EP0439765A1 - Dampferzeuger - Google Patents

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EP0439765A1
EP0439765A1 EP90124271A EP90124271A EP0439765A1 EP 0439765 A1 EP0439765 A1 EP 0439765A1 EP 90124271 A EP90124271 A EP 90124271A EP 90124271 A EP90124271 A EP 90124271A EP 0439765 A1 EP0439765 A1 EP 0439765A1
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EP
European Patent Office
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steam
steam generator
line
header
pipe
Prior art date
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Application number
EP90124271A
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English (en)
French (fr)
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EP0439765B1 (de
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Eberhard Dipl.-Ing. Wittchow
Joachim Dr. Franke
Wolfgang Dipl.-Ing. Vollmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0439765A1 publication Critical patent/EP0439765A1/de
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Publication of EP0439765B1 publication Critical patent/EP0439765B1/de
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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
    • F22B29/02—Steam boilers of forced-flow type of forced-circulation type
    • F22B29/023—Steam boilers of forced-flow type of forced-circulation type without drums, i.e. without hot water storage in the boiler
    • F22B29/026—Steam boilers of forced-flow type of forced-circulation type without drums, i.e. without hot water storage in the boiler operating at critical or supercritical pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/02—Control systems for steam boilers for steam boilers with natural convection circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/06—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type
    • F22B35/08—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type of forced-circulation type
    • F22B35/083—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type of forced-circulation type without drum, i.e. without hot water storage in the boiler
    • F22B35/086—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type of forced-circulation type without drum, i.e. without hot water storage in the boiler operating at critical or supercritical pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/10—Water tubes; Accessories therefor
    • F22B37/14—Supply mains, e.g. rising mains, down-comers, in connection with water tubes
    • F22B37/141—Supply mains, e.g. rising mains, down-comers, in connection with water tubes involving vertically-disposed water tubes, e.g. walls built-up from vertical tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D5/00—Controlling water feed or water level; Automatic water feeding or water-level regulators
    • F22D5/26—Automatic feed-control systems

Definitions

  • a steam generator which is a natural circulation steam generator, which is also referred to as a drum boiler.
  • the outlet collector for the pipes of the gas-tight pipe wall is the drum of the natural circulation steam generator.
  • a control device has a control valve with a motor drive, which is located in a feed water line leading from an economizer to the drum.
  • the control device has a level indicator for the water level in the drum as a control variable sensor, so that the control device detects the water level in this drum as a control variable.
  • the flow cross-section of the control valve in the feed water line is reduced when a predetermined water level in the drum is exceeded.
  • the flow cross-section increases when the water level in the drum falls below a predetermined level. Reaching the critical steam pressure in the drum is not provided and could be prevented, for example, by a pressure relief valve attached to the drum.
  • this natural circulation steam generator experiences major changes in the steam temperature at the steam outlet of the after-heating surfaces.
  • Collectors connected to the steam outlet of the reheating surfaces are therefore subject to high thermal stresses. Since they are not only exposed to high steam temperatures, but also to high steam pressure, they have to be particularly thick-walled in order to achieve sufficient strength. Because of this thick-walled design, the thermal stresses easily damage the collectors.
  • the invention has for its object to avoid, in particular, rapid and large changes in the steam temperature of the steam leaving the reheating surfaces of the steam generator.
  • control is carried out to at least one of the variables a) to f).
  • a control device that detects one of the control variables a) to e) remains functional even when the pressure in the steam generator is critical or supercritical, in which, as is known, there is no longer a difference between the physical state of water and steam.
  • the downpipe of the steam generator enables circulation, if necessary even forced circulation, through the tubes of the gas-tight tube wall, regardless of whether there is subcritical, critical or supercritical pressure in the steam generator.
  • This circulation causes a high mass flow in the pipes of the gas-tight pipe wall and thus a good cooling of these pipes even if only a relatively small feed water flow is fed to the steam generator. Therefore, the steam generator can be designed for relatively low steam outputs, which e.g. is an advantage in environmentally friendly thermal power stations.
  • the design of the steam generator according to the invention results in a quickly responsive and particularly precise control of the feed water flow in the feed water line.
  • the tubes of the gas-tight tube wall of the steam generator can be arranged vertically according to claim 3, so that the steam generator can be manufactured particularly inexpensively.
  • the circulation through these vertically arranged tubes of the tube wall can even be a natural circulation due to the optimally low flow resistance in the tubes.
  • the claims 4 to 11 are directed to advantageous developments with which a high circulation through the downpipe and the tubes of the gas-tight tube wall is generated even at high pressure, in particular at supercritical pressure in the steam generator.
  • Claim 12 is directed to a training that the Starting the steam generator easier.
  • the further subclaims 13 and 14 deal with superimposed and / or superseding regulations.
  • 1 shows a perspective view and highly schematic of the throttle cable of a steam generator according to the invention.
  • FIGs 2, 3, 5, 6 and 14 each show a simplified flow diagram of the steam generator according to the invention with the throttle cable according to FIG 1 and with the associated control device.
  • FIG. 4 shows in cross section a measurement variable pickup for determining the heat output transferred to the gas-tight tube wall of the steam generator according to FIG. 3.
  • FIGS 7 to 13 show schematically advantageous developments on the steam generator according to the invention.
  • FIG. 15 shows a longitudinal section and a schematic of the measurement variable pickup for determining the residual moisture of the steam in the steam line of the steam generator according to FIG. 14.
  • the vertical throttle cable according to FIG. 1 with a rectangular cross section is formed by a gas-tight tube wall 2, which merges into a base 3 in the form of a funnel at the lower end of the gas cable.
  • the tubes 4 run in the longitudinal sectional planes of the throttle cable, otherwise the tubes 4 of the tube wall 2 are arranged vertically.
  • all tubes 4 of the tube wall 2 and the base 3 are welded together gas-tight on their long sides.
  • the bottom 3 forms a discharge opening for ashes, not shown.
  • tubes 4 of tube wall 2 are curved and run on the outside of the vertical throttle cable. Similar openings can also be formed for air nozzles, flue gas nozzles, soot blowers, etc.
  • the tubes 4 of the tube wall 2 are connected with their inlet ends formed by their lower ends to inlet collectors 6 and with their outlet ends formed by their upper ends to outlet collectors 7.
  • the outlet manifold 7 and the inlet manifold 6 are located outside the throttle cable.
  • the outlet manifolds 7 have a locally higher level than the inlet manifolds 6.
  • each outlet manifold 7 with vertical downspouts 8, which are also located outside the throttle cable, is connected in terms of flow to the inlet manifold 6, to which the tubes 4 of the tube wall 2 are also connected, which open into this outlet collector 7.
  • a feed water line 47 which contains an economizer (feed water preheater) 48, leads into the outlet header 7.
  • This economizer 48 is formed by an inlet manifold, an outlet manifold and heating surface tubes connecting these two collectors in terms of flow, which are not shown in FIG. 1 and are arranged as a heating surface within a gas flue, which adjoins the gas flue according to FIG. 1 at its upper end.
  • a control valve 9 with a motor drive 10 is located in the feed water line 47 upstream of the economizer 48.
  • the outlet manifold 7 From the top of the outlet manifold 7 there is a steam line 11 which contains two post-heating surfaces 12 and 13 connected in series and one water separator 14 connected between these two post-heating surfaces 12 and 13.
  • the outlet header 7, the steam line 11, the reheating surfaces 12 and 13 and the water separator 14 are thus connected to one another in terms of flow and connected in series.
  • the post-heating surfaces 12 and 13, not shown in FIG. 1 have heating surface tubes with inlet and outlet headers and are arranged within the throttle cable which adjoins the throttle cable according to FIG. 1 at its upper end.
  • the outlet header 7 is provided with a level meter 21 (e.g. float) for measuring the water level in the outlet header 7.
  • a level meter 21 e.g. float
  • the post-heating surface 12 immediately downstream of the outlet header 7 in the steam line 11 has a device 22 (e.g. thermocouple) at its outlet end, which measures either the steam temperature at this outlet end or the material temperature corresponding to this steam temperature at this outlet end. Furthermore, this outlet end of the after-heating surface 12 is provided with a device 23 (e.g. spring pressure meter as pressure transmitter) for measuring the vapor pressure at this outlet end.
  • a device 22 e.g. thermocouple
  • feed water flow meter 24 feed water quantity per unit of time which is connected upstream of the economizer 48 and downstream of the control valve 9.
  • Control valve 9 with motor drive 10, device 22 for measuring the steam temperature or a material temperature corresponding to the steam temperature and device 23 for measuring the steam pressure and feed water flow meter 24 are part of a control device of the steam generator for influencing the feed water flow into the steam generator.
  • This control device also has a transmitter 25 (signal converter) for the device 22 for measuring the steam temperature or a material temperature corresponding to the steam temperature, a measuring transducer 26 for the device 23 for measuring the steam pressure and a measuring transducer 27 for the feed water flow meter 24.
  • the transducers 25 and 26 each output an output signal to a device 28 having a computer for determining the steam enthalpy from the quantities steam temperature and steam pressure, which the devices 22 and 23 measure.
  • the device 28 for determining the enthalpy of vapor in turn emits a signal at its output to a controller 29 which is provided with a setpoint adjuster 30.
  • the output signal of the controller 29 and the output signal of a setpoint adjuster 35 are fed to a maximum value selection device 36, the output signal of which is fed to a controller 37.
  • the output signal of the transmitter 27 is also fed to the controller 37.
  • the water separator 14 is provided with a level gauge 31 for measuring the water level in the water separator 14.
  • An output signal is led from a measuring transducer 32 of the level indicator 31 to a controller 33, which is provided with a setpoint adjuster 34 and which acts on the motor drive 17 of the sequence control valve 16.
  • the feed water line 47 with the economizer 48, the inlet header 6, the tubes 4 of the tube wall 2 and the downpipes 8 are first filled with feed water before opening the burner in the openings 99 according to FIG. 1 until the outlet header 7 a water level is measured with the level meter 21.
  • the regulator 29 is still switched off, so that it has no effective output signal.
  • the setpoint adjuster 35 specifies a specific setpoint for the feedwater flow measured with the feedwater flow meter 24, which acts on the controller 37 via the maximum value selection device 36 and sets the feedwater flow to the outlet header 7 via the motor drive 10 via the motor drive 10.
  • the controller 29 is switched on by hand, for example, so that it supplies an output signal led to the maximum value selection device 36.
  • the output signal of the controller 29 as the set point for the feed water flow, which is measured by the feed water flow meter 24, is very low.
  • the maximum value selection device 36 therefore continues to select the output signal of the setpoint adjuster 35 for influencing the feed water supply, which output signal is greater than the output signal of the controller 29.
  • the steam pressure in the steam generator will usually still be below the critical pressure.
  • the steam pressure is then subsequently increased to the extent required by the steam turbine of the power plant fed by the steam generator.
  • the steam generator is operated at critical or supercritical pressure. Nevertheless, the natural circulation through the pipes 4 of the pipe wall 2 and the down pipes 8 is maintained, and the feed water supply through the feed water line 47 can be regulated to a steam enthalpy in the steam line 11 which is predetermined by the setpoint adjuster 30. Because of the natural circulation in the pipes 4 and in the down pipes 8, the steam generator can even be supplied with a relatively low feed water flow without the cooling of the pipes 4 of the pipe wall 2 being endangered.
