EP1848925A2 - Dampferzeuger in liegender bauweise - Google Patents

Dampferzeuger in liegender bauweise

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EP1848925A2
EP1848925A2 EP06708193A EP06708193A EP1848925A2 EP 1848925 A2 EP1848925 A2 EP 1848925A2 EP 06708193 A EP06708193 A EP 06708193A EP 06708193 A EP06708193 A EP 06708193A EP 1848925 A2 EP1848925 A2 EP 1848925A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam generator
water
steam
tubes
flow
Prior art date
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Granted
Application number
EP06708193A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1848925B1 (de
Inventor
Jan BRÜCKNER
Joachim Franke
Rudolf Kral
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 EP06708193.5A priority Critical patent/EP1848925B1/de
Publication of EP1848925A2 publication Critical patent/EP1848925A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1848925B1 publication Critical patent/EP1848925B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • 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
    • F22B37/26—Steam-separating arrangements

Definitions

  • the invention relates to a steam generator in which an evaporator fürlaufterrorism phenomenon angeord ⁇ net in a can be flowed through in an approximately horizontal Kleingasraum a gas evaporator fürlaufterrorism simulation comprising a number of parallel to the flow of a flow medium steam generator tubes summarized downstream of a number of each steam generator tubes flow medium side Exit collectors.
  • the heat contained in the relaxed working medium or heating gas from the gas turbine is used to generate steam for the steam turbine.
  • the heat transfer occurs in one of the gas turbine nachge ⁇ switched heat recovery steam generator in which typically a number of heating surfaces for water heating, for steam generation and arranged for steam superheating.
  • the heating surfaces are maral ⁇ tet in the water-steam cycle of the steam turbine.
  • the water-steam cycle usually includes several ⁇ re, z. B. three, pressure levels, each pressure stage can have a Ver ⁇ steamer Schu Structure.
  • a continuous steam generator In contrast to a natural or forced circulation steam generator, a continuous steam generator is not subject to pressure limitation, so that it is possible for fresh steam pressures far above the critical pressure of water (P K ⁇ x 221 bar) - where no differentiation of the phases water and steam and thus no phase separation is possible. can be designed.
  • a high fresh steam pressure promotes a high thermal efficiency and thus low C0 2 emissions of a fossil-fueled power plant.
  • a continuous steam generator in comparison to a circulating steam generator a simple construction and is thus produced with very little effort.
  • the use of a fertilizer designed according to the continuous flow principle as a heat recovery steam generator of a gas and steam turbine plant is therefore to achieve a high overall efficiency of the gas and steam turbine plant in a simple design be ⁇ particularly favorable.
  • a heat recovery steam generator in horizontal design, in which the heating medium or heating gas, ie the exhaust gas from the gas turbine, is guided in approximately horizontal flow direction through the steam generator.
  • a steam generator which has a particularly high degree of flow stability when designed as a continuous-flow steam generator with comparatively low constructional and design complexity, is known, for example, from WO 2004/025176 A1.
  • This steam generator has an evaporator pass-through heating surface which comprises a number of steam generator tubes or evaporator tubes connected in parallel to the flow through a flow medium.
  • a continuous steam generator is operated in low-load operation or during start-up with a minimum flow of flow medium in the evaporator tubes in order to ensure reliable cooling of the evaporator tubes and to avoid possible formation of steam in the evaporator throughflow heating surface upstream of the economizer heating surface.
  • This minimum flow is not completely vaporized at start or in low-load operation in the evaporator tubes so that, when such an operation of the evaporator tubes ⁇ art at the end still unevaporated flow medium is present. In other words, in this mode of operation, a water-steam mixture emerges from the evaporator tubes.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a continuous steam generator of the above type, which allows for low production costs even in start-up or low load operation, a particularly high operational Flexibi ⁇ quality and thus in particular also kept low start-up and load change times.
  • each outlet header each comprises an integrated Wasserabscheiderelement through which the respective outlet collector is connected to the flow medium side with a number of nachge ⁇ switched superheater tubes a Kochhitzerschreib construction.
  • the invention is based on the consideration that for ER submission of a particularly high operational flexibility in the start-up or low-load operation, a particularly large share of the total available heating surfaces to evaporation ⁇ purposes should be available.
  • a superheater heating surface connected downstream of the evaporator throughflow heating surface should be able to be used for evaporation of the flow medium if necessary, ie just for starting or low load purposes.
  • the evaporation end point should be slidable into the superheater heating surface.
  • the transition region between the evaporator fürlaufterrorism behavior and the fol ⁇ ing superheater heating should be designed such that a feed of water into the superheater heating into it is possible.
  • the switched between the evaporating heating and the superheater heating water separation be designed such that a complex distribution is not required.
  • the water separation system is designed decentralized, wherein the separation function is integrated tube groups in a plurality of parallel connected, individual pipe groups associated components.
  • the already bauartbe ⁇ dingt are each only a small number of evaporator tubes associated, provided with their longitudinal direction in the heating-gas oriented outlet header.
  • the outlet collectors are designed for a water-vapor separation according to the principle of inertial separation as required.
  • ge ⁇ uses that due to the considerable inertial differences between steam on the one hand and water on the other hand, the vapor content of a water-steam mixture in an existing flow comparatively much easier to deflect can be subjected to the water content.
  • collector into this can be implemented in a particularly simple manner by, advantageously, the respective is off ⁇ takes collector essentially configured as a cylindrical body connected at its non-connected with the steam generator tubes end with a Wasserableitrohr consensus is.
  • an outflow pipe piece for flow medium branches off from the respective cylinder body or from the respective water drainage pipe piece and is expediently connected to a number of downstream superheater pipes.
  • the discharge collector provided with an integrated water separation function is thus essentially in the manner of a T-piece formed, in which the cylinder body forms a substantially straight-through channel, in which due to its relatively higher inertia preferably the Wasseran ⁇ part of the flow medium is performed. From this channel branches off the Abströmrohr Sharing, in which due to its relatively lower inertia preferably the vapor content of the flow medium is deflected into.
  • the outlet collector viewed from above - aligned with its longitudinal direction substantially parallel to the Schugasraum so that they receive the seen from in Walkergasraum successively arranged and thus differently heated evaporator tubes flowing flow medium.
  • the outlet header Viewed in the lateral direction, can also be aligned substantially parallel to the direction of the heating gas.
  • the outlet collector with integrated separation function is preferably designed such that, on the one hand, the water portion of the flow medium is preferably guided on the inner wall of the cylinder body opposite the branching outflow pipe piece and, on the other hand, the discharge of the water is favored.
  • the cylinder body and / or the Wasserableitrohr choir are advantageously arranged with its longitudinal direction with respect to the horizontal in the flow direction of the flow medium inclined downward.
  • the inclination can also be relatively strong, so that the cylinder body is oriented substantially vertically.
  • said inertia separation is additionally favored by the gravitational effect on the water content of the flow medium flowing in the cylinder body.
  • a particularly simple design with regard to the flow guidance of the separated water can be achieved by advantageously having some or all of the water separator elements on the water outlet side in groups, each with a common Men are connected outlet collector, which in turn is connected in a further advantageous embodiment, a water collection container.
  • the Wasserab ⁇ separator elements water-side downstream components such as outlet header or water tank are first completely filled with water, so that forms a backwater in further to ⁇ flowing water in the corresponding line pieces. Once this back pressure has reached the water ⁇ elements, a part-stream of new inflowing water is at least passed together with the steam in the flow medium with- out to the subsequent superheater tubes. In terms of extent, this partial flow corresponds to the amount of water that can not be absorbed by the downstream components of the water separator elements.
