EP1927809A2

EP1927809A2 - Dampferzeuger

Info

Publication number: EP1927809A2
Application number: EP07103622A
Authority: EP
Inventors: Christoph Ruchti
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2008-06-04
Also published as: JP2007271259A; CN101046289B; US7958853B2; CN101046289A; US20070227469A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit einem Druckgehäuse (3), wobei das Druckgehäuse (3) trommelförmig ausgebildet ist. Die Längsachse dieses Druckgehäuses ist horizontal oder weitgehend horizontal ausgerichtet. Eine Hohlleitung (1) ist derart ausgebildet, dass mindestens zwei, vorzugsweise eine Vielzahl vorwiegend parallel zueinander verlaufende Hohlleitungsabschnitte (1') vorgesehen sind, die stapelförmig vertikal oder vertikal versetzt übereinander angeordnet sind und jeweils paarweise an einem Endbereich miteinander verbunden sind, wobei diese Hohlleitung in Vertikalrichtung über dem Zuleitungsabschnitt (8) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger mit einem druckfesten, ein Volumen umschließenden Druckgehäuse, in dem wenigstens eine gegenüber dem Volumen hermetisch abgedichtete Hohlleitung verläuft, die jeweils mit einem das Druckgehäuse fluiddicht durchragenden Zu- und Ableitungsabschnitt verbunden ist, und das wenigstens eine Öffnung zur Einspeisung eines Wärmestromes in das Volumen sowie wenigstens eine Öffnung zum Austritt des mit der wenigstens einen Hohlleitung in thermische Wechselwirkung tretenden Wärmestromes in dem Druckgehäuse vorgesehen ist.

Stand der Technik

Dampferzeuger der vorstehend genannten Gattung dienen vorzugsweise zur Wärmekopplung in einer kombinierten Gas-Dampfturbinenanordnung, bei der die aus dem Kompressor der Gasturbinenanlage austretende heisse Luft einem Dampferzeugersystem zugeführt wird, wo sie soweit abgekühlt wird, so dass sie zu Kühlzwecken in die Gasturbine zurückgeführt werden kann. Der Dampferzeuger bezieht das Wasser aus den Economisern der Abhitzekessel und speist den erzeugten Dampf in die Überhitzer des Abhitzekessels ein, von wo sie zur Entspannung über die Dampfturbine geleitet werden.
Zur Dampferzeugung werden insbesondere zum Zwecke der Energiegewinnung möglichst flexible Dampferzeugersysteme eingesetzt, von denen im Weiteren auf das Konzept sog. einmalig durchströmbare Kühler (once through Cooler, OTC) näher eingegangen wird. Die sog. OTC-Systeme weisen hochbauende, zylinderförmig ausgebildete Druckgehäuse auf, deren Standhöhe die Gasturbine klar überragt. Derartige OTC-Kühler weisen im Inneren des druckfest ausgebildeten, zylinderförmig geformten Druckgehäuses helikal um die Zylinderlängsachse geformte, wasserführende Rohrleitungen auf, die mit nur geringen gegenseitigen radialen Abstand räumlich mit Hilfe sog. perforierter Tragplatten fixiert sind. Zur Illustration einer derartigen Kühleranordnung sei auf die fotographische Darstellung in Figur 2 verwiesen, in der eine Rohrbündelanordnung zu entnehmen ist, die innerhalb eines nicht dargestellten druckfesten, zylinderförmig ausgebildeten Druckgehäuses einbringbar ist. Die in der Bilddarstellung in Figur 2 dargestellte Hohlleitungsanordnung ist zu Montagezwecken liegend angeordnet und würde im normalen Einsatzfall innerhalb des nicht dargestellten Druckgehäuses vertikal aufrecht errichtet sein. Hierbei entspricht der in der Bilddarstellung rechts dargestellte Teil dem oberen Bereich. Grundsätzlich ist der Fotographie in Figur 2 die helikale Vielfachanordnung von einzelnen Hohlleitungen 1 um eine gemeinsame Zylinderachse Z, die allesamt mit einer hohen gegenseitigen Packungsdichte radial um die Zylinderachse Z in der dargestellten Form gewickelt sind. Zur räumlichen Fixierung und gegenseitigen Beabstandung der einzelnen Hohlleitungen 1 dienen sektoral um die Zylinderachse Z verteilt angeordnete radiale Tragplatten 2, die eine Vielzahl auf den Außendurchmesser der einzelnen Hohlleitungen abgestimmte Perforierungslöcher vorsehen, durch die die Hohlleitungen 1 zu Montagezwecken hindurchzufädeln sind. Es bedarf keiner weiteren Erläuterung, dass alleine die Montage der in Figur 2 dargestellten Hohlleitungsanordnung extrem zeit- und daher kostenaufwendig ist.
