EP2324285B1

EP2324285B1 - Abhitzedampferzeuger

Info

Publication number: EP2324285B1
Application number: EP09782665.5A
Authority: EP
Inventors: Jan BRÜCKNER; Joachim Franke; Holger Schmidt; Frank Thomas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2029-09-07
Also published as: EP2204611A1; US20110162594A1; US8701602B2; RU2011113827A; EP2324285A2; WO2010029033A2; ES2614155T3; PL2324285T3; CN102171513B; WO2010029033A3; CN102171513A

Description

Die Erfindung betrifft einen Abhitzedampferzeuger mit einer Anzahl von strömungsmediumsseitig parallel geschalteten Verdampferrohren, denen über ein Wasserabscheidesystem eine Anzahl von Überhitzerrohren nachgeschaltet ist, wobei das Wasserabscheidesystem eine Anzahl von Wasserabscheideelementen umfasst, von denen jedes jeweils einer Anzahl von Verdampferrohren nachgeschaltet und/oder einer Anzahl von Überhitzerrohren vorgeschaltet ist, wobei jedes der Wasserabscheideelemente ein mit den jeweils vorgeschalteten Verdampferrohren verbundenes Einströmrohrstück umfasst, das in seiner Längsrichtung gesehen in ein Wasserableitrohrstück übergeht, wobei im Übergangsbereich eine Anzahl von Abströmrohrstücken abzweigt, die mit einem Eintrittssammler der jeweils nachgeschalteten Überhitzerrohre verbunden sind.
Ein Abhitzedampferzeuger ist ein Wärmetauscher, der Wärme aus einem heißen Gasstrom zurückgewinnt. Abhitzedampferzeuger werden beispielsweise in Gas- und Dampfturbinenkraftwerken eingesetzt, in denen die heißen Abgase einer oder mehrerer Gasturbinen in einen Abhitzedampferzeuger geleitet werden. Der darin erzeugte Dampf wird anschließend zum Antrieb einer Dampfturbine genutzt. Diese Kombination produziert elektrische Energie wesentlich effizienter als Gas- bzw. Dampfturbine allein.
Abhitzedampferzeuger sind anhand einer Vielzahl von Kriterien kategorisierbar: Basierend auf der Strömungsrichtung des Gasstroms können Abhitzedampferzeuger beispielsweise in vertikale und horizontale Bauarten eingeteilt werden. Weiterhin existieren Dampferzeuger mit einer Mehrzahl von Druckstufen mit unterschiedlichen thermischen Zuständen des jeweils enthaltenen Wasser-Dampf-Gemisches.
Dampferzeuger können generell als Naturumlauf-, Zwangumlauf- oder Durchlaufdampferzeuger ausgelegt sein. In einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung von Verdampferrohren zu einer vollständigen Verdampfung des Strömungsmediums in den Verdampferrohren in einem Durchgang. Das Strömungsmedium - üblicherweise Wasser - wird nach seiner Verdampfung den Verdampferrohren nachgeschalteten Überhitzerrohren zugeführt und dort überhitzt. Die Position des Verdampfungsendpunkts, d. h. die Stelle des Überganges von einer Strömung mit Restnässe zu reiner Dampfströmung, ist dabei variabel und betriebsartabhängig. Beim Volllastbetrieb eines derartigen Durchlaufdampferzeugers liegt der Verdampfungsendpunkt beispielsweise in einem Endbereich der Verdampferrohre, so dass die Überhitzung des verdampften Strömungsmediums bereits in den Verdampferrohren beginnt.
Ein Durchlaufdampferzeuger unterliegt im Gegensatz zu einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger keiner Druckbegrenzung, so dass er für Frischdampfdrücke weit über dem kritischen Druck von Wasser (p_krit ≈ 221 bar) - bei dem bei keiner Temperatur Wasser und Dampf gleichzeitig vorkommen können und damit auch keine Phasentrennung möglich ist - ausgelegt werden kann.
