EP1188021B1 - Fossil-fuel heated steam generator, comprising denitrification device for heating gas - Google Patents

Fossil-fuel heated steam generator, comprising denitrification device for heating gas Download PDF

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EP1188021B1
EP1188021B1 EP00949097.0A EP00949097A EP1188021B1 EP 1188021 B1 EP1188021 B1 EP 1188021B1 EP 00949097 A EP00949097 A EP 00949097A EP 1188021 B1 EP1188021 B1 EP 1188021B1
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EP
European Patent Office
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steam generator
combustion chamber
gas
tubes
evaporator tubes
Prior art date
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EP00949097.0A
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German (de)
French (fr)
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EP1188021A1 (en
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Josef Pulec
Rudolf Kral
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B21/00Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically
    • F22B21/34Water-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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/008Adaptations for flue gas purification in steam generators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B21/00Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically
    • F22B21/34Water-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
    • F22B21/346Horizontal radiation boilers

Definitions

  • the invention relates to a steam generator with a denitrification device for heating gas and with a combustion chamber for fossil fuel, the hot gas side via a horizontal gas train and a vertical gas train denitrification is followed by heating gas.
  • the fuel gas generated during the combustion of a fossil fuel is used for the evaporation of a flow medium in the steam generator.
  • the steam generator has evaporator tubes for the evaporation of the flow medium, the heating of which leads with heating gas to an evaporation of the flow medium guided therein.
  • the steam provided by the steam generator can in turn be provided, for example, for a connected external process or else for the drive of a steam turbine. If the steam drives a steam turbine, usually a generator or a working machine is operated via the turbine shaft of the steam turbine.
  • the power generated by the generator may be provided for feeding into a composite and / or island grid.
  • the steam generator can be designed as a continuous steam generator.
  • a continuous steam generator is 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 , known.
  • the heating of steam generator tubes provided as evaporator tubes leads to an evaporation of the flow medium in the steam generator tubes in a single pass.
  • Steam generators are usually designed with a combustion chamber in a vertical construction. This means that the combustion chamber is designed for a flow through the heating medium or heating gas in approximately vertical direction.
  • the combustion chamber can be followed by a horizontal gas train, wherein the transition from the combustion chamber in the horizontal gas train, a deflection of the Schugasstroms takes place in an approximately horizontal flow direction.
  • Such combustors generally require due to the temperature-induced changes in length of the combustion chamber, a scaffold on which the combustion chamber is suspended. This requires a considerable technical effort in the production and installation of the steam generator, which is the greater, the greater the height of the steam generator.
  • a particular problem is the design of the enclosure wall of the gas flue or combustion chamber of the steam generator with respect to the pipe wall or material temperatures occurring there.
  • the temperature of the peripheral wall of the combustion chamber is essentially determined by the height of the saturation temperature of the water , This is achieved, for example, by the use of evaporator tubes which have a surface structure on their inside.
  • evaporator tubes which have a surface structure on their inside.
  • finned tubes i. Tubes with a ribbed inner surface have a particularly good heat transfer from the tube inner wall to the flow medium.
  • the process of selective catalytic reduction can be used.
  • nitrogen oxides (NO x ) are reduced to nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) by means of a reducing agent, such as ammonia, and a catalyst.
  • a reducing agent such as ammonia
  • a denitrification device for heating gas with a catalytic converter is usually arranged after the heating gas duct designed as convection draft, where usually the heating gas has a temperature of about 320 to 400 ° C.
  • the catalyst of the denitration device for heating gas serves to initiate and / or maintain a reaction between the reducing agent introduced in the heating gas and the nitrogen oxides of the heating gas.
  • the reducing agent required for the SCR process is usually injected with air as a carrier stream into the hot gas flowing through the gas train.
  • the nitrogen oxide emission of the steam generator is usually dependent on the type of fossil fuel burned. In order to comply with the statutory limits, therefore, usually the directedüsende amount of reducing agent is varied depending on the fossil fuel used.
  • a denitrification device for heating gas arranged on the output side after the convection pass requires considerable design and production effort for the respective steam generator. Because the denitrification must be placed there in the steam generator, where it can exert a particularly high cleaning effect on the fuel gas at all operating conditions of the steam generator. This is usually the case where the heating gas has a temperature in the range of about 320 to 400 ° C. In addition, the production cost of a steam generator increases when this addition to conventional components additionally has a denitrification.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a fossil-fired steam generator of the type mentioned above, which requires a particularly low design and manufacturing costs, and in the particularly reliable cleaning of the fuel gas of the fossil fuel is guaranteed before they leave the steam generator on the output side.
  • combustion chamber of the steam generator comprises a number of arranged in the height of the horizontal flue burners, the vertical gas flue for an approximately vertical flow of the heating gas from bottom to top and denitrification of heating gas for an approximately vertical flow of the fuel gas top down is designed.
  • the invention is based on the consideration that a producible with particularly low manufacturing and assembly costs steam generator should have a executable with simple means suspension structure.
  • a scaffold for the suspension of the combustion chamber to be created with comparatively little technical effort can be accompanied by a particularly low overall height of the steam generator.
  • a particularly low height of the steam generator can be achieved by the combustion chamber is designed in a horizontal design.
  • the burners are arranged in the height of the horizontal gas flue in the combustion chamber wall.
  • the combustion chamber is flowed through during operation of the steam generator in approximately horizontal direction of the heating gas.
  • the denitrification device for heating gas should be arranged on the output side after the vertical gas train. On the output side after the vertical gas train, namely, the heating gas to temperatures at which a cleaning of the fuel gas is particularly effective with little technical effort. It should be noted that for a particularly low height of the steam generator Entstickungs adopted for heating gas should be designed for an approximately vertical flow of the fuel gas from top to bottom. This results in an injection of the liquid required in the SCR process with ammonia components along the main flow direction of the fuel gas possible, whereby the vertical extent of the denitrification precipitates particularly low.
  • the purified fuel gas leaving the denitrification device for heating gas can be used to heat air in an air preheater.
  • the air preheater should be arranged in a particularly space-saving manner directly below the Entstickungs learned for heating gas.
  • the preheated air is to be supplied to the burners of the steam generator for the combustion of the fossil fuel. If warm air is supplied to the burners as opposed to cold air during combustion of the fossil fuel, the overall efficiency of the steam generator increases.
  • the denitrification device for heating gas advantageously comprises a DeNO x catalyst.
  • a reduction in nitrogen oxide of the hot gas leaving the steam generator can be carried out in a particularly simple manner, for example with the method of Selective Catalytic Reduction.
  • the enclosing walls of the combustion chamber are advantageously formed of gas-tight welded together, vertically arranged evaporator tubes, each of which a number can be acted upon in parallel with flow medium.
  • a peripheral wall of the combustion chamber is the end wall and two surrounding walls of the combustion chamber are the side walls, wherein the side walls are each subdivided into a first group and a second group of Verdamperrohre, the end wall and the first group of Verdamperrohre be acted upon in parallel with flow medium and the be acted upon in parallel flow medium, the second group of evaporator tubes upstream of the flow medium.
  • This ensures a particularly favorable cooling of the end wall.
  • each of the evaporator tubes which can be acted upon in parallel with flow medium, is preceded by a common inlet collector system on the flow medium side and a common outlet collector system connected downstream.
  • a designed in this embodiment steam generator allows reliable pressure equalization between the parallel connected evaporator tubes and thus a particularly favorable distribution of the flow medium in the flow through the evaporator tubes.
  • the tube inner diameter of a number of evaporator tubes of the combustion chamber is selected depending on the respective position of the evaporator tubes in the combustion chamber.
  • the evaporator tubes in the combustion chamber can be adapted to a gas-side predefinable heating profile. With the effect thereby effected on the flow through the evaporator tubes, temperature differences at the outlet of the evaporator tubes of the combustion chamber are kept particularly low.
  • flow medium advantageously has a number of evaporator tubes on its inner side in each case a Herzoges thread forming ribs.
  • a pitch angle ⁇ between a plane perpendicular to the tube axis and the flanks of the arranged on the tube inside ribs is advantageously less than 60 °, preferably less than 55 °.
  • a so-called smooth tube, evaporator tube can namely no longer be maintained by a certain vapor content of the required for a particularly good heat transfer wetting the tube wall. If there is no wetting, there may be a partially dry pipe wall. The transition to such a dry pipe wall leads to a kind of heat transfer crisis with deteriorated heat transfer behavior, so that in general increase the pipe wall temperatures at this point particularly strong. In an internally ribbed pipe, however, this crisis of heat transfer now occurs only at a steam mass content> 0.9, ie shortly before the end of the evaporation, compared to a smooth pipe. This is due to the spin experienced by the flow through the spiral ribs.
  • a number of the evaporator tubes of the combustion chamber advantageously has 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, for example, internals in be the evaporator tubes, which reduce the pipe inside diameter at a point inside the respective evaporator tube.
  • the line system can also be connected upstream of an inlet collector system of evaporator tubes which can be acted upon in parallel with flow medium.
  • throttle valves can be provided.
  • the side walls of the horizontal gas flue and / or the vertical gas flue are advantageously formed of gas-tight welded together, vertically arranged steam generator tubes, each of which a number can be acted upon in parallel with flow medium.
  • Adjacent evaporator or steam generator tubes are advantageously welded together via metal bands, so-called fins, gas-tight.
  • the fin width affects the heat input into the steam generator tubes. Therefore, the fin width is preferably adapted depending on the position of the respective evaporator or steam generator tubes in the steam generator to a gas-side prescribable heating and / or temperature profile.
  • a heating and / or temperature profile a typical heating and / or temperature profile determined from empirical values or else a rough estimate, such as a step-shaped heating and / or temperature profile, be given.
  • heat input into all evaporator or steam generator tubes is achievable even with very different heating of different evaporator or steam generator tubes, so that temperature differences at the outlet of the evaporator or steam generator tubes are kept particularly low. In this way, premature material fatigue is reliably prevented. As a result, the steam generator on a particularly long life.
  • a number of superheater heating surfaces are advantageously arranged, whose tubes are arranged approximately transversely to the main flow direction of the heating gas and connected in parallel for a flow through the flow medium.
  • superheater heating surfaces are heated predominantly convective and downstream of the evaporator tubes of the combustion chamber downstream of the combustion chamber.
  • the vertical gas train has a number of convection heating surfaces, which are formed from tubes arranged approximately transversely to the main flow direction of the heating gas.
  • the tubes of a convection heating surface are connected in parallel for a flow through the flow medium. These convection heating surfaces are heated predominantly convection.
  • the vertical gas train advantageously has an economizer.
  • the burners are arranged on the end wall of the combustion chamber, that is on that surrounding wall of the combustion chamber, which is opposite to the outflow opening to the horizontal gas flue.
  • a trained steam generator can be adapted in a particularly simple manner to the Ausbrandin of the fuel.
  • the maximum burn-out length for the respective steam generator results in the steam output of the steam generator at full load, the so-called full-load operation of the steam generator.
  • the burn-out time t A is the time that, for example, a pulverized coal particle needs to completely burn out at a certain average heating gas temperature.
  • the defined by the distance from the end wall to the inlet region of the horizontal flue length L of the combustion chamber is advantageously at least equal to the burn-out length of the fuel Full load operation of the steam generator.
  • This length L of the combustion chamber will generally be greater than the height of the combustion chamber, measured from the funnel upper edge to the combustion chamber ceiling.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that has a particularly small footprint through the horizontal combustion chamber and designed for an approximately vertical flow direction of the fuel gas from bottom to top vertical gas train of the steam generator.
  • This particularly compact design of the steam generator allows for integration of the steam generator in a steam turbine plant particularly short connecting pipes from the steam generator to the steam turbine.
  • the steam generator 2 according to FIG. 1 is associated with a power plant not shown, which also includes a steam turbine plant.
  • the steam generated in the steam generator 2 is used to drive the steam turbine, which in turn drives a generator for generating electricity.
  • the electricity generated by the generator is provided for feeding into a network or an island network.
  • a diversion of a subset of the steam for feeding into an external process connected to the steam turbine plant may be provided, which may also be a heating process.
  • the fossil-heated steam generator 2 is advantageously designed as a continuous steam generator. It comprises a horizontally constructed combustion chamber 4, the heating gas side via a horizontal gas train 6 a vertical gas train 8 is connected downstream.
  • the lower region of the combustion chamber 4 is formed by a funnel 5 with an upper edge corresponding to the auxiliary line with the end points X and Y.
  • ash from the fossil fuel B can be discharged into a deashing device 7 arranged below it.
  • the enclosure walls 9 of the combustion chamber 4 are formed from gas-tight welded together, vertically arranged evaporator tubes 10.
  • a surrounding wall 9, the end wall 9A and two enclosing walls 9 are the side walls 9B of the combustion chamber 4 of the steam generator 2.
  • the evaporator tubes 10 of the side walls 9B of the combustion chamber 4 are divided into a first group 11A and a second group 11B.
  • the evaporator tubes 10 of the end wall 9A and the first group 11A of the evaporator tubes 10 are acted upon in parallel with flow medium S.
  • the second group 11B of the evaporator tubes 10 can be acted upon in parallel with flow medium S.
  • the evaporator tubes 10 of the end wall 9A and the first group 11A strömungsmediumsseitg the evaporator tubes 10 of the second group 11B upstream.
  • the side walls 12 of the horizontal gas flue 6 and / or the side walls 14 of the vertical gas flue 8 are formed from gas-tight welded together, vertically arranged steam generator tubes 16 and 17, respectively. Of the steam generator tubes 16, 17 while a number in parallel with flow medium S can be acted upon.
  • the second group 11B of the side walls 9B of the evaporator tubes 10 is preceded by a common inlet header system 18B for flow medium S downstream of an outlet header system 20B and downstream of an outlet header system 20B.
  • the entry collector systems 18A and 18B each comprise a number of parallel entry collectors.
  • a piping 19A For supplying flow medium S into the inlet header system 18A of the end face 9A of the combustion chamber 4 and the first group 11A of the evaporator tubes 10 of the side walls 9B of the combustion chamber 4, a piping 19A is provided.
  • the conduit system 19A includes a plurality of parallel-connected conduits, each connected to one of the inlet header of the inlet header system 18A.
  • the outlet header system 20A is connected on the output side to a line system 19B, which is suitable for feeding flow medium S into the Intake collector of the inlet header system 18B of the second group 11B of the evaporator tubes 10 of the side walls 9B of the combustion chamber 4 is provided.
  • the steam generator tubes 16, which can be acted upon in parallel with flow medium S, of the side walls 12 of the horizontal gas flue 6 are preceded by a common inlet header system 21 and are followed by a common outlet header system 22.
  • a line system 25 is provided for supplying flow medium S into the inlet header system 21 of the steam generator tubes 16.
  • the line system 25 also includes a plurality of parallel lines, which are each connected to one of the inlet header of the inlet header system 21.
  • the line system 25 is connected to the outlet header system 20B of the second group 11B of the evaporator tubes 10 of the side walls 9A of the combustion chamber 4. The heated flow medium S leaving the combustion chamber 4 is thus guided into the side walls 12 of the horizontal gas flue 6.
  • This embodiment of the continuous-flow steam generator 2 with inlet collector systems 13A, 18B and 21 and outlet collector systems 20A, 20B and 22 provides a particularly reliable pressure equalization between the parallel-connected evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4 and the parallel steam generator tubes 16 of the horizontal gas flue 6 in FIG the way possible that each parallel-connected evaporator or steam generator tubes 10 and 16 have the same total pressure loss. This means that in a more heated evaporator tube 10 or steam generator tube 16 compared to a less heated evaporator tube 10 or steam generator tube 16, the throughput must increase.
  • the evaporator tubes 10 have - as in FIG. 2 shown on its inside ribs 40, which form a kind multi-threaded and have a rib height R.
  • the pitch angle ⁇ between a perpendicular to the tube axis Level 42 and the flanks 44 of the arranged on the tube inside ribs 40 is less than 55 °.
  • the tube inner diameter D of the evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4 is selected depending on the respective position of the evaporator tubes 10 in the combustion chamber 4. In this way, the steam generator 2 is adapted to the different degrees of heating of the evaporator tubes 10.
  • This design of the evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4 ensures particularly reliable that temperature differences at the outlet of the evaporator tubes 10 are kept particularly low.
  • Adjacent evaporator or steam generator tubes 10, 16, 17 are gas-tight welded together in a manner not shown by fins.
  • the respective fin width namely the heating of the evaporator or steam generator tubes 10, 16, 17 can be influenced. Therefore, the respective fin width is adapted to a gas side specifiable heating profile, which depends on the position of the respective evaporator or steam generator tubes 10, 16, 17 in the steam generator.
  • the heating profile can be a typical heating profile determined from empirical values or else a rough estimate.
  • throttling devices As means for reducing the flow rate of the flow medium S, a part of the evaporator tubes 10 are equipped with throttling devices which are not closer in the drawing are shown.
  • the throttling devices are embodied as pinhole diaphragms reducing the inner diameter of the pipe D and, during operation of the steam generator 2, reduce the throughput of the flow medium S in underheated evaporator tubes 10, whereby the flow rate of the flow medium S is adapted to the heating.
  • the internal ribbing is designed such that a sufficient cooling of Evaporator pipe walls is ensured.
  • all the evaporator tubes 10 have approximately the same exit temperatures of the flow medium S with the above-mentioned measures.
  • the horizontal gas flue 6 has a number of Matterhitzersammlung inhabit designed as Schottsammlung lake 23, which are arranged in a hanging construction approximately perpendicular to the main flow direction 24 of the fuel gas G and whose tubes are connected in parallel for a flow of the flow medium S.
  • the superheater heating surfaces 23 are predominantly heated convectively and are downstream of the evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4 on the flow medium side.
  • the vertical gas flow 8 which can be flowed through from bottom to top by heating gas G, has a number of convection heating surfaces 26 which can be heated predominantly convectively 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 and integrated into the path of the flow medium S, which is not shown in detail in the drawing.
  • an economizer 28 is disposed in the vertical gas train 8 above the convection heating surfaces 26.
  • the economizer 28 is connected on the output side via a line system 19 to the evaporator tubes 10 associated with the inlet collector system 18.
  • one or more lines (not shown in detail in the drawing) of the line system 54 may have throttle bodies for reducing the flow rate of the flow medium S.
  • the vertical gas train 8 On the output side, the vertical gas train 8, which can be traversed from bottom to top in approximately vertical main flow direction 24 with heating gas G, is followed by a short connecting duct 50.
  • the connecting channel 50 connects the vertical gas train 8 with a housing 52.
  • a denitrification 54 for heating gas G is arranged on the input side.
  • the denitrification device 54 for heating gas G is connected via a feed 56 to an air preheater 60.
  • the air preheater 60 in turn is connected via a flue gas channel 62 to an electronic filter 62.
  • the denitrification device 54 for heating gas G is operated by the selective catalytic reduction process, the so-called SCR process.
  • SCR process nitrogen oxides (NO x ) are reduced to nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) by means of a catalyst and a reducing agent, for example ammonia.
  • the denitrification device 54 for heating gas G comprises a catalyst designed as DeNO x catalyst 64.
  • the DeNO x catalyst is arranged in the flow region of the heating gas G.
  • the denitrification device 54 for heating gas G has a metering system 66.
  • the dosing 66 comprises a reservoir 68 for ammonia water and a compressed air system 69.
  • the dosing system 66 is disposed above the DeNO x catalyst 64 in the denitrification 54.
  • the steam generator 2 is designed with a horizontal combustion chamber 4 with a particularly low height and thus can be built with very low production and assembly costs.
  • the combustion chamber 4 of the steam generator 2 to a number of burners 70 for fossil fuel B, which are arranged on the end wall 11 of the combustion chamber 4 in the height of the horizontal gas flue 6.
  • the length L of the combustion chamber 4 is selected such that it exceeds the burn-out length of the fuel B at full load operation of the steam generator 2.
  • the length L is the distance from the end wall 9A of the combustion chamber 4 to the inlet region 72 of the horizontal gas flue 6.
  • the burn-out length of the fuel B is defined as the fuel gas velocity in the horizontal direction at a certain mean heating gas temperature multiplied by the burn-out time t A of the fossil fuel B.
  • the maximum burn-out length for the respective steam generator 2 results during the full-load operation of the steam generator 2.
  • the burn-out time t A of the fuel B is the time required, for example, by a pulverized coal grain of medium size to completely burn out at a specific average heating gas temperature.
  • the burners 70 are supplied with fossil fuel B and air.
  • the air is preheated in the air preheater with the residual heat of the fuel gas G, and then, which is not shown in detail in the drawing, compressed and fed to the burners 70.
  • the flames F of the burner 70 are aligned horizontally.
  • a flow of the heating gas G produced during combustion is generated in an approximately horizontal main flow direction 24.
  • the heating gas G passes through the horizontal gas flue 6 in the vertical gas fl ow from bottom to top with hot gas G. 8. On the output side after the vertical gas train 8, the heating gas G passes through the connecting channel 50 in the denitration 54 for fuel G.
  • About the denitrification 54 for fuel gas G is a function of the fuel type of the steam generator 2 operating fuel B, a certain amount of ammonia water as reducing agent M injected by means of compressed air into the fuel gas G. This is necessary since the degree of separation of the nitrogen oxides (NO x ) depends on the type of fuel of the fossil fuel B operating the steam generator 2. In this way, a particularly reliable denitrification of the hot gas G is ensured under all operating conditions of the steam generator 2.
  • the purified fuel gas G1 leaves the denitrification 54 for fuel gas G via a feed 56, which opens into the air preheater 58.
  • the heating gas G leaves the air preheater 58 via the flue gas channel 60 and passes through the electronic filter 62 into the environment.
  • Flow medium S entering the economizer 28 passes via the line system 19A into the inlet header system 18A, which is assigned to the end wall 9A and the evaporator tubes 10 of the first group 11A of the side walls 9B of the combustion chamber 4 of the steam generator 2.
  • the resulting in the vertically arranged, gas-tight welded together evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4 of the steam generator 2 steam or a water-steam mixture is collected in the outlet collector system 20A for flow medium S.
  • the steam or the water-vapor mixture passes via the line system 19B in the inlet header system 18B, which is associated with the second group 11B of the evaporator tubes 10 of the side walls 9B of the combustion chamber 4.
  • the resulting in the vertically arranged, gas-tight welded together evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4 of the steam generator 2 steam or a water-steam mixture is in the outlet collector system 20B collected for flow medium S. From there, the steam or the water-vapor mixture passes through the line system 25 in the steam generator tubes 16 of the side walls 12 of the horizontal gas train associated with inlet collector system 21.
  • the resulting in the evaporator tubes 16 steam or water-steam mixture passes the outlet collector system 22 into the walls of the vertical gas flue 8 and from there in turn into the superheater heating surfaces 23 of the horizontal flue 6. In the superheater heating 23 further overheating of the steam, which is then a use, for example, the drive of a steam turbine is supplied.
  • the steam generator 2 is ensured by the choice of the length L of the combustion chamber 4 in response to the BMCR value W of the steam generator 2 that the heat of combustion of the fossil fuel B is utilized particularly reliable.
  • the steam generator 2 by its horizontal combustion chamber 4 and the denitrification device 54 immediately downstream of the vertical gas train 8 has a particularly small footprint. In this case, a particularly reliable denitration of the heating gas G is ensured in a particularly simple manner in all operating states of the steam generator 2.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger mit einer Entstickungseinrichtung für Heizgas und mit einer Brennkammer für fossilen Brennstoff, der heizgasseitig über einen Horizontalgaszug und einen Vertikalgaszug die Entstickungseinrichtung für Heizgas nachgeschaltet ist.The invention relates to a steam generator with a denitrification device for heating gas and with a combustion chamber for fossil fuel, the hot gas side via a horizontal gas train and a vertical gas train denitrification is followed by heating gas.