  • While the regulation of the feed water supply through the feed water line 47 to a predetermined steam enthalpy according to FIG. 2 is advantageous when operating the steam generator with load-proportional steam pressure (sliding pressure operation), it may be sufficient, for example, when the steam generator is operated with constant steam pressure (fixed pressure operation) if the output signal of the transmitter is sufficient 25 in FIG. 2, which is assigned to the device 22 for measuring the steam temperature, is connected directly to the controller 29 and the device 23 for measuring the steam pressure with the transmitter 26 and the device 28 for determining the steam enthalpy are omitted.
  • a setpoint value of the steam temperature at the outlet end of the reheating surface 12 is then specified with the setpoint adjuster 30.
  • the water separator 14 is a control device assigned, which is the same as in FIG. 2.
  • the steam generator according to FIG. 3 differs from the steam generator according to FIG. 2 essentially in that instead of the devices 22 and 23 for measuring the steam temperature and the steam pressure at the outlet end of the reheating surface 12 on a pipe 4 the tube wall 2, a device 69 for measuring tube wall temperatures is provided on this tube 4.
  • this device 69 essentially has two thermocouples 70 and 71.
  • the pipe 4 in question is provided with a pipe section 4a which is eccentrically thickened in the pipe wall 2, which is shown in cross section in FIG. 4, towards the interior of the gas flue and which is welded into the pipe wall 2.
  • the eccentrically thickened pipe section 4a is provided in the interior of the throttle cable with two transverse bores 70a and 71a, which are parallel to one another and spaced apart in the radial direction.
  • the thermocouples 70 and 71 are arranged in each of these transverse bores 70a and 71a.
  • the connecting wires of these two thermocouples 70 and 71 are covered by a U-profile 72, which is also welded into the tube wall 2 and are guided on the outside of the tube wall 2 into a protective tube 73 located there.
  • the thermocouples 70 and 71 for measuring the tube wall temperatures at two different locations on the eccentrically thickened tube section 4a include the transmitters 72 and 73 in FIG. 3. Of these transmitters 72 and 73, an output signal is fed to a device 74 having a computer. This device 74 determines from the temperatures of the eccentrically thickened pipe section 4a measured with the thermocouples 70 and 71 and other quantities such as the wall thickness and the thermal resistance of this pipe section 4a the thermal power transferred to the evaporating water.
  • Such devices 69 are expediently attached to the pipe wall 2 several times in order to transfer the thermal power transferred to the evaporating water to several pipes 4 and at different locations to measure this tube wall 2. The accuracy of the measurements can be increased by averaging the measured variables.
  • the heat output determined in this way is multiplied in the device 74 by the surface of the pipe wall 2 on the inside of the throttle cable, so that the output signal from the device 74 is proportional to the heat output transmitted to the entire pipe wall 2.
  • the output signal from the device 74 for determining the thermal output is led to a controller 75 which is provided with a setpoint adjuster 76.
  • the output signals of the controller 75 and a setpoint adjuster 35 are routed to a maximum value selection device 77, the output signal of which is in turn routed to a controller 37.
  • the output signal of a transmitter 27 assigned to the feed water flow meter 24 is also connected to this controller 37, as in FIG.
  • controller 75 The mode of operation of controller 75, setpoint adjuster 76, maximum value selector 77 and setpoint adjuster 35 according to FIG. 3 corresponds to the mode of operation of controller 29, setpoint adjuster 30, maximum value selector 36 and setpoint adjuster 35 of the steam generator according to FIG. 2.
  • the steam generator according to FIG 3 has the advantage that the control device for influencing the feed water supply can react very quickly to changes in the heat output which is transferred to the water evaporating in the tubes 4 of the tube wall 2. As a result, the effects of changes in the transferred heat output on the steam temperature in the reheating surfaces 12 and 13 remain extremely small.
  • the water separator 14 is a control device assigned, which is the same as in FIG. 2.
  • the steam generator according to FIG. 5 differs from the steam generator according to FIG. 2 essentially in that instead of the devices 22 and 23 for measuring the steam temperature and the steam pressure at the outlet end of the reheating surface 12, a steam flow meter 45 in the steam line 11 is attached, which is downstream of the post-heating surface 13 in terms of flow.
  • a transmitter 45a is assigned to this steam flow meter 45.
  • the output signal of the transducer 45a and the output signal of the transducer 27 assigned to the feed water flow meter 24 are fed to a device 46 with a computer for determining the ratio of the feed water flow in the feed water line 47 to the steam flow in the steam line 11, which leads from the feed water flow meter 24 and from the steam flow meter 45 be measured.
  • the device 46 for determining the ratio of the feed water flow in the feed water line 47 to the steam flow in the steam line 11 outputs an output signal to the controller 148, which is provided with a setpoint adjuster 147.
  • An injection steam cooler 50 is also connected downstream in the steam line 11 to the water separator 14, to which an injection water line 51 is connected.
  • a control valve 52 with motor drive 52a is located in this injection water line 51.
  • a controller 329 acts on this motor drive 52a, to which a setpoint adjuster 330 is assigned.
  • a device 322 e.g. thermocouple
  • a measuring transducer 325 is assigned to this device 322 and outputs an output signal to the controller 329.
  • the controller 329 increases the flow cross section of the control valve 52 when a predetermined steam temperature at the outlet end of the reheating surface 13 is exceeded and reduced this flow cross-section, if it falls below this predetermined steam temperature.
  • the output signal of the controller 148 and the output signal of the setpoint adjuster 35 are fed to a maximum value selection device 149, the output signal of which in turn is fed to the controller 37.
  • the output signal of the transmitter 27 assigned to the feed water flow meter 24 is also connected to this controller 37, as in FIG.
  • the mode of operation of the controller 148, the setpoint adjuster 147, the maximum value selector 149 and the setpoint adjuster 35 according to FIG. 5 corresponds to the mode of operation of the controller 29, the setpoint adjuster 30, the maximum value selector 36 and the setpoint adjuster 35 of the steam generator according to FIG. 2.
  • the feed water flow through the feed ice water line 47 is always a predetermined proportion smaller than the steam flow through the steam line 11.
  • a predetermined ratio of feed water flow through the feed water line 47 to the steam flow through the steam line 11, which is less than 1 a sufficiently large injection water flow can always be obtained through the injection water line 51 are available for injection into the injection steam cooler 50 in order to keep the steam temperature at the steam outlet of the after-heating surface 13 at a constant value even in the event of faults.
  • FIG. 6 the same parts are also provided with the same reference symbols as in FIG. 2.
  • a control device is assigned to the water separator 14, which is designed in the same way as in FIG. 2.
  • the steam generator according to FIG. 6 differs from the steam generator according to FIG fall away.
  • On an injection steam cooler 50 in the steam line 11 between the water separator 14 and the after-heating surface 13 is connected in terms of flow for injecting injection water, instead an injection water line 51 with a control valve 52 and associated motor drive 52a is connected, which starts from a feed water pump, not shown.
  • the injection water line 51 has an injection water flow meter 53 in terms of flow between the injection steam cooler 50 and the control valve 52.
  • the outlet end of the after-heating surface 13 is provided with a device 322 (eg thermocouple) which either measures the steam temperature at this outlet end or the material temperature corresponding to this steam temperature at this outlet end.
  • This device 322 is assigned a transducer 325 (signal transducer) which emits an output signal to a controller 329 which acts on the motor drive 52.
  • the controller 329 is provided with a setpoint adjuster 330.
  • the controller 329 increases the flow cross-section of the control valve 52 when a predetermined constant steam temperature at the outlet end of the after-heating surface 13 is exceeded, and reduces this through-section when the predetermined constant steam temperature at the outlet end of the after-heating surface 13 falls below.
  • a measuring transducer 54 belongs to the injection water flow meter 53. From this measuring transducer 54 an output signal is led to a device 55 having a computer, to which the output signal of the measuring transducer 27 for the feed water flow meter 24 is also led. The device 55 determines the ratio of the injection water flow into the injection steam cooler 50 through the injection water line 51 to the feed water flow through the feed water line 47. The output signal from the device 55 is fed to a controller 57, which is provided with a setpoint adjuster 56.
  • the output signals of the controller 57 and a setpoint adjuster 35 are also routed to a maximum value selection device 58, the output signal of which is in turn routed to a controller 37.
  • the output signal of the transmitter 27 assigned to the feed water flow meter 24 is connected to this controller 37.
  • the mode of operation of the controller 57, the setpoint adjuster 56, the maximum value selector 58 and the setpoint adjuster 35 corresponds to the mode of operation of the controller 29, the setpoint adjuster 30, the maximum value selector 36 and the setpoint adjuster 35 of the steam generator according to FIG.
  • the steam generator according to FIG. 6 has the advantage that, for a given ratio of the injection water flow through the injection water line 51 to the feed water flow through the feed water line 47 of e.g. 0.05 there is always a sufficiently large flow of injection water through the injection water line 51 into the injection steam cooler 50.
  • the steam temperature at the steam outlet of the reheating surface 13 can be kept at a constant value.
  • No steam flow meter is required in the steam line 11, so that this steam line 11 can also consist of several, mutually parallel sub-lines behind the reheating surface.
  • the feed water line 47 can also open into the downpipes 8 with the economizer 48. Due to the relatively high density of the feed water introduced into the downpipes 8, the static water pressure in the downpipes 8 is relatively high. This also results in a relatively high pressure in the inlet header 6, so that the natural circulation through the downspouts 8 and the tubes 4 of the tube wall 2 is maintained even at a relatively high vapor pressure in the tubes 4.
  • the feed water line 47 at Steam generator according to FIG 7 at the mouth into the downpipes 8 - as shown in FIG 8 - is designed as a driving nozzle 81 of a jet pump 80. While the driving nozzle 81 is connected to the propellant connection of the jet pump 80 via the feed water line 47 to the economizer 48, each downpipe 8 forms the diffuser 83 of the jet pump 80 with a pressure port connected to the inlet manifold 6 and the head 85 of the jet pump 80 with a suction port 84 connected to the outlet manifold 7.
  • the water flow 86 flowing into the jet pump 80 from the economizer 48 draws a water flow 87 out of the outlet header 7. Both water flows 86 and 87 are combined in the diffuser 83 to form a single water flow 88 which flows into the inlet header 6 at a relatively high pressure.
  • the jet pump 80 is expediently arranged in the local vicinity of the inlet header 6 or part of the water flow emerging from the economicer 48 into the downpipe 8 in front of the suction port 84 initiated.
  • Each of the two measures causes the water flow 87 to be subcooled and thus prevents the formation of steam in the jet pump 80.
  • each down pipe 8 in FIG. 7 is larger than the inside cross section of each of the pipes 4 of the pipe wall 2, so that the frictional pressure loss in the down pipes 8 is significantly lower than in the pipes 4 of the pipe wall 2. This also increases the natural circulation the downpipes 8 and the tubes 4 of the tube wall 2 achieved.
