EP0479022A1 - Mehrstrangiger Dampferzeuger - Google Patents

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Publication number
EP0479022A1
EP0479022A1 EP91115661A EP91115661A EP0479022A1 EP 0479022 A1 EP0479022 A1 EP 0479022A1 EP 91115661 A EP91115661 A EP 91115661A EP 91115661 A EP91115661 A EP 91115661A EP 0479022 A1 EP0479022 A1 EP 0479022A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating surfaces
superheater
steam generator
bundle
steam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP91115661A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lothar Stadie
Horst Dipl.-Ing. Zubrod (Fh)
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0479022A1 publication Critical patent/EP0479022A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F22B35/10—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type of once-through type
    • F22B35/108—Control systems for steam generators having multiple flow paths
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G3/00—Steam superheaters characterised by constructional features; Details of component parts thereof
    • F22G3/001—Steam tube arrangements not dependent of location

Definitions

  • the invention relates to a multi-line steam generator with several bundle heating surfaces connected in series per line.
  • Steam generators as are usually used in the power plant sector with electrical outputs of approx. 200 to 500 MW, are usually designed in two lines on the water / steam side. With larger power units, four or more strings are also connected in parallel.
  • a temperature and mass flow profile is formed on the flue gas side, which has its maximum in the center of the steam generator and its minimum, similar to a bell curve, directly reached on the wall of the steam generator. The result of this is that the bundle heating surfaces installed transversely to the direction of flow of the flue gases in the steam generator are heated unevenly.
  • the outside bundle heating surface tubes are heated less strongly than their more central bundling heating surface tubes due to the lower heat supply. This leads to different thermal loads on the individual bundle heating surface tubes. Because the maximum permissible output with which a steam generator can be operated is limited by the maximum permissible load of the most heavily loaded components, the different heating of the bundle heating surface pipes, particularly in the case of the superheater heating surfaces, leads to the fact that the maximum fresh steam temperature, which is very important in terms of efficiency of the connected steam turbine, is still significantly below the temperature prevailing in the highly loaded, internal bundle heating surface tubes of the last superheater heating surface.
  • these heating surfaces have already been divided into many individual heating surfaces connected in series with one another with an inlet and outlet header in known steam generators.
  • inlet and outlet collectors the different temperatures of the amounts of steam or water flowing into them from the individual bundle heating surface tubes are equalized, so that the individual bundle heating surface tubes of the downstream heating surfaces are fed with the same warm steam or water.
  • temperature sensors In order to be able to raise the maximum fresh steam temperature even further, temperature sensors have already been installed in the most heavily loaded bundle heating surface tubes of the superheater heating surfaces, and injection temperature coolers, which are connected upstream of these superheating heating surfaces, are controlled with these temperature sensors. In this way, the steam temperature in the bundle heating surfaces can be reduced below the critical load value if the heating output fluctuates over time. With these injection coolers, however, only the temperatures of all the bundle heating surface tubes of the bundle heating surface connected in each case can be reduced jointly, but temperature differences between the more centrally located and the more peripherally arranged individual tubes of a bundle heating surface cannot be compensated for. This means that the performance of the entire bundle heating surface is reduced.
  • the invention is therefore based on the object of showing a way in which the temperature differences between the bundle heating surface tubes of a bundle heating surface can be reduced.
  • the bundle heating surface tubes arranged more peripherally in the steam generator are combined according to the invention separately from the more centrally arranged bundle heating surface tubes into separate bundle heating surfaces and connected to at least one output collector each and the output collectors of the more central bundle heating surfaces are connected to the downstream input collectors of the more peripheral bundle heating surfaces and the output collectors of the more peripheral bundle heating surfaces are connected to the downstream input collectors of the more central bundle heating surfaces, a way is shown how the different heat offers in the central and peripheral bundle heating surface tubes are to be balanced.
  • This means that the more peripherally arranged bundle heating surface tubes of each heating surface are fed with a warmer and the more centrally arranged bundle heating surface tubes of each heating surface are fed with a cooler medium. This medium then essentially determines the wall temperature of the individual bundle heating surface tubes.
  • the bundle heating surfaces can be superheater heating surfaces.
  • the fresh steam temperature cannot be increased insignificantly with the same maximum thermal load on the individual bundle heating surface tubes of the superheater heating surfaces.
  • injection coolers can be connected upstream of the input collectors of the more central superheater heating surfaces. This has the advantage that straight those more centrally located and therefore more thermally stressed bundle heating surface tubes can be cooled via an injection cooler without the thermally less stressed more peripheral bundle heating surface tubes also having to be cooled.
  • FIG. 1 shows a previously known steam generator 1 broken open in the area of the superheater heating surfaces.
  • the superheater heating surfaces and their circuitry are shown schematically.
  • the broad arrows 2 indicate the flow of the hot flue gases from bottom to top.
  • all three superheaters I, 11, III are designed in two lines.
  • the left strand in the illustration in FIG. 1 is denoted by S1 and the right strand by S2.
  • the two strands S1 and S2 have exchanged their sides in the steam generator.
  • the schematically indicated bundle heating surface tubes 12, 13, 14, 15, 16, 17 of the individual bundle heating surfaces - here the superheater heating surfaces 4, 5, 6, 7, 8, 9 - are input to an input header 18, 21, 22, 25, 26 and on the output side connected to an output collector 19, 20, 23, 24, 27, 28.