Zur Dampferzeugung wird Wasser durch die Hohlleitungen 1 derart eingespeist, dass die Hohlleitungen 1 von der in der Billdarstellung linken Seite zur rechten Seite der Hohlleitungsanordnung durchströmt werden, während die Hohlleitungsanordnung in umgekehrter Richtung, d. h. von der in der Bilddarstellung rechten Seite zur linken Seite von heisser Luft einer nicht weiter dargestellten Gasturbinenanordnung durchströmt wird. Diese Strömungskonstellation entspricht dem Gegenströmungsprinzip und vermag das in die Hohlleitungen eingespeiste Wasser im unteren, d. h. in der Bilddarstellung linken Seite der Hohlleitungsanordnung effektiv zu erwärmen, bis es im rechten Bereich der Hohlleitungsanordnung innerhalb der einzelnen Hohlleitungen 1 verdampft. Sämtliche Hohlleitungen münden im oberen Teil des Dampferzeugers, d. h. in der Bilddarstellung gemäß Figur 2 rechten Teil, in dem sog. Dampfsammler D, aus dem der Dampf nutzerspezifisch abgeführt wird. Im Falle einer Kombigasturbinenanlage dient die in Figur 2 dargestellte Dampferzeugeranordnung zum Antrieb einer Dampfturbine und entsprechender Umsetzung in elektrische Energie.
Neben den bereits erwähnten hohen Kostenaufwendungen zur Herstellung eines derartigen Dampferzeugers stößt auch die überaus große Bauhöhe des vertikal zu errichtenden Dampferzeugers auf bauliche und systemtechnische Probleme, zumal es aus Platzgründen nicht möglich ist, derartige Dampferzeuger räumlich nahe an jene Stellen einer Gasturbinenanlage zu positionieren, an denen Heissluft zur Dampferzeugung abgezweigt werden können. Die Folge ist eine verhältnismäßig große Beabstandung eines derartigen Dampferzeugersystems von der Gasturbinenanlage, wodurch langbauende Verbindungsrohre erforderlich sind, um die heißen Luftströme an die entsprechenden Einspeisestellen des Dampferzeugers zu verbringen. Dies jedoch führt unweigerlich sowohl zu thermoenergetischen als auch zu Druckverlusten längs der jeweiligen Verbindungsrohre, wodurch letztlich der Wirkungsgrad zur Dampferzeugung erheblich beeinträchtigt wird.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger mit einem druckfesten, ein Volumen umschließenden Druckgehäuse, in dem wenigstens eine gegenüber dem Volumen hermetisch abgedichtete Hohlleitung verläuft, die jeweils mit einem das Druckgehäuse fluiddicht durchragenden Zu- und Ableitungsabschnitt verbunden ist, und das wenigstens eine Öffnung zur Einspeisung eines Wärmestroms in das Volumen sowie wenigstens eine Öffnung zum Austritt des mit der wenigstens einen Hohlleitung in thermische Wechselwirkung tretenden Wärmestromes in dem Druckgehäuse vorgesehen ist, derart weiterzubilden, dass einerseits der Herstellungsaufwand gegenüber dem eingangs erläuterten Dampferzeugerprinzip erheblich reduziert werden soll, so dass die Herstellungskosten verringert werden können. Zudem gilt es andererseits eine möglichst kompakte und niedrig bauende Bauform eines Dampferzeugers zu schaffen, so dass der Dampferzeuger möglichst nah an eine Gasturbinenanlage möglichst unterhalb der Bedienungsplattform platziert werden kann. Hierdurch soll erreicht werden, dass die zum Wärmestromaustausch zwischen Gasturbinenanlage und Dampferzeuger erforderlichen Leitungen möglichst kurz auszubilden sind, um damit möglichst geringe Druckverluste zu generieren. Letztlich gilt es den Wirkungsgrad eines Gesamtkombikraftwerkes zu verbessern.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Lösungsgemäß ist ein Dampferzeuger mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch ausgebildet, dass das Druckgehäuse trommelförmig ausgebildet ist, eine Längsachse sowie einen senkrecht zur Längsachse messenden Durchmesser aufweist. Im Gegensatz zur bisher üblichen Aufstellung derartiger durchaus bekannter trommelförmiger Druckgehäuse sieht das lösungsgemäße Dampferzeugerkonzept vor, das Druckgehäuse liegend zu platzieren, so dass die Längsachse des Druckgehäuses horizontal oder weitgehend horizontal ausgerichtet ist und somit das Druckgehäuse eine Längserstreckung aufweist, die größer als ihr Durchmesser ist. Die lösungsgemäße liegende Anordnung des Druckgehäuses bewirkt in vorteilhafter Weise eine deutliche Reduzierung der Bauhöhe des Dampferzeugers, wodurch sich neue Möglichkeiten der Anordnung des Druckgehäuses relativ zu einer Gasturbinenanlage eröffnen.
