DE2621340B2

DE2621340B2 - Abhitzedampferzeuger

Info

Publication number: DE2621340B2
Application number: DE19762621340
Authority: DE
Inventors: Emile Dipl.-Ing. Winterthur Aguet (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1976-05-05
Filing date: 1976-05-14
Publication date: 1978-03-02
Also published as: NL168601C; DE2621340A1; DE2621340C3; NL7605794A; CH608876A5

Description

Die Erfindung betrifft einen Abhitzedampferzeuger, insbesondere zur Nutzung der im Abgas von Gasturbinen enthaltenen Wärme, mit zwei gasseitig parallelgeschalteten, sich über mindestens einen Teil der vom Abgas durchströmten Länge des Dampferzeugers erstreckenden, arbeitsmittelführende Heizflächen aufweisenden Zügen, wobei zwischen dem Eintritt des Abgases in den Dampferzeuger und der Heizfläche des einen Zuges eine Zusatzfeuerung vorgesehen ist, die so ausgelegt ist, daß sie mindestens den in diesen Zug eintretenden Abgasstrom auf weniger als 900° C erhitzt, und wobei die in diesem Zug vom Gasstrom zuerst beaufschlagte Heizfläche die Endüberhitzerheizfläche des Dampferzeugers ist.

Ein solcher Abhitzedampferzeuger ist aus der DE-AS 11 93 063 bekannt. Bei diesem Dampferzeuger ist der die Endüberhitzerheizfläche enthaltende Zug von einer ungekühlten Wand umgeben, wodurch die Wärmeabgabe der ersten Zusatzfeuerung an das die Heizflächen dieses Zuges durchströmende Arbeitsmittel nach oben begrenzt ist. Der Dampferzeuger hat deshalb den Nachteil, daß bei Betrieb mit Abgas einer Gasturbine ein Absinken der Gasturbinenleistung eine Veränderung der Dampfproduktion zur Folge hat, die trotz der Zusatzfeuerung nicht ausgeglichen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Abhitzedampferzeuger der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß mit relativ geringem Aufwand an Investitionskosten auch bei Absinken der im Abgasstrom enthaltenen Wärmemenge eine gleichbleibende Dampfproduktion aufrechterhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem anderen Zug, dem höchstens 50% des in dem, Abgasdampferzeuger eintretenden Abgasstromes zugeführt wird, eine zweite, unabhängig von der erstgenannten betreibbare Zusatzfeuerung angeordnet ist, die so ausgelegt ist, daß sie den in diesen Zug eintretenden Gasstrom auf mehr als 900° C erhitzt, und daß der andere Zug durch eine die Wandberohrung einer Brennkammer für die zweite Zusatzfeuerung bildende Verdampferheizfläche vom erstgenannten Zug getrennt ist.

Durch das Vorsehen einer zweiten Zusatzfeuerung im anderen Zug, die unabhängig von der erstgenannten Zusatzfeuerung betreibbar ist, läßt sich auch bei absinkender Wärmemenge des in den Dampferzeuger eintretenden Abgases eine gleichmäßige Dampfproduktion aufrechterhalten, weil die zweite Zusatzfeuerung mit ihrer höheren Wärmeleistung unmittelbar auf die Verdampferheizfläche in Form der Brennkammerwandberohrung einwirkt. Wegen dieser Ausbildung besteht trotz der höheren Wärmeleistung der zweiten Zusatzfeuerung keine Überhitzungsgefahr für das Dampferzeugergehäuse. Vorteilhaft ist auch, daß die Wandberohrung mindestens in ihrem dem erstgenannten Zug

zugewendeten Abschnitt auch von dem diesen Zug durchströmenden Gas beheizt wird. Der neue Dampferzeuger hat also einen großen Regelbereich und eine noch bessere Anpassungsfähigkeit in verschiedene Betriebsbedingungen als der bekannte Dampferzeuger. Die erste Zusatzfeuerung kann nahe dem Eintritt in den erstgenannten Zug angeordnet sein, wodurch die von dieser Feuerung ausgehende Erhitzung sich nur auf den diesen Zug passierenden Gasstrom auswirkt. Im allgemeinen ist es jedoch vorteilhafter, die erste Zusatzfeuerung am Eintritt des Abgases in den Dampferzeuger anzuordnen, so daß der gesamte Abgasstrom von dieser Feuerung erhitzt wird.

