EP1130314A2 - High pressure steam generator - Google Patents

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EP1130314A2 EP01102302A EP01102302A EP1130314A2 EP 1130314 A2 EP1130314 A2 EP 1130314A2 EP 01102302 A EP01102302 A EP 01102302A EP 01102302 A EP01102302 A EP 01102302A EP 1130314 A2 EP1130314 A2 EP 1130314A2
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    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G1/00—Steam superheating characterised by heating method
    • F22G1/16—Steam superheating characterised by heating method by using a separate heat source independent from heat supply of the steam boiler, e.g. by electricity, by auxiliary combustion of fuel oil

Abstract

The intermediate superheating device (6) is located inside a combustion gas channel (18) separate from the steam generator (1), where the steam is heated directly by the gases. The high pressure part (4) and medium to low pressure part (8) of the steam turbine are connected to each other via an intermediate superheating circuit.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochdruckdampferzeuger mit einem aus Hochdruckteil und Mittel- oder Niederdruckteil bestehenden Dampfturbinensatz mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.The invention relates to a high pressure steam generator with a consisting of high pressure part and medium or low pressure part Steam turbine set with the features of the preamble of Claim 1.

Derartige Hochdruckdampferzeuger können dazu dienen, zum Beispiel Hüttengase effizient zu verstromen, was seit jeher ein entscheidender ökonomischer Faktor in Hüttenkraftwerken gewesen ist. In der Regel wurden dabei einfache, aber höherwertigere Kreisprozesse mit hohen Dampfparametern und regenerativer Speisewasservorwärmung neu installiert oder nachgerüstet. Dies hatte zur Folge, dass teilweise neue moderne Hüttengasdampferzeuger mit integrierter, umweltfreundlicher Feuerung den Dampfparametern der vorhandenen älteren Industrie-Dampfturbinen angepasst wurden.Such high pressure steam generators can be used to Example to efficiently generate electricity from cottage gases, which has always been a decisive economic factor in metallurgical power plants is. As a rule, simple, but higher quality ones were used Circular processes with high steam parameters and more regenerative Fresh water preheating installed or retrofitted. This had the consequence that partly new modern Metallurgical gas steam generator with integrated, environmentally friendly Firing the steam parameters of the existing older industrial steam turbines have been adjusted.

Im Zuge von Wirkungsgradsteigerungen und CO2-Reduktionspotentialen bieten sich in industriellen Hüttenkraftwerken unter Wiederverwendung der vorhandenen Hochdruckdampferzeuger Lösungen mit einen Zwischenüberhitzer an. Der Einsatz von Zwischenüberhitzern stellt eine bekannte und erprobte Technologie zur Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades im Dampfprozess dar. Hierbei werden die Heizflächen der Zwischenüberhitzer als Mitteldruckteil im Hochdruckdampferzeuger integriert, wobei die beiden Dampfturbinenstufen auf einer gemeinsamen Welle angeordnet werden. Der Hochdruckteil und der Mittel- oder Niederdruckteil des Hochdruckdampferzeugers und des Dampfturbinensatzes sind daher betriebsmäßig stark miteinander verknüpft. In the course of efficiency increases and CO 2 reduction potentials, solutions with an intermediate superheater are available in industrial metallurgical power plants by reusing the existing high-pressure steam generators. The use of reheaters is a well-known and tried-and-tested technology for increasing the electrical efficiency in the steam process. The heating surfaces of the reheaters are integrated as a medium-pressure part in the high-pressure steam generator, with the two steam turbine stages being arranged on a common shaft. The high pressure part and the medium or low pressure part of the high pressure steam generator and the steam turbine set are therefore strongly linked to one another in operational terms.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Hochdruckdampferzeuger derart zu gestalten, dass eine Wirkungsgradsteigung durch den Einsatz eines Zwischenüberhitzers möglich wird, ohne dass Umbaumaßnahmen an einem bereits vorhandenen Hochdruckdampferzeuger notwendig sind.The invention has for its object the generic To design high pressure steam generator so that a Efficiency increase through the use of a reheater is possible without having to convert any of the existing ones existing high pressure steam generator are necessary.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Hochdruckdampferzeuger erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is done with a generic High-pressure steam generator according to the invention by the characteristic Features of claim 1 solved. Advantageous configurations the invention are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Konzept der Zwischenüberhitzer-Schaltung lässt sich sowohl auf konventionelle Kraftwerke mit anderen Brennstoffen als Hüttengase als auch auf kombinierte Gas-Dampf-Kraftanlagen anwenden. Im letzteren Fall bieten sich Zwischenüberhitzer-Lösungen mit Zusatzverdampfer und Zusatzfeuerung zum Beispiel mit Gichtgas oder ungefeuerte Abhitzeanlagen an.The concept of the reheater circuit according to the invention can be combined with other conventional power plants Fuels as metallurgical gases as well as on combined gas-steam power plants apply. In the latter case, there are Reheater solutions with additional evaporator and Additional firing, for example with top gas or unfired Heat recovery systems.

