DE2654125B2

DE2654125B2 - Steam generator for a solar power plant

Info

Publication number: DE2654125B2
Application number: DE19762654125
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Ing. 8551 Roettenbach Kuenstle; Kurt Dipl.- Ing. 8520 Erlangen Reiter
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1976-11-29
Filing date: 1976-11-29
Publication date: 1980-01-10
Also published as: DE2654125C3; DE2654125A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger für eine Sonnenkraftwerksanlage mit auf einem Turm angeordneten Heizflächen und ebiinerd.··* gelagerten nachführbaren Umlenkspiegeln, bei uem die Heizflächen einschließlich Vorwärmer- und ÜberhitzerheizfJächen aus Dampferzeugerrohren bestehen, die symmetrisch zur Mittelachse des Dampferzeugers angeordnet sind.The invention relates to a steam generator for a Solar power plant with heating surfaces arranged on a tower and ebiinerd including preheater and superheater heating surfaces consist of steam generator pipes that are symmetrical are arranged to the central axis of the steam generator.

Dampfkraftanlagen zur Ausnutzung der Sonnenenergie benötigen konzentriertes Sonnenlicht, wenn man wirtschaftlich ausnutzbare Dampfzustände, wie beispielsweise 180 bar 530⁰C, erreichen will. Zur Erzie'ung derartiger Temperaturen ist es aus der französischen Patentschrift 13 74 397 bekannt, die Heizflächen eines Dampferzeugers auf einem Turm anzuordnen und am Erdboden nachführbare Umlenkspiegel vorzusehen, so daß die Sonnenstrahlen schräg von unten auf die Dampferzeugerrohre treffen. Bei einer derartigen Anordnung können die Sonnenstrahlen so weit konzentriert werden, daß während der Sonnenscheindauer wirtschaftlich hohe Dampfdrücke und Dampftemperaturen zum Betreiben einer Dampfturbine erzielbar sind.Steam power plants for utilizing solar energy require concentrated sunlight if one wants to achieve ^{economically utilizable steam conditions, such as 180 bar 530 ° C., for example.} To achieve such temperatures, it is known from French patent specification 13 74 397 to arrange the heating surfaces of a steam generator on a tower and to provide deflecting mirrors that can be tracked on the ground so that the rays of the sun hit the steam generator pipes obliquely from below. With such an arrangement, the sun's rays can be concentrated to such an extent that economically high steam pressures and steam temperatures for operating a steam turbine can be achieved during the sunshine duration.

Ein derartiges Sonnenkraftwerk kann diese fir die Auslegung zugrunde gelegten Daten für Dampfdruck und Dampftemperatur jedoch nur liefern, so lange ausreichend intensives Sonnenlicht zur Verfügung steht. Um sicher jederzeit Energie liefern zu können, ist ein zusätzlicher Energiespeicher beispielsweise in Gestalt eines Pumpspeicherwerkes oder eines Latentemirgiespeichers auf der Basis von Salzschmelzen notwendig. Trotzdem werden die Anlagen des Sonnenkraftwerkes nur zu einem mehr oder weniger geringen Teil ausgenutzt, was die Anlagekosten — bezogen auf die erzeugte Energie — erheblich steigert.Such a solar power plant can do this for the However, the data for steam pressure and steam temperature on which the design is based can only be supplied for so long sufficient intense sunlight is available. In order to be able to deliver energy safely at any time, a additional energy storage, for example in the form of a pumped storage plant or a latent energy storage based on molten salt is necessary. Nevertheless, the solar power plant's systems are only to a greater or lesser extent exploited, which increases the system costs - in relation to the energy generated - considerably.

Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen aus der französischen Patentschrift 13 74 397The present invention is based on the object of providing one from French patent specification 13 74 397 bekannten Dampferzeuger so auszubilden, daß einerseits die Wärmeverluste durch Abstrahlung gering gehalten werden und daß andererseits auch außerhalb der Sonnenscheindauer Dampf erzeugt werden kann,to train known steam generator so that on the one hand the heat losses due to radiation are low and that, on the other hand, steam can also be generated outside of the sunshine duration, sowie bei schwankender Sonneneinstrahlung Druck, Temperatur und erzeugte Dampfmenge konstant gehalten werden können.as well as constant solar radiation pressure, temperature and the amount of steam generated can be held.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dampferzeugerrohre in einem ringförmigen,According to the invention, this object is achieved by that the steam generator pipes in an annular, nach außen durch eine Glasabdeckung und nach innen durch eine Isolierschicht begrenzten Raum angeordnet sind und daß mit fossilem Brennstoff zu speisende Brenner mit ihren Brenneröffnungen in den Raum zwischen der Isolierschicht und den Dampferzeugerrohto the outside through a glass cover and to the inside space bounded by an insulating layer are arranged and that with fossil fuel to be fed Burner with its burner openings in the space between the insulating layer and the steam generator raw ren einmünden.merge.

Die Erfindung ist an einem Beispiel näher erläutert. F i g. 1 zeigt das Prinzip der Dampfkraftanlage mit kombiniertem sonnen- und fossilbeheiztem Dampferzeuger.The invention is explained in more detail using an example. F i g. 1 shows the principle of the steam power plant with a combined solar and fossil-heated steam generator.

