EP1660814A1 - Verfahren zum anfahren eines durchlaufdampferzeugers und durchlaufdampferzeuger zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum anfahren eines durchlaufdampferzeugers und durchlaufdampferzeuger zur durchführung des verfahrens

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Publication number
EP1660814A1
EP1660814A1 EP04763720A EP04763720A EP1660814A1 EP 1660814 A1 EP1660814 A1 EP 1660814A1 EP 04763720 A EP04763720 A EP 04763720A EP 04763720 A EP04763720 A EP 04763720A EP 1660814 A1 EP1660814 A1 EP 1660814A1
Authority
EP
European Patent Office
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steam generator
heating surface
flow medium
flow
superheater
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04763720A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Franke
Rudolf Kral
Dieter Schiesser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP04763720A priority Critical patent/EP1660814A1/de
Publication of EP1660814A1 publication Critical patent/EP1660814A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1807—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
    • F22B1/1815—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines using the exhaust gases of gas-turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00—Steam boilers of forced-flow type
    • F22B29/06—Steam boilers of forced-flow type of once-through type, i.e. built-up from tubes receiving water at one end and delivering superheated steam at the other end of the tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/06—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type
    • F22B35/14—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type during the starting-up periods, i.e. during the periods between the lighting of the furnaces and the attainment of the normal operating temperature of the steam boilers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Definitions

  • the invention relates to a continuous-flow steam generator in a horizontal design, in which, in a heating gas channel through which the heating gas can flow in an approximately horizontal direction, an evaporator continuous heating surface, which comprises a number of steam generator tubes connected in parallel with the flow of a flow medium, and a superheater heating surface connected downstream of the continuous evaporator heating surface comprising a number of superheater tubes connected in parallel to flow through the vaporized flow medium. It further relates to a method for starting up such a once-through steam generator.
  • the heat contained in the relaxed working fluid or heating gas from the gas turbine is used to generate steam for the steam turbine.
  • the heat transfer takes place in a waste heat steam generator connected downstream of the gas turbine, in which a number of heating surfaces for water preheating, steam generation and steam heating are usually arranged.
  • the heating surfaces are connected to the water-steam cycle of the steam turbine.
  • the water-steam cycle usually comprises several, e.g. B. three, pressure levels, each pressure level can have an evaporator heating surface.
  • a continuous steam generator 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 far above the critical pressure of water (P K ri «221 bar) - where there are only slight differences in density between liquid-like and steam-like medium - are possible.
  • a high live steam pressure favors high thermal efficiency and thus low C0 2 emissions from a fossil-fired power plant.
  • a continuous steam generator has a simple design compared to a circulation steam generator and can therefore be produced with particularly little effort.
  • the use of a steam generator designed according to the continuous flow principle as waste heat steam generator of a gas and steam turbine system is therefore particularly favorable in order to achieve a high overall efficiency of the gas and steam turbine system with a simple construction.
  • a heat recovery steam generator in a horizontal design offers particular advantages in terms of manufacturing effort, but also with regard to required maintenance work, in which the heating medium or heating gas, i.e. the exhaust gas from the gas turbine, is guided through the steam generator in an approximately horizontal flow direction.
  • Such a steam generator is known for example from EP 0 944 801 B1.
  • arrival driving time ie the time taken to reach full load conditions and thermal equilibrium of the system components at full heating is desirable.
  • a gas turbine requires a comparatively short time for the starting process or for load change processes.
  • the exhaust gas from a gas turbine can therefore reach a high temperature relatively quickly.
  • a short start-up time of a gas turbine is desirable because the start-up losses incurred during the start-up process and thus the emissions of the gas turbine are kept low.
  • the waste heat of the gas turbine is used as heating gas in the steam generator of the steam turbine.
  • the steam turbine requires a longer start-up time than the gas turbine and thus specifies the lower limit for the required start-up times. Since the gas turbine thus "leads" the steam turbine, the waste heat of the gas turbine cannot be completely absorbed by the steam circuit of the steam turbine during the start-up process of the gas and steam turbine system. During the start-up process of the gas and steam turbine plant, the majority of the hot water vapor is therefore usually conducted past the steam turbine into the condenser via a so-called bypass system.
  • cooling the steam generated in the steam generator before leaving the steam generator to a temperature of the material of the steam turbine system approximate temperature level can be made. This cooling is more complex the further the gas turbine "leads" the steam turbine when starting up.
  • the cooling is usually carried out by using injection cooling within the superheater heating surfaces downstream of the continuous heating surfaces of the steam generator during the start-up process of the gas and steam turbine system.
  • the temperature of the steam as it emerges from the superheater can only be controlled within certain limits with the aid of injection cooling, so that even with such measures, a certain warm-up time of the steam turbine generally remains.
  • the use of the separate cooling device is technically complex.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for starting a once-through steam generator of the type mentioned above, with which the temperature of the steam escaping from the tubes of the superheater heating surface can be reliably controlled with comparatively simple means and comparatively short start-up times can be achieved. Furthermore, a continuous steam generator of the type mentioned above, which is particularly suitable for carrying out the method, is to be specified.
  • this object is achieved according to the invention by temporarily moving the evaporation end point of the flow medium into the superheater tubes.
  • the invention is based on the consideration that the cooling of the superheater heating surface, which is necessary to enable short start-up times of the gas turbine, should be carried out in a particularly simple manner in order to reduce the technical effort involved in installing and operating the steam generator. Therefore, separate cooling devices, such as, for example, injection coolers, should be avoided if possible.
  • a saving of separate cooling devices can be achieved by avoiding them an excessive heating of the steam, a portion of the flow medium which has not yet evaporated after passing through the evaporator heating surface, that is to say is still in the liquid state, is provided for the through-flow of the superheater heating surfaces.
  • a water-steam mixture should enter the pipes of the superheater heating surface, which can be achieved by increasing the feed water supply.
  • the evaporator heating surface and the superheater heating surface should be combined into a functional unit. In this way, a direct overflow of the liquid medium-vapor mixture from the evaporator tubes into the superheater tubes is made possible. The evaporation end point for the flow medium is thus moved into the pipes of the superheater heating surface if necessary.
  • the temperature of the steam supplied to the steam turbine at the outlet of the superheater heating surface can advantageously be controlled directly via the feed water flow. In this way it can be ensured, for example, during the start-up process or during a load change of the gas and steam turbine system that there is sufficient liquid medium within the steam generator tubes of the superheater heating surface, which absorbs heat without increasing the temperature by evaporation and thus reduces the overheating of the steam at the outlet of the superheater heating surface.
  • the position of the evaporation end point within the superheater heating surface or the evaporator heating is expediently area controlled by the amount of the supply of flow medium per unit of time. In this way, the evaporation end point can be matched to the temperature requirements of the steam turbine in a particularly simple and flexible manner.