  • each pipe 4 of the pipe wall 2 opening into the outlet header 7 has a fitting 96 located in the pipe wall 2, via which the pipe 4 in question is fastened to an additional pipe 90 of the pipe wall 2.
  • This Additional pipe 90 is connected to the outlet header 7 via a connecting pipe 91.
  • the additional pipes 90 are part of the pipe wall 2 and connected to an end header 92 at their upper end. From the end collector 92, which is located on the outside of the vertical throttle cable of the steam generator at a locally higher level than the outlet collector 7, the steam line 11 with the reheating surfaces 12 and 13 finally comes off.
  • the additional pipes 90 of the pipe wall 2 form an additional heating surface. Due to this additional heating surface, the natural circulation system determined by the pipes 4 and the down pipes 8 is located near the burners for fossil fuel in the openings 99 of the pipe wall 2 according to FIG. 1. These burners in particular heat the pipes 4 of the pipe wall 2 particularly strongly, so that the water in these tubes 4 has a much lower density than the water in the unheated downpipes 8 on the outside of the throttle cable of the steam generator. This favors natural circulation in the pipes 4 of the pipe wall 2 and in the down pipes 8 even if the steam generator is at very high pressure, e.g. supercritical pressure is operated.
  • the feed water line 47 containing the economizer 48 is connected to this upstream collector 93.
  • This series header 93 has a locally lower level than the inlet header 6.
  • Additional tubes 94 originate from the front header 93, which belong to the tube wall 2 and form an additional heating surface in this tube wall 2. Each upper end of these additional pipes 94 merges into a pipe 4 of the pipe wall 2, which is connected to the inlet header 6.
  • Both the downpipes 8 leading to the inlet header 6 and the tubes 4 of the gas-tight tube wall 2 are connected to the outlet header 7 of the steam generator according to FIG. Furthermore is the steam line 11 with the reheating surface 12 is also connected directly to the outlet header 7.
  • the additional heating surface formed by the additional tubes 94 also causes the entire length of the tubes 4 of the tube wall 2 to be heated particularly strongly by the burners for fossil fuel in the openings 99 of the tube wall 2.
  • the water in the tubes 4 of the tube wall 2 has a much lower density than the water in the unheated downpipes 8 on the outside of the gas flue of the steam generator, so that natural circulation in the tubes 4 of the tube wall 2 and the downpipes 8 is even more favorable is when the steam generator with very high pressure, e.g. supercritical pressure is operated.
  • a steam generator can also form in the gas-tight tube wall 2 both an additional heating surface with additional tubes 90 leading to an end header 92, as in FIG. 7, and an additional heating surface with additional tubes 94 leading to an upstream header 93, as in FIG.
  • the pipes 4 of the pipe wall 2 insofar as their ends 4a and 4b are connected to the inlet header 6 or the outlet header 7 are connected, have a larger internal cross-section than the additional tubes 94 starting from the upstream header 93 and as the additional tubes 90 and connecting tubes 91, which lead from the outlet header 7 to the end header 92. This results in a particularly low loss of frictional pressure in the tubes 4 and promotes natural circulation in these tubes 4 and the downpipes 8.
  • this tube 4 of the tube wall 2 can have helically arranged inner ribs 104.
  • These inner fins 104 cause the water content of that located in the tubes 4
  • Water-steam mixture (wet steam) preferably flows on the inside of the wall of the tubes 4 and the steam portion in the center of these tubes 4, so that these tubes 4 are still well cooled even at low mass flow density, for example at part-load operation, and subcritical pressure.
  • this fitting 96 can also advantageously be in the intermediate wall 105, Shown in longitudinal section in FIG. 12, form a passage opening 97 from the pipe 4 to the additional pipe 90, the passage cross section of which is smaller than the inner cross section of the pipe 4.
  • This passage opening 97 reduces the flow through the outlet header 7 and thus also the pressure loss in this outlet header 7 and thus favors the natural circulation in the tubes 4 and the downpipes 8.
  • a collar 98 formed on the side of the tube 4 of the tube wall 2 at the passage opening 97 in the intermediate wall 105 and surrounding the passage opening 97 can prevent water components of the wet steam in the tubes 4 from reaching the additional tube 90 through the passage opening 57.
  • the tubes 4 of the tube wall 2 open tangentially into the hollow cylindrical wall of the outlet header 7 and the additional tubes 90 of the tube wall 2 extend radially from this wall.
  • the water-steam mixture entering the outlet manifold 7 through the pipes 4 thus receives a swirl, which leads to a water-steam separation in the outlet manifold 7, in particular when the steam generator is operated at subcritical pressure.
  • the radial exit of the additional pipe 90 preferably on the upper side of the outlet header, largely avoids the fact that in these additional tubes 90 in the outlet header 7 separated water is entrained.
  • the downpipes 8 also extend radially from the hollow cylindrical wall of the outlet header 7.
  • the water separator 14 is assigned a control device which is configured in the same way as in FIG. 2.
  • the steam generator according to FIG. 14 differs from the steam generator according to FIG. 2 essentially in that instead of the devices 22 and 23 for measuring the steam temperature, the steam pressure at the outlet end of the After-heating surface 12 in the steam line 11 according to FIG. 14 between the outlet header 7 and the after-heating surface 12 there is a venturi tube 209 with - as the longitudinal section according to FIG. 15 shows - a venturi constriction 210 of the inner tube cross section.
  • venturi tube 209 From the venturi tube 209, two electrodes 211a and 211b of an electrical capacitor are attached to the venturi constriction 210, which are provided with a coating of electrically insulating material and between which the interior of the venturi tube 209 is located at the venturi constriction 210.
  • a measuring transducer 211c is connected to the electrodes 211a and 211b and outputs an output signal corresponding to the capacitor capacitance.
  • thermocouple for measuring the steam temperature in the pipe of the steam line 11 immediately before the venturi restriction 210, to which a transmitter 212c is assigned.
  • Pressure measuring tube 213 and pressure measuring tube 214 lead to a differential pressure meter 215 (eg spring differential pressure meter), to which a measuring transducer 213c is connected, which emits an output signal which corresponds to the difference between the vapor pressures at the point of the largest pipe inner cross section and at the point of the smallest pipe inner cross section.
  • a differential pressure meter 215 eg spring differential pressure meter
  • the pressure measuring tube 214 also leads to a pressure meter 216 (for example a spring pressure meter), to which a transducer 214c is connected, which emits an output signal which corresponds to the vapor pressure at the location of the largest tube internal cross section (cf. US Pat. No. 4,829,831).
  • a pressure meter 216 for example a spring pressure meter
  • the transducers 211c, 212c, 213c and 214c each output their output signal to a device 240 for determining the residual moisture of the steam flowing in the steam line 11.
  • This device 240 outputs its output signal, which corresponds to the residual moisture of the steam in the steam line 11 according to FIG. 14, to a controller 241, which is provided with a setpoint adjuster 242.
  • the output signal of the controller 241 and the output signal of a setpoint adjuster 35 are fed to a maximum value selection device 243, the output signal of which is applied to a controller 37.
  • the output signal of the transmitter 27, which is assigned to the feed water flow meter 24, is also present at the controller 37.
  • the mode of operation of the controller 241, the setpoint adjuster 242, the maximum value selector 243 and the setpoint adjuster 35 corresponds to the mode of operation of the controller 29, the setpoint adjuster 30, the maximum value selector 36 and the setpoint adjuster 35 of the steam generator according to FIG. 2.
  • a steam generator according to FIG 14 has the advantage that the control device for influencing the feed water supply can react very quickly to changes in the heat output that is transferred to the water evaporating in the tubes 4 of the tube wall 2 and the tube sheet 3, since the measured variables for Determining the residual moisture of the steam in the steam line 11 can be taken up directly behind the gas flue with the pipe wall 2 on which the burners for fossil fuel are located in the openings 99.
  • the residual moisture of the steam in the steam line 11 is only suitable as a control variable as long as the pressure in the steam generator according to FIG. 14 is below the critical pressure. If the critical pressure is reached, the device 240 for determining the residual moisture of the steam, which gives an output signal corresponding to the residual moisture of the steam in the steam line 11, must be switched off and one of the control devices as shown in FIGS. 2, 3, 5 or 6 switched on.

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Abstract

Ein Dampferzeuger mit einem Eintrittssammler (6) und einem Austrittssammler (7) für die Rohre (4) einer gasdichten Rohrwand (2) eines Gaszuges, mit einem außerhalb des Gaszuges angeordneten Fallrohr (8) zwischen Austritts- und Eintrittssammler und mit einer dem Austrittssammler (7) in einer Dampfleitung nachgeschalteten Nachheizfläche (12, 13) hat eine Regeleinrichtung zum Beeinflussen des Speisewasserstromes in einer Speisewasserleitung (47). Diese Regeleinrichtung ist erfindungsgemäß zum Vermeiden von großen und schnellen Änderungen der Dampftemperatur des die Nachheizfläche verlassenden Dampfes ertüchtigt. Dazu erfaßt sie die Dampfenthalpie, die Dampftemperatur, die an ein Rohr (4) übertragene wärmeleistung, das Verhältnis von Speisewasser zum Dampfstrom in der Dampfleitung, das Verhältnis des Einspritzwasserstromes in einen Einspritzkühler (50) in der Dampfleitung zum Speisewasserstrom oder aber die Rest feuchte des Dampfes in der Dampfleitung als Regelgröße und beeinflußt entsprechend den Speisewasserstrom. <IMAGE>

Description

  • Aus Bild 1.4, Seite 7, und Bild 32.7, Seite 262, aus Dolezal "Dampferzeugung", Springer Verlag, 1985, ist ein Dampferzeuger bekannt, bei dem es sich um einen Naturumlaufdampferzeuger handelt, der auch als Trommelkessel bezeichnet wird. Der Austrittssammler für die Rohre der gasdichten Rohrwand ist die Trommel des Naturumlaufdampferzeugers. Dieser Trommel sind austrittsseitig Überhitzer als Nachheizflächen durchflußmäßig nachgeschaltet. Eine Regeleinrichtung weist ein Regelventil mit Motorantrieb auf, das sich in einer von einem Economiser zur Trommel führenden Speisewasserleitung befindet. Ferner weist die Regeleinrichtung als Regelgrößenaufnehmer einen Höhenstandsmesser für den Wasserstand in der Trommel auf, so daß die Regeleinrichtung als Regelgröße den Wasserstand in dieser Trommel erfaßt. In der Regeleinrichtung verkleinert sich der Durchflußquerschnitt des Regelventils in der Speisewasserleitung, wenn ein vorgegebener Wasserstand in der Trommel überschritten wird. Der Durchlaßquerschnitt vergrößert sich, wenn ein vorgegebener Wasserstand in der Trommel unterschritten wird. Ein Erreichen des kritischen Dampfdrucks in der Trommel ist nicht vorgesehen und könnte zum Beispiel durch ein an der Trommel angebrachtes Überdruckventil verhindert werden.