  • the so-called overfeeding of the separation system is advantageously in a device connected to the waste water collection connected via an associated control device controllable control valve.
  • the control device is advantageously provided with a for the enthalpy of the flow medium at the steam-side outlet of the sheath system Wasserab- the downstream superheater heating ⁇ ristic input value characte acted upon.
  • Valve of the effluent from the water collection mass flow adjustable Since this is replaced by a corresponding mass flow of water from the Wasserabscheidermaschinen, thus, the mass flow is adjustable, which passes from the Wasserabscheidermaschinen in the collection system. This in turn also the remaining part of current is adjustable, which is passed along in the steam in the superheater tubes so that a corresponding adjustment of this partial flow, for example at the end of the downstream over- hitzersammlungflache a given enthalpy met who can ⁇ .
  • the further given, together with the steam to the superheater tubes part ⁇ water stream also influenced by a corresponding Steue ⁇ tion of the superimposed circulation.
  • a circulation pump to the evaporator tubes assigned to ⁇ is controllable in other or of alternative advantageous embodiment, via the control device.
  • the respective outlet collector provided with integrated water separation function is designed for utilizing gravity in order to facilitate the removal of the separated water.
  • the or each off ⁇ is arranged occurs collector advantageously above the heating gas channel.
  • a particularly high operational stability of Dampferzeu ⁇ gers can be achieved if the evaporating heating is designed for a self-stabilizing flow behavior at auftre ⁇ border heating differences between individual steam generator tubes of fürlaufsammlungflache.
  • This it is ⁇ reichbar by the evaporating heating is designed in Particularly advantageous embodiment, such that a more heated in comparison to a further steam-generator tube of the same fürlaufsammlungflache steam generator tube has a higher in comparison to the further steam-generator tube flow rate of the flow medium.
  • the steam generator is expediently used as a waste heat steam generator of a gas and steam turbine plant.
  • the steam generator is advantageously followed by a gas turbine on the hot gas side.
  • this circuit can equipze ⁇ ßigerweise be arranged behind the gas turbine, an additional firing to increase the heating gas temperature.
  • FIG. 1 shows in a simplified representation in longitudinal section the evaporator section of a steam generator in a horizontal design.
  • the steam generator 1 shown in the figure, with its evaporator section is tet in the manner of a heat recovery steam generator of a gas turbine, not shown exhaust gas side nachgeschal ⁇ .
  • the steam generator 1 has a surrounding wall 2, which forms a in a nearly horizontal, indicated by the arrows 4
  • Bank of Agriculture x fuel gas channel 6 for the exhaust gas from the gas turbine.
  • a designed according to the flow principle evaporator fürlaufterrorism behavior 8 is arranged, which is connected for the flow ei ⁇ nes flow medium W, D a superheater heating surface 10 ⁇ .
  • the evaporator fürlaufsammlungflache 8 is acted upon with unvaporized flow medium W, which evaporates in normal or full load operation with a single pass through the evaporator fürlaufsammlung constitutional 8 and after exiting the evaporator fürlaufsammlungflache 8 as steam D of the superheater heating surface 10 is supplied.
  • the evaporator system formed by the evaporator through ⁇ heating surface 8 and the superheater 10 is connected to the non-illustrated water-steam cycle of a steam turbine.
  • a number of further heating surfaces are connected in the water-steam cycle of the steam turbine.
  • the evaporator continuous heating surface 8 is formed by a number of parallel to the flow of the flow medium W ge ⁇ switched steam generator tubes 12.
  • the steam generator tubes 12 are aligned substantially vertically with their longitudinal axis and for flow through the Strö ⁇ tion medium W from a lower inlet region to an upper outlet region, ie from bottom to top, designed.
  • the evaporator fürlaufterrorism design 8 comprises in the manner of a tube bundle a number of seen in Bankgasraum x successively arranged pipe layers 14, each of which is formed from a number of viewed in Bankgasraum x juxtaposed steam generator tubes 12, and of which in FIG each only one Steam generator tube 12 is visible.
  • Each tube layer 14 may be up to 200 steamer ⁇ zeugerrohre comprise 12th
  • the steam generator tubes 12 each tube layer 14 is in each case a common, with his
  • a common inlet header 16 can also be assigned to a plurality of pipe layers 14.
  • the inlet header 16 are connected to a in FIG only schematically indicated water supply system 18, which may include a distribution system for demand-based distribution of the influx of flow medium W to the inlet header 16.
  • the superheater heating surface 10 is formed by a number of superheater tubes 22. These are intracsbei ⁇ game for a flow through the flow medium in the downward ⁇ direction, so from top to bottom, designed.
  • On the input side is the superheater tubes 22 upstream of a number of designed as a so-called T-distributor distributors 24.
  • On the output side lead the superheater tubes 22 in the Common a ⁇ men live steam collector 26 from which overheated from the fresh an associated steam turbine in a manner not illustrated is supplied.
  • the live steam collector 26 below the Schugaskanals 6 angeord ⁇ net.
  • each superheater tube 22 each comprise a downcomer piece and a riser pipe piece downstream therefrom, wherein the live steam collector 26, like the outlet header 20, is arranged above the heating gas duct 6.
  • a drainage collector can be connected between downpipe pipe and riser pipe piece.
  • the evaporating heating 8 is designed such that it is suitable for a coolant injection into the steam generator tubes 12 having a comparatively low mass flow density, where ⁇ fer Wegerrohren at the design flow conditions in the proper Damp ⁇ 12 have a natural circulation characteristic.
  • this natural circulation characteristic has a compared to another steam generator tube 12 of the same evaporator fürlaufeckflache 8 more heated steam generator tube 12 ei ⁇ nen compared to the other steam generator tube 12 higher throughput of the flow medium W.
  • the steam generator 1 is designed for a reliable, homogeneous flow guidance with a comparatively simple construction.
  • the designed according to the design of the evaporator fürlaufsammlung Design 8 natural circulation characteristics is consistently used for a simple held distribution system.
  • This natural circulation characteristic and the associated dene, design provided in accordance with comparatively low mass flow density ge ⁇ maintained allow namely the combination ⁇ guide the partial flows into the heating gas direction x seen departures arranged one behind the other and thus differently heated steam generator tubes in a common space.
  • the number of outlet header 20 is adapted in each tube layer 14 to the number of steam generator tubes 12, so that in the We ⁇ sentlichen the successively positioned, respectively, a so-called evaporator disc forming steam generator tubes 12 a respective outlet header is assigned to the 20th
  • the distributors 24 are each aligned with their longitudinal axis parallel to the heating gas direction x, so that in each case a respective distributor 24 is assigned to the respective superheater tubes 22 positioned in succession.
  • the steam generator 1 is designed so that, if necessary, especially in start-up or low-load operation, the steamer ⁇ generating tubes 12 in addition to the vaporizable mass flow of fluid for reasons of operational safety yet another Umicalzmassenstrom can be superimposed on flow medium.
  • the steamer ⁇ generating tubes 12 in addition to the vaporizable mass flow of fluid for reasons of operational safety yet another Umicalzmassenstrom can be superimposed on flow medium.
  • An ⁇ driving and load change times and a particularly large proportion of heating surfaces available it is provided that in this operating state of Verdampfungsend ⁇ point, if necessary, from the steam generator tubes 12 in the Superheater tubes 22 can be moved into it.
