EP1533565A1 - Once-through steam generator - Google Patents
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- EP1533565A1 EP1533565A1 EP03026647A EP03026647A EP1533565A1 EP 1533565 A1 EP1533565 A1 EP 1533565A1 EP 03026647 A EP03026647 A EP 03026647A EP 03026647 A EP03026647 A EP 03026647A EP 1533565 A1 EP1533565 A1 EP 1533565A1
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- steam generator
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- tubes
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
- F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
- F22B37/10—Water tubes; Accessories therefor
- F22B37/14—Supply mains, e.g. rising mains, down-comers, in connection with water tubes
- F22B37/146—Tube arrangements for ash hoppers and grates and for combustion chambers of the cyclone or similar type out of the flues
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- F22B37/14—Supply mains, e.g. rising mains, down-comers, in connection with water tubes
Definitions
- the invention relates to a steam generator with a combustion chamber, which has funnel side walls in its bottom area, and with a gas-tight welded together Steam generator tubes formed Um Permanentswand.
- a steam generator can according to different design principles be designed.
- a continuous steam generator leads the Heating a number of steam generator pipes together form the gas-tight enclosure wall of the combustion chamber, to a complete evaporation of a flow medium in the Steam generator tubes in one pass.
- the steam generator tubes usually connected by fins.
- the Surrounding wall is thus of a number of approximately parallel Steam generator tubes formed by fins with each other connected and welded gas-tight.
- the steam generator pipes the steam generator can be vertical or be arranged spirally and thus inclined.
- the combustion chamber wall is off usually formed vertical steam generator pipes and fins.
- the steam generator tubes In the lower section run in the area of the funnel the steam generator tubes usually also in the art a vertical bore in the same direction as in her the combustion chamber wall forming upper section.
- the parallel tubes enter the funnels via entry collectors and form in the course of the parallel tubes of the Combustion chamber.
- a continuous steam generator During operation of a continuous steam generator is the in the combustion of a fuel gas within the combustion chamber generated heat both directly over the walls of the steam generator tubes as well as the fins in the steam generator tubes entered flowing through flow medium.
- the heating of each steam generator tube determines the weight the water column in the respective tube. Because of the flow Flow medium through a steam generator tube and thus the Outlet temperature of the flow medium of the pressure of Water column in the corresponding pipe depends on the outlet temperature crucial by a steam generator tube the heating of the corresponding steam generator tube influenced.
- the invention is therefore based on the object, a steam generator of the type mentioned above, in which in each Operating condition is ensured that the differences in the temperatures of the flow medium at the outlet of individual Steam generator tubes do not exceed a critical value.
- This object is achieved by a number of steam generator tubes in the area of the funnel side walls another pipe outside diameter and / or another fin width than in the area surrounding the wall Combustion chamber.
- the invention is based on the consideration that high Material loads of the steam generator tubes are avoided can be made by ensuring that the temperature differences the flow medium at the outlet of individual steam generator tubes do not exceed a critical value. Therefore should the heating of a steam generator tube at any point the steam generator significantly from the heating of others Differ steam generator tubes.
- the combustion chamber In the area of the funnel side walls the combustion chamber, however, must be conventional Construction the length of the steam generator tubes with increasing Rejuvenation of the funnel can be varied. Some steam generator pipes thus have a shorter length than others and are therefore weaker in the area of the funnel sidewalls Heating exposed. In the conventional construction Therefore, a different heating of the steam generator tubes can be and fins due to geometric relationships in their arranged in the area of the funnel side walls lower section not avoid.
- the steam generator is advantageously as a continuous steam generator designed.
- a number of steam generator tubes in which the funnel side walls forming lower section on a smaller pipe diameter as in the combustion chamber wall forming upper portion are reduced.
- the reduction of the pipe diameter in the funnel side walls allows it to be bored with the same number of Steam generator tubes as in the combustion chamber wall forming upper section.
- the rejuvenation of the Hopper sidewalls will not be reduced by number from steam generator tubes, but by reducing the pipe diameter.
- everyone is lost Steam generator tubes about the same length in the heated Range and it is a comparable heating of all steam generator tubes ensured.
- the heat input into the flow medium does not take place only through the pipe walls, but also through the individual Steam generator tubes interconnecting fins.
- the Width of the combustion chamber wall and the funnel side walls results itself from the number of steam generator tubes multiplied by the distance from tube axis to tube axis, the distance from Tube axis to tube axis equal to the tube diameter added to Width of a fin is.
- the rejuvenation of Funnel side walls to take into account can therefore advantageously also the width of the fins in the lower, the Funnel side walls forming section of the steam generator tubes changed and in particular reduced.
- the pipe outside diameter is in the lower Section by 5 to 15 percent over the pipe diameter reduced in the upper section.
- the fin width is advantageous in the lower section compared to 30 to 70 percent reduced in width in the upper section. How, indeed has turned out to be a special one in this way effective utilization of the in the funnel side walls forming lower section of the steam generator tubes available reach standing heat.
- a number of steam generator tubes advantageously at least partially parallel arranged to the direction of inclination of the funnel side walls.