  • Dadurch wird erreicht, daß sich in der Trommel stets ein Wasserstand ausbildet und daß sich das Verdampfungsende des Wassers stets in der Trommel befindet. Die Verdampfung erfolgt ausschließlich in den Rohren der gasdichten Rohrwand, in die Wasser aus der Trommel durch das Fallrohr infolge von Naturumlauf eingespeist wird. In den der Trommel austrittsseitig durchflußmäßig nachgeschalteten Nachheizflächen findet ausschließlich Überhitzung des Dampfes statt, der aus der Trommel austritt.
  • Bei Laständerungen im Teillastbereich treten bei diesem Naturumlaufdampferzeuger starke Änderungen der Dampftemperatur am Dampfaustritt der Nachheizflächen auf. Je schneller und größer diese Laständerungen sind, um so schneller und größer sind auch die Änderungen der Dampftemperatur. Am Dampfaustritt der Nachheizflächen angeschlossene Sammler unterliegen deshalb hohen Wärmespannungen. Da sie nicht nur hohen Dampftemperaturen, sondern auch hohem Dampfdruck ausgesetzt sind, müssen sie zum Erzielen einer ausreichenden Festigkeit besonders dickwandig ausgeführt sein. Die Wärmespannungen führen wegen dieser Dickwandigkeit sehr leicht zu Beschädigungen der Sammler.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere schnelle und große Änderungen der Dampftemperatur des die Nachheizflächen des Dampferzeugers verlassenden Dampfes zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe löst ein Dampferzeuger entsprechend Patentanspruch 1.
  • Bei diesem Dampferzeuger wird also anstelle der bekannten Wasserstandsregelung an der Trommel eine Regelung auf mindestens eine der Größen a) bis f) durchgeführt.
  • Bei unterkritischem Druck führen in diesem Dampferzeuger Laständerungen selbsttätig zu Änderungen der Länge der zum Überhitzen des erzeugten Dampfes zur Verfügung stehenden Heizfläche, da das Verdampfungsende des Wassers nicht mehr durch den Wasserstand im Austrittssammler festgehalten wird, und die Temperatur des die Nachheizflächen verlassenden Dampfes bleibt trotz Laständerungen konstant.
  • Eine Regeleinrichtung, die eine der Regelgrößen a) bis e) erfaßt, bleibt sogar dann funktionsfähig, wenn der Druck im Dampferzeuger kritisch oder überkritisch ist, bei dem ein Unterschied zwischen dem physikalischen Zustand von Wasser und Dampf bekanntlich nicht mehr besteht.
  • Ein Betrieb des Dampferzeugers mit kritischem bzw. überkritischem Druck ist vorteilhaft zum Erzielen eines hohen thermischen Wirkungsgrades eines Kraftwerkes, zu dem der Dampferzeuger gehört. Durch diesen hohen thermischen Wirkungsgrad wird ein geringer Brennstoffverbrauch und damit auch eine geringe Schadstoff-, insbesondere Kohlendioxidemission des Kraftwerkes erreicht.
  • Das Fallrohr des Dampferzeugers ermöglicht einen Umlauf, erforderlichenfalls sogar einen Zwangumlauf durch die Rohre der gasdichten Rohrwand unabhängig davon, ob im Dampferzeuger unterkritischer, kritischer oder überkritischer Druck herrscht. Dieser Umlauf bewirkt einen hohen Massenstrom in den Rohren der gasdichten Rohrwand und damit eine gute Kühlung dieser Rohre auch dann, wenn dem Dampferzeuger nur ein verhältnismäßig geringer Speisewasserstrom zugeführt wird. Deshalb kann der Dampferzeuger für verhältnismäßig geringe Dampfleistungen ausgelegt sein, was z.B. in umweltfreundlichen Heizkraftwerken von Vorteil ist.
  • Die Ausbildung des erfindungsgemäßen Dampferzeugers entsprechend Patentanspruch 2 bewirkt eine schnell ansprechende und besonders genaue Regelung des Speisewasserstromes in der Speisewasserleitung.
  • Die Rohre der gasdichten Rohrwand des Dampferzeugers können entsprechend Patentanspruch 3 vertikal angeordnet sein, so daß der Dampferzeuger besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Der Umlauf durch diese vertikal angeordneten Rohre der Rohrwand kann wegen des optimal geringen Strömungswiderstandes in den Rohren sogar ein Naturumlauf sein.
  • Die Patentansprüche 4 bis 11 sind auf vorteilhafte Weiterbildungen gerichtet, mit denen ein hoher Umlauf durch das Fallrohr und die Rohre der gasdichten Rohrwand hindurch auch bei hohem Druck, insbesondere bei überkritischem Druck im Dampferzeuger erzeugt wird.
    Patentanspruch 12 ist auf eine Weiterbildung gerichtet, die das Anfahren des Dampferzeugers erleichtert. Die weiteren Unteransprüche 13 und 14 gehen auf überlagerte und/oder ablösende Regelungen ein.
  • Die Erfindung und ihre Vorteile sind anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert:
    FIG 1 zeigt in perspektivischer Ansicht und stark schematisiert den Gaszug eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers.
  • Figuren 2, 3, 5, 6 und 14 zeigen vereinfacht jeweils ein Durchflußschema des erfindungsgemäßen Dampferzeugers mit dem Gaszug nach FIG 1 und mit zugehöriger Regeleinrichtung.
  • FIG 4 zeigt im Querschnitt einen Meßgrößenaufnehmer für die Bestimmung der an die gasdichte Rohrwand des Dampferzeugers nach FIG 3 übertragene Wärmeleistung.
  • Figuren 7 bis 13 zeigen schematisch vorteilhafte Weiterbildungen am erfindungsgemäßen Dampferzeuger.
  • FIG 15 zeigt im Längsschnitt und schematisiert Meßgrößenaufnehmer für die Bestimmung der Restfeuchte des Dampfes in der Dampfleitung des Dampferzeugers nach FIG 14.
  • Der vertikale Gaszug nach FIG 1 mit rechteckigem Querschnitt ist durch eine gasdichte Rohrwand 2 gebildet, die am Unterende des Gaszuges in einen Boden 3 in Form eines Trichters übergeht. In den schrägen Seiten des Bodens 3 verlaufen die Rohre 4 in Längsschnittebenen des Gaszuges, ansonsten sind die Rohre 4 der Rohrwand 2 vertikal angeordnet. Ferner sind alle Rohre 4 der Rohrwand 2 und des Bodens 3 an ihren Längsseiten gasdicht miteinander verschweißt. Der Boden 3 bildet eine nicht dargestellte Austragsöffnung für Asche.
  • Im unteren Teil der Rohrwand 2 des vertikalen Gaszuges sind sechs Brenner für fossilen Brennstoff in jeweils einer Öffnung 99 in der Rohrwand 2 angebracht. An einer solchen Öffnung sind Rohre 4 der Rohrwand 2 gekrümmt und verlaufen auf der Außenseite des vertikalen Gaszuges. Ähnliche Öffnungen können auch für Luftdüsen, Rauchgasdüsen, Rußbläser etc. gebildet sein.
  • Die Rohre 4 der Rohrwand 2 sind mit ihren durch ihre Unterenden gebildeten Eintrittsenden an Eintrittssammlern 6 und mit ihren durch ihre Oberenden gebildeten Austrittsenden an Austrittssammlern 7 angeschlossen. Die Austrittssammler 7 und die Eintrittssammler 6 befinden sich außerhalb des Gaszuges. Die Austrittssammler 7 haben ein örtlich höheres Niveau als die Eintrittssammler 6. Ferner ist jeder Austrittssammler 7 mit vertikalen Fallrohren 8, die sich ebenfalls außerhalb des Gaszuges befinden, mit dem Eintrittssammler 6 durchflußmäßig verbunden, an dem auch die Rohre 4 der Rohrwand 2 angeschlossen sind, die in diesen Austrittssammler 7 münden.
  • Wie FIG 2 zeigt, führt in den Austrittssammler 7 eine Speisewasserleitung 47, die einen Economiser (Speisewasservorwärmer) 48 enthält. Dieser Economiser 48 ist durch einen Eintrittssammler, einen Austrittssammler und diese beiden Sammler durchflußmäßig verbindende Heizflächenrohre gebildet, die in FIG 1 nicht dargestellt sind und als Heizfläche innerhalb eines Gaszuges angeordnet sind, der sich an den Gaszug nach FIG 1 an dessen Oberende anschließt. Vor dem Economiser 48 befindet sich in der Speisewasserleitung 47 ein Regelventil 9 mit einem Motorantrieb 10.
  • Von der Oberseite des Austrittssammlers 7 geht eine Dampfleitung 11 ab, die zwei durchflußmäßig in Serie geschaltete Nachheizflächen 12 und 13 und einen zwischen diesen beiden Nachheizflächen 12 und 13 geschalteten Wasserabscheider 14 enthält. Damit sind der Austrittssammler 7, die Dampfleitung 11, die Nachheizflächen 12 und 13 und der Wasserabscheider 14 durchflußmäßig miteinander verbunden und in Serie geschaltet. Die in FIG 1 nicht dargestellten Nachheizflächen 12 und 13 weisen Heizflächenrohre mit Eintritts- und Austrittssammler auf und sind innerhalb des Gaszuges angeordnet, der sich an den Gaszug nach FIG 1 an dessen Oberende anschließt.
  • Vom unteren Teil des Wasserabscheiders 14 führt eine Ablaufleitung 15, die ein Ablaufregelventil 16 mit einem Motorantrieb 17 enthält, zu einem Behälter oder zu einer Pumpe, die in FIG 2 nicht dargestellt sind.
  • Der Austrittssammler 7 ist mit einem Höhenstandsmesser 21 (z.B. Schwimmer) zur Messung des Wasserstandes im Austrittssammler 7 versehen.
  • Die in der Dampfleitung 11 dem Austrittssammler 7 durchflußmäßig unmittelbar nachgeschaltete Nachheizfläche 12 weist an ihrem Austrittsende eine Vorrichtung 22 (z.B. Thermoelement) auf, die entweder die Dampftemperatur an diesem Austrittsende oder die dieser Dampftemperatur entsprechende Materialtemperatur an diesem Austrittsende mißt. Ferner ist dieses Austrittsende der Nachheizfläche 12 mit einer Vorrichtung 23 (z.B. Federdruckmesser als Druckgeber) zum Messen des Dampfdruckes an diesem Austrittsende versehen.
  • In der Speisewasserleitung 47 befindet sich ein Speisewasserdurchflußmesser 24 (Speisewassermenge pro Zeiteinheit), der durchflußmäßig dem Economiser 48 vor- und dem Regelventil 9 nachgeschaltet ist.
  • Regelventil 9 mit Motorantrieb 10, Vorrichtung 22 zur Messung der Dampftemperatur oder einer der Dampftemperatur entsprechenden Materialtemperatur und Vorrichtung 23 zur Messung des Dampfdruckes sowie Speisewasserdurchflußmesser 24 gehören zu einer Regeleinrichtung des Dampferzeugers zum Beeinflussen des Speisewasserstromes in den Dampferzeuger. Diese Regeleinrichtung weist ferner einen Meßumformer 25 (Signalumformer) für die Vorrichtung 22 zur Messung der Dampftemperatur oder einer der Dampftemperatur entsprechenden Materialtemperatur, einen Meßumformer 26 für die Vorrichtung 23 zur Messung des Dampfdruckes und einen Meßumformer 27 für den Speisewasserdurchflußmesser 24 auf.
