EP1512905A1 - Once-through steam generator and method of operating said once-through steam generator - Google Patents

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EP1512905A1
EP1512905A1 EP03020021A EP03020021A EP1512905A1 EP 1512905 A1 EP1512905 A1 EP 1512905A1 EP 03020021 A EP03020021 A EP 03020021A EP 03020021 A EP03020021 A EP 03020021A EP 1512905 A1 EP1512905 A1 EP 1512905A1
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EP
European Patent Office
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steam generator
flow
continuous
gas
heating surface
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Withdrawn
Application number
EP03020021A
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German (de)
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Inventor
Joachim Dr. Franke
Rudolf Kral
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Abstract

The device (1) has an evaporator throughflow heating surface (8) in a gas flue (6) through which gas can flow approximately vertically with a number of steam generator tubes (12) in parallel and a heating surface segment (20) that can carry an opposite flow and has an outlet positioned so that the saturated steam temperature in the evaporator throughflow heating surface deviates by less than a maximum deviation from the hot gas temperature at the outlet position in the operating case. An independent claim is also included for the following: (a) a method of operating an inventive throughflow steam generator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchlaufdampferzeuger, bei dem in einem in einer annähernd vertikalen Heizgasrichtung durchströmbaren Gaszug eine Verdampferdurchlaufheizfläche angeordnet ist, die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohren umfasst.The invention relates to a continuous steam generator, wherein in a flow-through in an approximately vertical heating gas Throttle arranged a Verdampferdurchlaufheizfläche is that a number of to flow through a flow medium comprising steam generator tubes connected in parallel.

Bei einer Gas- und Dampfturbinenanlage wird die im entspannten Arbeitsmittel oder Heizgas aus der Gasturbine enthaltene Wärme zur Erzeugung von Dampf für die Dampfturbine genutzt. Die Wärmeübertragung erfolgt in einem der Gasturbine nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger, in dem üblicherweise eine Anzahl von Heizflächen zur Wasservorwärmung, zur Dampferzeugung und zur Dampfüberhitzung angeordnet sind. Die Heizflächen sind in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschaltet. Der Wasser-Dampf-Kreislauf umfasst üblicherweise mehrere, z. B. drei, Druckstufen, wobei jede Druckstufe eine Verdampferheizfläche aufweisen kann.In a gas and steam turbine plant is in the relaxed Working fluid or fuel gas contained in the gas turbine Heat used to generate steam for the steam turbine. The heat transfer takes place in one of the gas turbine downstream Heat recovery steam generator, in which usually a Number of heating surfaces for water pre-heating, for steam generation and are arranged for steam overheating. The heating surfaces are connected in the water-steam cycle of the steam turbine. The water-steam cycle usually includes several, z. B. three, pressure levels, each pressure level one Evaporator can have.

Für den der Gasturbine als Abhitzedampferzeuger heizgasseitig nachgeschalteten Dampferzeuger kommen mehrere alternative Auslegungskonzepte, nämlich die Auslegung als Durchlaufdampferzeuger oder die Auslegung als Umlaufdampferzeuger, in Betracht. Bei einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung von als Verdampferrohren vorgesehenen Dampferzeugerrohren zu einer Verdampfung des Strömungsmediums in den Dampferzeugerrohren in einem einmaligen Durchlauf. Im Gegensatz dazu wird bei einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger das im Umlauf geführte Wasser bei einem Durchlauf durch die Verdampferrohre nur teilweise verdampft. Das dabei nicht verdampfte Wasser wird nach einer Abtrennung des erzeugten Dampfes für eine weitere Verdampfung den selben Verdampferrohren erneut zugeführt.For the gas turbine as a heat recovery steam generator on the heating gas side Downstream steam generators come several alternative Design concepts, namely the design as a continuous steam generator or the design as a circulating steam generator, into consideration. In a continuous steam generator, the heating leads from intended as evaporator tubes steam generator tubes an evaporation of the flow medium in the steam generator tubes in a one-time pass. In contrast, will in a natural or forced circulation steam generator in circulation Guided water in one pass through the evaporator tubes only partially evaporated. The unevaporated water is after a separation of the generated vapor for a further evaporation supplied to the same evaporator tubes again.

Ein Durchlaufdampferzeuger unterliegt im Gegensatz zu einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger keiner Druckbegrenzung, so dass Frischdampfdrücke weit über dem kritischen Druck von Wasser (PKri ≈ 221 bar) - wo es nur noch geringe Dichteunterschiede gibt zwischen flüssigkeitsähnlichem und dampfähnlichem Medium - möglich sind. Ein hoher Frischdampfdruck begünstigt einen hohen thermischen Wirkungsgrad und somit niedrige CO2-Emissionen eines fossilbeheizten Kraftwerks. Zudem weist ein Durchlaufdampferzeuger im Vergleich zu einem Umlaufdampferzeuger eine einfache Bauweise auf und ist somit mit besonders geringem Aufwand herstellbar. Die Verwendung eines nach dem Durchlaufprinzip ausgelegten Dampferzeugers als Abhitzedampferzeuger einer Gas- und Dampfturbinenanlage ist daher zur Erzielung eines hohen Gesamtwirkungsgrades der Gas- und Dampfturbinenanlage bei einfacher Bauweise besonders günstig.In contrast to a natural or forced circulation steam generator, a continuous steam generator is not subject to any pressure limitation, so that fresh steam pressures are possible far above the critical pressure of water (P Kri ≈ 221 bar) - where there are only slight differences in density between liquid-like and vapor-like medium. A high live steam pressure promotes a high thermal efficiency and thus low CO 2 emissions of a fossil-fired power plant. In addition, a continuous steam generator in comparison to a circulating steam generator a simple construction and is thus produced with very little effort. The use of a designed according to the flow principle steam generator as heat recovery steam generator of a gas and steam turbine plant is therefore particularly favorable to achieve a high overall efficiency of the gas and steam turbine plant with a simple design.