Innerhalb des Druckgehäuses ist wenigstens eine Rohr- oder allgemein Hohlleitung vorgesehen und derart ausgebildet, dass mindestens zwei, vorzugsweise eine Vielzahl vorwiegend parallel zueinander verlaufende Rohr- bzw.
Hohlleitungsabschnitte vorgesehen sind, die stapelförmig vertikal oder vertikal versetzt übereinander angeordnet sind und jeweils paarweise an einem Endbereich miteinander verbunden sind. Das bevorzugte Ziel im Vorsehen der wenigstens einen Hohlleitung innerhalb des Volumens des Druckgehäuses ist es, das Druckgehäuse möglichst raumfüllend mit einer Vielzahl dicht gepackter Hohlleitungen zu versehen, durch die das für die Dampferzeugung erforderliche verdampfbare Fluid, vorzugsweise Wasser hindurchgeleitet wird, das wie im weiteren beschrieben ist, zur Erwärmung und Erhitzung innerhalb des Druckgehäuses mit einem Wärmestrom, vorzugsweise der aus einer Verdichtereinheit einer Gasturbinenanlage austretenden Heissluft in thermischen Kontakt gebracht wird. Jede einzelne Hohlleitung, die über vertikal übereinander und jeweils parallel zueinander geführte Hohlleitungsabschnitte verfügt, die gleichsam mäanderförmig miteinander verbunden sind, weist eine vertikal untere Einspeisestelle auf, durch die bspw. das Wasser in die Hohlleitung eingeführt wird, das längs des mäander- bzw. schlangenförmigen Verlauf vertikal nach oben aufsteigt um die Hohlleitung über eine Austrittsöffnung zu verlassen. Die Einspeiseöffnung sowie die Austrittsöffnung sind jeweils mit einem Zu- bzw. Ableitungsabschnitt verbunden, der das Druckgehäuse fluiddicht durchragt, so dass gewährleistet ist, dass das zu verdampfende Fluid in flüssiger Form von außerhalb des Druckgehäuses in die wenigstens eine Hohlleitung eingespeist werden kann und dass nach entsprechender Erwärmung und Erhitzung des Fluids der sich längs der Hohlleitung ausbildende Dampf aus dem Druckgehäuse zur weiteren technischen Nutzung ableitbar ist. Hierbei ist der Ableitungsabschnitt in Vertikalrichtung über dem Zuleitungsabschnitt der wenigstens einen Hohlleitung angeordnet. Ferner ist im vertikal oberen Druckgehäusebereich wenigstens eine Öffnung zur Einspeisung des Wärmestromes vorgesehen, bspw. in Form heißer Luft, die unmittelbar aus dem Luftstrom am Ausgang des Kompressors einer Gasturbinenanlage entnehmbar ist. Der Wärmestromdurchtritt durch das Druckgehäuse erfolgt derart, dass der Wärmestrom die Hohlleitungsabschnitte der wenigstens einen Hohlleitung quer zu ihrer längs der Längsachse gerichteten Erstreckung mit einer von oben vertikal nach unten orientierten Strömungsrichtung überströmt. Somit ist gewährleistet, dass die Wärmestromrichtung in Gegenrichtung zur Fließrichtung des verdampfbaren Fluids innerhalb der wenigstens einen Hohlleitung erfolgt. Somit bleibt das Konzept der Aufwärtsverdampfung des verdampfbaren Fluids innerhalb der jeweiligen Hohlleitungen im Gegenstrom hinsichtlich des in das Druckgehäuse eingeführten Wärmestroms gleichsam jenem Dampferzeugerkonzept, das bei bisher üblichen, vertikal stehenden Dampferzeugern angewandt wird, erhalten.