Aus der CH-PS 5 39 775 ist bei einer Dampfkraftanlage mit befeuertem Dampferzeuger und Gasturbinengruppen bekannt, im Bereich der Feuerung eine als Wandbohrung ausgebildete Verdampferheizfläche anzuordnen, wobei der Feuerung aus der Gasturbinengruppe kommendes Abgas als Sauerstofwräger zugeführt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert, die in schematischer Darstellung einen Abhitzedampferzeuger gemäß der Erfindung zeigt.

Gemäß dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel 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 Dampferzeugers verbunden, das im Grundriß rechteckig ist und verschiedene Heizflächen aufweist

In dem an de'n 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 Wandbohrung 14 begrenzt, die aus ansteigend geführten und über Stege gasdicht miteinander verschweißten Rohren gebildet ist, die, von einem in Grundriß quadratischen Sammler 39 ausgehend, sich um den Zug 15 hochwinden und in einen im Grundriß ebenfalls quadratischen Sammler 40 münden. Die in der Zeichnung linke Wand der Wandbohrung 14 bildet zugleich die Trennwand zum benachbarten Zug 16, der auf seinen drei übrigen Seiten vom Gehäuse 12 begrenzt ist Eine erste Zusatzfeuerung 26 ist im Verbindungskanal 10 vorgesehen, die so ausgelegt ist, daß sie den gesamten aus der Gasturbine 5 austretenden Abgasstrom auf weniger als 900° C erhitzt Eine zweite Zusatzfeuerung 25 ijt im Zug 15 angeordnet und so ausgelegt, daß sie das in den Zug 15 eintretende Gas auf mehr als 900° C erhitzt. Soweit notwendig können die Wände des Kanals 10 und gegebenenfalls die den Zug 16 begrenzenden Wände des Gehäuses 12 innen mit einem feuerfesten Werkstoff bekleidet sein.

Anschließend an die beiden Züge 15 und 16 bildet der M) 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 ι™ gezeichneten Mitteln im Gehäuse 12 aufgehängt ist. Der Austritt des Speisewasservorwärmers 30 mündet in einen SDeisewasserbehälter 31. der in bekannter, nicht näher 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/Wassertrommel 36, der das zu verdampfende Wasser mitteils einer Umwälzpumpe 38 entnommen und dem Sammler 39 der Wandberohrung 14 zugeführt wird. Die den Zug 15 begrenzende Wandberohrung 14 bildet somit eine erste Verdampferheizfläche, deren in der Zeichnung unterer Teil durch die zweite 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 Ekonomiserheizfläche 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 Rohrschlangen besteht, jedoch im Zug 16 angeordnet ist Der in der Endüberhitzerheizfläche 55 gebildete Frischdampf wird über eine Frischdampfleitung 60 zu einer nicht dargestellten Dampfturbine geleitet. Die Heizfläche 45,55,51 und 42 sowie die Wandberohrung 14 sind wie die Heizflächen 30 und 33 im Gehäuse 12 des Dampferzeugers aufgehängt.

Zur Versorgung der ersten und der zweiten Zusatzfeuerung 26 und 25 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. 26 verbunden ist. In der Leitung 71 ist zum Einstellen der der Zusatzfeuerung 25 zuströmenden Brennstoffmenge 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.

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.

Ais Verbrennungsluft wird der ersten und der zweiten Zusatzfeuerung 26 und 25 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 ι ο gesamte Gasmenge eingestellt.

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. '

Im Betrieb des Dampferzeugers werden die Abgase aus der Gasturbine 5 durch die erste Zusatzfeuerung 26 auf beispielsweise 800⁰C erhitzt. Das so erhitzte Gas verteilt sich entsprechend der Stellung des Verteilorgans 35 auf die beiden Züge 15 und 16. Durch Wärmeabgabe von dem im Zug 16 strömenden Gas an die Endüberhitzc-rheizfläche 55 stellt sich am Austritt dieser Heizfläche eine Frischdampftemperatur von etwa 530⁰C ein, durch die ein hoher Dampfturbinenwirkungsgrad erreicht wird. Der in den Zug 15 eintretende Teilstrom des Gases wird mit Hilfe der zweiten Zusatzfeuerung 25 auf einen über 900° C liegenden Wert erhitzt, wobei die Wärme an die Wandberohrung 14 im wesentlichen durch Flammenstrahlung sowie an die zweite Verdampferheizfläche 42 und die Vorüberhitzerheizfläche 51 im wesentlichen durch Beiührung übertragen wird. Am Eintritt des Gases in die zweite Verdampferheizfläche 42 hat das Gas eine Temperatur von rund 900⁰C. Durch die Abkühlung an den Heizflächen 42 und 51 wird am Ende des Zuges 15 eine J5 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.