Die von der Sonne 1 emittierten Sonnenstrahlen 2 fallen auf die ebenen Sonnenspiegel 3. Die Sonnenspiegei werden so der Sonne nachgeführt, daß die umgelenkten Sonnenstrahlen 4 auf den auf einem hohen Turm 5 angebrachten Dampferzeuger 6 konzentriertThe sun rays 2 emitted by the sun 1 fall on the flat sun mirrors 3. The sun mirrors follow the sun so that the deflected sunbeams 4 concentrated on the steam generator 6 mounted on a high tower 5 sind.are.

Bei ungenügender Intensität oder beim Ausbleiben der Sonnenstrahlung (z. B. infolge Bewölkung, zu flachen Sonnenstandes oder nachts) wird der Dampferzeuger 6 mit fossilen Energieträgern, vorzugsweiseIf the intensity is insufficient or if there is no solar radiation (e.g. due to cloudiness, to flat position of the sun or at night), the steam generator 6 with fossil fuels, preferably

Erdgas oder öl, von innen beheizt. Die Rauchgase werden über ten Kamin 7, der auf den Dampferzeuger aufgesetzt ist, in großen Höhen abgeleitet. Der im Dampferzeuger 6 erzeugte Dampf wird über die Dampfleitung 8 der Dampfturbinenanlage 9 zurNatural gas or oil, heated from the inside. The smoke gases are over th chimney 7, which is placed on the steam generator, derived at great heights. The im Steam generator 6 generated steam is via the steam line 8 of the steam turbine system 9 to

Elektrizitätserzeugung zugeführt.Electricity generation supplied.

In Fig. 2 ist der auf dem Turm 5 angeordnete kombinierte sonnen- und fossilbeheizte Dampferzeuger 6 schematisch dargestellt.In FIG. 2, the combined solar and fossil-heated steam generator arranged on the tower 5 is shown 6 shown schematically.

Bei genügendem Sonnenenergieangebol wird dasIf there is enough solar energy, this will be

Speisewasser durch die Leitung 10 und durch das geöffnete Ventil 11 einem Speisewassersammler 12 zugeführt; von dort strömt es durch über konzentrierte Sonnenstrahlen 4 von außen beheizte Dampferzeugerrohre 13, die beispielsweise als Flossenrohre ausgebildetFeed water through the line 10 and through the opened valve 11 to a feed water collector 12 fed; from there it flows through the steam generator tubes 13, which are heated from the outside via concentrated sun rays 4 and which are designed, for example, as fin tubes sein können. In diesen wird das Speisewasser vorgewärmt, verdampft und überhitzt. Der Dampf wird über einen Dampfsammler 14 sowie durch ein Dampfventil 15 und eine Dampfleitung 8 zur Dampfturbinenanlage 9 geleitet.could be. In these the feed water is preheated, evaporated and superheated. The steam is over a steam collector 14 and through a steam valve 15 and a steam line 8 to the steam turbine system 9 directed.

Bei ungenügendem Sonnenenergieangebot kann das Speisewasser teilweise oder ganz in einem von einem Brenner 21 beheizten Speisewasservorwärmer 17 aufgeheizt werden, ehe es über den Speisewassersammler 12 in die Dampferzeugerrohre 13 gelangt. DerIf there is insufficient solar energy supply, the feed water can be partially or completely in one of the Burner 21 heated feed water preheater 17 before it reaches the steam generator tubes 13 via the feed water collector 12. Of the Speisewasservorwärmer 17 ist zusammen mit einem Überhitzer 19 oberhalb des Brenners 21 in einem aufgesetzten Kamin 7 angeordnet. Erreicht der im Dampferzeuger 13 produzierte Dampf nicht die gewünschte Überhitzungstemperatur, so wird derFeedwater preheater 17 is in one together with a superheater 19 above burner 21 placed chimney 7 arranged. If the steam produced in the steam generator 13 does not reach the desired overheating temperature, the

Dampf von einem Dampfsammler 14 aus über einSteam from a steam collector 14 via a Dampfumleitventil 18 teilweise oder ganz durch denSteam bypass valve 18 partially or completely through the Überhitzer 19 geleitet, wo er auf die gewünschteSuperheater 19 passed where he wanted to Dampftemperatur überhitzt wird.Steam temperature is overheated. Bei ausbleibendem Sonnenschein, wie zum BeispielIn the absence of sunshine, for example

nachts oder bei Bewölkung, wird das Speisewasser direkt von der Speisewasserleitung 10 über das Speisewasserumleitventil 16 in den fossil beheizten Speisewasservorwärmer 17 gefördert und gelangt vonAt night or when it is cloudy, the feed water is supplied directly from the feed water line 10 via the Feed water diverter valve 16 promoted in the fossil-heated feed water preheater 17 and passes from

dort über den Speisewassersammler 12 in die Dampferzeugerrohre 13, die von innen über weitere Brenner 20 beheizt werden. Diese Brenner 20 sind zwischen den Dampferzeugerrohren 13 und einer weiter innen angeordneten Isolierschicht 23 angeordnet Der in den Dampferzeugerrohren 13 erzeugte Dampf wird von dem Dampfsammler 14 über das Dampfumleitventil 18 dem Überhitzer 19 zugeführt. Der überhitzte Dampf wird wiederum über die Dampfleitung 8 in die Turbinenanlage 9 geieitet. ι οthere via the feed water collector 12 into the steam generator pipes 13, which are connected from the inside via further burners 20 be heated. These burners 20 are between the steam generator tubes 13 and one further inside arranged insulating layer 23 arranged The steam generated in the steam generator tubes 13 is of the steam collector 14 is fed to the superheater 19 via the steam diverting valve 18. The superheated steam is in turn geieitet via the steam line 8 into the turbine system 9. ι ο