  • Die Meßumformer 25 und 26 geben je ein Ausgangssignal an eine einen Rechner aufweisende Vorrichtung 28 zum Bestimmen der Dampfenthalpie aus den Größen Dampftemperatur und Dampfdruck ab, die die Vorrichtungen 22 und 23 messen. Die Vorrichtung 28 zum Bestimmen der Dampfenthalpie gibt an ihrem Ausgang wiederum ein Signal an einen Regler 29 ab, der mit einem Sollwerteinsteller 30 versehen ist.
  • Das Ausgangssignal des Reglers 29 und das Ausgangssignal eines Sollwerteinstellers 35 sind zu einem Maximalwert-Auswahlgerät 36 geführt, dessen Ausgangssignal zu einem Regler 37 geführt ist. Zum Regler 37 ist ferner das Ausgangssignal des Meßumformers 27 geführt.
  • Der Wasserabscheider 14 ist mit einem Höhenstandsmesser 31 zur Messung des Wasserstandes im Wasserabscheider 14 versehen. Von einem Meßumformer 32 des Höhenstandsmessers 31 ist ein Ausgangssignal zu einem Regler 33 geführt, der mit einem Sollwerteinsteller 34 versehen ist und der auf den Motorantrieb 17 des Ablaufregelventils 16 einwirkt.
  • Beim Anfahren des Dampferzeugers werden vor dem Zünden der Brenner in den Öffnungen 99 nach FIG 1 zunächst die Speisewasserleitung 47 mit dem Economiser 48, der Eintrittssammler 6, die Rohre 4 der Rohrwand 2, sowie die Fallrohre 8 solange mit Speisewasser gefüllt, bis im Austrittssammler 7 mit dem Höhenstandsmesser 21 ein Wasserstand gemessen wird. Damit wird erreicht, daß unmittelbar nach dem Zünden der Brenner ein Naturumlauf einsetzen kann, der die stark beheizten Rohre 4 der Rohrwand 2 sicher kühlt. Zum Zeitpunkt des Zündens des ersten Brenners ist der Regler 29 noch ausgeschaltet, so daß er kein wirksames Ausgangssignal hat. Mit dem Sollwerteinsteller 35 ist ein bestimmter Sollwert für den mit dem Speisewasserdurchflußmesser 24 gemessenen Speisewasserstrom vorgegeben, der über das Maximalwert-Auswahlgerät 36 auf den Regler 37 wirkt und mit dem Regelventil 9 über den Motorantrieb 10 den vom Sollwerteinsteller 35 vorgegebenen Speisewasserstrom zum Austrittssammler 7 einstellt.
  • Nach dem Zünden eines oder mehrerer der Brenner in den Öffnungen 99 beginnt in den Rohren 4 der Rohrwand 2 die Dampferzeugung. Dadurch setzt in den Rohren 4 der Rohrwand 2 sowie in den Fallrohren 8 ein Naturumlauf ein. Der in den Rohren 4 der Rohrwand 2 erzeugte Dampf stößt Wasser aus den Rohren 4 aus. Dieses ausgestoßene Wasser läßt den Wasserstand über den Austrittssammler 7 hinaus so lange steigen, bis das Wasser gemeinsam mit dem in den Rohren 4 erzeugten Dampf in die Dampfleitung 11 und in die Nachheizfläche 12 bis in den Wasserabscheider 14 gelangt. In dem Wasserabscheider 14 wird das Wasser vom Dampf abgeschieden. Deshalb steigt im Wasserabscheider 14 der Wasserstand an, bis er einen mit dem Sollwerteinsteller 34 vorgegebenen Sollwert überschreitet. Dadurch ändert sich das Ausgangssignal des Reglers 33 und beeinflußt das Ablaufregelventil 16 über seinen Motorantrieb 17 derart, daß sich bei steigendem Wasserstand im Wasserabscheider 14 der Durchlaßquerschnitt des Ablaufregelventils 16 vergrößert und daß sich bei sinkendem Wasserstand der Durchlaßquerschnitt des Ablaufregelventils 16 verkleinert, so daß der vom Sollwerteinsteller 34 vorgegebene Wasserstand innerhalb bestimmter Grenzen eingehalten wird. Dadurch wird vermieden, daß sich relativ kaltes Wasser, das durch Dampferzeugung in den Rohren 4 der Rohrwand 2 aus diesen Rohren ausgestoßen wird und mit dem erzeugten Dampf den Austrittssammler 7 verläßt, in die bereits stark aufgeheizte Nachheizfläche 13 gelangt und diese schockartig abkühlt.
  • Mit steigender Feuerungswärmeleistung, die mit den Brennern dem Dampferzeuger zugeführt wird, wird der in den Wasserabscheider 14 eintretende Wasserstrom immer kleiner, bis er schließlich Null wird. Das durch die Speisewasserleitung 47 zugeführte Speisewasser wird dann vollständig in den Rohren 4 der Rohrwand 2 sowie in der Nachheizfläche 12 verdampft. Der Wasserstand in dem Wasserabscheider 14 sinkt dabei, bis das Ablaufregelventil 16 geschlossen hat.
  • Während dieser Anfahrphase wird beispielsweise von Hand der Regler 29 eingeschaltet, so daß er ein zum Maximalwert-Auswahlgerät 36 geführtes Ausgangssignal liefert. Da die mit der Vorrichtung 28 bestimmte Dampfenthalpie jedoch noch niedriger ist als die mit dem Sollwerteinsteller 30 vorgegebene Dampfenthalpie, ist das Ausgangssignal des Reglers 29 als Sollwert für den Speisewasserstrom, der mit dem Speisewasserdurchflußmesser 24 gemessen wird, sehr niedrig. Das Maximalwert-Auswahlgerät 36 wählt für das Beeinflussen der Speisewasserzufuhr daher weiterhin das Ausgangssignal des Sollwerteinstellers 35 aus, das größer ist als das Ausgangssignal des Reglers 29. Sobald das Ablaufregelventil 16 geschlossen hat und die Feuerungswärmeleistung der Brenner in den Öffnungen 99 in der Rohrwand 2 bei vorgegebener, konstanter Speisewasserzufuhr durch die Speisewasserleitung 47 weiter erhöht wird, steigen die mit der Vorrichtung 22 gemessene Dampftemperatur und der mit der Vorrichtung 23 gemessene Dampfdruck und damit die mit der Vorrichtung 28 bestimmte Dampfenthalpie. Das Ausgangssignal des Reglers 29 wird so geführt, daß das Maximalwert-Auswahlgerät 36 in dem Augenblick, in dem das Ausgangssignal der Vorrichtung 28, mit der die Dampfenthalpie bestimmt wird, höher wird als das mit dem Sollwerteinsteller 30 vorgegebene Ausgangssignal, stoßfrei auf das Ausgangssignal des Reglers 29 als Sollwert für den Regler 37 umschaltet. Dadurch ist die Regelung der Speisewasserzufuhr durch die Speisewasserleitung 47 hindurch auf einen vom Sollwerteinsteller 35 vorgegebenen Speisewasserstrom abgeschaltet und die Regelung dieser Speisewasserzufuhr auf eine vom Sollwerteinsteller 30 vorgegebene Dampfenthalpie in der Dampfleitung 11 eingeschaltet.
  • Nach dem Ende dieses Anfahrvorganges für den Dampferzeuger wird der Dampfdruck im Dampferzeuger meist noch unterhalb des kritischen Druckes liegen. Der Dampfdruck wird deshalb anschließend in dem Maße erhöht, wie es die vom Dampferzeuger gespeiste Dampfturbine des Kraftwerkes erfordert.
  • Schließlich wird der Dampferzeuger bei kritischem oder überkritischem Druck betrieben. Dennoch wird der Naturumlauf durch die Rohre 4 der Rohrwand 2, und die Fallrohre 8 aufrechterhalten, und die Speisewasserzufuhr durch die Speisewasserleitung 47 kann auf eine vom Sollwerteinsteller 30 vorgegebene Dampfenthalpie in der Dampfleitung 11 geregelt werden. Wegen des Naturumlaufs in den Rohren 4 und in den Fallrohren 8 kann dem Dampferzeuger sogar ein verhältnismäßig geringer Speisewasserstrom zugeführt werden, ohne daß die Kühlung der Rohre 4 der Rohrwand 2 gefährdet ist.
  • Während die Regelung der Speisewasserzufuhr durch die Speisewasserleitung 47 auf eine vorgegebene Dampfenthalpie nach FIG 2 vorteilhaft ist beim Betrieb des Dampferzeugers mit lastproportionalem Dampfdruck (Gleitdruckbetrieb), kann es beispielsweise bei Betrieb des Dampferzeugers mit konstantem Dampfdruck (Festdruckbetrieb) schon genügen, wenn das Ausgangssignal des Meßumformers 25 in FIG 2, der der Vorrichtung 22 zur Messung der Dampftemperatur zugeordnet ist, direkt auf den Regler 29 geschaltet ist und die Vorrichtung 23 zur Messung des Dampfdruckes mit dem Meßumformer 26 und die Vorrichtung 28 zum Bestimmen der Dampfenthalpie wegfallen. Mit dem Sollwerteinsteller 30 wird dann ein Sollwert der Dampftemperatur am Austrittsende der Nachheizfläche 12 vorgegebenen.
  • In FIG 3 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in FIG 2 versehen. Dem Wasserabscheider 14 ist eine Regeleinrichtung zugeordnet, die gleich ausgebildet ist wie in FIG 2. Vom Dampferzeuger nach FIG 2 unterscheidet sich der Dampferzeuger nach FIG 3 im wesentlichen dadurch, daß statt der Vorrichtungen 22 und 23 zur Messung der Dampftemperatur und des Dampfdruckes am Austrittsende der Nachheizfläche 12 an einem Rohr 4 der Rohrwand 2 eine Vorrichtung 69 zum Messen von Rohrwandtemperaturen an diesem Rohr 4 vorgesehen ist.
  • Wie FIG 3 zeigt, weist diese Vorrichtung 69 im wesentlichen zwei Thermoelemente 70 und 71 auf. Das betreffende Rohr 4 ist mit einem in die Rohrwand 2, die in FIG 4 ausschnittsweise im Querschnitt dargestellt ist, zum Innenraum des Gaszuges hin exzentrisch verdicktem Rohrstück 4a versehen, das in die Rohrwand 2 eingeschweißt ist. Das exzentrisch verdickte Rohrstück 4a ist im Innenraum des Gaszuges mit zwei Querbohrungen 70a und 71a versehen, die zueinander parallel sind und voneinander in Radialrichtung Abstand haben. In jeder dieser Querbohrungen 70a und 71a ist jeweils das Thermoelement 70 bzw. 71 angeordnet. Die Anschlußdrähte dieser beiden Thermoelemente 70 und 71 sind durch ein ebenfalls in die Rohrwand 2 eingeschweißtes U-Profil 72 abgedeckt und auf die Außenseite der Rohrwand 2 in ein dort befindliches Schutzrohr 73 geführt.
