EP1144910A1 - Fossilbeheizter dampferzeuger - Google Patents

Fossilbeheizter dampferzeuger

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EP1144910A1
EP1144910A1 EP00902545A EP00902545A EP1144910A1 EP 1144910 A1 EP1144910 A1 EP 1144910A1 EP 00902545 A EP00902545 A EP 00902545A EP 00902545 A EP00902545 A EP 00902545A EP 1144910 A1 EP1144910 A1 EP 1144910A1
Authority
EP
European Patent Office
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combustion chamber
steam generator
gas
evaporator
tubes
Prior art date
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Granted
Application number
EP00902545A
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English (en)
French (fr)
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EP1144910B1 (de
Inventor
Joachim Franke
Rudolf Kral
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1144910A1 publication Critical patent/EP1144910A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1144910B1 publication Critical patent/EP1144910B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B21/00—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically
    • F22B21/34—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically built-up from water tubes grouped in panel form surrounding the combustion chamber, i.e. radiation boilers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/40—Arrangements of partition walls in flues of steam boilers, e.g. built-up from baffles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B21/00—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically
    • F22B21/34—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically built-up from water tubes grouped in panel form surrounding the combustion chamber, i.e. radiation boilers
    • F22B21/346—Horizontal radiation boilers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/04—Heat supply by installation of two or more combustion apparatus, e.g. of separate combustion apparatus for the boiler and the superheater respectively

Definitions

  • the invention relates to a steam generator with a first and a second combustion chamber, each having a number of burners for fossil fuel.
  • the energy content of a fuel is used to evaporate a flow medium in the steam generator.
  • the steam generator has evaporator tubes, the heating of which leads to evaporation of the flow medium carried therein.
  • the steam provided by the steam generator can in turn be provided, for example, for a connected external process or else for driving a steam turbine. If the steam drives a steam turbine, a generator or a working machine is usually operated via the turbine shaft of the steam turbine.
  • the current generated by the generator can be provided for feeding into a network and / or island network.
  • the steam generator can be designed as a continuous steam generator.
  • a continuous steam generator is known from the article "Evaporator Concepts for Benson Steam Generators” by J. Franke, W. Köhler and E. Wittchow, published in VGB Kraftwerkstechnik 73 (1993), No. 4, pp. 352-360 the heating of steam generator pipes provided as evaporator pipes to evaporate the flow medium in the steam generator pipes in a single pass.
  • Pass-through steam generators are usually designed with a combustion chamber in a vertical design. This means that the combustion chamber is designed for a flow through the heating medium or heating gas in an approximately vertical direction is. On the heating gas side, a horizontal gas flue can be connected downstream of the combustion chamber, the heating gas flow being deflected into an approximately horizontal flow direction when the combustion chamber changes into the horizontal gas flue.
  • the combustion chamber generally requires a framework on which the combustion chamber is suspended due to the temperature-related changes in length of the combustion chamber. This requires a considerable technical effort in the manufacture and assembly of the once-through steam generator, which is the greater the greater the overall height of the once-through steam generator
  • Fossil-heated steam generators are usually designed for a certain type and quality of fuel and for a certain output range. This means that the combustion chamber of the steam generator is adapted in its main dimensions, ie length, width, height, to the combustion and ash properties of the specified fuel and to the specified output range. Therefore, each steam generator with its associated fuel and power range has an individual construction of the combustion chamber with respect to the main dimensions.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a steam generator of the type mentioned above, the concept for the combustion chamber of which allows a particularly simple design for a specific type and quality of fuel and for a predetermined power range and which requires particularly low production and assembly costs .
  • a combustion chamber designed to flow through the heating gas in an approximately vertical direction requires a scaffold to be constructed with great technical effort. This had to be adapted accordingly at great expense when retrofitting the steam generator.
  • a scaffold that can be constructed with comparatively little technical effort can go hand in hand with a particularly low overall height of the steam generator.
  • a particularly simple concept for a modular steam generator is therefore provided by a horizontal combustion chamber with a first and a second combustion chamber.
  • s nd de Burner arranged both in the first and in the second combustion chamber at the height of the horizontal gas flue m of the combustion chamber wall.
  • the length L of the first and second combustion chambers defined by the distance from the end wall to the inlet area of the horizontal gas flue is advantageously at least at least equal to the burnout length of the fuel when the steam generator is operating at full load.
  • This horizontal length L of the first combustion chamber and the second combustion chamber will generally be greater than the height of the first and the second combustion chamber, respectively, measured from the top edge of the funnel to the top of the combustion chamber.
  • the length L (specified in m) of the first or second combustion chamber is for a particularly favorable utilization of the heat of combustion of the fossil fuel in an advantageous embodiment as a function of the BMCR value W (specified in kg / s) of the steam generator, the number N the combustion chambers, the burnout time t A (specified in s) of the fuel and the outlet temperature T BRK (specified in ° C.) of the heating gas from the combustion chambers.
  • BMCR stands for Boiler maximum contmuous rating and is the internationally used term for the highest continuous output of a steam generator. This also corresponds to the design power, i.e. the power at full load operation of the steam generator. The following applies to. Given the BMCR value W and the given number of combustion chambers N for the length L of the first and the second combustion chamber, approximately the larger value of the two functions (1) and (2):
  • Ci 8 m / s
  • the end wall of the first combustion chamber and the end wall of the second combustion chamber, as well as the side walls of the first and the second combustion chamber, the horizontal gas flue and / or the vertical gas flue are advantageously made of gas-tight other welded, vertically arranged evaporator or steam generator tubes, wherein a number of the evaporator or steam generator tubes can be acted upon in parallel with the flow medium.
  • a number of the evaporator tubes advantageously has a multi-thread rib on their inside.
  • a pitch angle ⁇ between a plane perpendicular to the tube axis and the flanks of the ribs arranged on the inside of the tube is advantageously less than 60 °, preferably less than 55 °.
  • a number of the evaporator tubes of the combustion chamber advantageously have means for reducing the flow of the flow medium. It proves to be particularly advantageous if the means are designed as throttle devices. Throttling devices can, for example, be built-in components in the evaporator tubes, which reduce the inner tube diameter at a point in the interior of the respective evaporator tube.
  • Means for reducing the flow in a line system comprising a plurality of parallel lines also prove to be advantageous, through which flow medium can be supplied to the evaporator tubes of the combustion chamber.
  • Throttle fittings can be provided in one line or in several lines of the line system.
  • Adjacent evaporator or steam generator tubes are advantageously gas-tightly welded to one another via metal strips, so-called fins.
  • the fin width influences the heat output in the steam generator tubes.
  • the fin width is therefore preferably adapted to a heating profile which can be predetermined on the gas side, depending on the position of the respective evaporator or steam generator tubes in the steam generator.
  • a typical heating profile determined from empirical values or a rough estimate, such as, for example, a step-shaped heating profile, can be specified as the heating profile. Due to the suitably chosen fin widths, even with very different heating of different evaporator or steam generator tubes, heat can be achieved in all evaporator or steam generator tubes in such a way that
  • the inner tube diameter of a number of the evaporator tubes of the first or second combustion chamber is selected as a function of the respective position of the evaporator tubes in the first or second combustion chamber.
  • a number of evaporator tubes connected in parallel which are assigned to the first or the second combustion chamber, are connected upstream of a common inlet header system and a common outlet header system is connected downstream.
