EP0980496B1

EP0980496B1 - Continuous steam generator

Info

Publication number: EP0980496B1
Application number: EP98932012A
Authority: EP
Inventors: Eberhard Wittchow
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 2002-06-26
Anticipated expiration: 2018-04-27
Also published as: CN1254408A; KR100444497B1; ES2179516T3; CA2288676C; WO1998051964A1; CA2288676A1; US6651596B1; DE59804591D1; JP3899132B2; DK0980496T3; EP0980496A1; JP2001525050A; CN1112536C; KR20010012356A

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchlaufdampferzeuger in Zweizugbauart mit einer Brennkammer-Rückwand des ersten Vertikalzuges, die in einem oberen Teilbereich zur Brennkammer hin einwärts geneigt ist und dadurch mit dem Boden des angrenzenden Horizontalgaszuges eine in die Brennkammer hineinstehende "Nase" bildet. Eine solche Nase im oberen Teil der Brennkammer-Rückwand beim Übergang in den Horizontalgaszug dient einer Verbesserung der Rauchgasführung.The invention relates to a continuous steam generator in two-pass design with a combustion chamber rear wall of the first vertical train, those in an upper section towards the combustion chamber is inclined inward and thereby with the floor of the adjacent Horizontal gas flue one protruding into the combustion chamber "Nose" forms. Such a nose in the upper part of the combustion chamber rear wall one serves at the transition to the horizontal throttle cable Improvement of the flue gas flow.

Ein Durchlaufdampferzeuger in Zweizugbauart mit einer solchen "Nase" ist in Figur 1 der US-A-3 174 464 gezeigt. Dabei sind einige Dampferzeugerrohre des unteren Teilbereichs der Brennkammer-Rückwand ungeneigt bis zu einer außerhalb der Heizgasführung befindlichen Tragkonstuktion geführt und fungieren damit als Träger der Brennkammer-Rückwand, die die "Nase" aufweist.A continuous steam generator in two-pass design with one "Nose" is shown in Figure 1 of US-A-3 174 464. Are there some steam generator tubes in the lower section of the combustion chamber rear wall not inclined to one outside the heating gas duct located support structure and function thus as the carrier of the combustion chamber rear wall, which the "nose" having.

Für die Aufhängung der Brennkammer-Rückwand wurde bisher meist eine gesonderte Teilheizfläche mit Eintritts- und Austrittssammler verwendet, um in den hauptsächlich mit Naßdampf durchströmten Tragrohren Stabilitätsprobleme und daraus möglicherweise resultierende Rohrreißer zu vermeiden. Diese Aufhängungskonstruktion ist sehr aufwendig. Ein weiterer Nachteil besteht in der meist unterschiedlichen Temperatur der zu einer gesonderten Teilheizfläche zusammengefaßten Tragrohre und der Brennkammer-Seitenwände, wenn diese Heizflächen nicht parallel, sondern in der meist üblichen Weise hintereinander durchströmt werden. Vor allen Dingen treten beim Füllen eines noch heißen Durchlaufdampferzeugers mit kälterem Speisewasser vor dem Zünden der Brenner beträchtliche Temperaturdifferenzen zwischen den Tragrohren der Brennkammer-Rückwand und den Brennkammer-Seitenwänden auf, und diese können in Folge unzulässig hoher Wärmespannungen zu Rohrschäden führen. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Aufhängung der Brennkammer-Rückwand, also ganz allgemein ihre Fixierung in der Tragkonstruktion oberhalb des Druckteils des Dampferzeugers kostengünstig zu gestalten und betriebssicher auszuführen. Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 niedergelegt. So far, for the suspension of the combustion chamber rear wall usually a separate partial heating surface with inlet and outlet header used in the mainly with wet steam flowed through support tubes stability problems and possibly from to avoid resulting pipe tears. This suspension construction is very expensive. Another disadvantage consists in the mostly different temperature of the a separate partial heating surface combined support tubes and the combustion chamber side walls if these heating surfaces are not in parallel, but in the most usual way one after the other be flowed through. Above all, occur when filling one still hot continuous steam generator with colder feed water considerable temperature differences before igniting the burners between the support tubes of the combustion chamber rear wall and the Combustion chamber side walls on, and these can be inadmissible as a result high thermal stresses lead to pipe damage. Of these, based on the invention, the object is the suspension the back wall of the combustion chamber, in general yours Fixation in the supporting structure above the pressure part of the Steam generator inexpensive to design and reliable perform. The solution to this problem is set out in claim 1.