Durch die Anordnung des den Wirkungsgrad steigernden Zwischenüberhitzers in einem getrennten Rauchgaskanal kann der Hochdruckdampferzeuger in seiner vorhandenen Form bestehen bleiben. Sind darüber hinaus in Ausgestaltung der Erfindung der Hochdruckteil und der Mittel- oder Niederdruckteil des Dampfturbinensatzes jeweils über eine Kupplung mit einem Generator verbunden, so können im Stör- oder Bedarfsfall die Hochdruckteile und die Mittel- oder Niederdruckteile von Hochdruckdampferzeuger und Dampfturbinensatz unabhängig voneinander betrieben werden. Weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit der Erläuterung des Ausführungsbeispieles genannt.By arranging the efficiency increasing The reheater in a separate flue gas duct can High pressure steam generator exist in its existing form stay. Are also in an embodiment of the invention High pressure part and the medium or low pressure part of the Steam turbine set each via a clutch with a Generator connected, so in the event of a malfunction or need High pressure parts and the medium or low pressure parts from High pressure steam generator and steam turbine set independent operated from each other. Further advantages of the invention are used in connection with the explanation of the Called embodiment.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Die Zeichnung zeigt das Schaltbild eines Hochdruckdampferzeugers mit einen Zwischenüberhitzer.An embodiment of the invention is in the drawing shown and is explained in more detail below. The drawing shows the circuit diagram of a high pressure steam generator with one Reheater.

Ein vorzugsweise in einem Hüttenwerk angeordneter und mit Gichtgas beheizter Hochdruckdampferzeuger 1 ist mit einem Überhitzer 2 versehen. Eine sich an der Überhitzer 2 anschließende Hochdruckdampfleitung 3 ist zu dem Hochdruckteil 4 eines Dampfturbinensatzes geführt. Der Abdampfaustritt des Hochdruckteiles 4 ist über eine Verbindungsleitung 5 mit einem Zwischenüberhitzer 6.A preferably arranged in a steel mill and with Blast furnace gas heated high pressure steam generator 1 is with a Provide superheater 2. One at the superheater 2 subsequent high-pressure steam line 3 is to the high-pressure part 4 of a steam turbine set. The evaporation outlet of the High-pressure part 4 is connected to a via a connecting line 5 Reheater 6.