  • the input collector 18, which is common to both superheater heating surfaces 4, 5 of the two lines S1 and S2 all other input and output collectors are the superheaters I, II, III as well as the corresponding superheater heating surfaces 4, 5, 6, 7, 8, 9 divided by strands.
  • the two superheater heating surfaces 4, 5 are preceded by a separate injection cooler 30, 31, 32, 33 in each stage.
  • FIGS. 2, 3 and 4 show the temperature profiles of the steam at the entrance and exit of the bundle heating surface tubes of the superheaters I, II, III located next to them. It can be seen that the steam temperature ⁇ E in each of the input collectors 18, 21, 22, 25, 26 of the superheaters I, II, III is uniform over the entire cross section of the steam generator. It can also be seen in FIGS. 2 to 4 that the steam temperature ⁇ A at the input of the output manifolds 19, 20, 23, 24, 27, 28 varies greatly across the cross section of the steam generator 1. Specifically, this means that the bundle heating surface tubes 12 to 17 in the center of the steam generator deliver a hotter steam to the output collectors than that more peripheral, i.e. bundle heating surface tubes located in the vicinity of the steam generator wall 34.
  • the hot flue gases flow upwards through the individual bundle heating surfaces, here the superheater heating surfaces 4, 5, 6, 7, 8, 9 of the superheaters I, II and 111.
  • wet steam flows from the evaporator heating surfaces of the steam generator 1, which are not shown here, into the common input collector 18 of the two superheater heating surfaces 4, 5 of the superheater I. From this input collector 18, the steam flows through the individual bundle heating surface tubes 12, 13 of the two superheater heating surfaces 4, 5 in the respective output collector 19, 20 of the two strands S1 and S2.
  • the partially superheated steam flows from the two output collectors 19, 20 in each of the two strands via a separate connecting pipeline 35, 36, in each of which an injection cooler 30, 31 is installed, into the two input collectors 21, 22 of the superheater 11. From these input collectors the bundle heating surface tubes 14, 15 of the two superheater heating surfaces 6, 7 are in turn fed, which in turn pass on the further superheated steam to the two output collectors 23, 24 of the superheater 11. From the output collectors, the steam is in turn passed through two connecting lines 37, 38, in each of which an injection cooler 32, 33 is installed, into the two input collectors 25, 26 of the superheater III.
  • the two strands S1 and S2 are interchanged, which is intended to compensate for a possible uneven heating output on both sides of the steam generator 1.
  • the steam flows through the connected bundle heating surface tubes 16, 17 into the two output collectors 27, 28 and from there to the consumer (not shown here), generally a steam turbine.
  • the temperature profile A of the steam at the outlet of the bundle heating surface tubes 12, 13 therefore essentially corresponds to the product of the flue gas temperature and the flow rate of the flue gases in the respective cross-sectional element of the steam generator 1.
  • This different temperature of the partially superheated steam has again in the two input collectors 21, 22 of the super heater 11 completely balanced.
  • the temperature ⁇ E in the two input collectors 21, 22 of the superheater II corresponds approximately to the average temperature of the steam ⁇ A in the two output collectors 19, 20 of the superheater I.
  • the bundle heating surface tubes 14, 15 also heat up differently in the superheater II for the same reasons, so that the temperature profile at the outlet of the bundle heating surface tubes of the superheater II is the same as that of the superheater I.
  • the same also applies to the superheater 111 Consideration, however, shows that the temperature differences at the outlet of the bundle heating surface tubes between the centrally arranged bundle heating surface tubes and the bundle heating surface tubes arranged near the wall 34 of the steam generator 1 slowly increase from the superheater 1 via the superheater II to the superheater III. This is related to the fact that the flue gases in the edge area cool down more and more on their way through the steam generator 1 and therefore their temperature difference to the flue gases in the central area of the steam generator 1 gradually increases.
  • the temperature difference between the peripheral and the central bundle heating surface tubes 16, 17 is ⁇ A.
  • the mean steam temperature which can ultimately be taken from the outlet manifolds of the superheater heating surfaces III and is designated ⁇ AM in the figure, is approximately half the value ⁇ A below the highest temperature of the steam in the central area of the superheater III .
  • the injection coolers 30, 31, 32, 33 in the two strands S1 and S2 allow the inlet temperatures of the steam into the superheaters I and II in each of the two strands to be reduced in their entirety, but not to be influenced in their profile.
  • the injection coolers therefore only have the task in previously known multi-line steam generators of this type to compensate for lateral misalignments between the right and the left line or to limit the overall steam temperature in the event of non-uniform heating.
  • FIG. 5 shows a steam generator 50 according to the invention, which is likewise broken open in the area of the superheater heating surfaces.
  • the superheater heating surfaces 52, 53, 54, 55, 56, 57 of the superheaters I, 11, III and their circuitry are shown schematically.
  • the steam generator 50 has two branches and the input header 58 of the superheater I is common to both branches S3 and S4.
  • the bundle heating surface tubes 60, 61, 62, 63 of the two superheater heating surfaces 52, 53 of the superheater 1 are connected to the output manifolds 65, 66 in such a way that those located near the outer wall 68 of the steam generator 50 Bundle heating surface tubes 62, 63 are connected to an output header 66 and the more centrally located bundle heating surface tubes 60, 61 are connected to another output header 65.