  • the proportion of as yet unevaporated flow medium within the superheater heating surface can be increased quickly and without additional devices for cooling steam that is initially superheated by an increased supply of flow medium.
  • the object is achieved according to the invention in that the evaporator heating surface and the superheater heating surface of the steam generator are interconnected to form a functional unit such that the evaporation end point of the flow medium can be shifted into the superheater heating surface.
  • the need to use the superheater heating surface as the evaporator heating surface ensures the particularly flexible and inexpensive operation of the steam generator in different operating states of the gas and steam turbine system.
  • the steam generator should be designed in such a way that the flow medium is already completely evaporated at the outlet of the evaporator heating surface in order to be subsequently overheated in the tubes of the superheater heating surface downstream of the evaporator heating surface.
  • Overfeeding of the evaporator i.e. increasing the supply of flow medium in such a way that the flow medium cannot evaporate completely within the tubes of the evaporator heating surface, and the transfer of the liquid medium / vapor mixture from the tubes of the evaporators to that of the superheater heating surface is thus easily possible can thus be used to reduce the steam temperatures at the outlet of the superheater heating surface when starting or when changing loads.
  • the merging of the flow from steam generator tubes connected in parallel on the fluid medium side, arranged in the manner of a pipe line on the hot gas side one after the other, and the transfer to the superheater tubes is expediently carried out in each case by a suitably designed collector distributor unit, wherein advantageously steam generator tubes connected in parallel on the flow medium side and in each case one steam generator tube arranged one behind the other , with its longitudinal axis se is essentially connected in parallel to the direction of the heating gas collector.
  • the number of collectors is expediently equal to the number of steam generator tubes arranged within a row of tubes extending transversely to the heating gas direction, so that exactly one collector is uniquely assigned to each steam generator tube within a row of tubes.
  • a separator is advantageously connected downstream of the superheater heating surface on the flow medium side. This ensures that any fluid that has not yet evaporated, ie that is still liquid even after passing through the superheater heating surface, cannot get into the steam turbine.
  • a particularly high degree of flow stability and a particularly favorable heating profile can be achieved with only little constructional and constructive effort by advantageously dividing the steam generator tubes of the continuous heating surface into at least three segments (of parallel tubes), the first segment of each Pipe includes a riser pipe and is flowed through in the upward direction.
  • the second segment comprises a piece of downpipe and is flowed through in the downward direction.
  • the downpipe pieces forming the second segment of each steam generator pipe in the heating gas channel are arranged behind the riser pipe pieces assigned to them in the heating gas direction.
  • the third segment includes further riser pipe sections and is flowed through in the upward direction.
  • the segments of the or each steam generator tube in the heating gas duct are advantageously positioned such that the heating requirement of each individual segment is particularly adapted to the local heat supply in the heating gas duct.
  • the further riser pipe pieces of each steam generator pipe in the heating gas channel, which form the third segment are viewed in the heating gas direction between the riser pipe pieces of the first and the down pipe pieces of the second th segment arranged.
  • the first riser piece which serves for partial preheating and for the most part already for the evaporation of the flow medium, is thus exposed to a comparatively strong heating by the heating gas in the "hot flue gas area". This ensures that flow medium with a comparatively high steam content flows out of the respective first riser piece in the entire load range.
  • the steam generator is expediently used as a waste heat steam generator in a gas and steam turbine plant.
  • the steam generator is advantageously connected downstream of a gas turbine on the hot gas side. With this circuit, an additional firing can be expediently provided behind the gas turbine to increase the heating gas temperature.
  • liquid component of the flow medium and its capacity to absorb latent heat enable a particularly flexible and simple type of control and, if necessary, a lowering of the temperature of the steam at the outlet of the superheater heating surface, the cooling of the hot steam under injection cooling with subsequent reheating no longer being necessary is.
  • FIG. 1 shows a simplified representation in longitudinal section of a continuous steam generator in a horizontal design
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a collector of the once-through steam generator.
  • the continuous steam generator 1 according to FIG. 1 is connected in the manner of a heat recovery steam generator on the exhaust gas side of a gas turbine (not shown in more detail).
  • the continuous steam generator 1 has a peripheral wall 2, which forms a heating gas channel 6 for the exhaust gas from the gas turbine, through which the heating gas direction x can flow, in an approximately horizontal direction indicated by the arrows 4.
  • a number of heating surfaces designed according to the continuous flow principle for preheating, evaporation and superheating of the flow medium are arranged in the heating gas channel 6. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, only one evaporator continuous heating surface 8 is shown for the evaporation section, but a larger number of continuous heating surfaces can also be provided.
  • the evaporator system formed from the evaporator once-through heating surface 8 can be acted upon with flow medium W, which is completely evaporated during normal load operation with a single pass through the evaporator once-through heating surface 8.
  • the evaporator system formed from the evaporator once-through heating surface 8 is connected to the water-steam circuit of a steam turbine, not shown in any more detail.
  • a tube bundle in the manner of a tube bundle, comprises a plurality of steam generator tubes 12 connected in parallel to the flow through the flow medium W, a plurality of steam generator tubes 12 being arranged next to one another in the direction of the heating gas x, so that so-called tube rows are formed. 1, only one of the steam generator tubes 12 arranged next to one another is visible in each case.
  • a plurality of steam generator tubes 12 are arranged one behind the other as seen in the heating gas direction x and thus form a so-called tube line.
  • the steam generator tubes 12 arranged in a tube line are each followed by a common collector 16 on the flow medium side.
  • the evaporator continuous heating surface 8 is followed by a superheater heating surface 20 also arranged in the heating gas channel 6.
  • a number of further heating surfaces are connected in the water-steam circuit of the steam turbine, which can be, for example, medium-pressure evaporators, low-pressure evaporators and / or preheaters.
  • the continuous-flow steam generator 1 is designed to reliably ensure low steam temperatures at the outlet of the superheater tubes 22 forming the superheater heating surface 20 during the start-up process with particularly simple means. For this purpose, it is provided, if necessary, to shift the evaporation end point of the flow medium W from the steam generator tubes 12 into the superheater tubes 22, so that due to the residual evaporation in the superheater tubes 22, in particular in the start-up or partial load range, by suitable setting of the Feeding the steam generator tubes 12 with flow medium W a particularly low overheating can be achieved.
  • the collectors 16 are designed in such a way that they allow the fully or partially evaporated flow medium W to flow into the superheater heating surface 20 connected downstream of the evaporator flow-through heating surface 8, without the liquid and vapor phases of the flow medium W being separated.
  • the collector-distributor unit thus connects the evaporator continuous heating surface 8 and the superheater heating surface 20 to form a functional unit such that the evaporation end point of the flow medium W can be moved into the superheater heating surface 20.
