DE3028240A1 - Druckstroemungs-einmaldurchgangsboiler - Google Patents

Description

Druckströmungs-Einmaldurehgangsboiler

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckströmungs-Einmaldurchgangsboilder, der unter überkritischem Druck und maximaler Dauerlast und bei einem Druck im Bereich des unterkritischem Drucks unter Teillas tbedingungen betrieben wird.

Bei Boilern für veränderbaren überkritischen Druck üblicher Konstruktionen wird gewöhnlich die Rohrwandungstemperaturen während geringer Belastung der Betrieb mit veränderbaren Druck in zulässigen Temperaturbereichen nur durch Regeln der Einmal-Durchflußrate aufrechterhaltene Um somit die Geschwindigkeit der Masse es Strömungsmittels in den WaBserwandungrohren unter der gegebenen last über dem kritischen Wert zu halten, wird die Massengeschwindigkeit unter der maximalen Belastung auf einen Wert gebracht, der zweibis dreimal größer als für den Boiler für überkritischen Druck, für Konstantdruckbetrieb ist (Figur I)₀ Dies ist ein Versuch beim Verbessern des Wärmeübertragungskoeffizisnten des Boilers nach der Ankunft an einem Punkt des Ausgangs vom nuclearen Boilings (nachstend mit "DNB" bezeichnet).

Zur Erläuterung besteht die Wasserwandungsrohranordnung für den Ofen nicht aus vertikalen Rohren, sondern aus spiralig gewundenen Rohren, wie es Figur 2 zeigt» Bei der dargestellten Anordnung sind die erzeugenden Rohre 201 nicht vertikal sondern geneigte Deshalb ist die den Aufbau tragende Ofenwandung verglichen mit den gewöhnlichen Boilern mit vertikalen Rohren, bei denen

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die Wasserwandungsrohre ihr Gewicht selbst tragen, im Aufbau kompliziert und in der Herstellung teuer.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Ofenwandung, die die Konstruktion des Boilers für veränderbaren überkritischen Druck trägt, zu vereinfachen und seine Herstellungskosten zu verringern.

Die Erfindung zeigt einen Druckströmungs-Einmaldurchgangsboilder, der bei überkritischem Druck arbeitet, wenn er die maximale Dauerlast trägt, und bei einem Druck im unterkritischen Bereich unter Teillastbedingungen, bei denen die Wasserwandungsrohre, die die umgebenden Wände der Verbrennungskammer bilden, parallele Reihen von Rohren zur gleichzeitigen Aufwärtsströmung enthalten und die Strahlungsheizflächen des Obenbodens, der Vorder-, Hinter- und Seitenwände teilweise oder ganz aus gezogenen Rohren bestehen.

Ein Merkmal der Erfindung ist somit, daß unter Verwendung des Vorteils des höheren Wärmeübertragungskoeffizienten nach der Ankunft am DNB-Punkt gezogener Rohre als einfache Rohre mit ungezogener und glatter Innenfläche der Wärmeübertragungskoeffizienten nach dem DNB des Boilers ohne Erhöhen der Massengeschwindigkeit verbessert werden kann.

Ferner zeigt die Erfindung solche Boiler, die bei einem überkritischen Druckarbeiten, wenn sie die maximale Dauerlast führen und bei einem Druck im Bereich des unterkritischen Drucks bei Teillastbedingungen, in denen die Wasserwandungsrohre die umgebenden Wandungen der Ver-

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brennungskammer bilden, parallele Rohrreihen zur gleichzeitigen Aufwärtsströmung aufweisen, wobei alle Wandungen, außer die Seitenwandungen, aus vertikalen Steigrohren bestehen und die Strahlungsheizflächen des Bodens - der Vorder-, Hinter- und der Seitenwandungen des Ofens ganz oder teilweise aus gezogenen Rohren bestehen,, Es besteht dann ein anderes Merkmal der Erfindung, weil die Vorder-, Hinter- und Seitenwände des Ofens aus vertikalen gezogenen Rohren hergestellt sind, die die Wandung tragenden Aufbauten vereinfachen und deshalb die Herstellungskosten verringern ο

