EP1130314B1 - Hochdruckdampferzeuger - Google Patents

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EP1130314B1
EP1130314B1 EP01102302A EP01102302A EP1130314B1 EP 1130314 B1 EP1130314 B1 EP 1130314B1 EP 01102302 A EP01102302 A EP 01102302A EP 01102302 A EP01102302 A EP 01102302A EP 1130314 B1 EP1130314 B1 EP 1130314B1
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EP
European Patent Office
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pressure
steam generator
pressure steam
flue gas
steam
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EP01102302A
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English (en)
French (fr)
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EP1130314A3 (de
EP1130314A2 (de
Inventor
Bernd Gericke
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MAN Energy Solutions SE
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MAN Turbo AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • 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

Definitions

  • 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.
  • Such high pressure steam generators can serve to For example, to efficiently incinerate metallurgical gases, which has always been a been decisive economic factor in metallurgical plants is. As a rule, these were simple but higher quality Circular processes with high steam parameters and regenerative Feedwater preheating newly installed or retrofitted. This As a result, some new modern Metallurgical steam generator with integrated, environmentally friendly Firing the steam parameters of existing older industrial steam turbines were adjusted.
  • reheaters In the course of efficiency increases and CO 2 reduction potentials, solutions with a reheater can be used in industrial metallurgical plants with reuse of existing high-pressure steam generators.
  • the use of reheaters represents a known and proven technology for increasing the electrical efficiency in the steam process.
  • the heating surfaces of reheaters are integrated as a medium-pressure part in the high-pressure steam generator, the two steam turbine stages are arranged on a common shaft.
  • the high-pressure part and the middle or low-pressure part of the high-pressure steam generator and the steam turbine set are therefore operationally strongly linked with each other.
  • a high pressure steam generator is known, the one with a high pressure part and low pressure part existing Steam turbine set is coupled, in turn, with a common generator is connected.
  • the steam generator contains a double combustion chamber with two combustion chambers, designed by as High-pressure evaporator trained pipe walls enclosed and are linked together on the firing side.
  • the one combustion chamber takes two superheaters, and the other combustion chamber takes a reheater over which the high pressure part and the Low pressure part of the steam turbine set connected together are.
  • From DE 971 815 C is a high pressure steam generator with two Combustion chambers are known, which are interconnected at the outlet end are.
  • Each of the combustion chambers takes an evaporator, one Superheater and a high pressure or low pressure reheater on.
  • In the flow direction of the flue gases behind the superheaters is in the two combustion chambers common area arranged a feedwater heater.
  • FR-A-1 371 934 shows a pressure-charged steam generator with two fire chambers. In each of the fire chambers is a level a two-stage superheater arranged.
  • the invention is based on the object, the generic Make high-pressure steam generator such that a Efficiency increase through the use of a reheater becomes possible, without that conversion measures at one already existing high-pressure steam generator are necessary.
  • the inventive concept of the reheater circuit can be used on both conventional power plants with others Fuels as metallurgical gases as well as on combined gas-steam power plants apply. In the latter case offer themselves Reheater solutions with additional evaporator and Additional firing for example with top gas or unfired Heat-up systems on.
  • High-pressure steam generator Due to the arrangement of the efficiency increasing Reheater in a separate flue can the High-pressure steam generator exist in its existing form stay.
  • High pressure part and the middle or low pressure part of Steam turbine set each via a coupling with a Generator connected, so in case of disturbance or need the High pressure parts and the medium or low pressure parts of High pressure steam generator and steam turbine set independently operated by each other. Further advantages of the invention be related to the explanation of the Called embodiment.
  • the drawing shows the diagram of a high-pressure steam generator with a Reheaters.
  • a preferably arranged in a metallurgical plant and with Top gas heated high-pressure steam generator 1 is provided with a Overheater 2 provided.
  • One at the superheater 2 subsequent high pressure steam line 3 is to the high pressure part.
  • 4 a steam turbine set out.
  • the Abdampfaustritt of High-pressure part 4 is connected via a connecting line 5 with a Reheater 6.
  • the reheater 6 is on the outlet side via a Intermediate steam line 7 with the middle or low pressure part. 8 connected to the steam turbine set.
  • the Abdampfaustritt of Middle or low pressure part 8 is to a capacitor. 9 guided.
  • To the condenser 9 is a condensate line 10th 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 tap 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 is followed by a feedwater line 15, which is guided by the water / water heat exchanger 12 and in which a booster pump 16 is arranged.