  • the steam D generated in the evaporator unit from the flow medium W is superheated during normal operation.
  • the number of superheater tubes 22 arranged side by side in the heating gas direction x corresponds to the number of tube rows of the evaporator system.
  • the steam D generated in the steam generator tubes 12 of a row of tubes is thus collected in a collector 16 and fed to one or two superheater tubes 22, so that each superheater tube 22 is preceded by a number of individually assigned steam generator tubes 12 on the flow medium side.
  • the direct overflow from the evaporator system into the superheater tubes 22 achieved by this arrangement without a separator connected between the evaporator system and superheater heating surface 20 enables the targeted transfer of not yet evaporated, and thus still liquid, flow medium W from the evaporator system into the superheater tubes 22 If the evaporation end point of the flow medium W is moved from the evaporator system into the superheater tubes 22, a desired reduction in the temperature of the steam D at the outlet 24 of the superheater tubes 22 depending on the operating state of the gas and steam turbine system can be achieved. This is done by evaporating the liquid medium portion in the superheater tubes 22, that is to say the use of the superheater heating surface 20 as an evaporator heating surface.
  • the temperature of the steam D at the outlet 24 of the superheater heating surface 20 can be adapted to the lower temperature of the metal masses of the steam turbine in a particularly simple and flexible manner.
  • a particularly flexible setting of the steam temperature T at the outlet 24 of the superheater heating surface 20 is ensured by the fact that the end of the evaporation can be displaced in a flow direction y of the flow medium W indicated by the arrow 26 within the superheater tubes 22.
  • An evaporation end point that is comparatively far forward in the direction of flow y, that is to say in the vicinity of the collectors 16, means a low heat absorption capacity of the liquid medium / vapor mixture within the superheater heating surface 20 and thus a comparatively high temperature T of the steam D at the outlet 24 of the superheater heating surface 20.
  • superheater heating surface 20 are controlled via the supply of flow medium W to the steam generator tubes 12, ie via the feed water flow.
  • the pump output of the feed water pumps is controlled accordingly by a central control and control unit. If a comparatively large amount of flow medium W per unit time is supplied to the steam generator tubes 12, the amount of heat provided by the heating gas is not sufficient to completely evaporate the flow medium W within the evaporator continuous heating surface 8.
  • a high proportion of liquid medium in turn requires a comparatively large heat absorption capacity of the liquid medium / steam mixture and a comparatively low outlet temperature T.
  • the temperature T des can be reduced in a particularly simple and flexible manner simply by increasing the supply of flow medium W per unit of time achieve steam D supplied to the steam turbine and, conversely, an increase in temperature T by reducing the supply.
  • the evaporator continuous heating surface 8 is also designed for a particularly favorable heating characteristic.
  • the evaporator continuous heating surface 8 comprises three segments connected in series on the flow medium side.
  • each steam generator tube 12 of the evaporator continuous heating surface 8 comprises an approximately vertically arranged riser pipe section 28 through which the flow medium W can flow in the upward direction.
  • each steam generator pipe 12 comprises an approximately vertically arranged, vertically arranged downstream of the riser pipe section 28 and downstream of the flow medium W flowable downpipe section 3.0.
  • each steam generator tube 12 comprises a further riser tube piece 32, which is arranged approximately vertically on the flow medium side and downstream of the downcomer tube piece 30 and can flow through by the flow medium W in the upward direction.
  • the further riser pipe piece 32 is connected to the downpipe piece 30 assigned to it via an overflow piece 34. Seen in the heating gas direction x, the further riser pipe section 32 is arranged between the riser pipe section 28 and the down pipe section 30.
  • the relocation of the evaporation end point of the flow medium W from the evaporator system into the superheater tubes 22 is made possible by the use of the collectors 16 shown in more detail in the FIG.
  • the flow medium W largely evaporated at the outlet of the evaporator continuous heating surface 8 is collected in an outlet collector and redistributed by a distributor to the superheater tubes 22 connected downstream of the steam generator tubes 12.
  • a common collector is used for the steam generator tubes 12 of a row of tubes and the redistribution of the flow medium W to the superheater tubes 22 required as a result, there is a risk of undesired separation of the liquid and vapor phases.

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Abstract

Ein Durchlaufdampferzeuger (1) mit einer in einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung (x) durchströmbaren Heizgaskanal (6) angeordneten Verdampfer-Durchlaufheizflächen (8), die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums (W) parallel geschalteten Dampferzeugerrohren (12) umfasst, und einer der Verdampfer-Durchlaufheizflächen (8) nachgeschalteten Überhitzerheizfläche (20), die eine Anzahl von zur Durchströmung des verdampften Strömungsmediums (W) parallel geschalteten Überhitzerrohren (22) umfasst, soll bei geringem Herstellungs- und Betriebsaufwand eine vergleichsweise einfache und flexible Steuerung der Temperatur (T) des Dampfes (D) am Austritt (24) der Überhitzerheizfläche (20) ermöglichen. Dazu wird der Verdampfungsendpunkt des Strömungsmediums (W) bedarfsweise in die Überhitzerrohre (22) verlegt. Dazu sind bei einem zur Durchführung dieses Verfahrens besonders geeigneten Durchlaufdampferzeuger (1) die Durchlaufheizflächen (8) und die Überhitzerheizfläche (20) derart zur einer funktionalen Einheit zusammengefasst, dass die Überhitzerheizfläche (20) als Verdampferheizfläche nutzbar ist.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Anfahren eines Durchlaufdampferzeugers und Durchlaufdampferzeuger zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft einen Durchlaufdampferzeuger in liegender Bauweise, bei dem in einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung durchströmbaren Heizgaskanal eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche, die eine Anzahl von zur Durch- Strömung eines Strömungsmediums parallel geschalteten Dampf- erzeugerrohren umfasst, und eine der Verdampfer-Durchlaufheizfläche nachgeschaltete Überhitzerheizfläche, die eine Anzahl von zur Durchströmung des verdampften Strömungsmediums parallel geschalteten Überhitzerrohren umfasst, angeordnet sind. Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Anfahren eines derartigen Durchlaufdampferzeugers .
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 Dampfü erhitzung angeordnet sind. Die Heizflä- chen 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.
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 Verdampferröhre nur teilweise verdampft. Das dabei nicht verdampfte Wasser wird nach einer Abtrennung des erzeugten Dampfes für eine weitere Verdampfung den selben Verdampferrohren erneut zugeführt, wobei der verdampfte Anteil durch dem Verdampfungssystem neu zugeführtes Wasser ersetzt wird.
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 begün- stigt einen hohen thermischen Wirkungsgrad und somit niedrige C02-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.