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschriebene In den Zeichnungen ist:

Figur 1 ein Diagramm, in dem die Massengeschwindigkeit bei den erzeugenden Rohren gegen die HauptdampfStrömungsrate bei Boilern für überkritischen Druck eingetragen sind;

Figur 2 eine perspecktische Darstellung eines üblichen Boilers mit spiralig gewundenen Wandungs-Rohren, wobei die Innenkonstruktion gezeigt wird;

Figur 3 eine schematische Darstellung der Konstruktion eines Boilers für überkritischen Druck nach der Erfindung;

Figur 4 ein Teilschnitt eines gezogenen Rohres zur Verwendung bei Boilern nach der Erfindung;

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Figur 5 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Höhe der Wasserwandungsrohre dem maximalen Wärmefluß an den Außenflächen dieser Rohre, der Dampfquälitat, der DNB-erzeugenden Dampfqualität, der Temperatur der Strömungsinnenseite der Rohre und der Rohrmetalltemperaturen des Boilers;

Figur 6 ein Diagramm mit den Metalltemperaturen unter verschiedenen Belastungen beim überkritischen Druck; und

Figur 7 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Strömungsdruck und dem Wärmeinhalt im Boiler unter veränderter Belastung„

Die Erfindung wird in einzelnem anhand der Figuren 3 und 4 beschrieben.) Die Vorderwandungsrohre 1, die Hinterwandungsrohre 2 und die Seitenwandungsrohre 3, sind zusammengefaßt und ergeben einen Ofen (Verbrennungskammer 4)ο Für die Vorder-, Hinter und Seitenwandungen des Ofens sind Einlaßköpfe 1a, 2a und 3a vorgesehen. Die Rohre 1,2 und 3 bestehen aus parallelen Rohrreihen zur gleichzeitigen Aufwärtsströmung„ Außer den Ofenbodenteilen, bestehen die Vorder-, Hinter und Seitenwandungen aus vertikalen Steigrohren, die ganz oder teilweise gezogene Rohre 15 sind (Figur 4)ο Figur 3 zeigt ferner eine Gasführung 5» einen Sparauslaßkopf 7, ein Verbindungsrohr für den Auslaß 8, eine Verteilungskugel 9, Verteilungsrohre 10, einen Primärsuperheizer 11, einen Sekundärsuperheizer 12, einen Hochtemperaturaufheizer und einen Niedertemperaturaufheizer 14.

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Beim beschriebenen Druckströmungs-Einmaldurchgangsboiler wird das Speisewasser für den Boiler, das dem Wärmeaustausch durch die Sparleitung 6 unterworfen ist, im Sparauslaßkopf 7 gesammelt und wird, wenn es durch das Verbindungsrohr 8 in die Verteilungskugel 9 abwärtsströmt, dann von den Verteilerrohren 10 durch die Köpfe 1a, 2a und 3a der Vorder-, Hinter- und Seitenwandungsrohre 1,2 und 3 des Ofens verteilt» Das Speisewasser, dem seine Wärme durch die gleichzeitigen Steigrohre des Ofens entzogen ist, beendet seine Verdampfung und der Dampf wird von den Köpfen 1b, 2b und 3b der Vorder-, Hinter- und Seitenwandauslässe gesammelt und zu einem (nicht-dargestellten) Wassenseparator geleitete

Typische Zustände der Wasserwandungsrohre im Teillastbetrieb des Vertikalrohr-Einmaldurchgangsboilers nach der Erfindung sind in Figur 5 graphisch dargestellte Die Kurve 501 zeigt die Verteilung des maximalen örtlichen Wärmeflusses in Richtung der Höhe von gegebenen Wasserwandungsrohren im Ofen. Die Kurve 502 zeigt die Dampfqualität, wenn das DNB bei verschiedenen Höhen, der

