EP0349834A1 - Durchlaufdampferzeuger - Google Patents

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EP0349834A1
EP0349834A1 EP89111309A EP89111309A EP0349834A1 EP 0349834 A1 EP0349834 A1 EP 0349834A1 EP 89111309 A EP89111309 A EP 89111309A EP 89111309 A EP89111309 A EP 89111309A EP 0349834 A1 EP0349834 A1 EP 0349834A1
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EP
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throttle cable
steam generator
height
gas
cable
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EP89111309A
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English (en)
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Eberhard Dipl.-Ing. Wittchow
Wolfgang Dr. Köhler
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00—Steam boilers of forced-flow type
    • F22B29/06—Steam boilers of forced-flow type of once-through type, i.e. built-up from tubes receiving water at one end and delivering superheated steam at the other end of the tubes
    • F22B29/061—Construction of tube walls
    • F22B29/065—Construction of tube walls involving upper vertically disposed water tubes and lower horizontally- or helically disposed water tubes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S122/00—Liquid heaters and vaporizers
    • Y10S122/04—Once through boilers

Definitions

  • the invention relates to a once-through steam generator according to the preamble of patent claim 1.
  • the transition from the pipes of the pipe walls of the lower part of the throttle cable into the pipes of the pipe walls of the upper part can either be done directly, for example by connecting three pipes of the upper part to a pipe of the lower part, or indirectly via a collector, to which both the pipes of the lower and the pipes of the upper part are connected.
  • the tubes of the lower part of the gas flue which are strongly heated by the burners of the once-through steam generator, can have very considerable temperature differences at their outlet points to the tubes of the upper part or to the collector due to inevitable heating differences. Since the pipes of the pipe walls are welded together gas-tight on their long sides, these temperature differences lead to considerable thermal stresses in the pipe walls of the gas train, which can lead to pipe breaks.
  • the invention has for its object to remedy this situation and to avoid such pipe tears due to excessive thermal stresses.
  • the diagonally rising pipes of the pipe walls of the lower part of the throttle cable can only absorb small weights. Therefore, vertical support strips made of iron are to be provided for such pipe walls on the outside, to which the individual pipes of the pipe walls of the lower part of the throttle cable are welded.
  • the length and the cross-section of these support bands as well as the number of welding points can be limited. This also limits the manufacturing and assembly costs and thus costs for the once-through steam generator.
  • Claims 2 to 5 are directed to advantageous developments of the subject matter of claim 1, through which thermal stresses and thus pipe tears in the pipe walls of the throttle cable can be avoided even better.
  • the subject of claim 6 causes a low wall temperature of the tubes of the tube walls of the upper part of the gas train of the once-through steam generator. Therefore, these tube walls are also adapted to the high heat radiation to which they are exposed due to the limited height of the lower part of the throttle cable.
  • the continuous steam generators according to FIGS. 1 to 3 have two vertical throttle cables 2 and 3, which are connected to one another at the top by a horizontal gas cable 4.
  • the continuous steam generator according to FIG. 4 has only a single vertical throttle cable 2.
  • the vertical throttle cables 2 have a funnel-shaped base 5 at the bottom, as is customary for coal-fired steam generators.
  • the bottom 5 can, however, also be designed in the same way as is customary for gas or oil-fired steam generators.
  • the vertical gas flues 3 according to FIGS. 1 to 3 have a flue gas outlet opening 6 on the bottom. This flue gas outlet opening 6 is located at the top of the single vertical gas flue 2 in the continuous steam generator according to FIG. 4.
  • the vertical throttle cable 2 has a lower part 7, the lower end of which is delimited by the base 5 and which has a height H in the vertical direction.
  • such heating surfaces 9 are not only arranged within the vertical gas train 3 but also within the horizontal gas train 4.
  • 3 has such heating surfaces 9 not only in the vertical throttle cable 3 and in the horizontal gas cable 4, but also in the vertical gas cable 2, while the continuous steam generator according to FIG. 4 has such heating surfaces 9 only in the vertical gas cable 2.
