EP0812407A1 - Verfahren und system zum anfahren eines durchlaufdampferzeugers - Google Patents

Verfahren und system zum anfahren eines durchlaufdampferzeugers

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EP0812407A1
EP0812407A1 EP96937994A EP96937994A EP0812407A1 EP 0812407 A1 EP0812407 A1 EP 0812407A1 EP 96937994 A EP96937994 A EP 96937994A EP 96937994 A EP96937994 A EP 96937994A EP 0812407 A1 EP0812407 A1 EP 0812407A1
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EP
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water
evaporator
evaporator tubes
steam generator
line
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EP96937994A
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EP0812407B1 (de
Inventor
Rudolf Kral
Joachim Franke
Helmuth Huschauer
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BBP Energy GmbH
Original Assignee
Deutsche Babcock Werke AG
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Publication date
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Classifications

    • 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
    • F22B29/12—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 operating with superimposed recirculation during starting and low-load periods, e.g. composite boilers

Definitions

  • the invention relates to a method for starting up a once-through steam generator, the evaporator tubes of which the feed water side is flowed through from bottom to top. It further relates to a start-up system for carrying out the method.
  • the amount of the flow medium to be conveyed by a feed pump is preferably kept constant for starting and in a load range below a certain limit load.
  • the flow rate of the feed pump is equal to the evaporator throughput.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for starting a once-through steam generator, in which on the one hand the start-up losses are as low as possible and in which on the other hand enough water is supplied to the evaporator for reliable cooling of the evaporator tubes.
  • this object is achieved according to the invention in that water emerging or ejected from the evaporator tubes on the outlet side is at least partially fed back to the evaporator tubes on the inlet side.
  • At least part of the water expelled from the evaporator tubes is expediently first collected.
  • the steam contained in the expelled water / water-steam mixture can then advantageously be separated off and overheated.
  • the stated object is achieved according to the invention by providing a drain line which connects an outlet collector common to the evaporator tubes to an inlet manifold common to the evaporator tubes.
  • a water-steam separation container and / or a collecting container can be connected in the discharge line.
  • a check valve which is expediently connected to the drain line prevents backflow from the evaporator inlet to the evaporator outlet.
  • the drain line can either be connected directly to the inlet header or to a connecting line which is connected between the inlet header and a preheater (economizer) arranged in the continuous steam generator.
  • a preheater economizer
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that by returning the water expelled from the evaporator during start-up via a drain line to the evaporator inlet, a self-regulating circulating flow is achieved and reliable cooling of the evaporator tubes is ensured .
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to a drawing.
  • FIG. 1 schematically shows a once-through steam generator with a vertical throttle cable and with a drain line of a start-up system.
  • the vertical throttle cable of the once-through steam generator 1 is formed by a peripheral wall 2 which merges into a funnel-shaped base 3 at the lower end of the gas cable.
  • the evaporator tubes 4 of the peripheral wall 2 are gas-tightly connected to one another on their long sides, e.g. welded.
  • the bottom 3 comprises a discharge opening 3a for ashes, not shown.
  • the input occurs collector 8 and the outlet header 10 are au ⁇ ßerraum of the gas flue and 'are, for example each formed by a ringför ⁇ Miges tube.
  • the inlet header 8 is connected via a line 12 and a header 14 to the outlet of a high-pressure preheater or economizer 16.
  • the heating surface of the economizer 16 is arranged in a space above the combustion chamber 6 and enclosed by the surrounding wall 2.
  • the economizer 16 is on the input side via a collector 18 and a feed water line 20 with a steam-heated one
  • Heat exchanger 22 connected, which is connected to the pressure side of a feed water pump 24.
  • the suction side of the feed water pump 24 is connected in a manner not shown in detail to a steam turbine via a condenser and is therefore connected to its water-steam circuit.
  • the outlet header 10 is connected via a line 26 to a water-steam separating vessel or separator 28. This, in turn, is connected on the steam side via a line 30 to an inlet header 32 of a high-pressure superheater 34, which is arranged within the peripheral wall 2 between the economizer 16 and the combustion chamber 6.
  • the high-pressure superheater 34 is connected on the output side to a high-pressure part of the steam turbine via a collector 36.
  • an intermediate superheater 38 is provided within the space enclosed by the surrounding wall 2 and is connected via collectors 40, 42 between the high-pressure part and a medium-pressure part of the steam turbine.