Dokument US 3527261 offenbart z.B. einen Dampferzeuger in kompakter Bauweise mit einem Horizontalgaszug und einem nachgeschalteten Vertikalgaszug, jedoch ohne Entstickungseinrichtung.document US 3527261 For example, discloses a steam generator in a compact design with a horizontal gas train and a downstream vertical gas train, but without denitrification.

Bei einer Kraftwerksanlage mit einem Dampferzeuger wird das bei der Verbrennung eines fossilen Brennstoffs erzeugte Heizgas zur Verdampfung von einem Strömungsmedium im Dampferzeuger genutzt. Der Dampferzeuger weist zur Verdampfung des Strömungsmediums Verdampferrohre auf, deren Beheizung mit Heizgas zu einer Verdampfung des darin geführten Strömungsmediums führt. Der durch den Dampferzeuger bereitgestellte 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 betrieben. Im Falle eines Generators kann der durch den Generator erzeugte Strom zur Einspeisung in ein Verbund- und/oder Inselnetz vorgesehen sein.In a power plant with a steam generator, the fuel gas generated during the combustion of a fossil fuel is used for the evaporation of a flow medium in the steam generator. The steam generator has evaporator tubes for the evaporation of the flow medium, the heating of which leads with heating gas to an evaporation of the flow medium guided therein. The steam provided by the steam generator can in turn be provided, for example, for a connected external process or else for the drive of a steam turbine. If the steam drives a steam turbine, usually a generator or a working machine is operated via the turbine shaft of the steam turbine. In the case of a generator, the power generated by the generator may be provided for feeding into a composite and / or island grid.

Der Dampferzeuger kann dabei als Durchlaufdampferzeuger ausgebildet 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 Verdampferrohren vorgesehenen Dampferzeugerrohren zu einer Verdampfung des Strömungsmediums in den Dampferzeugerrohren in einem einmaligen Durchlauf.The steam generator can be designed as a continuous steam generator. A continuous steam generator is 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 , known. In a continuous steam generator, the heating of steam generator tubes provided as evaporator tubes leads to an evaporation of the flow medium in the steam generator tubes in a single pass.

Dampferzeuger werden üblicherweise mit einer Brennkammer 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 Heizgasstroms in eine annähernd horizontale Strömungsrichtung erfolgt. Derartige Brennkammern erfordern jedoch im allgemeinen aufgrund der temperaturbedingten Längenänderungen der Brennkammer ein Gerüst, an dem die Brennkammer aufgehängt wird. Dies bedingt einen erheblichen technischen Aufwand bei der Herstellung und Montage des Dampferzeugers, der um so größer ist, je größer die Bauhöhe des Dampferzeugers ist.Steam generators are usually designed with a combustion chamber in a vertical construction. This means that the combustion chamber is designed for a flow through the heating medium or heating gas in approximately vertical direction. Heizgasseitig the combustion chamber can be followed by a horizontal gas train, wherein the transition from the combustion chamber in the horizontal gas train, a deflection of the Heizgasstroms takes place in an approximately horizontal flow direction. However, such combustors generally require due to the temperature-induced changes in length of the combustion chamber, a scaffold on which the combustion chamber is suspended. This requires a considerable technical effort in the production and installation of the steam generator, which is the greater, the greater the height of the steam generator.