- Such an arrangement allows a particularly good adaptation the length of each steam generator tube to the heating conditions and thus a particularly uniform heating.
- a less heated steam generator tube so to lay that it has a greater length inside of the heated area, and in this way the effect a weaker heating by the longer heating to compensate.
- the advantages achieved by the invention are in particular in that in a design of the steam generator as Continuous steam generator with comparatively low structural Expense the occurrence of impermissibly large temperature differences the flow medium in individual steam generator tubes can be effectively avoided. Because especially in the Funnel side walls forming lower portion of the steam generator tubes all steam generator tubes of a similarly strong heating It can also be exposed to a feed the steam generator with low mass flow density not too very different flow rates and therefore not too inadmissibly high temperature differences of the flow medium come at the outlet of the steam generator tubes.
- Fig. 1a is a schematic as a continuous steam generator ausgestalteter steam generator 1 shown, whose vertical Gas train is surrounded by a surrounding wall 4 and a combustion chamber forms at the bottom in one of funnel side walls 6 formed soil merges.
- the floor includes one not shown discharge 8 for ash.
- Burners in the vertically arranged steam generator tubes 12 formed surrounding wall 4 of the combustion chamber.
- the vertically extending steam generator tubes 12 are welded together via fins 14 and form together with the fins 14 in their upper section the enclosure wall 4 of the combustion chamber.
- an inlet collector 16 is arranged, from which the steam generator tubes 12 be fed with flow medium.
- the flow rate of the flow medium through the individual Steam generator tubes 12 and the division of the Flow on the individual steam generator tubes 12 is strongly determined by the respective weights of the water columns in the individual steam generator tubes 12.
- a heating, in the lower part of the combustion chamber, especially in the area of the funnel side walls 6, takes place, large Influence on the flow through the steam generator tubes 12 has.
- a steam generator tube 12 in the area of the funnel side walls heated comparatively weak for example because it only at the top of the funnel side walls 6 in the heated Area enters and thus within the heated area has a comparatively short length, so it shows compared to other, relatively heated ones Steam generator tubes 12, which are inside the heated area have a longer length, a lower flow rate on.
- the Surrounding wall 4 of the combustion chamber forms are all steam generator tubes Exposed to 12 similar heaters.
- a steam generator tube 12 with a comparatively low flow rate will absorb more heat than one in these conditions with comparatively high throughput, so that from the different Heating the steam generator tubes 12 in the area the hopper side walls 6 may have significant differences occur in the outlet temperature of the flow medium.
- a particularly uniform heating of the steam generator tubes 12 in the area of the funnel side walls 6 can be achieved by the steam generator tubes 12 in its lower section as shown in Fig. 1a partially not parallel to the direction of inclination of the soil are arranged.
- This oblique arrangement allows the strength of the heating of each steam generator tube 12 largely at its length within the heated To adapt to the area.
- the comparatively weak heating of a steam generator tube 12 is characterized by a through the oblique arrangement of the steam generator tubes 12 allowed greater length in the heated area compensated.
- Fig. 1a shows an arrangement in which the steam generator tubes 12 in its lower portion, in the the pipe diameter is reduced, oblique - that is not parallel to the direction of inclination of the soil - are arranged.
- This arrangement is to a certain extent, due to the geometry and the dimensions of soil, fins 14 and steam generator pipes 12 determined height H an arrangement of the steam generator tubes 12 provided parallel to the direction of inclination of the soil. Above this height H is the described oblique arrangement intended.
- the steam generator tubes 12 also as in Fig. 1b shown to be arranged.
- H is an oblique arrangement as in the first example the steam generator tubes 12 are provided, wherein the inclination angle the steam generator tubes 12 but compared to their original Direction in the plane of the soil is chosen so that the steam generator tubes 12 as well as the fins 14 in their oblique section the same pipe diameter respectively have the same width as in the upper section.
- the pipe diameter and the fin width are in this case only reduced to height H
- the steam generator tubes 12 may be as shown in FIG be arranged.
- the outermost Steam generator tubes 12, ie those steam generator tubes 12, which have the greatest distance from the central axis A, over the entire height of the funnel side walls 6 both with not reduced pipe diameter and not reduced fin width executed as well as arranged obliquely.
- the innermost Steam generator tubes 12 with the smallest distance from the central axis A are reduced over their entire length Pipe diameter and reduced fin width executed and parallel to the central axis A and thus to the direction of inclination of the soil.
- Each between the extreme and the innermost steam generator tube 12 lying steam generator tubes 12 form the transition and each have a first Section with reduced pipe diameter and reduced Fins width, in which they are arranged parallel to the central axis are, and a second section with not reduced tube diameter and not reduced fin width, in which they obliquely and thus parallel to the outermost steam generator tube 12 are arranged on.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit einer Brennkammer, die in ihrem Bodenbereich Trichterseitenwände aufweist, und mit einer aus gasdicht miteinander verschweißten Dampferzeugerrohren gebildeten Umfassungswand.The invention relates to a steam generator with a combustion chamber, which has funnel side walls in its bottom area, and with a gas-tight welded together Steam generator tubes formed Umfassungswand.