  • Zu den Thermoelementen 70 und 71 zum Messen der Rohrwandtemperaturen an zwei verschiedenen Stellen des exzentrisch verdickten Rohrstückes 4a gehören die Messumformer 72 bzw. 73 in FIG 3. Von diesen Meßumformern 72 und 73 ist je ein Ausgangssignal zu einer einen Rechner aufweisenden Vorrichtung 74 geführt. Diese Vorrichtung 74 bestimmt aus den mit den Thermoelementen 70 und 71 gemessenen Temperaturen des exzentrisch verdickten Rohrstückes 4a und weiteren Größen wie der Wanddicke und dem Wärmeleitwiderstand dieses Rohrstückes 4a die an das verdampfende Wasser übertragene Wärmeleistung. Solche Vorrichtungen 69 sind günstigerweise mehrfach an der Rohrwand 2 angebracht, um die an das verdampfende Wasser übertragene Wärmeleistung an mehreren Rohren 4 und an verschiedenen Stellen dieser Rohrwand 2 zu messen. Durch Mittelwertbildung aus den gemessenen Größen kann die Genauigkeit der Messungen erhöht werden.
  • Die auf diese Weise ermittelte Wärmeleistung wird in der Vorrichtung 74 noch mit der Oberfläche der Rohrwand 2 auf der Innenseite des Gaszuges multipliziert, so daß das Ausgangssignal aus der Vorrichtung 74 proportional zu der an die gesamte Rohrwand 2 übertragenen Wärmeleistung ist. Das Ausgangssignal aus der Vorrichtung 74 zum Bestimmen der Wärmeleistung ist zu einem Regler 75 geführt, der mit einem Sollwerteinsteller 76 versehen ist.
  • Die Ausgangssignale des Reglers 75 und eines Sollwerteinstellers 35 sind zu einem Maximalwert-Auswahlgerät 77 geführt, dessen Ausgangssignal wiederum zu einem Regler 37 geführt ist. An diesem Regler 37 liegt wie in FIG 2 auch das Ausgangssignal eines dem Speisewasserdurchflußmesser 24 zugeordneten Meßumformers 27.
  • Die Wirkungsweise des Reglers 75, des Sollwerteinstellers 76, des Maximalwert-Auswahlgerätes 77 und des Sollwerteinstellers 35 nach FIG 3 entspricht der Wirkungsweise des Reglers 29, des Sollwerteinstellers 30, des Maximalwert-Auswahlgerätes 36 und des Sollwerteinstellers 35 des Dampferzeugers nach FIG 2.
  • Der Dampferzeuger nach FIG 3 hat den Vorteil, daß die Regeleinrichtung zum Beeinflussen der Speisewasserzufuhr sehr schnell auf Änderungen der Wärmeleistung reagieren kann, die an das in den Rohren 4 der Rohrwand 2 verdampfende Wasser übertragen wird. Dadurch bleiben die Auswirkungen von Änderungen der übertragenen Wärmeleistung auf die Dampftemperatur in den Nachheizflächen 12 und 13 außerordentlich gering.
  • Auch in FIG 5 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in FIG 2 versehen. Dem Wasserabscheider 14 ist eine Regeleinrichtung zugeordnet, die gleich ausgebildet ist wie in FIG 2. Vom Dampferzeuger nach FIG 2 unterscheidet sich der Dampferzeuger nach FIG 5 im wesentlichen dadurch, daß statt der Vorrichtungen 22 und 23 zur Messung der Dampftemperatur und des Dampfdruckes am Austrittsende der Nachheizfläche 12 ein Dampfdurchflußmesser 45 in der Dampfleitung 11 angebracht ist, welcher der Nachheizfläche 13 durchflußmäßig nachgeschaltet ist. Diesem Dampfdurchflußmesser 45 ist ein Meßumformer 45a zugeordnet. Das Ausgangssignal des Meßumformers 45a und das Ausgangssignal des dem Speisewasserdurchflußmessers 24 zugeordneten Meßumformers 27 sind auf eine Vorrichtung 46 mit einem Rechner zum Bestimmen des Verhältnisses des Speisewasserstromes in der Speisewasserleitung 47 zum Dampfstrom in der Dampfleitung 11 geführt, die vom Speisewasserdurchflußmesser 24 bzw. vom Dampfdurchflußmesser 45 gemessen werden. Die Vorrichtung 46 zum Bestimmen des Verhältnisses des Speisewasserstromes in der Speisewasserleitung 47 zum Dampfstrom in der Dampfleitung 11 gibt ein Ausgangssignal an den Regler 148, der mit einem Sollwerteinsteller 147 versehen ist.
  • Dem Wasserabscheider 14 ist in der Dampfleitung 11 ferner ein Einspritz-Dampfkühler 50 durchflußmäßig nachgeschaltet, an dem eine Einspritzwasserleitung 51 angeschlossen ist. In dieser Einspritzwasserleitung 51 befindet sich ein Regelventil 52 mit Motorantrieb 52a. Auf diesen Motorantrieb 52a wirkt ein Regler 329 ein, dem ein Sollwertsteller 330 zugeordnet ist. Am Austrittsende der Nachheizfläche 13 ist eine Vorrichtung 322 (z.B. Thermoelement) angebracht, die entweder die Dampftemperatur an diesem Austrittsende oder die dieser Dampftemperatur an diesem Austrittsende entsprechende Materialtemperatur mißt. Dieser Vorrichtung 322 ist ein Meßumformer 325 (Signalumformer) zugeordnet, der ein Ausgangssignal an den Regler 329 abgibt.
  • Der Regler 329 vergrößert den Durchflußquerschnitt des Regelventils 52, wenn eine vorgegebene Dampftemperatur am Austrittsende der Nachheizfläche 13 überschritten wird und verringert diesen Durchflußquerschnitt, wenn diese vorgegebene Dampftemperatur unterschritten wird.
  • Das Ausgangssignal des Reglers 148 und das Ausgangssignal des Sollwerteinstellers 35 sind zu einem Maximalwert-Auswahlgerät 149 geführt, dessen Ausgangssignal wiederum zum Regler 37 geführt ist. An diesem Regler 37 liegt wie in FIG 2 auch das Ausgangssignal des dem Speisewasserdurchflußmesser 24 zugeordneten Meßumformer 27.
  • Die Wirkungsweise des Reglers 148, des Sollwerteinstellers 147, des Maximalwert-Auswahlgerätes 149 und des Sollwerteinstellers 35 nach FIG 5 entspricht der Wirkungsweise des Reglers 29, des Sollwerteinstellers 30, des Maximalwert-Auswahlgerätes 36 und des Sollwerteinstellers 35 des Dampferzeugers nach FIG 2.
  • Der Speisewasserstrom durch die Speiseiwasserleitung 47 ist stets um einen vorgegebenen Anteil kleiner als der Dampfstrom durch die Dampfleitung 11. Bei einem vorgegebenen Verhältnis von Speisewasserstrom durch die Speisewasserleitung 47 zum Dampfstrom durch die Dampfleitung 11, das kleiner als 1 ist, kann stets ein ausreichend großer Einspritzwasserstrom durch die Einspritzwasserleitung 51 zum Einspritzen in den Einspritz-Dampfkühler 50 zur Verfügung stehen, um die Dampftemperatur am Dampfaustritt der Nachheizfläche 13 selbst bei Störungen auf einen konstanten Wert zu halten.
  • In FIG 6 sind ebenfalls gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in FIG 2 versehen. Dem Wasserabscheider 14 ist eine Regeleinrichtung zugeordnet, die gleich ausgebildet ist wie in FIG 2. Vom Dampferzeuger nach FIG 2 unterscheidet sich der Dampferzeuger nach FIG 6 insbesondere dadurch, daß die Vorrichtungen 22 und 23 zur Messung der Dampftemperatur und des Dampfdruckes am Austrittsende der Nachheizfläche 12 wegfallen. An einem Einspritz-Dampfkühler 50, der in der Dampfleitung 11 zwischen dem Wasserabscheider 14 und der Nachheizfläche 13 zum Einspritzen von Einspritzwasser durchflußmäßig geschaltet ist, ist stattdessen eine Einspritzwasserleitung 51 mit einem Regelventil 52 und zugehörigem Motorantrieb 52a angeschlossen, die von einer nicht dargestellten Speisewasserpumpe ausgeht. Die Einspritzwasserleitung 51 weist durchflußmäßig zwischen dem Einspritz-Dampfkühler 50 und dem Regelventil 52 einen Einspritzwasserdurchflußmesser 53 auf. Das Austrittsende der Nachheizfläche 13 ist mit einer Vorrichtung 322 (z.B. Thermoelement) versehen, die entweder die Dampftemperatur an diesem Austrittsende oder die dieser Dampftemperatur entsprechende Materialtemperatur an diesem Austrittsende mißt. Dieser Vorrichtung 322 ist ein Meßumformer 325 (Signalumformer) zugeordnet, der ein Ausgangssignal an einen Regler 329 abgibt, der auf den Motorantrieb 52 einwirkt. Der Regler 329 ist mit einem Sollwerteinstelleer 330 versehen. Der Regler 329 vergrößert den Durchflußquerschnitt des Regelventils 52, wenn eine vorgegebene konstante Dampftemperatur am Austrittsende der Nachheizfläche 13 überschritten wird, und verkleinert diesen Durchtrittsquerschnitt, wenn die vorgegebene konstante Dampftemperatur am Austrittsende der Nachheizfläche 13 unterschritten wird.
  • Zum Einspritzwasserdurchflußmesser 53 gehört ein Meßumformer 54. Von diesem Meßumformer 54 ist ein Ausgangssignal zu einer einen Rechner aufweisenden Vorrichtung 55 geführt, zu der auch das Ausgangssignal des Meßumformers 27 für den Speisewasserdurchflußmesser 24 geführt ist. Die Vorrichtung 55 bestimmt das Verhältnis des Einspritzwasserstromes in den Einspritz-Dampfkühler 50 durch die Einspritzwasserleitung 51 zum Speisewasserstrom durch die Speisewasserleitung 47. Das Ausgangssignal aus der Vorrichtung 55 ist zu einem Regler 57 geführt, der mit einem Sollwerteinsteller 56 versehen ist.
  • Auch die Ausgangssignale des Reglers 57 und eines Sollwerteinstellers 35 sind zu einem Maximalwert-Auswahlgerät 58 geführt, dessen Ausgangssignal wiederum zu einem Regler 37 geführt ist.
  • An diesem Regler 37 liegt wie in FIG 2 das Ausgangssignal des dem Speisewasserdurchflußmessers 24 zugeordneten Meßumformers 27.
  • Die Wirkungsweise des Reglers 57, des Sollwerteinstellers 56, des Maximalwert-Auswahlgerätes 58 und des Sollwerteinstellers 35 entspricht beim Dampferzeuger nach FIG 6 der Wirkungsweise des Reglers 29, des Sollwerteinstellers 30, des Maximalwert-Auswahlgerätes 36 und des Sollwerteinstellers 35 des Dampferzeugers nach FIG 2.