Ein besonderer Aspekt des lösungsgemäß ausgebildeten Dampferzeugers sieht eine möglichst hohe Packungsdichte der jeweils parallel zueinander geführten Hohlleitungsabschnitte vor, die jeweils einer Vielzahl einzelner Hohlleitungen zuordenbar sind, wobei die Gesamtheit der möglichst räumlich dicht nebeneinander angeordneten, einzelnen Vertikalhohlleitungsrohrstapel möglichst große Volumenteile des Druckgehäuses ausfüllen. Der Wärmestromeintritt in das Druckgehäuse erfolgt für einen möglichst effektiven Wärmeübertrag seitens des Wärmestromes auf die Hohlleitungen und letztlich auf das innerhalb der Hohlleitungen geführte verdampfbare Fluid derart, dass der Wärmestrom die Hohlleitungsanordnung quer zur Erstreckung der einzelnen Hohlleitungsabschnitte einmalig passiert, weswegen auch das lösungsgemäße Dampferzeugerkonzept dem eingangs beschriebenen OTC-Konzept entspricht, d. h. der Wärmestrom tritt einmalig durch die Hohlleitungsanordnung hindurch und überträgt während dieses einmaligen Durchtrittes Wärme auf die Hohlleitungsanordnung. Um die thermische Wechselwirkung zwischen Wärmestrom und Hohlleitungsanordnung zu verbessern ist in vorteilhafter Weise wenigstens eine Hohlleitung gerippt ausgeführt, d. h. mit einer konturierten Leitungsoberflächenform versehen, um einerseits die Hohlleitungsoberfläche zu vergrößern und andererseits den Wärmeübergang zwischen Wärmestrom und Hohlleitung zu verbessern.
Eine einfache Ausführungsform des Druckgehäuses sieht vor, wenigstens eine Öffnung zum Austritt des mit der wenigstens einen Hohlleitung in thermischen Kontakt gebrachten Wärmestroms im unteren Druckgehäusebereich vorzusehen, also an der der Eintrittsöffnung für den Wärmestrom diametral gegenüberliegenden Seite des Druckgehäuses, so dass der Wärmestrom ohne eine innere Ablenkung innerhalb des Druckgehäuses, sozusagen unidirektional durch das Volumen des Druckgehäuses hindurchtritt. Dies setzt jedoch voraus, dass unterhalb des liegend angeordneten Druckgehäuses eine ausreichende Bautiefe vorgesehen wird, um den aus dem Druckgehäuse austretenden Wärmestrom entsprechend weiter- bzw. abzuleiten.
Demgegenüber sieht eine weitere Ausführungsform die Anbringung der Öffnungen sowohl für den Eintritt als auch für den Austritt des jeweiligen Wärmestromes in bzw. aus dem Druckgehäuse jeweils an dem oberen Druckgehäusebereich vor, so dass sämtliche Zuleitungen bzw. Ableitungen für den Transport des Wärmestroms auf der leichter zugänglichen Oberseite des ansonsten liegenden Druckgehäuses vorgesehen werden können. Zusätzlich erforderliche Bautiefen unterhalb des Druckgehäuses können auf diese Weise vermieden werden. Bei einer derartigen Ausführungsform ist es jedoch erforderlich den vertikal nach unten gerichteten Wärmestrom nach Durchtritt durch die Hohlleitungsanordnung mit geeigneten Maßnahmen in entgegengesetzte Strömungsrichtung umzulenken und dabei darauf zu achten, dass der die Hohlleitungsanordnung durchsetzende Strömungsbereich durch die umgelenkte Austrittsöffnung gerichtete Austrittsströmung nicht irritiert wird. Zur konstruktiven Ausgestaltung einer derartigen Ausführungsform wird auf ein späteres Ausführungsbeispiel im einzelnen Bezug genommen.
Neben der durch die liegende Positionierung des trommelförmigen Druckgehäuses vorteilhaft erzielbare niedrige Bauform des lösungsgemäßen Dampferzeugers ermöglicht das lösungsgemäße Dampferzeugerkonzept darüber hinaus eine deutlich vereinfachte Montage, insbesondere der Hohlleitungsanordnung, die in einer weitaus geringeren Montagezeit und unter Bewältigung weitaus weniger technisch anspruchsvoller Montageschritte herstellbar ist. Letztlich kann die innerhalb des Druckgehäuses einzubringende Hohlleitungsanordnung, die vorzugsweise aus einer Vielzahl einzelner Hohlleitungen zusammengesetzt ist, nach einem einfachen Baukastenprinzip zusammengefügt werden. Sei bspw. angenommen, dass jede einzelne Hohlleitung über eine Vielzahl mäanderförmig übereinander liegende und miteinander verbundene parallel geführte Hohlleitungsabschnitte verfügt, die ihrerseits einem Vertikalstapel entsprechen und sei ferner angenommen, dass die Hohlleitung einen runden Leitungsquerschnitt aufweist, so ist es möglich durch nebeneinander fügen gleichartig ausgebildeter Hohlleitungen durch vertikal leicht versetzte Anordnung die einzelnen Hohlleitungen mit einer maximalen Packungsdichte aneinander zu fügen. Die vertikale Stapelhöhe der einzelnen Hohlleitungsabschnitte pro Hohlleitung richtet sich gleichsam wie die durch eine entsprechend gewählte Anzahl nebeneinander gefügter Hohlleitungen nach der räumlichen Aufnahmekapazität des Druckgehäuses. Wie die weiteren Ausführungen unter Bezugnahme auf entsprechende Ausführungsbeispiele zeigen werden, ist es mit einfachen Herstellungsschritten