Ein besonderes Problem stellt die Auslegung der Umfassungswand des Gaszuges oder Brennkammer des Dampferzeugers im Hinblick auf die dort auftretenden Rohrwand- oder Materialtemperaturen dar. Im unterkritischen Druckbereich bis etwa 200 bar wird die Temperatur der Umfassungswand der Brennkammer im wesentlichen von der Höhe der Sättigungstemperatur des Wassers bestimmt. Dies wird beispielsweise durch die Verwendung von Verdampferrohren erzielt, die auf ihrer Innenseite eine Oberflächenstruktur aufweisen. Dazu kommen insbesondere innberippte Verdampferrohre in Betracht, deren Einsatz in einem Durchlaufdampferzeuger beispielsweise aus dem oben zitierten Aufsatz bekannt ist. Diese sogenannten Rippenrohre, d.h. Rohre mit einer berippten Innenoberfläche, haben einen besonders guten Wärmeübergang von der Rohrinnenwand zum Strömungsmedium.A particular problem is the design of the enclosure wall of the gas flue or combustion chamber of the steam generator with respect to the pipe wall or material temperatures occurring there. In the subcritical pressure range up to about 200 bar, the temperature of the peripheral wall of the combustion chamber is essentially determined by the height of the saturation temperature of the water , This is achieved, for example, by the use of evaporator tubes which have a surface structure on their inside. For this purpose, in particular innberippte evaporator tubes into consideration, their use in a continuous steam generator, for example, from the above cited essay is known. These so-called finned tubes, i. Tubes with a ribbed inner surface have a particularly good heat transfer from the tube inner wall to the flow medium.

Zur Stickoxidminderung des Heizgases des fossilen Brennstoffs kann das Verfahren der Selektiven Katalytischen Reduktion, das sogenannte SCR-verfahren, eingesetzt werden. Bei dem SCR-Verfahren werden Stickoxide (NOx) mit Hilfe eines Reduktionsmittels, beispielsweise Ammoniak, und eines Katalysators zu Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) reduziert.For nitrogen oxide reduction of the fuel gas of the fossil fuel, the process of selective catalytic reduction, the so-called SCR process, can be used. In the SCR process, nitrogen oxides (NO x ) are reduced to nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) by means of a reducing agent, such as ammonia, and a catalyst.

Bei einem für ein SCR-Verfahren ausgelegten Dampferzeuger ist üblicherweise nach dem als Konvektionszug ausgebildeten Heizgaskanal, wo üblicherweise das Heizgas eine Temperatur von etwa 320 bis 400 °C aufweist, eine Entstickungseinrichtung für Heizgas mit einem Katalysator angeordnet. Der Katalysator der Entstickungseinrichtung für Heizgas dient dazu, eine Reaktion zwischen dem in dem Heizgas eingebrachten Reduktionsmittel und den Stickoxiden des Heizgases einzuleiten und/oder aufrechtzuerhalten. Das zum SCR-Verfahren benötigte Reduktionsmittel wird dabei üblicherweise mit Luft als Trägerstrom in das den Gaszug durchströmende Heizgas eingedüst. Die Stickoxid-Emission des Dampferzeugers ist jedoch in der Regel abhängig von der Art des verbrannten fossilen Brennstoffs. Um die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte einzuhalten, wird daher üblicherweise die einzudüsende Reduktionsmittelmenge in Abhängigkeit von dem eingesetzten fossilen Brennstoff variiert.In a steam generator designed for an SCR process, a denitrification device for heating gas with a catalytic converter is usually arranged after the heating gas duct designed as convection draft, where usually the heating gas has a temperature of about 320 to 400 ° C. The catalyst of the denitration device for heating gas serves to initiate and / or maintain a reaction between the reducing agent introduced in the heating gas and the nitrogen oxides of the heating gas. The reducing agent required for the SCR process is usually injected with air as a carrier stream into the hot gas flowing through the gas train. However, the nitrogen oxide emission of the steam generator is usually dependent on the type of fossil fuel burned. In order to comply with the statutory limits, therefore, usually the einzudüsende amount of reducing agent is varied depending on the fossil fuel used.

Eine ausgangsseitig nach dem Konvektionszug angeordnete Entstickungseinrichtung für Heizgas erfordert jedoch einen erheblichen Konstruktions- und Herstellungsaufwand für den jeweiligen Dampferzeuger. Denn die Entstickungseinrichtung muß dort im Dampferzeuger angeordnet werden, wo sie bei allen Betriebszuständen des Dampferzeugers einen besonders hohen Reinigungseffekt auf das Heizgas ausüben kann. Dies ist üblicherweise dort der Fall, wo das Heizgas eine Temperatur im Bereich von etwa 320 bis 400 °C aufweist. Außerdem vergrößert sich der Herstellungsaufwand eines Dampferzeugers, wenn dieser neben üblichen Komponenten zusätzlich eine Entstickungseinrichtung aufweist.However, a denitrification device for heating gas arranged on the output side after the convection pass requires considerable design and production effort for the respective steam generator. Because the denitrification must be placed there in the steam generator, where it can exert a particularly high cleaning effect on the fuel gas at all operating conditions of the steam generator. This is usually the case where the heating gas has a temperature in the range of about 320 to 400 ° C. In addition, the production cost of a steam generator increases when this addition to conventional components additionally has a denitrification.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen fossilbeheizten Dampferzeuger der oben genannten Art anzugeben, der einen besonders geringen Konstruktions- und Herstellungsaufwand erfordert, und bei dem besonders zuverlässig eine Reinigung des Heizgases des fossilen Brennstoffs gewährleistet ist, bevor diese den Dampferzeuger ausgangsseitig verlassen.The invention is therefore an object of the invention to provide a fossil-fired steam generator of the type mentioned above, which requires a particularly low design and manufacturing costs, and in the particularly reliable cleaning of the fuel gas of the fossil fuel is guaranteed before they leave the steam generator on the output side.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Brennkammer des Dampferzeugers eine Anzahl von in der Höhe des Horizontalgaszugs angeordneten Brennern umfaßt, wobei der Vertikalgaszug für eine annähernd vertikale Strömung des Heizgases von unten nach oben und die Entstickungseinrichtung für Heizgas für eine annähernd vertikale Strömung des Heizgases von oben nach unten ausgelegt ist.This object is achieved by the combustion chamber of the steam generator comprises a number of arranged in the height of the horizontal flue burners, the vertical gas flue for an approximately vertical flow of the heating gas from bottom to top and denitrification of heating gas for an approximately vertical flow of the fuel gas top down is designed.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß ein mit besonders geringem Herstellungs- und Montageaufwand erstellbarer Dampferzeuger eine mit einfachen Mitteln ausführbare Aufhängekonstruktion aufweisen sollte. Ein mit vergleichsweise geringem technischem Aufwand zu erstellendes Gerüst für die Aufhängung der Brennkammer kann dabei einhergehen mit einer besonders geringen Bauhöhe des Dampferzeugers. Eine besonders geringe Bauhöhe des Dampferzeugers ist erzielbar, indem die Brennkammer in horizontaler Bauweise ausgeführt ist. Hierzu sind die Brenner in der Höhe des Horizontalgaszugs in der Brennkammerwand angeordnet. Somit wird die Brennkammer beim Betrieb des Dampferzeugers in annähernd horizontaler Richtung von dem Heizgas durchströmt.The invention is based on the consideration that a producible with particularly low manufacturing and assembly costs steam generator should have a executable with simple means suspension structure. A scaffold for the suspension of the combustion chamber to be created with comparatively little technical effort can be accompanied by a particularly low overall height of the steam generator. A particularly low height of the steam generator can be achieved by the combustion chamber is designed in a horizontal design. For this purpose, the burners are arranged in the height of the horizontal gas flue in the combustion chamber wall. Thus, the combustion chamber is flowed through during operation of the steam generator in approximately horizontal direction of the heating gas.

Für eine besonders zuverlässige Reinigung des Heizgases des fossilen Brennstoffs sollte die Entstickungseinrichtung für Heizgas ausgangsseitig nach dem Vertikalgaszug angeordnet sein. Ausgangsseitig nach dem Vertikalgaszug weist nämlich das Heizgas Temperaturen auf, bei denen eine Reinigung des Heizgases mit geringem technischen Aufwand besonders effektiv erfolgt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß für eine besonders geringe Bauhöhe des Dampferzeugers die Entstickungseinrichtung für Heizgas für eine annähernd vertikale Strömung des Heizgases von oben nach unten ausgelegt sein sollte. Hierdurch ist eine Eindüsung der bei dem SCR-Verfahren erforderlichen Flüssigkeit mit Ammoniakanteilen entlang der Haupströmungsrichtung des Heizgases möglich, wodurch die vertikale Ausdehnung der Entstickungseinrichtung besonders gering ausfällt.For a particularly reliable cleaning of the fuel gas of the fossil fuel, the denitrification device for heating gas should be arranged on the output side after the vertical gas train. On the output side after the vertical gas train, namely, the heating gas to temperatures at which a cleaning of the fuel gas is particularly effective with little technical effort. It should be noted that for a particularly low height of the steam generator Entstickungseinrichtung for heating gas should be designed for an approximately vertical flow of the fuel gas from top to bottom. This results in an injection of the liquid required in the SCR process with ammonia components along the main flow direction of the fuel gas possible, whereby the vertical extent of the denitrification precipitates particularly low.

Bei einem Dampferzeuger mit einer Brennkammer, die in annähernd horizontaler Hauptströmungsrichtung von Heizgas durchströmbar ist, strömen nun aber die Heizgase nach Verlassen des Horizontalgaszugs im Vertikalgaszug abwärts. Um nun das Heizgas in der Entstickungseinrichtung für Heizgas annähernd vertikal von oben nach unten strömen zu lassen ist daher ein Kanal für das Heizgas erforderlich, in dem das Heizgas ausgangsseitig nach dem Vertikalgaszug von unten nach oben geführt wird um dann in die von oben nach unten durchströmbare Entstickungseinrichtung für Heizgas zu gelangen. Dieser zusätzliche Kanal ist nicht erforderlich, wenn der Vertikalgaszug für eine annähernd vertikale Strömung des Heizgases von unten nach oben und die für das Heizgas vorgesehene Entstikkungseinrichtung für eine annähernd vertikale Strömung des Heizgases von oben nach unten ausgelegt ist.In a steam generator with a combustion chamber, which can be flowed through in nearly horizontal main flow direction of heating gas, but now flow the hot gases after leaving the Horizontalgaszugs in the vertical gas train downwards. In order to allow the heating gas in the denitrification for heating gas to flow approximately vertically from top to bottom, therefore, a channel for the heating gas is required, in which the heating gas on the output side after the vertical gas is passed from bottom to top and then in the durchströmbare from top to bottom Denitrification device for heating gas to arrive. This additional channel is not required if the vertical gas flue is designed for an approximately vertical flow of the heating gas from bottom to top and provided for the heating gas Entstikkungseinrichtung for an approximately vertical flow of the heating gas from top to bottom.

Vorteilhafterweise ist das die Entstickungseinrichtung für Heizgas verlassende gereinigte Heizgas zur Erwärmung von Luft in einem Luftvorwärmer einsetzbar. Der Luftvorwärmer sollte dabei in besonders platzsparender Weise direkt unterhalb der Entstickungseinrichtung für Heizgas angeordnet werden. Die vorgewärmte Luft ist den Brennern des Dampferzeugers für die Verbrennung des fossilen Brennstoffs zuzuführen. Wird den Brennern warme Luft im Gegensatz zu kalter Luft bei der Verbrennung des fossilen Brennstoffs zugeführt, so steigt der Gesamtwirkungsgrad des Dampferzeugers.Advantageously, the purified fuel gas leaving the denitrification device for heating gas can be used to heat air in an air preheater. The air preheater should be arranged in a particularly space-saving manner directly below the Entstickungseinrichtung for heating gas. The preheated air is to be supplied to the burners of the steam generator for the combustion of the fossil fuel. If warm air is supplied to the burners as opposed to cold air during combustion of the fossil fuel, the overall efficiency of the steam generator increases.

Die Entstickungseinrichtung für Heizgas umfaßt vorteilhafterweise einen DeNOx-Katalysator. Denn dann kann eine Stickoxidminderung des den Dampferzeuger verlassenden Heizgases in besonders einfacher Weise beispielsweise mit dem Verfahren der Selektiven Katalytischen Reduktion durchgeführt werden.The denitrification device for heating gas advantageously comprises a DeNO x catalyst. For then a reduction in nitrogen oxide of the hot gas leaving the steam generator can be carried out in a particularly simple manner, for example with the method of Selective Catalytic Reduction.