  • the output header 66 of the more peripheral bundle heating surface tubes 62, 63 is connected via a connecting pipeline 70 to the input header 72 of the superheater 11, the bundle heating surface tubes 74, 75 of which are arranged more centrally.
  • the output header 65 of the more centrally arranged bundle heating surface tubes 60, 61 of the superheater 1 is connected via a connecting pipeline 76 to an input header 78 of the superheater 11, the bundle heating surface tubes 80, 81 of which are arranged more peripherally.
  • an injection cooler 82, 83 is installed in each of the two connecting pipelines 70 and 76.
  • the output collector 84 of the more peripherally arranged bundle heating surface tubes 80, 81 of the superheater 11 is also connected via a connecting pipe 85 to the input collector 86 of the more centrally arranged bundle heating surface tubes 88, 89 of the superheater III and the output collector 100 of the more centrally arranged bundle heating surface tubes 74, 75 of the Superheater 11 is connected via another connecting line 102 to the input header 104 of the more peripherally arranged bundle heating surface tubes 106, 107 of the superheater III.
  • an injection cooler 109, 110 is installed in each of the connecting lines 102 and 85.
  • the more central bundle heating surface tubes 88, 89 are connected to an outlet header 112 separately from the more peripheral bundle heating surface tubes 106, 107.
  • the more peripheral bundle heating surface tubes 106, 107 are connected to an outlet header 111.
  • FIGS. 6, 7 and 8 shown next to FIG. 5 the corresponding temperature profiles ⁇ E at the entrance and ⁇ A at the exit of the individual bundle heating surface tubes in the individual superheaters I, 11 and III are shown.
  • the operating behavior of the steam generator 50 according to the invention can be read from them.
  • FIG. 6 shows no discernible difference from FIG. 2.
  • the wet steam is introduced over the entire cross section of the steam generator 50 into the bundle heating surface tubes 60, 61, 62, 63 of the two superheater heating surfaces 52, each of which is assigned to a branch S1 and S2 , 53 fed.
  • the inlet temperature ⁇ EP of the more peripherally arranged bundle heating surface tubes 88, 81 of the superheater heating surfaces 55 of the superheater II is higher than in the prior art because their input collector 78 is fed by the output collector 65 of the more centrally arranged bundle heating surface tubes 60, 61 of the superheater heating surface 52 of the superheater I. .
  • the temperature profile ⁇ AZ of the steam of the bundle heating surface tubes 88, 89 in the central region of the steam generator compared to the prior art is on the inlet and outlet sides lowered and the temperature profile ⁇ AP of the bundle heating surface tubes 106, 107 raised in the peripheral area compared to the prior art.
  • the superheater heating surfaces 52, 53, 54, 55, 56, 57 were fed in the same direction as the direction of flow of the smoke gases, which is marked with arrows 51.
  • the circuit according to the invention is equally applicable if the superheater heating surfaces were supplied in countercurrent to the flue gases. In this case, only FIGS. 6 and 8 would have to be exchanged for one another. However, the circuit can also be used for the economizer heating surfaces and for the evaporator bundle heating surface tubes.

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Abstract

Bei Dampferzeugern besteht das Problem, daß die zentral im Dampferzeuger angeordneten Bündelheizflächenrohre thermisch wesentlich stärker beansprucht werden als die mehr peripher angeordneten Bündelheizflächenrohre. Dadurch bleibt die Dampf temperatur des den Dampferzeuger verlassenden Frischdampfes deutlich unter der Dampftemperatur in den zentral angeordneten Bündelheizflächenrohren. Hierzu sieht die Erfindung vor, daß die mehr peripher im Dampferzeuger angeordneten Bündelheizflächenrohre getrennt von den mehr zentral angeordneten Bündelheizflächenrohren zu separaten Bündelheizflächen zusammengefaßt und an mindestens je einen Ausgangssammler angeschlossen sind und die Ausgangssammler der mehr zentralen Bündelheizflächen an nachgeschaltete Eingangssammler der mehr peripheren Bündelheizflächen und die Ausgangssammler der mehr peripheren Bündelheizflächen an die nachgeschalteten Eingangssammler der mehr zentralen Bündelheizflächen angeschlossen sind. Die Erfindung ist bei mehrstrangigen Dampferzeugern anwendbar. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrstrangigen Dampferzeuger mit mehreren in Serie geschalteten Bündelheizflächen je Strang.
  • Dampferzeuger, wie sie im Kraftwerksbereich bei elektrischen Leistungen von ca. 200 bis 500 MW üblicherweise eingesetzt werden, sind auf der Wasser/Dampf-Seite in aller Regel zweistrangig ausgeführt. Bei größeren Leistungseinheiten sind auch vier und mehr Stränge parallel geschaltet. Bei allen Dampferzeugern, d.h. sowohl jenen, die über eine eigene Feuerungsanlage verfügen, als auch jenen die von den heißen Abgasen einer Gasturbine durchströmt werden, bildet sich rauchgasseitig ein Temperatur- und Massenstromprofil aus, das sein Maximum im Zentrum des Dampferzeugers hat und sein Minimum, ähnlich einer Glockenkurve, unmittelbar an der Wandung des Dampferzeugers erreicht. Das hat zur Folge, daß die quer zur Strömungsrichtung der Rauchgase im Dampferzeuger eingebauten Bündelheizflächen ungleichmäßig beheizt werden. So werden die außenliegenden Bündelheizflächenrohre aufgrund des niedrigeren Wärmeangebots weniger stark beheizt als ihre zentraler gelegenen Bündelheizflächenrohre. Dies führt zu unterschiedlichen thermischen Belastungen der einzelenen Bündelheizflächenrohre. Weil die maximal zulässige Leistung, mit der ein Dampferzeuger betrieben werden kann, von der höchstzulässigen Belastung der am stärksten belasteten Bauelemente begrenzt wird, führt die unterschiedliche Erwärmung der Bündelheizflächenrohre, insbesondere bei den Überhitzerheizflächen, dazu, daß die maximale Frischdampftemperatur, die ganz wesentlich den Wirkungsgrad der angeschlossenen Dampfturbine bestimmt, noch deutlich unter der Temperatur liegt, die in den höchstbelasteten, innenliegenden Bündelheizflächenrohren der letzten Überhitzerheizfläche herrscht.
