzeugerrohre jeder weiteren Schottheizfläche 30 sind eingangsseitig mit einem ihnen gemeinsamen, der jeweili­ gen weiteren Schottheizfläche 30 zugeordneten Eintrittssamm­ ler 32 verbunden und münden ausgangsseitig in einen gemeinsa­ men, der jeweiligen weiteren Schottheizfläche 30 zugeordneten Austrittssammler 34.

Die weiteren Schottheizflächen 30 sind für den Durchfluß des Strömungsmediums parallel geschaltet. Die weiteren Schott­ heizflächen 30 sind gemeinsam mit den ihnen strömungsmediums­ seitig vorgeschalteten Schottheizflächen 20 im Strahlraumbe­ reich 26 innerhalb des ersten Gaszuges 8 aufgehängt. Mit an­ deren Worten: die weiteren Schottheizflächen 30 sind den Schottheizflächen 20 strömungsmediumsseitig nachgeschaltet, zu ihnen aber heizgasseitig parallel geschaltet.

Die Schottheizflächen 20 weisen jeweils eine im Vergleich zu den weiteren Schottheizflächen 30 größere vertikale Ausdeh­ nung oder Länge auf. Mit anderen Worten: die Schottheizflä­ chen 20 ragen im Vergleich zu den weiteren Schottheizflächen 30 weiter in den Bereich der Brennkammer 4. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, ist durch diese Dimensionierung der Schottheizflächen 20 und der weiteren Schottheizflächen 30 die Anzahl der Dampferzeugerrohre in einem Bereich 36 in der Nähe der Brennkammer 4 geringer als in einem von der Brenn­ kammer 4 weiter entfernten Bereich 38 des Strahlraumes 26.

Durch die den Schottheizflächen 20 strömungsmediumsseitig nachgeschalteten, ihnen aber heizgasseitig parallel geschal­ teten weiteren Schottheizflächen 30 ist die räumliche Anord­ nung von Einbauten innerhalb des ersten Gaszuges 8 des Durch­ laufdampferzeugers 1 besonders flexibel. Die Einbauten sind somit bereits bei der Auslegung des Durchlaufdampferzeugers 1 besonders gut an die bei seinem Betrieb in der Brennkammer 4 vorhandene Flamme anpaßbar. Die Schottheizflächen 20 und die weiteren Schottheizflächen 30 sind dabei für einen besonders günstigen Wärmetransport vom Heizgas auf das Strömungsmedium ausgelegt, ohne daß die Flamme in der Brennkammer 4 durch Einbauten nennenswert beeinträchtigt ist. Der Durchlaufdampf­ erzeuger 1 kann somit in einer besonders geringen Bauhöhe ausgeführt sein.

Durch die Zusammenfassung der jeweils eine Schottheizfläche 20 bildenden Dampferzeugerrohre zu jeweils einer Membranwand vorzugsweise im Bereich 36 ist zudem eine unerwünschte Ver­ schmutzung der jeweiligen Schottheizfläche 20 im Bereich be­ sonders hoher Heizgastemperatur, beispielsweise aufgrund von Ascheansatz, besonders gering.

Claims (3)

1. Durchlaufdampferzeuger (1) mit einem ersten Gaszug (8), dem heizgasseitig über einen Horizontalgaszug (12) ein zwei­ ter Gaszug (14) nachgeschaltet ist, wobei einer innerhalb des ersten Gaszuges (8) in einem Strahlraumbereich (26) angeord­ neten, von einer Anzahl von für die Durchströmung eines Strö­ mungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohren gebil­ deten Schottheizfläche (20) strömungsmediumsseitig eine eben­ falls im Strahlraumbereich (26) angeordnete weitere Schott­ heizfläche (30) nachgeschaltet ist.

2. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 1, bei dem die Schottheizfläche (20) eine im Vergleich zur weiteren Schott­ heizfläche (30) größere vertikale Länge aufweist.

3. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jedes Dampferzeugerrohr der Schottheizfläche (20) über je­ weils einen Steg mit jedem ihm benachbarten Dampferzeugerrohr der Schottheizfläche (20) verbunden ist.