Um eine sichere Kühlung der Verdampferrohre zu gewährleisten, wird ein derartiger Durchlaufdampferzeuger im Schwachlastbetrieb oder beim Anfahren üblicherweise mit einem Mindeststrom an Strömungsmedium in den Verdampferrohren betrieben. Der betriebsgemäß vorgesehene Mindeststrom an Strömungsmedium in den Verdampferrohren wird somit beim Anfahren oder im Schwachlastbetrieb in den Verdampferrohren nicht vollständig verdampft, so dass bei einer derartigen Betriebsart am Ende der Verdampferrohre noch Anteile unverdampften Strömungsmediums, d. h. ein Wasser-Dampf-Gemisch, vorhanden sind.
Da die den Verdampferrohren des Durchlaufdampferzeugers nachgeschalteten Überhitzerrohre üblicherweise nicht für eine verhältnismäßig große Durchströmung unverdampftem Strömungsmediums ausgelegt sind, sind Durchlaufdampferzeuger üblicherweise derart ausgelegt, dass auch beim Anfahren und im Schwachlastbetrieb ein übermäßiger Wassereintritt in die Überhitzerrohre sicher vermieden wird. Dazu sind die Verdampferrohre üblicherweise mit den ihnen nachgeschalteten Überhitzerrohren über ein Wasserabscheidesystem verbunden. Der Wasserabscheider bewirkt dabei eine Trennung des beim Anfahren oder im Schwachlastbetrieb aus den Verdampferrohren austretenden Wasser-Dampf-Gemisches in Wasser und in Dampf. Der Dampf wird den dem Wasserabscheidesystem nachgeschalteten Überhitzerrohren zugeführt, wohingegen das abgeschiedene Wasser beispielsweise über eine Umwälzpumpe wieder den Verdampferrohren zugeführt oder über einen Entspanner abgeführt werden kann.
Das Wasserabscheidesystem kann dabei eine Vielzahl von Wasserabscheideelementen umfassen, die direkt in die Rohre integriert sind. Dabei kann insbesondere jedem der parallel geschalteten Verdampferrohre ein Wasserabscheideelement zugeordnet sein. Die Wasserabscheideelemente können weiterhin als so genannte T-Stück-Wasserabscheideelemente ausgebildet sein. Jedes T-Stück-Wasserabscheideelement umfasst dabei jeweils ein mit dem vorgeschalteten Verdampferrohr verbundenes Einströmrohrstück, das in seiner Längsrichtung gesehen in ein Wasserableitrohrstück übergeht, wobei im Übergangsbereich ein mit dem nachgeschalteten Überhitzerrohr verbundenes Abströmrohrstück abzweigt.
Durch diese Bauweise ist das T-Stück-Wasserabscheideelement für eine Trägheitsseparation des aus dem vorgeschalteten Verdampferrohr in das Einströmrohrstück einströmenden Wasser-Dampf-Gemisches ausgelegt. Aufgrund seiner vergleichsweise höheren Trägheit strömt nämlich der Wasseranteil des im Einströmrohrstück strömenden Strömungsmediums an der Übergangsstelle bevorzugt in axialer Verlängerung des Einströmrohrstücks weiter und gelangt somit in das Wasserableitrohrstück und von dort aus üblicherweise weiter in einen angeschlossenen Sammelbehälter. Der Dampfanteil des im Einströmrohrstück strömenden Wasser-Dampf-Gemisches kann hingegen aufgrund seiner vergleichsweise geringeren Trägheit besser einer aufgezwungenen Umlenkung folgen und strömt somit über das Abströmrohrstück zum nachgeschalteten Überhitzerrohrstück. Ein für den Durchlaufbetrieb ausgelegter Abhitzedampferzeuger dieser Bauart ist beispielsweise aus der EP 1 701 090 A1 und der EP 1 701 091 A1 bekannt.