  • Um all zu große Temperaturunterschiede zwischen den mehr zentral gelegenen und den mehr außen liegenden Bündelheizflächenrohren zu vermeiden, hat man diese Heizflächen bei bekannten Dampferzeugern schon in viele untereinander in Serie geschaltete Einzelheizflächen mit je einem Ein- und Austrittssammler unterteilt. In diesen Ein-und Austrittssammlern gleichen sich die unterschiedlichen Temperaturen der aus den einzelnen Bündelheizflächenrohren in sie einströmenden Dampf- bzw. Wassermengen aus, so daß die einzelnen Bündelheizflächenrohre der nachgeschalteten Heizflächen mit gleich warmem Dampf bzw. Wasser gespeist werden.
  • Um die maximale Frischdampftemperatur noch weiter anheben zu können, hat man bereits Temperaturfühler in den am stärksten belasteten Bündelheizflächenrohren der Überhitzerheizflächen eingebaut und mit diesen Temperaturfühlern Einspritzkühler gesteuert, die diesen Überhitzerheizflächen vorgeschaltet sind. Auf diese Weise kann die Dampftemperatur in den Bündelheizflächen bei zeitlichen Schwankungen der Heizleistung unter den kritischen Belastungswert abgesenkt werden. Mit diesen Einspritzkühlern können aber nur die Temperaturen aller Bündelheizflächenrohre der jeweils nachgeschalteten Bündelheizfläche gemeinsam abgesenkt, nicht jedoch Temperaturunterschiede zwischen den mehr zentral gelegenen und den mehr peripher angeordneten Einzelrohren einer Bündelheizfläche ausgeglichen werden. Das heißt, die Leistung der gesamten Bündelheizfläche wird zurückgenommen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie die Temperaturunterschiede zwischen den Bündelheizflächenrohren einer Bündelheizfläche verringert werden können. Darüber hinaus soll es auch ermöglicht werden, die Einspritzkühler so einzusetzen, daß mit ihnen nur die tatsächlich gefährdeten Bündelheizflächenrohre gekühlt werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Ansprüchen 2 bis 6 zu entnehmen.
  • Dadurch, daß die mehr peripher im Dampferzeuger angeordneten Bündelheizflächenrohre erfindungsgemäß getrennt von den mehr zentral angeordneten Bündelheizflächenrohre zu separaten Bündelheizflächen zusammengefaßt und an mindestens je einen Ausgangssammler angeschlossen sind und die Ausgangssammler der mehr zentralen Bündelheizflächen an die nachgeschalteten Eingangssammler der mehr peripheren Bündelheizflächen und die Ausgangssammler der mehr peripheren Bündelheizflächen an die nachgeschalteten Eingangssammler der mehr zentralen Bündelheizflächen angeschlossen sind, wird ein Weg gewiesen, wie die unterschiedlichen Wärmeangebote in den zentralen und peripheren Bündelheizflächen- rohre auszugleichen sind. Das heißt, die mehr peripher angeordneten Bündelheizflächenrohre einer jeden Heizfläche werden mit einem wärmeren und die mehr zentral angeordneten Bündelheizflächen- rohre einer jeden Heizfläche werden mit einem kühleren Medium gespeist. Dieses Medium bestimmt dann recht wesentlich die Wandtemperatur der einzelnen Bündelheizflächenrohre.
  • In Ausgestaltung der Erfindung können die Bündelheizflächen Überhitzerheizflächen sein. Dadurch läßt sich die Frischdampftemperatur bei gleicher maximaler thermischer Belastung der einzelnen Bündelheizflächenrohre der Überhitzerheizflächen nicht unbeträchtlich erhöhen.
