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Abhitzedampferzeuger
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Die Erfindung betrifft einen Abhitzedampferzeuger, insbesondere zur
Nutzung der im Abgas von Gasturbinen enthaltenen Wärme.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abhitzedampferzeuger
zu schaffen, der bei geringen Investitionskosten eine einfache Anpassung an Teillastbetrieb
ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass mindestens
über einen Teil der vom Abgas durchströmten Länge des Dampferzeugers zwei gasseitig
parallelgeschaltete, arbeitsmittelfunrende Heizflächen aufweisende Züge vorgesehen
sind und dass der Dampferzeuger eine erste Zusatzfeuerung und eine zweite, unabhängig
von der ersten betreibbare Zusatzfeuerung aufweist, wobei die erste Zusatzfeuerung
in einem der beiden Züge angeordnet und so ausgelegt istç dass sie den in diesen
Zug eintretenden Gasstrom auf mehr als 9000 C erhitzt, und wobei die zweite, zwischen
dem Eintritt des Abgases in den Dampferzeuger uns der Heizfläche des anderen Zuges
angeordnete Zusatzfeuerung so ausgelegt ists dass sie mindestens einen Teil des
in den Dampferzeuger eintretenden Abgasstromes auf weniger als 9C00 C erhitzt.
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Durch die Untertellung in zwei gasseitig parallelgeschaltete Züge
sowie
das Vorsehen an zwei unabhängig voneinander betreibbaren Zusatzfeuerungen wird eine
gute Anpassungsfähigkeit des Athitzedampferzeugers an verschiedene Lasten ermöglicht,
indem durch Beeinflussen der Zusatzfeuerungen der Wärmeelnfall auf die in den beiden
Zügen angeordneten Heizflächen in einfacher Weise variiert werden kann. Die zweite
Zusatzfeuerung kann dabei nahe dem Eintritt in den anderen Zug angeordnet sein,
wodurch die von dieser Feuerung ausgehende Erhitzung sich nur auf den den anderen
Zug durchströmenden Gasstrom auswirkt. Im allgemeinen ist es jedoch vorteilhafter,
die zweite Zusatzfeuerung am Eintritt des Abgases in den Dampferzeuger anzuordnen,
so dass der gesamte Abgasstrom von dieser Feuerung erhitzt wird.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Zug,
in dem die erste Zusatzfeuerung angeordnet ist, von einer eine Wandberohrung bildenden
Verdampferheizfläche begrenzt und der andere Zug weist im wesentlichen nur durch
Berührung beheizte Ueberhitzerheizflächen auf. Hierdurch ergibt sich eine gute thermische
Ausnützung des Werkstoffs fiir die Heizflächen, weil ein Teil der Wandberohrung
zugleich die Trennwand zwischen den beiden Zügen bildet und dementsprechend von
beiden Seiten beheizt wird. Dies bringt nicht nur eine Vergrösserung der wirksamen
IWårmeübertragungsflche mit sich, sondern es werden gleichzeitig auch die Wärmespannungen
in der Wandberohrung verringert.
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Ein Ausführungsceispiel der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung
anhand der Zeichnung näher erläutert, die in schematischer Darstellung einen Abhitzedampferzeuger
gemäss der Erfindung zeigt.
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Gemäss dem in der Zeichnung dargestellten A'Jsführungsbeispiel wird
der als Ganzes mit 11 bezeichnete Abhitzedampferzeuger vom Abgas einer Gasturbinengruppe
beheizt, die aus einem Verdichter 1, einer Gasturbinenbrennkammer 2 und einer Gasturbine
5 besteht, die über eine Welle 4 mit dem Verdichter 1 und einem elektrischen Generator
3 gekuppelt ist. Der Austritt der Gasturbine 5 ist über einen den Eintritt des Dampferzeugers
11 bildenden Verbindungskanal 10 mit einem Gehäuse 12 des Danipferzeugers verbunden,
das im Grundriss rechteckig ist und verschiedene Heizflächen aufweist.
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In dem an den Verbindungskanal 10 anschliessenden Teil des Gehäuses
12 ist der Dampferzeuger in zwei gasseitig parallelgeschaltete Züge 15 und 16 unterteilt.
Der Zug 15 wird von einer schachtartigen Wandberohrung 14 begrenzt, die aus ansteigend
geführten und über Stege gasdicht miteinander verschweissten Rohren gebildet ist,
die, von einem im Grundriss quadratischen Sammler 39 ausgehen, sich um den Zug 15
hochwinden und in einen im Grundriss ebenfalls quadratischen Sammler 40 münden.
Die in der Zeichnung linke Wand der Wandberohrung 14 bildet zugleich die Trennwand
zum benachbarten Zug 16, der auf seinen drei übrigen Seiten vom Gehäuse 12 begrenzt
ist. Im Zug 15 ist eine erste Zusatzfeuerung 25 angeordnet, die so ausgelegt ist,
dass sie das in den Zug 15 eintretende Gas auf mehr als 9000 C erhitzt. Eine zweite
Zusatzfeuerung 26 ist im Verbindungskanal 10 vorgesehen, die so ausgelegt ist, dass
sie den gesamten aus der Gasturbine 5 austretenden Abgasstrom auf weiniger als 9000
C erhitzt. Soweit ist wendig können die e.p-nnde des Kanals 10 und gegebenenfalls
die den Zug 16 begrenzenden wände des Gehäuses 12 innen mit einem feuerfesten
Werkstoff
bekleidet sein.