möglich die aus einer Vielzahl einzelner Hohlleitungen zusammen gesetzte Hohlleitungsanordnung außerhalb des Druckgehäuses zu montieren und als vorgefertigte Teilkomponente anschließend in das Druckgehäuse einzuführen. Eine Fixierung der vorgefertigten Hohlleitungsanordnung innerhalb des Druckgehäuses erfolgt vorzugsweise über fest mit der Innenwand des Druckgehäuses vorgesehenen Fixierschienen, auf denen einzelne Hohlleitungsabschnitte teilweise aufzuliegen vermögen. Letztlich bedarf es lediglich des fluiddichten Anschlusses der jeweiligen Zu- und Ableitungsabschnitten mit den einzelnen Hohlleitungen, die für eine fluiddichte Verbindung der Hohlleitungen sorgen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: schematisierte Längsquerschnitt durch ein lösungsgemäß ausgebildetes Kesselgehäuse,
Fig. 1A, B: Querschnittsdarstellungen durch ein Kesselgehäuse mit Hohlleitungsanordnung,
Fig. 2: Darstellung der Hohlleitungsanordnung eines an sich bekannten OTC-Kühlungssystems,
Fig. 3: schematisierte Querschnittsdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispieles sowie
Fig. 4: schematisierter Längsteilquerschnitt durch ein Kesselgehäuse.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Figur 1 stellte einen Längsquerschnitt durch ein zylinderförmig ausgebildetes Druckgehäuse 3 dar, das im gezeigten Ausführungsbeispiel einen kreisrunden Querschnitt aufweist, siehe hierzu auch die Schnittbildzeichnungen gemäß Figuren 1 A und B, die jeweils Querschnittbilder längs der in Figur 1 eingezeichneten Schnittebenen A und B darstellen. Das zylinderartig ausgebildete Druckgehäuse 3 schließt ein inneres Volumen 4 ein, in dem eine aus einer Vielzahl einzelner Hohlleitungen 1 bestehende Hohlleitungsanordnung 5 eingebracht ist. Die aus einer Vielzahl einzelner Hohlleitung 1 bestehende Hohlleitungsanordnung 5 sieht nebeneinander angeordnete einzelne Hohlleitungen 1 vor, die ihrerseits aus einer Mehrzahl vertikal übereinander angeordneter Hohlleitungsabschnitte 1' bestehen, wie dies stark schematisiert aus der Teilfigur gemäß Figur 1 hervorgeht. So setzt sich eine Hohlleitung 1 aus einer Vielzahl einzelner mäanderförmig bzw. schlangenförmig miteinander verbundener parallel verlaufender Hohlleitungsabschnitte 1' zusammen, die ihrerseits vertikal übereinander stapelförmig angeordnet sind. Über eine vertikal untere Zuleitungsöffnung 6 wird jede einzelne Hohlleitung 1 mit einem verdampfbaren Fluid, vorzugsweise mit Wasser versorgt, das nach Durchtritt durch sämtliche Hohlleitungsabschnitte 1 über eine vertikal obere Austrittsöffnung 7 aus der Hohlleitung 1 austritt.
Innerhalb des Druckgehäuses 3 befinden sich somit eine Vielzahl nebeneinander, jeweils versetzt angeordneter Hohlleitungen 1 wie vorstehend beschrieben, wobei die Zuleitungsöffnungen 6 der einzelnen Hohlleitungen 1 in einen gemeinsamen Zuleitungsabschnitt 8 münden, über den sämtliche Hohlleitungen 1 mit Wasser versorgt werden. Gleichfalls münden sämtliche Austrittsöffnungen 7 der Hohlleitungen 1 in einen gemeinsamen Ableitungsabschnitt 9, der wie in Figur 1 dargestellt vertikal über dem Zuleitungsabschnitt 8 angeordnet ist und gleichsam dem Zuleitungsabschnitt 8 das Druckgehäuse 3 fluiddicht nach außen durchsetzt. Zur Veranschaulichung der sich durch Zusammenfügen einer Vielzahl einzelner Hohlleitungen 1 ergebenden Hohlleitungsanordnung 5 sei bspw. auf die Querschnittsdarstellung gemäß Figur 1 B verwiesen, aus der hervorgeht, dass unmittelbar benachbarte Hohlleitungen 1 relativ zueinander versetzt angeordnet sind, so dass eine hohe Packungsdichte zwischen den einzelnen Hohlleitungen 1 geschaffen werden kann. Für die gegenseitige räumliche Fixierung der einzelnen Hohlleitungen 1 sowie für eine leichte Montierbarkeit der Hohlleitungsanordnung 5 dient eine Tragstruktur 10, die aus einer Vielzahl scheiben- oder stegartig ausgebildeter Aufnahmemittel 11 besteht. Jedes einzelne Aufnahmemittel 11 verfügt über an die Außenkontur der jeweiligen Hohlleitungsabschnitte angepasste Ausnehmungen12, so dass die einzelnen Hohlleitungen 1 in die durch die Ausnehmungen 12 vorgegebene versetzte Anordnung eingesetzt werden können. Die Montage erfolgt jeweils derart, dass nebeneinander anzuordnende Hohlleitungen 1 jeweils sandwichartig zwischen zwei benachbarte Aufnahmemittel 11 gefasst werden. Die Montage erfolgt demzufolge schichtweise außerhalb des Druckgehäuses 3. Die aus den einzelnen Aufnahmemitteln 11 bestehende Tragstruktur 10 ist längs der in Figur 1 dargestellten Längsschnittdarstellung an jeweils fünf verteilt angeordneten Stellen vorgesehen und fixiert die gesamte Hohlleitungsanordnung 5 zentrisch innerhalb des Volumens des Druckgehäuses 3. Über entsprechende Verbindungsmittel 12 sind die Tragstrukturen 11 mit dem Druckgehäuse 3 verbunden.