Besondere Vorteile hinsichtlich des Herstellungsaufwands, aber auch hinsichtlich erforderlicher Wartungsarbeiten bietet ein Abhitzedampferzeuger in liegender Bauweise, bei dem das beheizende Medium oder Heizgas, also das Abgas aus der Gasturbine, in annähernd horizontaler Strömungsrichtung durch den Dampferzeuger geführt ist. Ein solcher Dampferzeuger ist beispielsweise aus der EP 0 944 801 Bl bekannt.
Aus Wirkungsgrad- oder Emissi'onsgründen ist beim Anfahren eines Dampferzeugers eine möglichst kurze, so genannte An- fahrtszeit, also die Zeit bis zum Erreichen von Volllastbedingungen und thermischem Gleichgewicht der Anlagenkomponenten bei voller Beheizung, wünschenswert. Eine Gasturbine be- nötigt eine vergleichsweise kurze Zeit für den Anfahrvorgang oder für Lastwechselvorgänge. Das Abgas einer Gasturbine kann somit verhältnismäßig schnell eine hohe Temperatur annehmen. Eine kurze Anfahrzeit einer Gasturbine ist wünschenswert, weil dadurch die während des Anfahrvorgangs anfallenden Anfahrverluste und damit die Emissionen der Gasturbine gering gehalten werden.
Ist der Gasturbine, wie es in Gas- und Dampfturbinenanlagen der Fall ist, heizgasseitig eine Dampfturbine nachgeschaltet, wird die Abhitze der Gasturbine als Heizgas im Dampferzeuger der Dampfturbine genutzt. Aus technischen Gründen, insbesondere der thermischen Trägheit ihrer großen Massen, benötigt die Dampfturbine eine längere Anfahrzeit als die Gasturbine und gibt somit die untere Grenze für die erforderlichen An- fahrzeiten vor. Da die Gasturbine der Dampfturbine somit "vorauseilt", kann die Abhitze der Gasturbine während des Anfahrvorgangs der Gas- und Dampfturbinenanlage nicht vollständig vom Dampfkreislauf der Dampfturbine aufgenommen werden. Während des Anfahrvorgangs der Gas- und Dampfturbinenanlage wird deshalb üblicherweise der Hauptanteil des heißen Wasserdampfes über ein so genanntes Bypass-System an der Dampfturbine vorbei in den Kondensator geführt. Mit einem kleinen Anteil des Dampfstromes wird die Dampfturbine während dieses Vorgangs vorsichtig unter Vermeidung hoher Temperaturänderungsgeschwindigkeiten, die zu unzulässigen Materialspannungen führen würden, erwärmt. Erst nach diesem vergleichsweise langwierigen Anwärmvorgang der Dampfturbine kann diese mit der vollen Dampfmenge beaufschlagt werden und ihren Beitrag zur Gesamtleistung der Anlage liefern. Daher steht bei einem Anfahrvorgang während eines gewissen Zeitraumes nur die Gasturbinenleistung zur Verfügung.
Um diesen Zeitraum besonders kurz zu halten oder möglichst sogar ganz zu vermeiden, kann eine Kühlung des im Dampferzeuger entstandenen Dampfes vor dem Verlassen des Dampferzeugers auf ein den Materialtemperaturen der Dampfturbinenanlage an- genähertes Temperaturniveau vorgenommen werden. Diese Kühlung ist umso aufwendiger, je weiter die Gasturbine der Dampfturbine beim Anfahren "vorauseilt".
Üblicherweise erfolgt die Kühlung durch den Einsatz einer Einspritzkühlung innerhalb der den Durchlaufheizflächen des Dampferzeugers nachgeschalteten Überhitzerheizflächen während des Anfahrvorganges der Gas- und Dampfturbinenanlage. Allerdings lässt sich die Temperatur des Dampfes beim Austritt aus dem Überhitzer mit Hilfe der Einspritzkühlung nur innerhalb gewisser Grenzen kontrollieren, so dass auch mit derartigen Maßnahmen im Allgemeinen noch eine gewisse Anwärmzeit der Dampfturbine verbleibt. Zudem ist der Einsatz der separaten Kühlvorrichtung technisch aufwendig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anfahren eines Durchlaufdampferzeugers der oben genannten Art anzugeben, mit dem mit vergleichsweise einfachen Mitteln zuverlässig die Temperatur des aus den Rohren der Überhitzer- heizfläche austretenden Dampfes gesteuert und vergleichsweise kurze AnfahrZeiten erreicht werden können. Des Weiteren soll ein zur Durchführung des Verfahrens besonders geeigneter Durchlaufdampferzeuger der oben genannten Art angegeben werden.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem der Verdampfungsendpunkt des Strömungsmediums vorübergehend in die Überhitzerrohre verlegt wird.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass zur Reduzierung des technischen Aufwandes bei Montage und Betrieb des Dampferzeugers die zur Ermöglichung kurzer Anfahrzeiten der Gasturbine nötige Kühlung der Überhitzerheizfläche auf besonders einfache Art erfolgen sollte. Daher sollten separa- te Kühlvorrichtungen, wie beispielsweise Einspritzkühler, nach Möglichkeit vermieden werden. Eine Einsparung separater Kühlvorrichtungen ist dadurch erreichbar, dass zur Vermeidung einer übermäßigen Aufheizung des Dampfes ein nach Durchlaufen der Verdampferheizfläche noch nicht verdampfter, also noch im flüssigen Zustand befindlicher Anteil des Strömungsmediums zur Durchströmung der Überhitzerheizflächen bereitgestellt wird. Dazu sollte ein Wasser-Dampf-Gemisch in die Rohre der Überhitzerheizfläche eintreten, was durch eine erhöhte Speisewasserzufuhr erreichbar ist. Um dies zu ermöglichen, sollten die Verdampferheizfläche und die Überhitzerheizfläche zu einer funktionalen Einheit zusammengefasst werden. Auf diese Weise wird ein direktes Überströmen des Flüssigmedium-Dampf- gemisches aus den Verdampferrohren in die Überhitzerrohre ermöglicht. Der Verdampfungsendpunkt für das Strömungsmedium wird somit bei Bedarf in die Rohre der Überhitzerheizfläche verlegt.