  • each of the outlet header 20 includes an integrated Wasserabscheiderelement 28, via which the respective outlet header 20 is connected strömungsmedi- umsmann via an overflow pipe 30 to a downstream distributor 24th
  • each provided with integrated Abscheidefunkti ⁇ on the outlet header 20 are on the concept of an inertial separation of a water-steam mixture designed out.
  • the knowledge is used that the water content ei ⁇ nes water-steam mixture due to its relatively greater inertia at a branch point preferably continues to flow straight in its flow direction, whereas the vapor content of a forced deflection is relatively easier to follow due to its relatively lower inertia.
  • the outlet headers 20 are respectively executed in the type of T-pieces, being of a substantially configured as a cylinder body 32 body a opening into the respectively assigned overflow 30 Abströmrohr Sharing 34 for flow medium branches off.
  • the designed as a cylinder body 32 main body of the respective outlet header 20 is connected at its not connected to the steam generator tubes 12 end 36 with a Wasserableitrohr choir 38.
  • This construction thus the water content of the flowing water-steam mixture in the training occurs collector 20 on which the respective integrated waterrepellent ⁇ separator element 28 forming branching point of the outflow duct ⁇ piece 34 preferably further in the axial direction and passes Thus, over the end 36 in the Wasserableitrohr harmony 38.
  • the cylinder body 32 can be arranged with its longitudinal direction inclined downwards relative to the horizontal in the flow direction.
  • Water outlet side so on the Wasserableitrohr Communitye 38, which are integrated into the outlet header 20 water separator elements 28 in groups with a common ⁇ cum outlet collector 40 are connected.
  • This is a water collection container 42, in particular a separation bottle, connected after ⁇ .
  • the water collection container 42 is connected via a connected outflow line 44, from which also a discharge line 45 connected to a sewage system, to the water supply system 18 of the continuous evaporator heating surface 8, so that a closed circulation circuit can be operated.
  • This circulation can be superimposed in start-up, low or partial load operation flowing into the steam generator tubes 12 evaporable flow medium, an additional circulation to increase the operational safety.
  • the formed by the integrated Wasserabscheiderimplantation 28 deposition system can be operated here in such a way that all of the off ⁇ the steam generator tubes 12 enters still entrained water from the flow medium deposited and only evaporated flow medium is passed to the superheater tubes 22nd
  • the water separation system can also be operated in the so-called over-flow mode, in which not all water is separated from the flow medium, but a partial flow of entrained water is passed on to the superheater tubes 22 together with the steam.
  • the evaporation end point shifts into the superheater tubes 22.
  • over-fed mode first both the water collecting tank 42 and the upstream outlet header 40 completely fill with water, so that a backflow forms up to the transition area ⁇ respective water separator 28 on which the outlet pipe section 34 branches off. Due to this back jam undergoes also the water content of the water separator ⁇ elements 28 flowing flow medium at least teilwei ⁇ se, a deflection and thus passes together with the steam into the Abströmrohr choir 34.
  • the water separation system is associated with a control device 60 which is connected on the input side to a measuring sensor 62 designed to determine a characteristic value characteristic of the enthalpy at the flue gas end of the superheater heating surface 22.
  • the control device 60 acts on the one hand to a switched into the outflow line 44 of the water collection container 42
  • Control valve 64 a This can be specified by selective control of the control valve 64, the water flow, the off taken from the separation system. This mass flow can in turn be withdrawn from the flow medium in the water separator elements 28 and forwarded to the subsequent collection systems.
  • the control valve 64 is possible to influence the in Wasserabscheiderelement 28 per ⁇ wells diverted water flow, and thus a further influencing of the given still in the flow medium to the superheater 22 after deposition by controlling the water content.
  • the control device 60 can still act on a circulating pump 66 connected in the outflow line 44, so that the inflow rate of the medium into the water separation system can also be adjusted accordingly.

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Abstract

Ein Dampferzeuger (1), bei dem in einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung (x) durchströmbaren Heizgaskanal (6) eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) angeordnet ist, die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums parallel geschalteten Dampf erzeugerrohren (12) umfasst, wobei eine Anzahl von jeweils einigen Dampf erzeugerrohren (12) strömungsmediumsseitig nachgeschalteten Austrittssammlern (20) mit ihrer Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur Heizgasrichtung (x) ausgerichtet sind, soll bei gering gehaltenem Herstellungsaufwand auch im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb eine besonders hohe betriebliche Flexibilität und damit insbesondere auch gering gehaltene Anfahr- und Lastwechselzeiten ermöglichen. Dazu umfasst der oder jeder Austrittssammler (20) erfindungsgemäß jeweils ein integriertes Wasserabscheiderelement (28), über das der jeweilige Austrittssammler (20) strömungsmediumsseitig mit einer Anzahl von nachgeschalteten Überhitzerrohren (22) einer Überhitzerheizfläche (10) verbunden ist.

Description

Beschreibung
Dampferzeuger in liegender Bauweise
Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, bei dem in einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung durchströmbaren Heizgaskanal eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche angeord¬ net ist, die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohren um- fasst, mit einer Anzahl von jeweils einigen Dampferzeugerrohren strömungsmediumsseitig nachgeschalteten Austrittssammlern .
Bei einer Gas- und Dampfturbinenanlage wird die im entspann- ten Arbeitsmittel oder Heizgas aus der Gasturbine enthaltene Wärme zur Erzeugung von Dampf für die Dampfturbine genutzt. Die Wärmeübertragung erfolgt in einem der Gasturbine nachge¬ schalteten Abhitzedampferzeuger, in dem üblicherweise eine Anzahl von Heizflächen zur Wasservorwärmung, zur Dampferzeu- gung und zur Dampfüberhitzung angeordnet ist. Die Heizflächen sind in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschal¬ tet. Der Wasser-Dampf-Kreislauf umfasst üblicherweise mehre¬ re, z. B. drei, Druckstufen, wobei jede Druckstufe eine Ver¬ dampferheizfläche aufweisen kann.
Für den der Gasturbine als Abhitzedampferzeuger heizgasseitig nachgeschalteten Dampferzeuger kommen mehrere alternative Auslegungskonzepte, nämlich die Auslegung als Durchlaufdamp- ferzeuger oder die Auslegung als Umlaufdampferzeuger, in Be- tracht . Bei einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung von als Verdampferrohren vorgesehenen Dampferzeugerrohren zu einer Verdampfung des Strömungsmediums in den Dampferzeugerrohren in einem einmaligen Durchlauf. Im Gegensatz dazu wird bei einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger das im Umlauf geführte Wasser bei einem Durchlauf durch die Verdampferrohre nur teilweise verdampft. Das dabei nicht verdampfte Wasser wird nach einer Abtrennung des erzeugten Dampfes für eine weitere Verdampfung den selben Verdampferrohren erneut zugeführt .