Ein Dampferzeuger kann nach verschiedenen Auslegungsprinzipien konzipiert sein. In einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung einer Anzahl von Dampferzeugerrohren, die zusammen die gasdichte Umfassungswand der Brennkammer bilden, zu einer vollständigen Verdampfung eines Strömungsmediums in den Dampferzeugerrohren in einem Durchgang. Das Strömungsmedium - üblicherweise Wasser - wird nach seiner Verdampfung den Dampferzeugerrohren nachgeschalteten Überhitzerrohren zugeführt und dort überhitzt.A steam generator can according to different design principles be designed. In a continuous steam generator leads the Heating a number of steam generator pipes together form the gas-tight enclosure wall of the combustion chamber, to a complete evaporation of a flow medium in the Steam generator tubes in one pass. The flow medium - usually water - becomes after its evaporation the Steam generator tubes downstream superheater tubes fed and overheated there.
Ein Durchlaufdampferzeuger unterliegt im Gegensatz zu einem Naturumlaufdampferzeuger keiner Druckbegrenzung, so dass er für Frischdampfdrücke weit über dem kritischen Druck von Wasser (pkrit = 221 bar) - wo keine Unterscheidung der Phasen Wasser und Dampf und damit auch keine Phasentrennung möglich ist - ausgelegt werden kann. Ein hoher Frischdampfdruck begünstigt einen hohen thermischen Wirkungsgrad und somit niedrigere CO2-Emissionen eines fossil beheizten Kraftwerks.In contrast to a natural circulation steam generator, a continuous steam generator is not subject to any pressure limitation, so that it can be designed for live steam pressures well above the critical pressure of water (p crit = 221 bar) - where no distinction between the phases water and steam and thus no phase separation is possible , A high live steam pressure promotes a high thermal efficiency and thus lower CO 2 emissions of a fossil-fired power plant.
Bei Dampferzeugern mit vertikalem Gaszug sind die Dampferzeugerrohre in der Regel über Flossen miteinander verbunden. Die Umfassungswand ist also aus einer Anzahl von annähernd parallelen Dampferzeugerrohren gebildet, die über Flossen miteinander verbunden und gasdicht verschweißt sind. Die Dampferzeugerrohre des Dampferzeugers können dabei vertikal oder spiralförmig und damit geneigt angeordnet sein. For steam generators with vertical throttle cable are the steam generator tubes usually connected by fins. The Surrounding wall is thus of a number of approximately parallel Steam generator tubes formed by fins with each other connected and welded gas-tight. The steam generator pipes the steam generator can be vertical or be arranged spirally and thus inclined.
Am unteren Ende des Gaszuges sind üblicherweise Trichterseitenwände der Brennkammer angeordnet, dessen Form die unkomplizierte Entfernung von während des Verbrennungsprozesses entstandener Asche erlaubt. Dabei ist die Brennkammerwand aus in der Regel senkrechten Dampferzeugerrohren und Flossen gebildet. Im unteren Abschnitt im Bereich des Trichters verlaufen die Dampferzeugerrohre üblicherweise ebenfalls in der Art einer Senkrechtberohrung in derselben Richtung weiter wie in ihrem die Brennkammerwand bildenden oberen Abschnitt. Die Parallelrohre treten dabei über Eintrittssammler in die Trichter ein und bilden im weiteren Verlauf die Parallelrohre der Brennkammer.At the lower end of the throttle cable are usually funnel side walls arranged the combustion chamber, whose shape is the uncomplicated Removal of during the combustion process resulting ash allowed. The combustion chamber wall is off usually formed vertical steam generator pipes and fins. In the lower section run in the area of the funnel the steam generator tubes usually also in the art a vertical bore in the same direction as in her the combustion chamber wall forming upper section. The parallel tubes enter the funnels via entry collectors and form in the course of the parallel tubes of the Combustion chamber.
Während des Betriebs eines Durchlaufdampferzeugers wird die bei der Verbrennung eines Brenngases innerhalb der Brennkammer erzeugte Wärme sowohl direkt über die Wände der Dampferzeugerrohre als auch über die Flossen in das die Dampferzeugerrohre durchströmende Strömungsmedium eingetragen. Dabei bestimmt die Beheizung jedes Dampferzeugerrohrs das Gewicht der Wassersäule in dem jeweiligen Rohr. Da der Durchfluss an Strömungsmedium durch ein Dampferzeugerrohr und damit die Austrittstemperatur des Strömungsmediums von dem Druck der Wassersäule in dem entsprechenden Rohr abhängt, wird die Austrittstemperatur durch ein Dampferzeugerrohr entscheidend von der Beheizung des entsprechenden Dampferzeugerrohrs beeinflusst.During operation of a continuous steam generator is the in the combustion of a fuel gas within the combustion chamber generated heat both directly over the walls of the steam generator tubes as well as the fins in the steam generator tubes entered flowing through flow medium. there The heating of each steam generator tube determines the weight the water column in the respective tube. Because of the flow Flow medium through a steam generator tube and thus the Outlet temperature of the flow medium of the pressure of Water column in the corresponding pipe depends on the outlet temperature crucial by a steam generator tube the heating of the corresponding steam generator tube influenced.
