DE4229629A1

DE4229629A1 - Steam generator

Info

Publication number: DE4229629A1
Application number: DE19924229629
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Ing Franke; Wolfgang Dipl Ing Vollmer; Eberhard Dipl Ing Wittchow
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1994-03-10
Also published as: WO1994005950A1; CN1084948A

Abstract

A steam generator has a gas flue made of substantially vertical pipes (6) interconnected in a gas-tight manner which form an evaporator heating surface (16), whose inlet ends are connected to an inlet collector (12) and whose outlet ends are connected to a water-steam separator (22) connected to the inlet collector (12) by a downpipe (24) arranged outside the gas flue. In order to separate water from steam, at least one centrifugal separator (22) is provided. High load variation speeds can thus be controlled during operation of the steam generator.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger mit einem Gaszug aus im wesentlichen vertikal angeordneten und gasdicht miteinander verbundenen Rohren, die eine Ver dampferheizfläche bilden und mit ihren Eintrittsenden an einen Eintrittssammler angeschlossen sind, und die mit ihren Austrittsenden mit einer Wasser-Dampf-Trenneinrich tung verbunden sind, wobei die Wasser-Dampf-Trenneinrich tung über ein außerhalb des Gaszugs angeordnetes Fallrohr mit dem Eintrittssammler verbunden ist.The invention relates to a steam generator a throttle cable from essentially vertically arranged and gas-tight interconnected pipes that a Ver form the steamer heating surface and with its inlet ends an entry collector are connected, and the with their outlet ends with a water-steam separator device are connected, the water-steam separating device tion via a downpipe arranged outside the throttle cable is connected to the entry collector.

Bei einem Dampferzeuger der obengenannten Art erfolgt die Dampferzeugung überwiegend in einem Umlaufsystem, das sich aus einem Zwangdurchlauf durch die Verdampferheizfläche und einem diesem überlagerten Naturumlauf über das Fall rohr zusammensetzt. Die zur Bildung einer gasdichten Rohr wand miteinander verbundenen Rohre münden direkt oder über einen ihnen gemeinsamen Austrittssammler in eine Wasser- Dampf-Trommel, in der Wasser und Dampf voneinander ge trennt werden. Ein derartiger Dampferzeuger mit Naturum lauf, der auch als Trommelkessel bezeichnet wird, ist z. B. aus der Druckschrift "Dampferzeugung", Springer-Verlag, 1985, insbesondere Seite 7, Bild 1.4, bekannt.In the case of a steam generator of the type mentioned above, this takes place Steam generation predominantly in a circulation system that is from a forced pass through the evaporator heating surface and an overlaid natural circulation about the fall pipe. The to form a gas-tight pipe pipes connected to one another open directly or over a common outlet collector into a water Steam drum in which water and steam come together be separated. Such a steam generator with Naturum barrel, which is also referred to as a drum kettle, is z. B. from the publication "steam generation", Springer-Verlag, 1985, in particular page 7, picture 1.4.

Bei einem derartigen Dampferzeugei, insbesondere bei großer Nennleistung, weist die Wasser-Dampf-Trommel aufgrund des in der Trommel herrschenden hohen Dampfdrucks und des großen Innendurchmessers eine große Wanddicke auf. Dadurch ist beim Anfahren und bei Laständerungen, insbesondere bei Gleitdruckbetrieb, bei dem sich linear mit der Last der Dampfdruck und damit auch die Siedetemperatur des Wassers in der Trommel ändert, die zulässige Temperaturänderungs geschwindigkeit stark begrenzt. Dies wiederum führt zu un erwünscht langen Anfahrzeiten mit entsprechend hohen Anfahr verlusten und zu einer geringen Laständerungsgeschwindig keit.With such a steam generator, especially with a large one Nominal power, the water-steam drum exhibits due to the prevailing high vapor pressure and the large inner diameter has a large wall thickness. Thereby is when starting off and changing loads, especially when Sliding pressure operation, which is linear with the load of the Vapor pressure and thus the boiling point of the water in the drum changes the allowable temperature change speed very limited. This in turn leads to un desired long start-up times with correspondingly high start-ups losses and at a low load change speed speed.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie bei einem derartigen Dampferzeuger kurze Anfahrzeiten erreichbar und große Laständerungsgeschwin digkeiten beherrschbar sind.The invention is therefore based on the object of a way to point out how short in such a steam generator Approach times attainable and large load change speed skills are manageable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Wasser-Dampf-Trennung mindestens ein Zentrifugalabscheider vorgesehen ist.This object is achieved in that Water-steam separation at least one centrifugal separator is provided.