Ein solcher Abhitzedampferzeuger kann technisch besonders einfach ausgeführt werden, indem das dem Dampferzeuger von der Gasturbine zugeführte Heizgas den Gaszug in vertikaler Richtung, insbesondere von unten nach oben, durchströmt. Dabei kommen für die strömungsmedium- und heizgasseitige Verschaltung der die Verdampferdurchlaufheizfläche bildenden Dampferzeugerrohre grundsätzlich zwei mögliche Konzepte in Betracht: Entweder werden die innerhalb des Gaszuges verlegten Dampferzeugerrohre im so genannten Kreuz- oder Gegenstrom vom Strömungsmedium durchströmt, das heißt, das Strömungsmedium durchströmt jedes Heizflächenrohr in aufeinander folgenden Durchgängen durch den Gaskanal quer zur Gasströmung, deshalb die Bezeichnung Kreuzstromschaltung. Die von einer Seite des Gaskanals zur anderen Seite führenden horizontalen Rohrstücke sind über Umlenkstücke derart miteinander verbunden, dass sie in vertikaler Richtung aufeinanderfolgend entgegen der Strömungsrichtung des Gases durchströmt werden, deshalb die Bezeichnung Gegenstromschaltung. Insgesamt handelt es sich also um eine Mischform von Kreuz- und Gegenstromschaltung. Der Kreuzstromcharakter ist für die folgenden Erörterungen unwesentlich. Diese Schaltung wird deshalb im folgenden nur als Gegenstromschaltung bezeichnet. Es ist allgemein bekannt, dass eine Verdampferheizfläche in Gegenstromschaltung problematisch hinsichtlich der Stabilität der Strömung ist. Insbesondere eine gleichmäßige Verteilung der Strömung auf alle parallelen Rohre der Verdampferheizfläche erfordert technischen Aufwand.Such a heat recovery steam generator can be technically very special Simply run by the steam generator of the gas turbine supplied fuel gas the throttle cable in vertical Direction, in particular from bottom to top, flows through. there come for the flow medium and heating gas side wiring the evaporator continuous heating surface forming Steam generator tubes basically two possible concepts in Consider: Either the laid within the throttle cable Steam generator tubes in the so-called cross or countercurrent flows through the flow medium, that is, the flow medium flows through each Heizflächenrohr in successive Passages through the gas channel across the gas flow, therefore the term cross-circuit circuit. The one side of the gas channel to the other side leading horizontal pipe sections are interconnected via deflecting pieces, that they oppose in a vertical direction sequentially the flow direction of the gas to be flowed through, therefore the term countercurrent circuit. Overall, it is So it is a mixed form of cross and countercurrent circuit. The crosscurrent character is for the following discussions immaterial. This circuit will therefore be explained below only referred to as countercurrent circuit. It is general known that a Verdampferheizfläche in countercurrent circuit problematic with regard to the stability of the flow is. In particular, a uniform distribution of the flow on all parallel tubes the evaporator heating surface requires technical effort.

Eine Alternative zur Gegenstromschaltung stellt die so genannte Gleichstromschaltung dar, bei der die Dampferzeugerrohre im Kreuz-/Gleichstrom durchströmt werden. Bei dieser Schaltung sind die horizontal geführten Rohrstücke wie in der vorangehend beschriebenen Kreuzstromschaltung über Umlenkstücke miteinander verbunden, nur dass sie nun in vertikaler Richtung aufeinanderfolgend in Strömungsrichtung des Gases durchströmt werden, deshalb die Bezeichnung Gleichstromschaltung. Insgesamt handelt es sich also um eine Mischform von Kreuz- und Gleichstromschaltung. Der Kreuzstromcharakter ist für die folgenden Erörterungen unwesentlich. Diese Schaltung wird deshalb im folgenden nur als Gleichstromschaltung bezeichnet. Eine Gleichstromschaltung erfordert den Einsatz verhältnismäßig großer Heizflächen, deren Herstellung und Montage mit erheblichem Aufwand verbunden sind.An alternative to the countercurrent circuit is the so-called DC circuit, in which the steam generator tubes flows through in the cross / direct current. At this Circuit are the horizontally routed pieces of pipe as in the previously described cross-circuit via deflectors connected together, only that they are now vertical Direction successively in the flow direction of the gas be flowed through, therefore the term DC circuit. Overall, it is therefore a hybrid of Cross and DC circuit. The crosscurrent character is insignificant for the following discussions. This circuit is therefore referred to below as a DC circuit. A DC circuit requires use relatively large heating surfaces, their production and Assembly associated with considerable effort.

Aus der EP 0 425 717 A ist ein Dampferzeuger bekannt, der die genannten Vorteile eines Durchlaufdampferzeugers aufweist. Seine Verdampferdurchlaufheizfläche ist als Kombination von Gegenstrom- und Gleichstromschaltung ausgelegt, indem eine Anzahl von Rohrabschnitten in Gegenstromrichtung geschaltet ist, während eine Anzahl von weiteren Rohrabschnitten in Gleichstromrichtung geschaltet ist. Durch diese Art der Verschaltung kann ein höheres Maß an Strömungsstabilität erreicht werden als bei einer reinen Gegenstromschaltung. Zudem kann der bei Verwendung einer reinen Gleichstromschaltung notwendige hohe technische und apperative Aufwand verringert werden.From EP 0 425 717 A a steam generator is known, which is the having mentioned advantages of a continuous steam generator. Its evaporator flow heating surface is as a combination of Countercurrent and DC circuit designed by a Number of pipe sections connected in countercurrent direction is while a number of other pipe sections in DC direction is switched. By this type of interconnection can achieve a higher degree of flow stability be as in a pure countercurrent circuit. moreover can be when using a pure DC circuit necessary high technical and apperative effort reduced become.