  • a steam generator designed in this configuration enables reliable pressure equalization between the evaporator tubes connected in parallel and thus a particularly favorable distribution of the flow medium when flowing through the evaporator tubes.
  • a pipe system provided with throttle fittings can be connected upstream of the respective inlet collector system. As a result, the throughput of the flow medium through the inlet header system and the evaporator tubes connected in parallel can be adjusted in a particularly simple manner.
  • the vertical throttle cable advantageously has an economizer.
  • FIG. 1 schematically shows a fossil-heated steam generator in a two-pass design of the length according to the side view
  • FIG. 2 schematically shows a longitudinal section through a single evaporator or steam generator tube
  • the steam generator 2 according to FIG. 1 is assigned to a power plant, not shown, which also includes a steam turbine system.
  • the steam generated in the steam generator is used to drive the steam turbine, which in turn drives a generator to generate electricity.
  • the current generated by the generator is provided for feeding into a network or an island network.
  • a branch of a subset of the steam can also be provided for feeding into an external process connected to the steam turbine system, which can be a heating process.
  • the fossil-heated steam generator 2 according to FIG. 1 is advantageously designed as a once-through steam generator. It comprises a first horizontal combustion chamber 4 and a second horizontal combustion chamber 5, of which only one can be seen due to the side view of the steam generator 2 shown in FIG. 1.
  • the combustion chambers 4 and 5 of the steam generator 2 are followed by a common horizontal gas flue 6 on the hot gas side, which flows into a vertical gas flue 8.
  • Forehead- Wall 9 and the side walls 10 of the first combustion chamber 4 and the second combustion chamber 5 are each formed from vertically arranged evaporator tubes 11 welded to one another in a gastight manner, wherein a number of the evaporator tubes 11 can be acted upon in parallel with flow medium S.
  • the evaporator tubes 11 have fins 40 on their inner side, which form a kind of multi-start thread and have a fin height R.
  • the pitch angle ⁇ between a plane 41 perpendicular to the pipe axis and the flanks 42 of the ribs 40 arranged on the inside of the pipe is less than 55 °.
  • Adjacent evaporator or steam generator tubes 11, 14, 15 are welded together in a gas-tight manner via fins in a manner not shown.
  • the heating of the evaporator or steam generator tubes 11, 14, 15 can be influenced by a suitable choice of the fin width.
  • the respective fin width is therefore dependent on the position of the respective evaporator or steam generator tubes 11, 14, 15 in
  • throttling devices As a means for reducing the flow of the Stromungsme ⁇ _- us S, part of the evaporator tubes 11 are equipped with throttling devices, which are not shown in the drawing.
  • the throttling devices are designed as perforated diaphragms that reduce the Ronr inside diameter D and, when the steam generator 2 is operating, bring about a reduction in the throughput of the flow medium S in less heated Evaporator tubes 11, whereby the throughput of the flow medium S is adapted to the heating.
  • throttle devices in particular throttle fittings.
  • the horizontal gas flue 6 has a number of superheater heating surfaces 22 in the form of bulkhead heating flats, which are arranged in a hanging construction approximately perpendicular to the main flow direction 24 of the heating gas G and the pipes of which are connected in parallel for flow through the flow medium S.
  • the superheater heating surfaces 22 are predominantly convectively heated and are connected downstream of the evaporator tubes 11 of the combustion chamber 4 or 5 on the flow medium side.
  • the vertical gas flue 8 has a number of convection heating surfaces 26 which can be heated predominantly by convection and which are formed from tubes arranged approximately perpendicular to the main flow direction 24 of the heating gas G. These tubes are each connected in parallel for flow through the flow medium S.
  • 8 economizers 28 are arranged in the vertical throttle cable.
  • the vertical throttle cable 8 merges into another heat exchanger, e.g. m an air preheater and from there via a dust filter m a comb.
  • the components downstream of the vertical throttle cable 8 are not shown in more detail in FIG. 1.

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Abstract

Ein Dampferzeuger (2) soll ein Konzept für die Brennkammer (4) aufweisen, mit dem die Brennkammer (4) besonders einfach für einen vorgegebenen Leistungsbereich und für verschiedene Qualitäten unterschiedlicher fossiler Brennstoffe (B) auszulegen ist. Hierzu umfaßt der Dampferzeuger (2) eine erste Brennkammer (4) und eine zweite Brennkammer (5), die jeweils eine Anzahl von Brennern (30) für fossilen Brennstoff (B) aufweisen und für eine annähernd horizontale Hauptströmungsrichtung (24) des Heizgases (G) ausgelegt sind, wobei die erste Brennkammer (4) und die zweite Brennkammer (5) in einen heizgasseitig einem Vertikalgaszug (8) vorgeschalteten gemeinsamen Horizontalgaszug (6) münden.

Description

Beschreibung
Fossilbeheizter Dampferzeuger
Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger mit einer ersten und einer zweiten Brennkammer, die jeweils eine Anzahl von Brennern für fossilen Brennstoff aufweisen.
Bei einer Kraftwerksanlage mit einem Dampferzeuger wird der Energiegehalt eines Brennstoffs zur Verdampfung von einem Strömungsmedium im Dampferzeuger genutzt. Der Dampferzeuger weist zur Verdampfung des Strömungsmediums Verdampferrohre auf, deren Beheizung zu einer Verdampfung des darin geführten Strömungsmediums führt. Der durch den Dampferzeuger bereitge- stellte Dampf wiederum kann beispielsweise für einen angeschlossenen externen Prozeß oder aber für den Antrieb einer Dampfturbine vorgesehen sein. Treibt der Dampf eine Dampfturbine an, so wird über die Turbinenwelle der Dampfturbine üblicherweise ein Generator oder eine Arbeitsmaschine betrie- ben. Im Falle eines Generators kann der durch den Generator erzeugte Strom zur Einspeisung in ein Verbund- und/oder Inselnetz vorgesehen sein.
Der Dampferzeuger kann dabei als Durchlaufdampferzeuger aus- gebildet sein. Ein Durchlaufdamferzeuger ist aus dem Aufsatz „Verdampferkonzepte für Benson-Dampferzeuger" von J. Franke, W. Köhler und E. Wittchow, veröffentlicht in VGB Kraftwerkstechnik 73 (1993) , Heft 4, S. 352-360, bekannt. Bei einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung von als Verdamp- ferrohren vorgesehenen Dampferzeugerrohren zu einer Verdampfung des Strömungsmediums in den Dampferzeugerrohren in einem einmaligen Durchlauf.
Durchlaufdampferzeuger werden üblicherweise mit einer Brenn- kammer in vertikaler Bauweise ausgeführt. Dies bedeutet, daß die Brennkammer für eine Durchströmung des beheizenden Mediums oder Heizgases in annähernd vertikaler Richtung ausgelegt ist. Heizgasseitig kann der Brennkammer dabei ein Horizontalgaszug nachgeschaltet sein, wobei beim Übergang von der Brennkammer in den Horizontalgaszug eine Umlenkung des Heiz- gasstroms in eine annähernd horizontale Stromungsrichtung er- folgt. Die Brennkammer erfordert jedoch im allgemeinen aufgrund der temperaturbedingten Langenanderungen der Brennkammer ein Gerüst, an dem die Brennkammer aufgehängt wird. Dies bedingt einen erheblichen technischen Aufwand bei der Herstellung und Montage des Durchlaufdampferzeugers, der um so großer ist, j e großer die Bauhohe des Durchlaufαampferzeugers
Fossilbeheizte Dampferzeuger sind üblicherweise für eine bestimmte Art und Qualität des Brennstoffs und für einen be- stimmten Leistungsbereich ausgelegt. Dies bedeutet, daß die Brennkammer des Dampferzeugers in ihren Hauptabmessungen, also Lange, Breite, Hohe, an die Verbrennungs- und Asche-Eigenschaften des vorgegebenen Brennstoffs und an den vorgegebenen Leistungsbereich angepaßt ist. Daher weist eder Dampf- erzeuger mit seinem ihm zugeordneten Brennstoff und Leistungsbereich eine individuelle Konstruktion der Brennkammer in Bezug auf die Hauptabmessungen auf.