  • the vertical throttle cable 2 also has an upper part 10, which in the continuous steam generator according to FIG. 1 at its upper end through the upper transverse wall 11 of the accelerator cable 2, in the continuous steam generator according to FIG. 2 through a cross-sectional constriction 12 which protrudes into the throttle cable 2 by a nose 13 a side wall of the throttle cable 2 is formed, and in the passage steam generators according to Figures 3 and 4 is limited by a lower edge 14 of the heating surfaces 9.
  • the vertical throttle cable 2 is formed by gas-tight tube walls, the tubes 15 of which are arranged at an incline. However, these tubes 15 can also be arranged alternately at an incline and horizontally.
  • the vertical throttle cable 2 is formed by gas-tight tube walls, the tubes 16 of which are arranged vertically. For example, three vertical pipes 16 of the pipe walls of the upper part 10 of the gas train 2 are connected to an obliquely rising pipe 15 of the pipe walls of the lower part 7 of the throttle cable 2.
  • the lower part 7 and the upper part 10 of the throttle cable 2 have a total height L.
  • the height H of this lower part 7 is advantageously 70% of the total height L of the parts 7 and 10 of this gas cable 2.
  • the height H can also advantageously be 65, 60, 55 or even be only 50% of the total height L. The smaller this percentage, the lower the thermal stresses in the tube walls of the lower part 7 of the throttle cable 2.
  • the percentage of the height H of the lower part 7 of the gas cable 2 is downwardly limited primarily by the burner arrangement, since in the area of the burner Tubes 15 are heated very strongly and the oblique arrangement of the tubes 15 allow particularly good cooling.
  • the tubes 16 of the tube walls of the upper part 10 of the throttle cable 2 advantageously have helical inner ribs 17. From the tubes 15 of the tube walls of the lower part 7 of the gas cable 2 into the tubes 16 according to FIGS. 5 and 6 flowing wet steam is subjected to a centrifugal force in these tubes 16, so that its water content predominantly collects on the inside of the tubes 16. This proportion of water increases the cooling of the tubes 16 there, so that these tubes 16 can easily absorb the high heat radiation from the interior of the throttle cable 2, which they are subject to because of the low height H of the lower part 7 of this gas cable 2.
  • a feed water preheater heating surface 22 is connected to a feed water pump 21.
  • An evaporator surface 23 is connected in series with the feed water preheater heating surface 22 and is connected laterally with its steam outlet line to a mostly vertically arranged water separator bottle 24.
  • a steam outlet line leads from the upper end of this water separating bottle 24 to the superheater heating surfaces 25.
  • the water separating bottle 24 is provided with a water discharge line 26 which leads to a feed water or a relaxation tank or is provided with a circulation pump which is located between the feed water preheater heating surface 22 and the evaporator surface 23 or between the feed water pump 21 and the feed water preheater heating surface.
  • the tube walls of both parts 7 and 10 of the throttle cable 2 belong to the evaporator surface 23 in FIG. 7, while the heating surfaces 9, the feed water preheater heating surface 22 and the superheater heating surfaces 25 in FIG. 7 are.
  • the evaporation area is not fixed locally, so that either overheating already occurs in the evaporator surfaces 23 of the tube walls of the gas flue 2, or evaporation still takes place in the superheater heating surfaces 25.
  • the water discharge line 26 in FIG. 7 is only flowed through by water during the start-up of the once-through steam generator and during operation with partial load.
  • the water discharge line 26 is therefore not connected to a horizontally arranged steam drum, water does not flow through it during the entire operation, and it does not open directly into the evaporator surface without the interposition of containers or pumps.