Grundsätzlich problematisch bei Dampferzeugern in derartiger Bauweise können so genannte Temperaturschieflagen sein, also Temperaturdifferenzen an den Austritten benachbarter, strömungsmediumseitig parallel geschalteter Dampferzeugerrohre, die zu Rohrreißern oder anderen Beschädigungen führen können. Zur Vermeidung derartiger Temperaturschieflagen können Durchlaufdampferzeuger für besonders geringe Massenstromdichten des Strömungsmediums ausgelegt sein, was jedoch die Flexibilität bei der Wahl der Auslegungsparameter für den Dampferzeuger begrenzt.Basically problematic with steam generators in such Construction can be so-called temperature imbalances, ie Temperature differences at the outlets adjacent, flow medium side parallel connected steam generator tubes, which can lead to pipe tears or other damage. To avoid such temperature imbalances Durchlaufdampferzeuger for very low mass flow densities be designed for the flow medium, but what the flexibility in choosing the design parameters for the steam generator limited.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Durchlaufdampferzeuger der oben genannten Art anzugeben, der auch bei einer Beaufschlagung mit vergleichsweise großen Massenstromdichten des Strömungsmediums auch bei unterschiedlicher Beheizung der Dampferzeugerrohre eine besonders hohe Stabilität insbesondere gegenüber Temperaturschieflagen aufweist. Des Weiteren soll ein zum Betreiben dieses Dampferzeugers besonders geeignetes Verfahren der oben genannten Art angegeben werden.The invention is therefore based on the object, a continuous steam generator of the above mentioned type, too when exposed to comparatively large mass flow densities the flow medium even at different Heating the steam generator tubes a particularly high stability especially with respect to temperature imbalances. Furthermore, a particular for operating this steam generator suitable method of the type mentioned above become.

Bezüglich des Durchlaufdampferzeugers wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem die Verdampferdurchlaufheizfläche ein vom Strömungsmedium im Gegenstrom zum Gaszug durchströmbares Heizflächensegment umfasst, dessen strömungsmediumseitiger Austritt in Heizgasrichtung gesehen derart positioniert ist, dass die sich im Betriebsfall in der Verdampferdurchlaufheizfläche einstellende Sattdampftemperatur um weniger als eine vorgegebene Maximalabweichung von der im Betriebsfall an der Position des Austritts des Heizflächensegments herrschenden Heizgastemperatur abweicht.With respect to the continuous steam generator, this object is achieved according to the invention solved by the evaporator continuous heating surface a flow-through medium in the countercurrent to the gas train Heizflächensegment comprises, whose strömungsmediumseitiger Exit seen in Heizgasrichtung positioned so is that in the operating case in the evaporator continuous heating surface adjusting saturated steam temperature by less as a predetermined maximum deviation from that in the operating case at the position of exit of the Heizflächensegments deviates from the prevailing heating gas temperature.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass bei der Bespeisung der Verdampferdurchlaufheizfläche mit vergleichsweise großen Massenstromdichten eine lokal unterschiedliche Beheizung einzelner Rohre die Strömungsverhältnisse derart beeinflussen könnte, dass mehrbeheizte Rohre von weniger und weniger beheizte Rohre von mehr Strömungsmedium durchströmt werden. Mehrbeheizte Rohre würden in diesem Fall schlechter gekühlt als minderbeheizte Rohre, so dass die auftretenden Temperaturdifferenzen selbsttätig verstärkt würden. Um diesem Fall auch ohne aktive Beeinflussung der Strömungsverhältnisse wirksam begegnen zu können, sollte das System für eine grundsätzliche und globale Begrenzung möglicher Temperaturunterschiede geeignet ausgelegt sein. Dazu ist die Erkenntnis nutzbar, dass am Austritt aus der Verdampferdurchlaufheizfläche das Strömungsmedium zumindest die im Wesentlichen durch den Druck im Dampferzeugerrohr gegebene Sattdampftemperatur aufweisen muss. Andererseits kann das Strömungsmedium aber maximal die Temperatur aufweisen, die das Heizgas an der Austrittsstelle des Strömungsmediums aus der Verdampferdurchlaufheizfläche hat. Durch eine geeignete Abstimmung dieser beiden das mögliche Temperaturintervall überhaupt eingrenzenden Grenztemperaturen aufeinander können somit auch die maximal möglichen Temperaturschieflagen geeignet begrenzt werden. Durch die Aufteilung der Verdampfer-Durchlaufheizfläche in ein austrittsseitiges Gegenstromsegment und ein diesem heizgas- und medienseitig vorgeschaltetes weiteres Segment ist der Austritt in Heizgasrichtung frei positionierbar, so dass ein zusätzlicher Auslegungsparameter verfügbar ist. Ein besonders geeignetes Mittel zur Abstimmung der beiden Grenztemperaturen aufeinander ist dabei die gezielte Positionierung des Austritts der Verdampferdurchlaufheizfläche in Strömungsrichtung des Heizgases gesehen.The invention is based on the consideration that in the Feeding the Verdampferdurchlaufheizfläche with comparatively large mass flow densities a locally different Heating individual pipes, the flow conditions such could affect that of less heated and more heated pipes less heated pipes flowed through by more flow medium become. More heated pipes would be worse in this case cooled as underheated pipes, so that the occurring Temperature differences would be amplified automatically. To this Fall even without active influence on the flow conditions To be able to respond effectively, the system should be for a fundamental and global limitation of possible temperature differences be designed suitable. This is the knowledge usable that at the exit from the evaporator continuous heating surface the flow medium at least substantially through the saturated steam temperature in the steam generator tube must have. On the other hand, the flow medium but maximum temperature, the heating gas at the exit point the flow medium from the Verdampferdurchlaufheizfläche Has. By a suitable vote this both limiting the possible temperature interval at all Limit temperatures can therefore also the maximum be suitably limited possible temperature imbalances. By dividing the evaporator passage heating surface in an exit-side countercurrent segment and a heating-side and media side upstream another segment the outlet in Heizgasrichtung freely positionable, so that an additional design parameter is available. A special suitable means for adjusting the two limit temperatures the targeted positioning is one another the exit of the evaporator continuous heating surface in the flow direction seen the heating gas.