Zur Einspeisung eines Wärmestromes, vorzugsweise von heißen Abgasen einer Gasturbinenanlage sind im oberen Druckgehäusebereich 30 längs der Längserstreckung des Druckgehäuses 3 vier Öffnungen 13 zur Einspeisung des Wärmestromes in das Volumen 4 des Druckgehäuses 3 vorgesehen. Wie aus den Querschnittsbildern gemäß Figur 1A und B zu entnehmen ist, schließt sich stromab der Einspeiseöffnungen 13 zur weiteren Führung des Wärmestromes ein den Wärmestrom leitendes Mittel 14 an, durch das der Wärmestrom gezielt den Raumbereich der Hohlleitungsanordnung vertikal von oben nach unten einmalig durchsetzt. Aufgrund der zylinderförmig, also runden Innenkontur des Druckgehäuses 3 wird der vertikal nach unten gerichtete Wärmestrom an den Druckgehäuseinnenwänden, wie in Figur 1 B schematisiert dargestellt, umgeleitet und nahe den Druckgehäusewänden wieder vertikal nach oben geführt, wo der Wärmestrom über entsprechende Öffnungen 15 aus dem Druckgehäuse 3 austritt.
Die in den Figuren 1 bis 1 B dargestellte Bauform eines Dampferzeugers ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform, die eine Wärmestromzufuhr bzw. -abfuhr jeweils an der Oberseite des Druckgehäuses 3 ermöglicht, so dass eine kompakte Einbauform für den Dampferzeuger geschaffen ist. Typischerweise weist der lösungsgemäße Dampferzeuger eine Druckgehäuselängserstreckung von 5 bis 10 m auf und einen Druckgehäusedurchmesser von etwa 2 bis 3 m. Der Vorteil einer liegenden Anordnung liegt in Anbetracht der geometrischen Größendimensionen auf der Hand, zumal die durch den Durchmesser vorgegebene Bauhöhe typische Baugrößen von Gasturbinenanlagen nicht übersteig und somit eine kompakte und sicherheitstechnisch unbedenkliche nahe Anbringung zur Gasturbinenanlage ermöglicht.
Auf die Beschreibung gemäß der bekannten Hohlleitungsanordnung, wie sie in der fotographischen Darstellung in Figur 2 dargestellt ist, wurde bereits in der Beschreibungseinleitung Bezug genommen.
In Figur 3 ist ein schematisierter Querschnitt durch ein Druckgehäuse 3 dargestellt, bei dem im Unterschied zur Ausführungsform gemäß der Figur 1, bei der die Hohlleitungsabschnitte 1' der einzelnen Hohlleitung 1 parallel zur Längsachse verlaufen, die Hohlleitungsabschnitte 1' quer, d. h. senkrecht aber horizontal liegend zur Längsachse verlaufen. So sei angenommen, dass eine vordere erste Hohlleitung 1, gemäß durchgeführter Strichführung, über eine in der Querschnittdarstellung gemäß Figur 3 untere Zuleitungsöffnung 6 mit Fluid versorgt wird, das längs der vertikal übereinander und mäanderförmig miteinander verbundenen Hohlleitungsabschnitte 1' an der vertikal oberen Austrittsöffnung 7 austritt. Eine in Längsrichtung dahinter angeordnete weitere Hohlleitung (siehe gestrichelte Linienführung) wird hingegen über die Zuleitungsöffnung 6' mit Wasser versorgt, das nach entsprechender Durchführung durch sämtliche Hohlleitungsabschnitte 1' über die Austrittsöffnung 7' austritt. Die gesamte Hohlleitungsanordnung kann somit durch eine Vielzahl in Längsrichtung hintereinander angeordneter, jeweils versetzt zueinander angeordneter einzelner Hohlleitungen zusammengesetzt werden, wobei die Zu- und Ableitungen für das jeweils verdampfbare Fluid längs der in der Querschnittsdarstellung gemäß Figur 3 angegebenen Weise vorzunehmen ist.