Durch die Erfindung sind die wesentlichen Konstruktionselemente der Aufhängung der Brennkammer-Rückwand vom Strömungsmedium durchströmte Dampferzeugerrohre, denen insoweit eine Doppelfunktion obliegt. Die Tragrohre sind dabei von einem Teilstrom des Strömungsmediums durchflossen, welcher in Durchströmrichtung jenseits der Tragkonstruktion wieder dem Hauptstrom des Strömungsmediums zugeführt wird.Through the invention, the essential construction elements the suspension of the combustion chamber rear wall from the flow medium flowed through steam generator tubes, to which one Double function is incumbent. The support tubes are one Part of the flow medium flows through, which in Flow direction beyond the supporting structure again Main stream of the flow medium is supplied.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Tragrohre gleichmäßig über die Breitenerstreckung der Brennkammer-Rückwand verteilt. Für die erfindungsgemäße Tragefunktion wird nur ein Teil - wesentlich weniger als die Hälfte - der die Brennkammer-Rückwand bildenden Dampferzeugerrohre benötigt.According to a preferred embodiment, the support tubes evenly across the width of the combustion chamber rear wall distributed. For the carrying function according to the invention only a part - much less than half - that Steam generator tubes forming the combustion chamber rear wall are required.

Nach einer weiteren Ausgestaltung münden sämtliche zum geneigten Teilbereich der Brennkammer-Rückwand führenden Dampferzeugerrohre unterhalb des geneigten Teilbereiches der Brennkammer-Rückwand in den auf ihrer der Brennkammer abgewandten Seite etwa horizontal verlaufenden Ausgleichsammler. Dagegen sind die als Tragrohre erfindungsgemäß verwendeten Dampferzeugerrohre nur durch Druckausgleichsrohre mit dem Ausgleichsammler strömungsmäßig verbunden. Dieser Ausgleichsammler bewirkt durch Druckausgleich eine gleichmäßige Strömungsverteilung innerhalb der Brennkammer-Rückwand als auch in den Rohren des oberen geneigten Teilbereichs. Außerdem findet in dem Ausgleichsammler ein teilweiser Enthalpieausgleich des in ihm mündenden Strömungsmediums statt. Dieser Enthalpieausgleich wirkt sich günstig auf die Temperaturverteilung in der strömungsmäßig nachgeschalteten, geneigten Heizfläche aus, die die untere Flanke der gattungsgemäß vorhandenen Nase bildet.According to a further embodiment, all lead to the inclined Part of the combustion chamber rear wall leading steam generator tubes below the inclined section of the Combustion chamber rear wall in the on the opposite of the combustion chamber Side approximately horizontal compensation collector. In contrast, those used as support tubes according to the invention Steam generator tubes only through pressure compensation tubes with the Compensation collector connected in terms of flow. This equalizer causes an even flow distribution by pressure equalization inside the combustion chamber back wall as well in the pipes of the upper inclined section. Moreover finds a partial enthalpy compensation in the compensation collector of the flow medium flowing into it. This Enthalpy compensation has a favorable effect on the temperature distribution in the downstream, inclined Heating surface, which is the lower flank of the genus Nose forms.

Die Erfindung wird anhand der Figuren beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