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Anschliessend an die beiden Züge 15 und 16 bildet der Dampferzeuger
11 einen gemeinsamen Zug 17, an dem eine Gasaustrittsleitung 20 angeschlossen ist,
die zu einem Kamin führt. Im gemeinsamen Zug 17 ist in der Zeichnung zuoberst ein
aus Rohrschlangen gebildeter Speisewasservorwärmer 30 vorgesehen, der an nicht gezeichneten
Mitteln im Gehäuse 12 aufgehängt ist. Der Austritt des Speisewasservorwärmere 30
mündet in einen Speisewasserbehalter 31, der in bekannter, nicht naher dargestellter
Weise zugleich als Entgaser ausgebildet ist. Das Speisewasser aus dem Behälter 31
wird mittels einer Speisepumpe 32 einer Ekonomiserheizfläche 33 zugeführt, die ebenfalls
aus Rohrschlangen gebildet ist und in der Zeichnung unterhalb des Speisewasservorwärmers
30 im Gehäuse 12 aufgehängt ist. Die Ekonomiserheizfläche 33 mündet in eine Dampf/Wasserstrcmmel
36, der das zu verdampfende Wasser mittels einer Umwälzpumpe 38 entnommen und dem
Sammler 39 der Wandberohrung 14 zugeführt wird. Die den Zug 15 begrenzende Wandberohrung
14 bildet somit eine erste «erdampferheizfläches deren in der Zeichnung unterer
Teil durch die erste Zusatzfeuerung 25 durch Strahlung beheizt wird. Am Sammler
40 der Wandberohrung 14 ist eine zweite Verdampferheizfläche 42 angeschlossen, die
aus mehreren Rohrschlangen besteht und im Zug 15 angeordnet ist. Der Austritt der
zweiten Verdampferheizfläche 42 mündet in eine dritte Verdampferheizfläche 45, die
im gemeinsamen Zug 17 zwischen der Ekonomlserheizfläche 33 und dem Austritt der
beiden Züge 15 und 16 angeordnet ist. Sie besteht ebenfalls aus mehreren Rohrschlangen
und mündet in die Dampf/Wassertrommel 36. Am Dampfraum der
Trommel
36 ist eine aus Rohrschlangen bestehende Vorüberhitzerheizfläche 51 angeschlossen,
die im Zug 15 oberhalb der zweiten Verdampferheizfläche 42 angeordnet ist und an
die sich eine Endüberhitzerheizfläche 55 anschliesst, die ebenfalls aus Rohrschiangen
besteht, jedoch im Zug 16 angeordnet ist. Der in der Endüterhitzerheizfläche 55
gebildete Frischdampf wird über eine Frischdampfleitung 60 zu einer nicht dargestellten
Dampfturbine geleitet. Die Heizflächen 45, 55, 51 und 42 sowie die Wandberohrung
14 sind wie die Heizflächen 30 und 33 im Gehäuse 12 des Dampferzeugers aufgehängt.
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Zur Versorgung der ersten und der zweiten Zusatzfeuerung 25 und 26
mit Brennstoff ist eine Pumpe 70 vorgesehen, die saugseitig mit einem nicht dargestellten
Brennstoffvorratsbehälter und druckseitig über Leitungen 71 und 72 mit der Zusatzfeuerung
25 bzw.
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26 verbunden ist. In der Leitung 71 ist zum Einstellen der der Zusatzfeuerung
25 zuströmendenBrennstoffmenge ein Ventil 73 vorgesehen, das über einen Stellmotor
mit einem Regler 83 verbunden ist. Der Istwerteingang des Reglers 83 ist über eine
Signalleitung 85 mit einem an der Frischdampfleitung 60 angeschlossenen Druckfühler
82 verbunden. Der Sollwert für den Frischdampfdruck wird dem Regler 83 über eine
Signalleitung 84 zugeführt.
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Zum Einstellen der der Zusatzfeuerung 26 zuströmenden Brennstoffmenge
ist in der Leitung 72 ein Ventil 74 angeordnet, das über einen Stellmotor mit einem
Regler 90 verbunden ist. Als Istwert wird dem Regler 90 entweder die Temperatur
des Frischdampfes in der Leitung 60 - gemessen mittels eines Temperaturfühlers 92
- oder eine
Gastemperatur im Zug 16 - gemessen mittels eines Temperaturfühlers
91 - zugeführt. Der Sollwert für die betreffende Temperatur gelangt über eine Signalleitung
93 zum Regler 90. Es ist auch möglich, beide Temperaturfühler 91 und 92 gleichzeitig
auf den Regler 90 wirken zu lassen, wobei dann eine der beiden Messgrössen als Störgrösse
aufgeschaltet wird.