Letztlich geht aus der schematisierten Teillängsschnittdarstellung durch ein Druckgehäuse 3 gemäß Figur 4 eine alternative Anbringung von Öffnungen 13 für die Einspeisung eines Wärmestromes sowie Öffnungen 15 für den Austritt eines Wärmestromes aus dem Druckgehäuse 3 hervor. Im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß Figur 1 sind die jeweiligen Öffnungen 13, 15 relativ zur Längsachse A diametral gegenüberliegen angebracht, so dass der Wärmestrom innerhalb des Druckgehäuses 3 nicht umgelenkt wird, sondern das Volumen 4 des Druckgehäuses 3 unidirektional durchsetzt. Lediglich schematisiert sei dargestellt, dass die Hohlleitungsanordnung 1 gekennzeichnet durch jeweils zwei parallel zur Längsachse A verlaufende Hohlleitungsabschnitte1' von einem verdampfbaren Fluid durchsetzt wird, wobei die Strömungsrichtung des Fluids durch die Hohlleitungen 1 von unten nach oben, d. h. entgegengesetzt zur vertikal nach unten orientierten Strömungsrichtung des Wärmestroms erfolgt.
Zur Anbringung und Befestigung der einzelnen Hohlleitungen 1 innerhalb des Druckgehäuses 3 dienen sog. seitlich mit der Innenwand des Druckgehäuses 3 verbundene Auflageschienen 16, die in der Querschnittsdarstellung gemäß Figur 3 schematisiert dargestellt sind.

Bezugszeichenliste

1: Hohlleitung
1': Hohlleitungsabschnitt
2: Tragplatte
3: Druckgehäuse
4: Volumen
5: Hohlleitungsanordnung
6: Zuleitungsöffnung
7: Austrittsöffnung
8: Zuleitungsabschnitt
9: Ableitungsabschnitt
10: Tragstruktur
11: Aufnahmemittel
12: Befestigungsstruktur
13: Öffnung zur Einspeisung des Wärmestromes
14: Wärmestrom leitendes Mittel
15: Öffnung zum Austritt des Wärmestromes
16: Auflageschienen
30: Druckgehäusebereich
D: Dampfsammler
Z: Zylinderachse

Claims

Dampferzeuger mit einem druckfesten, ein Volumen umschließenden Druckgehäuse (3), in dem wenigstens eine gegenüber dem Volumen hermetisch abgedichtete Hohlleitung (1) verläuft, die jeweils mit einem das Druckgehäuse (3) fluiddicht durchragenden Zu- (8) und Ableitungsabschnitt (9) verbunden ist, und dass wenigstens eine Öffnung (13) zur Einspeisung eines Wärmestromes in das Volumen sowie wenigstens eine Öffnung (15) zum Austritt des mit der wenigstens einen Hohlleitung (1) in thermische Wechselwirkung tretenden Wärmestromes in dem Druckgehäuse (3) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgehäuse (3) trommelförmig ausgebildet ist, eine Längsachse sowie einen senkrecht zur Längsachse messenden Durchmesser aufweist,
dass die Längsachse horizontal oder weitgehend horizontal ausgerichtet ist und das Druckgehäuse (3) längs zur Längsachse eine Erstreckung aufweist, die größer als der Durchmesser ist,
dass die wenigstens eine Hohlleitung (1) derart ausgebildet ist, dass mindestens zwei, vorzugsweise eine Vielzahl vorwiegend parallel zueinander verlaufende Hohlleitungsabschnitte (1') vorgesehen sind, die stapelförmig vertikal oder vertikal versetzt übereinander angeordnet sind und jeweils paarweise an einem Endbereich miteinander verbunden sind,
dass der Ableitungsabschnitt (9) in Vertikalrichtung über dem Zuleitungsabschnitt (8) der wenigstens einen Hohlleitung (1) angeordnet ist, und
dass die wenigstens eine Öffnung (13) zur Einspeisung des Wärmestromes im vertikal oberen Druckgehäusebereich vorgesehen ist und eine Wärmestromführung innerhalb des Druckgehäuses (3) derart erfolgt, dass der Wärmestrom die Hohlleitungsabschnitte (1') quer zu ihrer längs der Längsachse gerichteten Erstreckung mit einer von oben vertikal nach unten orientierten Strömungsrichtung überströmt.