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Abstract

Ein Durchlaufdampferzeuger hat einen vertikalen Gaszug (2) mit gasdichten Rohrwänden, deren Rohre (15) in einem unteren Teil (7) des Gaszuges (2) schräg ansteigend und deren Rohre (16) in einem oberen, am Oberende durch eine Querwand (11) des Gaszuges (2), durch eine von den Rohrwänden gebildete Querschnittsverengung (12) oder durch eine Unterkante (14) von innerhalb des Gaszuges (2) befindlichen Heizflächen (9) begrenzten Teil (10) vertikal angeordnet sind; zum Vermeiden von Rohrreißern ist die Höhe (H) des unteren Teils (7) kleiner als 70 % der Gesamthöhe (L) von unterem (7) und oberem Teil (10).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Durchlaufdampferzeuger nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein derartiger Durchlaufdampferzeuger ist bereits üblich. Der Übergang von den Rohren der Rohrwände des unteren Teiles des Gaszuges in die Rohre der Rohrwände des oberen Teiles kann entweder direkt erfolgen, indem beispielsweise drei Rohre des oberen Teiles an einem Rohr des unteren Teiles angeschlossen sind, oder indirekt über einen Sammler, an dem sowohl die Rohre des unteren als auch die Rohre des oberen Teiles angeschlossen sind.
  • Bei Betrieb eines solchen Durchlaufdampferzeugers können insbesondere die durch die Brenner des Durchlaufdampferzeugers stark beheizten Rohre des unteren Teiles des Gaszuges an ihren Austrittsstellen zu den Rohren des oberen Teiles bzw. zu dem Sammler aufgrund unvermeidlicher Beheizungsunterschiede ganz erhebliche Temperaturunterschiede aufweisen. Da die Rohre der Rohrwände an ihren Längsseiten miteinander gasdicht verschweißt sind, führen diese Temperaturunterschiede zu erheblichen Wärme­spannungen in den Rohrwänden des Gaszuges, die zu Rohrreißern führen können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und solche Rohrreißer aufgrund von zu großen Wärme­spannungen zu vermeiden.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe hat ein Durchlaufdampferzeuger der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die Merkmale des kenn­zeichnenden Teiles des Patentanspruches 1.
  • Durch die Begrenzung der Höhe des unteren Teiles des Gaszuges dieses Durchlaufdampferzeugers wird auch die Wärmeaufnahme der Rohrwände in diesem unteren Teil begrenzt. Deshalb führen die Rohre des unteren Teiles des Gaszuges an den Austrittsstellen zu den Rohren des oberen Teiles bzw. zu dem zwischengeschalte­ten Sammler überwiegend Naßdampf. Eine Mehrbeheizung einzelner Rohre des unteren Teiles des Gaszuges führt deshalb nur zu einer verstärkten Dampfbildung in diesen Rohren, nicht aber zur Bildung von Heißdampf mit hohen Temperaturen, so daß allenfalls nur geringe Wärmespannungen in den Rohrwänden des unteren Teiles des Gaszuges auftreten können.
  • Da die Anzahl strömungsseitig parallelgeschalteter Rohre in den Rohrwänden des oberen Teiles des Gaszuges in der Regel größer ist als in den Rohrwänden des unteren Teiles, ist die Massen­stromdichte, die ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes ist, in den Rohrwänden des oberen Teiles und damit auch der Reibungsdruckverlust in diesen Rohrwänden kleiner als in den Rohrwänden des unteren Teiles des Gaszuges. Wegen der Begrenzung der Höhe des unteren Teiles des Gaszuges ist deshalb auch der Reibungsdruckverlust in den zu den Rohrwänden des unteren Teiles des Gaszuges gehörenden Rohren begrenzt. Das bedeutet, daß der Reibungsdruckverlust in den Rohren der Rohr­wände des Gaszuges insgesamt niedrig ist. Deshalb ist für diesen Durchlaufdampferzeuger nur eine geringe Leistung zugeord­neter Speisewasserpumpen erforderlich, wodurch sich ein guter Wirkungsgrad für ein Kraftwerk ergibt, in dem der Durchlauf­dampferzeuger eingesetzt ist.