Wird die Leistung der Gasturbine 5 verringert, se sinkt die Gastemperatur am Ausstritt der Gasturbine während die austretende Gasmenge praktisch gleich bleibt. Wird dabei der über die Signalleitung 93 dem Regler 90 zugeführte Sollwert konstant gehalten, se wird infolge der anfänglichen Temperaturabsenkung an den Fühlern 91 und/oder 92 die Brennstoffzufuhr zur ersten Zusatzfeuerung 26 erhöht. Damit wird die verringerte Temperatur des aus der Gasturbine 5 austretenden Gases kompensiert.

Geht der Verbrauch an Frischdampf zurück, was zu einem vorübergehenden Anstieg des Frischdampfdrukkes führt, so wird infolge dieses erhöhten Druckes übei den Regler 83 die Brennstoffzufuhr zur zweiter Zusatzfeuerung 25 verringert. Diese Verringerung der Brennstoffzufuhr bewirkt eine Verringerung der erzeugten Dampfmenge und damit eine vorübergehende Erhöhung der Frischdampftemperatur, was über der Regler 90 zu einer Verringerung der Brennstoffzufuhr zur ersten Zusatzfeuerung 26 führt.

Abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, die erste Zusatzfeuerung 2t 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 erste Feuerung 26 kann als sogenannter Kanalbrenner ausgebildet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abhitzedampferzeuger, insbesondere zur Nutzung der im Abgas von Gasturbinen enthaltenen Wärme, mit zwei gasseitig parallelgeschalteten, sich über mindestens einen Teil der vom Abgas durchströmten Länge des Dampferzeugers erstreckenden, arbeitsmittelführende Heizflächen aufweisenden Zügen, wobei zwischen dem Eintritt des Abgases in Jen Dampferzeuger und der Heizfläche des einen Zuges eine Zusatzfeuerung vorgesehen ist, die so ausgelegt ist, daß sie mindestens den in diesen Zug eintretenden Abgasstrom auf weniger als 900° C erhitzt, und wobei die in diesem Zug vom Gasstrom zuerst beaufschlagte Heizfläche die Endüberhitzerheizfläche des Dampferzeugers ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem anderen Zug (15), dem höchstens 50% des in dem Abgasdampferzeuger eintretenden Abgasstromes zugeführt wird, eine zweite, unabhängig von der erstgenannten betreibbare Zusatzfeuerung (25) angeordnet ist, die so ausgelegt ist, daß sie den in diesen Zug (15) eintretenden Gasstrom auf mehr als 900° C erhitzt, und daß der andere Zug (15) durch eine die Wandberohrung (14) einer Brennkammer für die zweite Zusatzfeuerung (25) bildende Verdampferheizfläche vom erstgenannten Zug (16) getrennt ist.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erstgenannte Zusatzfeuerung (26) — in Strömungsrichtung des Gases gesehen — vor den beiden Zügen (15, 16) angeordnet ist und den gesamten, in den Dampferzeuger eintretenden Abgasstrom erhitzt.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Zug (15), in dem die zweite Zusatzfeuerung (25) angeordnet ist, außer der eine Wandberohrung (14) bildenden Verdampferheizfläche eine weitere, durch Berührung beheizte Verdampferheizfläche (42) enthält. to

4. Dampferzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Zug (15), in dem die zweite Zusatzfeuerung (25) angeordnet ist, zusätzlich zur durch Berührung beheizten Verdampferheizfläche (42) eine durch Berührung beheizte Vorüberhitzerheizfläche (51) enthält, die in Strömungsrichtung des Gases hinter der durch Berührung beheizten Verdampferheizfläche (42) angeordnet ist.

5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die zweite Zusatzfeuerung (25) mit einer Entnahmestelle (18) für mindestens teilweise im Dampferzeuger abgekühltes Gas verbunden ist, das als Verbrennungsluft dient.

6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die erstgenannte Zusatzfeuerung (26) mit einem Regler (93) verbunden ist, der auf eine in dem die Endüberhitzerheizfläche (55) aufweisenden Zug (16) herrschende Gastemperatur anspricht.

7. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die erstgenannte Zusatzfeuerung (26) mit einem Regler (93) verbunden ist, der auf die Frischdampftemperatur an- i>5 spricht.

8. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erstgenannte Zusatzfeuerung (26) mit einem Regler verbunden ist, der sowohl auf eine in dem die Endüberhitzerfläche (55) aufweisenden Zug (16) herrschende Gastemperatur als auch auf die Frischdampftemperatur anspricht.

9. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zusatzfeuerung (25) mit einem P.egler (83) verbunden ist, der auf den Frischdampfdruck anspricht.