Ein Durchlaufdampferzeuger unterliegt im Gegensatz zu einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger keiner Druckbegrenzung, so dass er für Frischdampfdrücke weit über dem kritischen Druck von Wasser (PKπ x 221 bar) - wo keine Unterscheidung der Phasen Wasser und Dampf und damit auch keine Phasentrennung möglich ist - ausgelegt werden kann. Ein hoher Frisch- dampfdruck begünstigt einen hohen thermischen Wirkungsgrad und somit niedrige C02-Emisionen 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 Verwen- düng 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 be¬ sonders 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 Gas- turbine, in annähernd horizontaler Strömungsrichtung durch den Dampferzeuger geführt ist. Ein derartiger Dampferzeuger, der bei einer Auslegung als Durchlaufdampferzeuger mit vergleichsweise geringem baulichem und konstruktivem Aufwand ein besonders hohes Maß an Strömungsstabilität aufweist, ist bei- spielsweise aus der WO 2004/025176 Al bekannt. Dieser Dampf¬ erzeuger weist eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche auf, die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohren oder Verdampferrohren umfasst. Um dabei zwischen in Heizgasrichtung gesehen hinter- einander angeordneten Verdampferrohren eine Homogenisierung und Stabilisierung der Strömungsverhältnisse zu gewährleis¬ ten, weist dieser Durchlaufdampferzeuger eine Anzahl von der Verdampfer-Durchlaufheizflache nachgeschalteten Austrittssammlern auf, die mit ihrer Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur Heizgasrichtung ausgerichtet sind und somit das aus in Heizgasrichtung gesehen hintereinander angeordneten und somit unterschiedlich beheizten Verdampferrohren abströmende Strömungsmedium aufnehmen. Diese Austrittssammler der Verdampfer-Durchlaufheizflache dienen gleichermaßen als Ein¬ trittsverteiler für die nachgeschaltete Überhitzerheizfläche.
Im Allgemeinen wird ein Durchlaufdampferzeuger im Schwachlastbetrieb oder beim Anfahren mit einem Mindeststrom an Strömungsmedium in den Verdampferrohren betrieben, um eine sichere Kühlung der Verdampferrohre zu gewährleisten und um eine mögliche Dampfbildung in der der Verdampfer-Durchlauf- heizfläche strömungsmediumsseitig vorgeschalteten Economizer- heizflache zu vermeiden. Dieser Mindeststrom wird beim Anfahren oder im Schwachlastbetrieb in den Verdampferrohren nicht vollständig verdampft, so dass bei einer derartigen Betriebs¬ art am Ende der Verdampferrohre noch unverdampftes Strömungs- medium vorhanden ist. Mit anderen Worten: Bei dieser Betriebsart tritt aus den Verdampferrohren ein Wasser-Dampf-Ge¬ misch aus. Allerdings ist eine Verteilung eines derartigen Wasser-Dampf-Gemisches auf den Verdampferrohren üblicherweise nachgeschaltete Überhitzerrohre im Durchlaufdampferzeuger in der Regel nicht möglich; die üblicherweise vorgesehene Ver¬ teilung setzt vielmehr voraus, dass das zu verteilende Strö¬ mungsmedium ausschließlich Dampfanteile enthält. Daher ist in der Regel beim Anfahren oder im Schwachlastbetrieb des Durchlaufdampferzeugers am Austritt der Verdampfer-Durchlaufheiz- fläche eine Wasser-Dampf-Trennung erforderlich, die in der Regel in so genannten Zyklon-Abscheidern erfolgt.
Bauartbedingt ist eine Durchspeisung dieser Zyklon-Abscheider mit Wasser nur bedingt möglich. Die für die Verdampfung nutz- bare Heizfläche muss somit in Strömungsrichtung des Strö¬ mungsmediums gesehen vor den Abscheidern liegen und ist somit begrenzt. Dies hat zur Folge, dass die Frischdampftemperatur nur in kleinen Grenzen durch die Speisewassermenge geregelt werden kann, wobei für einen größeren Regelbereich in der Regel Einspritzkühler erforderlich sind. Die mit diesen Aspekten verbundene Einschränkung der betrieblichen Flexibilität bedingt neben dem hohen apparativen Aufwand üblicherweise in der Regel unerwünscht lange Anfahrzeiten und Reaktionszeiten bei Laständerungen des Durchlaufdampferzeugers im Schwachlastbetrieb .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Durchlaufdampferzeuger der oben genannten Art anzugeben, der bei gering gehaltenem Herstellungsaufwand auch im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb eine besonders hohe betriebliche Flexibi¬ lität und damit insbesondere auch gering gehaltene Anfahr- und Lastwechselzeiten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der oder jeder Austrittssammler jeweils ein integriertes Wasserabscheiderelement umfasst, über das der jeweilige Austritts- sammler strömungsmediumsseitig mit einer Anzahl von nachge¬ schalteten Überhitzerrohren einer Überhitzerheizfläche verbunden ist.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass zur Er- reichung einer besonders hohen betrieblichen Flexibilität auch im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb ein besonders großer Anteil der insgesamt verfügbaren Heizflächen zu Verdampfungs¬ zwecken nutzbar sein sollte. Dabei sollte insbesondere auch eine der Verdampfer-Durchlaufheizfläche nachgeschaltete Über- hitzerheizflache im Bedarfsfall, also gerade zu Anfahr- oder Schwachlastzwecken, zur Verdampfung des Strömungsmediums herangezogen werden können. Dementsprechend sollte der Verdampfungsendpunkt in die Überhitzerheizfläche hinein verschiebbar sein. Um dies zu ermöglichen, sollte der Übergangsbereich zwischen der Verdampfer-Durchlaufheizfläche und der nachfol¬ genden Überhitzerheizfläche derart ausgelegt sein, dass eine Durchspeisung von Wasser in die Überhitzerheizfläche hinein ermöglicht ist. Im Hinblick auf die mit der Durchspeisung von Wasser üblicherweise einhergehenden Verteilungsprobleme soll¬ te daher das zwischen die Verdampfer-Durchlaufheizfläche und die Überhitzerheizfläche geschaltete Wasserabscheidesystem derart ausgelegt sein, dass eine aufwendige Verteilung nicht erforderlich ist. Dies ist erreichbar, indem unter Abweichung von der üblicherweise vorgesehenen zentralen Wasser-Dampf- Trennung das Wasserabscheidesystem dezentral konzipiert ist, wobei die Abscheidefunktion rohrgruppenweise in eine Mehrzahl parallel geschalteter, einzelnen Rohrgruppen zugeordneter Bauteile integriert ist. Hierzu sind die ohnehin bauartbe¬ dingt jeweils einer nur geringen Anzahl von Verdampferrohren zugeordneten, mit ihrer Längsrichtung in Heizgasrichtung ausgerichteten Austrittssammler vorgesehen.
Vorteilhafterweise sind die Austrittssammler dabei für eine bedarfsweise Wasser-Dampf-Separation nach dem Prinzip der Trägheitsseparation ausgelegt. Dabei wird die Erkenntnis ge¬ nutzt, dass aufgrund der erheblichen Trägheitsunterschiede zwischen Dampf einerseits und Wasser andererseits der Dampfanteil eines Wasser-Dampf-Gemisches bei einer vorhandenen Strömung vergleichsweise wesentlich leichter einer Umlenkung unterzogen werden kann als der Wasseranteil. Gerade bei der Integration der Wasserabscheidefunktion in den oder die Aus- trittssammler hinein kann dies auf besonders einfache Weise umgesetzt werden, indem vorteilhafterweise der jeweilige Aus¬ trittssammler im Wesentlichen als Zylinderkörper ausgestaltet ist, der an seinem nicht mit den Dampferzeugerrohren verbundenen Ende mit einem Wasserableitrohrstück verbunden ist.