In zweckmäßiger Ausgestaltung verläuft die Längsachse des oder jedes für einen vorgegebenen Betriebsdruck ausgelegten Zentrifugalabscheiders vertikal.In an expedient embodiment, the longitudinal axis of the or each designed for a given operating pressure Centrifugal separator vertical.

Beim Einsatz von einem oder mehreren Zentrifugalabscheidern - anstelle einer Wasser-Dampf-Trommel - zur Trennung von Wasser und Dampf hat sich überraschenderweise herausge stellt, daß im Verdampfersystem des Dampferzeugers bei raschen Temperaturänderungen, wie diese während des An fahrens oder bei schnellen Laständerungen auftreten, keine oder nur geringe Wärmespannungen auftreten.When using one or more centrifugal separators - instead of a water-steam drum - to separate Surprisingly, water and steam have emerged provides that in the evaporator system of the steam generator rapid changes in temperature, such as these during the on driving or occur with rapid load changes, none or only low thermal stresses occur.

Im Vergleich zur schwerkraftunterstützten Abscheidung in einer Wasser-Dampf-Trommel wird durch den Einsatz von Zentrifugalabscheidern im Verdampfersystem ein erhöhter Druckabfall hervorgerufen. Dies kann zu einer vergleichs weise geringeren Wasserumlaufzahl und damit zu einer Ver ringerung der Strömungsgeschwindigkeit in den beheizten Verdampferrohren führen. Um dabei gute Wärmeübergangs eigenschaften zu erreichen, weisen die Verdampferrohre in zweckmäßiger Ausgestaltung über mindestens 80% ihrer Länge eine Innenberippung auf. Compared to gravity-assisted separation in a water-steam drum is made by using Centrifugal separators in the evaporator system an increased Pressure drop. This can be compared to a as lower water circulation number and thus to a Ver reduction in flow velocity in the heated Guide evaporator tubes. To ensure good heat transfer the evaporator tubes in appropriate design for at least 80% of their Length of an internal rib.

Zwischen den Austrittsenden der die Verdampferheizfläche bildenden Rohre und dem oder jedem Zentrifugalabscheider als Wasser-Dampf-Trenneinrichtung kann in vorteilhafter Weiterbildung ein Zwischensammler eingeschaltet sein. Dadurch kann eine große Anzahl von Verdampferrohren zu vorzugsweise nur einem in den Zentrifugalabscheider mündenden Eintrittsrohr zusammengeführt werden.Between the outlet ends of the evaporator heating surface forming tubes and the or each centrifugal separator as a water-steam separator can be advantageous Continuing education be an intermediate collector. This can cause a large number of evaporator tubes preferably only one in the centrifugal separator leading inlet pipe are brought together.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert. Sie zeigt stark vereinfacht einen Gaszug eines Dampferzeugers mit einer Anzahl von Zentri fugalabscheidern.An embodiment of the invention is based on a Drawing explained. It shows you in a very simplified way Throttle cable of a steam generator with a number of centri fugal separators.

Der vertikale Gaszug des Dampferzeugers gemäß der Figur, mit beispielsweise rechteckigem Querschnitt, ist durch eine Umfassungswand 2 gebildet, die am Unterende des Gas zugs in einen trichterförmigen Boden 4 übergeht. Die Um fassungswand 2 ist aus Rohren 6 aufgebaut, die an ihren Längsseiten gasdicht miteinander verbunden, z. B. ver schweißt, sind. Der Boden 4 umfaßt eine nicht näher dar gestellte Austragsöffnung 8 für Asche.The vertical throttle cable of the steam generator according to the figure, for example with a rectangular cross-section, is formed by a surrounding wall 2 which merges into a funnel-shaped bottom 4 at the lower end of the gas cable. To order wall 2 is constructed from tubes 6 , which are gas-tightly connected on their long sides, for. B. welded, are. The bottom 4 comprises a discharge opening 8 for ashes, not shown.

Im unteren Teil der Umfassungswand 2 sind, z. B. vier, Bren ner für einen fossilen Brennstoff in jeweils einer Öffnung 10 in der Umfassungswand 2 angebracht. An einer derartigen Öffnung 10 sind Rohre der Umfassungswand 2 gekrümmt und verlaufen auf der Außenseite des vertikalen Gaszugs. Ähn liche Öffnungen können auch z. B. für Luftdüsen oder Rauch gasdüsen gebildet sein.In the lower part of the surrounding wall 2 are, for. B. four, Bren ner for a fossil fuel each in an opening 10 in the peripheral wall 2 attached. At such an opening 10 , pipes of the surrounding wall 2 are curved and run on the outside of the vertical throttle cable. Similar openings can also z. B. be formed for air nozzles or smoke gas nozzles.