Soll nun die Brennkammer eines Dampferzeugers neu konzipiert werden, beispielsweise für einen neuen Leistungsberεich und/oder einen Brennstoff anderer Art oder Qualltat, so kann auf Planungsunterlagen von bereits bestehenden Dampferzeugern zurückgegriffen werden. Mit Hilfe der Unterlagen erfolgt dann üblicherweise eine Anpassung der Hauptabmessungen der Brenn- kammer an die Anforderungen des neu zu konstruierenden Dampferzeugers. Trotz dieser vereinfachenden Maßnahme ist die Auslegung eines Dampferzeugers für neu vorgegebene Randbedingungen jedoch aufgrund der Komplexität der zugrunde liegenden Systeme noch mit einem vergleichsweise hohen Konstruktions- aufwand verbunden. Dies gilt insbesondere dann, wenn der jeweilige Dampferzeuger einen besonders hohen Gesamtwirkungsgrad aufweisen soll. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der oben genannten Art anzugeben, dessen Konzept für die Brennkammer eine besonders einfache Auslegung für eine bestimmte Art und Qualltat des Brennstoffs sowie für einen vorgegebenen Leistungsbereich erlaubt und der einen besonders geringen Herstellungs- ,und Montageaufwand erfordert.
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäß gelost, indem die erste und die zweite Brennkammer für eine annähernd horizontale Hauptstromungsrichtung des Heizgases ausgelegt sind, wobei die erste und die zweite Brennkammer in einen heizgasseitig einem Vertikalgaszug vorgeschalteten gemeinsamen Horizontalgaszug munden.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß ein Konzept für die Brennkammer des Dampferzeugers eine besonders einfache Auslegung für eine bestimmte Art und Qualltat des Brennstoffs sowie für einen vorgegebenen Leistungsbereich des Dampferzeugers erlauben sollte. Dies ist der Fall, wenn ein Aufbau der Brennkammer in modularer Weise vorgesehen ist. Dabei erweisen sich gleichartige Module als besonders einfach in der Handhabung und erlauben in Bezug auf eine gewünschte Leistungsauslegung der Brennkammer ein besonders hohes Maß an Flexibilität. Durch die Module sollte die Brennkammer zudem besonders einfach zu vergrößern oder zu verkleinern sein.
Eine für eine Durchstromung des Heizgases in annähernd vertikaler Richtung ausgelegte Brennkammer erfordert jedoch ein mit großem technischen Aufwand zu erstellendes Gerüst. Dieses mußte bei einer Nachrüstung des Dampferzeugers auch mit großem Aufwand entsprechend angepaßt werden. Im Gegensatz dazu kann ein mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand zu erstellendes Gerüst einhergehen mit einer besonders geringen Bauhohe des Dampferzeugers. Ein besonders einfaches Konzept für einen modular aufgebauten Dampferzeuger bietet daher ein in horizontaler Bauweise ausgeführter Verbrennungsraum mit einer ersten unα einer zweiten Brennkammer. Dabei s nd d e Brenner sowohl in der ersten als auch in der zweiten Brennkammer in der Hohe des Horizontalgaszugs m der Brennkammerwand angeordnet. Somit werden die beiden Brennkammern beim Betrieb des Dampferzeugers vom Heizgas in annähernd honzon- taler Hauptstromungsrichtung durchströmt.
Vorteilhafterweise sind die Brenner an der Stirnwand der ersten Brennkammer und an der Stirnwand der zweiten Brennkammer angeordnet, also an derjenigen Umfassungswand der ersten bzw. der zweiten Brennkammer, die der Abstromoffnung zum Horizontalgaszug gegenüberliegt. Ein derartig ausgebildeter Dampferzeuger ist auf besonders einfache Weise an die Ausbranαlange des Brennstoffs anpaßbar. Unter Ausbrandlange des Brennstoffs ist dabei die Heizgasgeschwindigkeit in horizontaler Richtung bei einer bestimmten mittleren Heizgastemperatur multipliziert mit der Ausbrandzeit tA des Brennstoffs zu verstehen. Die für den jeweiligen Dampferzeuger maximale Ausbrandlange ergibt sich dabei bei der Dampfleistung des Dampferzeugers bei Vollast, dem sogenannten Vollastbetrieb des Dampferzeu- gers . Die Ausbrandzeit tA wiederum ist die Zeit, die beispielsweise ein Kohlenstaubkorn mittlerer Große benotigt, um bei einer bestimmten mittleren Heizgastemperatur vollständig auszubrennen.
Um Materialschaden und eine unerwünschte Verschmutzung des Hoπzontalgaszuges, beispielsweise aufgrund des Eintrags von schmelzflussiger Asche einer hohen Temperatur, besonders gering zu halten, ist die durch den Abstand von der Stirnwand zum Eintrittsbereich des Horizontalgaszuges definierte Lange L der ersten und der zweiten Brennkammer vorteilnafter- weise mindestens gleich der Ausbrandlange des Brennstoffs beim Vollastbetrieb des Dampferzeugers. Diese horizontale Lange L der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer wird im allgemeinen großer als die Hohe der ersten bzw. der zweiten Brennkammer, gemessen von der Trichteroberkante bis zur Brennkammerdecke, betragen. Die Lange L (angegeben in m) der ersten bzw. der zweiten Brennkammer ist für eine besonders gunstige Ausnutzung der Verbrennungswarme des fossilen Brennstoffs in einer vorteilhaften Ausgestaltung als Funktion des BMCR-Werts W (angegeben in kg/s) des Dampferzeugers, der Anzahl N der Brennkammern, der Ausbrandzeit tA (angegeben in s) des Brennstoffs und der Austrittstemperatur TBRK (angegeben in °C) des Heizgases aus den Brennkammern gewählt. BMCR steht für Boiler maximum contmuous rating und ist der international üblicherweise verwendete Begriff für die höchste Dauerleistung eines Dampferzeugers. Diese entspricht auch der Auslegungsleistung, also der Leistung beim Vollastbetrieb des Dampferzeugers. Dabei gilt bei. gegebenem BMCR-Wert W und gegebener Anzahl der Brennkammern N für die Länge L der ersten und der zweiten Brennkammer näherungsweise der größere Wert der beiden Funktionen (1) und (2) :
L (W, N, tA) = (Ci + C2 • W/N) • tA (1) ( C3 • TBRκ + C4 ) ( W/N) + C5 ( TBRK) 2 + C6 TBRK + C7 ( 2 ) mit
Ci = 8 m/s und
C: = 0, 0057 m/kg und
C = -1,905 • 10"4 (m ■ s)/(kg°C) und
C5 = 3 • 10"" m/(°C)2 und
Cδ = -0,842 m/°C und
C7 = 603, 1 m.