Werden die Dampferzeugerrohre unterschiedlich stark beheizt, resultieren somit auch unterschiedliche Austrittstemperaturen des Strömungsmediums. Unter Umständen - insbesondere bei Anfahrvorgängen und niedrigen Lasten - können solche Temperaturdifferenzen einen Wert erreichen, bei dem es zu unzulässig hohen Materialbelastungen kommt.If the steam generator tubes are heated to different degrees, thus result also different outlet temperatures of the flow medium. Under certain circumstances - especially when starting up and low loads - can be such temperature differences reach a value at which it is inadmissible high material loads comes.
Bei in der Brennkammerwand und im Bereich der Trichterseitenwände senkrecht verlaufenden Dampferzeugerrohren sind im Bereich der Trichterseitenwände einige Dampferzeugerrohre und die zugehörigen Flossen, nämlich die, die bei viereckigem Querschnitt der Brennkammer im Bereich der vier Ecken liegen, kürzer als die die Spitze der Trichterseitenwände bildenden. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Länge sind die Dampferzeugerrohre und die Flossen somit einer unterschiedlich starken Beheizung ausgesetzt. Es besteht also die Gefahr, dass es wegen der unterschiedlich starken Beheizung der Dampferzeugerrohre im Bereich der Trichterseitenwände zu unzulässig hohen Temperaturdifferenzen des aus den einzelnen Dampferzeugerrohren austretenden Strömungsmediums kommt.In the combustion chamber wall and in the area of the funnel side walls vertically extending steam generator tubes are in the range the funnel side walls some steam generator pipes and the associated fins, namely the ones in quadrilateral Cross-section of the combustion chamber in the area of the four corners, shorter than the top of the funnel side walls forming. Due to their different lengths are the steam generator tubes and the fins thus a different strength Heating exposed. So there is a risk that it because of the different degrees of heating of the steam generator tubes in the area of the funnel side walls to impermissibly high Temperature differences of the individual steam generator tubes emerging flow medium comes.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der oben genannten Art anzugeben, bei dem in jedem Betriebszustand sichergestellt ist, dass die Unterschiede in den Temperaturen des Strömungsmediums am Austritt einzelner Dampferzeugerrohre einen kritischen Wert nicht überschreiten.The invention is therefore based on the object, a steam generator of the type mentioned above, in which in each Operating condition is ensured that the differences in the temperatures of the flow medium at the outlet of individual Steam generator tubes do not exceed a critical value.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine Anzahl von Dampferzeugerrohren im Bereich der Trichterseitenwände einen anderen Rohraußendurchmesser und/oder eine andere Flossenbreite aufweist als im Bereich der Umfassungswand der Brennkammer.This object is achieved by a number of steam generator tubes in the area of the funnel side walls another pipe outside diameter and / or another fin width than in the area surrounding the wall Combustion chamber.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass hohe Materialbelastungen der Dampferzeugerrohre vermieden werden können, indem sichergestellt wird, dass die Temperaturdifferenzen des Strömungsmediums am Austritt einzelner Dampferzeugerrohre einen kritischen Wert nicht überschreiten. Daher sollte die Beheizung eines Dampferzeugerrohrs an keiner Stelle des Dampferzeugers wesentlich von der Beheizung der anderen Dampferzeugerrohre abweichen. Im Bereich der Trichterseitenwände der Brennkammer muss allerdings bei herkömmlicher Bauweise die Länge der Dampferzeugerrohre mit zunehmender Verjüngung des Trichters variiert werden. Einige Dampferzeugerrohre weisen damit eine geringere Länge auf als andere und sind daher im Bereich der Trichterseitenwände einer schwächeren Beheizung ausgesetzt. Bei der herkömmlichen Bauweise lässt sich daher eine unterschiedliche Beheizung der Dampferzeugerrohre und Flossen aufgrund der geometrischen Verhältnisse in ihrem im Bereich der Trichterseitenwände angeordneten unteren Abschnitt nicht vermeiden. Um trotz der notwendigen Verjüngung der Trichterseitenwände eine nicht zu unterschiedliche Beheizung der einzelnen Dampferzeugerrohre sicherzustellen, sollten die Längen der einzelnen Dampferzeugerrohre nicht zu stark voneinander abweichen. Um das zu ermöglichen, sollten im Bereich der Trichterseitenwände die Dampferzeugerrohre entlang von dessen Seitenflächen geführt sein. Dies wird ermöglicht, indem die Rohrgeometrien geeignet gewählt sind.The invention is based on the consideration that high Material loads of the steam generator tubes are avoided can be made by ensuring that the temperature differences the flow medium at the outlet of individual steam generator tubes do not exceed a critical value. Therefore should the heating of a steam generator tube at any point the steam generator significantly from the heating of others Differ steam generator tubes. In the area of the funnel side walls the combustion chamber, however, must be conventional Construction the length of the steam generator tubes with increasing Rejuvenation of the funnel can be varied. Some steam generator pipes thus have a shorter length than others and are therefore weaker in the area of the funnel sidewalls Heating exposed. In the conventional construction Therefore, a different heating of the steam generator tubes can be and fins due to geometric relationships in their arranged in the area of the funnel side walls lower section not avoid. In spite of the necessary Rejuvenating the funnel side walls one not too different To ensure heating of the individual steam generator tubes should be the lengths of each steam generator tubes do not differ too much from each other. To make that possible should in the area of the funnel side walls the Steam generator tubes along its side surfaces out be. This is made possible by the tube geometries suitable are selected.