  • the economizer 16 the high-pressure superheater.
  • the line 26 is part of a drain line 44 which connects the outlet header 10 to the inlet header 8.
  • a collector in the form of a bottle 46 is connected to the discharge line 44 and is connected to the separator 28 on the water side.
  • a non-return valve 48 is connected in the discharge line 44.
  • feed water S is conveyed via the feed water pump 24 through the heat exchanger 22 and is initially preheated there.
  • the amount of feed water S fed to the evaporator tubes 4 per time unit, ie the feed water flow, can be set as a function of the amount of fuel B (fuel flow) fed to the burners 5 per time unit.
  • the feed water S preheated in this way is preheated further in the economizer 16 and fed via line 12 to the inlet manifold 8 of the evaporator 4. From there, the heated feed water S flows through the obliquely, but preferably vertically arranged, evaporator tube 4 from bottom to top.
  • a water level di is established in the drain line 44 ' . a, which is higher than a water level d2 determined by the weight of the water and the water-steam mixture in the evaporator tubes 4.
  • the geodetic pressure drop in the evaporator tubes 4 is lower than the pressure level in the outlet line 44 from the outlet header 10 or from the bottle 46 to the evaporator 4.
  • This pressure difference causes the Separator 28 separated water and fed into the bottle 46 provided for need back to the evaporator inlet, ie to the inlet header 8 of the evaporator 4.
  • the water stream emerging from the economizer 16 is fed to the evaporator inlet, ie to the inlet header 8.
  • the direct connection of the outlet manifold 10 via the outlet line 44 to the inlet manifold 8 of the evaporator 4 ensures a self-adjusting or regulating circulating stream.
  • the start-up losses due to partial or complete return of the excess water directly to the evaporator inlet 8 are thus kept particularly simple in a simple manner without a complex circulation pump.

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Description

Beschreibung
Verfahren und System zum Anfahren eines Durchlaufdampferzeu¬ gers
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anfahren ei¬ nes Durchlaufdampferzeugers, dessen Verdampferrohre speise- wasserseitig von unten nach oben durchströmt werden. Sie be¬ zieht sich weiter auf ein Anfahrsystem zur Durchführung des Verfahrens.
In einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung von die gasdichte Umfassungswand einer Brennkammer bildenden Rohren eines Verdampfers zu einer vollständigen Verdampfung des Strömungsmediums in den v/erdampferrohren in einem Durchgang. Üblicherweise wird dem Durchlaufström des Verdampfers - und häufig auch einem im Durchlaufdampferzeuger angeordneten rauchgas-beheizten Vorwärmer oder Economizer - während des Anfahrens ein Umlaufström überlagert. Dadurch sollen durch entsprechend hohe Geschwindigkeiten in den Rohren diese si¬ cher gekühlt werden.
Wie aus der Europäischen Patentschrift 0 054 601 Bl bekannt ist, wird zum Anfahren und in einem unter einer bestimmten Grenzlast liegenden Lastbereich die Menge des von einer Spei¬ sepumpe zu fördernden Strömungsmediums vorzugsweise konstant gehalten. Dabei ist der Förderstrom der Speisepumpe gleich dem Verdampferdurchsatz. Bei dieser Betriebsweise sind die mit dem Zünden eines ersten Brenners des Durchlaufdampferzeu- gers beginnenden und mit Erreichen des Durchlaufbetriebs mit seinen hohen Dampftemperaturen endenden Anfahrzeiten sehr lang. Dies hat verhältnismäßig hohe Anfahrverluste zur Folge, da deren Höhe wesentlich von den Anfahrzeiten beeinflußt wird.