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Als Verbrennungsluft wird der ersten und der zweiten Zusatzfeuerung
25 und 26 Gas aus dem Dampferzeuger 11 zugeführt, das noch einen ausreichenden Sauerstoffgehalt
besitzt und dem Dampferzeuger an der Stelle 18 entnommen wird, wo es teilweise abgekühlt
ist. Das Fördern des Gases von der Entnahmestelle 18 zu den Feuerungen geschieht
mittels eines Gebläses 67, auf dessen Druckseite eine Leitung 75 angeschlossen ist,
die sich in eine zur Zusatzfeuerung 25 führende Leitung 76 und eine zur Zusatzfeuerung
26 führende Leitung 77 gabelt. An der Gabelstelle der Leitung 75 ist ein klappenförmiges
Verteilorgan 95 vorgesehen, das durch entsprechendes Verstellen die in den Leitungen
76 und 77 strömenden Gasmengen in das richtige Verhältnis bringt. Durch Beeinflussen
der Drehzahl des Gebläses 67 wird die in den Feuerungen 25 und 26 benötigte gesamte
Gasmenge eingestellt.
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Ein weiteres klappenförmiges Verteilorgan 35 ist im Verbindungskanal
10 vorgesehen; mit Hilfe des Organs 35 kann der zum Zug 15 strömende Teil des Gases
bis auf 0 verringert werden.
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Im Betrieb des Dampferzeugers werden die Abgase aus der Gasturbine
5 durch die zweite Zusatzfeuerung 26 auf beispielsweise
8000 C
erhitzt. Das so erhitzte Gas verteilt sich entsprechend der Stellung des Verteilorgans
35 auf die beiden Züge 15 und 16.
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Durch Wärmeabgabe von dem im Zug 16 strömenden Gas an die Endüberhitzerheizfläche
55 stellt sich am Austritt dieser Heizfläche eine Frischdampftemperatur von etwa
5300 C ein, durch die ein hoher Damprturbinenwirkungsgrad erreicht wird. Der in
den Zug 15 eintretende Teilstrom des Gases wird mit Hilfe der ersten Zusatzfeuerung
25 auf einen über 9000 C liegenden Wert erhitzt, wobei die warme an die Wandberohrung
14 im wesentlichen durch Flammenstrahlung sowie an die zweite Verdampferheizfläche
42 und die Vorüberhitzerheizfläche 51 im wesentlichen durch Berührung übertragen
wird. Am Eintritt des Gases in die zweite Verdampferheizfläche 42 hat das Gas eine
Temperatur von rund 9000 C. Durch die Abkühlung an den Heizflächen 42 und 51 wird
am Ende des Zuges 15 eine Gastemperatur erreicht, die etwa gleich derjenigen am
Ende des Zuges 16 ist, so dass die beiden Gasströme mit etwa gleicher Temperatur
in den gemeinsamen Zug 17 eintreten, wo ihnen weitere Wärme durch die Heizflächen
45, 33 und 30 entzogen wird.
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Wird die Leistung der Gasturbine 5 verringert, so sinkt die Gastemperatur
am Austritt der Gasturbine, während die austretende Gasmenge praktisch gleich bleibt.
Wird dabei der über die Signalleitung 93 dem Regler 90 zugeführte Sollwert konstant
gehalten, so wird infolge der anfänglichen Temperaturabsenkung an den Fühlern 91
und/oder 92 die Brennstoffzufuhr zur zweiten Zusatzfeuerung 26 erhöht. Damit wird
die verringerte Temperatur des aus der Gasturbine 5 austretenden Gases kompensiert.
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Geht der Verbrauch an Frischdampf zurück, was zu einem vorübergehenden
Anstieg des Frischdampfdruckes führt, so wird infolge dieses erhöhten Druckes über
den Regler 83 die Brennstoffzufuhr zur ersten Zusatzfeuerung 25 verringert. Diese
Verringerung der Brennstoffzufuhr bewirkt eine Verringerung der erzeugten Dampfmenge
und damit eine vorübergehende Erhöhung der Frischdampftemperatur, was Ueber den
Regler 90 zu einer Verringerung der Brennstoffzufuhr zur zweiten Zusatzfeuerung
26 führt.
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Abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich,
die zweite Zusatzfeuerung 26 nahe dem Eintritt des Zuges 16 anzuordnen, so dass
diese Feuerung dann nur einen Teil der aus der Gasturbine 5 austretenden Gasmenge
erhitzt, während der andere Teil direkt in den Zug 15 gelangt. Ausserdem kann sich
an die in der Zeichnung linke Wand der Wandberohrung 14 eine den gemeinsamen Zug
17 unterteilende Trennwand anschliessen, so dass dann zwei über die Länge des Dampferzeugers
sich erstreckende Züge vorhanden sind. Die im Verbindungskanal 10 angeordnete zweite
Feuerung 26 kann als sogenannter Kalalbrenner ausgebildet sein.
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L e e r s e i t e