Bei einem Durchlaufdampferzeuger mit einem derart ausgelegten Wasserabscheidesystem kann durch die dezentrale Integration der Wasserabscheidung in die einzelnen Rohre des Rohrsystems des Durchlaufdampferzeugers die Wasserabscheidung ohne vorherige Sammlung des aus den Verdampferrohren abströmenden Strömungsmediums erfolgen. Damit ist auch eine direkte Weitergabe des Strömungsmediums in einen Eintrittssammler der nachgeschalteten Überhitzerrohre möglich.
Konstruktionsbedingt ist darüber hinaus die Übergabe von Strömungsmedium an die Überhitzerrohre nicht nur auf Dampf beschränkt, vielmehr kann nunmehr auch ein Wasser-Dampf-Gemisch an die Überhitzerrohre weitergeführt werden, indem die Wasserabscheideelemente überspeist werden. Dadurch kann der Verdampfungsendpunkt bedarfsweise in die Überhitzerrohre hineinverschoben werden. Damit ist eine besonders hohe betriebliche Flexibilität auch im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb des Durchlaufdampferzeugers erreichbar. Insbesondere kann die Frischdampftemperatur in vergleichsweise großen Grenzen durch Beeinflussung der Speisewassermenge geregelt werden.
Allerdings ist bei derartigen Systemen zu berücksichtigen, dass aufgrund der Integration der Wasserabscheidefunktion in die einzelnen Rohre hinein gerade im Bereich des Abscheidesystems eine vergleichsweise hohe Anzahl einzelner Rohrstücke oder -elemente erforderlich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Abhitzedampferzeuger der oben genannten Art anzugeben, der unter Beibehaltung einer besonders hohen betrieblichen Flexibilität einen vergleichsweise geringeren Konstruktions- und Reparaturaufwand mit sich bringt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem dampfseitig zwischen dem jeweiligen Wasserabscheideelement und dem Eintrittssammler der nachfolgenden Heizfläche ein Verteilerelement angeordnet ist.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass durch die dezentrale Wasserabscheidung, die bei der oben beschriebenen Bauweise separat in jedem der parallel geschalteten Verdampferrohre erfolgt, eine vergleichsweise große Anzahl von T-Stück-Wasserabscheideelementen zu Konstruktionsproblemen bei der großtechnischen Anwendung führen kann. Durch die Platzprobleme, die die Notwendigkeit der Unterbringung einer derart großen Anzahl von Wasserabscheideelementen mit sich bringen kann, kann eine solche Bauweise infolge des mit ihr verbundenen hohen Konstruktionsaufwands auch erhebliche Mehrkosten und Einschränkungen der geometrischen Parameter des Abhitzedampferzeugers mit sich bringen.
Eine Reduzierung des Konstruktionsaufwands des Abhitzedampferzeugers könnte durch eine einfachere Auslegung des Wasserabscheidesystems erzielt werden. Dazu kann die Anzahl der verwendeten Wasserabscheideelemente reduziert werden. Um jedoch die Vorteile einer dezentralen Wasserabscheidung, wie beispielsweise die Möglichkeit der Durchspeisung mit Wasser-Dampf-Gemisch zu erhalten, sollte die grundsätzliche Bauweise in Form von T-Stück-Wasserabscheideelementen beibehalten werden. Die Kombination beider vorgenannten Konzepte kann durch eine Sammlung des Strömungsmediums von jeweils einer Mehrzahl von Verdampferrohren in jeweils ein Wasserabscheideelement erreicht werden.
Durch eine reduzierte Anzahl von T-Stück-Wasserabscheideelementen kann eine direkte dampfseitige Weiterleitung an die Eintrittssammler der nachgeschalteten Überhitzerrohre jedoch zu Inhomogenitäten bei der Verteilung auf die verschiedenen Überhitzerrohre führen. Um daher nach dem Austritt des Dampfes oder des Wasser-Dampf-Gemisches aus dem T-Stück-Wasserabscheideelement eine gleichmäßige Verteilung auf die nachgeschalteten Überhitzerrohre zu erreichen, ist dampfseitig zwischen dem jeweiligen Wasserabscheideelement und dem Eintrittssammler ein Verteilerelement angeordnet.
