EP0657010A1 - Dampferzeuger. - Google Patents

Dampferzeuger.

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EP0657010A1
EP0657010A1 EP93917528A EP93917528A EP0657010A1 EP 0657010 A1 EP0657010 A1 EP 0657010A1 EP 93917528 A EP93917528 A EP 93917528A EP 93917528 A EP93917528 A EP 93917528A EP 0657010 A1 EP0657010 A1 EP 0657010A1
Authority
EP
European Patent Office
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tubes
steam generator
throttle cable
section
generator according
Prior art date
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EP93917528A
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English (en)
French (fr)
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EP0657010B1 (de
EP0657010B2 (de
Inventor
Wolfgang Koehler
Rudolf Kral
Eberhard Wittchow
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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Publication date
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Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0657010A1 publication Critical patent/EP0657010A1/de
Publication of EP0657010B1 publication Critical patent/EP0657010B1/de
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Publication of EP0657010B2 publication Critical patent/EP0657010B2/de
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    • 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
    • F22B37/12—Forms of water tubes, e.g. of varying cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00—Steam boilers of forced-flow type
    • F22B29/06—Steam boilers of forced-flow type of once-through type, i.e. built-up from tubes receiving water at one end and delivering superheated steam at the other end of the tubes
    • F22B29/061—Construction of tube walls
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a fossil-fired steam generator with a gas flue, the peripheral wall of which is formed from tubes which are connected to one another in a gas-tight manner and which are arranged essentially vertically and through which the medium can flow in parallel from bottom to top.
  • the surrounding wall is often exposed to different levels of heating from heating surface element to heating surface element.
  • the heating is usually much stronger than in the upper part.
  • additional heat exchanger surfaces are often arranged in this upper part, which shield the peripheral wall against excessive heating, in particular by heat radiation.
  • the peripheral wall of the vertical throttle cable serves only in the lower part as an evaporator heating surface.
  • the steam - or the water-steam mixture at partial load - is then fed to a downstream convection evaporator.
  • the upper part of the surrounding wall is formed from pipes serving as superheater heating surfaces. Since only a part of the surrounding wall is used as an evaporator surface, only a relatively small temperature difference occurs at the outlet of these tubes in the case of multiple heating or above-average heating of individual tubes. An uneven distribution of the water-steam mixture on the tubes of the convection evaporator downstream of the evaporator heating surface can be controlled due to the low heating of this evaporator.
  • the invention is therefore based on the object of developing a steam generator of the type mentioned at the outset in such a way that, on the one hand, sufficient cooling of the pipes of the surrounding wall is ensured, and on the other hand, additional heating of individual pipes does not result in inadmissible temperature differences between the individual ones Pipes leads. This should be achieved at low cost.
  • this object is achieved in that the tubes in a first part of the throttle cable located below have a larger inner diameter than the tubes in a second part of the throttle cable lying above them.
  • the first part of the throttle cable which is also referred to below as the first section of the surrounding wall, is characterized by very high heat flow densities and good internal heat transfer in the pipes and is e.g. in the burner area.
  • the overlying second part of the throttle cable which is also referred to below as the second section of the surrounding wall, is likewise distinguished by high heat flow densities, but a deteriorated internal heat transfer in the pipes and is e.g. in the so-called gas jet room of the steam generator, which connects to the burner area.
  • the first section of the surrounding wall expediently comprises, to improve the internal heat transfer, internally finned tubes arranged vertically. These are preferably dimensioned such that the average mass flow density in the tubes at full load is preferably less than 1000 kg / m 2 s.
  • the steam has an average steam content at the outlet of the first section, which is between 0.8 and 0.95 at a partial load of about 40%. With these prerequisites, the flow conditions are so favorable that additional heating of individual pipes increases Throughput through these pipes leads so that only small temperature differences occur at the outlet of the pipes.
  • the mass flow density is preferably increased to more than 1000 kg / m 2 s. Therefore, the inside diameter of the pipes at the transition from the first to the second section is reduced while maintaining the same number of parallel pipes or pipe divisions. By reducing the inside diameter, reliable pipe cooling is ensured even with a high heat flow density in the second section.
  • the tubes with a smaller inner diameter of the second section are advantageously connected directly to the tubes of larger inner diameter of the first section, so that the tubes of the two sections merge directly into one another.