  • the Feedwater line 15 opens into a High-pressure feedwater pre-heater 17 a, whose outlet with the High-pressure steam generator 1 is connected. In that regard, the High-pressure steam generator 1 known.
  • the reheater 6 is in one of the High pressure steam generator 1 separate flue gas duct 18 arranged which connects to a combustion chamber 19.
  • the combustion chamber 19 is provided with a burner 20, which operated with blast furnace gas becomes.
  • the combustion chamber 19 is considered to be one with refractory bricks bricked combustion muffle is formed and provides a Adiabatic chamber dar. By the reflection of the hot Walls of the combustion muffle become a self-contained combustion of the top gas allows. On natural gas as a support fire can therefore even with calorific value fluctuations of the top gas in continuous operation be waived. Only in the starting mode for heating the Stones of the combustion chamber 19 up to operating temperature becomes natural gas needed.
  • an air preheater 21 for providing preheated Combustion air for the burner 20 of the combustion chamber 19th arranged.
  • a condensate preheater 22nd be installed.
  • Flue gas recirculation line 23 is branched off, in the Combustion chamber 19 opens.
  • fan 24 removes from the flue gas channel 18th regulated flue gas and blows it into the combustion chamber 19.
  • 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 a Steam reforming valve 25 is provided. This steam reforming valve 25 is only engaged when at the high pressure part. 4 the steam turbine set disturbances occur and, for example, a Quick closing occurs. Between the two Reheater 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 firing of the combustion chamber 19. In this case, the injection cooler 26 holds the load changes for the Steam turbine allowable temperatures. The advantage of this Regulation is in the load independent constancy of Outlet temperature of the intermediate steam without change on the Injection water side in contrast to conventional Steam generators with reheat. A reduction of the electrical efficiency through higher injection water volumes on the reheater side is therefore at the top described method not given.
  • the Abdampfausberg of the high pressure part 4 of Steam turbine set is bypassed via a branch line 27 the reheater 6 directly to the steam inlet of the Middle or low pressure part 8 of the steam turbine set connected.
  • One of this branch line 27 outgoing line 28th is bypassing the middle or low pressure part 8 to the Condenser 9 out.
  • the Abdampfausberg of High-pressure part 4 via a with a steam reforming valve 29th provided line 30 connected to the feedwater degasser 13.
  • the steam turbine set is followed by a generator 31.
  • This generator 31 is as a common generator via each designed as a quick coupling coupling 32, 33 with the High pressure part 4 and the middle or low pressure part 8 of the Steam turbine set connected.
  • the housing can be constructive the two steam turbine stages single-flow with axial outflow be executed.
  • In conjunction with the previously described Circuit is characterized operational decoupling of the two Steam turbine stages possible.
  • the high-pressure part and the middle or low pressure part of the high-pressure steam generator 1 and the Steam turbine sets can therefore in case of disturbance and need operated independently of each other.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Hochdruckdampferzeuger mit einem aus Hochdruckteil und Mittel- oder Niederdruckteil bestehenden Dampfturbinensatz mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 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.
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.
Aus der US-A-4 027 145 ein Hochdruckdampferzeuger bekannt ist, der mit einem aus Hochdruckteil und Niederdruckteil bestehenden Dampfturbinensatz gekoppelt ist, der seinerseits mit einem gemeinsamen Generator verbunden ist. Der Dampferzeuger enthält eine Doppelbrennkammer mit zwei Brennkammern, die von als Hochdruckverdampfer ausgebildeten Rohrwänden umschlossen und feuerungsseitig miteinander verknüpft sind. Die eine Brennkammer nimmt zwei Überhitzer auf, und die andere Brennkammer nimmt einen Zwischenüberhitzer auf, über den der Hochdruckteil und der Niederdruckteil des Dampfturbinensatzes miteinander verbunden sind.
Aus DE 971 815 C ist ein Hochdruckdampferzeuger mit zwei Brennkammern bekannt, die am Austrittsende miteinander verbunden sind. Jede der Brennkammern nimmt einen Verdampfer, einen Überhitzer und einen Hochdruck- oder einen Niederdruck-Zwischenüberhitzer auf. In Strömungsrichtung der Rauchgase hinter den Überhitzern ist in dem beiden Brennkammern gemeinsamen Bereich ein Speisewasservorwärmer angeordnet.
Die FR-A-1 371 934 zeigt einen druckaufgeladenen Dampferzeuger mit zwei Feuerräumen. In jedem der Feuerräume ist eine Stufe eines zweistufigen Überhitzers angeordnet.
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.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Hochdruckdampferzeuger erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims (8)

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Hochdruckdampferzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (19) mit Gichtgas befeuert ist.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. Hochdruckdampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Rauchgaskanal (18) eine Rauchgasrückführungsleitung (23) zu der Brennkammer (19) geführt ist.
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EP1130314A3 EP1130314A3 (de) 2002-12-11
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