  • Der Dampferzeuger nach FIG 6 hat den Vorteil, daß bei einem vorgegebenen Verhältnis von Einspritzwasserstrom durch die Einspritzwasserleitung 51 zum Speisewasserstrom durch die Speisewasserleitung 47 von z.B. 0,05 stets ein ausreichend großer Einspritzwasserstrom durch die Einspritzwasserleitung 51 in den Einspritz-Dampfkühler 50 zur Verfügung steht. Dadurch kann die Dampftemperatur am Dampfaustritt der Nachheizfläche 13 auf einen konstanten Wert gehalten werden. In der Dampfleitung 11 ist kein Dampfdurchflußmesser erforderlich, so daß diese Dampfleitung 11 hinter der Nachheizfläche auch aus mehreren, zueinander parallelen Teilleitungen bestehen kann.
  • Nach FIG 7 kann die Speisewasserleitung 47 mit dem Economiser 48 auch in die Fallrohre 8 münden. Aufgrund der relativ hohen Dichte des in die Fallrohre 8 eingeleiteten Speisewassers ist der statische Wasserdruck in den Fallrohren 8 relativ hoch. Dadurch wird auch ein relativ hoher Druck im Eintrittssammler 6 erzielt, so daß der Naturumlauf durch die Fallrohre 8 und die Rohre 4 der Rohrwand 2 selbst bei relativ hohen Dampfdruck in den Rohren 4 aufrechterhalten wird.
  • Zum Erzielen einer großen Druckdifferenz zwischen dem Eintrittssammler 6 und dem Austrittssammler 7 und damit eines guten Naturumlaufes durch die Fallrohre 8 und die Rohre 4 der Rohrwand 2 ist es günstig, wenn die Speisewasserleitung 47 beim Dampferzeuger nach FIG 7 an der Mündungsstelle in die Fallrohre 8 - wie FIG 8 zeigt - als Treibdüse 81 einer Strahlpumpe 80 ausgebildet ist. Während die Treibdüse 81 am Treibmittelanschluß der Strahlpumpe 80 über die Speisewasserleitung 47 am Economiser 48 angeschlossen ist, bildet jedes Fallrohr 8 den Diffusor 83 der Strahlpumpe 80 mit am Eintrittssammler 6 angeschlossenem Druckstutzen und den Kopf 85 der Strahlpumpe 80 mit am Austrittssammler 7 angeschlossenem Saugstutzen 84.
  • Der aus dem Economiser 48 in die Strahlpumpe 80 einströmende Wasserstrom 86 saugt einen Wasserstrom 87 aus dem Austrittssammler 7 an. Beide Wasserströme 86 und 87 sind im Diffusor 83 zu einem einzigen Wasserstrom 88 vereint, der mit verhältnismäßig hohem Druck in den Eintrittssammler 6 strömt.
  • Damit das aus dem Saugstutzen 84 austretende Wasser infolge Druckabsenkung nicht verdampft und dadurch der Wirkung der Strahlpumpe vermindert, wird zweckmäßigerweise die Strahlpumpe 80 in örtlicher Nähe des Eintrittssammlers 6 angeordnet oder ein Teil des aus dem Economicer 48 austretenden Wasserstromes in das Fallrohr 8 vor dem Saugstutzen 84 eingeleitet. Jede der beiden Maßnahmen bewirkt eine Unterkühlung des Wasserstromes 87 und verhindert damit eine Dampfbildung in der Strahlpumpe 80.
  • Günstigerweise ist der Innenquerschnitt jedes Fallrohres 8 in FIG 7 größer als der Innenquerschnitt jedes der Rohre 4 der Rohrwand 2, so daß der Reibungsdruckverlust in den Fallrohren 8 wesentlich niedriger ist als in den Rohren 4 der Rohrwand 2. Auch dadurch wird eine Verstärkung des Naturumlaufes durch die Fallrohre 8 und die Rohre 4 der Rohrwand 2 erzielt.
  • Beim Dampferzeuger nach FIG 7 weist jedes in den Austrittssammler 7 mündende Rohr 4 der Rohrwand 2 ein in der Rohrwand 2 befindliches Formstück 96 auf, über das das betreffende Rohr 4 an einem Zusatzrohr 90 der Rohrwand 2 befestigt ist. Dieses Zusatzrohr 90 ist über ein Verbindungsrohr 91 am Austrittssammler 7 angeschlossen. Die Zusatzrohre 90 sind Bestandteil der Rohrwand 2 und an ihrem Oberende an einem Endsammler 92 angeschlossen. Vom Endsammler 92, der sich auf der Außenseite des vertikalen Gaszuges des Dampferzeugers auf örtlich höherem Niveau als der Austrittssammler 7 befindet, geht schließlich die Dampfleitung 11 mit den Nachheizflächen 12 und 13 ab.
  • Die Zusatzrohre 90 der Rohrwand 2 bilden eine Zusatzheizfläche. Durch diese Zusatzheizfläche befindet sich das durch die Rohre 4 und die Fallrohre 8 bestimmte Naturumlaufsystem nahe den Brennern für fossilen Brennstoff in den Öffnungen 99 der Rohrwand 2 nach FIG 1. Durch diese Brenner werden insbesondere die Rohre 4 der Rohrwand 2 besonders stark beheizt, so daß das Wasser in diesen Rohren 4 eine sehr viel geringere Dichte als das Wasser in den unbeheizten Fallrohren 8 auf der Außenseite des Gaszuges des Dampferzeugers hat. Dies begünstigt den Naturumlauf in den Rohren 4 der Rohrwand 2 und in den Fallrohren 8 selbst dann, wenn der Dampferzeuger mit sehr hohem Druck, z.B. überkritischem Druck betrieben wird.
  • Der Dampferzeuger nach FIG 9, in der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in FIG 7 versehen sind, weist einen Vorschaltsammler 93 auf. An diesem Vorschaltsammler 93 ist die den Economiser 48 enthaltende Speisewasserleitung 47 angeschlossen. Dieser Vorschaltsammler 93 hat ein örtlich tieferes Niveau als der Eintrittssammler 6. Vom Vorschaltsammler 93 gehen Zusatzrohre 94 aus, die zur Rohrwand 2 gehören und in dieser Rohrwand 2 eine Zusatzheizfläche bilden. Jedes Oberende dieser Zusatzrohre 94 geht in ein Rohr 4 der Rohrwand 2 über, das am Eintrittssammler 6 angeschlossen ist.
  • Am Austrittssammler 7 des Dampferzeugers nach FIG 9 sind sowohl die zum Eintrittssammler 6 führenden Fallrohre 8 als auch die Rohre 4 der gasdichten Rohrwand 2 angeschlossen. Ferner ist auch unmittelbar am Austrittssammler 7 die Dampfleitung 11 mit der Nachheizfläche 12 angeschlossen.
  • Auch die durch die Zusatzrohre 94 gebildete Zusatzheizfläche bewirkt, daß die gesamte Länge der Rohre 4 der Rohrwand 2 durch die Brenner für fossilen Brennstoff in den Öffnungen 99 der Rohrwand 2 besonders stark beheizt wird. Dadurch hat das Wasser in den Rohren 4 der Rohrwand 2 eine sehr viel geringere Dichte als das Wasser in den unbeheizten Fallrohren 8 auf der Außenseite des Gaszuges des Dampferzeugers, so daß der Naturumlauf in den Rohren 4 der Rohrwand 2 und den Fallrohren 8 selbst dann begünstigt ist, wenn der Dampferzeuger mit sehr hohem Druck, also z.B. überkritischem Druck betrieben wird.
  • Ein Dampferzeuger kann auch in der gasdichten Rohrwand 2 sowohl eine Zusatzheizfläche mit zu einem Endsammler 92 führenden Zusatzrohren 90 wie in FIG 7 als auch eine Zusatzheizfläche mit zu einem Vorschaltsammler 93 führenden Zusatzrohre 94 wie in FIG 9 bilden.
  • Wie der Längsschnitt nach FIG 10 durch ein Rohr 4 der Rohrwand 2 und das Formstück 96 für diesen Fall zeigt, ist es günstig, wenn die Rohre 4 der Rohrwand 2, soweit sie mit ihren Enden 4a und 4b am Eintrittssammler 6 bzw. am Austrittssammler 7 angeschlossen sind, einen größeren Innenquerschnitt haben als die vom Vorschaltsammler 93 ausgehenden Zusatzrohre 94 und als die Zusatzrohre 90 und Verbindungsrohre 91, die vom Austrittssammler 7 zum Endsammler 92 führen. Hierdurch wird ein besonders niedriger Reibungsdruckverlust in den Rohren 4 erzielt und der Naturumlauf in diesen Rohren 4 und den Fallrohren 8 gefördert.
  • Wie ein Längsschnitt nach FIG 11 durch ein Rohr 4 nach FIG 10 zeigt, kann dieses Rohr 4 der Rohrwand 2 schraubenförmig angeordnete Innenrippen 104 aufweisen. Diese Innenrippen 104 bewirken, daß der Wasseranteil von in den Rohren 4 befindlichem Wasser-Dampf-Gemisch (Naßdampf) bevorzugt an der Innenseite der Wand der Rohre 4 und der Dampfanteil im Zentrum dieser Rohre 4 strömt, so daß diese Rohre 4 auch bei niedriger Massenstromdichte, z.B. bei Teillastbetrieb, und unterkritischem Druck noch gut gekühlt werden.
  • Während in FIG 10 das Formstück 96, über das das Rohr 4 der Rohrwand 2 am Zusatzrohr 90 dieser Rohrwand befestigt ist, durch eine Zwischenwand 105 das Rohr 4 gegenüber dem Zusatzrohr 90 dicht abschließt, kann dieses Formstück 96 in der Zwischenwand 105 auch günstigerweise, wie im Längsschnitt in FIG 12 dargestellt, eine Durchtrittsöffnung 97 vom Rohr 4 zum Zusatzrohr 90 bilden, deren Durchtrittsquerschnitt kleiner als der Innenquerschnitt des Rohres 4 ist. Diese Durchtrittsöffnung 97 verringert die Durchströmung durch den Austrittssammler 7 und damit auch den Druckverlust in diesem Austrittssammler 7 und begünstigt so den Naturumlauf in den Rohren 4 und den Fallrohren 8.
  • Ein auf der Seite des Rohres 4 der Rohrwand 2 an der Durchtrittsöffnung 97 in der Zwischenwand 105 ausgebildeter, die Durchtrittsöffnung 97 umgebender Kragen 98 kann verhindern, daß Wasseranteile des Naßdampfes in den Rohren 4 durch die Durchtrittsöffnung 57 in das Zusatzrohr 90 gelangen.