Die Umfassungswände der Brennkammer sind vorteilhafterweise aus gasdicht miteinander verschweißten, vertikal angeordneten Verdampferrohren gebildet, von denen jeweils eine Anzahl parallel mit Strömungsmedium beaufschlagbar ist.The enclosing walls of the combustion chamber are advantageously formed of gas-tight welded together, vertically arranged evaporator tubes, each of which a number can be acted upon in parallel with flow medium.

Vorteilhafterweise ist eine Umfassungswand der Brennkammer die Stirnwand und zwei Umfassungswände der Brennkammer sind die Seitenwände, wobei die Seitenwände jeweils in eine erste Gruppe und in eine zweite Gruppe der Verdamperrohre unterteilt sind, wobei die Stirnwand und die erste Gruppe der Verdamperrohre parallel mit Strömungsmedium beaufschlagbar und der parallel mit Strömungsmedium beaufschlagbaren, zweiten Gruppe der Verdampferrohre strömungsmediumsseitig vorgeschaltet sind. Dadurch ist eine besonders günstige Kühlung der Stirnwand gewährleistet.Advantageously, a peripheral wall of the combustion chamber is the end wall and two surrounding walls of the combustion chamber are the side walls, wherein the side walls are each subdivided into a first group and a second group of Verdamperrohre, the end wall and the first group of Verdamperrohre be acted upon in parallel with flow medium and the be acted upon in parallel flow medium, the second group of evaporator tubes upstream of the flow medium. This ensures a particularly favorable cooling of the end wall.

Vorteilhafterweise ist den jeweils parallel mit Strömungsmedium beaufschlagbaren Verdampferrohren strömungsmediumsseitig ein gemeinsames Eintrittssammler-System vorgeschaltet und ein gemeinsames 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 Strömungsmediums bei der Durchströmung der Verdampferrohre.Advantageously, each of the evaporator tubes, which can be acted upon in parallel with flow medium, is preceded by a common inlet collector system on the flow medium side and a common outlet collector system connected downstream. A designed in this embodiment steam generator allows reliable pressure equalization between the parallel connected evaporator tubes and thus a particularly favorable distribution of the flow medium in the flow through the evaporator tubes.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Rohrinnendurchmesser einer Anzahl der Verdampferrohre der Brennkammer abhängig von der jeweiligen Position der Verdampferrohre in der Brennkammer gewählt. Auf diese Weise sind die Verdampferrohre in der Brennkammer an ein gasseitig vorgebbares Beheizungsprofil anpaßbar. Mit dem hierdurch bewirkten Einfluß auf die Durchströmung der Verdampferrohre sind besonders zuverlässig Temperaturunterschiede am Auslaß der Verdampferrohre der Brennkammer gering gehalten.In a further advantageous embodiment, the tube inner diameter of a number of evaporator tubes of the combustion chamber is selected depending on the respective position of the evaporator tubes in the combustion chamber. In this way, the evaporator tubes in the combustion chamber can be adapted to a gas-side predefinable heating profile. With the effect thereby effected on the flow through the evaporator tubes, temperature differences at the outlet of the evaporator tubes of the combustion chamber are kept particularly low.

Für eine besonders gute Wärmeübertragung von der Wärme der Brennkammer auf das in den Verdampferrohren geführte Strömungsmedium weist vorteilhafterweise 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°.For a particularly good heat transfer from the heat of the combustion chamber to the guided into the evaporator tubes flow medium advantageously has a number of evaporator tubes on its inner side in each case a mehrgängiges thread forming ribs. In this case, a pitch angle α between a plane perpendicular to the tube axis and the flanks of the arranged on the tube inside ribs is advantageously less than 60 °, preferably less than 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 Rohrwand nicht mehr aufrechterhalten werden. Bei fehlender Benetzung kann eine stellenweise trockene Rohrwand vorliegen. Der Übergang zu einer derartigen trockenen Rohrwand führt zu einer Art Wärmeübergangskrise mit verschlechtertem Wärmeübergangsverhalten, so daß im allgemeinen die Rohrwandtemperaturen an dieser Stelle besonders stark ansteigen. In einem innenberippten 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 erfährt. Aufgrund der unterschiedlichen Zentrifugalkraft wird der Wasser- vom Dampfanteil separiert und an die Rohrwand gedrückt. Dadurch wird die Benetzung der Rohrwand bis zu hohen Dampfgehalten aufrechterhalten, so daß am Ort der Wärmeübergangskrise bereits hohe Strömungsgeschwindigkeiten vorliegen. Das bewirkt trotz der Wärmeübergangskrise einen guten Wärmeübergang und als Folge niedrige Rohrwandtemperaturen.In a heated, designed as an evaporator tube without Innenberippung, a so-called smooth tube, evaporator tube can namely no longer be maintained by a certain vapor content of the required for a particularly good heat transfer wetting the tube wall. If there is no wetting, there may be a partially dry pipe wall. The transition to such a dry pipe wall leads to a kind of heat transfer crisis with deteriorated heat transfer behavior, so that in general increase the pipe wall temperatures at this point particularly strong. In an internally ribbed pipe, however, this crisis of heat transfer now occurs only at a steam mass content> 0.9, ie shortly before the end of the evaporation, compared to a smooth pipe. This is due to the spin experienced by the flow through the spiral ribs. Due to the different centrifugal force, the water is separated from the vapor component and pressed against the pipe wall. As a result, the wetting of the pipe wall is maintained up to high vapor contents, so that there are already high flow velocities at the location of the heat transfer crisis. This causes a good heat transfer despite the heat transfer crisis and as a consequence low pipe wall temperatures.

Eine Anzahl der Verdampferrohre der Brennkammer weist vorteilhafterweise Mittel zum Reduzieren des Durchflusses des Strömungsmediums auf. Dabei erweist es sich als besonders günstig, 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.A number of the evaporator tubes of the combustion chamber advantageously has 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, for example, internals in be the evaporator tubes, which reduce the pipe inside diameter at a point inside the respective evaporator tube.

Dabei erweisen sich auch Mittel zum Reduzieren des Durchflusses in einem mehrere parallele Leitungen umfassenden Leitungssystem als vorteilhaft, durch das den Verdampferrohren der Brennkammer Strömungsmedium zuführbar ist. Dabei kann das Leitungssystem auch einem Eintrittssammler-System von parallel mit Strömungsmedium beaufschlagbaren Verdampferrohren vorgeschaltet sein. In einer Leitung oder in mehreren Leitungen des Leitungssystems können dabei beispielsweise Drosselarmaturen vorgesehen sein. Mit solchen Mitteln zum Reduzieren des Durchflusses des Strömungsmediums durch die Verdampferrohre läßt sich eine Anpassung des Durchsatzes des Strömungsmediums durch einzelne Verdampferrohre an deren jeweilige Beheizung in der Brennkammer herbeiführen. Dadurch sind zusätzlich Temperaturunterschiede des Strömungsmediums am Austritt der Verdampferrohre besonders zuverlässig besonders gering gehalten.In this case, also prove to be means for reducing the flow in a multiple parallel lines piping system advantageous, through which the evaporator tubes of the combustion chamber flow medium can be supplied. In this case, the line system can also be connected upstream of an inlet collector system of evaporator tubes which can be acted upon in parallel with flow medium. In one line or in several lines of the line system, for example, throttle valves can be provided. With such means for reducing the flow of the flow medium through the evaporator tubes, an adjustment of the flow rate of the flow medium can be caused by individual evaporator tubes to their respective heating in the combustion chamber. As a result, temperature differences of the flow medium at the outlet of the evaporator tubes are particularly reliably kept particularly low.

Die Seitenwände des Horizontalgaszugs und/oder des Vertikalgaszugs sind vorteilhafterweise aus gasdicht miteinander verschweißten, vertikal angeordneten Dampferzeugerrohren gebildet, von denen jeweils eine Anzahl parallel mit Strömungsmedium beaufschlagbar ist.The side walls of the horizontal gas flue and / or the vertical gas flue are advantageously formed of gas-tight welded together, vertically arranged steam generator tubes, each of which a number can be acted upon in parallel with flow medium.

Benachbarte Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre sind vorteilhafterweise über Metallbänder, sogenannte Flossen, gasdicht miteinander verschweißt. Die Flossenbreite beeinflußt den Wärmeeintrag in die Dampferzeugerrohre. Daher ist die Flossenbreite vorzugsweise abhängig von der Position der jeweiligen Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre im Dampferzeuger an ein gasseitig vorgebbares Beheizungs- und/oder Temperatur profil angepaßt. Als Beheizungs- und/oder Temperaturprofil kann dabei ein aus Erfahrungswerten ermitteltes typisches Beheizungs- und/oder Temperaturprofil oder auch eine grobe Abschätzung, wie beispielsweise ein stufenförmiges Beheizungs- und/oder Temperaturprofil, vorgegeben sein. Durch die geeignet gewählten Flossenbreiten ist auch bei stark unterschiedlicher Beheizung verschiedener Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre ein Wärmeeintrag 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.Adjacent evaporator or steam generator tubes are advantageously welded together via metal bands, so-called fins, gas-tight. The fin width affects the heat input into the steam generator tubes. Therefore, the fin width is preferably adapted depending on the position of the respective evaporator or steam generator tubes in the steam generator to a gas-side prescribable heating and / or temperature profile. As a heating and / or temperature profile, a typical heating and / or temperature profile determined from empirical values or else a rough estimate, such as a step-shaped heating and / or temperature profile, be given. Due to the suitably chosen fin widths, heat input into all evaporator or steam generator tubes is achievable even with very different heating of different evaporator or steam generator tubes, so that temperature differences at the outlet of the evaporator or steam generator tubes are kept particularly low. In this way, premature material fatigue is reliably prevented. As a result, the steam generator on a particularly long life.

In dem Horizontalgaszug sind vorteilhafterweise eine Anzahl von Überhitzerheizflächen angeordnet, deren Rohre annähernd quer zur Hauptströmungsrichtung des Heizgases angeordnet und für eine Durchströmung des Strömungsmediums parallel geschaltet sind. Diese in hängender Bauweise angeordneten, auch als Schottheizflächen bezeichneten, Überhitzerheizflächen werden überwiegend konvektiv beheizt und sind strömungsmediumsseitig den Verdampferrohren der Brennkammer nachgeschaltet. Hierdurch ist eine besonders günstige Ausnutzung der Heizgaswärme gewährleistet.In the horizontal gas train, a number of superheater heating surfaces are advantageously arranged, whose tubes are arranged approximately transversely to the main flow direction of the heating gas and connected in parallel for a flow through the flow medium. These arranged in a hanging design, also referred to as Schottheizflächen, superheater heating surfaces are heated predominantly convective and downstream of the evaporator tubes of the combustion chamber downstream of the combustion chamber. As a result, a particularly favorable utilization of the heating gas heat is ensured.

Vorteilhafterweise weist der Vertikalgaszug eine Anzahl von Konvektionsheizflächen auf, die aus annähernd quer zur Hauptströmungsrichtung des Heizgases angeordneten Rohren gebildet sind. Die Rohre einer Konvektionsheizfläche sind dabei für eine Durchströmung des Strömungsmediums parallel geschaltet. Auch diese Konvektionsheizflächen werden überwiegend konvektiv beheizt.Advantageously, the vertical gas train has a number of convection heating surfaces, which are formed from tubes arranged approximately transversely to the main flow direction of the heating gas. The tubes of a convection heating surface are connected in parallel for a flow through the flow medium. These convection heating surfaces are heated predominantly convection.

Um weiterhin eine besonders vollständige Ausnutzung der Wärme des Heizgases zu gewährleisten, weist der Vertikalgaszug vorteilhafterweise einen Economizer auf.In order to further ensure a particularly complete utilization of the heat of the hot gas, the vertical gas train advantageously has an economizer.

Vorteilhafterweise sind die Brenner an der Stirnwand der Brennkammer angeordnet, also an derjenigen Umfassungswand der Brennkammer, die der Abströmöffnung zum Horizontalgaszug gegenüberliegt. Ein derartig ausgebildeter Dampferzeuger ist auf besonders einfache Weise an die Ausbrandlänge des Brennstoffs anpaßbar. Unter Ausbrandlänge des fossilen Brennstoffs ist dabei die Heizgasgeschwindigkeit in horizontaler Richtung bei einer bestimmten mittleren Heizgastemperatur multipliziert mit der Ausbrandzeit tA des fossilen Brennstoffs zu verstehen. Die für den jeweiligen Dampferzeuger maximale Ausbrandlänge ergibt sich dabei bei der Dampfleistung des Dampferzeugers bei Vollast, dem sogenannten Vollastbetrieb des Dampferzeugers. Die Ausbrandzeit tA wiederum ist die Zeit, die beispielsweise ein Kohlenstaubkorn benötigt, um bei einer bestimmten mittleren Heizgastemperatur vollständig auszubrennen.Advantageously, the burners are arranged on the end wall of the combustion chamber, that is on that surrounding wall of the combustion chamber, which is opposite to the outflow opening to the horizontal gas flue. Such a trained steam generator can be adapted in a particularly simple manner to the Ausbrandlänge of the fuel. Under burn-off length of the fossil fuel while the fuel gas velocity in the horizontal direction at a certain average heating gas temperature multiplied by the burn time t A of the fossil fuel to understand. The maximum burn-out length for the respective steam generator results in the steam output of the steam generator at full load, the so-called full-load operation of the steam generator. The burn-out time t A, in turn, is the time that, for example, a pulverized coal particle needs to completely burn out at a certain average heating gas temperature.