FIG 1: die schematische Seitenansicht eines Durchlaufdampferzeugers in Zweizugbauart. Auf den dort in den Kreis I eingefaßten Bereich der Brennkammer-Rückwand des ersten Vertikalgaszuges konzentrieren sich die folgenden Figuren.
FIG 2: eine perspektivische Darstellung des Überganges des unteren Teilbereiches der Brennkammer-Rückwand in ihren geneigten oberen Teilbereich in Blickrichtung vom Innenraum der Brennkammer nach außen und unter Weglassung der zur Heizgasführung zwischen den Dampferzeugerrohren vorhandenen und mit diesen gasdicht verschweißten Verbindungsstege.
FIG 3: eine Darstellung analog FIG 2 mit Blickrichtung von außen in Richtung auf den Innenraum der Brennkammer.
FIG 4: einen vertikalen Querschnitt durch den Ausgleichsammler und durch den Übergang vom unteren in den oberen geneigten Teilbereich der Brennkammer-Rückwand entsprechend der Schnittlinie IV-IV in FIG 3 und 5.
FIG 5: eine Schnitt- und Seitenansicht des Überganges des unteren Teilbereiches der Brennkammer-Rückwand in den oberen, geneigten Teilbereich entsprechend der Schnittlinie V-V in FIG 3 und 4.
FIG 6: eine Draufsicht auf den besagten Übergangsbereich und zusätzlich auf den Ausgleichsammler entsprechend den Pfeilrichtungen VI in den FIG 4 und 5.

The invention is described for example with reference to the figures. Show it:

FIG. 1: the schematic side view of a continuous steam generator in two-pass design. The following figures concentrate on the region of the combustion chamber rear wall of the first vertical gas flue which is enclosed in circle I there.
FIG 2: a perspective view of the transition of the lower portion of the combustion chamber rear wall in its inclined upper portion in the direction of view from the interior of the combustion chamber to the outside and omitting the connecting webs present for heating gas flow between the steam generator tubes and welded to them in a gas-tight manner.
FIG 3: a representation similar to FIG 2 with a view from the outside towards the interior of the combustion chamber.
FIG 4: a vertical cross section through the surge tank and through the transition from the lower to the upper inclined portion of the combustion chamber rear wall according to section line IV-IV in FIGS. 3 and 5.
FIG 5: a sectional and side view of the transition of the lower portion of the combustion chamber rear wall into the upper, inclined portion corresponding to the section line VV in FIGS. 3 and 4.
FIG 6: a plan view of said transition area and in addition to the compensation collector according to the directions of arrow VI in FIGS. 4 and 5.

Der erfindungsgemäße Durchlaufdampferzeuger ist ein solcher in Zweizugbauart. Das bedeutet, daß in Durchgangsrichtung 1 bis 3 der Heizgase hintereinander ein erster Vertikalgaszug 4 mit aufsteigender Heizgasführung, ein Horizontalgaszug 5 und ein zweiter Vertikalgaszug 6 mit absteigender Heizgasführung in Reihe hintereinander angeordnet sind. Ein solcher Dampferzeuger in Zweizugbauart hat im wesentlichen den Vorteil niedriger Bauhöhe.The continuous steam generator according to the invention is one such in two-pass design. This means that 1 to 3 of the heating gases, a first vertical gas flue 4 with ascending heating gas flow, a horizontal throttle cable 5 and a second vertical throttle cable 6 with descending hot gas flow are arranged in a row. Such a steam generator in two-pass design essentially has the advantage lower Height.

Vorliegend interessiert im wesentlichen die konstruktive Ausgestaltung und Aufhängung der Rückwand 7 der Brennkammer 8 des ersten Vertikalgaszuges 4. Diese Rückwand 7 ist durch eine Verdampferheizfläche gebildet, welche im wesentlichen aus nebeneinander aufsteigenden und zur Bildung der Umfassungswand gasdicht miteinander verbundenen sowie für das Durchströmen eines Strömungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohren 9 besteht. Diese Rohre sind in den Zeichnungen unter Einschluß von offenen Zwischenräumen dargestellt, in der Praxis aber in hier nicht näher dargestellter Art und Weise gasdicht verschlossen. Sie bilden dadurch für die einzelnen Gaszüge eine undurchlässige Umfassungswand. Die Brennkammer-Rückwand 7 ist die dem zweiten Vertikalgaszug 6 zugewandte Umfassungswand des ersten Vertikalgaszuges 4 und im wesentlichen vertikal ausgerichtet. Fossiler Brennstoff wird der Brennkammer 8 durch Brenner 10 von außen zugeführt. Bei seiner Verbrennung entsteht das die Gaszüge 4 bis 6 durchströmende Heizgas.In the present case, the constructive design is of primary interest and suspension of the rear wall 7 of the combustion chamber 8 of the first vertical throttle cable 4. This rear wall 7 is through an evaporator heating surface is formed, which essentially from ascending next to each other and to form the perimeter wall gas-tight interconnected as well as for the Flow through a flow medium connected in parallel Steam generator tubes 9 exists. These pipes are in the drawings shown including open spaces, in practice but not shown here Way sealed gas-tight. You thereby form for the individual throttle cables an impermeable surrounding wall. The Combustion chamber rear wall 7 is the second vertical gas flue 6 facing wall of the first vertical throttle cable 4 and aligned substantially vertically. Fossil fuel is fed to the combustion chamber 8 from the outside by a burner 10. When it burns, it creates throttle cables 4 to 6 fuel gas flowing through.