  • Wie der Querschnitt durch den Austrittssammler 7 nach FIG 13 zeigt, münden die Rohre 4 der Rohrwand 2 tangential in die hohlzylinderförmige Wand des Austrittssammlers 7 und die Zusatzrohre 90 der Rohrwand 2 gehen von dieser Wand radial aus. Das in den Austrittssammler 7 durch die Rohre 4 eintretende Wasser-Dampf-Gemisch erhält so einen Drall, der insbesondere bei Teillastbetrieb des Dampferzeugers bei unterkritischem Druck zu einer Wasser-Dampf-Trennung im Austrittssammler 7 führt. Ferner wird durch das radiale Austreten des Zusatzrohres 90 bevorzugt an der Oberseite des Austrittssammlers weitgehend vermieden, daß in diesen Zusatzrohren 90 im Austrittssammler 7 abgeschiedenes Wasser mitgerissen wird. Die Fallrohre 8 gehen ebenfalls radial von der hohlzylinderförmigen Wand des Austrittssammlers 7 aus.
  • Auch in FIG 14 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in FIG 2 versehen. Dem Wasserabscheider 14 ist eine Regeleinrichtung zugeordnet, die gleich ausgebildet ist wie in FIG 2. Vom Dampferzeuger nach FIG 2 unterscheidet sich der Dampferzeuger nach FIG 14 im wesentlichen dadurch, daß sich statt der Vorrichtungen 22 und 23 zum Messen der Dampftemperatur des Dampfdruckes am Austrittsende der Nachheizfläche 12 in der Dampfleitung 11 nach FIG 14 zwischen dem Austrittssammler 7 und der Nachheizfläche 12 ein Venturirohr 209 mit - wie der Längsschnitt nach FIG 15 zeigt - einer Venturiverengung 210 des Rohrinnenquerschnitts befindet. Vom Venturirohr 209 sind an der Venturiverengung 210 zwei Elektroden 211a und 211b eines elektrischen Kondensators angebracht, die mit einem Überzug aus elektrisch isolierendem Werkstoff versehen sind und zwischen denen sich der Innenraum des Venturirohres 209 an der Venturiverengung 210 befindet. An den Elektroden 211a und 211b ist ein Meßumformer 211c angeschlossen, der ein der Kondensatorkapazität entsprechendes Ausgangssignal abgibt.
  • Wie der Längsschnitt nach FIG 15 ferner zeigt, befindet sich unmittelbar vor der Venturiverengung 210 im Rohr der Dampfleitung 11 eine Vorrichtung 212 (z.B. ein Thermoelement) zum Messen der Dampftemperatur, der ein Meßumformer 212c zugeordnet ist.
  • Vom Venturirohr 209 in der Rohrleitung 11 gehen auch seitlich ein Druckmeßrohr 213 vom kleinsten Rohrinnenquerschnitt der Venturiverengung 210 und ein Druckmeßrohr 214 in Durchflußrichtung der Dampfleitung 11 gesehen an einer Stelle mit größtem Rohrinnenquerschnitt vor der Venturiverengung 210 ab. Druckmeßrohr 213 und Druckmeßrohr 214 führen zu einem Differenzdruckmesser 215 (z.B. Feder-Differenzdruckmesser), an dem ein Meßumformer 213c angeschlossen ist, der ein Ausgangssignal abgibt, das der Differenz der Dampfdrücke an der Stelle größten Rohrinnenquerschnittes und an der Stelle kleinsten Rohrinnenquerschnittes entspricht. Das Druckmeßrohr 214 führt ferner zu einem Druckmesser 216 (z.B. Federdruckmesser), an dem ein Meßumformer 214c angeschlossen ist, der ein Ausgangssignal abgibt, welches dem Dampfdruck an der Stelle größten Rohrinnenquerschnitts entspricht (vgl. US-PS 4 829 831).
  • Die Meßumformer 211c, 212c, 213c und 214c geben jeweils ihr Ausgangssignal an eine Vorrichtung 240 zum Bestimmen der Restfeuchte des in der Dampfleitung 11 strömenden Dampfes ab.
  • Diese Vorrichtung 240 gibt ihr Ausgangssignal, das der Restfeuchte des Dampfes in der Dampfleitung 11 nach FIG 14 entspricht, an einen Regler 241 ab, der mit einem Sollwertsteller 242 versehen ist.
  • Das Ausgangssignal des Reglers 241 und das Ausgangssignal eines Sollwerteinstellers 35 sind zu einem Maximalwert-Auswahlgerät 243 geführt, dessen Ausgangssignal an einem Regler 37 anliegt. Am Regler 37 liegt ferner das Ausgangssignal des Meßumformers 27 an, der dem Speisewasserdurchflußmesser 24 zugeordnet ist.
  • Die Wirkungsweise des Reglers 241, des Sollwerteinstellers 242, des Maximalwert-Auswahlgerätes 243 und des Sollwerteinstellers 35 entspricht der Wirkungsweise des Reglers 29, des Sollwerteinstellers 30, des Maximalwert-Auswahlgerätes 36 und des Sollwerteinstellers 35 des Dampferzeugers nach FIG 2.
  • Ein Dampferzeuger nach FIG 14 hat den Vorteil, daß die Regeleinrichtung zum Beeinflussen der Speisewasserzufuhr sehr schnell auf Änderungen der Wärmeleistung reagieren kann, die an das in den Rohren 4 der Rohrwand 2 und des Rohrbodens 3 verdampfende Wasser übertragen wird, da die Meßgrößen zum Bestimmen der Restfeuchte des Dampfes in der Dampfleitung 11 gleich hinter dem Gaszug mit der Rohrwand 2 aufgenommen werden, an der sich die Brenner für fossilen Brennstoff in den Öffnungen 99 befinden.
  • Die Restfeuchte des Dampfes in der Dampfleitung 11 ist als Regelgröße nur solange geeignet, wie der Druck im Dampferzeuger nach FIG 14 unterhalb des kritischen Druckes ist. Wird der kritische Druck erreicht, ist die Vorrichtung 240 zum Bestimmen der Restfeuchte des Dampfes, die ein der Restfeuchte des Dampfes in der Dampfleitung 11 entsprechendes Ausgangssignal gibt, abzuschalten und eine der Regeleinrichtungen wie in den Figuren 2, 3, 5 oder 6 dargestellt einzuschalten.

Claims (14)

  1. Dampferzeuger mit einem Gaszug, der Brenner für fossilen Brennstoff und eine gasdichte Rohrwand (9) aufweist,
    mit einem Eintrittssammler (6) und einem Austrittssammler (7) für die Rohre der gasdichten Rohrwand, von denen der Austrittssammler ein höheres örtliches Niveau als der Eintrittssammler hat,
    mit einem Fallrohr (8), das außerhalb des Gaszuges angeordnet ist und das den Austrittssammler mit dem Eintrittssammler durchflußmäßig verbindet,
    mit mindestens einer Nachheizfläche (12), die dem Austrittssammler in einer Dampfleitung (11) austrittsseitig und durchflußmäßig nachgeschaltet ist,
    mit einer einen Economiser (48) aufweisenden Speisewasserleitung (47), die geführt ist in den Austrittssammler (7) oder in das Fallrohr (8) oder in einen Vorschaltsammler (93), der ein örtlich tieferes Niveau als der Eintrittssammler (6) hat und von dem Zusatzrohre (94) der gasdichten Rohrwand (2) ausgehen, von denen jedes Zusatzrohr (94) in ein am Eintrittssammler (6) angeschlossenes Rohr (4) der gasdichten Rohrwand (2) übergeht, und
    mit einer Regeleinrichtung zum Beeinflussen des Speisewasserstromes in der Speisewasserleitung (47), die mindestens eine der folgenden Größen
    a) Dampfenthalpie in der Nachheizfläche (12) oder in der Dampfleitung (11) hinter der Nachheizfläche (12),
    b) Dampftemperatur in der Nachheizfläche (12) oder in der Dampfleitung (11) hinter der Nachheizfläche (12),
    c) an ein Rohr (4) der gasdichten Rohrwand (2) übertragene Wärmeleistung,
    d) Verhältnis des Speisewasserstroms in der Speisewasserleitung (47) zum Dampfstrom in der Dampfleitung (11),
    e) Verhältnis des Einspritzwasserstromes in einen in der Dampfleitung (11) befindlichen Einspritzkühler (50) zum Speisewasserstrom in der Speisewasserleitung (47)
    f) Rest feuchte des Dampfes in der Dampfleitung (11) als Regelgröße erfaßt.
  2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dessen Regeleinrichtung die Größe c und mindestens eine der Größen a, b, d, e und f als Regelgrößen erfaßt.
  3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Speisewasserleitung (47) an ihrer Mündungsstelle in das Fallrohr (8) als Treibdüse (81) einer Strahlpumpe (80) mit am Economiser (48) angeschlossenem Treibmittelanschluß ausgebildet ist und daß das Fallrohr (8) an dieser Mündungsstelle den Diffusor (83) der Strahlpumpe (80) mit am Eintrittssammler (6) angeschlossenem Druckstutzen und den Kopf (85) der Strahlpumpe (80) mit am Austrittssammler (7) angeschlossenem Saugstutzen (84) bildet.
  4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Innenquerschnitt des Fallrohres (8) größer ist als der Innenquerschnitt jedes der Rohre (4) der gasdichten Rohrwand (2).
  5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Rohre (4) der gasdichten Rohrwand (2) schraubenförmig angeordnete Innenrippen (104) aufweisen.
  6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß am Austrittssammler (7) Zusatzrohre (90) der Rohrwand (2) angeschlossen sind, die zu einem Endsammler (92) führen mit Örtlich höherem Niveau als der Austrittssammler (7).
  7. Dampferzeuger nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Rohre (4) der gasdichten Rohrwand (2) einen größeren Innenquerschnitt als die Zusatzrohre (90) haben, die vom Austrittssammler (7) zum Endsammler (92) führen.
  8. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Rohre (4) der gasdichten Rohrwand (2) einen größeren Innenquerschnitt haben als die vom Vorschaltsammler (93) ausgehenden Zusatzrohre (94).
  9. Dampferzeuger nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein in den Austrittssammler (7) mündendes Rohr (4) der gasdichten Rohrwand (2) über ein in der gasdichten Rohrwand (2) befindliches Formstück (96) an einem Zusatzrohr (90) der gasdichten Rohrwand (2) befestigt ist, das am Austrittssammler (7) angeschlossen ist.
  10. Dampferzeuger nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Formstück (96) eine Durchtrittsöffnung (97) vom Rohr (4) zum Zusatzrohr (90) der Rohrwand ausgebildet ist, deren Durchtrittsquerschnitt kleiner als der Innenquerschnitt des Rohres (4) ist.
  11. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Austrittssammler (7) eine hohlzylinderförmige Wand hat, in die ein Rohr (4) der gasdichten Rohrwand (2) zumindest annähernd tangential mündet und/oder von der ein Zusatzrohr (90) der Rohrwand radial ausgeht.
  12. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß einer Nachheizfläche (12) durchflußmäßig ein Wasserabscheider (14) zum Abscheiden von Wasser nachgeschaltet ist.
  13. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine überlagerte und/oder ablösende Regelung vorgesehen ist.
  14. Dampferzeuger nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein auf den Speisewasserdurchfluß wirkender Regler (37) vorgesehen ist, dem als Sollwert die Ausgangsgröße eines überlagerten Reglers (29, 148, ...) vorgegeben ist, welchem wiederum eine der Regelgrößen a) bis f) als Istwert zugeführt ist.
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