  • In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können den Eingangssammlern der mehr zentralen Überhitzerheizflächen Einspritzkühler vorgeschaltet sein. Dies hat den Vorteil, daß gerade jene mehr zentral gelegenen und daher thermisch stärker belasteten Bündelheizflächenrohre über einen Einspritzkühler gekühlt werden können, ohne daß zugleich die thermisch weniger belasteten mehr peripher gelegenen Bündelheizflächenrohre mitgekühlt werden müssen.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand zweier in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispie erläutert. Es zeigen:
    • FIG 1 einen Ausschnitt aus einem vorbekannten Dampferzeuger mit einer schematisierten Darstellung der Anordnung der Überhitzerheizflächen,
    • FIG 2 das über den Querschnitt des Dampferzeugers der Figur 1 hinweg aufgezeigte Temperaturprofil des Dampfes am Eingang und am Ausgang der Bündelheizflächenrohre des Überhitzers I,
    • FIG 3 das über den Querschnitt des Dampferzeugers der Figur 1 hinweg aufgezeichnete Temperaturprofil des Dampfes am Eingang und Ausgang der Bündelheizflächenrohre des Überhitzers 11,
    • FIG 4 das über den Querschnitt des Dampferzeugers der Figur 1 hinweg aufgezeichnete Temperaturprofil des Dampfes am Eingang und Ausgang der Bündelheizflächenrohre des Überhitzers 111,
    • FIG 5 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Dampferzeuger mit einer schematisierten Darstellung der Anordnung der Überhitzerheizflächen,
    • FIG 6 das über den Querschnitt des Dampferzeugers der Figur 5 hinweg aufgezeichnete Temperaturprofil des Dampfes am Ein- und Ausgang der Bündelheizflächenrohre des Überhitzers I,
    • FIG 7 das über den Querschnitt des Dampferzeugers der Figur 5 hinweg aufgezeichnete Temperaturprofil des Dampfes am Ein- und Ausgang der Bündelheizflächenrohre des Überhitzers II und
    • FIG 8 das über den Querschnitt des Dampferzeugers der Figur 5 hinweg aufgezeichnete Temperaturprofil des Dampfes am Ein- und Ausgang der Bündelheizflächenrohre des Überhitzers 111.
  • Die Figur 1 zeigt einen vorbekannten, im Bereich der Überhitzerheizflächen aufgebrochenen Dampferzeuger 1. In der Darstellung der Figur 1 sind die Überhitzerheizflächen und ihre Schaltung schematisch dargestellt. Mit den breiten Pfeilen 2 ist die von unten nach oben gerichtete Strömung der heißen Rauchgase angedeutet. Im Ausführungsbeispiel sind drei in Serie hintereinander geschaltete Überhitzer I, 11, III vorhanden, denen die Überhitzerheizflächen 4, 5, 6, 7, 8, 9 zugeordnet sind. Außerdem sind alle drei Überhitzer I, 11, III zweistrangig ausgeführt. Dabei sind der in der Darstellung der Figur 1 linke Strang mit S1 und der rechte Strang mit S2 bezeichnet. Im Bereich des im Ausführungsbeispiel obersten Überhitzers III haben die beiden Stränge S1 und S2 ihre Seiten im Dampferzeuger vertauscht. Die schematisch angedeuteten Bündelheizflächenrohre 12, 13, 14, 15, 16, 17 der einzelnen Bündelheizflächen - hier der Überhitzerheizflächen 4, 5, 6, 7, 8, 9 - sind eingangs an einen Eingangssammler 18, 21, 22, 25, 26 und ausgangsseitig an einen Ausgangssammler 19, 20, 23, 24, 27, 28 angeschlossen. Mit Ausnahme des Eingangssammlers 18, der beiden Überhitzerheizflächen 4, 5 der beiden Stränge S1 und S2 gemeinsam ist, sind alle übrigen Ein- und Ausgangssammler der Überhitzer I, II, III wie auch die entsprechenden Überhitzerheizflächen 4, 5, 6, 7, 8, 9 nach Strängen unterteilt. Mit Ausnahme der beiden Überhitzerheizflächen 4, 5 ist den Überhitzerheizflächen der anderen beiden Überhitzer II, III in jedem STrang ein eigener Einspritzkühler 30, 31, 32, 33 vorgeschaltet.
  • In den Figuren 2, 3 und 4 sind die Temperaturprofile des Dampfes am Eingang und am Ausgang der Bündelheizflächenrohre der jeweils daneben befindlichen Überhitzer I, II, III dargestellt. Man erkennt, daß die Dampftemperatur ϑE in jedem der Eingangssammler 18, 21, 22, 25, 26 der Überhitzer I, II, III über den gesamten Querschnitt des Dampferzeugers hinweg gleichmäßig ist. Des weiteren erkennt man in den Figuren 2 bis 4, daß die Dampftemperatur ϑA am Eingang der Ausgangssammler 19, 20, 23, 24, 27, 28 über den Querschnitt des Dampferzeugers 1 hinweg stark variiert. Im einzelnen heißt das, daß die Bündelheizflächen- rohre 12 bis 17 im Zentrum des Dampferzeugers einen heißeren Dampf an die Ausgangssammler liefern als die mehr peripher, d.h. in der Nähe der Dampferzeugerwand 34 gelegenen Bündelheizflächenrohre.