Vorteilhafterweise ist die Positionierung des Austritts der Verdampferdurchlaufheizfläche in Relation zum Temperaturprofil des Heizgases im Gaszug derart gewählt, dass eine Maximalabweichung von etwa 50 °C eingehalten ist, so dass im Hinblick auf verfügbare Materialien und weitere Auslegungsparameter eine besonders hohe betriebliche Sicherheit gewährleistet ist.Advantageously, the positioning of the exit is the Evaporator flow heating surface in relation to the temperature profile of the heating gas in the throttle cable selected such that a maximum deviation is maintained at about 50 ° C, so in terms of on available materials and other design parameters ensures a particularly high level of operational safety is.

Ein weiteres Problem bei einem Dampferzeuger der genannten Bauweise könnte die Gefährdung der Strömungsstabilität durch so genannte Strömungsoszillationen sein. Strömungsoszillationen treten auf, wenn sich bei Mehrbeheizung eines Dampferzeugerrohres das Gebiet innerhalb des Dampferzeugerrohres, in dem Verdampfung stattfindet, deutlich innerhalb des Rohres verschiebt. Die Verlagerung des Verdampfungsgebietes innerhalb eines Dampferzeugerrohres beeinflusst den Druckverlust der Strömung innerhalb der Verdampferdurchlaufheizfläche auf unerwünschte Art und Weise. Daher könnten bei einem Dampferzeuger, der derart empfindlich auf eine abweichende Beheizung der Dampferzeugerrohre reagiert, Drosseln am Eintritt aller Dampferzeugerrohre vorgesehen sein, die es erlauben, den Druckverlust der Strömung innerhalb der Verdampferdurchlaufheizfläche über einen verhältnismäßig großen Bereich hinweg zu steuern. Um auch hierfür geeignete Auslegungsparameter bereitzustellen, umfasst die Verdampferdurchlaufheizfläche vorteilhafterweise ein weiteres, dem genannten Heizflächensegment strömungsmediumseitig vorgeschaltetes Heizflächensegment, das heizgasseitig zweckmäßigerweise vor dem genannten Heizflächensegment angeordnet ist.Another problem with a steam generator of the mentioned Construction could endanger the flow stability through be so-called flow oscillations. flow oscillations occur when at Mehrbeheizung a steam generator tube the area inside the steam generator tube, in Evaporation takes place clearly within the tube shifts. The displacement of the evaporation area within a steam generator pipe affects the pressure loss the flow within the Verdampferdurchlaufheizfläche on unwanted way. Therefore, with a steam generator, the so sensitive to a different heating the steam generator tubes reacts, throttling at the entrance of all Steam generator tubes are provided, which allow the Pressure drop of the flow within the evaporator flow heating surface over a relatively large area to control. In order to provide suitable design parameters for this as well, includes the Verdampferdurchlaufheizfläche advantageously another, the mentioned Heizflächensegment flow medium side upstream heating surface segment, the hot gas side expediently before said Heating surface segment is arranged.

Das dem Heizflächensegment strömungsmediumseitig vorgeschaltete weitere Heizflächensegment ist vorteilhafterweise ebenfalls in der Art einer Gegenstromsektion ausgebildet oder alternativ im Gleichstrom zur Heizgasrichtung geschaltet.The upstream of the Heizflächensegment flow medium side Another heating surface segment is advantageously also formed in the manner of a countercurrent section or alternatively connected in DC to the heating gas direction.

Durch eine derartige Anordnung der Segmente im Heizgaskanal wird weitgehend der Vorteil einer reinen Gegenstromschaltung erhalten, die Wärme des Abgases effektiv auf das Strömungsmedium zu übertragen, und gleichzeitig eine hohe inhärente Sicherheit gegen schädliche Temperaturdifferenzen am strömungsmediumsseitigen Austritt erzielt. By such an arrangement of the segments in the heating gas channel is largely the advantage of a pure countercurrent circuit get the heat of the exhaust gas effectively to the flow medium and at the same time a high degree of inherent security against harmful temperature differences on the flow medium side Outcome achieved.

Zweckmäßigerweise wird der Dampferzeuger als Abhitzedampferzeuger einer Gas- und Dampfturbinenanlage verwendet. Dabei ist der Dampferzeuger vorteilhafterweise heizgasseitig einer Gasturbine nachgeschaltet. Bei dieser Schaltung kann zweckmäßigerweise hinter der Gasturbine eine Zusatzfeuerung zur Erhöhung der Heizgastemperatur angeordnet sein.Conveniently, the steam generator is used as a heat recovery steam generator a gas and steam turbine plant used. there is the steam generator advantageously heizgasseitig one Gas turbine downstream. In this circuit may suitably behind the gas turbine an additional firing to increase be arranged the heating gas temperature.

Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gelöst, indem das Strömungsmedium in Heizgasrichtung gesehen an einer Position aus der Verdampferdurchlaufheizfläche abgeführt wird, an der die im Betriebsfall herrschende Heizgastemperatur um weniger als eine vorgegebene Maximalabweichung von der sich im Betriebsfall infolge des Druckverlusts in der Verdampferdurchlaufheizfläche einstellenden Sattdampftemperatur abweicht.With regard to the method, the stated object is achieved by the flow medium in Heizgasrichtung seen at a Position removed from the evaporator continuous heating surface at which the heating gas temperature prevailing during operation less than a given maximum deviation from the during operation due to the pressure loss in the evaporator continuous heating surface adjusting saturated steam temperature differs.

Vorteilhafterweise wird das Strömungsmedium vor seinem Austritt aus der Verdampferdurchlaufheizfläche im Gegenstrom zur Heizgasrichtung geführt. In dem entsprechenden Heizflächensegment werden die Dampferzeugerrohre dabei vom Strömungsmedium entgegen der Heizgasrichtung, also von oben nach unten, durchströmt. Bei einer derartigen Bespeisung der Verdampferdurchlaufheizfläche ist die Positionierung des Austritts vergleichsweise einfach variierbar und an das Temperaturprofil des Heizgases im Gaszug anpassbar. Vorteilhafterweise wird eine Maximalabweichung von etwa 50 °C vorgegeben.Advantageously, the flow medium before its exit from the evaporator flow heating surface in countercurrent to Heating gas direction out. In the corresponding heating surface segment The steam generator tubes are thereby from the flow medium contrary to the heating gas direction, ie from top to bottom, flows through. With such a feeding of the evaporator continuous heating surface is the positioning of the exit comparatively easily variable and to the temperature profile of the fuel gas in the throttle cable adaptable. Advantageously a maximum deviation of about 50 ° C specified.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die nunmehr vorgesehene, an das Temperaturprofil des Heizgases im Gaszug angepasste Positionierung des strömungsmediumseitigen Austritts der Verdampferdurchlaufheizfläche das insgesamt bei der Verdampfung des Strömungsmediums erreichbare Temperaturintervall zwischen Sattdampftemperatur des Strömungsmediums und Heizgastemperatur an der Austrittsstelle vergleichsweise eng eingegrenzt wird, so dass unabhängig von den Strömungsverhältnissen nur geringe austrittsseitige Temperaturdifferenzen möglich sind. Dadurch kann eine ausreichende Angleichung der Temperaturen des Strömungsmediums in jedem Betriebszustand sichergestellt werden. Zudem ist die Durchlaufverdampferheizfläche durch die geeignete Positionierung des strömungsmediumseitigen Eintritts der Verdampferdurchlaufheizfläche am gasseitigen Eintritt der Verdampferdurchlaufheizfläche strömungsmäßig stabiler als eine reine Gegenstromschaltung. Somit ist eine besonders hohe Strömungsstabilität und eine besonders hohe betriebliche Sicherheit für den Dampferzeuger gewährleistet. Darüber hinaus ist aber auch sichergestellt, dass die möglichen Austrittstemperaturen in ihrer absoluten Höhe begrenzt sind, so dass die durch die Materialeigenschaften vorgegebenen zulässigen Grenztemperaturen sicher unterschritten bleiben.The advantages achieved by the invention are in particular in that by the now provided, to the temperature profile the heating gas in the throttle cable adapted positioning the flow-medium-side outlet of the evaporator continuous heating surface the total in the evaporation of the flow medium Achievable temperature interval between saturated steam temperature of the flow medium and heating gas temperature the exit point is narrowed comparatively narrow, so that regardless of the flow conditions only small outlet-side temperature differences are possible. Thereby can be a sufficient approximation of the temperatures of the flow medium be ensured in any operating condition. In addition, the Durchlaufverdampferheizfläche by the appropriate Positioning of the flow-medium side entrance of Evaporator continuous heating surface at the gas inlet of the Evaporator flow heating surface fluidly stable than a pure countercurrent circuit. Thus, a particularly high Flow stability and a particularly high operational safety guaranteed for the steam generator. Furthermore But it also ensures that the possible outlet temperatures are limited in their absolute height, so that the permissible given by the material properties Limit temperatures remain safely below.

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

FIG 1
in vereinfachter Darstellung ausschnittsweise im Längsschnitt einen Durchlaufdampferzeuger, und
FIG 2
die Verdampfungssektion des Durchlaufdampferzeugers nach FIG 1 in einer alternativen Ausführung.
An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
FIG. 1
in a simplified representation of a section in longitudinal section a continuous steam generator, and
FIG. 2
the evaporation section of the continuous steam generator of Figure 1 in an alternative embodiment.

Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Like parts are given the same reference numerals in both figures Mistake.