Wasserwandungsrohre zu DNB wird und die Kurve 503 zeigt durch Vergleich das X_{DNB> WQ gewöhnlich} einfache, ungezogene Rohre anstelle von gezogenen Rohren verwendet werdenο

Die Kurve 504 zeigt andererweits die Dampfqualität bei verschiedenen Höhen der Wasserwandungsrohre während des Normalbetriebes und die Kurve 505 die Dampfqualität unter den ungünstigsten Bedingungen von X₁₁₁₀,, Die Kurve 505 und 502 schneiden sich am Punkt 506 bei einer Höhe H^ der Wasserwandungsrohre„ Dies bedeutet, daß das DNB in den bereich über der Höhe H-, der Wasserwandungsrohre

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eintritt,, Die Kurve 505 und 503 schneiden sich am Punkt 507 "bei der Höhe H₂ der Rohre„ Daraus folgt, daß dort, wo gewöhnliche einfache Rohre anstelle von gezogenen verwendet werden, das DKB im Bereich über der Höhe Hp liegt»

Die Kurve 508 zeigt die Temperatur des Strömungsmittels in den Rohren in Richtung der Rohrhöhe während des Normalbetriebes an, die Kurve 509 die Strömungstemperatur in den wassergekühlten Wandungen unter den schlechtesten Bedingungen, und die Kurve 510 und 512 die mittlere Rohroberteil- und die mittlere Außenmetalltemperatur 513 bzw 511, die beide zulässige Bereiche überschreiten.

Figur 6 zeigt graphisch die in derselben Weise erhaltenen Ergebnisse, wie sie in Figur 5 zusammengefaßt sind, aber im Betrieb mit veränderbaren Drücken, die bei f> -0,75 beginnen (die Druckschwankungen beginnen mit einer 0,75$-igen Last auf der Anlage), Die Kurve 603 zeigt die maximale Außenflächentemperatur des Rohroberteils der Rohre, das gezogene Rohr nach der Erfindung verwendet,, Die Kurve 6O4 zeigt die entsprechende Temperatur der Wasserwandungsrohre der ungezogenen Bauart« In gleicher Weise ist die Kurve 606 die mittlere maximale Metalltemperatur des Rohroberteils der gezogenen Rohre nach der Erfindung und die Kurve 607 die der einfachen Wasserwandungsrohre ο

Wo nicht gezogene Rohre verwendet werden, überschreiten die äußere Außenflächenmetalltemperatur 604 des Rohroberteils und die mittlere Metalltemperatur 607 unter der Last des Boilers von weniger als etwa 60$ zulässige Bereiche= Mit den gezogenen Rohren liegen dagegen bei Temperaturen in zulässigen Bereichen, obwohl auch eine vertikale Rohranordnung verwendet wird_o Die ge-

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strichelten horizontalen Linien 614· und 615 sind die entsprechenden zulässigen mittleren Temperaturen des Rohroberteils und der Metalloberfläche₀ Zum Ver- ' gleich gibt die Graphik die Außenflächenmetalltemperatur des Rohroberteils 605 und die mittlere Metalltemperatur des Rohroberteils 608 der wassergekühlten Wandungen an, wobei eine spiralig gewundene Rohranordnung verwendet wird_o Beide Temperaturen bleiben in zulassigen Bereichen„. Wie das Diagramm zeigt, sind die Metalltemperaturen der gezogenen Wasserwandungsrohre in der Ausführung durchaus vergleichbar mit piralig gewundenen Wasserwandungsrohren«