Um Materialschäden und eine unerwünschte Verschmutzung des Horizontalgaszuges, beispielsweise aufgrund des Eintrags von schmelzflüssiger Asche einer hohen Temperatur, besonders gering zu halten, ist die durch den Abstand von der Stirnwand zum Eintrittsbereich des Horizontalgaszuges definierte Länge L der Brennkammer vorteilhafterweise mindestens gleich der Ausbrandlänge des Brennstoffs beim Vollastbetrieb des Dampferzeugers. Diese Länge L der Brennkammer wird im allgemeinen größer als die Höhe der Brennkammer, gemessen von der Trichteroberkante bis zur Brennkammerdecke, betragen.In order to keep material damage and an undesirable contamination of the horizontal gas flue, for example due to the entry of molten ash of a high temperature, particularly low, the defined by the distance from the end wall to the inlet region of the horizontal flue length L of the combustion chamber is advantageously at least equal to the burn-out length of the fuel Full load operation of the steam generator. This length L of the combustion chamber will generally be greater than the height of the combustion chamber, measured from the funnel upper edge to the combustion chamber ceiling.

Die Länge L (angegeben in m) der Brennkammer ist zur besonders günstigen Ausnutzung der Verbrennungswärme des fossilen Brennstoffs in einer vorteilhaften Ausgestaltung als Funktion des BMCR-Wertes W (angegeben in kg/s) des Dampferzeugers, der Ausbrandzeit tA (angegeben in s) des Brennstoffs und der Austrittstemperatur TBRK (angegeben in °C) des Heizgases aus der Brennkammer gewählt. BMCR steht für Boiler maximum continuous rating und ist der international üblicherweise verwendete Begriff für die höchste Dauerleistung eines Dampferzeugers. Diese entspricht auch der Auslegungsleistung, also der Leistung bei Vollastbetrieb des Dampferzeugers. Dabei gilt bei gegebenem BMCR-Wert W des Dampferzeugers für die Länge L der Brennkammer näherungsweise der größere Wert der beiden Funktionen (I) und (II): L W t A = C 1 + C 2 W t A

Figure imgb0001

und L W T BRK = C 3 T BRK + C 4 W + C 5 T BRK 2 + C 6 T BRK + C 7
Figure imgb0002

mit

  • C1 = 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
  • C5 = 3 · 10-4 m/ (°C)2 und
  • C6 = -0,842 m/°C und
  • C7= 603,41 m.
The length L (indicated in m) of the combustion chamber is for particularly favorable utilization of the combustion heat of the fossil fuel in an advantageous embodiment as a function of the BMCR value W (indicated in kg / s) of the steam generator, the burn-out time t A (indicated in s) of the fuel and the outlet temperature T BRK (indicated in ° C) of the heating gas selected from the combustion chamber. BMCR stands for Boiler maximum continuous rating and is the internationally commonly used term for the highest continuous output of a steam generator. This also corresponds to the design performance, ie the power at full load operation of the steam generator. In this case, given a BMCR value W of the steam generator for the length L of the Combustion chamber approximately the greater value of the two functions (I) and (II): L W t A = C 1 + C 2 W t A
Figure imgb0001

and L W T BRK = C 3 T BRK + C 4 W + C 5 T BRK 2 + C 6 T BRK + C 7
Figure imgb0002

With
  • C 1 = 8 m / s and
  • C 2 = 0.0057 m / kg and
  • C 3 = -1.905 · 10 -4 (m · s) / (kg ° C) and
  • C 4 = 0.286 (s · m) / kg and
  • C 5 = 3 × 10 -4 m / (° C) 2 and
  • C 6 = -0.842 m / ° C and
  • C 7 = 603.41 m.

Unter "näherungsweise" ist hierbei eine zulässige Abweichung vom durch die jeweilige Funktion definierten Wert um +20%/-10% zu verstehen.By "approximate" is meant a permissible deviation of the value defined by the respective function by + 20% / - 10%.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die horizontale Brennkammer und den für eine annähernd vertikale Strömungsrichtung des Heizgases von unten nach oben ausgelegten Vertikalgaszug der Dampferzeuger einen besonders geringen Platzbedarf aufweist. Diese besonders kompakte Bauweise des Dampferzeugers ermöglicht bei Einbindung des Dampferzeugers in eine Dampfturbinenanlage besonders kurze Verbindungsrohre von dem Dampferzeuger zu der Dampfturbine.The advantages achieved by the invention are in particular that has a particularly small footprint through the horizontal combustion chamber and designed for an approximately vertical flow direction of the fuel gas from bottom to top vertical gas train of the steam generator. This particularly compact design of the steam generator allows for integration of the steam generator in a steam turbine plant particularly short connecting pipes from the steam generator to the steam turbine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1
schematisch einen fossil beheizten Dampferzeuger in Zweizugbauart in Seitenansicht und
FIG 2
schematisch einen Längsschnitt durch ein einzelnes Verdampferrohr und
FIG 3
ein Koordinatensystem mit den Kurven K1 bis K6.
An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
FIG. 1
schematically a fossil-heated steam generator in Zweizugbauart in side view and
FIG. 2
schematically a longitudinal section through a single evaporator tube and
FIG. 3
a coordinate system with the curves K 1 to K 6 .

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Der Dampferzeuger 2 gemäß Figur 1 ist einer nicht näher dargestellten Kraftwerksanlage zugeordnet, die auch eine Dampfturbinenanlage umfaßt. Der im Dampferzeuger 2 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 Einspeisung 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, bei dem es sich auch um einen Heizprozeß handeln kann.The steam generator 2 according to FIG. 1 is associated with a power plant not shown, which also includes a steam turbine plant. The steam generated in the steam generator 2 is used to drive the steam turbine, which in turn drives a generator for generating electricity. The electricity generated by the generator is provided for feeding into a network or an island network. Furthermore, a diversion of a subset of the steam for feeding into an external process connected to the steam turbine plant may be provided, which may also be a heating process.

Der fossil beheizte Dampferzeuger 2 ist vorteilhafterweise als Durchlaufdampferzeuger ausgeführt. Er umfaßt eine in horizontaler Bauweise ausgeführte Brennkammer 4, der heizgasseitig über einen Horizontalgaszug 6 ein Vertikalgaszug 8 nachgeschaltet ist. Der untere Bereich der Brennkammer 4 ist durch einen Trichter 5 mit einer Oberkante entsprechend der Hilfslinie mit den Endpunkten X und Y gebildet. Durch den Trichter 5 kann beim Betrieb des Dampferzeugers 2 Asche des fossilen Brennstoffs B in eine darunter angeordnete Entaschungseinrichtung 7 abgeführt werden. Die Umfassungswände 9 der Brennkammer 4 sind aus gasdicht miteinander verschweißten, vertikal angeordneten Verdampferrohren 10 gebildet. Dabei ist eine Umfassungswand 9 die Stirnwand 9A und zwei Umfassungswände 9 sind die Seitenwände 9B der Brennkammer 4 des Dampferzeugers 2. In der in Figur 1 gezeigten Seitenansicht des Dampferzeugers 2 ist nur eine der beiden Seitenwände 9B sichtbar. Die Verdampferrohre 10 der Seitenwände 9B der Brennkammer 4 sind in eine erste Gruppe 11A und in eine zweite Gruppe 11B unterteilt. Die Verdampferrohre 10 der Stirnwand 9A und die erste Gruppe 11A der Verdampferrohre 10 sind parallel mit Strömungsmedium S beaufschlagbar. Auch die zweite Gruppe 11B der Verdampferrohre 10 ist parallel mit Strömungsmedium S beaufschlagbar. Um eine besonders günstige Durchflußcharakteristik des Strömungsmediums S durch die Umfassungswände 9 der Brennkammer 4 und damit eine besonders gute Ausnutzung der Verbrennungswärme des fossilen Brennstoffs B zu erreichen, sind die Verdampferrohre 10 der Stirnwand 9A und der ersten Gruppe 11A strömungsmediumsseitg den Verdampferrohren 10 der zweiten Gruppe 11B vorgeschaltet.The fossil-heated steam generator 2 is advantageously designed as a continuous steam generator. It comprises a horizontally constructed combustion chamber 4, the heating gas side via a horizontal gas train 6 a vertical gas train 8 is connected downstream. The lower region of the combustion chamber 4 is formed by a funnel 5 with an upper edge corresponding to the auxiliary line with the end points X and Y. As a result of the funnel 5, as the steam generator 2 is operated, ash from the fossil fuel B can be discharged into a deashing device 7 arranged below it. The enclosure walls 9 of the combustion chamber 4 are formed from gas-tight welded together, vertically arranged evaporator tubes 10. In this case, a surrounding wall 9, the end wall 9A and two enclosing walls 9 are the side walls 9B of the combustion chamber 4 of the steam generator 2. In the in FIG. 1 shown side view of the steam generator 2, only one of the two side walls 9B visible. The evaporator tubes 10 of the side walls 9B of the combustion chamber 4 are divided into a first group 11A and a second group 11B. The evaporator tubes 10 of the end wall 9A and the first group 11A of the evaporator tubes 10 are acted upon in parallel with flow medium S. Also, the second group 11B of the evaporator tubes 10 can be acted upon in parallel with flow medium S. In order to achieve a particularly favorable flow characteristics of the flow medium S through the Umfassungswände 9 of the combustion chamber 4 and thus a particularly good utilization of the heat of combustion of the fossil fuel B, the evaporator tubes 10 of the end wall 9A and the first group 11A strömungsmediumsseitg the evaporator tubes 10 of the second group 11B upstream.

Auch die Seitenwände 12 des Horizontalgaszuges 6 und/oder die Seitenwände 14 des Vertikalgaszuges 8 sind aus gasdicht miteinander verschweißten, vertikal angeordneten Dampferzeugerrohren 16 bzw. 17 gebildet. Von den Dampferzeugerrohre 16, 17 ist dabei jeweils eine Anzahl parallel mit Strömungsmedium S beaufschlagbar.The side walls 12 of the horizontal gas flue 6 and / or the side walls 14 of the vertical gas flue 8 are formed from gas-tight welded together, vertically arranged steam generator tubes 16 and 17, respectively. Of the steam generator tubes 16, 17 while a number in parallel with flow medium S can be acted upon.

Der Stirnseite 9A und der ersten Gruppe 11A der Verdampferrohre 10 der Brennkammer 4 ist strömungsmediumsseitig ein gemeinsames Eintrittssammler-System 18A für Strömungsmedium S vorgeschaltet und ein Austrittssammler-System 20A nachgeschaltet. Ebenso ist der zweiten Gruppe 11B der Seitenwände 9B der Verdampferrohre 10 strömungsmediumsseitig eine gemeinsames Eintrittssammler-System 18B für Strömungsmedium S vorgeschaltet und ein Austrittssammler-System 20B nachgeschaltet. Die Eintrittssammler-Systeme 18A und 18B umfassen dabei jeweils eine Anzahl von parallelen Eintrittssammlern.The end face 9A and the first group 11A of the evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4 upstream of the flow medium side, a common inlet header system 18A for flow medium S and downstream of an outlet header system 20A. Likewise, the second group 11B of the side walls 9B of the evaporator tubes 10 is preceded by a common inlet header system 18B for flow medium S downstream of an outlet header system 20B and downstream of an outlet header system 20B. The entry collector systems 18A and 18B each comprise a number of parallel entry collectors.

Zum Zuführen von Strömungsmedium S in das Eintrittssammler-System 18A der der Stirnseite 9A der Brennkammer 4 und der ersten Gruppe 11A der Verdampferrohre 10 der Seitenwände 9B der Brennkammer 4 ist ein Leitungssystem 19A vorgesehen. Das Leitungssystem 19A umfaßt mehrere parallel geschaltete Leitungen, die jeweils mit einem der Eintrittssammler des Eintrittssammler-Systems 18A verbunden sind. Das Austrittssammler-System 20A ist ausgangsseitig an ein Leitungssystem 19B angeschlossen, das zum Zuführen von Strömungsmedium S in die Eintrittssammler des Eintrittssammler-Systems 18B der zweiten Gruppe 11B der Verdampferrohre 10 der Seitenwände 9B der Brennkammer 4 vorgesehen ist.For supplying flow medium S into the inlet header system 18A of the end face 9A of the combustion chamber 4 and the first group 11A of the evaporator tubes 10 of the side walls 9B of the combustion chamber 4, a piping 19A is provided. The conduit system 19A includes a plurality of parallel-connected conduits, each connected to one of the inlet header of the inlet header system 18A. The outlet header system 20A is connected on the output side to a line system 19B, which is suitable for feeding flow medium S into the Intake collector of the inlet header system 18B of the second group 11B of the evaporator tubes 10 of the side walls 9B of the combustion chamber 4 is provided.