Dabei zweigt in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung vom jeweiligen Zylinderkörper oder vom jeweiligen Wasserableitrohrstück ein Abströmrohrstück für Strömungsmedium ab, das zweckmäßigerweise mit einer Anzahl von nachgeschalteten Überhit- zerrohren verbunden ist. In dieser Ausgestaltung ist der mit einer integrierten Wasserabscheidefunktion versehene Austrittssammler somit im Wesentlichen in der Art eines T-Stücks ausgebildet, bei dem der Zylinderkörper einen im Wesentlichen geradlinig durchströmbaren Kanal bildet, in dem aufgrund seiner vergleichsweise höheren Trägheit bevorzugt der Wasseran¬ teil des Strömungsmediums geführt wird. Von diesem Kanal zweigt das Abströmrohrstück ab, in das aufgrund seiner vergleichsweise geringeren Trägheit bevorzugt der Dampfanteil des Strömungsmediums hinein umgelenkt wird.
Vorteilhafterweise sind die Austrittssammler - von oben betrachtet - mit ihrer Längsrichtung im Wesentlichen parallel zur Heizgasrichtung ausgerichtet, so dass sie das aus in Heizgasrichtung gesehen hintereinander angeordneten und somit unterschiedlich beheizten Verdampferrohren abströmende Strömungsmedium aufnehmen. In seitlicher Richtung betrachtet können die Austrittssammler ebenfalls im wesentlichen parallel zur Heizgasrichtung ausgerichtet sein. Eine besonders hohe Abscheidewirkung ist aber erreichbar, indem der Austrittssammler mit integrierter Abscheidefunktion vorzugsweise dafür ausgelegt ist, dass einerseits der Wasseran- teil des Strömungsmediums bevorzugt an der dem abzweigenden Abströmrohrstück gegenüberliegenden Innenwand des Zylinderkörpers geführt und andererseits die Abführung des Wassers begünstigt wird. Dazu sind der Zylinderkörper und/oder das Wasserableitrohrstück vorteilhafterweise mit ihrer Längsrich- tung gegenüber der Horizontalen in Strömungsrichtung des Strömungsmediums gesehen abwärts geneigt angeordnet. Die Neigung kann dabei auch vergleichsweise stark ausgeprägt sein, so dass der Zylinderkörper im wesentlichen senkrecht ausgerichtet ist. Dabei wird die genannte Trägheitsseparation noch zusätzlich begünstigt durch die Schwerkraftwirkung auf den Wasseranteil des im Zylinderkörper strömenden Strömungsmediums .
Eine besonders einfache Bauweise hinsichtlich der Strömungs- führung des abgeschiedenen Wassers ist erreichbar, indem vorteilhafterweise einige oder alle Wasserabscheiderelemente wasserausgangsseitig gruppenweise jeweils mit einem gemeinsa- men Austrittssammler verbunden sind, dem seinerseits in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ein Wassersammelbehälter nachgeschaltet ist.
Bei der Trennung von Wasser und Dampf im Wasserabscheidesystem kann entweder nahezu der gesamte Wasseranteil abgeschie¬ den werden, so dass lediglich noch verdampftes Strömungsmedi¬ um an die nachgeschalteten Überhitzerrohre weitergegeben wird. In diesem Fall liegt der Verdampfungsendpunkt entweder noch in den Verdampferrohren oder ist fixiert im Wasserabscheidesystem selbst. Alternativ kann aber auch nur ein Teil des anfallenden Wassers abgeschieden werden, wobei das restliche noch unverdampfte Strömungsmedium zusammen mit dem verdampften Strömungsmedium in die nachfolgenden Überhitzerrohre weitergegeben wird. In diesem Fall, der insbesondere bei der Überlagerung eines zusätzlichen Umlaufs über den eigentlichen Medienstrom im Schwachlast- oder Anfahrbetrieb zum Tragen kommt, verschiebt sich der Verdampfungsendpunkt in die Über¬ hitzerrohre hinein.
Im letztgenannten Fall, auch als Überspeisung der Abscheideeinrichtung bezeichnet, werden zunächst die den Wasserab¬ scheiderelementen wasserseitig nachgeschalteten Komponenten wie beispielsweise Austrittssammler oder Wassersammelbehälter vollständig mit Wasser befüllt, so dass sich bei weiter zu¬ strömendem Wasser in den entsprechenden Leitungsstücken ein Rückstau bildet. Sobald dieser Rückstau die Wasserabscheider¬ elemente erreicht hat, wird zumindest ein Teilstrom von neu zuströmendem Wasser gemeinsam mit dem im Strömungsmedium mit- geführten Dampf an die nachfolgenden Überhitzerrohre weitergegeben. Dem Umfang nach entspricht dieser Teilstrom dabei der Wassermenge, die von den den Wasserabscheiderelementen wasserseitig nachgeschalteten Komponenten nicht aufgenommen werden kann. Um in diesem Betriebsmodus der so genannten Überspeisung des Abscheidesystems eine besonders hohe be¬ triebliche Flexibilität zu gewährleisten, ist vorteilhafterweise in eine an den Wassersammelbehälter angeschlossene Ab- flussleitung ein über eine zugeordnete Regeleinrichtung ansteuerbares Stellventil geschaltet. Die Regeleinrichtung ist dabei vorteilhafterweise mit einem für die Enthalpie des Strömungsmediums am dampfseitigen Austritt der dem Wasserab- scheidesystem nachgeschalteten Überhitzerheizfläche charakte¬ ristischen Eingangswert beaufschlagbar.
Durch ein derartiges System ist im Betriebsmodus des über¬ speisten Abscheidesystems durch gezielte Ansteuerung des in die Abflussleitung des Wassersammelbehälters geschalteten
Ventils der aus dem Wassersammelbehälter abströmende Massenstrom einstellbar. Da dieser durch einen entsprechenden Wasser-Massenstrom aus den Wasserabscheiderelementen ersetzt wird, ist somit auch der Massenstrom einstellbar, der aus den Wasserabscheiderelementen in das Sammelsystem gelangt. Damit ist wiederum auch der verbleibende Teilstrom einstellbar, der gemeinsam mit dem Dampf in die Überhitzerrohre weitergegeben wird, so dass über eine entsprechende Einstellung dieses Teilstroms beispielsweise am Ende der nachgeschalteten Über- hitzerheizflache eine vorgegebene Enthalpie eingehalten wer¬ den kann. Alternativ oder zusätzlich kann der gemeinsam mit dem Dampf an die Überhitzerrohre weitergegebene Wasserteil¬ strom auch beeinflusst werden durch eine entsprechende Steue¬ rung des überlagerten Umlaufs. Dazu ist in weiterer oder al- ternativer vorteilhafter Ausgestaltung über die Regeleinrichtung eine den Verdampferrohren zugeordnete Umwälzpumpe an¬ steuerbar .
Vorteilhafterweise ist der jeweilige mit integrierter Wasser- abscheidefunktion versehene Austrittssammler für eine Nutzung der Schwerkraft zur Erleichterung der Abführung des abgeschiedenen Wassers ausgelegt. Dazu ist der oder jeder Aus¬ trittssammler vorteilhafterweise oberhalb des Heizgaskanals angeordnet .