Die Temperatur des der Dampfturbine zugeführten Dampfes am Austritt der Überhitzerheizfläche ist dabei vorteilhafterweise direkt über den Speisewasserstrom steuerbar. Auf diese Weise kann beispielsweise während des Anfahrvorganges oder während eines Lastwechsels der Gas- und Dampfturbinenanlage sichergestellt werden, dass innerhalb der Dampferzeugerrohre der Überhitzerheizfläche genügend Flüssigmedium vorhanden ist, welches ohne Temperaturerhöhung durch Verdampfen Wärme aufnimmt und die Überhitzung des Dampfes am Austritt der Überhitzerheizfläche damit herabsetzt. Im Normalbetrieb der Anlage hingegen, wenn die Temperaturen der Metallmassen der Dampfturbine den hohen Dampftemperaturen angeglichen sind, ist die niedrige Temperatur des Dampfes nicht erforderlich und es genügt, den Verdampfungsendpunkt des Strömungsmediüms beispielsweise an den Austritt der Verdampfer-Durchlaufheizfläche zu legen. Dies ermöglicht eine besonders einfache und gleichzeitig sehr flexible Anpassung der Dampftemperatur am Austritt des Dampferzeugers an den Betriebszustand der Dampfturbine .
Zweckmäßigerweise wird die Lage des Verdampfungsendpunktes innerhalb der Überhitzerheizfläche oder der Verdampferheiz- fläche über die Höhe der Zufuhr von Strömungsmedium pro Zeiteinheit gesteuert. Auf diese Weise kann der Verdampfungsend- punkt auf eine besonders einfache und flexible Weise auf die Temperaturerfordernisse der Dampfturbine abgestimmt werden. Zur Erzielung niedriger Dampftemperaturen kann beispielsweise während des Anfahrvorganges der Gas- und Dampfturbinenanlage durch eine erhöhte Zufuhr von Strömungsmedium der Anteil von noch nicht verdampftem Strömungsmedium innerhalb der Überhitzerheizfläche schnell und ohne zusätzliche Einrichtungen zur Kühlung von zunächst stark überhitztem Dampf erhöht werden.
Bezüglich des Durchlaufdampferzeugers wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem die Verdampferheizfläche und die Überhitzerheizfläche des Dampferzeugers derart zu einer funk- tionalen Einheit zusammengeschaltet sind, dass der Verdampfungsendpunkt des Strömungsmediums in die Überhitzerheizfläche hinein verschiebbar ist.
Die bedarfsweise Nutzung der Überhitzerheizfläche als Ver- dampferheizfläche stellt den besonders flexiblen und wenig aufwendigen Betrieb des Dampferzeugers in unterschiedlichen Betriebszuständen der Gas- und Dampfturbinenanlage sicher. Während des Normalbetriebs der Gas- und Dampfturbinenanlage ist es nicht notwendig und sogar aus Gründen der Effizienz nicht wünschenswert, die Überhitzerheizfläche des Dampferzeugers als Verdampferheizfläche zu nutzen. Vielmehr sollte der Dampferzeuger so ausgelegt sein, dass das Strömungsmedium am Austritt der Verdampferheizfläche bereits vollständig verdampft ist, um anschließend in den Rohren der der Verdampfer- heizfläche Strömungsmediumseitig nachgeschalteten Überhitzerheizfläche überhitzt zu werden. Während des Anfahrvorganges der Gas- und Dampfturbinenanlage ist es hingegen wünschenswert, dass unverdampftes Strömungsmedium in den Überhitzer gelangt und dort verdampft, also latente Wärme aufnimmt, und auf diese Weise die Temperatur des Dampfes am Austritt der Überhitzerheizfläche herabsetzt. Die dazu vorgesehene strö- mungsmediumseitige Zusammenschaltung von Verdampfer-Durch- laufheizfläche und Überhitzerheizfläche erfolgt dabei vorzugsweise durch bewussten Verzicht auf eine Zwischenschaltung der üblicherweise vorgesehenen Wasserabscheiders zwischen Verdampfer- und Überhitzerheizfläche.
Aufgrund der Zusammenfassung von Durchlauf- und Überhitzerheizfläche zu einer Einheit besteht keine Notwendigkeit mehr für den Einsatz eines gemeinsamen Austrittssammlers für die Dampfströme aus den heizgasseitig parallelen Rohren einer Rohrreihe der Verdampferheizfläche und für eine Neuverteilung der Strömung auf die Parallelrohre der Überhitzerheizfläche. Im Gegenteil ist vorzugsweise vorgesehen, in der Art von strömungsmediumseitig parallel geschalteten Einzelsträngen ohne abschnittsweise Querkommunikation den Überhitzerrohren strömungsmediumseitig jeweils eine Anzahl individuell zugeordneter Dampferzeugerrohre vorzuschalten, so dass zwischen Verdampfer- und Überhitzerheizfläche gerade keine Neuverteilung des Strömungsmediums vorgenommen wird. Daher besteht auch kein Risiko einer Entmischung von flüssiger und Dampf- phase des Strömungsmediums. Eine Überspeisung des Verdampfers, also die Erhöhung der Zufuhr von Strömungsmedium derart, dass das Strömungsmedium nicht vollständig innerhalb der Rohre der Verdampferheizfläche verdampfen kann, und die Überleitung des Flüssigmedium-Dampfgemisches aus den Rohren der Verdampfer- in die der Überhitzerheizfläche ist damit problemlos möglich und kann somit zur bedarfsweisen Absenkung der Dampftemperaturen am Austritt der Überhitzerheizfläche beim Anfahren oder bei Lastwechseln eingesetzt werden.
Die Zusammenführung der Strömung aus strömungsmediumseitig parallel geschalteten, in der Art einer Rohrzeile heizgasseitig hintereinander angeordneten Dampferzeugerrohren und die Überleitung in die Überhitzerrohre erfolgt zweckmäßigerweise jeweils durch eine geeignet ausgelegte Sammler-Verteilerein- heit, wobei vorteilhafterweise strömungsmediumseitig parallel geschalteten, heizgasseitig hintereinander angeordneten Dampferzeugerrohren jeweils ein gemeinsamer, mit seiner Längsach- se im Wesentlichen parallel zur Heizgasrichtung ausgerichteter Sammler nachgeschaltet ist. Dabei ist die Anzahl der Sammler zweckmäßigerweise gleich der Anzahl der innerhalb einer sich quer zur Heizgasrichtung erstreckenden Rohrreihe an- geordneten Dampferzeugerrohre, so dass innerhalb einer Rohrreihe jedem Dampferzeugerrohr genau ein Sammler eindeutig zugeordnet ist.
Vorteilhafterweise ist der Überhitzerheizfläche strömungsme- diumseitig ein Abscheider nachgeschaltet. Dieser stellt sicher, dass eventuell noch nicht verdampftes, also auch nach Durchlaufen der Überhitzerheizfläche noch flüssiges Strömungsmedium nicht in die Dampfturbine gelangen kann.