Unter „naherungsweise" ist hierbei eine zulassige Abweichung vom durch die jeweilige Funktion definierten Wert um +20%/ -10% zu verstehen.
Die Stirnwand der ersten Brennkammer und die Stirnwand der zweiten Brennkammer, sowie die Seitenwande der ersten bzw. der zweiten Brennkammer, des Horizontalgaszuges und/oder des Vertikalgaszuges sind vorteilhafterweise aus gasdicht mitem- ander verschweißten, vertikal angeordneten Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohren gebildet, wobei eine Anzahl der Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre jeweils parallel mit Stromungsmedium beaufschlagbar ist.
Für eine besonders gute Wärmeübertragung von der Warme der ersten und der zweiten Brennkammer auf das in den jeweiligen Verdampferrohren geführte Stromungsmedium weist vorteilhaf- terweise eine Anzahl der Verdampferrohre auf ihrer Innenseite jeweils ein mehrgängiges Gewinde bildende Rippen auf. Dabei ist vorteilhafterweise ein Steigungswinkel α zwischen einer zur Rohrachse senkrechten Ebene und den Flanken der auf der Rohrinnenseite angeordneten Rippen kleiner als 60°, vorzugsweise kleiner als 55°.
In einem beheizten, als Verdampferrohr ohne Innenberippung, einem sogenannten Glattrohr, ausgeführten Verdampferrohr kann nämlich von einem bestimmten Dampfgehalt an die für einen besonders guten Wärmeübergang erforderliche Benetzung der Rohr- wand nicht mehr aufrechterhalten werden. Bei fehlender Benetzung kann eine stellenweise trockene Rohrwand vorliegen. Der Übergang zu einer derartigen trockenen Rohrwand fuhrt zu einer Art Warmeubergangskrise mit verschlechtertem Warmeuber- gangsverhalten, so daß im allgemeinen die Rohrwandtemperatu- ren an dieser Stelle besonders stark ansteigen. In einem m- nenberippten Rohr tritt aber nun im Vergleich zu einem Glattrohr diese Krise des Wärmeübergangs erst bei einem Dampfmassengehalt > 0,9, also kurz vor dem Ende der Verdampfung, auf. Das ist auf den Drall zurückzuführen, den die Strömung durch die spiralförmigen Rippen erfahrt. Aufgrund der unterschiedlichen Zentrifugalkraft wird der Wasser- vom Dampfanteil separiert und an die Rohrwand gedruckt. Dadurch wird die Benetzung der Rohrwanα bis zu hohen Dampfgehalten aufrechterhalten, so daß am Ort der Warmeubergangskrise bereits hohe Stromungsgeschwindigkeiten vorliegen. Das bewirkt trotz der Warmeubergangskrise einen relativ guten Wärmeübergang und als Folge niedrige Rohrwandtemperaturen. Eine Anzahl der Verdampferrohre der Brennkammer weist vor- teilhafterweise Mittel zum Reduzieren des Durchflusses des Stromungsmediums auf. Dabei erweist es sich als besonders gunstig, wenn die Mittel als Drosseleinrichtungen ausgebildet sind. Drosseleinrichtungen können beispielsweise Einbauten in die Verdampferrohre sein, die an einer Stelle im Inneren des jeweiligen Verdampferrohres den Rohrinnendurchmesser verkleinern. Dabei erweisen sich auch Mittel zum Reduzieren des Durchflusses in einem mehrere parallele Leitungen umfassenden Leitungssystems als vorteilhaft, durch das den Verdampferrohren der Brennkammer Stromungsmedium zufuhrbar ist. In einer Leitung oder in mehreren Leitungen des Leitungssystems können dabei be-ispielsweise Drosselarmaturen vorgesehen sein. Mit solchen Mitteln zum Reduzieren des Durchflusses des Stro- mungs ediums durch die Verdampferrohre laßt sich eine Anpassung des Durchsatzes des Stromungsmediums durch einzelne Verdampferrohre an deren jeweilige Beheizung in der Brennkammer herbeifuhren. Dadurch sind zusätzlich Temperaturunterschiede des Stromungsmediums am Austritt der Verdampferrohre beson- ders zuverlässig besonders gering gehalten.
Benachbarte Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre sind vorteil- hafterweise über Metallbander, sogenannte Flossen, gasdicht miteinander verschweißt. Die Flossenbreite beeinflußt den Warmeemtrag in die Dampferzeugerrohre . Daher ist die Flossenbreite vorzugsweise abhangig von der Position der jeweiligen Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre im Dampferzeuger an ein gasseitig vorgebbares Beheizungsprofil angepaßt. Als Beheizungsprofil kann dabei ein aus Erfahrungswerten ermittel- tes typisches Beheizungsprofil oder auch eine grobe Abschätzung, wie beispielsweise ein stufenförmiges Beheizungsprofil, vorgegeben sein. Durch die geeignet gewählten Flossenbreiten ist auch bei stark unterschiedlicher Beheizung verschiedener Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre ein Warmeemtrag in alle Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre derart erreichbar, daß
Temperaturunterschiede am Auslaß der Verdampfer- bzw Dampferzeugerrohre besonders gering gehalten sind. Auf diese Weise sind vorzeitige Materialermüdungen zuverlässig verhindert. Dadurch weist der Dampferzeuger eine besonders lange Lebensdauer auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Rohrinnendurchmesser einer Anzahl der Verdampferrohre der ersten bzw. der zweiten Brennkammer abhangig von der jeweiligen Position der Verdampferrohre in der ersten bzw. der zweiten Brennkammer gewählt. Auf diese Weise sind eine Anzahl der Verdampferrohre der ersten bzw. der zweiten Brennkammer an ein gasseitig vorgebbares Beheizungsprofil anpaßbar. Dadurch sind besonders zuverlässig Temperaturunterschiede am Auslaß der Verdampferrohre der ersten bzw. der zweiten Brennkammer gering gehalten.
Vorteilhafterweise ist jeweils einer Anzahl von parallel geschalteten Verdampferrohren, die der ersten oder der zweiten Brennkammer zugeordnet sind, für das Strömungsmedium ein gemeinsames Eintrittssammler-System vorgeschaltet und ein ge- meinsames Austrittssammler-System nachgeschaltet. Ein in dieser Ausgestaltung ausgeführter Dampferzeuger ermöglicht einen zuverlässigen Druckausgleich zwischen den parallel geschalteten Verdampferrohren und somit eine besonders günstige Verteilung des Stromungsmediums bei der Durchströmung der Ver- dampferrohre. Dabei kann dem jeweiligen Eintrittssammlersystem ein mit Drosselarmaturen versehenes Leitungssystem vorgeschaltet sein. Dadurch ist in besonders einfacher Weise der Durchsatz des Stromungsmediums durch das Eintrittssammlersystem und die parallel geschalteten Verdampferrohre einstell- bar.