  • the tubes of the second section can also have internal ribbing at least in the part through which flow first.
  • Escaping is essentially generated by friction due to high steam speeds.
  • a high drop in frictional pressure has the effect that the mass flow is either reduced by more heated pipes, or else increases less compared to the heating.
  • a pressure compensation vessel in an area in which the friction pressure drop increases sharply due to the formation of steam, the system in front of the pressure compensation vessel can adapt to the heating differences almost ideally, i.e. stronger heating results in an approximately equally stronger mass flow. Therefore, in a practical embodiment, a pressure compensation tube is connected to each tube in the upper half of the first part of the throttle cable, for example in the vicinity of the transition from the first to the second section.
  • the pressure compensation tubes are expediently led to one or more pressure compensation containers provided outside the vertical gas flue.
  • the pressure equalization largely decouples the two sections on the flow side.
  • the relatively high friction pressure loss in the second section due to the comparatively large mass flow density therefore has no effect on the favorable flow conditions in the first section. This means that no temperature imbalances (temperature drop above the pipe cross-section) can occur due to additional heating at the outlet of the first section.
  • the direct transition of the pipes from the first section to the pipes from the second section reliably prevents water-steam separation in the wet steam area.
  • the tubes have a larger inner diameter in a third upper part of the gas flue than in the second part of the gas flap underneath.
  • This third part of the throttle cable which is also referred to below as the third section of the surrounding wall, is characterized by a low heat flow density and a moderate internal heat transfer in the pipes and is located in the so-called convection cable of the steam generator,
  • the surrounding wall reduces the mass flow density due to the low heat flow density prevailing there compared to that in the second section in order to keep the friction pressure loss in the pipes low.
  • the tubes can be designed without internal fins.
  • the heat flow density drops so far that in the third part of the gas cable, ie in the third section of the peripheral wall, half the number of tubes of the second part of the gas cable, ie the second section of the peripheral wall, is sufficient.
  • the number of tubes in the third section is halved in that two tubes each of the second part of the throttle cable open into a jointly assigned tube of the third part of the gas cable.
  • Figure 2 shows a detail II of Figure 1 on a larger scale with tubes with different inner diameters in different sections.
  • the vertical throttle cable of the steam generator 1 according to FIG. 1 with a rectangular cross section is formed by a surrounding wall 2 which merges into a funnel-shaped base 3 at the lower end of the gas cable.
  • the tubes 4 of the surrounding wall 2 are on their long sides - e.g. via fins 9 ( Figure 2) - gas-tightly connected to each other, e.g. welded.
  • the bottom 3 comprises a discharge opening 3a for ashes, not shown in detail.
  • a lower or first part 5 of the throttle cable ie in a first section of the surrounding wall 2, for example four burners for a fossil fuel are each installed in an opening 6 in the surrounding wall 2.
  • opening 6 tubes 4 of the surrounding wall 2 are curved; they run on the outside of the vertical throttle cable. Similar openings can also be formed, for example, for air nozzles or flue gas nozzles.
  • a second part 7 of the throttle cable i.e. a second section of the surrounding wall 2 over which a third or upper part 8 of the throttle cable, i.e. a third section of the peripheral wall 2 is provided.
  • the first section 5 in the burner area is distinguished by a very high heat flow density and good internal heat transfer in the tubes 4.
  • the second section 7 is located in the gas jet chamber and is also distinguished by a high heat flow density, but also by a lower, deteriorated internal heat transfer in the tubes 4.
  • the third section 8 is located in the convection train and is characterized by a low heat current density and a moderate internal heat transfer in the tubes 4. This third section 8 is present, in particular, in the case of a steam generator in a pull-in construction.
  • the medium side i.e. of water or a water-steam mixture, through which tubes 4 of the surrounding wall 2 flow in parallel from bottom to top are connected with their inlet ends to an inlet header 11 and with their outlet ends to an outlet header 12.
  • the inlet header 11 and the outlet header 12 are located outside the throttle cable and are e.g. each formed by an annular tube.
  • the inlet header 11 is connected via a line 13 and a header 14 to the outlet of a high-pressure preheater or economizer 15.
  • the heating surface of the economizer 15 lies in the third section 8 of the surrounding wall 2 covered space.