Ein besonders hohes Maß an Strömungsstabilität und ein besonders günstiges Beheizungsprofil sind bei nur geringem baulichen und konstruktiven Aufwand erreichbar, indem vorteilhafterweise eine Aufteilung der Dampferzeugerrohre der Durchlaufheizfläche in jeweils zumindest drei Segmente (von paral- lelen Rohren) vorgesehen ist, wobei das erste Segment eines jeden Rohres ein Steigrohrstück umfasst und in Aufwärtsrichtung durchströmt wird. Entsprechend umfasst das zweite Segment ein Fallrohrstück und wird in Abwärtsrichtung durchströmt. Dabei sind die das zweite Segment bildenden Fallrohr- stücke jedes Dampferzeugerrohrs im Heizgaskanal in Heizgasrichtung gesehen jeweils hinter den ihnen zugeordneten Steigrohrstücken angeordnet. Das dritte Segment umfasst weitere Steigrohrstücke und wird in Aufwärtsrichtung durchströmt.
Dabei sind die Segmente des oder jedes Dampferzeugerrohres im Heizgaskanal vorteilhafterweise derart positioniert, dass der Beheizungsbedarf jedes einzelnen Segments in besonderem Maße an das lokale Wärmeangebot im Heizgaskanal angepasst ist. Dazu sind die das dritte Segment bildenden weiteren Steigrohr- stücke jedes Dampferzeugerrohrs im Heizgaskanal in Heizgasrichtung gesehen jeweils zwischen den ihnen zugeordneten Steigrohrstücken des ersten und den Fallrohrstücken des zwei- ten Segments angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung ist somit das jeweils erste Steigrohrstück, das einer teilweisen Vorwärmung und zum großen Teil bereits der Verdampfung des Strömungsmediums dient, einer vergleichsweise starken Behei- zung durch das Heizgas im "heissen Rauchgasgebiet" ausgesetzt. Dadurch ist sichergestellt, dass im gesamten Lastbereich aus dem jeweiligen ersten Steigrohrstück Strömungsmedium mit vergleichsweise hohem Dampfgehalt abströmt. Dies führt bei der nachfolgenden Einleitung in das nachgeschaltete Fallrohrstück dazu, dass im Fallrohrstück ein für die Strömungsstabilität ungünstiges Aufsteigen von Dampfblasen entgegen der Strömungsrichtung des Strömungsmediums konsequent vermieden wird. Durch die Anordnung des FallrohrStückes im "kalten Rauchgasbereich" und die Anordnung des weiteren Stei- grohrstückes zwischen dem ersten Steigrohrstück und dem Fallrohrstück wird also durch die somit erzielte hohe Strömungsstabilität eine besonders hohe Effizienz der Verdampfer-Heizflächen sichergestellt.
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 Er- höhung der Heizgastemperatur vorgesehen sein.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass auf besonders einfache und technisch wenig aufwendige Weise durch Nutzung des eigentlichen Strömungsme- diums eine besonders flexible Abstimmung der Temperatur des Dampfes am Austritt der Überhitzerheizfläche auf den Betriebszustand der Dampfturbine während des Anfahrvorgangs ermöglicht wird, so dass die Wartezeit bis zur Beaufschlagung der Dampfturbine mit Dampf zur Leistungsabgabe und der damit verbundene Leistungsverzug während des Anfahrens auf besonders einfache Weise besonders gering gehalten werden können. Besonders vorteilhaft ist dabei der Verzicht auf komplexe separate Kühleinrichtungen wie beispielsweise eine Einspritzkühlung. Die Nutzung des Flüssiganteils des Strömungsmediums und seine Kapazität zur Aufnahme latenter Wärme ermöglichen eine besonders flexible und einfache Art der Steuerung und bedarfsweise eine Senkung der Temperatur des Dampfes am Austritt der Überhitzerheizfläche, wobei die bei der Einspritzkühlung vorgenommene Abkühlung heißen Dampfes mit anschließender Wiederaufwärmung nicht mehr erforderlich ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 in vereinfachter Darstellung im Längsschnitt einen Durchlaufdampferzeuger in liegender Bauweise, und
FIG 2 einen Längsschnitt durch einen Sammler des Durchlaufdampferzeugers .
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 horizontalen, durch die Pfeile 4 angedeuteten Heizgasrichtung x durchströmbaren Heizgaskanal 6 für das Abgas aus der Gasturbine bildet. Im Heizgaskanal 6 ist jeweils eine Anzahl von nach dem Durchlaufprinzip ausgelegten Heizflächen für Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung des Strömungsmediums angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 ist für die Ver- dampfungssektion lediglich eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 gezeigt, es kann aber auch eine größere Anzahl von Durchlaufheizflachen vorgesehen sein.
Das aus der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 gebildete Ver- dampfersystem ist mit Strömungsmedium W beaufschlagbar, das im normalen Lastbetrieb bei einmaligem Durchlauf durch die Verdampfer-Durchlaufheizflache 8 vollständig verdampft wird. Das aus der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 gebildete Verdampfersystem ist in den nicht näher dargestellten Wasser- Dampf-Kreislauf einer Dampfturbine geschaltet.
Die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 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 x gesehen nebeneinander angeordnet, so dass so genannte Rohrreihen gebildet sind. Dabei ist in FIG 1 jeweils lediglich eines der so nebeneinander angeordneten Dampferzeugerrohre 12 sichtbar. Eine Mehrzahl von Dampferzeugerrohren 12 sind in Heizgasrichtung x gesehen hintereinander angeordnet und bil- den damit eine so genannte Rohrzeile. Den in einer Rohrzeile angeordneten Dampferzeugerrohren 12 ist dabei strömungsmediumseitig jeweils ein gemeinsamer Sammler 16 nachgeschaltet.
Der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 ist strömungsmediumsei- tig eine ebenfalls im Heizgaskanal 6 angeordnete Überhitzerheizfläche 20 nachgeschaltet. Zusätzlich zu dem Verdampfersystem und der Überhitzerheizfläche 20 sind in den Wasser- Dampf-Kreislauf der Dampfturbine eine Anzahl weiterer, in FIG 1 nicht dargestellter Heizflächen geschaltet, bei denen es sich beispielsweise um Mitteldruckverdampfer, Niederdruckverdampfer und/oder um Vorwärmer handeln kann.
Der Durchlaufdampferzeuger 1 ist dafür ausgelegt, während des Anfahrvorgangs mit besonders einfachen Mitteln zuverlässig niedrige Dampftemperaturen am Austritt der die Überhitzerheizfläche 20 bildenden Überhitzerrohre 22 zu gewährleisten. Dazu ist vorgesehen, bedarfsweise den Verdampfungsendpunkt des Strömungsmediums W von den Dampferzeugerrohren 12 in die Überhitzerrohre 22 hinein zu verlagern, so dass aufgrund der Restverdampfung in den Überhitzerrohren 22 insbesondere im Anfahr- oder Teillastbereich durch geeignete Einstellung der Bespeisung der Dampferzeugerrohre 12 mit Strömungsmedium W eine besonders geringe Überhitzung erreichbar ist.