Vorteilhafterweise sind die geometrischen Parameter einer Anzahl von Ausgangsrohren derart gewählt, dass eine homogene Strömungsverteilung auf den Eintrittssammler der jeweils nachgeschalteten Überhitzerrohre gewährleistet ist. Dadurch wird bereits ein homogener Eintrag in den Eintrittssammler erreicht, welcher sich dementsprechend in die nachgeschalteten Überhitzerrohre fortsetzt. Die Ausgangsrohre können dabei beispielsweise gleiche Durchmesser aufweisen und in gleichmäßigen Abständen parallel zueinander in den Eintrittssammler geführt sein.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist das Verteilerelement als Sternverteiler ausgelegt, d. h. es umfasst eine Prallplatte, ein senkrecht zur Prallplatte angeordnetes Eingangsrohr und eine Anzahl von sternförmig um die Prallplatte in deren Ebene angeordneten Ausgangsrohren. Das einströmende Wasser trifft auf die Prallplatte und wird in symmetrischer Weise senkrecht zur Einströmrichtung verteilt und in die Ausgangsrohre geleitet. Dabei ist die Prallplatte in besonders vorteilhafter Ausgestaltung kreisförmig und die Ausgangsrohre konzentrisch zur Mitte der Prallplatte in gleichen Abständen zu den jeweiligen benachbarten Ausgangsrohren angeordnet. Auf diese Weise ist eine besonders homogene Verteilung auf die verschiedenen Ausgangsrohre gewährleistet.
Dabei sind vorteilhafterweise zwischen 5 und 20 Ausgangsrohre pro Verteilerelement vorgesehen. Bei einer geringeren Anzahl könnte eine ausreichende Homogenisierung des Eintrags von Dampf oder Wasser-Dampf-Gemisch in den Eintrittssammler nicht mehr gewährleistet werden, während eine höhere Anzahl problematisch in der geometrischen Ausgestaltung des Verteilerelements sein kann, insbesondere wenn dieses als Sternverteiler ausgelegt ist.
Bei einer Ausführung des Wasserabscheidesystems als T-Stück-Abscheider besteht die Möglichkeit der Überspeisung, d. h. Weiterleitung von Wasser-Dampf-Gemisch in die Überhitzerrohre. Eventuell im Verdampfungsprozess entstehende unregelmäßige Strömungen setzen sich somit in den T-Stück-Wasserabscheideelementen und den nachgelagerten Überhitzerrohren fort.
Derartige turbulente Strömungen können insbesondere in Form so genannter Slugs auftreten, die durch die unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten von verdampftem und unverdampftem Strömungsmedium in den Rohren verursacht werden. Es entsteht eine wellenartige Bewegung, die einen pulsierenden Massenstrom hervorruft, der zu mechanischen und thermischen Belastungen der Wasserabscheideelemente und auch der nachgeschalteten Überhitzerrohre führen kann. Um dies zu vermeiden, sollten Maßnahmen gegen die weitere Fortpflanzung der Turbulenzen aus den Verdampferrohren in die T-Stück-Wasserabscheideelemente und die nachgelagerten Überhitzerrohre getroffen werden. Dabei sollte dies noch vor Eintritt des Wasser-Dampf-Gemisches in die T-Stück-Wasserabscheideelemente geschehen. Dazu ist in vorteilhafter Ausgestaltung in den Einströmrohrstücken einer Anzahl von Wasserabscheideelementen jeweils ein Strömungsturbulenzdämpfer vorgesehen.
Die Turbulenzen im Rohrsystem entstehen unter anderem dadurch, dass zwei unterschiedliche Phasen des Strömungsmediums parallel zueinander durch das Rohrsystem strömen. An der Grenzfläche der beiden Phasen treten bei stark unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten Wirbel auf, die zu einer schnellen lokalen Verschiebung der Grenzfläche zwischen den beiden Phasen in Form einer wellenartigen Bewegung führen.