  • Sind die Rohre des unteren Teiles des Gaszuges unmittelbar an den Rohren des oberen Teiles angeschlossen, wird wegen der Be­grenzung der Höhe des unteren Teiles des Gaszuges auch eine Vergleichmäßigung des Massenstromes durch die Rohre der Rohr­wände des Gaszuges erzielt.
  • Die schräg ansteigend angeordneten Rohre der Rohrwände des unteren Teiles des Gaszuges können nur kleine Gewichtskräfte aufnehmen. Deshalb sind für solche Rohrwände auf der Außenseite in der Regel vertikale Tragbänder aus Eisen vorzusehen, an denen die einzelnen Rohre der Rohrwände des unteren Teiles des Gaszuges festgeschweißt sind. Infolge der begrenzten Höhe des unteren Teiles des Gaszuges des Durchlaufdampferzeugers können die Länge und der Querschnitt dieser Tragbänder sowie auch die Anzahl der Schweißstellen begrenzt werden. Dies begrenzt auch den Herstellungs-und Montageaufwand und damit Kosten für den Durchlaufdampferzeuger.
  • Die Patentansprüche 2 bis 5 sind auf vorteilhafte Weiterbil­dungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1 gerichtet, durch die Wärmespannungen und damit Rohrreißer in den Rohrwänden des Gaszuges noch besser vermieden werden.
  • Der Gegenstand des Patentanspruchs 6 bewirkt eine niedrige Wandtemperatur der Rohre der Rohrwände des oberen Teiles des Gaszuges des Durchlaufdampferzeugers. Deshalb sind diese Rohr­wände auch der hohen Wärmeeinstrahlung angepaßt, der sie auf­grund der begrenzten Höhe des unteren Teiles des Gaszuges ausgesetzt sind.
  • Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert:
    • FIG 1 bis 4 zeigen stark schematisiert Längsschnitte erfindungs­gemäßer Durchlaufdampferzeuger,
    • FIG 5 zeigt einen Längsschnitt durch ein Rohr der Rohrwände der Durchlaufdampferzeuger nach den Figuren 1 bis 4
    • FIG 6 den Querschnitt des Rohres nach FIG 5,
    • FIG 7 zeigt stark schematisiert das Wasser-Dampf-Schaltschema der Durchlaufdampferzeuger nach den Figuren 1 bis 4.
  • Die Durchlaufdampferzeuger nach den Figuren 1 bis 3 haben zwei vertikale Gaszüge 2 und 3, die oben durch einen horizontalen Gaszug 4 miteinander verbunden sind. Der Durchlaufdampferzeuger nach FIG 4 hat nur einen einzigen vertikalen Gaszug 2.
  • Die vertikalen Gaszüge 2 weisen unten einen trichterförmigen Boden 5 auf, wie er für kohlebefeuerte Dampferzeuger üblich ist. Der Boden 5 kann jedoch auch eben ausgeführt sein, wie er für gas- oder ölbefeuerte Dampferzeuger üblich ist. Die verti­kalen Gaszüge 3 nach den Figuren 1 bis 3 haben am Boden eine Rauchgasaustrittsöffnung 6. Diese Rauchgasaustrittsöffnung 6 befindet sich beim Durchlaufdampferzeuger nach FIG 4 oben am einzigen vertikalen Gaszug 2.
  • Der vertikale Gaszug 2 weist ein unteres Teil 7 auf, dessen Unterende durch den Boden 5 begrenzt ist und das eine Höhe H in vertikaler Richtung hat.
