DE2621340C3 - Abhitzedampferzeuger - Google Patents
AbhitzedampferzeugerInfo
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- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
- F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
- F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
- F22B1/1807—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
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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 9000C erhitzt, und wobei die in diesem Zug vom Gasstrom zuerst
beaufschlagte Heizfläche die Endüberhitzerheizfläche des Dampferzeugers jst
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
Bicnnkammer 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 Sauerstoffträger 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 Il bezeichnete
Abhitzedampferzeuger vom Abgas einer Gasturbinengruppe beheizt, die aus einem Verdichter I1 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 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 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 ist im Zug
15 angeordnet und so ausgelegt, daß sie das in den Zug 15 eintretende Gas auf mehr als 9000C 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 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 'St. 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
ίο 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 a geordnet ist. Sie
besteht ebenfalls aus mehreren Rohrsc'-iiangen und mündet in die Dampf/Wassertrommel 36. Am Dampfraum
der Trommel 36 ist eine aus Rohrschlangen bestehende Vorüberhitzerheizfläche 51 angeschlossen,
die im Zv* 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 de:s 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,
mi beide Temperaturfühler 91 und 92 gleichzeitig auf den
Regler 90 wirken zu lassen, wobei dann eine der beiden Meßgrößen als Störgröße aufgeschaltet wird.
Als Verbrennungsluft wird der ersten und der zweiten
Zusatzfeuerung 26 und 25 Gas aus dem Dampferzeuger
hi 11 zugeführt, das noch einen ausreichenden Sauerstoffgehalt
besitzt und dem Dampferzeuger an der Stelle IU 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 s 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.
Ein weiteres klappenförmiges Vcrieilorgan 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. ii
Im Betrieb des Dampferzeugers werden die Abgase aus der Gasturbine 5 durch die erste Zusatzfeuerung 26
auf beispielsweise 800"C erhitzt. Das se crhüz'.c Gar,
verteilt sich entsprechend der Stellung des Verteilorgans 35 auf die beiden Züge 15 und 16. Durch m
Wärmeabgabe von dem im Zug 16 strömenden Gas an die Endüberhitzerheizfläche 55 stellt sich am Austritt
dieser Heizfläche eine Frischdampftemperatur von etwa 530"C ein, durch die ein hoher Dampfturbinenwirkungsgrad
erreicht wird. Der in den Zug 15 eintretende r> Teilstrom des Gases wird mit Hilfe der zweiten
Zusatzfeuerung 25 auf einen über 9000C liegenden Wert
erhitzt, wobei die Wärme an die Wandberohrung 14 im wesentlichen durch Flammenstrahlung sowie an die
zweite Verdampferheizfläche 42 und die Vorüberhitzer- w heizfläche 51 im wesentlichen durch Berührung
übertragen wird. Am Eintritt des Gases in die zweite Verdampferheizfläche 42 hat das Gas eine Temperatur
von rund 900°C. Durch die Abkühlung an den Heizflächen 42 und 51 wird am Ende des Zuges 15 eine )r>
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, so 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, so 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 Frischdampfdruk·
kes führt, so wird infolge dieses erhöhten Druckes über den Regler 83 die Brennstoffzufuhr zur zweiter
ZuivSizfeusrun" 25 verringert. Diese Vprrincpruni* drr
Brennstoffzufuhr bewirkt eine Verringerung der er zeugten Dampfmenge und damit eine vorübergehende
Erhöhung der Frischdampftemperatur, was über der Regler 90 zu einer Verringerung der Brennstoffzufuhi
zur ersten Zusatzfeuerung 26 führt.
Abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbei spiel ist es auch möglich, die erste Zusatzfeuerung 2f
nahe dem Eintritt des Zuges 16 anzuordnen, so daß diese Feuerung hnn nur einen Teil der aus der Gasturbine ί
austretenden Gasmenge erhitzt, während der andere Teil direkt in den Zug 15 gelangt. Außerdem kann siel
an die in der Zeichnung linke Wand der Wandberoh rung 14 eine den gemeinsamen Zug 17 unterteilende
Trennwand anschließen, so daß dann zwei über die Länge des Dampferzeugers sich erstreckende Zug«
vorhanden sind. Die im Verbindungskanal 10 angeord nete erste Feuerung 26 kann als sogenannter Kanal
brenner ausgebildet sein.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Abhitzedampferzeuger, insbesondere zur Nutzung der im Abgas von Gasturbinen enthaltenen
Wärme, mit zwei gasseitig paraüelgeschalteten, sich
über mindestens einen Teil der vom Abgas durchströmten Länge des Dampferzeugers erstrekkenden,
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 9000C
erhitzt, und wobei die in diesem Zug vom Gasstrom is
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 gesam^n, in den Dampferzeuger eintretenden Abg&3strom erhitzt.
3. Dampferzeuger nach Anj-.ruch 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. *o
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 I 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
Gästemperatur 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- "> spricht.
8. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche I 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 I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zusatzfeuerung
(25) mit einem Regler (83) verbunden ist, der auf den Frischdampfdruck anspricht.
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