Die Verdampferrohre der Stirnwand der ersten bzw. der zweiten Brennkammer sind vorteilhafterweise den Verdampferrohren der Seitenwände der ersten bzw. der zweiten Brennkammer stro- mungsmediumsseitig vorgeschaltet. Dadurch ist eine besonders günstige Kühlung der Stirnwand der ersten bzw. der zweiten Brennkammer gewährleistet. In dem Horizontalgaszug sind vorteilhafterweise eine Anzahl von Überhitzerheizflachen angeordnet, die annähernd senkrecht zur Hauptstromungsrichtung des Heizgases angeordnet und deren Rohre für eine Durchstromung des Stromungsmediums parallel geschaltet sind. Diese in hangender Bauweise angeordneten, auch als Schottheizflachen bezeichneten, Überhitzerheizflachen werden überwiegend konvektiv beheizt und sind stromungs- mediumsseitig den Verdampferrohren der ersten bzw. der zweiten Brennkammer nachgeschaltet. Hierdurch ist eine besonders gunstige Ausnutzung der über die Brenner zugefuhrten Heizgaswarme gew hrleistet.
Vorteilhafterweise weist der Vertikalgaszug eine Anzahl von Konvektionsheizflachen auf, die aus annähernd senkrecht zur Hauptstromungsrichtung des Heizgases angeordneten Rohren gebildet sind. Diese Rohre einer Konvektionsheizflache sind für eine Durchstromung des Stromungsmediums parallel geschaltet. Auch diese Konvektionsheizflachen werden überwiegend konvektiv beheizt.
Um weiterhin eine besonders vollständige Ausnutzung der Warme des Heizgases zu gewahrleisten, weist der Vertikalgaszug vorteilhafterweise einen Economizer auf.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch das Konzept eines modularen Aufbaus der Brennkammer des Dampferzeugers dieser einen besonders geringen Konstruktions- und Herstellungsaufwand erfordert. Statt der jeweiligen Neukonstruktion der Dimensionierung der Brenn- kammer ist nun bei der Auslegung der Brennkammer des Dampferzeugers für einen vorgegebenen Leistungsbereich und/oder eine bestimmte Brennstoffqualltat nur das Hinzufugen oder Entfernen einer oder mehrerer Brennkammern vorgesehen. Dabei können ab einer gewissen Leistungsgroße des Damp erzeugers anstelle einer neuauszulegenden Brennkammer zwei oder mehrere Brennkammern kleinerer Leistung einem gemeinsamen Horizontalgaszug gasseitig parallel vorgeschaltet sein. Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung naher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 schematisch einen fossil beheizten Dampferzeuger in Zweizugbauart der Lange nach m Seitenansicht,
FIG 2 schematisch einen Längsschnitt durch ein einzelnes Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohr,
FIG 3 schematisch eine Ansicht der Front des Dampferzeugers und
FIG 4 m Koordinatensystem mit den Kurven Ki bis K6.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Dampferzeuger 2 gemäß Figur 1 ist einer nicht naher dargestellten Kraftwerksanlage zugeordnet, die auch eine Dampf- turbinenanlage umfaßt. Der im Dampferzeuger erzeugte Dampf wird dabei zum Antrieb der Dampfturbine genutzt, die ihrerseits wiederum einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Der durch den Generator erzeugte Strom ist dabei zur Einspei- sung in ein Verbund- oder ein Inselnetz vorgesehen. Weiterhin kann auch eine Abzweigung einer Teilmenge des Dampfs zur Einspeisung in einen an die Dampfturbinenanlage angeschlossenen externen Prozeß vorgesehen sein, wobei es sich um einen Heizprozeß handeln kann.
Der fossil beheizte Dampferzeuger 2 gemäß Figur 1 ist vor- teilhafterweise als Durchlaufdampferzeuger ausgeführt. Er umfaßt eine erste horizontale Brennkammer 4 und eine zweite horizontale Brennkammer 5, von denen aufgrund der m der Figur 1 dargestellten Seitenansicht des Dampferzeugers 2 nur eine zu sehen ist. Den Brennkammern 4 und 5 des Dampferzeugers 2 ist heizgasseitig ein gemeinsamer Horizontalgaszug 6 nachgeschaltet, der in einen Vertikalgaszug 8 mundet. Die Stirn- wand 9 und die Seitenwände 10 der ersten Brennkammer 4 bzw. zweiten Brennkammer 5 sind jeweils aus gasdicht miteinander verschweißten, vertikal angeordneten Verdampferrohren 11 gebildet, wobei jeweils eine Anzahl der Verdampferrohre 11 par- allel mit Strömungsmedium S beaufschlagbar ist. Zusätzlich können auch die Seitenwände 12 des Horizontalgaszuges 6 bzw. 13 des Vertikalgaszuges 8 aus gasdicht miteinander verschweißten, vertikal angeordneten Dampferzeugerrohren 14 bzw. 15 gebildet sein. In diesem Fall sind die Dampferzeuger- röhre 14, 15 ebenfalls jeweils parallel mit Strömungsmedium S beaufschlagbar .
Die Verdampferrohre 11 weisen - wie in Figur 2 dargestellt - auf ihrer Innenseite Rippen 40 auf, die eine Art mehrgängiges Gewinde bilden und eine Rippenhöhe R haben. Dabei ist der Steigungswinkel α zwischen einer zur Rohrachse senkrechten Ebene 41 und den Flanken 42 der auf der Rohrinnenseite angeordneten Rippen 40 kleiner als 55°. Dadurch werden ein besonders hoher Wärmeübergang von der Innenwand der Verdampfer- röhre 11 an das in den Verdampferrohren 11 geführte Strömungsmedium S und gleichzeitig besonders niedrige Temperaturen der Rohrwand erreicht.
Benachbarte Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre 11, 14, 15 sind in nicht näher dargestellter Weise über Flossen gasdicht miteinander verschweißt. Durch eine geeignete Wahl der Flossenbreite kann nämlich die Beheizung der Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre 11, 14, 15 beeinflußt werden. Daher ist die jeweilige Flossenbreite abhängig von der Position der je- weiligen Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre 11, 14, 15 im
Dampferzeuger 2 an ein gasseitig vorgebbares Beheizungsprofil angepaßt. Das Beheizungsprofil kann dabei ein aus Erfahrungswerten ermitteltes typisches Beheizungsprofil oder auch eine grobe Abschätzung sein. Dadurch sind Temperaturunterschiede am Auslaß der Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre 11, 14, 15 auch bei stark unterschiedlicher Beheizung der Verdampferbzw. Dampferzeugerrohre 11, 14, 15 besonders gering gehalten. Auf diese Weise sind Materialermüdungen zuverlässig verhindert, was eine lange Lebensdauer des Dampferzeugers 2 gewährleistet.
Der Rohrinnendurchmesser D der Verdampferrohre 11 der Brennkammer 4 bzw. 5 ist abhangig von der jeweiligen Position der Verdampferrohre 11 in der Brennkammer 4 bzw. 5 gewählt. Auf diese Weise ist der Dampferzeuger 2 an die unterschiedlich starke Beheizung der Verdampferrohre 11 angepaßt. Diese Aus- legung der Verdampferrohre 11 der Brennkammer 4 bzw. 5 gewährleistet besonders zuverlässig, daß Temperaturunterscniede am Auslaß der Verdampferrohre 11 besonders gering gehalten sind.