In gleicher Weise ist den parallel mit Strömungsmedium S beaufschlagbaren Dampferzeugerrohren 16 der Seitenwände 12 des Horizontalgaszugs 6 ein gemeinsames Eintrittssammler-System 21 vorgeschaltet und ein gemeinsames Austrittssammler-System 22 nachgeschaltet. Dabei ist zum Zuführen von Strömungsmedium S in das Eintrittssammler-System 21 der Dampferzeugerrohre 16 ein Leitungssystem 25 vorgesehen. Das Leitungssystem 25 umfaßt auch hier mehrere parallel geschaltete Leitungen, die jeweils mit einem der Eintrittssammler des Eintrittssammler-Systems 21 verbunden sind. Eingangsseitig ist das Leitungssystem 25 an das Austrittssammler-System 20B der zweiten Gruppe 11B der Verdampferrohre 10 der Seitenwände 9A der Brennkammer 4 angeschlossen. Das die Brennkammer 4 verlassende erhitzte Strömungsmedium S wird also in die Seitwände 12 des Horizontalgaszugs 6 geführt.In the same way, the steam generator tubes 16, which can be acted upon in parallel with flow medium S, of the side walls 12 of the horizontal gas flue 6 are preceded by a common inlet header system 21 and are followed by a common outlet header system 22. In this case, a line system 25 is provided for supplying flow medium S into the inlet header system 21 of the steam generator tubes 16. The line system 25 also includes a plurality of parallel lines, which are each connected to one of the inlet header of the inlet header system 21. On the input side, the line system 25 is connected to the outlet header system 20B of the second group 11B of the evaporator tubes 10 of the side walls 9A of the combustion chamber 4. The heated flow medium S leaving the combustion chamber 4 is thus guided into the side walls 12 of the horizontal gas flue 6.

Durch diese Ausgestaltung des Durchlaufdampferzeugers 2 mit Eintrittssammler-Systemen 13A, 18B, sowie 21 und Austrittssammler-Systemen 20A, 20B und 22 ist ein besonders zuverlässiger Druckausgleich zwischen den parallel geschalteten Verdampferrohren 10 der Brennkammer 4 bzw. den parallel geschalteten Dampferzeugerrohren 16 des Horizontalgaszugs 6 in der Weise möglich, daß jeweils alle parallel geschalteten Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre 10 bzw. 16 den gleichen Gesamtdruckverlust aufweisen. Dies bedeutet, daß bei einem mehr beheizten Verdampferrohr 10 bzw. Dampferzeugerrohr 16 im Vergleich zu einem minderbeheizten Verdampferrohr 10 bzw. Dampferzeugerrohr 16 der Durchsatz steigen muß.This embodiment of the continuous-flow steam generator 2 with inlet collector systems 13A, 18B and 21 and outlet collector systems 20A, 20B and 22 provides a particularly reliable pressure equalization between the parallel-connected evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4 and the parallel steam generator tubes 16 of the horizontal gas flue 6 in FIG the way possible that each parallel-connected evaporator or steam generator tubes 10 and 16 have the same total pressure loss. This means that in a more heated evaporator tube 10 or steam generator tube 16 compared to a less heated evaporator tube 10 or steam generator tube 16, the throughput must increase.

Die Verdampferrohre 10 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 42 und den Flanken 44 der auf der Rohrinnenseite angeordneten Rippen 40 kleiner als 55°. Dadurch werden ein besonders hoher Wärmeübergang von der Innenwand der Verdampferrohre an das in den Verdampferrohren 10 geführte Strömungsmedium S bei gleichzeitig besonders niedrigen Temperaturen der Rohrwand erreicht.The evaporator tubes 10 have - as in FIG. 2 shown on its inside ribs 40, which form a kind multi-threaded and have a rib height R. In this case, the pitch angle α between a perpendicular to the tube axis Level 42 and the flanks 44 of the arranged on the tube inside ribs 40 is less than 55 °. As a result, a particularly high heat transfer from the inner wall of the evaporator tubes to the flow medium S guided into the evaporator tubes 10 is achieved at the same time as particularly low temperatures of the tube wall.

Der Rohrinnendurchmesser D der Verdampferrohre 10 der Brennkammer 4 ist abhängig von der jeweiligen Position der Verdampferrohre 10 in der Brennkammer 4 gewählt. Auf diese Weise ist der Dampferzeuger 2 an die unterschiedlich starke Beheizung der Verdampferrohre 10 angepaßt. Diese Auslegung der Verdampferrohre 10 der Brennkammer 4 gewährleistet besonders zuverlässig, daß Temperaturunterschiede am Auslaß der Verdampferrohre 10 besonders gering gehalten sind.The tube inner diameter D of the evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4 is selected depending on the respective position of the evaporator tubes 10 in the combustion chamber 4. In this way, the steam generator 2 is adapted to the different degrees of heating of the evaporator tubes 10. This design of the evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4 ensures particularly reliable that temperature differences at the outlet of the evaporator tubes 10 are kept particularly low.

Benachbarte Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre 10, 16, 17 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 10, 16, 17 beeinflußt werden. Daher ist die jeweilige Flossenbreite an ein gasseitig vorgebbares Beheizungsprofil angepaßt, das von der Position der jeweiligen Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre 10, 16, 17 im Dampferzeuger abhängt. 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 10, 16, 17 auch bei stark unterschiedlicher Beheizung der Verdampfer- bzw. Dampferzeugerrohre 10, 16, 17 besonders gering gehalten. Auf diese Weise sind Materialermüdungen zuverlässig verhindert, was eine lange Lebensdauer des Dampferzeugers 2 gewährleistet.Adjacent evaporator or steam generator tubes 10, 16, 17 are gas-tight welded together in a manner not shown by fins. By a suitable choice of the fin width namely the heating of the evaporator or steam generator tubes 10, 16, 17 can be influenced. Therefore, the respective fin width is adapted to a gas side specifiable heating profile, which depends on the position of the respective evaporator or steam generator tubes 10, 16, 17 in the steam generator. The heating profile can be a typical heating profile determined from empirical values or else a rough estimate. As a result, temperature differences at the outlet of the evaporator or steam generator tubes 10, 16, 17, even with very different heating of the evaporator or steam generator tubes 10, 16, 17 are kept particularly low. In this way, material fatigue are reliably prevented, which ensures a long life of the steam generator 2.

Als Mittel zum Reduzieren des Durchflusses des Strömungsmediums S sind ein Teil der Verdampferrohre 10 mit Drosseleinrichtungen ausgestattet, die in der Zeichnung nicht näher dargestellt sind. Die Drosseleinrichtungen sind als den Rohrinnendurchmesser D verkleinernde Lochblenden ausgeführt und bewirken beim Betrieb des Dampferzeugers 2 eine Reduzierung des Durchsatzes des Strömungsmediums S in minderbeheizten Verdampferrohren 10, wodurch der Durchsatz des Strömungsmediums S der Beheizung angepaßt wird. Weiterhin sind als Mittel zum Reduzieren des Durchsatzes des Strömungsmediums S in der den Verdampferrohren 10 der Brennkammer 4 eine oder mehrere Leitungen des Leitungssystems 19 bzw. 25 mit Drosseleinrichtungen, insbesondere Drosselarmaturen, ausgestattet, was in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist.As means for reducing the flow rate of the flow medium S, a part of the evaporator tubes 10 are equipped with throttling devices which are not closer in the drawing are shown. The throttling devices are embodied as pinhole diaphragms reducing the inner diameter of the pipe D and, during operation of the steam generator 2, reduce the throughput of the flow medium S in underheated evaporator tubes 10, whereby the flow rate of the flow medium S is adapted to the heating. Furthermore, as a means for reducing the flow rate of the flow medium S in the evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4, one or more lines of the conduit system 19 and 25 with throttle devices, in particular throttle valves, equipped, which is not shown in detail in the drawing.

Bei der Berohrung der Brennkammer 4 ist zu berücksichtigen, daß die Beheizung der einzelnen, miteinander gasdicht verschweißten Verdampferrohre 10 beim Betrieb des Dampferzeugers 2 sehr unterschiedlich ist. Deswegen wird die Auslegung der Verdampferrohre 10 hinsichtlich ihrer Innenberippung, Flossenverbindung zu benachbarten Verdampferrohren 10 und ihres Rohrinnendurchmessers D so gewählt, daß alle Verdampferrohre 10 trotz unterschiedlicher Beheizung annähernd gleiche Austrittstemperaturen des Strömungsmediums S aufweisen und eine ausreichende Kühlung aller Verdampferrohre 10 für alle Betriebszustände des Dampferzeugers 2 gewährleistet ist.When boring the combustion chamber 4, it should be noted that the heating of the individual, gas-tight welded evaporator tubes 10 during operation of the steam generator 2 is very different. Therefore, the design of the evaporator tubes 10 with respect to their Innenberippung, fin connection to adjacent evaporator tubes 10 and its inner tube diameter D chosen so that all evaporator tubes 10 despite different heating have approximately the same outlet temperatures of the flow medium S and sufficient cooling all evaporator tubes 10 for all operating conditions of the steam generator. 2 is guaranteed.

Diese Eigenschaften des Dampferzeugers sind insbesondere dann gewährleistet, wenn der Dampferzeuger 2 für eine vergleichsweise niedrige Massenstromdichte des die Verdampferrohre 10 durchströmenden Strömungsmediums 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: Stärker beheizte Verdampferrohre 10 werden stärker durchströmt als schwächer beheizte Verdampferrohre 10. Damit wird auch erreicht, daß die vergleichsweise stark beheizten Verdampferrohre 10 in Brennernähe spezifisch - bezogen auf den Massenstrom - annähernd ebensoviel Wärme aufnehmen wie die vergleichsweise schwach beheizten Verdampferrohre 10, die im Vergleich dazu näher am Brennkammerende angeordnet sind. Eine weitere Maßnahme, die Durchströmung der Verdampferrohre 10 der Brennkammer 4 an die Beheizung anzupassen, ist der Einbau von Drosseln in einen Teil der Verdampferrohre 10 oder in einen Teil der Leitungen des Leitungssystems 19. Die Innenberippung ist dabei derart ausgelegt, daß eine ausreichende Kühlung der Verdampferrohrwände sichergestellt ist. Somit weisen mit den oben genannten Maßnahmen alle Verdampferrohre 10 annähernd gleiche Austrittstemperaturen des Strömungsmediums S auf.These properties of the steam generator are ensured, in particular, when the steam generator 2 is designed for a comparatively low mass flow density of the flow medium S flowing through the evaporator tubes 10. By a suitable choice of the fin connections and the tube inner diameter D is also achieved that the proportion of friction pressure loss in the total pressure loss is so low that sets a natural circulation behavior: Stronger heated evaporator tubes 10 are flowed through stronger than less heated evaporator tubes 10. This also ensures that the comparatively strongly heated evaporator tubes 10 near the burner specifically - based on the mass flow - absorb almost as much heat as the comparatively weakly heated evaporator tubes 10, which are arranged in comparison closer to the combustion chamber end. Another measure to adapt the flow through the evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4 to the heating, is the installation of throttles in a part of the evaporator tubes 10 or in a part of the lines of the conduit system 19. The internal ribbing is designed such that a sufficient cooling of Evaporator pipe walls is ensured. Thus, all the evaporator tubes 10 have approximately the same exit temperatures of the flow medium S with the above-mentioned measures.

Der Horizontalgaszug 6 weist eine Anzahl von als Schottheizflächen ausgebildeten Überhitzerheizflächen 23 auf, die in hängender Bauweise annähernd senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 24 des Heizgases G angeordnet und deren Rohre für eine Durchströmung des Strömungsmediums S jeweils parallel geschaltet sind. Die Überhitzerheizflächen 23 werden überwiegend konvektiv beheizt und sind strömungsmediumsseitig den Verdampferrohren 10 der Brennkammer 4 nachgeschaltet.The horizontal gas flue 6 has a number of Überhitzerheizflächen designed as Schottheizflächen 23, which are arranged in a hanging construction approximately perpendicular to the main flow direction 24 of the fuel gas G and whose tubes are connected in parallel for a flow of the flow medium S. The superheater heating surfaces 23 are predominantly heated convectively and are downstream of the evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4 on the flow medium side.

Der von unten nach oben von Heizgas G durchströmbare Vertikalgaszug 8 weist eine Anzahl von überwiegend konvektiv beheizbaren Konvektionsheizflächen 26 auf, die aus annähernd senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 24 des Heizgases G angeordneten Rohren gebildet sind. Diese Rohre sind für eine Durchströmung des Strömungsmediums S jeweils parallel geschaltet und in den Weg des Strömungsmediums S integriert, was in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist. Außerdem ist in dem Vertikalgaszug 8 oberhalb der Konvektionsheizflächen 26 ein Economizer 28 angeordnet. Der Economizer 28 ist ausgangsseitig über ein Leitungssystem 19 an das den Verdampferrohren 10 zugeordnete Eintrittssammler-System 18 angeschlossen. Dabei können eine oder mehrere in der Zeichnung nicht näher dargestellte Leitungen des Leitungssystems 54 Drosselarmaturen zur Reduzierung des Durchflusses des Strömungsmediums S aufweisen.The vertical gas flow 8, which can be flowed through from bottom to top by heating gas G, has a number of convection heating surfaces 26 which can be heated predominantly convectively 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 and integrated into the path of the flow medium S, which is not shown in detail in the drawing. In addition, an economizer 28 is disposed in the vertical gas train 8 above the convection heating surfaces 26. The economizer 28 is connected on the output side via a line system 19 to the evaporator tubes 10 associated with the inlet collector system 18. In this case, one or more lines (not shown in detail in the drawing) of the line system 54 may have throttle bodies for reducing the flow rate of the flow medium S.