Eine besonders hohe betriebliche Stabilität des Dampferzeu¬ gers ist erreichbar, indem die Verdampfer-Durchlaufheizfläche für ein selbststabilisierendes Strömungsverhalten bei auftre¬ tenden Beheizungsunterschieden zwischen einzelnen Dampferzeugerrohren der Durchlaufheizflache ausgelegt ist. Dies ist er¬ reichbar, indem die Verdampfer-Durchlaufheizfläche in beson- ders vorteilhafter Ausgestaltung derart ausgelegt ist, dass ein im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr derselben Durchlaufheizflache mehrbeheiztes Dampferzeugerrohr einen im Vergleich zum weiteren Dampferzeugerrohr höheren Durchsatz des Strömungsmediums aufweist. Die solchermaßen ausgelegte Verdampfer-Durchlaufheizfläche zeigt somit in der Art der
Strömungscharakteristik einer Naturumlaufverdampferheizfläche (NaturumlaufCharakteristik) bei auftretender unterschiedlicher Beheizung einzelner Dampferzeugerrohre ein selbststabi¬ lisierendes Verhalten, das ohne das Erfordernis äußerer Ein- flussnahme zu einer Angleichung der austrittsseitigen Temperaturen auch an unterschiedlich beheizten, strömungsmediums- seitig parallel geschalteten Dampferzeugerrohren führt.
Zweckmäßigerweise wird der Dampferzeuger als Abhitzedampfer- zeuger einer Gas- und Dampfturbinenanlage verwendet. Dabei ist der Dampferzeuger vorteilhafterweise heizgasseitig einer Gasturbine nachgeschaltet. Bei dieser Schaltung kann zweckmä¬ ßigerweise hinter der Gasturbine eine Zusatzfeuerung zur Erhöhung der Heizgastemperatur angeordnet sein.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Integration der Wasserabscheidefunktion in die Austrittssammler ein dezentral konzipiertes Was¬ serabscheidesystem bereitgestellt werden kann, bei dem auf- grund der geringen Anzahl der jedem einzelnen Wasserabscheider nachgeschalteten Überhitzerrohre ein aufwendiges Vertei¬ lungssystem entfallen kann. Damit ist auch eine Durchspeisung von nicht verdampftem Strömungsmedium durch die Wasserabscheider möglich, so dass der Verdampfungsendpunkt bei Bedarf in die Überhitzerrohre hinein verschoben werden kann. Damit sind gerade im Anfahr- und Schwachlastbetrieb besonders große Anteile der Heizflächen zu Verdampfungszwecken nutzbar, wobei zudem eine besonders hohe betriebliche Flexibilität auch bei diesen Lastzuständen erreichbar ist. Insbesondere durch die T-Stück-artige Ausgestaltung des Austrittssammlers als Zylin¬ derkörper mit abzweigendem Abströmrohrstück kann zudem mit einfachen Mitteln eine zuverlässige Wasserabscheidung nach dem Prinzip der Trägheitsseparation erreicht werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur in verein- fachter Darstellung im Längsschnitt die Verdampfersektion eines Dampferzeugers in liegender Bauweise.
Der in der Figur mit seiner Verdampfersektion gezeigte Dampferzeuger 1 ist in der Art eines Abhitzedampferzeugers einer nicht näher dargestellten Gasturbine abgasseitig nachgeschal¬ tet. Der Dampferzeuger 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 eine nach dem Durchlaufprinzip ausgelegte Verdampfer- Durchlaufheizfläche 8 angeordnet, der für den Durchfluss ei¬ nes Strömungsmediums W, D eine Überhitzerheizfläche 10 nach¬ geschaltet ist.
Die Verdampfer-Durchlaufheizflache 8 ist mit unverdampftem Strömungsmedium W beaufschlagbar, das im Normal- oder Volllastbetrieb bei einmaligem Durchlauf durch die Verdampfer- Durchlaufheizfläche 8 verdampft und nach dem Austritt aus der Verdampfer-Durchlaufheizflache 8 als Dampf D der Überhitzer- heizfläche 10 zugeführt wird. Das aus der Verdampfer-Durch¬ laufheizfläche 8 und der Überhitzerheizfläche 10 gebildete Verdampfersystem ist in den nicht näher dargestellten Wasser- Dampf-Kreislauf einer Dampfturbine geschaltet. Zusätzlich zu diesem Verdampfersystem sind in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine eine Anzahl weiterer, in FIG nicht näher dargestellter Heizflächen geschaltet, bei denen es sich bei- spielsweise um Überhitzer, Mitteldruckverdampfer, Niederdruckverdampfer und/oder um Vorwärmer handeln kann.
Die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 ist durch eine Anzahl von zur Durchströmung des Strömungsmediums W parallel ge¬ schalteten Dampferzeugerrohren 12 gebildet. Die Dampferzeugerrohre 12 sind dabei mit ihrer Längsachse im Wesentlichen vertikal ausgerichtet und für eine Durchströmung des Strö¬ mungsmediums W von einem unteren Eintrittsbereich zu einem oberen Austrittsbereich, also von unten nach oben, ausgelegt.
Dabei umfasst die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 in der Art eines Rohrbündels eine Anzahl von in Heizgasrichtung x gesehen hintereinander angeordneten Rohrlagen 14, von denen jede aus einer Anzahl von in Heizgasrichtung x gesehen nebeneinander angeordneten Dampferzeugerrohren 12 gebildet ist, und von denen in FIG jeweils lediglich ein Dampferzeugerrohr 12 sichtbar ist. Jede Rohrlage 14 kann dabei bis zu 200 Dampfer¬ zeugerrohre 12 umfassen. Den Dampferzeugerrohren 12 jeder Rohrlage 14 ist dabei jeweils ein gemeinsamer, mit seiner
Längsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Heizgasrichtung x ausgerichteter und unterhalb des Heizgaskanals 6 angeordneter Eintrittssammler 16 vorgeschaltet. Alternativ kann auch mehreren Rohrlagen 14 ein gemeinsamer Eintrittssammler 16 zuge- ordnet sein. Die Eintrittssammler 16 sind dabei an ein in FIG lediglich schematisch angedeutetes Wasserzuführsystem 18 angeschlossen, das ein Verteilersystem zur bedarfsgerechten Aufteilung des Zustroms an Strömungsmedium W auf die Eintrittssammler 16 umfassen kann. Ausgangsseitig und somit in einem Bereich oberhalb des Heizgaskanals 6 münden die die
Verdampfer-Durchlaufheizflache 8 bildenden Dampferzeugerrohre 12 in eine Anzahl von zugeordneten Austrittssammlern 20.
Analog ist die Überhitzerheizfläche 10 von einer Anzahl von Überhitzerrohren 22 gebildet. Diese sind im Ausführungsbei¬ spiel für eine Durchströmung des Strömungsmediums in Abwärts¬ richtung, also von oben nach unten, ausgelegt. Eingangsseitig ist den Überhitzerrohren 22 eine Anzahl von als so genannter T-Verteiler ausgestalteten Verteilern 24 vorgeschaltet. Aus- gangsseitig münden die Überhitzerrohre 22 in einen gemeinsa¬ men Frischdampfsammler 26, von dem aus der überhitzte Frisch- dampf in nicht näher dargestellter Weise einer zugeordneten Dampfturbine zuführbar ist. Im Ausführungsbeispiel ist der Frischdampfsammler 26 unterhalb des Heizgaskanals 6 angeord¬ net. Alternativ könnte die Überhitzerheizfläche 10 aber auch mit u-förmig ausgeführten Überhitzerrohren 22 ausgerüstet sein. In diesem in der FIG nicht näher dargestellten Fall um- fasst jedes Überhitzerrohr 22 jeweils ein Fallrohrstück und ein diesem nachgeschaltetes Steigrohrstück, wobei der Frischdampfsammler 26 ebenso wie der Austrittssammler 20 oberhalb des Heizgaskanals 6 angeordnet ist. Zwischen Fallrohr- und Steigrohrstück kann dabei ein Entwässerungssammler geschaltet sein .