Der Zwischenüberhitzer 6 ist austrittsseitig über eine Zwischendampfleitung 7 mit dem Mittel- oder Niederdruckteil 8 des Dampfturbinensatzes verbunden. Der Abdampfaustritt des Mittel- oder Niederdruckteiles 8 ist zu einem Kondensator 9 geführt. An den Kondensator 9 ist eine Kondensatleitung 10 angeschlossen, in der sich eine Kondensatpumpe 11 befindet. Die Kondensatleitung 10 ist über einen Wasser/Wasser-Wärmetauscher 12 zu einem thermischen Speisewasserentgaser 13 geführt, der über eine Anzapfleitung 14 mit Anzapfdampf aus dem Mittel- oder Niederdruckteil 8 des Dampfturbinensatzes beheizt wird. An den Speisewasserentgaser 13 schließt sich eine Speisewasserleitung 15 an, die durch den Wasser/Wasser-Wärmetauscher 12 geführt ist und in der eine Druckerhöhungspumpe 16 angeordnet ist. Die Speisewasserleitung 15 mündet in einen Hochdruckspeisewasservorwärmer 17 ein, dessen Austritt mit dem Hochdruckdampferzeuger 1 verbunden ist. Insoweit ist der Hochdruckdampferzeuger 1 bekannt.The reheater 6 is on the outlet side via a Intermediate steam line 7 with the medium or low pressure part 8 of the steam turbine set connected. The evaporation outlet of the Medium or low pressure part 8 is a condenser 9 guided. A condensate line 10 is connected to the condenser 9 connected, in which a condensate pump 11 is located. The Condensate line 10 is via a water / water heat exchanger 12 led to a thermal feedwater degasser 13, the via a bleed line 14 with bleed steam from the middle or Low pressure part 8 of the steam turbine set is heated. To the Feedwater degasser 13 closes a feedwater line 15 on, which is guided through the water / water heat exchanger 12 and in which a booster pump 16 is arranged. The Feed water line 15 opens into one High pressure feed water preheater 17, the outlet with the High-pressure steam generator 1 is connected. To that extent High-pressure steam generator 1 known.

Der Zwischenüberhitzer 6 ist in einem von dem Hochdruckdampferzeuger 1 getrennten Rauchgaskanal 18 angeordnet, der sich an eine Brennkammer 19 anschließt. Die Brennkammer 19 ist mit einem Brenner 20 versehen, der mit Gichtgas betrieben wird. Die Brennkammer 19 ist als eine mit feuerfesten Steinen ausgemauerte Verbrennungsmuffel ausgebildet und stellt eine adiabatische Kammer dar. Durch die Rückstrahlung der heißen Wände der Verbrennungsmuffel wird eine selbstgängige Verbrennung des Gichtgases ermöglicht. Auf Erdgas als Stützfeuer kann daher auch bei Heizwertschwankungen des Gichtgases im Dauerbetrieb verzichtet werden. Lediglich im Anfahrbetrieb zum Aufheizen der Steine der Brennkammer 19 bis auf Betriebstemperatur wird Erdgas benötigt.The reheater 6 is in one of those High-pressure steam generator 1 arranged separate flue gas duct 18, which connects to a combustion chamber 19. The combustion chamber 19 is provided with a burner 20, which is operated with top gas becomes. The combustion chamber 19 is one with refractory bricks bricked combustion muffle trained and provides a adiabatic chamber. By the reflection of the hot Walls of the combustion muffle becomes a self-sustaining combustion of the top gas. Can therefore use natural gas as a support fire even with fluctuations in the calorific value of the blast furnace gas in continuous operation to be dispensed with. Only in start-up mode to heat the Bricks of the combustion chamber 19 up to the operating temperature becomes natural gas needed.

Innerhalb des Rauchgaskanals 18 ist in Strömungsrichtung der Rauchgase hinter dem Zwischenüberhitzer 6 der bereits erwähnte Hochdruckspeisewasservorwärmer 17 angeordnet. Auf diese Weise kann auf eine regenerative Speisewasservorwärmung mittels Anzapfdampf des Dampfturbinensatzes verzichtet werden. Es ist damit nur die zu dem thermischen Speisewasserentgaser 13 führende Dampfanzapfung notwendig.Within the flue gas duct 18 is the Flue gases behind the reheater 6 the one already mentioned High pressure feed water preheater 17 arranged. In this way can be used for regenerative feed water preheating Tap steam of the steam turbine set can be dispensed with. It is so that only the thermal feedwater degasser 13 leading steam tapping necessary.