Während die Rückwand 7 in ihrem unteren Teilbereich 14 etwa vertikal ausgerichtet ist, ist sie in ihrem oberen Teilbereich 11 zum Innenraum der Brennkammer 8 hin einwärts geneigt. Sie bildet dadurch mit dem Boden 12 des angrenzenden Horizontalgaszuges 5 eine in die Brennkammer 8 hineinstehende "Nase" 13. Eine solche Nase 13 dient zum Zweck einer guten Rauchgasführung. Sie ist gattungsgemäßer Bestandteil des erfindungsgemäßen Dampferzeugers. While the rear wall 7 in its lower portion 14 approximately is aligned vertically, it is in its upper part 11 inclined inwards towards the interior of the combustion chamber 8. It thereby forms with the floor 12 of the adjacent one Horizontal gas flue 5 into the combustion chamber 8 "Nose" 13. Such a nose 13 serves the purpose of a good one Flue gas distribution system. It is a generic component of the invention Steam generator.

Im unteren Teilbereich 14 der Rückwand 7 sind die Dampferzeugerrohre 9 von im wesentlichen gleicher Ausbildung und vertikaler Ausrichtung mit gleichmäßigen Parallelabständen voneinander. Allerdings unterscheiden sich einige - in den Zeichnungen zusätzlich mit C gekennzeichnet - Dampferzeugerrohre 9 von den übrigen mit A gekennzeichneten Dampferzeugerrohren dadurch, daß sie mit der weiteren Funktion als Tragrohre C der Brennkammer-Rückwand 7 ungeneigt nach oben bis zu einer außerhalb der Heizgasführung befindlichen Austrittssammler 15 geführt sind und dort in diesen münden. Dieser Austrittssammler 15 ist Teil einer Tragkonstruktion 24, die in ihrer konstruktiven Ausgestaltung nicht näher sondern nur hinsichtlich der Positionierung ihres an einem ungeneigt in den Bereich außerhalb der Heizgasführung nach oben herausgeführten Dampferzeugerrohres 9C mit der Bezugsziffer 24 dargestellt ist. Der Austrittsammler 15 befindet sich oberhalb der Kesseldecke 23. Die Rohre der Nase 13 gehen in die Rohre des Bodens 12 des Horizontalgaszuges 5 über und münden ebenfalls in einen Sammler. Beide Rohrgruppen werden wasser- bzw. dampfseitig parallel durchströmt.In the lower section 14 of the rear wall 7 are the steam generator tubes 9 of substantially the same training and more vertical Alignment with even parallel distances from each other. However, some differ - in the drawings additionally marked with C - steam generator tubes 9 of the remaining steam generator tubes marked with A. in that with the further function as support tubes C the combustion chamber rear wall 7 not inclined up to one outlet header 15 located outside the heating gas duct are guided and lead there into these. This exit collector 15 is part of a supporting structure 24, which in its constructive Design not closer but only in terms of positioning yours at an incline in the area outside of the heating gas duct upwards leading steam generator pipe 9C is shown with reference number 24. The outlet header 15 is located above the boiler ceiling 23. The tubes of the nose 13 go into the tubes of the floor 12 of the horizontal throttle cable 5 and also open in a collector. Both pipe groups are on the water and steam side flows in parallel.