Die Sammler 16 sind dazu derart ausgelegt, dass sie das Über- strömen des ganz oder teilweise verdampften Strömungsmediums W in die der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 nachgeschalteten Überhitzerheizfläche 20 ermöglichen, ohne dass dabei eine Entmischung von flüssiger und Dampfphase des Strömungsmediums W erfolgt. Die Sammler-Verteilereinheit verbindet somit die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 und die Überhitzerheizfläche 20 derart zu einer funktionalen Einheit, dass der Verdampfungsendpunkt des Strömungsmediums W in die Überhitzerheizfläche 20 hinein verschiebbar ist.
In den die Überhitzerheizfläche 20 bildenden Überhitzerrohren 22 wird der in der Verdampfereinheit aus dem Strömungsmedium W erzeugte Dampf D bei Normalbetrieb überhitzt. Die Anzahl der in Heizgasrichtung x nebeneinander angeordneten Überhitzerrohre 22 entspricht der Anzahl der Rohrzeilen des Verdamp- fersystems. Der in den Dampferzeugerrohren 12 einer Rohrzeile erzeugte Dampf D wird also jeweils in einem Sammler 16 gesammelt und jeweils einem oder in zwei Überhitzerrohren 22 zugeführt, so dass jedem Überhitzerrohr 22 strömungsmediumseitig jeweils eine Anzahl individuell zugeordneter Dampferzeuger- röhre 12 vorgeschaltet ist. Das durch diese Anordnung verwirklichte direkte Überströmen aus dem Verdampfersystem in die Überhitzerrohre 22 ohne einen zwischen Verdampfersystem und Überhitzerheizfläche 20 geschalteten Abscheider ermöglicht das gezielte Verbringen von noch nicht verdampftem, al- so noch flüssigem Strömungsmedium W aus dem Verdampfersystem in die Überhitzerrohre 22. Durch die dadurch erzielte Verlegung des Verdampfungsendpunktes des Strömungsmediums W aus dem Verdampfersystem in die Überhitzerrohre 22 kann eine je nach Betriebszustand der Gas- und Dampfturbinenanlage er- wünschte Senkung der Temperatur des Dampfes D am Austritt 24 der Überhitzerrohre 22 erreicht werden. Dies erfolgt durch Verdampfung des Flüssigmediumanteils in den Überhitzerrohren 22, also die bedarfsweise Nutzung der Überhitzerheizfläche 20 als Verdampferheizfläche.
Insbesondere während Anfahr- oder Lastwechselvorgängen der Gas- und Dampfturbinenanlage ist eine Absenkung der Temperatur des Dampfes D am Austritt 24 der Überhitzerrohre 22 erforderlich, da die Dampfturbine durch ihr im Vergleich zu dem der Gasturbine träges Verhalten nicht zulässt, dass die Dampftemperaturen beim Anfahren den Abgastemperaturen schnell folgen. Durch die bedarfsweise Nutzung der Überhitzerheizfläche 20 als Verdampferheizfläche kann auf besonders einfache und flexible Weise die Temperatur des Dampfes D am Austritt 24 der Überhitzerheizfläche 20 der niedrigeren Temperatur der Metallmassen der Dampfturbine angepasst, also abgesenkt wer- den.
Eine besonders flexible Einstellung der Dampftemperatur T am Austritt 24 der Überhitzerheizfläche 20 ist dadurch gewährleistet, dass der Verdampfungsendpunkt in einer durch den Pfeil 26 gekennzeichneten Strömungsrichtung y des Strömungsmediums W innerhalb der Überhitzerrohre 22 verschiebbar ist. Ein in Strömungsrichtung y vergleichsweise weit vorn, also in der Nähe der Sammler 16, liegender Verdampfungsendpunkt bedeutet eine geringe Wärmeaufnahmekapazität des Flüssigmedium- Dampfgemisches innerhalb der Überhitzerheizfläche 20 und damit eine vergleichsweise hohe Temperatur T des Dampfes D am Austritt 24 der Überhitzerheizfläche 20. Ist der Verdampfungsendpunkt jedoch in Strömungsrichtung y vergleichsweise weit in die Überhitzerrohre 22 hinein verschoben, das Strö- mungsmedium W also erst vergleichsweise spät vollständig verdampft, so ist die Wärmeaufnahmekapazität des Flüssigmedium- Dampfgemisches innerhalb der Überhitzerheizfläche 20 groß und die Temperatur T des Dampfes D am Austritt 24 der Überhitzerheizfläche 20 vergleichsweise niedrig.
Die Lage des Verdampfungsendpunktes in Strömungsrichtung y und damit die Temperatur T des Dampfes D am Austritt 24 der Überhitzerheizfläche 20 werden im Ausführungsbeispiel über die Zufuhr von Strömungsmedium W zu den Dampferzeugerrohren 12 gesteuert, d. h. über den Speisewasserstrom. Dazu wird die Pumpenleistung der Speisewasserpumpen von einer zentralen Kontroll- und Steuereinheit entsprechend angesteuert. Wird den Dampferzeugerrohren 12 eine vergleichsweise große Menge an Strömungsmedium W pro Zeiteinheit zugeführt, so reicht die durch das Heizgas zur Verfügung gestellte Wärmemenge nicht aus, um das Strömungsmedium W innerhalb der Verdampfer-Durch- laufheizfläche 8 vollständig zu verdampfen. Je höher also die den Dampferzeugerrohren 12 pro Zeiteinheit zugeführte Menge an Strömungsmedium W ist, desto höher ist der Flüssigmediumanteil im Flüssigmedium-Dampfgemisch, das aus dem Verdampfersystem über die Sammler-Verteilereinheit in die Überhitzer- röhre 22 gelangt. Ein hoher Flüssigmediumanteil bedingt wiederum eine vergleichsweise große Wärmeaufnahmekapazität des Flüssigmedium-Dampfgemisches und eine vergleichsweise niedrige Austrittstemperatur T. Auf diese Weise lässt sich auf besonders einfache und flexible Weise allein durch eine Erhö- hung der Zufuhr an Strömungsmedium W pro Zeiteinheit eine Senkung der Temperatur T des der Dampfturbine zugeführten Dampfes D erzielen und umgekehrt durch eine Senkung der Zufuhr eine Erhöhung der Temperatur T.