Der Durchlaufdampferzeuger 1 gemäß FIG 1 ist in der Art eines Abhitzedampferzeugers einer nicht näher dargestellten Gasturbine abgasseitig nachgeschaltet. Der Durchlaufdampferzeuger 1 weist eine Umfassungswand 2 auf, die einen in einer annähernd vertikalen, durch die Pfeile 4 angedeuteten Heizgasrichtung y durchströmbaren Gaszug 6 für das Abgas aus der Gasturbine bildet. Im Gaszug 6 ist eine Anzahl von nach dem Durchlaufprinzip ausgelegten Heizflächen, insbesondere eine Verdampferdurchlaufheizfläche 8, angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 ist lediglich die Verdampferdurchlaufheizfläche 8 gezeigt, es kann aber auch eine größere Anzahl von Durchlaufheizflächen vorgesehen sein.The continuous steam generator 1 according to FIG. 1 is in the manner of a Heat recovery steam generator of a gas turbine, not shown downstream from the exhaust. The continuous steam generator 1 has a perimeter wall 2, one in an approximately vertical, indicated by the arrows 4 Heizgasrichtung y permeable throttle cable 6 for the exhaust gas from the gas turbine forms. In the throttle cable 6 is a number of after the flow principle designed heating surfaces, in particular a Verdampferdurchlaufheizfläche 8, arranged. In the embodiment According to FIG. 1, only the evaporator throughflow heating surface 8 is but it can also be a larger number of Durchlaufheizflächen be provided.

Das aus der Verdampferdurchlaufheizfläche 8 gebildete Verdampfersystem ist mit Strömungsmedium W beaufschlagbar, das bei einmaligem Durchlauf durch die Verdampferdurchlaufheizfläche 8 verdampft und nach dem Austritt aus der Verdampferdurchlaufheizfläche 8 als Dampf D abgeführt und üblicherweise zur weiteren Überhitzung Überhitzerheizflächen zugeführt wird. Das aus der Verdampferdurchlaufheizfläche 8 gebildete Verdampfersystem ist in den nicht näher dargestellten Wasser-Dampf-Kreislauf einer Dampfturbine geschaltet. Zusätzlich zu dem Verdampfersystem sind in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine eine Anzahl weiterer, in FIG 1 nicht dargestellter Heizflächen geschaltet. Bei den Heizflächen kann es sich beispielsweise um Überhitzer, Mitteldruckverdampfer, Niederdruckverdampfer und/oder um Vorwärmer handeln.The evaporator system formed by the evaporator continuous heating 8 is acted upon by flow medium W, the with a single pass through the evaporator continuous heating surface Evaporates 8 and after exiting the evaporator continuous heating surface 8 discharged as vapor D and usually superheater heating surfaces supplied for further overheating becomes. The formed from the evaporator continuous heating 8 Evaporator system is in the water-steam cycle, not shown a steam turbine switched. In addition to the evaporator system are in the water-steam cycle of the Steam turbine a number of others, not shown in FIG 1 Heating surfaces switched. The heating surfaces may be for example, superheater, medium-pressure evaporator, low-pressure evaporator and / or to act as a preheater.

Die Verdampferdurchlaufheizfläche 8 des Durchlaufdampferzeugers 1 nach FIG 1 umfasst in der Art eines Rohrbündels eine Mehrzahl von zur Durchströmung des Strömungsmediums W parallel geschalteten Dampferzeugerrohren 12. Dabei ist jeweils eine Mehrzahl von Dampferzeugerrohren 12 in Heizgasrichtung y gesehen nebeneinander angeordnet. Dabei ist jeweils lediglich eines der so nebeneinander angeordneten Dampferzeugerrohre 12 sichtbar. Die Dampferzeugerrohre 12 umfassen jeweils eine Anzahl von waagerecht durchströmten Rohrstücken, von denen jeweils zwei durch ein senkrecht durchströmtes Rohrstück verbunden sind. Mit anderen Worten: Die Dampferzeugerrohre sind jeweils mäanderartig innerhalb des Gaszuges 6 verlegt. Den so nebeneinander angeordneten Dampferzeugerrohren 12 ist dabei strömungsmediumseitig an ihrem Eintritt 13 in die Verdampferdurchlaufheizfläche 8 jeweils ein gemeinsamer Eintrittssammler 14 vor- und an ihrem Austritt 16 aus der Verdampferdurchlaufheizfläche 8 ein gemeinsamer Austrittssammler 18 nachgeschaltet. The evaporator continuous heating surface 8 of the continuous steam generator 1 according to FIG. 1 comprises in the manner of a tube bundle Plural of parallel to the flow of the flow medium W switched steam generator tubes 12. It is in each case a plurality of steam generator tubes 12 in Heizgasrichtung y seen side by side. It is only each one of the juxtaposed steam generator tubes 12th visible, noticeable. The steam generator tubes 12 each include a number of horizontally flowed pipe sections, each of which two connected by a vertically flowed pipe section are. In other words: the steam generator pipes are each laid meandering within the throttle cable 6. That way juxtaposed steam generator tubes 12 is here flow medium side at its inlet 13 in the evaporator continuous heating 8 each a common entrance collector 14 upstream and at its outlet 16 from the evaporator continuous heating surface 8 a common outlet header 18 downstream.