  • the economizer 15 is connected on the input side to the water / steam circuit of a steam turbine via a collector 16 during the operation of the steam generator 1,
  • the outlet header 12 is connected to a high-pressure superheater 19 via a water-steam separating vessel 17 and a line 18.
  • the high-pressure superheater 19 is arranged in the region of the second section 7 of the surrounding wall 2. It is connected on the output side to a high-pressure part of the steam turbine via a collector 20 during operation. In the area of the second section 7 there is also an intermediate superheater 21 which is connected via collectors 22, 23 between the high-pressure part and a medium-pressure part of the steam turbine. Water occurring in the water-steam separating vessel 17 is discharged via a line 24.
  • a pressure compensation vessel 26 is provided outside the throttle cable, which is formed by an annular tube.
  • each pipe 4 running in sections 5 and 7 is connected to the pressure compensation vessel 26 via a pressure compensation tube 27.
  • the clear width of the pipes 4 tapers.
  • the pipes 4 have a larger inner diameter d in the lower part 5 of the gas flue, on as the pipes 4 in the overlying second part 7 of the throttle cable, the inner diameter of which is denoted by d 2 .
  • the tubes 4 with the smaller inner diameter d 2 are connected directly to the tubes 4 with the larger inner diameter d-, ie the tubes 4 merge into one another in the region 25.
  • the tubes 4 in section 5 have a thread in a manner not shown shaped internal ribs.
  • the tubes 4 are dimensioned in section 5 such that the mean mass flow density there is less than or equal to 1000 kg / m 2 s at full load. The average mass flow density in the tubes 4 is then greater than 1000 kg / m 2 s in the second or middle section 7.
  • the pipes 4 again have a larger inner diameter than in the section 7 below. While the pipes 4 in the second section 7 also preferably have a thread-like internal ribbing over their entire length, the pipes 4 are of the third section 8 is provided with a thread-like inner ribbing only over part of its length. However, it is expedient to dispense with internal ribbing.
  • the number of pipes 4 in the upper section 8 of the surrounding wall 2 is only half as large as in the second section 7. Therefore, two pipes 4 of the second section 7 each open in a region 30 into a pipe 4 of the third section 8 that is assigned to them ( Figure 1).
  • the outer diameter of the tubes 4 in sections 5 and 7 is different and adapted to the respective inner diameter d ,, d 2 such that the wall thickness of the tubes 4 in all sections 5, 7, 8 is approximately the same size is.
  • the outer diameter of the tubes 4 can also be the same in all sections 5, 7, 8, so that the wall thickness of the tubes 4 in the middle or second section 7 is greater than in the first section 5 and / or in the third section 8
  • the tubes 4 are provided on their long sides with fins 9 which serve for the gas-tight connection of the tubes 4.

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Description

Dampferzeuger
Die Erfindung bezieht sich auf einen fossil befeuerten Dampferzeuger mit einem Gaszug, dessen Umfassungswand aus miteinander gasdicht verbundenen Rohren gebildet ist, die im wesentlichen vertikal angeordnet und mediumseitig parallel von unten nach oben durchströmbar sind.
Die Umfassungswand ist häufig von Heizflächenelement zu Heizflächenelement einer unterschiedlich starken Beheizung ausgesetzt. So ist meist im unteren Teil, in dem eine Anzahl von Brennern für den fossilen Brennstoff angeordnet ist, die Beheizung wesentlich stärker als im oberen Teil. Der Grund hierfür liegt auch darin, daß in diesem oberen Teil häufig zusätzliche Wärmetauscherflächen angeordnet sind, welche die Umfassungswand gegen eine zu intensive Beheizung, insbesondere durch Wärmestrahlung, abschirmen.