Die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 ist darüber hinaus für eine besonders günstige Beheizungscharakteristik ausgelegt. Um dies mit besonders einfachen konstruktiven Mitteln auf besonders zuverlässige Weise sicherzustellen, umfasst die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 drei strömungsmediumseitig in Reihe geschaltete Segmente. Im ersten Segment umfasst jedes Dampferzeugerrohr 12 der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 dabei ein annähernd vertikal angeordnetes, vom Strömungsmedium W in Aufwärtsrichtung durchströmbares Steigrohrstück 28. Im zweiten Segment umfasst jedes Dampferzeugerrohr 12 ein dem Steigrohrstück 28 strömungsmediumseitig nachgeschaltetes, annähernd vertikal angeordnetes und vom Strömungsmedium W in Abwärtsrichtung durchströmbares Fallrohrstück 3.0. Im dritten Segment umfasst jedes Dampferzeugerrohr 12 ein dem Fallrohrstück 30 strömungsmediumseitig nachgeschaltetes, annähernd vertikal angeordnetes und vom Strömungsmedium W in Aufwärtsrichtung durchströmbares weiteres Steigrohrstück 32. Das Fallrohrstück 30 ist mit dem ihm zugeordneten Steigrohrstück 28 dabei über ein Überströmstück 34 verbunden. In derselben Weise ist das weitere Steigrohrstück 32 mit dem ihm zugeordneten Fallrohrstück 30 über ein Überströmstück 34 verbunden. In Heizgasrichtung x gesehen ist das weitere Steigrohrstück 32 zwischen dem Steigrohrstück 28 und dem Fallrohrstück 30 angeordnet.
Die Verlegung des Verdampfungsendpunktes des Strömungsmediums W aus dem Verdampfersystem in die Überhitzerrohre 22 wird durch den Einsatz der in der FIG näher dargestellten Sammler 16 ermöglicht. Üblicherweise wird das am Austritt der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 größtenteils verdampfte Strömungsmedium W in einem Austrittssammler gesammelt und durch einen Verteiler neu auf die den Dampferzeugerrohren 12 nach- geschalteten Überhitzerrohre 22 verteilt. Jedoch besteht beim Einsatz eines gemeinsamen Sammlers für die Dampferzeugerrohre 12 einer Rohrreihe und die dadurch erforderliche Neuverteilung des Strömungsmediums W auf die Überhitzerrohre 22 die Gefahr einer unerwünschten Entmischung von flüssiger und Dampfphase. Wenn dagegen wie im Ausführungsbeispiel auf gemeinsame Sammler und Verteiler für Dampferzeugerrohre 12 einer Rohrreihe verzichtet und stattdessen lediglich ein Sammler 16 für Dampferzeugerrohre 12 einer Rohrzeile eingesetzt wird, besteht diese Gefahr nicht mehr. Das Flüssigmedium- Dampfgemisch strömt ohne Entmischung aus den Dampferzeugerrohren 12 einer Rohrzeile in den Sammler 16 und von dort in das nachgeschaltete Überhitzerrohr 22, ohne dass eine Neuverteilung des Strömungsmediums W erforderlich ist. Der üblicherweise zwischen Verdampfersystem und Überhitzerheizfläche 20 geschaltete Abscheider 36 wird an den Austritt 24 der Überhitzerrohre 22 gelegt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Anfahren eines Durchlaufdampferzeugers (1) mit einer in einem in einer annähernd horizontalen Heizgas- richtung (x) durchströmbaren Heizgaskanal (6) angeordneten Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8), die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums (W) parallel geschalteten Dampferzeugerrohren (12) umfasst, und mit einer der Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) strömungsmediumseitig nach- geschalteten Überhitzerheizfläche (20) , die eine Anzahl von zur Durchströmung des verdampften Strömungsmediums (W) parallel geschalteten Überhitzerrohren (22) umfasst, bei dem der Verdampfungsendpunkt des Strömungsmediums (W) vorübergehend in die Überhitzerrohre (22) verlegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Temperatur des Strömungsmediums (W) an einem Austritt (24) der Überhitzerheizfläche (20) durch die Wahl der Lage des Verdampfungsend- punktes des Strömungsmediums (W) in der Überhitzerheizfläche (20) gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Verdampfungsendpunkt des Strömungsmediums (W) über die Einspeiserate des der Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) zugeführten Strö- mungsmediums (W) eingestellt wird.
4. Durchlaufdampferzeuger (1), bei dem in einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung (x) durchströmbaren Heizgaskanal (6) eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8), die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums (W) parallel geschalteten Dampferzeugerrohren (12) umfasst, und eine der Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) nachgeschaltete Überhitzerheizfläche (20) , die eine Anzahl von zur Durchströmung des verdampften Strömungsmediums (W) parallel geschalte- ten Überhitzerrohren (22) umfasst, angeordnet sind, wobei die Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) und die Überhitzerheizfläche (20) derart zu einer funktionalen Einheit zusammenge- schaltet sind, dass der Verdampfungsendpunkt des Strömungsmediums (W) in die Überhitzerheizfläche (20) hinein verschiebbar ist.
5. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 4, bei dem jedem Überhitzerrohr (22) strömungsmediumseitig jeweils eine Anzahl individuell zugeordneter Dampferzeugerrohre (12) vorgeschaltet ist.
6. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 4 oder 5, bei dem strömungsmediumseitig parallel geschalteten, heizgasseitig hintereinander angeordneten Dampferzeugerrohren (12) jeweils ein gemeinsamer, mit seiner Längsachse im Wesentlichen parallel zur Heizgasrichtung (x) ausgerichteter Sammler (16) nachgeschaltet ist.
7. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 6, bei dem die Anzahl der Sammler (16) gleich der Anzahl der innerhalb einer sich quer zur Heizgasrichtung (x) erstreckenden Rohrreihe an- geordneten Dampferzeugerrohre (12) ist.
8. Durchlaufdampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 4 bis
7, bei dem der Überhitzerheizfläche (20) strömungsmediumseitig ein Abscheider (26) nachgeschaltet ist.
9. Durchlaufdampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 4 bis
8, bei dem ein oder jedes Dampferzeugerrohr (12) jeweils ein annähernd vertikal angeordnetes, vom Strömungsmedium (W) in Aufwärtsrichtung durchströmbares Steigrohrstück (28), ein diesem strömungsmediumseitig und in Heizgasrichtung (x) nachgeschaltetes, annähernd vertikal angeordnetes und vom Strömungsmedium (W) in Abwärtsrichtung durchströmbares Fallrohrstück (30) und ein letzterem strömungsmediumseitig nachgeschaltetes, annähernd vertikal angeordnetes und vom Strö- mungsmedium (W) in Aufwärtsrichtung durchströmbares weiteres Steigrohrstück (32) umfasst, das in Heizgasrichtung (x) gese- hen zwischen dem Steigrohrstück (28) und dem Fallrohrstück (30) angeordnet ist.
10. Durchlaufdampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dem heizgasseitig eine Gasturbine vorgeschaltet ist.
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