Die durchflußmäßig, d. h. von Wasser oder einem Wasser- Dampf-Gemisch, von unten nach oben parallel durchströmten Rohre 6 der Umfassungswand 2 sind mit ihren Eintrittsenden an einen Eintrittssammler 12 und mit ihren Austrittsenden an einen Austritts- oder Zwischensammler 14 angeschlossen. Die Rohre 6 der Umfassungswand 2 bilden in dem sich zwi schen den Sammlern 12 und 14 befindenden Abschnitt des Gaszugs eine Verdampferheizfläche 16, an die sich eine Nachheizfläche 18 anschließt. Weitere in diesem Bereich der Umfassungswand 2 angeordnete Heizflächen, z. B. ein Economizer und ein Überhitzer, sind übersichtshalber nicht dargestellt. Die die Verdampferheizfläche 16 bildenden Rohre 6 tragen in nicht näher dargestellter Weise auf ihrer Innenseite ein mehrgängiges Gewinde bildende Rippen, wobei sich diese Innenberippung über mindestens 80% der Rohrlänge, vorzugsweise über die gesamte Rohrlänge, erstreckt.The flow-through, ie water or a water-steam mixture, parallel flow from the bottom upwards tubes 6 of the surrounding wall 2 are connected with their inlet ends to an inlet header 12 and with their outlet ends to an outlet or intermediate header 14 . The tubes 6 of the surrounding wall 2 form an evaporator heating surface 16 in the section of the gas flue between the collectors 12 and 14 , to which a post-heating surface 18 connects. Further heating surfaces arranged in this area of the surrounding wall 2 , e.g. B. an economizer and a superheater are not shown for the sake of clarity. The tubes 6 forming the evaporator heating surface 16 have, in a manner not shown in more detail, ribs forming a multi-start thread on their inside, this internal ribbing extending over at least 80% of the tube length, preferably over the entire tube length.

Der außerhalb der Umfassungswand 2 angeordnete und ring förmig um diese umlaufende Zwischensammler 14, an den die Rohre 6 der Verdampferheizfläche 16 angeschlossen sind, ist über eine Anzahl von Eintrittsrohren oder Leitungen 20 mit einer entsprechenden Anzahl von Zentrifugalabschei dern 22 mit jeweils vertikal verlaufender Längsachse ver bunden. Der oder jeder gegenüber dem Eintrittssammler 12 auf einem höheren Niveau liegende Zentrifugalabscheider 22 ist über ein Fallrohr 24 mit dem ebenfalls ringförmig ausgebildeten Eintrittssammler 12 verbunden. Auch das oder jedes Fallrohr 24 befindet sich außerhalb des Gaszugs.The arranged outside the surrounding wall 2 and ring-shaped around this peripheral intermediate collector 14 , to which the tubes 6 of the evaporator heating surface 16 are connected, is connected via a number of inlet tubes or lines 20 with a corresponding number of centrifugal separators 22 , each with a vertically extending longitudinal axis . The or each centrifugal separator 22, which is at a higher level than the inlet header 12, is connected via a down pipe 24 to the inlet header 12 , which is also ring-shaped. The or each downpipe 24 is also outside the throttle cable.

Werden mehrere durchfluß- oder strömungsmäßig zueinander parallel geschaltete Zentrifugalabscheider 22 um den Umfang des Gaszugs verteilt angeordnet, so kann der Aus tritts- oder Zwischensammler 14 auch entfallen. Die Aus trittsenden der die Verdampferheizfläche 16 bildenden Rohre 6 sind dann direkt mit dem ihnen zugeordneten Zen trifugalabscheider 22 verbunden. Dabei können Gruppen bestehend aus einer beliebigen Anzahl von Rohren 6 jeweils einem einzelnen Zentrifugalabscheider 22 zugeordnet sein.If several centrifugal separators 22 connected in flow or flow parallel to one another are arranged distributed around the circumference of the throttle cable, the step or intermediate collector 14 can also be omitted. From the tread ends of the evaporator heating surface 16 forming tubes 6 are then directly connected to the assigned centrifugal separator 22 . Groups consisting of any number of tubes 6 can each be assigned to a single centrifugal separator 22 .