Bei dem aus der Europäischen Patentschrift 0 054 601 bekannten Dampferzeuger dient die Umfassungswand des verti¬ kalen Gaszugs nur im unteren Teil als Verdampferheizfläche. Der Dampf - oder bei Teillast das Wasser-Dampf-Gemisch - wird anschließend einem nachgeschalteten Konvektionsverdamp- fer zugeführt. Der obere Teil der Umfassungswand wird aus als Überhitzerheizfläche dienenden Rohren gebildet. Da nur ein Teil der Umfassungswand als Verdampferfläche genutzt wird, treten bei einer Mehrbeheizung oder überdurchschnitt¬ lichen Beheizung einzelner Rohre nur verhältnismäßig gerin¬ ge Temperaturdifferenzen am Austritt dieser Rohre auf. Eine ungleichmäßige Verteilung des Wasser-Dampf-Gemisches auf die Rohre des der Verdampferheizfläche nachgeschalteten Konvektionsverdampfers ist wegen der geringen Beheizung dieses Verdampfers beherrschbar. Da allerdings die Kühlung des oberen Teils der Umfassungswand mit unter einem hohen Druck von etwa 280 bis 320 bar stehendem überhitzten Dampf erfolgt, wird in diesem oberen Teil der Umfassungswand hoch chromhaltiger Stahl eingesetzt, der bei der Fertigung eine komplizierte Wärmebehandlung erfordert. Außerdem ist diese bekannte Einrichtung aufgrund erforderlicher Verbindungs¬ leitungen und Sammler zum und vom Konvektionsverda pfer sehr kostenaufwendig und benötigt einen erhöhten Regelungs¬ aufwand im Konvektionszug, insbesondere durch den Einbau von rauchgasseitigen Regelzügen. Eine ähnliche Einrichtung ist auch in der Druckschrift VGB Kraftwerkstechnik, Heft 7, 1991, Seiten 637 bis 643, beschrieben.
Bei einem Durchlaufdampferzeuger mit einer spiralförmigen Rohranordnung der Umfassungswand, bei der die Massenstrom- dichte in den Rohren üblicherweise etwa 2500 kg/m2s beträgt, kann die Auswirkung einer Mehrbeheizung auf Temperaturdif¬ ferenzen zwischen den Rohren durch Vergrößern der Rohr¬ innendurchmesser im oberen Teil des vertikalen Gaszugs re- duziert werden. Bei Umfassungswänden mit vertikal angeord¬ neten Rohren kann dieses Prinzip jedoch nicht angewendet werden, da die ohnehin vergleichsweise kleine Massenstrom- dichte, die ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren ist, dann so weit reduziert wird, daß bei Dampf- drücken in der Nähe des kritischen Punktes eine sichere Kühlung der Rohre nicht mehr gewährleistet ist. Außerdem kommt erschwerend hinzu, daß einerseits zur sicheren Küh¬ lung der Rohre hohe Massenströme erforderlich sind, ande¬ rerseits hohe Massenströme zu großen Temperaturdifferenzen zwischen einzelnen Rohren führen können. Weiterhin besteht bei Verwendung eines Zwischensammlers im Naßdampfbereich durch Entmischung die Gefahr einer Ungleichverteilung von Wasser und Dampf, so daß in einem diesem Zwischensammler nachgeschalteten Rohrsystem große Temperaturunterschiede auftreten können. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der eingangs genannten Art derart weiterzu¬ bilden, daß einerseits eine ausreichende Kühlung der Rohre der Umfassungswand sichergestellt ist, und daß anderer- seits auch eine Mehrbeheizung einzelner Rohre nicht zu un¬ zulässigen Temperaturdifferenzen zwischen den einzelnen Rohren führt. Dies soll mit geringem Kostenaufwand erreicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohre in einem unten gelegenen ersten Teil des Gaszugs ei¬ nen größeren Innendurchmesser aufweisen als die Rohre in einem darüberliegenden zweiten Teil des Gaszugs.
Der unten gelegene erste Teil des Gaszugs, der im folgenden auch als erster Abschnitt der Umfassungswand bezeichnet wird, zeichnet sich durch sehr hohe Wärmestromdichten und einen guten inneren Wärmeübergang in den Rohren aus und liegt z.B. im Brennerbereich. Der darüberliegende zweite Teil des Gaszugs, der im folgenden auch als zweiter Ab¬ schnitt der Umfassungswand bezeichnet wird, zeichnet sich ebenfalls durch hohe Wärmestromdichten, aber einen ver¬ schlechterten inneren Wärmeübergang in den Rohren aus und liegt z.B. im im sogenannten Gasstrahlraum des Dampferzeu- gers, der sich an den Brennerbereich anschließt.