Bei üblichen Trommelboilern sind manchmal gezogene Rohre in vertikaler Rohranordnung verwendet worden, meistens in natürlichen Kreisläufen_o In diesen Fällen sollen die Wasserwandungsrohre des Boilers im nuclearen Boilinggebiet halten und die Wandungsrohre vom Erreichen des Zustande DNB durch Verwenden der gezogenen Rohre mit ausreichend hoher DNB-Dampfqualität im Vergleich mit der Dampfqualität abhalten, die in verschiedenen Teilen der wassergekühlten Wandungen des Boilers gefunden worden sind. D.h_o die Verwendung von gezogenen Rohren in irnmmelboilern ist beim Erzielen des Vorteils höherer Dampfqualität der gezogenen Rohre am' DJtfB-Punkt als der der einfachen, nicht gezogenen Rohre angestrebt worden.

Die Trommelboiler führen ihre Wasserzirkulation durch die wassergekühlten Wandungen aus und deshalb befindet sich jeder Auslaß der wassergekühlten Wandung notwendigerweise im nassen Gebiet„ Somit ist es möglich, die Arbeitsbedingungen der verschiedenen wassergekühlten Teile im nuclearen Boilinggebiet durch die Verwendung von gezogenen Rohren aufrecht zu erhalten. Im Fall ver-

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änderbarer überkritischer Druckboiler, wie nach Figur 7, liegen die Auslässe der wassergekühlten Wandung in trockenen Dampfgebiet, Weil aber die DNB-Dampfqualität trotz der Verwendung von gezogenen Rohren 100$ nicht überschreitet, ist das DNB für Boiler für überkritischen Druck ohne Bedeutung.

Wie erwähnt, kann die Erfindung auf den ersten Blick dem Irommelboiler mit vertikaler Rohranordnung mit gezogenen Rohren gleichen» Jedoch unterscheidet er sich neuartig und grundsätzlich von diesem, während der Trommelboiler mit der Vertikalrohranordnung gezogene Rohre verwendet, um das DNB-Phänomen in Wasserwandungsrohren des Ofens zu vermeiden. Die Verwendung von gezogenen Rohren im Boiler für den veränderbaren überkritischen Druck mit Vertikalrohranordnung nach der Erfindung soll für das DNB-Phänomen die Wärmeübertragungskoeffizienten nach dem DNB verbessern und die Werte der Wasserwandungsrohre Metalltemperaturen der Wasserwandungsrohre senken lasse»

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   H.}Druckströmungs-Einmaldurchgangsboiler zum Betrieb an überkritischem Druck unter maximaler Dauerbelastung und an einem Druck im unterkritischen Druck— gebiet unter Teillastbedingungen, dadurch gekennze ichnet, daß die Wassenwandungsrohre (1,2,3)» die die umgebenden Wandungen der Verbrennungskammer (4) bilden, parallele Reihe von Rohren für gleichzeitige Aufwärtsströmung, und daß die Strahlungsheizflächen des Ofenbodens, der Vorder-, Hinter- und Seitenwandungen ganz oder teilweise aus gezogenen Rohren (15) bestehen.
2. 2. Boiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserwandungsrohre (1,2,3), die die Wandungen der Brennkammer (4) bilden, paral-

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   • Zweigstelle (§ 28 PaO) TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: München: 1 - 856 44 INVENTION BERLIN BERLINER BANK AQ. W. MEISSNER, BLN-W St. ANNASTR. 11 INVEN d BERLIN 030/891 60 37 BERLIN 31 122 82-109 8000 MÖNCHEN 22 030/892 23 82 3695716000 TEL.: 089/22 35 44

   lele Reihen von Rohren zur gleichzeitigen Aufwärtsströmung "besitzen, und daß alle Wandungen, ausgenommen die Ofenbodenteile, d_oh. die Vorder-, Hinter- und Seitenwandungen aus vertikalen Steigrohren und die Strahlungsflächen des Ofenbodens der Torder-, Hinter- und der Seitenwandung ganz oder teilweise aus gezogenen Rohren bestehen.

   Dipl.-lng. H. J. Presting

   Patentanwalt

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