Die mit der zusätzlichen Funktion eines Tragrohres C versehenen Dampferzeugerrohre 9 sind gleichmäßig über die Brennkammer-Rückwand 7 verteilt. Bei dem Ausführungsbeispiel sind etwa 25% der in die Brennkammer-Rückwand 7 integrierten Dampferzeugerrohre 9 als Tragrohre C ungeneigt nach oben geführt, während alle übrigen Dampferzeugerrohre 9A in den oberen geneigten Teilbereich 11 hineingebogen sind, wie das besonders anschaulich aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist.The provided with the additional function of a support tube C. Steam generator tubes 9 are even over the combustion chamber rear wall 7 distributed. Are in the embodiment about 25% of those integrated into the combustion chamber rear wall 7 Steam generator tubes 9 as support tubes C are not inclined upwards, while all other steam generator tubes 9A in the upper inclined portion 11 are bent, as is particularly so is clearly shown in Figures 2 and 3.

Die Dampferzeugerrohre 9 des unteren Teilbereiches 14 der Brennkammer-Rückwand 7 sind auf ihrer der Brennkammer 8 abgewandten Seite unterhalb des geneigten Teilbereiches 11 durch einen etwa horizontal verlaufenden Ausgleichsammler 16 strömungsmäßig miteinander verbunden. The steam generator tubes 9 of the lower portion 14 of the Combustion chamber rear wall 7 are facing away from the combustion chamber 8 Page below the inclined portion 11 through an approximately horizontal compensating collector 16 in terms of flow connected with each other.

Die zum geneigten Teilbereich 11 der Brennkammer-Rückwand 7 führenden Dampferzeugerrohre 9A sind unterhalb ihrer Abbiegungen 17 durch jeweils ein Eintrittsrohr 18 und darüber ein Austrittsrohr 19 mit dem Sammler 16 strömungsmäßig verbunden. Sie münden dabei in den Scheitelbereich 20 des Sammlers 16 ein (Eintrittsrohr 18) bzw. sind vom Scheitelbereich 20 abgeleitet (Austrittsrohr 19). In dem Dampferzeugerrohr 9A befindet sich zwischen dem Eintrittsrohr 18 und dem Austrittsrohr 19 eine Trennscheibe 25, so daß das gesamte Strömungsmedium aus dem unteren Teilbereich 14 des Dampferzeugerrohres 9A in den Sammler 16 strömt.The inclined portion 11 of the combustion chamber rear wall 7 leading steam generator tubes 9A are below their bends 17 through an inlet pipe 18 and above Outlet pipe 19 fluidly connected to the collector 16. They open into the apex area 20 of the collector 16 an (inlet pipe 18) or are derived from the apex region 20 (Outlet pipe 19). Located in the steam generator tube 9A between the inlet pipe 18 and the outlet pipe 19 a cutting disc 25 so that the entire flow medium from the lower section 14 of the steam generator tube 9A in flows the collector 16.

Die als Tragrohre 9C erfindungsgemäß eingesetzten Dampferzeugerrohre 9 sind lediglich durch in etwa den Äquatorbereich des lichten Querschnittes des Ausgleichsammlers 16 horizontal einmündende Druckausgleichsrohre 21 räumlich mit dem Sammler 16 verbunden. Der Hauptstrom des Strömungsmediums fließt dabei direkt aus einem Dampferzeugerrohr 9 im unteren Teilbereich in das Tragrohr 9C. Bei der dargestellten Ausführungsform sind im Umfangsbereich des Sammlers 16, und zwar im Scheitelbereich 20 den horizontalen Eintrittsrohren 21 seitens der Tragrohre 9C Austrittsrohre 22 mit gleichem Querschnitt wie die anderen Rohre zugeordnet, die geradlinig geneigt in den oberen Teilbereich 11 der Brennkammer-Rückwand 7 hineingeführt sind und dort neben den anderen Dampferzeugerrohren 9A in gleicher Weise die Funktion eines Dampferzeugerrohres übernehmen. Die geneigten Austrittsrohre 22 sind an den zugeordneten Tragrohren 9C in einer Biegung vorbeigeführt, so daß sie im geneigten oberen Teilbereich 11 dieselbe Abstandsposition wie im unteren Teilbereich 14 die Tragrohre 9C als Dampferzeugerrohre einnehmen.The steam generator tubes used according to the invention as support tubes 9C 9 are only through approximately the equatorial area of the clear cross section of the compensation collector 16 horizontally confluent pressure compensation tubes 21 spatially with the collector 16 connected. The main flow of the flow medium flows directly from a steam generator tube 9 in the lower section into the support tube 9C. In the illustrated embodiment are in the peripheral area of the collector 16, in Vertex area 20 on the horizontal inlet pipes 21 the support tubes 9C outlet tubes 22 with the same cross section assigned to the other pipes, which are inclined in a straight line in the upper section 11 of the combustion chamber rear wall 7 are introduced and there next to the other steam generator pipes 9A in the same way the function of a steam generator tube take. The inclined outlet pipes 22 are on passed the associated support tubes 9C in a bend, so that they are the same in the inclined upper portion 11 Distance position as in the lower portion 14 the Take support tubes 9C as steam generator tubes.