  • Am unteren Teil 7 sind Brenner 8 für fossilen Brennstoff, z.B. Kohle, angebracht. Ferner befinden sich innerhalb des vertika­len Gaszuges 3 des Durchlaufdampferzeugers nach FIG 1 Heiz­flächen 9. Beim Durchlaufdampferzeuger nach FiG 2 sind solche Heizflächen 9 nicht nur innerhalb des vertikalen Gaszuges 3, sondern auch innerhalb des horizontalen Gaszuges 4 angeordnet. Der Durchlaufdampferzeuger nach FIG 3 hat solche Heizflächen 9 nicht nur im vertikalen Gaszug 3 und im horizontalen Gaszug 4, sondern auch im vertikalen Gaszug 2, während der Durchlauf­dampferzeuger nach FIG 4 solche Heizflächen 9 nur oben im vertikalen Gaszug 2 aufweist.
  • Der vertikale Gaszug 2 hat ferner einen oberen Teil 10, der beim Durchlaufdampferzeuger nach FIG 1 an seinem Oberende durch die obere Querwand 11 des Gaszuges 2, beim Durchlauf­dampferzeuger nach FIG 2 durch eine Querschnittsverengung 12, die durch eine in den Gaszug 2 hineinragende Nase 13 an einer Seitenwand des Gaszuges 2 gebildet ist, und bei den Durchlauf­ dampferzeugern nach den Figuren 3 und 4 durch eine Unterkante 14 der Heizflächen 9 begrenzt ist.
  • Im unteren Teil 7 mit der Höhe H ist der vertikale Gaszug 2 durch gasdichte Rohrwände gebildet, deren Rohre 15 schräg an­steigend angeordnet sind. Diese Rohre 15 können jedoch auch abwechselnd schräg ansteigend und waagerecht angeordnet sein. Im oberen Teil 10 ist der vertikale Gaszug 2 hingegen durch gasdichte Rohrwände gebildet, deren Rohre 16 vertikal angeord­net sind. An einem schräg ansteigenden Rohr 15 der Rohrwände des unteren Teiles 7 des Gaszuges 2 sind beispielsweise drei vertikale Rohre 16 der Rohrwände des oberen Teiles 10 des Gas­zuges 2 angeschlossen. Der untere Teil 7 und der oberer Teil 10 des Gaszuges 2 haben eine Gesamthöhe L.
  • Zum Vermeiden von Wärmespannungen insbesondere in den Rohr­wänden des unteren Teiles 7 des Gaszuges 2 beträgt die Höhe H dieses unteren Teiles 7 vorteilhafterweise 70 % der Gesamthöhe L der Teile 7 und 10 dieses Gaszuges 2. Die Höhe H kann auch günstigerweise 65, 60, 55 oder sogar nur 50 % der Gesamthöhe L betragen. Je kleiner dieser Prozentsatz ist, desto geringer sind die Wärmespannungen in den Rohrwänden des unteren Teiles 7 des Gaszuges 2. Der Prozentsatz der Höhe H des unteren Teils 7 des Gaszuges 2 ist nach unten vor allem durch die Brenneran­ordnung begrenzt, da im Bereich der Brenner die Rohre 15 sehr stark beheizt werden und die schräge Anordnung der Rohre 15 eine besonders gute Kühlung ermöglichen.
  • Wie die Figuren 5 und 6 verdeutlichen, haben die Rohre 16 der Rohrwände des oberen Teiles 10 des Gaszuges 2 vorteilhafter­weise wendelartig geführte Innenrippen 17. Aus den Rohren 15 der Rohrwände des unteren Teils 7 des Gaszuges 2 in die Rohre 16 entsprechend Fig. 5 und 6 strömender Naßdampf unterliegt in diesen Rohren 16 einer Zentrifugalkraft, so daß sein Wasser­anteil sich überwiegend an der Innenseite der Rohre 16 ansammelt. Dieser Wasseranteil verstärkt dort die Kühlung der Rohre 16, so daß diese Rohre 16 ohne weiteres die hohe Wärmeeinstrahlung aus dem Innenraum des Gaszuges 2 aufnehmen können, der sie wegen der niedrigen Höhe H des unteren Teiles 7 dieses Gaszuges 2 unterliegen.