Einer Anzahl der Verdampferrohre 11 der Seitenwande 10 der Brennkammer 4 bzw. 5 ist stromungsmediumsseitig jeweils ein Eintrittssammler-System 16 für Stromungsmedium S vorgeschaltet und jeweils ein Austrittssammler-System 18 nachgeschaltet. Das Eintrittssammler-System 16 umfaßt dabei eine Anzahl von parallel geschalteten Eintrittssammlern. Zum Zufuhren von Stromungsmedium S m das Emtrittssammler-System 16 der Verdampferrohre 11 der Brennkammer 4 bzw. 5 ist ein Leitungssystem 19 vorgesehen. Das Leitungssystem 19 umfaßt mehrere parallel geschaltete Leitungen, die jeweils mit einem der Ein- trittssammler des Eintrittssammler-Systems 16 verbunden sind. Dadurch ist ein Druckausgleich der parallel geschalteten Verdampferrohre 11 möglich, der eine besonders gunstige Verteilung des Stromungsmediums S bei der Durchstromung der Verdampferrohre 11 bewirkt.
Als Mittel zum Reduzieren des Durchflusses des Stromungsmeα_- u s S sind ein Teil der Verdampferrohre 11 mit Drosseleinrichtungen ausgestattet, die in der Zeichnung nicht naher dargestellt sind. Die Drosseleinrichtungen sind als den Ronr- Innendurchmesser D verkleinernde Lochblenden ausgeführt und bewirken beim Betrieb des Dampferzeugers 2 eine Reduzierung des Durchsatzes des Stromungsmediums S in minderoeheizten Verdampferrohren 11, wodurch der Durchsatz des Stromungsmedi- ums S der Beheizung angepaßt wird. Weiterhin sind als Mittel zum Reduzieren des Durchsatzes des Stromungsmediums S m einer Anzahl der Verdampferrohre 11 der Brennkammer 4 bzw. 5 eine oder mehrere in der Zeichnung nicht näher dargestellte Leitungen des Leitungssystems 19 mit Drosseleinrichtungen, insbesondere Drosselarmaturen, ausgestattet.
Bei der Berohrung der ersten und der zweiten Brennkammer 4, 5 ist zu berücksichtigen, daß die Beheizung der einzelnen, miteinander gasdicht verschweißten Verdampferrohre 11 beim Betrieb des Dampferzeugers 2 sehr unterschiedlich ist. Deswegen wird die Auslegung der Verdampferrohre 11 hinsichtlich ihrer Innenbeπppung, Flossenverbindung zu benachbarten Verdampfer- röhren 11 und ihres Rohrinnendurchmessers D so gewählt, daß alle Verdampferrohre 11 trotz unterschiedlicher Beheizung annähernd gleiche Austrittstemperaturen aufweisen und eine ausreichende Kühlung der Verdampferrohre 11 für alle Betriebszu- stände des Dampferzeugers 2 gewährleistet ist. Dies ist ins- besondere dadurch gewahrleistet, daß der Dampferzeuger 2 für eine vergleichsweise niedrige Massenstromdichte des die Verdampferrohre 11 durchströmenden Stromungsmediums S ausgelegt ist. Durch eine geeignete Wahl der Flossenverbindungen und der Rohrinnendurchmesser D ist zudem erreicht, daß der Anteil des Reibungsdruckverlusts am Gesamtdruckverlust so gering ist, daß sich ein Naturumlaufverhalten einstellt: Starker beheizte Verdampferrohre 11 werden starker durchströmt als schwacher beheizte Verdampferrohre 11. Damit wird erreicht, daß die vergleichsweise stark beheizten Verdampferrohre 11 in Brennernahe spezifisch - bezogen auf den Massenstrom - annähernd ebensoviel Warme aufnehmen wie die vergleichsweise schwach beheizten Verdampferrohre 11 am Brennkammerende. Eine weitere Maßnahme, die Durchstromung der Verdampferrohre 11 der Brennkammer 4 bzw. 5 an die Beheizung anzupassen, ist der Einbau von Drosseln in einen Teil der Verdampferrohre 11 oder in einen Teil der Leitungen des Leitungssystems 19. Die In- nenberippung der Verdampferrohre 11 st dabei derart ausge- legt, daß eine ausreichende Kühlung der Verdampferrohrwande sichergestellt ist. Somit weisen mit den oben genannten Maßnahmen alle Verdampferrohre 11 annähernd gleiche Austrittstemperaturen auf.
Um eine gunstige Durchflußcharakteristik des Stromungsmedi- ums S durch die Umfassungswande der Brennkammer 4 und damit eine besonders gute Ausnutzung der Verbrennungswarme des fossilen Brennstoffs B zu erreichen, sind die Verdampferrohre 11 der Stirnwände 9 der Brennkammer 4 bzw. 5 jeweils den Verdampferrohren 11 der Seitenwande 10 der Brennkammer 4 bzw. 5 stromungsmediumsseitig vorgeschaltet .
Der Horizontalgaszug 6 weist eine Anzahl von als Schottheiz- flachen ausgebildeten Überhitzerheizflachen 22 auf, die in hangender Bauweise annähernd senkrecht zur Hauptstromungsrichtung 24 des Heizgases G angeordnet und deren Rohre für eine Durchstromung des Stromungsmediums S jeweils parallel geschaltet sind. Die Überhitzerheizflachen 22 werden uberwie- gend konvektiv beheizt und sind stromungsmediumsseitig den Verdampferrohren 11 der Brennkammer 4 bzw. 5 nachgeschaltet.
Der Vertikalgaszug 8 weist eine Anzahl von überwiegend konvektiv beheizbaren Konvektionsheizflachen 26 auf, die aus an- nähernd senkrecht zur Hauptstromungsrichtung 24 des Heizgases G angeordneten Rohren gebildet sind. Diese Rohre sind für eine Durchstromung des Stromungsmediums S jeweils parallel geschaltet. Außerdem ist in dem Vertikalgaszug 8 Economi- zer 28 angeordnet. Ausgangsseitig mundet der Vertikalgaszug 8 in einen weiteren Wärmetauscher, z.B. m einen Luftvorwärmer und von dort über einen Staubfilter m einen Kamm. Die dem Vertikalgaszug 8 nachgeschalteten Bauteile sind in Figur 1 nicht naher dargestellt.
Der Dampferzeuger 2 ist in horizontaler Bauweise mit besonders niedriger Bauhohe ausgeführt und somit mit besonders geringem Herstellungs- und Montageaufwand errichtbar. Hierzu weisen die Brennkammern 4 bzw. 5 des Dampferzeugers 2 eine Anzahl von Brennern 30 für fossilen Brennstoff B auf, die an der Stirnwand 9 der Brennkammer 4 bzw. 5 in der Höhe des Horizontalgaszuges 6 angeordnet sind, wie der Figur 3 zu ent- nehmen ist.
Damit der fossile Brennstoff B zur Erzielung eines besonders hohen Wirkungsgrads besonders vollständig ausbrennt und Materialschäden der heizgasseitig gesehen ersten Überhitzerheiz- fläche des Horizontalgaszuges 6 und eine Verschmutzung derselben, beispielsweise durch Eintrag schmelzflüssiger Asche mit hoher Temperatur, besonders zuverlässig verhindert sind, sind die .Längen L der Brennkammern 4 und 5 derart gewählt, daß sie die Ausbrandlange des Brennstoffs B beim Vollastbe- trieb des Dampferzeugers 2 übersteigen. Die Länge L ist dabei der Abstand von der Stirnwand 9 der Brennkammer 4 bzw. 5 zum Eintrittsbereich 32 des Horizontalgaszugs 6. Die Ausbrandlange des Brennstoffs B ist dabei definiert als die Heizgasgeschwindigkeit in horizontaler Richtung bei einer bestimmten mittleren Heizgastemperatur multipliziert mit der Ausbrandzeit tA des Brennstoffs B. Die für den jeweiligen Dampferzeuger 2 maximale Ausbrandlange ergibt sich beim Vollastbetrieb des Dampferzeugers 2. Die Ausbrandzeit tA des Brennstoffs B wiederum ist die Zeit, die beispielsweise ein Kohlenstaubkorn mittlerer Größe zum vollständigen Ausbrennen bei einer bestimmten mittleren Heizgastemperatur benötigt.