Hohe Anfahrverluste ergeben sich auch durch einen Wasserüber¬ schuß. Dieser entsteht einerseits durch einen im Vergleich zur zugeführten Wärme hohen Wassermassenstrom und zum anderen durch den sogenannten Wasserausstoß. Dieser wiederum ent¬ steht, wenn die Verdampfung innerhalb der Verdampferheizflä¬ che, beispielsweise in der Mitte des Verdampfers, beginnt und die stromabwärts vorhandene Wassermenge (Wasserpfropfen) auε- schiebt. Bei der aus der genannten Europäischen Patentschrift bekannten Durchlaufdampferzeugeranlage wird dieses Wasser in einem Abscheider oder Wasser-Dampf-Trenngefäß abgeschieden und in einen Speisewasserbehälter zurückgeführt. Dieses Kon- zept der Rückführung des überschüssigen Wassers erfordert al¬ lerdings ein aufwendiges Anfahrsystem mit einer Umwälzpumpe und/oder mit einem Ablaufsystem in den Speisewasserbehälter.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anfahren eines Durchlaufdampferzeugers anzugeben, bei dem einerseits die Anfahrverluste möglichst gering sind und bei dem andererseits dem Verdampfer genügend Wasser für eine si¬ chere Kühlung der Verdampferrohre zugeführt wird.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem aus den Verdampferrohren ausgangsseitig austre¬ tendes oder ausgestoßenes Wasser mindestens teilweise den Verdampferröhren eingangsseitig wieder zugeführt wird.
Zweckmäßigerweise wird mindestens ein Teil des aus den Ver¬ dampferrohren ausgestoßenen Wassers zunächst gesammelt. Der im ausgestoßenen Wasser/Wasser-Dampf-Gemisch enthaltene Dampf kann dann vorteilhafterweise abgetrennt und überhitzt werden.
Bezüglich des Anfahrsystems für einen Durchlaufdampferzeuger mit einer Anzahl von von unten nach oben durchströmbaren Ver¬ dampferrohren wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß ge¬ löst, indem eine Ablaufleitung vorgesehen ist, die einen den Verdampferrohren gemeinsamen Austrittssammler mit einem den Verdampferrohren gemeinsamen Eintrittssamirtler verbindet. In zweckmäßiger Ausgestaltung können in die Ablaufleitung ein Wasser-Dampf-Trennbehälter und/oder ein Sammelbehälter ge¬ schaltet sein. Eine zweckmäßigerweise in die Ablaufleitung geschaltete Rückschlagklappe verhindert eine Rückströmung vom Verdampfereintritt zum Verdampferaustritt.
Die Ablaufleitung kann entweder direkt an den Eintrittssamm¬ ler oder an eine Verbindungsleitung angeschlossen sein, die zwischen den Eintrittssammler und einen im Durchlaufdampfer- zeuger angeordneten Vorwärmer (Economizer) geschaltet ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson¬ dere darin, daß durch die Rückführung des während des Anfah¬ rens aus dem Verdampfer ausgeεtoßenen Wassers über eine Ab- laufleitung zum Verdampfereintritt ein sich selbst regelnder Umlaufstrom erreicht und eine sichere Kühlung der Verdampfer¬ rohre gewährleistet ist.
Ein Ausführungsbeiεpiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur schematisch einen Durchlaufdampferzeuger mit vertikalem Gaszug und mit einer Ablaufleitung eines Anfahrsystems.
Der vertikale Gaszug des Durchlaufdampferzeugers 1 gemäß der Figur mit rechteckigem Querschnitt ist durch eine Umfassungs¬ wand 2 gebildet, die am Unterende des Gaszugs in einen trich¬ terförmigen Boden 3 übergeht. Die Verdampferrohre 4 der Um¬ fassungswand 2 sind an ihren Längsseiten gasdicht miteinander verbunden, z.B. verschweißt. Der Boden 3 umfaßt eine nicht näher dargestellte Austragsöffnung 3a für Asche. Der untere
Bereich der Umfassungswand 2 bildet die mit einer Anzahl von Brennern 5 versehene Brennkammer 6 des Durchlaufdampferzeu¬ gerε 1. Den Brennern 5 wird während des Betriebs über eine Brennεtoffleitung 7 ein Brennstoff B zugeführt.
Die mediumseitig, d.h. von Speisewasser oder einem Was¬ ser/Wasser-Dampf-Gemiεch, von unten nach oben parallel - oder bei Verdampferrohrgruppen hintereinander - durchströmten Ver¬ dampferrohre 4 der Umfassungεwand 2 sind mit ihren Eintritts¬ enden an einen Eintrittssammler 8 und mit ihren Austrittsen¬ den an einen Austrittssammler 10 angeschlossen. Der Ein- trittssammler 8 und der Austrittssammler 10 befinden sich au¬ ßerhalb des Gaszugs und 'sind z.B. jeweils durch ein ringför¬ miges Rohr gebildet.