In Strömungsrichtung der Rauchgase ist innerhalb des Rauchgaskanals 18 hinter dem Hochdruckspeisewasservorwärmer 17 ein Luftvorwärmer 21 zur Bereitstellung von vorgewärmter Verbrennungsluft für den Brenner 20 der Brennkammer 19 angeordnet. Zur weiteren Absenkung der Temperatur des Rauchgases kann in dem Rauchgaskanal 18 ein Kondensatvorwärmer 22 installiert werden.In the direction of flow of the flue gases is within the Flue gas duct 18 behind the high-pressure feed water preheater 17 an air preheater 21 for providing preheated Combustion air for the burner 20 of the combustion chamber 19 arranged. To further reduce the temperature of the flue gas can a condensate preheater 22 in the flue gas duct 18 be installed.

Von dem Rauchgaskanal 18 ist zwischen dem Hochdruckspeisewasservorwärmer 17 und dem Luftvorwärmer 21 eine Rauchgasrückführungsleitung 23 abgezweigt, die in die Brennkammer 19 einmündet. Ein in der Rauchgasrückführungsleitung 23 angeordnetes Gebläse 24 entnimmt aus dem Rauchgaskanal 18 geregelt Rauchgas und bläst es in die Brennkammer 19.Of the flue gas duct 18 is between the High pressure feed water preheater 17 and the air preheater 21 a Flue gas recirculation line 23 branches into the Combustion chamber 19 opens out. One in the flue gas return line 23 arranged fan 24 removes from the flue gas duct 18 regulates flue gas and blows it into the combustion chamber 19.

Mit Hilfe der Rauchgasrezirkulation wird die Austrittstemperatur des in dem Hochdruckspeisewasservorwärmer 17 erwärmten Speisewassers geregelt, wodurch der Hochdruckdampferzeuger 1 mit einer von der Dampferzeugerlast unabhängigen, konstanten Speisewassertemperatur betrieben werden kann. Durch die Rezirkulation des Rauchgases wird weiterhin die Temperatur vor den Heizflächen des Zwischenüberhitzers 6 so weit reduziert (auf etwa 950°C), dass trotz der direkten Feuerung geringe dampfseitige Druckabfälle zur Kühlung der Heizflächen wie in konventionellen Anlagen realisiert werden können.With the help of flue gas recirculation, the outlet temperature of the heated in the high pressure feed water preheater 17 Feed water regulated, whereby the high pressure steam generator 1 with a constant, independent of the steam generator load Feed water temperature can be operated. Through the Recirculation of the flue gas will keep the temperature ahead the heating surfaces of the reheater 6 reduced so far (on about 950 ° C), that despite the direct firing low steam-side pressure drops for cooling the heating surfaces as in conventional systems can be realized.

In dem Wasser/Wasser-Wärmetauscher 12 wird die Temperatur des entgasten Speisewassers durch den Wärmetausch mit dem zurückgeführten, kälteren Kondensat erniedrigt. Dadurch wird sowohl die Grädigkeit an den Heizflächen des Hochdruckspeisewasservorwärmers 17 als auch der rauchgasseitige Wärmetausch erhöht.In the water / water heat exchanger 12, the temperature of the degas feed water by exchanging heat with the returned, colder condensate reduced. This will both the degree on the heating surfaces of the High-pressure feed water preheater 17 and the flue gas side Heat exchange increased.