Um eine besonders günstige Ausnutzung der Verbrennungswärme des fossilen Brennstoffs B zu gewährleisten, sind die Län- gen L (angegeben in m) der Brennkammern 4 bzw. 5 in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Heizgases G aus der Brennkammer 4 bzw. 5 T3RK (angegeben in °C) , der Ausbrandzeit tA (angegeben in s) des fossilen Brennstoffs B, dem BMCR-Wert W (angegeben in kg/s) des Dampferzeugers 2 und der Anzahl N der Brennkammern 4, 5 geeignet gewählt. Dabei steht BMCR für Boiler maximum continuous rating. BMCR ist ein international üblicherweise verwendeter Begriff für die höchste Dauerleistung eines Dampferzeugers. Diese entspricht auch der Auslegungsleistung, also der Leistung bei Vollastbetrieb des Dampferzeugers. Diese horizontale Lange L der Brennkammern 4 und 5 ist dabei großer als die Hohe H der Brennkammer 4 bzw. 5. Die Hohe H wird dabei von der Trichteroberkante der Brennkammer 4 bzw. 5, in Figur 1 durch die Linie mit den Endpunkten X und Y markiert, bis zur Brennkammerdecke gemessen. Die Lange L wird nur einmal bestimmt und gilt dann für jede der N Brennkammern 4 bzw. 5. Dabei bestimmt sich die Lange L der beiden Brennkammern 4 und 5 naherungsweise über die beiden Funktionen (1) und (2)
L (W, N, tA) = (Cx + C2 • W/N) tA (1) (C3 • TBR + C4) (W/N) + C5 ( τBRK) 2 + C6 TBRK + C7 (2)
Ci = 8 m/s und
C2 = 0, 0057 m/kg und
C3 = -1,905 • 10~4 ( s)/(kg°C) und d = 0,286 (s m) /kg und
C5 = 3 • 10"4 m/ (°C)2 und
C6 = -0, 842 m/°C und
C7 = 603, 41 m.
Naherungsweise ist hierbei als eine zulassige Abweichung um +20%/-10% vom durch die jeweilige Funktion definierten Wert zu verstehen. Dabei gilt stets bei einem beliebig aber festen BMCR-Wert W des Dampferzeugers 2 der größere Wert aus den Funktionen (1) und (2) für die Lange L der Brennkammern 4 und 5.
Als Beispiel für eine Berechnung der Lange L der Brennkammern 4 bzw. 5, also N = 2, m Abhängigkeit vom BMCR-Wert W des Dampferzeugers 2 sind in das Koordinatensystem gemäß Fi- gur 4 sechs Kurven Ki bis KD eingezeichnet. Dabei sind den Kurven jeweils folgende Parameter zugeordnet: K- : tA = 3s gemäß ( 1 ) ,
K2 : tA = 2 , 5s gemäß ( 1 ) ,
K3 : tA = 2 s gemäß ( 1 ) ,
K4 : TBRK = 1200 ' 5 C gemäß ( 2 ) ,
K5 : TBRK = 1300 ' ' C gemäß ( 2 ) und
K6 : TBRK = 1400 ' ' C gemäß ( 2 ) .
Zur Bestimmung der Langen L der Brennkammern 4 bzw. 5, die stets die gleiche Lange L aufweisen, sind somit beispiels- weise für eine Ausbrandzeit tA = 3s und eine Austrittstemperatur TBRκ = 1200°C des Heizgases G aus der Brennkammer 4 bzw. 5 die Kurven Ki und K4 heranzuziehen. Daraus ergibt sich bei einem vorgegebenen BMCR-Wert W des Dampferzeugers 2 f r die Lange L mit N = 2 für die Brennkammern 4 und 5
von W/N = 80 kg/s eine Lange von L = 29 m gemäß K4, von W/N = 160 kg/s eine Lange von L = 34 m gemäß K4/ von W/N = 560 kg/s eine Lange von L = 57 m gemäß K4.
Für die Ausbrandzeit tA = 2,5s und die Austrittstemperatur des Heizgases G aus der Brennkammer 4 bzw. 5 TBRK = 1300°C sind beispielsweise die Kurven K2 und K5 heranzuziehen. Daraus ergibt sich bei N = 2 und einem vorgegebenen BMCR-Wert W des Dampferzeugers 2 für die Lange L der Brennkammer 4 unα 5
von W/N = 80 kg/s eine Lange von L =21 m gemäß K2, von W/N = 180 kg/s eine Lange von L =23 m gemäß K2 und K-, von W/N = 560 kg/s eine Lange von L =37 m gemäß K5.
Der Ausbrandzeit tA = 2s und der Austrittstemperatur des
Heizgases G aus der Brennkammer TB r. = 1400°C sind beispielsweise die Kurven K3 und K6 zugeordnet. Daraus ergibt sich bei N = 2 und einem vorgegebenen BMCR-Wert W des Dampferzeugers 2 für die Lange L der Brennkammern 4 und 5
von W/N = 80 kg/s eine Lange von L =18 m gemäß K3, von W/N = 465 kg/s eine Lange von L =21 m gemäß K-< und K„, von W/N = 560 kg/s eine Länge von L =23 m gemäß K6.
Die Flammen F der Brenner 30 sind beim Betrieb des Dampferzeugers 2 horizontal ausgerichtet. Durch die Bauweise der Brennkammer 4 bzw. 5 wird damit eine Strömung des bei der Verbrennung entstehenden Heizgases G in annähernd horizontaler Hauptstromungsrichtung 24 erzeugt. Dieses gelangt über den gemeinsamen Horizontalgaszug 6 in den annähernd zum Boden hin ausgerichteten Vertikalgaszug 8 und verläßt diesen in Richtung des nicht naher dargestellten Kamins.
In den Economizer 28 eintretendes Stromungsmedium S gelangt über die -in dem Vertikalgaszug 8 angeordneten Konvektionsheizflachen in das Eintrittssammler-System 16 der Brennkammer 4 bzw. 5 des Dampferzeugers 2. In den vertikal angeordneten, gasdicht miteinander verschweißten Verdampferrohren 11 der Brennkammer 4 bzw. 5 des Dampferzeugers 2 findet die Verdampfung und gegebenenfalls eine teilweise Überhitzung des Strömungsmediums S statt. Der dabei entstehende Dampf bzw. em Wasser-Dampf-Gemisch wird in dem Austrittssammler-System 18 für Strömungsmedium S gesammelt. Von dort gelangt der Dampf bzw. das Wasser-Dampf-Gemisch in die Wände des Horizontalgaszuges 6 und des Vertikalgaszuges 8 und von dort wiederum in die Überhitzerheizflachen 22 des Horizontalgaszuges 6. In den Überhitzerheizflachen 22 erfolgt eine weitere Überhitzung des Dampfs, der anschließend einer Nutzung, beispielsweise dem Antrieb einer Dampfturbine, zugeführt wird.