  • Beim Betrieb dieses vorbekannten Dampferzeugers 1 gemäß der Figur 1 strömen die heißen Rauchgase von unten nach oben durch die einzelnen Bündelheizflächen, hier der Überhitzerheizflächen 4, 5, 6, 7, 8, 9 der Überhitzer I, II und 111, nach oben. Außerdem strömt aus den hier nicht weiter dargestellten Verdampferheizflächen des Dampferzeugers 1 Naßdampf in den gemeinsamen Eingangssammler 18 der beiden Überhitzerheizflächen 4, 5 des Überhitzers I. Von diesem Einganssammler 18 aus strömt der Dampf durch die einzelnen Bündelheizflächenrohre 12, 13 der beiden Überhitzerheizflächen 4, 5 in den jeweiligen Ausgangssammler 19, 20 der beiden Stränge S1 und S2. Von den beiden Ausgangssammlern 19, 20 strömt der teilweise überhitzte Dampf in jedem der beiden Stränge über eine separate Verbindungsrohrleitung 35, 36, in der je ein Einspritzkühler 30, 31 eingebaut ist, in die beiden Eingangssammler 21, 22 des Überhitzers 11. Von diesen Eingangssammlern werden wiederum die Bündelheizflächenrohre 14, 15 der beiden Überhitzerheizflächen 6, 7 gespeist, die ihrerseits wiederum den weiter überhitzten Dampf an die beiden Ausgangssammler 23, 24 des Überhitzers 11 weiterleiten. Von den Ausgangssammlern wird der Dampf wiederum über zwei Verbindungsleitungen 37, 38, in denen je ein Einspritzkühler 32, 33 eingebaut ist, in die beiden Eingangssammler 25, 26 des Überhitzers III geleitet. Dabei findet jedoch eine Seitenvertauschung der beiden Stränge S1 und S2 statt, die eine mögliche ungleichmäßige Heizleistung auf beiden Seiten des Dampferzeugers 1 ausgleichen soll. Das heißt, der ursprünglich im unteren Bereich des Dampferzeugers 1 rechte Strang S2 befindet sich im oberen Bereich des Dampferzeugers 1 auf der linken Seite und umgekehrt. Von den beiden Eingangssammlern 27, 28 des Überhitzers III strömt der Dampf durch die angeschlossenen Bündelheizflächenrohre 16, 17 in die beiden Ausgangssammler 27, 28 und von dort zum Verbraucher (hier nicht dargestellt), im allgemeinen eine Dampfturbine.
  • Anhand der Figur 2 ist zu erkennen, daß der Naßdampf, der in den Eingangssammler 18 des Überhitzers I einströmt, in alle Bündelheizflächen- rohre 12, 13 mit der gleichen Eingangstemperatur ϑE einströmt. Am Ausgang dieser Bündelheizflächenrohre strömt der Dampf jedoch mit um so höherer Temperatur ϑA in den jeweiligen Ausgangssammler 19, 20, je zentraler das jeweilige Bündelheizflächenrohr angeordnet war. Dies hängt damit zusammen, daß die von unten nach oben strömenden Rauchgase in der Peripherie des Dampferzeugers 1 durch die Außenwand - die meist eine Flossenrohrwand ist - stärker abgekühlt wird, als die Rauchgase im Zentrum des Dampferzeugers 1. Darüber hinaus ist auch die Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase im Bereich der Außenwand des Dampferzeugers 1 reibungsbedingt geringer als im Zentrum des Dampferzeugers. Das Temperaturprofil A des Dampfes am Ausgang der Bündelheizflächenrohre 12, 13 entspricht daher im wesentlichen dem Produkt aus Rauchgastemperatur und Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase im jeweiligen Querschnittselement des Dampferzeugers 1. Diese unterschiedliche Temperatur des teilüberhitzten Dampfes hat sich in den beiden Eingangssammlern 21, 22 des Überhitzers 11 wieder vollständig ausgeglichen. Die Temperatur ϑE in den beiden Eingangssammerlern 21, 22 des Überhitzers II entspricht in etwa der Durchschnittstemperatur des Dampfes ϑA in den beiden Ausgangssammlern 19, 20 des Überhitzers I.
  • Auch im Überhitzer II heizen sich die Bündelheizflächenrohre 14, 15 aus den gleichen Gründen unterschiedlich auf, so daß sich am Ausgang der Bündelheizflächenrohre des Überhitzers II wiederum das gleiche Temperaturprofil ergibt, wie beim Überhitzer I. Das Nämliche gilt auch für den Überhitzer 111. Bei genauerer Betrachtung stellt man jedoch fest, daß die Temperaturunterschiede am Ausgang der Bündelheizflächenrohre zwischen den zentral angeordneten Bündelheizflächenrohren und den nahe der Wand 34 des Dampferzeugers 1 angeordneten Bündelheizflächenrohren vom Überhitzer 1 über den Überhitzer II zum Überhitzer III langsam zunimmt. Dies hängt damit zusammen, daß sich die Rauchgase im Randbereich auf ihrem Weg durch den Dampferzeuger 1 immer stärker abkühlen und daher ihr Temperaturunterschied zu den Rauchgasen im zentralen Bereich des Dampferzeugers 1 allmählich immer größer wird. Am Ausgang der Bündelheizflächenrohre 16, 17 der Überhitzerheizflächen 8, 9 des Überhitzers III beträgt die Temperaturdifferenz zwischen den peripheren und den zentralen Bündelheizflächenrohren 16, 17 ϑA. Das bedeutet, daß wegen dieser Temperaturdifferenz die mittlere Dampftemperatur, die letztendlich den Austrittssammlern der Überhitzerheizflächen III entnommen werden kann, und in der Figur mit ϑAM bezeichnet ist, in etwa um den halben WertΔϑA unter der höchsten Temperatur des Dampfes im zentralen Bereich des Überhitzers III liegt.
  • Durch die Einspritzkühler 30, 31, 32, 33 in den beiden Strängen S1 und S2 können die Eintrittstemperaturen des Dampfes in die Überhitzer I und II in jedem der beiden Stränge für sich in ihrer Gesamtheit abgesenkt, nicht aber in ihrem Profil beeinflußt werden. Die Einspritzkühler haben daher bei vorbekannten mehrstrangigen Dampferzeugern dieser Art nur die Aufgabe, seitliche Schieflagen zwischen dem rechten und dem linken Strang auszugleichen oder bei zeitlich ungleichmäßiger Beheizung die Dampftemperatur insgesamt nach oben hin zu begrenzen.