Die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 ist derart ausgelegt, dass sie für eine Bespeisung der Dampferzeugerrohre 12 mit vergleichsweise niedriger Massenstromdichte geeignet ist, wo¬ bei die auslegungsgemäßen Strömungsverhältnisse in den Damp¬ ferzeugerrohren 12 eine NaturumlaufCharakteristik aufweisen. Bei dieser NaturumlaufCharakteristik weist ein im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr 12 derselben Verdampfer- Durchlaufheizflache 8 mehr beheiztes Dampferzeugerrohr 12 ei¬ nen im Vergleich zum weiteren Dampferzeugerrohr 12 höheren Durchsatz des Strömungsmediums W auf.
Der Dampferzeuger 1 ist für eine zuverlässige, homogene Strö- mungsführung bei vergleichsweise einfach gehaltener Bauweise ausgelegt. Dabei ist die auslegungsgemäß für die Verdampfer- Durchlaufheizfläche 8 vorgesehene NaturumlaufCharakteristik konsequent für ein einfach gehaltenes Verteilersystem genutzt. Diese NaturumlaufCharakteristik und die damit verbun- dene, auslegungsgemäß vorgesehene vergleichsweise niedrig ge¬ haltene Massenstromdichte ermöglichen nämlich die Zusammen¬ führung der Teilströme aus in Heizgasrichtung x gesehen hin- tereinander angeordneten und somit unterschiedlich beheizten Dampferzeugerrohren in einen gemeinsamen Raum. Unter Einsparung eines eigenständigen aufwändigen Verteilersystems ist somit eine Verlagerung der Vermischung des aus der Verdamp- fer-Durchlaufheizflache 8 abströmenden Strömungsmediums W in den oder die Austrittssammler 20 hinein möglich.
Um die dabei erreichte Homogenisierung von aus in Heizgas¬ richtung x gesehen unterschiedlich positionierten und somit unterschiedlich beheizten Dampferzeugerrohren 12 abströmendem Strömungsmedium W bei der Weiterleitung in nachfolgende System möglichst geringfügig zu beeinträchtigen, ist jeder der im Wesentlichen parallel zueinander und nebeneinander angeordneten Austrittssammler 20, von denen in FIG lediglich ei- ner sichtbar ist, mit seiner Längsachse im Wesentlichen parallel zur Heizgasrichtung x ausgerichtet. Die Anzahl der Austrittssammler 20 ist dabei an die Anzahl der Dampferzeugerrohre 12 in jeder Rohrlage 14 angepasst, so dass im We¬ sentlichen den jeweils hintereinander positionierten, eine so genannte Verdampferscheibe bildenden Dampferzeugerrohren 12 jeweils ein Austrittssammler 20 zugeordnet ist. Analog sind auch die Verteiler 24 jeweils mit ihrer Längsachse parallel zur Heizgasrichtung x ausgerichtet, so dass im Wesentlichen den jeweils hintereinander positionierten Überhitzerrohren 22 jeweils ein Verteiler 24 zugeordnet ist.
Der Dampferzeuger 1 ist dafür ausgelegt, dass bedarfsweise, insbesondere im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb, den Dampfer¬ zeugerrohren 12 zusätzlich zu dem verdampfbaren Massenstrom an Strömungsmedium aus Gründen der betrieblichen Sicherheit noch ein weiterer Umwälzmassenstrom an Strömungsmedium überlagert werden kann. Um dabei eine besonders hohe betriebliche Flexibilität und damit insbesondere auch gering gehaltene An¬ fahr- und Lastwechselzeiten zu gewährleisten und einen beson- ders großen Anteil an Heizflächen nutzbar zu halten, ist vorgesehen, dass in diesem Betriebszustand der Verdampfungsend¬ punkt bedarfsweise von den Dampferzeugerrohren 12 in die Überhitzerrohre 22 hinein verschoben werden kann. Um dies mit vergleichsweise gering gehaltenem Herstellungsaufwand zu er¬ möglichen, umfasst jeder der Austrittssammler 20 ein integriertes Wasserabscheiderelement 28, über das der jeweilige Austrittssammler 20 über ein Überströmrohr 30 strömungsmedi- umsseitig mit einem der nachgeschalteten Verteiler 24 verbunden ist. Durch diese Bauweise ist insbesondere gewährleistet, dass nach der Wasser-Dampf-Abscheidung eine aufwendige Verteilung von Wasser-Dampf-Gemisch auf die Überhitzerrohre 22 nicht erforderlich ist.
Für eine hohe Abscheidewirkung bei hoher betrieblicher Zuverlässigkeit sind die jeweils mit integrierter Abscheidefunkti¬ on versehenen Austrittssammler 20 auf das Konzept einer Träg- heitsseparation eines Wasser-Dampf-Gemisches hin ausgelegt. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, dass der Wasseranteil ei¬ nes Wasser-Dampf-Gemisches aufgrund seiner vergleichsweise größeren Trägheit an einer Verzweigungsstelle bevorzugt in seiner Strömungsrichtung geradeaus weiterströmt, wohingegen der Dampfanteil einer aufgezwungenen Umlenkung aufgrund seiner vergleichsweise geringeren Trägheit vergleichsweise leichter zu folgen vermag. Um dies für eine besonders einfa¬ che Bauweise der Wasserabscheidung zu nutzen, sind die Austrittssammler 20 jeweils in der Art von T-Stücken ausgeführt, wobei von einem im Wesentlichen als Zylinderkörper 32 ausgestalteten Grundkörper ein in das jeweils zugeordnete Überströmrohr 30 mündendes Abströmrohrstück 34 für Strömungsmedium abzweigt .
Der als Zylinderkörper 32 ausgestaltete Grundkörper des jeweiligen Austrittssammlers 20 ist dabei an seinem nicht mit den Dampferzeugerrohren 12 verbundenen Ende 36 mit einem Wasserableitrohrstück 38 verbunden. Durch diese Bauweise strömt somit der Wasseranteil des Wasser-Dampf-Gemisches im Aus- trittssammler 20 an der das jeweilige integrierte Wasserab¬ scheiderelement 28 bildenden Abzweigstelle des Abströmrohr¬ stücks 34 bevorzugt in axialer Richtung weiter und gelangt somit über das Ende 36 in das Wasserableitrohrstück 38. Der Dampfanteil des im Zylinderkörper 32 strömenden Wasser-Dampf- Gemisches kann hingegen aufgrund seiner vergleichsweise ge¬ ringeren Trägheit besser einer aufgezwungenen Umlenkung fol- gen und strömt somit über das Abströmrohrstück 34 und die weiteren zwischengeschalteten Komponenten bevorzugt den nachgeschalteten Überhitzerrohren 22 zu. Zur Verstärkung der dabei erreichten Abscheidewirkung und/oder zur erleichterten Wasserabfuhr kann der Zylinderkörper 32 mit seiner Längsrich- tung gegenüber der Horizontalen in Strömungsrichtung abwärts geneigt angeordnet sein.