Der Dampferzeuger ist dabei vorteilhafterweise als Durchlaufdampferzeuger ausgelegt. Vorteilhafterweise weist eine Anzahl von Dampferzeugerrohren in dem die Trichterseitenwände bildenden unteren Abschnitt einen geringeren Rohrdurchmesser auf als in dem die Brennkammerwand bildenden oberen Abschnitt. Die Reduzierung des Rohrdurchmessers in den Trichterseitenwänden erlaubt dessen Berohrung mit derselben Anzahl von Dampferzeugerrohren wie in dem die Brennkammerwand bildenden oberen Abschnitt. Mit anderen Worten: Der Verjüngung der Trichterseitenwände wird nicht durch die Reduzierung der Anzahl von Dampferzeugerrohren, sondern durch die Reduzierung des Rohrdurchmessers Rechnung getragen. Damit verlaufen alle Dampferzeugerrohre über etwa die gleiche Länge im beheizten Bereich und es ist eine vergleichbare Beheizung aller Dampferzeugerrohre sichergestellt.The steam generator is advantageously as a continuous steam generator designed. Advantageously, a number of steam generator tubes in which the funnel side walls forming lower section on a smaller pipe diameter as in the combustion chamber wall forming upper portion. The reduction of the pipe diameter in the funnel side walls allows it to be bored with the same number of Steam generator tubes as in the combustion chamber wall forming upper section. In other words, the rejuvenation of the Hopper sidewalls will not be reduced by number from steam generator tubes, but by reducing the pipe diameter. Everyone is lost Steam generator tubes about the same length in the heated Range and it is a comparable heating of all steam generator tubes ensured.
Der Wärmeeintrag in das Strömungsmedium erfolgt aber nicht nur durch die Rohrwände, sondern auch durch die die einzelnen Dampferzeugerrohre miteinander verbindenden Flossen. Die Breite der Brennkammerwand und der Trichterseitenwände ergibt sich aus der Anzahl der Dampferzeugerrohre multipliziert mit dem Abstand von Rohrachse zu Rohrachse, wobei der Abstand von Rohrachse zu Rohrachse gleich dem Rohrdurchmesser addiert zur Breite einer Flosse ist. Um der Verjüngung der Trichterseitenwände Rechnung zu tragen, kann daher vorteilhafterweise auch die Breite der Flossen im unteren, die Trichterseitenwände bildenden Abschnitt der Dampferzeugerrohre verändert und insbesondere reduziert werden.The heat input into the flow medium does not take place only through the pipe walls, but also through the individual Steam generator tubes interconnecting fins. The Width of the combustion chamber wall and the funnel side walls results itself from the number of steam generator tubes multiplied by the distance from tube axis to tube axis, the distance from Tube axis to tube axis equal to the tube diameter added to Width of a fin is. To the rejuvenation of Funnel side walls to take into account, can therefore advantageously also the width of the fins in the lower, the Funnel side walls forming section of the steam generator tubes changed and in particular reduced.
Vorteilhafterweise ist der Rohraußendurchmesser im unteren Abschnitt um 5 bis 15 Prozent gegenüber dem Rohrdurchmesser im oberen Abschnitt reduziert. Die Flossenbreite ist vorteilhafterweise im unteren Abschnitt um 30 bis 70 Prozent gegenüber der Breite im oberen Abschnitt reduziert. Wie sich nämlich herausgestellt hat, lässt sich auf diese Weise eine besonders effektive Ausnutzung der im die Trichterseitenwände bildenden unteren Abschnitt der Dampferzeugerrohre zur Verfügung stehenden Wärme erreichen.Advantageously, the pipe outside diameter is in the lower Section by 5 to 15 percent over the pipe diameter reduced in the upper section. The fin width is advantageous in the lower section compared to 30 to 70 percent reduced in width in the upper section. How, indeed has turned out to be a special one in this way effective utilization of the in the funnel side walls forming lower section of the steam generator tubes available reach standing heat.