Ausgangsseitig nach dem von unten nach oben in annähernd vertikaler Hauptströmungsrichtung 24 mit Heizgas G durchströmbaren Vertikalgaszug 8 schließt sich ein kurzer Verbindungskanal 50 an. Der Verbindungskanal 50 verbindet den Vertikalgas-zug 8 mit einem Gehäuse 52. In dem Gehäuse 52 ist eingangsseitig eine Entstickungseinrichtung 54 für Heizgas G angeordnet. Die Entstickungseinrichtung 54 für Heizgas G ist über eine Zuführung 56 mit einem Luftvorwärmer 60 verbunden. Der Luftvorwärmer 60 wiederum ist über einen Rauchgaskanal 62 mit einem Elektronikfilter 62 verbunden.On the output side, the vertical gas train 8, which can be traversed from bottom to top in approximately vertical main flow direction 24 with heating gas G, is followed by a short connecting duct 50. The connecting channel 50 connects the vertical gas train 8 with a housing 52. In the housing 52, a denitrification 54 for heating gas G is arranged on the input side. The denitrification device 54 for heating gas G is connected via a feed 56 to an air preheater 60. The air preheater 60 in turn is connected via a flue gas channel 62 to an electronic filter 62.

Die Entstickungseinrichtung 54 für Heizgas G wird nach dem Verfahren der Selektiven Katalytischen Reduktion, dem sogenannten SCR-Verfahren, betrieben. Bei der katalytischen Reinigung des Heizgases G des Dampferzeugers 2 gemäß dem SCR-Verfahren werden Stickoxide (NOx) mit Hilfe eines Katalysators und eines Reduktionsmittels, beispielsweise Ammoniak, zu Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) reduziert.The denitrification device 54 for heating gas G is operated by the selective catalytic reduction process, the so-called SCR process. In the catalytic purification of the heating gas G of the steam generator 2 according to the SCR method, nitrogen oxides (NO x ) are reduced to nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) by means of a catalyst and a reducing agent, for example ammonia.

Zur Durchführung des SCR-Verfahrens umfaßt die Entstickungseinrichtung 54 für Heizgas G einen als DeNOx-Katalysator 64 ausgebildeten Katalysator. Der DeNOx-Katalysator ist im Strömungsbereich des Heizgases G angeordnet. Zur Einbringung von Ammoniak-Wasser als Reduktionsmittel M in das Heizgas G weist die Entstickungseinrichtung 54 für Heizgas G ein Dosiersystem 66 auf. Dabei umfaßt das Dosiersystem 66 einen Vorratsbehälter 68 für Ammoniak-Wasser und ein Druckluftsystem 69. Das Dosiersystem 66 ist oberhalb des DeNOx-Katalysators 64 in der Entstickungseinrichtung 54 angeordnet.To carry out the SCR process, the denitrification device 54 for heating gas G comprises a catalyst designed as DeNO x catalyst 64. The DeNO x catalyst is arranged in the flow region of the heating gas G. For introducing ammonia-water as reducing agent M into the heating gas G, the denitrification device 54 for heating gas G has a metering system 66. In this case, the dosing 66 comprises a reservoir 68 for ammonia water and a compressed air system 69. The dosing system 66 is disposed above the DeNO x catalyst 64 in the denitrification 54.

Der Dampferzeuger 2 ist mit einer horizontalen Brennkammer 4 mit besonders niedriger Bauhöhe ausgeführt und somit mit besonders geringem Herstellungs- und Montageaufwand errichtbar. Hierzu weist die Brennkammer 4 des Dampferzeugers 2 eine Anzahl von Brennern 70 für fossilen Brennstoff B auf, die an der Stirnwand 11 der Brennkammer 4 in der Höhe des Horizontalgaszuges 6 angeordnet sind.The steam generator 2 is designed with a horizontal combustion chamber 4 with a particularly low height and thus can be built with very low production and assembly costs. For this purpose, the combustion chamber 4 of the steam generator 2 to a number of burners 70 for fossil fuel B, which are arranged on the end wall 11 of the combustion chamber 4 in the height of the horizontal gas flue 6.

Damit der fossile Brennstoff B, beispielsweise Kohle in fester Form, zur Erzielung eines besonders hohen Wirkungsgrads besonders vollständig ausbrennt und Materialschäden der heizgasseitig gesehen ersten Überhitzerheizfläche 23 des Horizontalgaszuges 6 und eine Verschmutzung derselben, beispielsweise durch Eintrag von schmelzflüssiger Asche mit hoher Temperatur, besonders zuverlässig verhindert sind, ist die Länge L der Brennkammer 4 derart gewählt, daß sie die Ausbrandlänge des Brennstoffs B beim Vollastbetrieb des Dampferzeugers 2 übersteigt. Die Länge L ist dabei der Abstand von der Stirnwand 9A der Brennkammer 4 zum Eintrittsbereich 72 des Horizontalgaszugs 6. Die Ausbrandlänge des Brennstoffs B ist dabei definiert als die Heizgasgeschwindigkeit in horizontaler Richtung bei einer bestimmten mittleren Heizgastemperatur multipliziert mit der Ausbrandzeit tA des fossilen Brennstoffs B. Die für den jeweiligen Dampferzeuger 2 maximale Ausbrandlänge 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.So that the fossil fuel B, for example, coal in solid form, to achieve a particularly high efficiency particularly completely burns out and material damage of the heating gas seen first Überhitzerheizfläche 23 of Horizontalgaszuges 6 and pollution thereof, for example, by entry of molten ash with high temperature, particularly reliable prevented are, the length L of the combustion chamber 4 is selected such that it exceeds the burn-out length of the fuel B at full load operation of the steam generator 2. The length L is the distance from the end wall 9A of the combustion chamber 4 to the inlet region 72 of the horizontal gas flue 6. The burn-out length of the fuel B is defined as the fuel gas velocity in the horizontal direction at a certain mean heating gas temperature multiplied by the burn-out time t A of the fossil fuel B. The maximum burn-out length for the respective steam generator 2 results during the full-load operation of the steam generator 2. The burn-out time t A of the fuel B, in turn, is the time required, for example, by a pulverized coal grain of medium size to completely burn out at a specific average heating gas temperature.

Um eine besonders günstige Ausnutzung der Verbrennungswärme des fossilen Brennstoffs B zu gewährleisten, ist die Länge L (angegeben in m) der Brennkammer 4 in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Heizgases G aus der Brennkammer 4 TBRK. (angegeben in °C), der Ausbrandzeit tA (angegeben in s) des Brennstoffs B und dem BMCR-Wert W (angegeben in kg/s) des Dampferzeugers 2 geeignet gewählt. Dabei steht BMCR für Boiler maximum continuous rating. Der BMCR-Wert W 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 Länge L der Brennkammer 4 ist dabei größer als die Höhe H der Brennkammer 4. Die Höhe H wird dabei von der Trichteroberkante der Brennkammer 4, in Figur 1 durch die Hilfslinie mit den Endpunkten X und Y markiert, bis zu Brennkammerdecke gemessen. Dabei bestimmt sich die Länge L der Brennkammer 4 näherungsweise über die beiden Funktionen (I) und (II) L W t A = C 1 + C 2 W t A

Figure imgb0003
L W T BRK = C 3 T BRK + C 4 W + C 5 T BRK 2 + C 6 T BRK + C 7
Figure imgb0004

mit

  • C1 = 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
  • C5 = 3 · 10-4 m/ (°C)2 und
  • C6 = -0,842 m/°C und
  • C7 = 603,41 m.
In order to ensure a particularly favorable utilization of the heat of combustion of the fossil fuel B, the length L (indicated in m) of the combustion chamber 4 in dependence on the outlet temperature of the heating gas G from the combustion chamber 4 T BRK . (indicated in ° C), the burn-out time t A (indicated in s) of the fuel B and the BMCR value W (indicated in kg / s) of the steam generator 2 suitably chosen. BMCR stands for Boiler maximum continuous rating. The BMCR value W is an internationally commonly used term for the highest continuous output of a steam generator. This also corresponds to the design performance, ie the power at full load operation of the steam generator. This horizontal length L of the combustion chamber 4 is greater than the height H of the combustion chamber 4. The height H is thereby from the funnel upper edge of the combustion chamber 4, in FIG. 1 marked by the auxiliary line with the end points X and Y, measured up to the combustion chamber ceiling. In this case, the length L of the combustion chamber 4 is determined approximately by the two functions (I) and (II) L W t A = C 1 + C 2 W t A
Figure imgb0003
L W T BRK = C 3 T BRK + C 4 W + C 5 T BRK 2 + C 6 T BRK + C 7
Figure imgb0004

With
  • C 1 = 8 m / s and
  • C 2 = 0.0057 m / kg and
  • C 3 = -1.905 · 10 -4 (m · s) / (kg ° C) and
  • C 4 = 0.286 (s · m) / kg and
  • C 5 = 3 × 10 -4 m / (° C) 2 and
  • C 6 = -0.842 m / ° C and
  • C 7 = 603.41 m.

Näherungsweise ist hierbei als eine zulässige 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 der größere Wert aus den Funktionen (I) und (II) für die Länge L der Brennkammer 4.Approximately this is to be understood as a permissible deviation of +20% / - 10% of the value defined by the respective function. In this case, the larger value from the functions (I) and (II) for the length L of the combustion chamber 4 always applies to any desired but fixed BMCR value W of the steam generator.

Als Beispiel für eine Berechnung der Länge L der Brennkammer 4 in Abhängigkeit vom BMCR-Wert W des Dampferzeugers 2 sind in das Koordinatensystem gemäß Figur 3 sechs Kurven K1 bis K6 eingezeichnet. Dabei sind den Kurven jeweils folgende Parameter zugeordnet:

  • K1: tA = 3s gemäß (1),
  • K2: tA = 2,5s gemäß (1),
  • K3: tA = 2s gemäß (1),
  • K4: TBRK = 1200°C gemäß (2),
  • K5: TBRK = 1300°C gemäß (2) und
  • K5: TBRK = 1400°C gemäß (2).
As an example for a calculation of the length L of the combustion chamber 4 as a function of the BMCR value W of the steam generator 2 are in the coordinate system according to FIG. 3 six curves K 1 to K 6 drawn. The following parameters are assigned to the curves:
  • K 1 : t A = 3s according to (1),
  • K 2 : t A = 2.5s according to (1),
  • K 3 : t A = 2s according to (1),
  • K 4 : T BRK = 1200 ° C according to (2),
  • K 5 : T BRK = 1300 ° C according to (2) and
  • K 5 : T BRK = 1400 ° C according to (2).

Zur Bestimmung der Länge L der Brennkammer 4 sind somit beispielsweise für eine Ausbrandzeit tA = 3s und eine Austrittstemperatur TBRK = 1200°C des Heizgases G aus der Brennkammer 4 die Kurven K1 und K4 heranzuziehen. Daraus ergibt sich bei einem vorgegebenen BMCR-Wert W des Dampferzeugers 2

  • von W = 80 kg/s eine Länge von L = 29 m gemäß K4,
  • von W = 160 kg/s eine Länge von L = 34 m gemäß K4,
  • von W = 560 kg/s eine Länge von L = 57 m gemäß K4.
To determine the length L of the combustion chamber 4 are thus, for example, for a burnout time t A = 3s and an outlet temperature T BRK = 1200 ° C of the heating gas G from the combustion chamber. 4 to use the curves K 1 and K 4 . This results in a given BMCR value W of the steam generator 2
  • of W = 80 kg / s a length of L = 29 m according to K 4 ,
  • of W = 160 kg / s a length of L = 34 m according to K 4 ,
  • of W = 560 kg / s a length of L = 57 m according to K 4 .

Für die Ausbrandzeit tA = 2,5s und die Austrittstemperatur des Heizgases G aus der Brennkammer TBRK = 1300°C sind beispielsweise die Kurven K2 und K5 heranzuziehen. Daraus ergibt sich bei einem vorgegebenen BMCR-Wert W des Dampferzeugers 2

  • von W = 80 kg/s eine Länge von L = 21 m gemäß K2,
  • von W = 180 kg/s eine Länge von L = 23 m gemäß K2 und K5,
  • von W = 560 kg/s eine Länge von L = 37 m gemäß K5.
For the burnout time t A = 2.5 s and the outlet temperature of the heating gas G from the combustion chamber T BRK = 1300 ° C, for example, the curves K 2 and K 5 are used. This results in a given BMCR value W of the steam generator 2
  • of W = 80 kg / s a length of L = 21 m according to K 2 ,
  • of W = 180 kg / s a length of L = 23 m according to K 2 and K 5 ,
  • of W = 560 kg / s a length of L = 37 m according to K 5 .

Der Ausbrandzeit tA = 2s und der Austrittstemperatur des Heizgases G aus der Brennkammer TBRK = 1400°C sind beispielsweise die Kurven K3 und K6 zugeordnet. Daraus ergibt sich bei einem vorgegebenen BMCR-Wert W des Dampferzeugers 2

  • von W = 80 kg/s eine Länge von L = 18 m gemäß K3,
  • von W = 465 kg/s eine Länge von L = 21 m gemäß K3 und K6,
  • von W = 560 kg/s eine Länge von L = 23 m gemäß K6.
The burn-out time t A = 2s and the outlet temperature of the heating gas G from the combustion chamber T BRK = 1400 ° C, for example, the curves K 3 and K 6 are assigned. This results in a given BMCR value W of the steam generator 2
  • of W = 80 kg / s a length of L = 18 m according to K 3 ,
  • of W = 465 kg / s a length of L = 21 m according to K 3 and K 6 ,
  • of W = 560 kg / s a length of L = 23 m according to K 6 .