Wasserausgangsseitig, also über die Wasserableitrohrstücke 38, sind die in die Austrittssammler 20 integrierten Wasser- abscheiderelemente 28 gruppenweise mit einem jeweils gemein¬ samen Austrittssammler 40 verbunden. Diesem ist ein Wassersammelbehälter 42, insbesondere eine Abscheideflasche, nach¬ geschaltet. Der Wassersammelbehälter 42 ist ausgangsseitig über eine angeschlossene Abflussleitung 44, von der auch eine mit einem Abwassersystem verbundene Ableitung 45 abzweigt, mit dem Wasserzuführsystem 18 der Durchlauf- Verdampferheizflache 8 verbunden, so dass ein geschlossen betreibbarer Umwälzkreislauf entsteht. Über diesen Umwälzkreis kann im Anfahr-, Schwach- oder Teillastbetrieb dem in den Dampferzeugerrohren 12 strömenden verdampfbaren Strömungsmedium ein zusätzlicher Umlauf zur Erhöhung der betrieblichen Sicherheit überlagert werden. Je nach betrieblichem Erfordernis oder Bedarf kann das durch die integrierten Wasserabscheiderelemente 28 gebildete Abscheide- System dabei derart betrieben werden, dass sämtliches am Aus¬ tritt der Dampferzeugerrohre 12 noch mitgeführte Wasser aus dem Strömungsmedium abgeschieden und nur verdampftes Strömungsmedium an die Überhitzerrohre 22 weitergegeben wird.
Alternativ kann das Wasserabscheidesystem aber auch im so genannten überspeisten Modus betrieben werden, bei dem nicht alles Wasser aus dem Strömungsmedium abgeschieden wird, son- dern zusammen mit dem Dampf noch ein Teilstrom des mitgeführten Wassers an die Überhitzerrohre 22 weitergegeben wird. Bei dieser Betriebsweise verschiebt sich der Verdampfungsendpunkt in die Überhitzerrohre 22 hinein. Im derartigen überspeisten Modus füllen sich zunächst sowohl der Wassersammelbehälter 42 als auch die vorgeschalteten Austrittssammler 40 vollständig mit Wasser, so dass sich ein Rückstau bis hin zum Übergangs¬ bereich jeweiligen Wasserabscheiderelement 28 bildet, an dem das Abströmrohrstück 34 abzweigt. Bedingt durch diesen Rück- stau erfährt auch der Wasseranteil des den Wasserabscheider¬ elementen 28 zuströmenden Strömungsmediums zumindest teilwei¬ se eine Umlenkung und gelangt somit gemeinsam mit dem Dampf in das Abströmrohrstück 34. Die Höhe des Teilstroms, der da¬ bei gemeinsam mit dem Dampf den Überhitzerrohren 22 zugeführt wird, ergibt sich dabei einerseits aus dem insgesamt dem je¬ weiligen Wasserabscheiderelement 28 zugeführten Wassermassenstrom und andererseits aus dem über das Wasserableitrohrstück 38 abgeführten Teilmassenstrom. Somit kann durch geeignete Variation des zugeführten Wassermassenstroms und/oder des über das Wasserableitrohrstück 38 abgeführten Wassermassenstroms der in die Überhitzerrohre 22 weitergegebene Massen¬ strom an unverdampftem Strömungsmedium eingestellt werden. Damit ist es möglich, durch Ansteuerung einer oder beider der genannten Größen den Anteil an an die Überhitzerrohre 22 wei- tergegebenem unverdampftem Strömungsmedium derart einzustellen, dass sich beispielsweise eine vorgegebene Enthalpie am Ende der Überhitzerheizfläche 22 einstellt.
Um dies zu ermöglichen, ist dem Wasserabscheidesystem eine Regeleinrichtung 60 zugeordnet, die eingangsseitig mit einem zur Ermittlung eines für die Enthalpie am rauchgasseitigen Ende der Überhitzerheizfläche 22 charakteristischen Kennwerts ausgebildeten Messfühler 62 verbunden ist. Ausgangsseitig wirkt die Regeleinrichtung 60 einerseits auf ein in die Ab- flussleitung 44 des Wassersammelbehälters 42 geschaltetes
Stellventil 64 ein. Damit kann durch gezielte Ansteuerung des Stellventils 64 der Wasserstrom vorgegeben werden, der aus dem Abscheidesystem entnommen wird. Dieser Massenstrom kann wiederum in den Wasserabscheiderelementen 28 dem Strömungsmedium entzogen und an die nachfolgenden Sammelsysteme weitergeleitet werden. Damit ist durch Ansteuerung des Stellventils 64 eine Beeinflussung des im Wasserabscheiderelement 28 je¬ weils abgezweigten Wasserstroms und somit eine Beeinflussung des nach der Abscheidung noch im Strömungsmedium an die Überhitzerheizflächen 22 weitergegebenen Wasseranteils möglich. Alternativ oder zusätzlich kann die Regeleinrichtung 60 noch auf eine in die Abflussleitung 44 geschaltete Umwälzpumpe 66 einwirken, so dass auch die Zuströmrate des Mediums in das Wasserabscheidesystem entsprechend eingestellt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Dampferzeuger (1), bei dem in einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung (x) durchströmbaren Heizgaskanal (6) eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) angeordnet ist, die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohren (12) umfasst, mit einer Anzahl von jeweils einigen Dampferzeugerrohren (12) strömungsmediumsseitig nachgeschalteten Austrittssammlern (20), dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Austrittssammler (20) jeweils ein integriertes Wasserabscheiderelement (28) umfasst, über das der jeweilige Austrittssammler (20) strömungsmediumsseitig mit einer Anzahl von nachgeschalteten Überhitzerrohren (22) einer Überhitzerheizfläche (10) verbunden ist.
2. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Austrittssammler (20) jeweils im Wesentlichen als Zylinderkörper (32) ausgestaltet ist, der an seinem nicht mit den Dampferzeugerrohren (12) verbundenen Ende (36) mit einem Wasserableitrohrstück (38) verbunden ist.
3. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vom jeweiligen Zylinderkörper (32) oder vom jeweiligen Wasserableitrohrstück (38) ein Abströmrohrstück (34) für Strömungsmedium abzweigt .
4. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkörper (32) und/oder das Wasserableitrohrstück (38) mit ihrer jeweiligen Längsrichtung gegenüber der Hori- zontalen in Strömungsrichtung abwärts geneigt angeordnet sind.
5. Dampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass einige oder alle Wasserabscheiderelemente (28) wasseraus- gangsseitig gruppenweise mit jeweils einem gemeinsamen Aus- trittssammler (40) verbunden sind.
6. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem jeweiligen Austrittssammler (40) ein Wassersammelbehälter (42) nachgeschaltet ist.
7. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in eine an den Wassersammelbehälter (42) angeschlossene Ab- flussleitung (44) ein über eine zugeordnete Regeleinrichtung (60) ansteuerbares Stellventil (64) geschaltet ist, wobei die Regeleinrichtung (60) mit einem für die Enthalpie des Strö¬ mungsmediums am dampfseitigen Austritt der dem Wasserabschei¬ desystem nachgeschalteten Überhitzerheizfläche (10) charakte- ristischen Eingangswert beaufschlagbar ist.
8. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass über die Regeleinrichtung (60) eine den Dampferzeugerrohren (12) zugeordnete Umwälzpumpe (66) ansteuerbar ist.
9. Dampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Austrittssammler (20) oberhalb des Heizgaska- nals (6) angeordnet ist.
10. Dampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) derart ausgelegt ist, dass ein im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr
(12) derselben Verdampfer-Durchlaufheizflache (8) mehrbeheiz¬ tes Dampferzeugerrohr (12) einen im Vergleich zum weiteren Dampferzeugerrohr (12) höheren Durchsatz des Strömungsmediums aufweist .
11. Dampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Heizgaskanal (6) heizgasseitig eine Gasturbine vorge¬ schaltet ist.
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