Im Bereich der Trichterseitenwände ist eine Anzahl von Dampferzeugerrohren vorteilhafterweise zumindest teilweise parallel zur Neigungsrichtung der Trichterseitenwände angeordnet. Eine solche Anordnung erlaubt eine besonders gute Anpassung der Länge jedes einzelnen Dampferzeugerrohrs an die Beheizungsverhältnisse und damit eine besonders gleichmäßige Beheizung. Insbesondere ist es bei einer solchen Anordnung beispielsweise möglich, ein weniger stark beheiztes Dampferzeugerrohr so zu verlegen, dass es eine größere Länge innerhalb des beheizten Bereichs aufweist, und auf diese Weise den Effekt einer schwächeren Beheizung durch den einer längeren Beheizung zu kompensieren.In the area of the funnel side walls is a number of steam generator tubes advantageously at least partially parallel arranged to the direction of inclination of the funnel side walls. Such an arrangement allows a particularly good adaptation the length of each steam generator tube to the heating conditions and thus a particularly uniform heating. In particular, in such an arrangement, for example possible, a less heated steam generator tube so to lay that it has a greater length inside of the heated area, and in this way the effect a weaker heating by the longer heating to compensate.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass bei einer Auslegung des Dampferzeugers als Durchlaufdampferzeuger bei vergleichsweise geringem baulichen Aufwand das Auftreten von unzulässig großen Temperaturdifferenzen des Strömungsmediums in einzelnen Dampferzeugerrohren wirksam vermieden werden kann. Weil insbesondere im die Trichterseitenwände bildenden unteren Abschnitt der Dampferzeugerrohre alle Dampferzeugerrohre einer ähnlich starken Beheizung ausgesetzt sind, kann es auch bei einer Bespeisung des Dampferzeugers mit niedriger Massenstromdichte nicht zu stark unterschiedlichen Durchflussraten und somit auch nicht zu unzulässig hohen Temperaturdifferenzen des Strömungsmediums am Austritt der Dampferzeugerrohre kommen.The advantages achieved by the invention are in particular in that in a design of the steam generator as Continuous steam generator with comparatively low structural Expense the occurrence of impermissibly large temperature differences the flow medium in individual steam generator tubes can be effectively avoided. Because especially in the Funnel side walls forming lower portion of the steam generator tubes all steam generator tubes of a similarly strong heating It can also be exposed to a feed the steam generator with low mass flow density not too very different flow rates and therefore not too inadmissibly high temperature differences of the flow medium come at the outlet of the steam generator tubes.
Bei einer Auslegung des Dampferzeugers in Umlaufbauweise sind hingegen nahezu gleiche Massenströme und somit eine gute Kühlung für die Dampferzeugerrohre und zudem nahezu gleiche Dampfgehalte in den Dampferzeugerrohren erreichbar.In a design of the steam generator in circulation design however, almost the same mass flows and thus a good cooling for the steam generator tubes and also almost the same Steam levels in the steam generator tubes reachable.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- Fig. 1a
- schematisch einen Durchlaufdampferzeuger mit vertikal angeordneten Verdampferrohren im Bereich der Brennkammerwand und teilweise parallel zur Neigungsrichtung des Bodens angeordneten Dampferzeugerrohren im Bereich des Bodens,
- Fig. 1b
- eine alternative Ausführung des Durchlaufdampferzeugers, und
- Fig. 2
- eine weitere alternative Ausführung des Durchlaufdampferzeugers nach Fig. 1.
- Fig. 1a
- 1 schematically a continuous steam generator with vertically arranged evaporator tubes in the region of the combustion chamber wall and partly parallel to the direction of inclination of the bottom arranged steam generator tubes in the region of the bottom,
- Fig. 1b
- an alternative embodiment of the continuous steam generator, and
- Fig. 2
- a further alternative embodiment of the continuous steam generator of FIG. 1.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical parts are given the same reference numerals in all figures Mistake.
In Fig. 1a ist schematisch ein als Durchlaufdampferzeuger
ausgestalteter Dampferzeuger 1 dargestellt, dessen vertikaler
Gaszug von einer Umfassungswand 4 umgeben ist und eine Brennkammer
bildet, die am unteren Ende in einen von Trichterseitenwänden
6 gebildeten Boden übergeht. Der Boden umfasst eine
nicht näher dargestellte Austragsöffnung 8 für Asche.In Fig. 1a is a schematic as a continuous steam generator
Im Bereich des Gaszugs sind eine Anzahl von nicht dargestellten
Brennern in der aus vertikal angeordneten Dampferzeugerrohren
12 gebildeten Umfassungswand 4 der Brennkammer angebracht.
Die vertikal verlaufend angeordneten Dampferzeugerrohre
12 sind über Flossen 14 miteinander verschweißt und
bilden zusammen mit den Flossen 14 in ihrem oberen Abschnitt
die Umfassungswand 4 der Brennkammer. Unterhalb des Bodens
ist ein Eintrittssammler 16 angeordnet, aus dem die Dampferzeugerrohre
12 mit Strömungsmedium bespeist werden.In the area of the throttle cable are a number of not shown
Burners in the vertically arranged
In der Brennkammer befindet sich beim Betrieb des Dampferzeugers
1 ein bei der Verbrennung eines fossilen Brennstoffes
entstehender Flammenkörper. Die auf diese Weise in der Brennkammer
erzeugte Wärme wird auf das die Dampferzeugerrohre 12
durchströmende Strömungsmedium übertragen, wo sie die Verdampfung
des Strömungsmediums bewirkt. Dabei erfolgt der Wärmeeintrag
sowohl direkt über die Rohrwände der Dampferzeugerrohre
12 als auch über die Flossen 14.In the combustion chamber is located during operation of the
Die Durchflussrate des Strömungsmediums durch die einzelnen
Dampferzeugerrohre 12 beziehungsweise die Aufteilung des
Durchflusses auf die einzelnen Dampferzeugerrohre 12 wird
stark bestimmt durch die jeweiligen Gewichte der Wassersäulen
in den einzelnen Dampferzeugerrohren 12. Dies hat zur Folge,
dass eine Beheizung, die im unteren Teil der Brennkammer, besonders
im Bereich der Trichterseitenwände 6, erfolgt, großen
Einfluss auf die Durchströmung der Dampferzeugerrohre 12 hat.