Zur Verminderung der Wärmeabstrahlung von den Dampferzeugerrohren 13 an die Umgebung ist der Dampferzeuger 6 mit einer selektiv wirkenden Glasabdeckung 22 umgeben. Der zwischen der von den Dampferzeugerrohren 13 gebildeten Heizfläche und der Glasabdeckung 22 befindliche ringförmige Zwischenraum 29 kann zusätzlich zur Verminderung der Wärmeverluste entweder evakuiert oder mit einem wärmeabstrahlungshemmenden Gas, vorzugsweise CO2, gefüllt sein. Die Isolierschicht 23 grenzt ringförmige Rauchgaswege 25 nach innen ab. In die Rauchgaswege sind vor dem Kamin 7 Rauchgasklappen 24 angeordnet Bei der Beheizung der Dampferzeugerrohre 13 nur über die Sonnenstrahlen 4 von außen bleiber, diese Rauchgasklappen 24 zur Vermeidung von FConvektionsverlusten geschlossen.To reduce the radiation of heat from the steam generator tubes 13 to the environment is the Surrounding steam generator 6 with a selectively acting glass cover 22. The one between that of the Steam generator tubes 13 formed heating surface and the glass cover 22 located annular space 29 can either be evacuated or with a Heat radiation inhibiting gas, preferably CO2, be filled. The insulating layer 23 borders annular Flue gas paths 25 inward. 7 flue gas flaps 24 are in the flue gas paths in front of the chimney When heating the steam generator pipes 13 only stay with the sun rays 4 from the outside, these flue gas flaps 24 are closed to avoid convection losses.

Die Versorgung der Brenner mit den Brennstoffen öl bzw. Gas erfolgt über eine Brennstoffleitung 26, Brennstoffbehälter 27 und Brennstoffpumpen 28.The burner is supplied with the fuel oil or gas via a fuel line 26, Fuel tanks 27 and fuel pumps 28.

In F i g. 3 ist das Rohrleitungssystem des Dampferzeugers 6 übersichtlich dargestellt, aus dem die verschiedenen Betriebsmöglichkeiten, wie unter F i g. 2 bereits beschrieben, ersichtlich sind.In Fig. 3 the pipeline system of the steam generator 6 is clearly shown, from which the various operating options, as under F i g. 2 already described, can be seen.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Dampferzeuger für eine Sonnenkraftwerksanlage mit auf einem Turm angeordneten Heizflächen und ebenerdig gelagerten nachführbaren Umlenkspiegeln, bei dem die Heizflächen einschließlich Vorwärmer- und Überhitzerheizflächen aus Dampferzeugerrohren bestehen, die symmetrisch zur Mittelachse des Dampferzeugers angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampferzeugerrohre (13) in einem ringförmigen, nach außen durch eine Glasabdeckung (22) und nach innen durch eine Isolierschicht (23) begrenzten Raum angeordnet sind und daß mit fossilem Brennstoff zu speisende Brenner mit ihren Brenneröffnungen in den Raum zwischen der Isolierschicht (23) und den Dampferzeugerrohren (13) einmünden.1. Steam generator for a solar power plant with heating surfaces arranged on a tower and trackable deflector mirrors mounted at ground level, including the heating surfaces Preheater and superheater heating surfaces consist of steam generator pipes that are symmetrical to the Central axis of the steam generator are arranged, characterized in that the steam generator tubes (13) in an annular, after bounded on the outside by a glass cover (22) and on the inside by an insulating layer (23) Space are arranged and that with fossil fuel to be fed burners with their burner openings in the space between the insulating layer (23) and the steam generator pipes (13) open.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rauchgasweg zwischen den Brennern (20) und einem das Rauchgas abführenden Kamin (7) Rauchgasklappen (24) angeordnet sind.2. Steam generator according to claim 1, characterized in that in the flue gas path between the burners (20) and a flue gas discharging chimney (7) flue gas flaps (24) are arranged.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Zwischenraum (29) zwischen den Dampferzeugerrohren (13) und der Glasabdeckung (22) evakuiert oder mit einem wä'rmeabstrahlungshemmenden dreiatomigen Gas, vorzugsweise COj, gefüllt ist3. Steam generator according to claim 1, characterized in that the annular space (29) between the steam generator tubes (13) and the glass cover (22) evacuated or with a heat radiation inhibiting triatomic gas, preferably COj, is filled