Der Durchlaufdampferzeuger 1 ist für eine besonders hohe betriebliche Sicherheit und zur konsequenten Unterdrückung von auch als Temperaturschieflage bezeichneten signifikanten Temperaturunterschieden am Austritt 16 zwischen benachbarten Dampferzeugerrohren 12 selbst bei einer Bespeisung mit vergleichsweise hohen Massenstromdichten ausgelegt. Dazu umfasst die Verdampferdurchlaufheizfläche 8 in ihrem strömungsmediumseitig gesehen hinteren Bereich ein Heizflächensegment 20, das im Gegenstrom zur Heizgasrichtung y geschaltet ist. Weiterhin umfasst die Verdampferdurchlaufheizfläche 8 zusätzlich zum Heizflächensegment 20 ein diesem strömungsmediumseitig vorgeschaltetes weiteres Heizflächensegment 22. Durch diese Schaltung ist die Positionierung des Austritts 16 in Heizgasrichtung y gesehen wählbar. Diese Positionierung ist beim Durchlaufdampferzeuger 1 derart gewählt, dass die sich im Betriebsfall druckabhängig in der Verdampferdurchlaufheizfläche 8 einstellende Sattdampftemperatur des Strömungsmediums W um weniger als eine vorgegebene Maximalabweichung von etwa 50 °C von der im Betriebsfall an der Position oder auf der Höhe des Austritts 16 des Heizflächensegments 20 herrschenden Heizgastemperatur abweicht. Da die Temperatur des Strömungsmediums W am Austritt 16 immer mindestens gleich der Sattdampftemperatur sein muss, andererseits aber nicht höher als die an dieser Stelle herrschende Heizgastemperatur sein kann, sind die möglichen Temperaturdifferenzen zwischen unterschiedlich beheizten Rohren auch ohne weitere Gegenmaßnahmen auf die vorgegebene Maximalabweichung von etwa 50 °C begrenzt.The continuous steam generator 1 is for a particularly high operational Security and consistent suppression of Also referred to as temperature imbalance significant temperature differences at the exit 16 between adjacent ones Steam generator tubes 12 even with a feed with comparatively designed high mass flow densities. Includes the evaporator continuous heating surface 8 in its flow medium side seen rear area a Heizflächensegment 20, which is connected in countercurrent to the direction of the heating gas y. Farther includes the evaporator continuous heating 8 additionally to the Heizflächensegment 20 a this flow medium side upstream another Heizflächensegment 22. Through this Circuit is the positioning of the outlet 16 in Heizgasrichtung y seen selectable. This positioning is at Continuous steam generator 1 selected such that in the operating case pressure-dependent in the evaporator continuous heating surface 8 adjusting saturated steam temperature of the flow medium W to less than a given maximum deviation of about 50 ° C from the operating case at the position or at the height of the Outlet 16 of the Heizflächensegments 20 prevailing heating gas temperature differs. Since the temperature of the flow medium W at the outlet 16 always at least equal to the saturated steam temperature on the other hand, but not higher than the one on this one Place prevailing heating gas temperature can be possible temperature differences between differently heated Pipes without further countermeasures on the given Maximum deviation of about 50 ° C limited.

Eine besonders hohe Strömungsstabilität bei gleichzeitig begrenztem technischen Aufwand lässt sich zudem durch die Verwendung einer Kombination aus Gegenstromschaltung und Gleichstromschaltung der Dampferzeugerrohre erzielen. Das erste Heizflächensegment 20 ist dabei mit dem zweiten Heizflächensegment 22 durch ein Verbindungsstück 24 verbunden. Die Verdampferdurchlaufheizfläche 8 umfasst das weitere Heizflächensegment 22, das diesem strömungsmediumseitig nachgeschaltete Verbindungsstück 24 sowie das dem Verbindungsstück 24 strömungsmediumseitig nachgeschaltete Heizflächensegment 20. Im Ausführungsbeispiel nach FIG 1 ist das weitere Heizflächensegment 22 ebenfalls im Gegenstrom zur Heizgasrichtung 4 geschaltet.A particularly high flow stability with limited technical effort can also be through the use a combination of reverse current circuit and DC circuit achieve the steam generator tubes. The first Heating surface segment 20 is in this case with the second heating surface segment 22 connected by a connecting piece 24. The evaporator continuous heating surface 8 includes the further heating surface segment 22, which downstream of this flow medium side Connector 24 and the connecting piece 24 flow medium side downstream heating surface segment 20. Im Embodiment of FIG 1, the other Heizflächensegment 22 also connected in countercurrent to the direction 4 Heizgasrichtung.

Wie sich herausgestellt hat, weist sowohl die in FIG 1 dargestellte als auch die in FIG 2 dargestellte alternative Schaltung der Verdampferdurchlaufheizfläche 8 eine besonders große Strömungsstabilität auf. Insbesondere wird auch das Auftreten von Strömungsoszillationen sicher verhindert. Diese treten auf, wenn eine abweichende Beheizung einzelner Dampferzeugerrohre 12 das Verdampfungsgebiet innerhalb des betreffenden Dampferzeugerrohres 12 stark entlang der Strömungsrichtung des Strömungsmediums W verschiebt. Strömungsoszillationen können in einem solchen Fall vermieden werden, indem der beim Durchströmen der Verdampferdurchlaufheizfläche 8 auftretende Druckverlust im Strömungsmedium W durch Drosseln am Eintritt der Rohre künstlich erhöht wird. Bei den in FIG 1 und 2 dargestellten Schaltungen tritt das Problem der Strömungsoszillationen jedoch nicht auf. Es hat sich gezeigt, dass sich das Verdampfungsgebiet bei einer abweichenden Beheizung nur vergleichsweise wenig innerhalb des jeweiligen Dampferzeugerrohres 12 verschiebt. Zur Stabilisierung der Strömung ist daher lediglich eine geringe künstliche Erhöhung des Druckverlustes erforderlich.As has been found, both shown in FIG as well as the alternative circuit shown in FIG the evaporator continuous heating 8 a particularly large Flow stability on. In particular, the occurrence is also safely prevented by flow oscillations. These occur on, if a different heating of individual steam generator tubes 12 the evaporation area within the concerned Steam generator tube 12 strong along the flow direction of the flow medium W shifts. flow oscillations can be avoided in such a case by the Flow through the evaporator continuous heating surface 8 occurring Pressure loss in the flow medium W by throttling at the inlet the pipes are artificially raised. In the illustrated in Figures 1 and 2 Circuits occurs the problem of flow oscillations but not on. It has been proven that that Evaporation area at a different heating only comparatively little within the respective steam generator tube 12 moves. To stabilize the flow is therefore only a small artificial increase in pressure loss required.