Werden einzelne Dampferzeugerrohre 12 vergleichsweise stark
beheizt, sinkt das Gewicht ihrer Wassersäule und damit auch
der Widerstand in dem betreffenden Dampferzeugerrohr 12. Dadurch
erhöht sich in diesem Dampferzeugerrohr 12 die Durchflussrate
im Vergleich zu anderen, weniger stark beheizten
Dampferzeugerrohren 12. Wird ein Dampferzeugerrohr 12 vergleichsweise
schwach beheizt, so verringert sich die Durchflussrate
entsprechend.The flow rate of the flow medium through the individual
Wird ein Dampferzeugerrohr 12 im Bereich der Trichterseitenwände
vergleichsweise schwach beheizt, beispielsweise weil es
erst am oberen Rand der Trichterseitenwände 6 in den beheizten
Bereich eintritt und somit innerhalb des beheizten Bereiches
eine vergleichsweise geringe Länge aufweist, so weist es
im Vergleich zu anderen, vergleichsweise stark beheizten
Dampferzeugerrohren 12, die innerhalb des beheizten Bereiches
eine größere Länge aufweisen, eine niedrigere Durchflussrate
auf. Im oberen Abschnitt der Dampferzeugerrohre 12, der die
Umfassungswand 4 der Brennkammer bildet, sind alle Dampferzeugerrohre
12 ähnlichen Beheizungen ausgesetzt. Ein Dampferzeugerrohr
12 mit vergleichsweise niedriger Durchflussrate
wird bei diesen Bedingungen mehr Wärme aufnehmen als eines
mit vergleichsweise hohem Durchsatz, so dass aus der unterschiedlichen
Beheizung der Dampferzeugerrohre 12 im Bereich
der Trichterseitenwände 6 unter Umständen erhebliche Unterschiede
in der Austrittstemperatur des Strömungsmediums auftreten.If a
Solche Temperaturdifferenzen sind nur in gewissen Grenzen tolerierbar,
weil sie zu Spannungen führen können, die einen
durch die zulässige Materialbelastung der Dampferzeugerrohre
12 vorgegebenen Wert nicht überschreiten dürfen. Eine möglichst
gleichmäßige Beheizung aller Dampferzeugerrohre 12 ist
deshalb anzustreben und besonders in dem die Trichterseitenwände
6 bildenden unteren Abschnitt der Dampferzeugerrohre 12
bedeutsam.Such temperature differences are tolerable only within certain limits,
because they can lead to tensions, the one
by the permissible material load of the
Um eine möglichst gleichmäßige Beheizung aller Dampferzeugerrohre
12 zu erreichen, weisen die Dampferzeugerrohre 12 des
Dampferzeugers 1 in Fig. 1a in dem die Trichterseitenwände 6
bildenden unteren Abschnitt einen geringeren Durchmesser auf
als in dem die Umfassungswand 4 der Brennkammer bildenden
oberen Abschnitt. Die Flossen 14 weisen ebenfalls im unteren
Abschnitt eine geringere Breite auf als im oberen Abschnitt.
Damit lässt sich die Breite des Bodens, die bestimmt wird
durch die Anzahl der parallelen Dampferzeugerrohre 12 und
durch den Rohrdurchmesser addiert zur Breite einer Flosse 14,
durch einen geringeren Rohrdurchmesser und eine geringere
Breite der Flossen 14 reduzieren anstatt durch eine Verringerung
der Anzahl der parallelen Dampferzeugerrohre 12. Damit
wird die erforderliche Verjüngung des Bodens in der Art einer
zumindest teilweisen Führung der Dampferzeugerrohre entlang
des Bodens erreicht.To ensure uniform heating of all steam generator pipes
Reach 12, have the
Wie sich herausgestellt hat, lässt sich eine optimale Anordnung
der Dampferzeugerrohre 12 und damit eine besonders effektive
Ausnutzung der im Bereich der Trichterseitenwände 6
vorhandenen Wärme erzielen, wenn der Durchmesser jedes Dampferzeugerrohrs
12 im unteren Abschnitt um 5 bis 15 Prozent gegenüber
dem Rohrdurchmesser im oberen Abschnitt und die Breite
der Flossen 14 im unteren Abschnitt um 30 bis 70 Prozent
gegenüber der Breite im oberen Abschnitt reduziert sind. Bei
einem üblichen Rohrdurchmesser von 34 mm und einer Flossenbreite
von 16 mm ergeben sich somit ein Rohrdurchmesser von
ca. 32 mm und eine Flossenbreite von ca. 6 mm im unteren Abschnitt.As it turned out, can be an optimal arrangement
the
Eine besonders gleichmäßige Beheizung der Dampferzeugerrohre
12 im Bereich der Trichterseitenwände 6 kann erreicht werden,
indem die Dampferzeugerrohre 12 in ihrem unteren Abschnitt