Der oder jeder Zentrifugalabscheider 22 ist ausgangsseitig über eine Leitung 26 und einen Sammler 28 mit der Nachheiz fläche 18 verbunden. Die Nachheizfläche 18 ist ebenfalls aus einer Anzahl von Rohren 6′ aufgebaut, die ausgangs seitig an einen ihnen gemeinsamen Sammler 30 angeschlossen sind. Die Anzahl der Rohre 6′ der Nachheizfläche 18 ent spricht mindestens in etwa der Anzahl der Rohre 6 in der Verdampferheizfläche 16.The or each centrifugal separator 22 is connected on the output side via a line 26 and a collector 28 to the reheating surface 18 . The reheating surface 18 is also made up of a number of tubes 6 'which are connected on the output side to a collector 30 common to them. The number of tubes 6 'of the reheating surface 18 speaks at least approximately the number of tubes 6 in the evaporator heating surface 16 .

Beim Betrieb des Dampferzeugers wird dem Verdampfersystem üblicherweise bis nahe an die Verdampfungstemperatur vorge wärmtes Speisewasser über einen mit dem oder jedem Fall rohr 24 verbundenen Sammler 32 zugeführt. Das Speisewasser strömt in dem durch die Pfeile 34 angedeuteten Umlauf system, wobei es in den die Verdampferheizfläche 16 bilden den Rohren 6 zum großen Teil verdampft wird. Das Wasser- Dampf-Gemisch tritt in den oder jeden Zentrifugalabscheider 22 tangential ein. Dort werden Wasser und Dampf voneinander getrennt, wobei der Dampf über die in den oder jeden Zen trifugalabscheider 22 hineinragende Abzugsleitung 26 ab zieht. Vom Dampf mitgeführtes Wasser wird in den die Nach heizfläche 18 bildenden Rohren 6′ verdampft. Anschließend wird der Dampf weiter erhitzt und schließlich nach Durch laufen einer (nicht dargestellten) Überhitzerheizfläche als Frischdampf oder überhitzter Dampf einer (nicht dar gestellten) Dampfturbine zugeführt. Im Zentrifugalabschei der 22 abgetrenntes Wasser strömt im Naturumlauf über das oder jedes Fallrohr 24 in den Eintrittssammler 12 und von dort erneut in die die Verdampferheizfläche 16 bildenden Rohre 6.During operation of the steam generator, the evaporator system is usually preheated to close to the evaporation temperature feed water via a pipe 24 connected to the or each case collector 32 . The feed water flows in the circulation system indicated by the arrows 34 , it being largely evaporated in the tubes 6 forming the evaporator heating surface 16 . The water-steam mixture enters the or each centrifugal separator 22 tangentially. There, water and steam are separated from one another, the steam being drawn off via the discharge line 26 projecting into the or each centrifugal separator 22 . Water entrained by the steam is evaporated in the after heating surface 18 forming tubes 6 '. The steam is then further heated and finally, after running through a (not shown) superheater heating surface as live steam or superheated steam, a steam turbine (not shown) is supplied. In the centrifugal separator of the 22 separated water flows in natural circulation over the or each down pipe 24 into the inlet header 12 and from there again into the pipes 6 forming the evaporator heating surface 16 .

Durch die Verwendung eines oder mehrerer Zentrifugalab scheider 22 zur Trennung von Wasser und Dampf des im Ver dampfersystem 16 anfallenden Wasser-Dampf-Gemisches sind große Temperaturgradienten innerhalb des Dampferzeugers beherrschbar. Beim Betrieb des Dampferzeugers sind daher kurze Anfahrzeiten mit entsprechend niedrigen Anfahrver lusten und hohe Laständerungsgeschwindigkeiten möglich.Large temperature gradients within the steam generator can be controlled by using one or more centrifugal separators 22 for separating water and steam from the water-steam mixture occurring in the evaporator system 16 . When operating the steam generator, short start-up times with correspondingly low start-up losses and high load change speeds are possible.

Claims

1. Steam generator with a gas train consisting of essentially vertically arranged and gas-tightly connected pipes ( 6 ), which form an evaporator heating surface ( 16 ) and are connected with their inlet ends to an inlet manifold ( 12 ) and with their outlet ends with a water-steam Separating device ( 22 ) are connected, the water-steam separating device ( 22 ) being connected to the inlet header ( 12 ) via a downpipe ( 24 ) arranged outside the throttle cable, characterized in that at least one centrifugal separator ( 22 ) is provided.

2. Steam generator according to claim 1, characterized in that the longitudinal axis of the or each centrifugal separator ( 22 ) extends vertically.

3. Steam generator according to claim 1 or 2, characterized in that the vertically arranged tubes ( 6 ) have at least over 80% of their length with internal ribbing.

4. Steam generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the outlet ends of the evaporator heating surface ( 16 ) forming tubes ( 6 ) and the centrifugal separator ( 22 ), an intermediate collector ( 14 ) is switched on.