Der erste Abschnitt der Umfassungswand umfaßt zweckmäßiger¬ weise zur Verbesserung des inneren Wärmeübergangs innen- berippte vertikal angeordnete Rohre. Diese sind bevorzugt derart dimensioniert, daß die mittlere Massenstromdichte in den Rohren bei Vollast vorzugsweise kleiner als 1000 kg/m2s ist. Der Dampf hat am Austritt des ersten Abschnitts einen mittleren Dampfgehalt, der bei einer Teillast von etwa 40% zwischen 0,8 und 0,95 liegt. Bei diesen Vorausset- zungen stellen sich so günstige Strömungsverhältnisse ein, daß eine Mehrbeheizung einzelner Rohre zu einem erhöhten Durchsatz durch diese Rohre führt, so daß sich nur geringe Temperaturdifferenzen am Austritt der Rohre einstellen.
Im zweiten Abschnitt der Umfassungswand kann abhängig vom Betriebszustand eine Wärmeübergangskrise, d.h. ein soge¬ nanntes "Dry out", auftreten. Um unzulässig hohe Rohrwand¬ temperaturen bei diesem verschlechterten inneren Wärmeüber¬ gang zu vermeiden, wird die Massenstromdichte bevorzugt auf über als 1000 kg/m2s erhöht. Daher ist der Innendurchmesser der Rohre am Übergang vom ersten auf den zweiten Abschnitt unter Beibehaltung der gleichen Parallelrohranzahl oder Rohrteilungen verringert. Durch Reduzierung der Innendurch¬ messer ist auch bei einer hohen Wärmestromdichte im zweiten Abschnitt eine sichere Rohrkühlung gewährleistet.
Die Rohre mit kleinerem Innendurchmesser des zweiten Ab¬ schnitts sind vorteilhafterweise direkt an die Rohre größeren Innendurchmessers des ersten Abschnitts ange¬ schlossen, so daß die Rohre der beiden Abschnitte direkt ineinander übergehen. Die Rohre des zweiten Abschnitts können mindestens im zuerst durchströmten Teil ebenfalls eine Innenberippung aufweisen.
In einem beheizten Verdampfer-Parallelrohrsystem tritt zwischen Ein- und Austritt ein Druckabfall auf, der zum
Austritt hin im wesentlichen durch Reibung aufgrund hoher Dampfgeschwindigkeiten erzeugt wird. Ein hoher Reibungs¬ druckabfall bewirkt, daß der Massenstrom durch stärker be¬ heizte Rohre entweder reduziert wird, oder aber im Ver- gleich zur Beheizung weniger stark ansteigt. Ordnet man nun ein Druckausgleichsgefäß in einem Bereich an, in dem durch Dampfbildung der Reibungsdruckabfall stark ansteigt, so kann sich das vor dem Druckausgleichsgefäß liegende System den Beheizungsunterschieden nahezu ideal anpassen, d.h. stärkere Beheizung ergibt einen annähernd gleichermaßen stärkeren Massenstrom. Daher ist in zweckmäßiger Ausgestaltung in der oberen Hälfte des ersten Teils des Gaszugs, z.B. in der Nähe des Übergangs vom ersten auf den zweiten Abschnitt, an jedes Rohr ein Druckausgleichsrohr angeschlossen. Die Druckaus- gleichsrohre sind zweckmäßigerweise zu einem oder mehreren außerhalb des vertikalen Gaszugs vorgesehenen Druckaus¬ gleichsbehältern geführt. Durch den Druckausgleich werden die beiden Abschnitte strömungsseitig weitgehend entkop¬ pelt. Der aufgrund der vergleichsweise großen Massenstrom- dichte relativ hohe Reibungsdruckverlust im zweiten Ab¬ schnitt hat daher keine Auswirkungen auf die günstigen Strömungsverhältnisse im ersten Abschnitt. Somit können keine Temperaturschieflagen (Temperaturgefällt über dem Rohrquerschnitt) aufgrund von Mehrbeheizungen am Austritt des ersten Abschnitts auftreten. Durch den direkten Über¬ gang der Rohre vom ersten Abschnitt auf die Rohre vom zweiten Abschnitt wird eine Wasser-Dampf-Entmischung im Naßdampfgebiet sicher vermieden.