wie in Fig. 1a dargestellt teilweise nicht parallel zur Neigungsrichtung
des Bodens angeordnet sind. Diese schräge Anordnung
erlaubt es, die Stärke der Beheizung jedes Dampferzeugerrohrs
12 weitgehend an dessen Länge innerhalb des beheizten
Bereiches anzupassen. Mit anderen Worten: Die vergleichsweise
schwache Beheizung eines Dampferzeugerrohrs 12
wird durch eine durch die schräge Anordnung der Dampferzeugerrohre
12 ermöglichte größere Länge im beheizten Bereich
kompensiert.A particularly uniform heating of the
Die Anordnung der Dampferzeugerrohre 12 im Bereich des Bodens
kann dabei dem in diesem Bereich vorliegenden Temperaturprofil
angepasst werden. Fig. 1a zeigt eine Anordnung, bei der
die Dampferzeugerrohre 12 in ihrem unteren Abschnitt, in dem
der Rohrdurchmesser reduziert ist, schräg - also nicht parallel
zur Neigungsrichtung des Bodens - angeordnet sind. Bei
dieser Anordnung ist bis zu einer gewissen, durch die Geometrie
und die Maße von Boden, Flossen 14 und Dampferzeugerrohren
12 bestimmten Höhe H eine Anordnung der Dampferzeugerrohre
12 parallel zur Neigungsrichtung des Bodens vorgesehen.
Oberhalb dieser Höhe H ist die beschriebene schräge Anordnung
vorgesehen.The arrangement of the
Alternativ dazu können die Dampferzeugerrohre 12 auch wie in
Fig. 1b dargestellt angeordnet sein. In diesem Fall ist ebenfalls
bis zu einer gewissen Höhe H eine Berohrung mit parallel
zur Neigungsrichtung des Bodens angeordneten Dampferzeugerrohren
12 mit gegenüber dem Durchmesser im oberen Abschnitt
reduzierten Rohrdurchmesser vorgesehen. Oberhalb dieser
Höhe H ist wie im ersten Beispiel eine schräge Anordnung
der Dampferzeugerrohre 12 vorgesehen, wobei der Neigungswinkel
der Dampferzeugerrohre 12 aber gegenüber ihrer ursprünglichen
Richtung in der Ebene des Bodens so gewählt ist, dass
die Dampferzeugerrohre 12 ebenso wie die Flossen 14 in ihrem
schrägen Abschnitt denselben Rohrdurchmesser beziehungsweise
dieselbe Breite aufweisen wie im oberen Abschnitt. Der Rohrdurchmesser
und die Flossenbreite sind also in diesem Fall
nur bis zur Höhe H reduziert.Alternatively, the
Ist der Eintrittssammler 16 vergleichsweise breit und weisen
die äußeren Dampferzeugerrohre einen vergleichsweise großen
Abstand voneinander auf wie das beispielsweise bei Dampferzeugern
mit zirkulierender Wirbelschicht der Fall ist, so
können die Dampferzeugerrohre 12 wie in Fig. 2 dargestellt
angeordnet sein. Bei dieser Anordnung sind die äußersten
Dampferzeugerrohre 12, also diejenigen Dampferzeugerrohre 12,
die den größten Abstand von der Mittelachse A aufweisen, über
die gesamte Höhe der Trichterseitenwände 6 sowohl mit nicht
reduziertem Rohrdurchmesser und nicht reduzierter Flossenbreite
ausgeführt als auch schräg angeordnet. Die innersten
Dampferzeugerrohre 12 mit dem geringsten Abstand von der Mittelachse
A dagegen sind über ihre gesamte Länge mit reduziertem
Rohrdurchmesser und reduzierter Flossenbreite ausgeführt
und parallel zur Mittelachse A und damit zur Neigungsrichtung
des Bodens angeordnet. Die jeweils zwischen dem äußersten und
dem innersten Dampferzeugerrohr 12 liegenden Dampferzeugerrohre
12 bilden den Übergang und weisen jeweils einen ersten
Abschnitt mit reduziertem Rohrdurchmesser und reduzierter
Flossenbreite, in dem sie parallel zur Mittelachse angeordnet
sind, und einem zweiten Abschnitt mit nicht reduziertem Rohrdurchmesser
und nicht reduzierter Flossenbreite, in dem sie
schräg und damit parallel zum äußersten Dampferzeugerrohr 12
angeordnet sind, auf.Is the
Bei dieser Anordnung sind die Unterschiede in der Stärke der
Beheizung der Dampferzeugerrohre 12 im Bereich des Bodens
verschwindend klein und eventuell daraus resultierende Temperaturdifferenzen
im Strömungsmedium so gering, dass unzulässig
hohe Materialbelastungen sicher vermieden werden. Auch
bei niedrigen Lasten und bei Anfahrvorgängen sind daher keine
Zusatzmaßnahmen erforderlich, um die Temperaturdifferenzen
gering zu halten.In this arrangement, the differences in the strength of the
Heating the
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