Der Eintrittssammler 8 ist über eine Leitung 12 und einen Sammler 14 mit dem Ausgang eines Hochdruck-Vorwärmers oder Economizers 16 verbunden. Die Heizfläche des Economizers 16 ist in einem oberhalb der Brennkammer 6 liegenden und von der Umfassungswand 2 eingeschlossenen Raum angeordnet. Der Econo- mizer 16 ist eingangsseitig über einen Sammler 18 und eine Speisewaεserleitung 20 mit einem mittels Dampf D beheizten
Wärmetauscher 22 verbunden, der an die Druckseite einer Spei¬ sewasserpumpe 24 angeschlossen ist. Die Saugseite der Speise¬ wasserpumpe 24 ist in nicht näher dargestellter Art und Weise über einen Kondensator mit einer Dampfturbine verbunden und somit in deren Wasser-Dampf-Kreislauf geschaltet.
Der Austrittssammler 10 ist über eine Leitung 26 mit einem Wasser-Dampf-Trenngefäß oder Abscheider 28 verbunden. Dieser wiederum ist dampfεeitig über eine Leitung 30 mit einem Ein- trittssammler 32 eines Hochdruck-Überhitzers 34 verbunden, der innerhalb der Umfassungswand 2 zwischen dem Economizer 16 und der Brennkammer 6 angeordnet ist . Der Hochdruck-Überhit¬ zer 34 ist während des Betriebs ausgangsseitig über einen Sammler 36 mit einem Hochdruckteil der Dampfturbine verbun- den. Zwischen dem Hochdruck-Überhitzer 34 und dem Economizer 16 ist innerhalb des von der Umfaεsungswand 2 eingeschlosse¬ nen Raumes ein Zwischenüberhitzer 38 vorgesehen, der über Sammler 40, 42 zwischen den Hochdruckteil und einen Mittel- druckteil der Dampfturbine geschaltet ist. Der Economizer 16, der Hochdruck-Überhitzer.34 und der Zwischenüberhitzer 38 liegen als Konvektions- oder Schottheizflächen im εogenannten Konvektionszug des Durchlaufdampferzeugers 1. Die Leitung 26 ist Teil einer Ablaufleitung 44, die den Aus¬ trittssammler 10 mit dem Eintrittssammler 8 verbindet. In die Ablaufleitung 44 ist ein Sammler in Form einer Flasche 46 ge¬ schaltet, die mit dem Abscheider 28 wasserseitig verbunden ist. In die Ablaufleitung 44 ist außerdem eine Rückschlag¬ klappe 48 geschaltet.
Während des Anfahrens des Durchlaufdampferzeugerε 1 wird Speisewasser S über die Speisewaεεerpumpe 24 durch den Wärme- tauscher 22 gefördert und dort zunächst vorgewärmt. Dabei kann die Menge des den Verdampferrohren 4 pro Zeiteinheit zu¬ geführten Speisewassers S, d.h. der Speisewasserstrom, in Ab¬ hängigkeit von der Menge des den Brennern 5 pro Zeiteinheit zugeführten Brennstoffs B (Brennstoffström) eingestellt wer- den. Das so vorgewärmte Speisewasser S wird im Economizer 16 weiter vorgewärmt und über die Leitung 12 dem Eintrittssamm¬ ler 8 des Verdampfers 4 zugeführt . Von dort ausgehend durch¬ strömt daε aufgeheizte Speisewasser S die schräg, vorzugs¬ weise jedoch vertikal verlaufend angeordneten Verdampferröhre 4 von unten nach oben. Während des Anfahrvorgangs mit gerin¬ gem Verdampfermasεenstrom kommt es in den Verdampferröhren, d.h. in der Verdampferheizfläche, zur Verdampfung eineε Teilε des Speisewassers S. Dadurch wird das stromabwärts vorhandene Speisewaεser S teilweise' aus dem Verdampfer 4 in den Abschei- der 28 ausgeschoben und fällt von dort in die Flasche 46 so¬ wie von dort in die Ablaufleitung 44. Im Abscheider 28 abge¬ schiedener Dampf HD wird über die Leitung 30 dem Hochdruck- Überhitzer 34 zugeführt und dort überhitzt.