Bei einem Dampferzeuger mit einem hohen Gaszug, z.B. einem Dampferzeuger in Einzugbauweise, weisen die Rohre in einem dritten oberen Teil des Gaszugs einen größeren Innendurch¬ messer auf als in dem zweiten darunterliegenden Teil des Gaszugs. Dieser dritte Teil des Gaszugs, der im folgenden auch als dritter Abschnitt der Umfassungswand bezeichnet wird, zeichnet sich durch eine niedrige Wärmestromdichte und einen mäßigen inneren Wärmeübergang in den Rohren aus und liegt im sogenannten Konvektionszug des Dampferzeugers,
Am Übergang vom zweiten auf den dritten Abschnitt der
Umfassungswand sinkt die Massenstromdichte wegen der dort herrschenden niedrigen Wärmestromdichte gegenüber der im zweiten Abschnitt wieder ab, um den Reibungsdruckverlust in den Rohren niedrig zu halten. Im dritten Abschnitt können die Rohre ohne Innenberippung ausgebildet sein. Im weiteren Verlauf des vertikalen Gaszugs sinkt die Wär¬ mestromdichte so weit ab, daß im dritten Teil des Gaszugs, d.h. im dritten Abschnitt der Umfassungswand, die halbe Anzahl der Rohre des zweiten Teils des Gaszugs, d.h. des zweiten Abschnitts der Umfassungswand, ausreicht. Die Hal¬ bierung der Anzahl der Rohre im dritten Abschnitt wird dadurch erreicht, daß je zwei Rohre des zweiten Teils des Gaszugs in ein ihnen gemeinsam zugeordnetes Rohr des drit¬ ten Teils des Gaszugs münden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:
Figur 1 einen Dampferzeuger mit einem in drei Abschnitte unterteilten Gaszug, und
Figur 2 einen Ausschnitt II aus Figur 1 in größerem Ma߬ stab mit Rohren mit unterschiedlichem Innendurchmesser in verschiedenen Abschnitten.
Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der vertikale Gaszug des Dampferzeugers 1 gemäß Figur 1 mit rechteckigem Querschnitt ist durch eine Umfassungswand 2 gebildet, die am Unterende des Gaszugs in einen trichter¬ förmigen Boden 3 übergeht. Die Rohre 4 der Umfassungswand 2 sind an ihren Längsseiten - z.B. über Flossen 9 (Figur 2) - gasdicht miteinander verbunden, z.B. verschweißt. Der Bo- den 3 umfaßt eine nicht näher dargestellte Austragsoffnung 3a für Asche.
In einem unteren oder ersten Teil 5 des Gaszugs, d.h. in einem ersten Abschnitt der Umfassungswand 2, sind z.B. vier Brenner für einen fossilen Brennstoff in jeweils einer Öff¬ nung 6 in der Umfassungswand 2 angebracht. An einer derar- tigen Öffnung 6 sind Rohre 4 der Umfassungswand 2 gekrümmt; sie verlaufen auf der Außenseite des vertikalen Gaszugs. Ähnliche Öffnungen können auch z.B. für Luftdüsen oder Rauchgasdüsen gebildet sein.
Über dem ersten unteren Teil 5 des Gaszugs befindet sich ein zweiter Teil 7 des Gaszugs, d.h. ein zweiter Abschnitt der Umfassungswand 2, über dem ein dritter oder oberer Teil 8 des Gaszugs, d.h. ein dritter Abschnitt der Umfassungs¬ wand 2, vorgesehen ist.
Der erste Abschnitt 5 im Brennerbereich zeichnet sich durch eine sehr hohe Wärmestromdichte und einen guten inneren Wärmeübergang in den Rohren 4 aus. Der zweite Abschnitt 7 ist im Gasstrahlraum gelegen und zeichnet sich ebenfalls durch eine hohe Wärmestromdichte, aber auch durch einen geringeren, verschlechterten inneren Wärmeübergang in den Rohren 4 aus. Der dritte Abschnitt 8 ist im Konvektionszug gelegen und zeichnet sich durch eine niedrige Wär estrom- dichte und einen mäßigen inneren Wärmeübergang in den Roh¬ ren 4 aus. Dieser dritte Abschnitt 8 ist insbesondere bei einem Dampferzeuger in Einzugbauweise vorhanden.