Dampferzeuger nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgehäuse (3) einen runden, ovalen, oder n-eckigen Querschnitt aufweist.
Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmestrom die Hohlleitungsabschnitte (1') unidirektional im Wege einer einmaligen Überströmung überströmt.
Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hohlleitung (1) eine Vielzahl zu einem Vertikalstapel mäanderförmig miteinander verbundene, jeweils parallel zueinander verlaufende Holleitungsabschnitte (1') aufweist.
Dampferzeuger nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleitungsabschnitte (1') innerhalb des Druckgehäuses (3) horizontal angeordnet sind.
Dampferzeuger nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleitungsabschnitte (1') parallel oder senkrecht zur Längsachse orientiert sind.
Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl einzelner Hohlleitungen (1) vorgesehen ist,
dass die einzelnen Hohlleitungen (1) längs ihrer Hohlleitungsabschnitte (1') jeweils nebeneinander unter Ausbildung einer Hohlleitungsanordnung (5) mit einer größtmöglichen Packungsdichte angeordnet sind, d.h. unmittelbar nebeneinander liegende Hohlleitungsabschnitte (1') sind jeweils vertikal versetzt angeordnet.
Dampferzeuger nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleitungen (1) der Hohlleitungsanordnung (5) durch wenigstens eine Tragstruktur (10) räumlich fixiert sind, und
dass die Tragstruktur (10) sämtliche Hohlleitungen (1) längs einer die Längsachse orthogonal schneidenden Ebene umfasst.
Dampferzeuger nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (10) eine Vielzahl einzelner Aufnahmemittel (11) vorsieht mit an die Aussenkontur der Hohlleitungsabschnitte (1') der einzelnen Hohlleitungen (1) angepassten Ausnehmungen, und
dass die einzelnen Aufnahmemittel (11) jeweils mit in den Ausnehmungen eingebrachte Hohlleitungsabschnitte (1') stapelförmig, unter Ausbildung der Hohlleitungsanordnung (5) mit einer größtmöglichen Packungsdichte aneinander fügbar sind.
Dampferzeuger nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Tragstrukturen (10) längs der Hohlleitungsanordnung (5), jeweils mit gegenseitigem Abstand längs zur Längsachse vorgesehen sind.
Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hohlleitung (1) aus einem gerippten Rohr besteht.
Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hohlleitung (1) über mit der Innenwand des Druckgehäuses (3) verbundene Auflageschienen (16) verbunden ist.
Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (15) zum Austritt des mit der wenigstens einen Hohlleitung (1) in thermische Wechselwirkung tretenden Wärmestromes im unteren Bereich des Druckgehäuses (3) vorgesehen ist, so dass der Wärmestrom undirektional das Volumen des Druckgehäuses (3) senkrecht zur Längsachse durchströmt.
Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (15) zum Austritt des mit der wenigstens einen Hohlleitung (1) in thermische Wechselwirkung tretenden Wärmestromes im oberen Bereich des Druckgehäuses (3) vorgesehen ist,
dass innerhalb des Druckgehäuses (3) ein den Wärmestrom leitendes Mittel (14) vorgesehen ist, das den durch die Öffnung (13) zur Einspeisung eintretenden Wärmestrom nach unten führt, wobei der Wärmestrom in thermische Wechselwirkung mit der wenigstens einen Hohlleitung (1) tritt, und
dass der Wärmestrom innerhalb des Druckgehäuses (3) derart umlenkbar ist, dass der Wärmestrom nahe der Druckgehäuseinnenwand nach oben strömt, durch das den Wärmestrom leitenden Mittel (14) von der wenigstens einen Hohlleitung (1) separiert ist und durch die wenigstens eine Öffnung (15) aus dem Druckgehäuse (3) nach oben austritt.
Verwendung des Dampferzeugers nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Kühlereinheit einer Gasturbinenanlage zur Wärmekopplung der zumindest teilexpandierten Luft der Gasturbine an eine dampfbetriebene Einheit.
Verwendung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlereinheit ein so genannter einmal durchströmbarer Kühler (once through cooler, OTC) ist, bei dem die zumindest teilexpandierte Luft die wenigstens eine Hohlleitung (1), in der ein verdampfbares Fluid geführt ist, insbesondere Wasser, mit nur einmaliger thermischer Wechselwirkung durchströmt.
Verwendung nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgehäuse (3) in Ausbildung eines liegenden, vertikal niedriegbauenden Druckgefässes unmittelbar neben der Gasturbinenanordnung unter Vermeidung langer Verbindungsleitungen für die der Gasturbinenanlage entnehmbare heisse Luft platziert ist.