Durch die besonders geringe Bauhohe und kompakte Bauweise des Dampferzeugers 2 ist ein besonders geringer Herstellungs- und Montageaufwand desselben gewährleistet. Die Auslegung des Dampferzeugers 2 für einen vorgegebenen Leistungsbereich und/oder eine bestimmte Qualltat des fossilen Brennstoffs B erfordert dabei einen besonders geringen technischen Aufwand. Außerdem können aufgrund des modularen Konzepts der Brennkammer ab einer gewissen Leistungsgroße anstelle einer Brennkam- mer zwei oder mehrere mit kleinerer Leistung dem gemeinsamen Horizontalgaszug 6 parallel vorgeschaltet sein.

Claims

Patentansprüche
1. Dampferzeuger (2) mit einer ersten und einer zweiten Brennkammer (4, 5), die jeweils eine Anzahl von Brennern (30) für fossilen Brennstoff (B) aufweisen und für eine annanernd horizontale Hauptstromungsrichtung (24) des Heizgases (H) ausgelegt sind, wobei die erste Brennkammer (4) und die zweite Brennkammer (5) m einen heizgasseitig einem Vertikalgaszug (8) vorgeschalteten gemeinsamen Horizontalgaszug (6) munden .
2. Dampferzeuger (2) nach Anspruch 1, bei dem die Brenner (30) an der Stirnwand (9) der ersten Brennkammer (4) und an der Stirnwand (9) der zweiten Brennkammer (5) angeordnet sind.
3. Dampferzeuger (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die durch den Abstand von der Stirnwand (9) der ersten Brennkammer (4) und von der Stirnwand (9) der zweiten Brennkammer (5) zum Eintrittsbereich (32) des Horizontalgaszugs (6) definierte Lange (L) der ersten Brennkammer (4) und der zweiten Brennkammer (5) mindestens gleich der Ausbrandlange des Brennstoffs (B) beim Vollastbetrieb des Dampferzeugers (2)
4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Lange (L) der ersten Brennkammer (4) und der zweiten Brennkammer (5) als Funktion des BMCR-Werts (W) , der Anzahl N der Brennkammern (4, 5), der Ausbrandzeit (t- der Bren- ner (30) und/oder der Austrittstemperatur (TBRκ) des Heizgases (H) aus der ersten Brennkammer (4) und der zweiten Brennkammer (5) naherungsweise gemäß αen beiden Funktionen (1) unα (2)
L L ((WW,, N N,, ttAA)) == ((CCii ++ CC22 W W//NN)) t (1)
( C3 TBRK - C« ) ( W/N ) + c 3 ■ ■ ( TBRK + CD T3R. + C- (2) mit d = 8 m/s und
C2 = 0, 0057 m/kg und
C3 = -1,905 • 10"4 (m ■ s)/(kg°C) und C4 = 0,286 (s • m)/kg und d = 3 • 10-" m/(°C)2 und
C6 = -0, 842 m/°C und d = 603, 41 m
gewählt ist, wobei für einen BMCR-Wert (W) der jeweils größere Wert der Länge (L) für die erste Brennkammer (4) und die zweite Brennkammer (5) gilt.
5. Dampferzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem sowohl die Stirnwand (9) der ersten Brennkammer (4) als auch die Stirnwand (9) der zweiten Brennkammer (5) aus gasdicht miteinander verschweißten, vertikal angeordneten, parallel mit Strömungsmedium (S) beaufschlagbaren Verdampferrohren (11) gebildet ist.
6. Dampferzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Seitenwände (10) der ersten Brennkammer (4) und die Seitenwände (10) der zweiten Brennkammer (5) aus gasdicht miteinander verschweißten, vertikal angeordneten Verdampfer- röhren (11) gebildet sind, wobei jeweils eine Anzahl der Verdampferrohre (11) parallel mit Strömungsmedium (S) beaufschlagbar ist.
7. Dampferzeuger (2) nach Anspruch 5 oder 6, bei dem eine An- zahl der Verdampferrohre (11) auf ihrer Innenseite ein mehrgängiges Gewinde bildende Rippen (40) tragen.
8. Dampferzeuger (2) nach Anspruch 7, bei dem ein Steigungswinkel (α) zwischen einer zur Rohrachse senkrechten Ebene (41) und den Flanken (42) der auf der Rohrinnenseite angeordneten Rippen (40) kleiner als 60°, vorzugsweise kleiner als 55°, ist.
9. Dampferzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Seitenwande (10) des Horizontalgaszuges (6) aus gasdicht miteinander verschweißten, vertikal angeordneten, parallel mit Stromungsmedium (S) beaufschlagbaren Dampferzeuger- röhren (14) gebildet sind.
10. Dampferzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Seitenwande (13) des Vertikalgaszuges (8) aus gasdicht miteinander verschweißten, vertikal angeordneten, par- allel mit Stromungsmedium (S) beaufschlagbaren Dampferzeuger- rohren (15) gebildet sind.
11. Damp erzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem eine Anzahl der Verdampferrohre (11) jeweils eine Drosseleinrichtung aufweist.
12. Dampferzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem ein Leitungssystem (19) zur Zufuhrung von Stromungsmedium (S) in die Verdampferrohre (11) der Brennkammer (4) vor- gesehen ist, wobei das Leitungssystem (19) zur Reduzierung des Durchflusses des Stromungsmediums (S) eine Anzahl von Drosseleinrichtungen, insbesondere Drosselarmaturen, aufweist.
13. Dampferzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem benachbarte Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre (11, 14, 15) über Flossen gasdicht miteinander verschweißt sind, wobei die Flossenbreite abhangig von der jeweiligen Position der Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre (11, 14, 15) in der er- sten Brennkammer (4) bzw. der zweiten Brennkammer (5) , des Horizontalgaszugs (6) und/oder des Vertikalgaszugs (8) ge¬ wählt ist.
14. Dampferzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem der Rohrinnendurchmesser (D) einer Anzahl der Verdampferrohre (11) der ersten Brennkammer (4) bzw. der zweiten Brennkammer (5) abhangig von der jeweiligen Position der Verdamp- ferrohre (11) in der ersten Brennkammer (4) bzw. der zweiten Brennkammer (5) gewählt ist.
15. Dampferzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem jeweils einer Anzahl von parallel mit Strömungsmedium (S) beaufschlagbaren Verdampferrohren (11) der ersten Brennkammer (4) bzw. der zweiten Brennkammer (5) stromungsmediumsseitig ein gemeinsames Eintrittssammler-System (16) vorgeschaltet und ein gemeinsames Austrittssammler-System (18) nachge- schaltet ist.
16. Dampferzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Verdampferrohre (11) der Stirnwände (9) der ersten Brennkammer (4) bzw. der zweiten Brennkammer (5) strömungsme- diumsseitig den Verdampferrohren (11) der Seitenwände (10) der ersten Brennkammer (4) bzw. der zweiten Brennkammer (5) vorgeschaltet sind.
17. Dampferzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem in dem Horizontalgaszug (6) eine Anzahl von Überhitzerheizflachen (22) in hängender Bauweise angeordnet ist.
18. Dampferzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem in dem Vertikalgaszug (8) eine Anzahl von Konvektions- heizflachen (26) angeordnet ist.
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