Die mediumseitig, d.h. von Wasser oder einem Wasser-Dampf- Gemisch, von unten nach oben parallel durchströmten Rohre 4 der Umfassungswand 2 sind mit ihren Eintrittsenden an einen Eintrittssammler 11 und mit ihren Austrittsenden an einen Austrittssammler 12 angeschlossen. Der Eintritts¬ sammler 11 und der Austrittssammler 12 befinden sich außerhalb des Gaszugs und sind z.B. jeweils durch ein ringförmiges Rohr gebildet.
Der Eintrittssammler 11 ist über eine Leitung 13 und einen Sammler 14 mit dem Ausgang eines Hochdruck-Vorwärmers oder Economizers 15 verbunden. Die Heizfläche des Economizers 15 liegt im vom dritten Abschnitt 8 der Umfassungswand 2 umfaßten Raum. Der Economizer 15 ist während des Betriebs des Dampferzeugers 1 eingangsseitig über einen Sammler 16 mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf einer Dampfturbine verbunden,
Der Austrittssammler 12 ist über ein Wasser-Dampf-Trenn¬ gefäß 17 und eine Leitung 18 mit einem Hochdruck-Überhitzer 19 verbunden. Der Hochdruck-Überhitzer 19 ist im Bereich des zweiten Abschnitts 7 der Umfassungswand 2 angeordnet. Er ist während des Betriebs ausgangsseitig über einen Samm- 1er 20 mit einem Hochdruckteil der Dampfturbine verbunden. Im Bereich des zweiten Abschnitts 7 liegt außerdem ein Zwischenüberhitzer 21, der über Sammler 22, 23 zwischen den Hochdruckteil und einen Mitteldruckteil der Dampfturbi¬ ne geschaltet ist. Im Wasser-Dampf-Trenngefäß 17 anfallen- des Wasser wird über eine Leitung 24 abgeführt.
In einem Bereich 25 des Übergangs vom ersten Abschnitt 5 zum zweiten Abschnitt 7 der Umfassungswand 2 ist außerhalb des Gaszugs ein Druckausgleichsgefäß 26 vorgesehen, das durch ein ringförmiges Rohr gebildet ist.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, ist jedes in den Abschnitten 5 und 7 verlaufende Rohr 4 über ein Druckausgleichsrohr 27 mit dem Druckausgleichsgefäß 26 verbunden.
Im Bereich 25, in dem die Rohre 4 vom ersten Abschnitt 5 in den zweiten Abschnitt 7 übergehen, verjüngt sich die lichte Weite der Rohre 4. Mit anderen Worten: Die Rohre 4 weisen im unteren Teil 5 des Gaszugs einen größeren Innen¬ durchmesser d, auf als die Rohre 4 in dem darüberliegenden zweiten Teil 7 des Gaszugs, deren Innendurchmesser mit d2 bezeichnet ist. Dabei sind die Rohre 4 mit dem kleineren Innendurchmesser d2 direkt an die Rohre 4 mit dem größeren Innendurchmesser d-, angeschlossen, d.h. die Rohre 4 gehen im Bereich 25 ineinander über. Die Rohre 4 im Abschnitt 5 weisen in nicht näher dargestellter Weise eine gewinde- förmige Innenberippung auf. Die Rohre 4 sind im Abschnitt 5 derart dimensioniert, daß die mittlere Massenstromdichte dort bei Vollast kleiner oder gleich 1000 kg/ m2s ist. Die mittlere Massenstromdichte in den Rohren 4 ist im zweiten oder mittleren Abschnitt 7 dann größer als 1000 kg/m2s.
Im dritten oder oberen Abschnitt 8 der Umfassungswand 2 weisen die Rohre 4 wieder einen größeren Innendurchmesser auf als in dem darunterliegenden Abschnitt 7. Während die Rohre 4 auch im zweiten Abschnitt 7 vorzugsweise über ihre gesamte Länge eine gewindeförmige Innenberippung aufwei¬ sen, sind die Rohre 4 des dritten Abschnitts 8 nur über einen Teil ihrer Länge mit einer gewindeförmigen Innenbe¬ rippung versehen. Zweckmäßigerweise wird aber auf eine Innenberippung verzichtet.
Die Anzahl der Rohre 4 im oberen Abschnitt 8 der Umfas¬ sungswand 2 ist nur halb so groß wie im zweiten Abschnitt 7. Daher münden je zwei Rohre 4 des zweiten Abschnitts 7 in einem Bereich 30 in ein ihnen gemeinsam zugeordnetes Rohr 4 des dritten Abschnitts 8 (Figur 1).