Eine andere, hier nicht dargestellte Ausführungsform verzichtet auf die oberen Austrittsrohre 22 als im geneigten oberen Teilbereich 11 zusätzlich wirksame Dampferzeugerrohre. Es sind dann im oberen geneigten Teilbereich 11 als Dampferzeugerrohre nur die aus dem unteren Teilbereich 14 über die Abbiegungen 17 geneigten Dampferzeugerrohre 9A vorhanden.Another embodiment, not shown here, is dispensed with on the upper outlet pipes 22 than in the inclined upper Subarea 11 additionally effective steam generator tubes. It are then in the upper inclined section 11 as steam generator tubes only those from the lower section 14 on the turns 17 inclined steam generator tubes 9A available.

Claims

Once-through steam generator of double-flue design, with a first vertical gas flue (4) with an ascending conduct of fuel gas and a horizontal gas flue (5) in succession in the direction of passage (1-3) of the fuel gases, in which the essentially vertically oriented combustion chamber rear wall (7) of the first vertical flue (4), which rear wall is approximately in the direction of the horizontal gas flue (5) and is formed by an evaporator heating surface consisting of steam generator tubes (9) ascending next to one another, connected to one another in a gas-tight manner and connected in parallel for a flow medium to flow through them, comprises a plurality of first steam generator tubes (9A) and a number of second steam generator tubes (9C), the first steam generator tube (9A) being inclined inwards towards the combustion chamber (8) in an upper part region (11) and thereby forming, with the bottom (12) of the adjacent horizontal gas flue (5), a nose (13) projecting into the combustion chamber (8), the second steam generator tube (9C) of the lower part region (14) of the combustion chamber rear wall (7) being guided as a support of the latter, uninclined, upwards as far as a carrying structure (24) located outside the conductor fuel gas, characterized in that the first steam generator tubes (9A) are flow-connected to one another, below the upper part region (11) of the inclined combustion chamber rear wall (7), by means of a balancing header (16) running approximately horizontally on that side of the said rear wall which faces away from the combustion chamber (8), the first steam generator tubes (9A) being connected to the balancing header (16) in each case by means of an inlet tube (18) and an outlet tube (19) arranged above the latter, and a separating disc being located, in the respective first steam generator tube (9A), between the outgoing inlet tube (18) and the incoming outlet tube (19), and the second steam generator tubes (9C) provided as supports also being in each case flow-connected to the balancing header (16) by means of a pressure-balancing tube (21).
Steam generator according to Claim 1, characterized in that the second steam generator tubes (9C) are distributed essentially uniformly over the width extent of the combustion chamber rear wall (7).
Steam generator according to Claim 1, characterized in that the inlet tube (18) and the outlet tube (19) open into the crown region (20) of the balancing header (16) or are led away from the said crown region.
Steam generator according to one or more of the preceding claims, characterized in that, in the region of one of the second steam generator tubes (9C), a separate outlet tube (22) is led out of the balancing header (16) and is led, inclined, into the upper part region (11) of the combustion chamber rear wall (7) in parallel with the other adjacent steam generator tubes (9).
Steam generator according to Claim 4, characterized in that the inclined outlet tube (22) is led, bent, past the associated second steam generator tube (9C).