  • Demgegenüber zeigt die Figur 5 einen erfindungsgemäßen Dampferzeuger 50, der ebenfalls im Bereich der Überhitzerheizflächen aufgebrochen ist. In der Darstellung der Figur 1 sind die Überhitzerheizflächen 52, 53, 54, 55, 56 , 57 der Überhitzer I, 11, III und ihre Schaltung schematisch dargestellt. Auch hier ist der Dampferzeuger 50 zweistrangig ausgebildet und ist der Eingangssammler 58 des Überhitzers I beiden Strängen S3 und S4 gemeinsam. Die Bündelheizflächenrohre 60, 61, 62, 63 der beiden Überhitzerheizflächen 52, 53 des Überhitzers 1 sind jedoch hier so an die Ausgangssammler 65, 66 angeschlossen, daß die nahe der Außenwand 68 des Dampferzeugers 50 gelegenen Bündelheizflächenrohre 62, 63 an einen Ausgangssammler 66 und die mehr zentral gelegenen Bündelheizflächenrohre 60, 61 an einen anderen Ausgangssammler 65 angeschlossen sind. Der Ausgangssammler 66 der mehr peripheren Bündelheizflächenrohre 62, 63 ist über eine Verbindungsrohrleitung 70 an den Eingangssammler 72 des Überhitzers 11 angeschlossen, dessen Bündelheizflächenrohre 74, 75 mehr zentral angeordnet sind. Demgegenüber ist der Ausgangssammler 65 der mehr zentral angeordneten Bündelheizflächenrohre 60, 61 des Überhitzers 1 über eine Verbindungsrohrleitung 76 an einen Eingangssammler 78 des Überhitzers 11 angeschlossen, dessen Bündelheizflächenrohre 80, 81 mehr peripher angeordnet sind. Auch hier ist in den beiden Verbindungsrohrleitungen 70 und 76 wieder je ein Einspritzkühler 82, 83 eingebaut. Auch der Ausgangssammler 84 der mehr peripher angeordneten Bündelheizflächenrohre 80, 81 des Überhitzers 11 ist über eine Verbindungsrohrleitung 85 an den Eingangssammler 86 der mehr zentral angeordneten Bündelheizflächen- rohre 88, 89 des Überhitzers III und der Ausgangssammler 100 der mehr zentral angeordneten Bündelheizflächenrohre 74, 75 des Überhitzers 11 ist über eine andere Verbindungsleitung 102 an den Eingangssammler 104 der mehr peripher angeordneten Bündelheizflächenrohre 106, 107 des Überhitzers III angeschlossen. Auch hier ist in den Verbindungsleitungen 102 und 85 wieder je ein Einspritzkühler 109, 110 eingebaut. Auch beim Überhitzer III sind die mehr zentralen Bündelheizflächenrohre 88, 89 getrennt von den mehr peripheren Bündelheizflächenrohren 106, 107 an einen Austrittssammler 112 angeschlossen. Die mehr peripheren Bündelheizflächenrohre 106, 107 sind an einen Austrittssammler 111 angeschlossen.
  • In dem neben der Figur 5 dargestellten Figuren 6, 7 und 8 sind die entsprechenden Temperaturprofile ϑE am Eingang und ϑA am Ausgang der einzelnen Bündelheizflächenrohre in den einzelnen Überhitzern I, 11 und III dargestellt. An ihnen läßt sich das Betriebsverhalten des erfindungsgemäßen Dampferzeugers 50 ablesen. So zeigt die Figur 6 keinen erkennbaren Unterschied zu der Figur 2. Auch hier wird der Naßdampf über den gesamten Querschnitt des Dampferzeugers 50 mit gleicher Temperatur ϑE in die Bündelheizflächenrohre 60, 61, 62, 63 der beiden je einem Strang S1 und S2 zugeordneten Überhitzerheizflächen 52, 53 eingespeist. Am Ende dieser Bündelheizflächenrohre des Überhitzers I ensteht dann das mit ϑA bezeichnete Temperaturprofil, das seine Ursache in dem anhand der Figur 2 bereits erläuterten unterschiedlich großen Wärmeangebot im zentralen und peripheren Bereich des Dampferzeugers 50 hat. Weil aber die kühleren, mehr peripher gelagerten Bündelheizflächenrohre 62, 63 für sich in einen gemeinsamen Ausgangssammler 66 münden, und dieser Ausgangssammler 66 über die Verbindungsrohrleitung 70 in den Eingangssammler 72 der mehr zentral angeordneten Bündelheizflächenrohre 74, 75 der Überhitzerheizfläche 54 des Überhitzers III mündet, ist deren Eingangstemperatur ϑEZ tiefer als beim Stand der Technik. Demgegenüber ist die Eingangstemperatur ϑEP der mehr peripher angeordneten Bündelheizflächenrohre 88, 81 der Überhitzerheizflächen 55 des Überhitzers II höher als beim Stand der Technik, weil deren Eingangssammler 78 von dem Ausgangssammler 65 der mehr zentral angeordneten Bündelheizflächenrohre 60, 61 der Überhitzerheizfläche 52 des Überhitzers I gespeist wird. Dies führt nun dazu, daß am Ausgang des zentral gelegenen Bündelheizflächenrohre 74, 75 des Überhitzers II das Temperaturprofil ϑAZ gegenüber dem Stand der Technik zu tieferen Temperaturen hin verschoben und das Temperaturprofil ϑAP am Ausgang der mehr peripher angeordneten Bündelheizflächenrohre 80, 81 der Überhitzerheizflächen 55 des Überhitzers II gegenüber dem Stand der Technik zu etwas höheren Temperaturen verschoben ist. Dieser gleiche Effekt wiederholt sich bei den Bündelheizflächenrohren 88, 89 und 106, 107 der Überhitzerheizflächen 56, 57 des Überhitzers 111. Auch hier ist eingangsseitig wie ausgangsseitig das Temperaturprofil ϑAZ des Dampfes der Bündelheizflächenrohre 88, 89 im zentralen Bereich des Dampferzeugers gegenüber dem Stand der Technik abgesenkt und im peripheren Bereich das Temperaturprofil ϑAP der Bündelheizflächenrohre 106, 107 gegenüber dem Stand der Technik angehoben.