  • Im Wasser-Dampfschaltschema des Durchlaufdampferzeugers nach FIG 7 ist eine Speisewasservorwärmer-Heizfläche 22 an einer Speisewasserpumpe 21 angeschlossen. Zu der Speisewasservorwärmer-­Heizfläche 22 ist eine Verdampferfläche 23 in Serie geschaltet, die mit ihrer Dampfaustrittsleitung seitlich an einer meist senkrecht angeordneten Wasserabscheideflasche 24 angeschlossen ist. Vom oberen Ende dieser Wasserabscheideflasche 24 führt eine Dampfaustrittsleitung zu den Überhitzerheizflächen 25. Am unteren Ende ist die Wasserabscheideflasche 24 mit einer Wasser­abführleitung 26 versehen, die zu einem Speisewasser- oder einem Entspannungsbehälter führt oder mit einer Umwälzpumpe versehen ist, die zwischen der Speisewasservorwärmer-Heizfläche 22 und der Verdampferfläche 23 oder zwischen der Speisewasser­pumpe 21 und der Speisewasservorwärmerheizfläche mündet.
  • Die Rohrwände beider Teile 7 und 10 des Gaszuges 2 gehören zu der Verdampferfläche 23 in FIG 7, während die Heizflächen 9, die Speisewasservorwärmer-Heizfläche 22 und die Überhitzer­heizflächen 25 in FIG 7 sind. In vielen Betriebsfällen ist der Verdampfungsbereich örtlich nicht fixiert, so daß entweder in den Verdampferflächen 23 der Rohrwände des Gaszuges 2 bereits Überhitzung erfolgt, oder Verdampfung noch in den Überhitzer­heizflächen 25 stattfindet.
  • Die Wasserabführleitung 26 in FIG 7 wird nur während des An­fahrens des Durchlaufdampferzeugers und bei Betrieb mit Teil­last von Wasser durchströmt. Die Wasserabführleitung 26 ist also im Gegensatz zu den wasserführenden Fallrohren eines Naturumlaufdampferzeugers nicht an eine waagerecht angeordnete Dampftrommel angeschlossen, sie wird nicht während des gesamten Betriebs von Wasser durchströmt und sie mündet auch nicht ohne Zwischenschaltung von Behältern oder Pumpen direkt in die Verdampferfläche.

Claims (6)

1. Durchlaufdampferzeuger mit einem vertikalen Gaszug, der aus gasdichten Rohrwänden gebildet ist, deren Rohre an einem unteren Teil des Gaszuges, an dem sich Brenner für fossilen Brennstoff befinden, schräg ansteigend und an einen oberen Teil des Gas­zuges vertikal angeordnet sind, und dessen unterer Teil am Unter­ende durch einen Boden des Gaszuges und dessen oberer Teil am Oberende durch eine Querwand des Gaszuges, durch eine von den Rohrwänden gebildete Querschnittsverengung des Gaszuges oder durch eine Unterkante von innerhalb des Gaszuges angeordneten Heizflächen begrenzt ist, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Höhe (H) des unteren Teiles (7) des Gaszuges (2) mit den schräg ansteigend angeordneten Rohren (15) kleiner als 70 % der Gesamthöhe (L) von unterem und oberem Teil (7; 10) des vertikalen Gaszuges (2) ist.
2. Durchlaufdampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) des unteren Teiles (7) des Gaszuges (2) kleiner als 65 % der Gesamthöhe (L) ist.
3. Durchlaufdampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) des unteren Teiles (7) des Gaszuges (2) kleiner als 60 % der Gesamthöhe (L) ist.
4. Durchlaufdampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) des unteren Teiles (7) des Gaszuges (2) kleiner als 55 % der Gesamthöhe (L) ist.
5. Durchlaufdampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) des unteren Teiles (7) des Gaszuges (2) kleiner als 50 % der Gesamthöhe (L) ist.
6. Durchlaufdampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (16) der Rohrwände des oberen Teiles (10) des Gaszuges (2) wendelartig geführte Innenrippen (17) aufweisen.
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