Wie in Figur 2 dargestellt, ist auch der Außendurchmesser der Rohre 4 in den Abschnitten 5 und 7 unterschiedlich und an den jeweiligen Innendurchmesser d,, d2 derart angepaßt, daß die Wanddicke der Rohre 4 in allen Abschnitten 5, 7, 8 etwa gleich groß ist. Es kann aber auch der Außendurchmes¬ ser der Rohre 4 in allen Abschnitten 5, 7, 8 gleich groß sein, so daß die Wanddicke der Rohre 4 im mittleren oder zweiten Abschnitt 7 größer ist als im ersten Abschnitt 5 und/oder im dritten Abschnitt 8. Wie bereits erwähnt, sind die Rohre 4 an ihren Längsseiten mit Flossen 9 versehen, die zur gasdichten Verbindung der Rohre 4 dienen.
Dadurch, daß die Rohre 4 der Umfassungswand 2 über ihre
Länge in verschiedenen Abschnitten 5, 7, 8 oder Bereichen des Dampferzeugers 1 einen unterschiedlichen Innendurch¬ messer d,, d2 aufweisen, ist die Dimensionierung der Rohre 4 der Umfassungswand 2 auf eine unterschiedliche Beheizung des Gaszugs abgestimmt. Dabei ist einerseits eine sichere Kühlung der Rohre 4 gewährleistet. Andererseits führt auch eine Mehrbeheizung einzelner Rohre 4 nicht zu unzulässigen Temperaturdifferenzen zwischen den Ausgängen der einzelnen Rohre 4.

Claims

Patentansprüche
1. Fossil befeuerter Dampferzeuger mit einem Gaszug, dessen Umfassungswand (2) aus miteinander gasdicht verbun¬ denen Rohren (4) gebildet ist, die im wesentlichen verti¬ kal angeordnet und mediumseitig von unten nach oben durch¬ strömbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rohre (4) in einem unten gelegenen ersten Teil (5) des Gaszugs einen größeren Innendurchmesser (d-,) aufweisen als die Rohre (4) in einem darüberliegenden zweiten Teil (7) des Gaszugs.
2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rohre (4) mit dem kleineren Innendurchmesser (d2) direkt an die Rohre (4) mit dem größeren Innendurchmesser (d,) angeschlossen sind oder in diese übergehen.
3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jedes Rohr (4) über ein Druckausgleichsrohr (27) mit einem außer¬ halb des Gaszugs vorgesehenen Druckausgleichsgefäß (26) verbunden ist.
4. Dampferzeuger nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jedes Druckausgleichsrohr (27) in der oberen Hälfte des ersten Teils (5), vorzugsweise im oberen Drittel des ersten Teils (5), z.B. im Bereich (25) des Übergangs vom ersten Teil (5) auf den zweiten Teil (7), des Gaszugs liegt.
5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rohre (4) im ersten Teil (5) des Gaszugs eine gewinde- förmige Innenberippung aufweisen.
6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rohre (4) im zweiten Teil (7) des Gaszugs mindestens über einen Teil ihrer Länge eine gewindeformige Innenberippung aufweisen.
7. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die mittlere Massenstromdichte in den Rohren (4) des ersten Teils (5) des Gaszugs bei Vollast kleiner oder gleich 1000 kg/m2s ist.
8. Dampferzeuger nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rohre (4) in einem oben gelegenen dritten Teil (8) des
Gaszugs einen größeren Innendurchmesser aufweisen als in dem zweiten darunterliegenden Teil (7) des Gaszugs.
9. Dampferzeuger nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rohre (4) des dritten Teils (8) mit dem größeren Innen¬ durchmesser direkt an die Rohre (4) des zweiten Teils (7) mit dem kleineren Innendurchmesser (d2) angeschlossen sind, oder in diese übergehen.
10. Dampferzeuger Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anzahl der Rohre (4) im dritten Teil (8) des Gaszugs nur halb so groß ist wie im zweiten Teil (7) des Gaszugs, wobei je zwei Rohre (4) des zweiten Teils (7) in ein ihnen gemeinsam zugeordnetes Rohr (4) des dritten Teils (8) münden.
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