Claims (11)

Durchlaufdampferzeuger (1), bei dem in einem in einer annähernd vertikalen Heizgasrichtung (y) durchströmbaren Gaszug (6) eine Verdampferdurchlaufheizfläche (8) angeordnet ist, die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums (W) parallel geschalteten Dampferzeugerrohren (12) umfasst, und die ein vom Strömungsmedium (W) im Gegenstrom zum Gaszug (6) durchströmbares Heizflächensegment (20) umfasst, dessen strömungsmediumseitiger Austritt (16) in Heizgasrichtung (y) gesehen derart positioniert ist, dass die sich im Betriebsfall in der Verdampferdurchlaufheizfläche (8) einstellende Sattdampftemperatur um weniger als eine vorgegebene Maximalabweichung von der im Betriebsfall an der Position des Austritts (16) des Heizflächensegments (20) herrschenden Heizgastemperatur abweicht.Continuous steam generator (1), in which in an approximately vertical heating gas direction (y) permeable throttle cable (6) an evaporator continuous heating surface (8) is arranged, a number of to flow through a flow medium (W) comprises steam generator tubes (12) connected in parallel, and one of the flow medium (W) in countercurrent to the throttle cable (6) through-flowable Heizflächensegment (20), whose flow-medium-side outlet (16) in heating gas direction (y) Seen in such a way that in the operating case in the evaporator continuous heating surface (8) adjusting Saturated steam temperature by less than a predetermined maximum deviation from the operating case at the position of the exit (16) of the Heizflächensegments (20) prevailing heating gas temperature differs. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 1, bei dem eine Maximalabweichung von höchstens 70°C vorgegeben ist.Continuous steam generator (1) according to claim 1, wherein a Maximum deviation of not more than 70 ° C is specified. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 1 oder 2, dessen Verdampferdurchlaufheizfläche (8) ein weiteres, dem Heizflächensegment (20) strömungsmediumseitig vorgeschaltetes Heizflächensegment (22) umfasst.Continuous steam generator (1) according to claim 1 or 2, whose Evaporator continuous heating surface (8) another, the Heizflächensegment (20) Heizungssegmentsegment upstream of the flow medium side (22). Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 3, bei dem das weitere Heizflächensegment (22) im Gegenstrom zur Heizgasrichtung (y) geschaltet ist.Continuous steam generator (1) according to claim 3, wherein the another heating surface segment (22) in countercurrent to the direction of the heating gas (y) is switched. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 3, bei dem das weitere Heizflächensegment (22) im Gleichstrom zur Heizgasrichtung (y) geschaltet ist.Continuous steam generator (1) according to claim 3, wherein the further heating surface segment (22) in the DC to Heizgasrichtung (y) is switched. Durchlaufdampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dem heizgasseitig eine Gasturbine vorgeschaltet ist. Continuous steam generator (1) according to one of claims 1 to 5, the gas side is preceded by a gas turbine. Verfahren zum Betreiben eines Durchlaufdampferzeugers (1) mit einer in einem in einer annähernd vertikalen Heizgasrichtung (y) durchströmbaren Gaszug (6) mit einer Verdampferdurchlaufheizfläche (8), die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums (W) parallel geschalteten Dampferzeugerrohren (12) umfasst, wobei das Strömungsmedium (W) in Heizgasrichtung (y) gesehen an einer Position aus der Verdampferdurchlaufheizfläche (8) abgeführt wird, an der die im Betriebsfall herrschende Heizgastemperatur um weniger als eine vorgegebene Maximalabweichung von der sich im Betriebsfall infolge des Druckverlusts in der Verdampferdurchlaufheizfläche (8) einstellenden Sattdampftemperatur abweicht.Method for operating a continuous-flow steam generator (1) with one in an approximately vertical Heizgasrichtung (y) gas flow permeable by gas (6) with a Verdampferdurchlaufheizfläche (8), which is a number of to flow through a flow medium (W) connected in parallel steam generator tubes (12), wherein the flow medium (W) in Heating gas direction (y) seen at a position from the evaporator flow heating surface (8) is discharged, at which the im Operating case prevailing heating gas temperature by less than one predetermined maximum deviation from that in the operating case due to the pressure loss in the evaporator continuous heating surface (8) deviating saturated steam temperature deviates. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Strömungsmedium (W) unmittelbar vor seinem Austritt aus der Verdampferdurchlaufheizfläche (8) im Gegenstrom zum Heizgas geführt wird.The method of claim 7, wherein the flow medium (W) immediately prior to its exit from the evaporator continuous heating surface (8) is conducted in countercurrent to the heating gas. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem eine Maximalabweichung von höchstens 70°C vorgegeben wird.Method according to claim 7 or 8, wherein a maximum deviation of not more than 70 ° C is given. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Strömungsmedium (W) unmittelbar nach seinem Eintritt in die Verdampferdurchlaufheizfläche (8) im Gegenstrom zum Heizgas geführt wird.Method according to one of claims 7 to 9, wherein the Flow medium (W) immediately after its entry into the Evaporator continuous heating surface (8) in countercurrent to the heating gas to be led. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Strömungsmedium (W) unmittelbar nach seinem Eintritt in die Verdampferdurchlaufheizfläche (8) im Gleichstrom zum Heizgas geführt wird.Method according to one of claims 7 to 9, wherein the Flow medium (W) immediately after its entry into the Evaporator continuous heating surface (8) in co-current with the heating gas to be led.
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