In der Ablaufleitung 44 'stellt sich ein Wasserstand di. ein, der gegenüber einem durch das Gewicht des Wasεers und des Wasser-Dampf-Gemisches in den Verdampferrohren 4 bestimmten Wasεerstand d2 höher liegt. Dadurch ist in der Art kommuni¬ zierender Röhren der geodätische Druckabfall in den Verdamp- ferrohren 4 geringer als die Druckhöhe in der Ablaufleitung 44 vom Austrittsεammler 10 oder von der Flaεche 46 zum Ver¬ dampfer 4. Durch diesen Druckunterschied strömt das im Ab- scheider 28 abgeschiedene und in die bedarfsweise vorgesehene Flasche 46 geführte Wasser zurück zum Verdampfereintritt, d.h. zum Eintrittssammler 8 des Verdampfers 4. Gleichzeitig mit diesem Umlaufstrom wird der aus dem Economizer 16 austre- tende Wasserstrom dem Verdampfereintritt, d.h. dem Eintritts¬ sammler 8 zugeführt.
Sinkt der Wasserstand dι_- in der Ablaufleitung 44 und liegt der Wasserstand d2 in den Verdampferrohren 4 über dem Niveau d]_ in der Ablaufleitung 44, εo wird der Druckabfall über dem Verdampfer 4 größer als die Druckhöhe von der Flasche 46 zum Eintritεsammler 8 des Verdampfers 4. In diesem Fall würde das Wasser in umgekehrter Richtung vom Eintrittssammler 8 in die Flasche 46 εtrömen. Dies wird durch die Rückεchlagklappe 48 verhindert.
Die direkte Verbindung deε Austrittssammlerε 10 über die Ab¬ laufleitung 44 mit dem Eintrittεsammler 8 des Verdampfers 4 gewährleistet einen sich selbst einstellenden oder regelnden Umlaufstrom. Somit werden die Anfahrverluste durch teilweises oder vollständiges Rückführen des überschüεsigen Wassers di¬ rekt zum Verdampfereintritt 8 ohne aufwendige Umwälzpumpe in einfacher Art und Weise besonderε gering gehalten. Gleichzei¬ tig ist sichergestellt, daß dem Verdampfer stets genügend Wasser für die Kühlung der Verdampferrohre 4 zugeführt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Anfahren eines Durchlaufdampferzeugers, des¬ sen Verdampferrohre (4) speisewasserseitig von unten nach oben durchströmt werden, wobei aus den Verdampferröhren (4) ausgangsseitig austretendes Wasser mindestens teilweise den Verdampferrohren (4) eingangsεeitig wieder zugeführt wird.
2. Verfahren 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 minde¬ stenε ein Teil des aus den Verdampferrohren (4) ausgestoßenen Wassers zunächst gesammelt wird.
3. Verfahren 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 im auεge- stoßenen Wasser enthaltener Dampf (HD) abgetrennt und über¬ hitzt wird.
4. Anfahrεystem für einen Durchlaufdampferzeuger (1) mit ei- ner Anzahl von von unten nach oben durchströmbaren Verdamp¬ ferrohren (4), wobei eine Ablaufleitung (44) vorgesehen ist, die einen den Verdampferrohren (4) gemeinsamen Austritssamm- ler (10) mit einem den Verdampferröhren (4) gemeinsamen Ein- trittεεammler (8) verbindet.
5. Anfahrεyεtem nach Anεpruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in die Ablaufleitung (44) ein Wasser-Dampf-Trennbehälter (28) ge¬ schaltet ist.
6. Anfahrsyεtem nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in die Ablaufleitung (44) ein Sammelbehälter (46) geschaltet ist.
7. Anfahrsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in die Ablaufleitung eine Rückschlagklappe (48) geschaltet ist.
8. Anfahrsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ab¬ laufleitung (44) abströmseitig an eine Verbindungsleitung (12) angeschlossen ist, die zwischen den Eintrittssammler (8) und einen im Durchlaufdampferzeuger (1) angeordneten Vorwär¬ mer (16) geschaltet ist.
EP96937994A 1995-09-08 1996-09-05 Verfahren und system zum anfahren eines durchlaufdampferzeugers Expired - Lifetime EP0812407B1 (de)

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EP0812407A1 true EP0812407A1 (de) 1997-12-17
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EP (1) EP0812407B1 (de)
JP (1) JP2001507436A (de)
CN (1) CN1164889A (de)
AT (1) ATE193765T1 (de)
DE (1) DE59605404D1 (de)
DK (1) DK0812407T3 (de)
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