Der Zwischenüberhitzer 6 besteht aus zwei Zwischenüberhitzerstufen 6.1, 6.2. Vor dem Eintritt in die erste Zwischenüberhitzerstufe 6.1 ist in der Verbindungsleitung 5 ein Dampfumformventil 25 vorgesehen. Dieses Dampfumformventil 25 befindet sich nur dann in Eingriff, wenn an dem Hochdruckteil 4 des Dampfturbinensatzes Störungen auftreten und zum Beispiel ein Schnellschluss erfolgt. Zwischen den beiden Zwischenüberhitzerstufen 6.1, 6.2ist ein Einspritzkühler 26 angeordnet. Die Regelung der Austrittstemperatur des Zwischendampfes erfolgt über die Feuerung der Brennkammer 19. Dabei hält der Einspritzkühler 26 bei Laständerungen die für die Dampfturbine zulässigen Temperaturen ein. Der Vorteil dieser Regelung liegt in der lastunabhängigen Konstanz der Austrittstemperatur des Zwischendampfes ohne Änderung auf der Einspritzwasserseite im Gegensatz zu konventionellen Dampferzeugern mit Zwischenüberhitzung. Eine Reduzierung des elektrischen Wirkungsgrads durch höhere Einspritzwassermengen auf der Zwischenüberhitzerseite ist daher bei dem oben beschriebenen Verfahren nicht gegeben.The reheater 6 consists of two Reheater stages 6.1, 6.2. Before entering the first Reheater stage 6.1 is in the connecting line 5 Steam conversion valve 25 is provided. This steam conversion valve 25 is only engaged when the high pressure part 4 of the steam turbine set faults occur and for example a Quick close. Between the two Intermediate superheater stages 6.1, 6.2 is an injection cooler 26 arranged. The regulation of the outlet temperature of the Intermediate steam takes place via the combustion of the combustion chamber 19. The injector cooler 26 holds for changes in load Steam turbine permissible temperatures. The advantage of this Regulation lies in the load-independent constancy of the Outlet temperature of the intermediate steam without change on the Injection water side in contrast to conventional Steam generators with reheating. A reduction in electrical efficiency through higher injection water quantities on the reheater side is therefore the one above described procedures not given.

Der Abdampfaustritt des Hochdruckteiles 4 des Dampfturbinensatzes ist über eine Zweigleitung 27 unter Umgehung des Zwischenüberhitzers 6 direkt mit dem Dampfeintritt des Mittel- oder Niederdruckteil 8 des Dampfturbinensatzes verbunden. Eine von dieser Zweigleitung 27 ausgehende Leitung 28 ist unter Umgehung des Mittel- oder Niederdruckteiles 8 zu dem Kondensator 9 geführt. Ferner ist der Abdampfaustritt des Hochdruckteiles 4 über eine mit einem Dampfumformventil 29 versehene Leitung 30 mit dem Speisewasserentgaser 13 verbunden.The evaporation outlet of the high pressure part 4 of the Steam turbine set is bypassed via a branch line 27 the reheater 6 directly with the steam entry of the Medium or low pressure part 8 of the steam turbine set connected. A line 28 extending from this branch line 27 is bypassing the medium or low pressure part 8 to the Condenser 9 out. Furthermore, the evaporation outlet of the High-pressure part 4 via a steam conversion valve 29 provided line 30 connected to the feedwater degasser 13.

Dem Dampfturbinensatz ist ein Generator 31 nachgeschaltet. Dieser Generator 31 ist als gemeinsamer Generator über jeweils eine als Schnellkupplung ausgebildete Kupplung 32, 33 mit dem Hochdruckteil 4 und dem Mittel- oder Niederdruckteil 8 des Dampfturbinensatzes verbunden. Konstruktiv können die Gehäuse der beiden Dampfturbinenstufen einflutig mit axialer Abströmung ausgeführt werden. In Verbindung mit der zuvor beschriebenen Schaltung ist dadurch eine betriebsmäßige Entkopplung der beiden Dampfturbinenstufen möglich. Der Hochdruckteil und der Mittel-oder Niederdruckteil des Hochdruckdampferzeugers 1 und des Dampfturbinensatzes können daher im Stör- und Bedarfsfall unabhängig voneinander betrieben werden.A generator 31 is connected downstream of the steam turbine set. This generator 31 is a common generator each a coupling designed as a quick coupling 32, 33 with the High pressure part 4 and the medium or low pressure part 8 of the Steam turbine set connected. The housing can be designed of the two steam turbine stages with an axial outflow be carried out. In conjunction with the previously described Circuit is thus a decoupling of the two in operational terms Steam turbine stages possible. The high pressure part and the middle or Low pressure part of the high pressure steam generator 1 and Steam turbine set can therefore in the event of malfunction and need operated independently of each other.