Beim Betrieb des Dampferzeugers 2 wird den Brennern 70 fossiler Brennstoff B und Luft zugeführt. Die Luft wird dabei im Luftvorwärmer mit der Restwärme des Heizgases G vorgewärmt, und dann, was in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist, verdichtet und den Brennern 70 zugeführt. Die Flammen F der Brenner 70 sind dabei horizontal ausgerichtet. Durch die Bauweise der Brennkammer 4 wird eine Strömung des bei der Verbrennung entstehenden Heizgases G in annähernd horizontaler Hauptströmungsrichtung 24 erzeugt.During operation of the steam generator 2, the burners 70 are supplied with fossil fuel B and air. The air is preheated in the air preheater with the residual heat of the fuel gas G, and then, which is not shown in detail in the drawing, compressed and fed to the burners 70. The flames F of the burner 70 are aligned horizontally. As a result of the design of the combustion chamber 4, a flow of the heating gas G produced during combustion is generated in an approximately horizontal main flow direction 24.

Das Heizgas G gelangt über den Horizontalgaszug 6 in den von unten nach oben mit Heizgas G durchströmbaren Vertikalgaszug 8. Ausgangsseitig nach dem Vertikalgaszug 8 gelangt das Heizgas G über den Verbindungskanal 50 in die Entstickungseinrichtung 54 für Heizgas G. Über die Entstickungseinrichtung 54 für Heizgas G wird in Abhängigkeit von der Brennstoffart des den Dampferzeuger 2 betreibenden Brennstoffs B eine bestimmte Menge von Ammoniak-Wasser als Reduktionsmittel M mit Hilfe von Druckluft in das Heizgas G eingedüst. Dies ist erforderlich, da der Abscheidegrad der Stickoxide (NOx) von der Brennstoffart des den Dampferzeuger 2 betreibenden fossilen Brennstoffs B abhängt. Auf diese Weise ist eine besonders zuverlässige Entstickung des Heizgases G bei allen Betriebszuständen des Dampferzeugers 2 gewährleistet.The heating gas G passes through the horizontal gas flue 6 in the vertical gas fl ow from bottom to top with hot gas G. 8. On the output side after the vertical gas train 8, the heating gas G passes through the connecting channel 50 in the denitration 54 for fuel G. About the denitrification 54 for fuel gas G is a function of the fuel type of the steam generator 2 operating fuel B, a certain amount of ammonia water as reducing agent M injected by means of compressed air into the fuel gas G. This is necessary since the degree of separation of the nitrogen oxides (NO x ) depends on the type of fuel of the fossil fuel B operating the steam generator 2. In this way, a particularly reliable denitrification of the hot gas G is ensured under all operating conditions of the steam generator 2.

Das gereinigte Heizgas G1 verläßt die Entstickungseinrichtung 54 für Heizgas G über eine Zuführung 56, die in den Luftvorwärmer 58 mündet. Im Luftvorwärmer 58 erfolgt eine Vorwärmung der den Brennern 70 für die Verbrennung des fossilen Brennstoffs B zuzuführenden Luft. Das Heizgas G verläßt den Luftvorwärmer 58 über den Rauchgaskanal 60 und gelangt über den Elektronikfilter 62 in die Umwelt.The purified fuel gas G1 leaves the denitrification 54 for fuel gas G via a feed 56, which opens into the air preheater 58. In the air preheater 58, a preheating of the burners 70 for the combustion of the fossil fuel B air supplied. The heating gas G leaves the air preheater 58 via the flue gas channel 60 and passes through the electronic filter 62 into the environment.

In den Economizer 28 eintretendes Strömungsmedium S gelangt über das Leitungssystem 19A in das Eintrittssammler-System 18A, das der Stirnwand 9A und den Verdampferrohren 10 der ersten Gruppe 11A der Seitenwände 9B der Brennkammer 4 des Dampferzeugers 2 zugeordnet ist. Der in den vertikal angeordneten, gasdicht miteinander verschweißten Verdampferrohren 10 der Brennkammer 4 des Dampferzeugers 2 entstehende Dampf bzw. ein Wasser-Dampf-Gemisch wird in dem Austrittssammler-System 20A für Strömungsmedium S gesammelt. Von dort gelangt der Dampf bzw. das Wasser-Dampf-Gemisch über das Leitungssystem 19B in das Eintrittssammler-System 18B, das der zweiten Gruppe 11B der Verdampferrohre 10 der Seitenwände 9B der Brennkammer 4 zugeordnet ist. Der in den vertikal angeordneten, gasdicht miteinander verschweißten Verdampferrohren 10 der Brennkammer 4 des Dampferzeugers 2 entstehende Dampf bzw. ein Wasser-Dampf-Gemisch wird in dem Austrittssammler-System 20B für Strömungsmedium S gesammelt. Von dort gelangt der Dampf bzw. das Wasser-Dampf-Gemisch über das Leitungssystem 25 in das den Dampferzeugerrohren 16 der Seitenwände 12 des Horizontalgaszugs zugeordnete Eintrittssammler-System 21. Der in den Verdampferrohren 16 entstehende Dampf bzw. das Wasser-Dampf-Gemisch gelangt über das Austrittssammler-System 22 in die Wände des Vertikalgaszuges 8 und von dort wiederum in die Überhitzerheizflächen 23 des Horizontalgaszuges 6. In den Überhitzerheizflächen 23 erfolgt eine weitere Überhitzung des Dampfs, der anschließend einer Nutzung, beispielsweise dem Antrieb einer Dampfturbine, zugeführt wird.Flow medium S entering the economizer 28 passes via the line system 19A into the inlet header system 18A, which is assigned to the end wall 9A and the evaporator tubes 10 of the first group 11A of the side walls 9B of the combustion chamber 4 of the steam generator 2. The resulting in the vertically arranged, gas-tight welded together evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4 of the steam generator 2 steam or a water-steam mixture is collected in the outlet collector system 20A for flow medium S. From there, the steam or the water-vapor mixture passes via the line system 19B in the inlet header system 18B, which is associated with the second group 11B of the evaporator tubes 10 of the side walls 9B of the combustion chamber 4. The resulting in the vertically arranged, gas-tight welded together evaporator tubes 10 of the combustion chamber 4 of the steam generator 2 steam or a water-steam mixture is in the outlet collector system 20B collected for flow medium S. From there, the steam or the water-vapor mixture passes through the line system 25 in the steam generator tubes 16 of the side walls 12 of the horizontal gas train associated with inlet collector system 21. The resulting in the evaporator tubes 16 steam or water-steam mixture passes the outlet collector system 22 into the walls of the vertical gas flue 8 and from there in turn into the superheater heating surfaces 23 of the horizontal flue 6. In the superheater heating 23 further overheating of the steam, which is then a use, for example, the drive of a steam turbine is supplied.

Bei dem Dampferzeuger 2 ist durch die Wahl der Länge L der Brennkammer 4 in Abhängigkeit vom BMCR-Wert W des Dampferzeugers 2 sichergestellt, daß die Verbrennungswärme des fossilen Brennstoffs B besonders zuverlässig ausgenutzt wird. Außerdem weist der Dampferzeuger 2 durch seine horizontale Brennkammer 4 und seine dem Vertikalgaszug 8 unmittelbar nachgeschaltete Entstickungseinrichtung 54 einen besonders geringen Platzbedarf auf. Hierbei ist in besonders einfacher Weise bei allen Betriebszuständen des Dampferzeugers 2 eine besonders zuverlässige Entstickung des Heizgases G gewährleistet.In the steam generator 2 is ensured by the choice of the length L of the combustion chamber 4 in response to the BMCR value W of the steam generator 2 that the heat of combustion of the fossil fuel B is utilized particularly reliable. In addition, the steam generator 2 by its horizontal combustion chamber 4 and the denitrification device 54 immediately downstream of the vertical gas train 8 has a particularly small footprint. In this case, a particularly reliable denitration of the heating gas G is ensured in a particularly simple manner in all operating states of the steam generator 2.

Claims (20)

  1. Steam generator (2) with a nitrogen removal device (54) for fuel gas (G) and with a combustion chamber (4) for fossil fuel (B), which is followed on the fuel-gas side, via a horizontal gas flue (6) and a vertical gas flue (8), by the nitrogen removal device (54) for fuel gas (G), the combustion chamber (4) comprising a number of burners (70) arranged level with the horizontal gas flue (6), and the vertical gas flue (8) being designed for an approximately vertical flow of the fuel gas (G) from the bottom upward and the nitrogen removal device (54) for fuel gas (G) being designed for an approximately vertical flow of the fuel gas (G) from the top downward.
  2. Steam generator (2) according to Claim 1, with an air preheater (58), in which the purified fuel gas (G1) leaving the nitrogen removal device (54) for fuel gas (G) can be used for the heating of air.
  3. Steam generator (2) according to Claim 1 or 2, in which the nitrogen removal device (54) for fuel gas (G) comprises a DeNOx catalyst (64).
  4. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 3, in which the containment walls (9) of the combustion chamber (4) are formed from vertically arranged evaporator tubes (10) welded to one another in a gastight manner, in each case a number of the evaporator tubes (10) being capable of being acted upon in parallel by flow medium (S).
  5. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 4, in which one containment wall (9) of the combustion chamber (4) is the end wall (9A) and two containment walls (9) are the side walls (9B) of the combustion chamber (4), the side walls (9B) being subdivided in each case into a first group (11A) and a second group (11B) of evaporator tubes (10), the end wall (9A) and the first group (11A) of the evaporator tubes (10) being capable of being acted upon in parallel by flow medium (S) and preceding, on the flow-medium side, the second group (11B) of the evaporator tubes (10) capable of being acted upon in parallel by flow medium (S).
  6. Steam generator (2) according to one of Claims 4 and 5, in which, in each case, the evaporator tubes (10) capable of being acted upon in parallel by flow medium (S) are, on the flow-medium side, preceded by a common inlet header system (18A, 18B) and followed by a common outlet header system (20A, 20B).
  7. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 6, in which the tube inside diameter (D) of a number of the evaporator tubes (10) of the combustion chamber (4) is selected as a function of the respective position of the evaporator tubes (10) in the combustion chamber (4).
  8. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 7, in which a number of the evaporator tubes (10) carry on their inside in each case ribs (40) forming a multiflight thread.
  9. Steam generator (2) according to Claim 8, in which a pitch angle (α) between a plane (42) perpendicular to the tube axis and the flanks (44) of the ribs (40) arranged on the tube inside is smaller than 60°, preferably smaller than 55°.
  10. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 8, in which a number of the evaporator tubes (10) in each case have a throttle device.
  11. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 10, in which a line system (19A, 19B) is provided for feeding flow medium (S) into the evaporator tubes (10) of the combustion chamber (4), the line system (19A, 19B) having a number of throttle devices, in particular throttle fittings, in order to reduce the throughflow quantity of the flow medium (S).
  12. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 11, in which the side walls (12) of the horizontal gas flue (6) are formed from vertically arranged steam generator tubes (16) which are welded to one another in a gastight manner and a number of which are in each case capable of being acted upon in parallel by flow medium (S).
  13. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 12, in which the side walls (14) of the vertical gas flue (8) are formed from vertically arranged steam generator tubes (17) which are welded to one another in a gastight manner and a number of which are in each case capable of being acted upon in parallel by flow medium (S).
  14. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 13, in which adjacent evaporator or steam generator tubes (10, 16, 17) are welded to one another in a gastight manner via fins, the fin width being selected as a function of the respective position of the evaporator or steam generator tubes (10, 16, 17) in the combustion chamber (4) of the horizontal gas flue (6) and/or of the vertical gas flue (8).
  15. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 14, in which a number of superheater heating surfaces (50) are arranged in a suspended form of construction in the horizontal gas flue (6).
  16. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 15, in which a number of convection heating surfaces (52) are arranged in the vertical gas flue (8).
  17. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 16, in which an economizer (28) is arranged in the vertical gas flue (8).
  18. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 17, in which the burners (70) are arranged on the end wall (9A) of the combustion chamber (4).
  19. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 18, in which the length (L) of the combustion chamber (4), defined by the distance between the end wall (9A) of the combustion chamber (4) and the inlet region (72) of the horizontal gas flue (6), is at least equal to the burnup length of the fuel (B) during full-load operation of the steam generator (2).
  20. Steam generator (2) according to one of Claims 1 to 19, in which the length (L) of the combustion chamber (4) is selected as a function of the BMCR value (W), of the burnup time (tA) of the burners (70) and/or of the outlet temperature (TBRK) of the fuel gas (G) from the combustion chamber (4), approximately according to the two functions (I) and (II) L W t A = C 1 + C 2 W t A
    Figure imgb0007

    and L W T BRK = C 3 T BRK + C 4 W + C 5 T BRK 2 + C 6 T BRK + C 7
    Figure imgb0008

    where
    C1 = 8 m/s and
    C2 = 0.0057 m/kg and
    C3 = -1.905 · 10-4 (m · s) / (kg°C) and
    C4 = 0.286 (s · m) / kg and
    C5 = 3 · 10-4 m/(°C)2 and
    C6 = -0.842 m/°C and
    C7 = 603.41 m,
    the respectively higher value of the length (L) of the combustion chamber (4) applying to a BMCR value (W).
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