  • Insgesamt hat das dann die Auswirkung, daß die Temperaturdiffferenz ΔϑA zwischen den kältesten und heißesten Bündelheizflächenrohren stark verringert ist und deren mittlere Dampftemperatur ϑAM sehr viel näher an der maximalen Dampftemperatur der heißesten Bündelheizflächenrohre des Überhitzers III liegt, als beim Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 4. Das bedeutet, daß der erfindungsgemäße Dampferzeuger 50 bei gleicher maximaler Bündelheizflächenrohrtemperatur Frischdampf mit einer höheren mittleren Dampftemperatur ϑAM erzeugen kann als der Dampferzeuger 1 gemäß der Figur 1. Dies wiederum verbessert den Gesamtwirkungsgrad der Dampfturbine, der stark von der Frischdampftemperatur abhängt. Darüber hinaus lassen sich durch die Betätigung der Einspritzkühler 82, 83, 109, 110 nunmehr gezielt die Dampftemperaturen der mehr zentral oder der mehr peripher gelegenen Bündelheizflächenrohre getrennt voneinander aber auch gemeinsam absenken.
  • Im Ausführungsbeispiel erfolgte die Speisung der Überhitzerheizflächen 52, 53, 54, 55, 56, 57 gleichsinnig wie die Strömungsrichtung der Rauchgase, welche mit den Pfeilen 51 gekennzeichnet ist. Die erfindungsgemäße Schaltung ist gleichermaßen anwendbar, wenn die Speisung der Überhitzerheizflächen im Gegenstrom zu den Rauchgasen erfolgen würde. In diesem Fall wären lediglich die Figuren 6 und 8 gegeneinander auszutauschen. Die Schaltung kann aber ebensogut für die Economizerheizflächen und für die Verdampferbündelheizflächenrohre angewandt werden. Sie hat darüber hinaus den Vorteil, daß durch die Temperaturabsenkung im zentralen Bereich der Bündelrohrheizflächen die dort heißeren Rauchgase stärker abkühlt werden als im peripheren Bereich und damit synchron auch ein Vergleichmäßigung der Rauchgastemperatur über den Querschnitt des Dampferzeugers 50 sowohl im Economizerbereich als auch im Verdampfbereich und im Überhitzerbereich erreicht wird.

Claims (6)

1. Mehrstrangiger Dampferzeuger mit mehreren in Serie geschalteten Bündelheizflächen je Strang,
dadurch gekennzeichnet, daß die mehr peripher im Dampferzeuger 50 angeordneten Bündelheizflächen-Rohre (62, 63, 80, 81, 106, 107) getrennt von den mehr zentral angeordneten Bündelheizflächenrohren (60, 61, 74, 75, 88, 89) zu separaten Bündelheizflächen (55, 56, 57, 52, 53, 54) zusammengefaßt und an mindestens je einen Ausgangssammler (65, 66, 84, 100, 111, 112) angeschlossen sind und die Ausgangssammler (65, 100, 112) der mehr zentralen Bündelheizflächen (52, 54) an nachgeschaltete Eingangssammler (78, 104) der mehr peripheren Bündelheizflächen (55, 57) und die Ausgangssammler (66, 84) der mehr peripheren Bündelheizflächen (53, 55) an die nachgeschalteten Eingangssammler (72, 86) der mehr zentralen Bündelheizflächen (56) angeschlossen sind.
2. Mehrstrangiger Dampferzeuger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelheizflächen (52, 53, 54, 55, 56, 57) Überhitzerheizflächen sind.
3. Mehrstrangiger Dampferzeuger nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß den Eingangssammlern (72, 86) der mehr zentralen Überhitzerheizflächen (54, 56) Einspritzkühler (82, 110) vorgeschaltet sind.
4. Mehrstrangiger Dampferzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet,
daß den Eingangssammlern (78, 104) der mehr peripheren Überhitzerheizflächen (55, 57) Einspritzkühler (83, 109) vorgeschaltet sind.
5. Mehrstrangiger Dampferzeuger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelheizflächen Economizerheizflächen sind.
6. Mehrstrangiger Dampferzeuger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelheizflächen Verdampferheizflächen sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109708096A (zh) * 2019-02-11 2019-05-03 济南锅炉集团有限公司 一种交叉混流过热器

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