Claims (8)

Hochdruckdampferzeuger mit einem aus Hochdruckteil (4) und Mittel- oder Niederdruckteil (8) bestehenden Dampfturbinensatz, wobei der Hochdruckteil (4) und der Mittel- oder Niederdruckteil (8) über einen Zwischenüberhitzer-Kreislauf miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenüberhitzer (6) in einem von dem Hochdruckdampferzeuger (1) getrennten, direkt beheizten Rauchgaskanal (18) angeordnet ist.High-pressure steam generator with a steam turbine set consisting of a high-pressure part (4) and a medium or low-pressure part (8), the high-pressure part (4) and the medium or low-pressure part (8) being connected to one another via a reheater circuit, characterized in that the reheater ( 6) is arranged in a directly heated flue gas duct (18) which is separate from the high pressure steam generator (1). Hochdruckdampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckteil (4) und der Mittel-oder Niederdruckteil (8) des Dampfturbinensatzes jeweils über eine Kupplung (32, 33) mit einem gemeinsamen Generator (31) verbunden sind.High-pressure steam generator according to claim 1, characterized in that the high-pressure part (4) and the medium or low-pressure part (8) of the steam turbine set are each connected to a common generator (31) via a coupling (32, 33). Hochdruckdampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgaskanal (18) an eine Brennkammer (19) angeschlossen ist, die als eine mit feuerfesten Steinen ausgemauerte Verbrennungsmuffel ausgebildet ist.High-pressure steam generator according to claim 1 or 2, characterized in that the flue gas duct (18) is connected to a combustion chamber (19) which is designed as a combustion muffle lined with refractory bricks. Hochdruckdampferzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (19) mit Gichtgas befeuert ist.High-pressure steam generator according to claim 3, characterized in that the combustion chamber (19) is fired with blast furnace gas. Hochdruckdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenüberhitzer (6) aus zwei Zwischenüberhitzerstufen (6.1, 6.2) besteht, zwischen denen ein Einspritzkühler (26) angeordnet ist.High-pressure steam generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the reheater (6) consists of two reheater stages (6.1, 6.2), between which an injection cooler (26) is arranged. Hochdruckdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rauchgaskanal (18) in Strömungsrichtung der Rauchgase hinter dem Zwischenüberhitzer (6) ein zu dem Hochdruckdampferzeuger (1) gehörender Hochdruckspeisewasservorwärmer (17) angeordnet ist.High-pressure steam generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that a high-pressure feed water preheater (17) belonging to the high-pressure steam generator (1) is arranged in the flue gas channel (18) in the flow direction of the flue gases behind the reheater (6). Hochdruckdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rauchgaskanal (18) in Strömungsrichtung der Rauchgase hinter dem Hochdruckspeisewasservorwärmer (17) des Hochdruckdampferzeugers (1) ein Luftvorwärmer (21) zur Vorwärmung der Verbrennungsluft für die Brennkammer (19) angeordnet ist.High-pressure steam generator according to one of claims 1 to 6, characterized in that an air preheater (21) for preheating the combustion air for the combustion chamber (19) is arranged in the flue gas duct (18) in the flow direction of the flue gases behind the high-pressure feed water preheater (17) of the high-pressure steam generator (1) is. Hochdruckdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Rauchgaskanal (18) eine Rauchgasrückführungsleitung (23) zu der Brennkammer (19) geführt ist.High-pressure steam generator according to one of Claims 1 to 7, characterized in that a flue gas return line (23) is led from the flue gas duct (18) to the combustion chamber (19).
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