Bei besonders starker turbulenter Strömung können diese Wellen so groß werden, dass sie den gesamten Rohrquerschnitt verschließen, und es entstehen so genannte Slugs, d. h. Bereiche mit unverdampftem Strömungsmedium und großer Masse, in Abwechslung mit hauptsächlich von Dampf ausgefüllten Bereichen, mit einer wesentlich geringeren Masse. Diese Slugs erzeugen eine pulsartige mechanische Belastung des gesamten Rohrsystems. Um diese Slugs gezielt zu zerstören und eine gleichförmige Strömung wieder herzustellen, umfassen die Strömungsturbulenzdämpfer in vorteilhafter Ausgestaltung jeweils eine Anzahl von Schotten, die jeweils einen Teil des Rohrquerschnitts verschließen. Die Slugs brechen sich an den Schotten, ein Teil des Wassers wird zurückgehalten und auf den dem Slug nachfolgenden, hauptsächlich von Dampf dominierten Bereich verteilt. Somit erfolgt eine Glättung der Wellen, und ein pulsationsfreier Betrieb wird durch Glättung der Wellenbewegungen hergestellt.
Um die für die Brechung der Slugs notwendigen Bauteile funktionsgerecht in den den Wasserabscheideelementen vorgeschalteten Rohren anzuordnen, sollte die Schwingungsrichtung der in den Strömungsturbulenzdämpfern einlaufenden Wellenbewegungen bekannt und vorhersagbar sein. Insbesondere sollten mögliche Drallbewegungen des einströmenden Wasser-Dampf-Gemisches unterdrückt werden, da diese die Wirkungsweise der Strömungsturbulenzdämpfer behindern könnten. Dazu umfassen die Strömungsturbulenzdämpfer an der Rohrinnenwand vorteilhafterweise eine Anzahl von in Hauptströmungsrichtung des Strömungsmediums ausgerichteten Führungsprofilen. Durch die Führungsprofile wird eine evtl. Drallbewegung des Wasserdampfgemisches gestoppt und das Wasserdampfgemisch wird in einer derartigen geometrischen Lage in die Strömungsturbulenzdämpfer eingebracht, dass diese ihre Aufgabe zweckgemäß erfüllen können.
Um eine besonders einfache Konstruktion der Strömungsturbulenzdämpfer zu ermöglichen, können die Strömungsturbulenzdämpfer direkt bei der Herstellung der Rohre eingebracht werden. Dazu sind die Strömungsturbulenzdämpfer vorteilhafterweise aus einem Werkstoff mit einer dem Rohrmaterial gleichen oder ähnlichen Zusammensetzung hergestellt. Dies verhindert zudem eine zu hohe mechanische Beanspruchung der Rohre, die bei unterschiedlichen Materialien für Rohre und Strömungsturbulenzdämpfer und/oder die Führungsprofile durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungseigenschaften entstehen würden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die dampfseitige Anordnung eines zusätzlichen Verteilerelements zwischen dem jeweiligen Wasserabscheideelement und dem Eintrittssammler der nachgeschalteten Überhitzerheizflächen eine Gleichverteilung des Strömungsmediums auf die Überhitzerrohre auch bei einer wesentlich geringeren Anzahl von Wasserabscheideelementen erzielt wird. Durch diese Maßnahmen wird die Reduzierung der Anzahl von Wasserabscheideelementen überhaupt erst ermöglicht. Dies bedeutet einen wesentlich geringeren Fertigungsaufwand und eine vergleichsweise geringere Komplexität des Rohrsystems des Abhitzedampferzeugers und es ist eine besonders hohe betriebliche Flexibilität auch im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb erreichbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1: den Verdampfer eines Abhitzedampferzeugers mit horizontalem Rauchgaspfad in seitlicher Ansicht,
FIG 2: den Verdampfer eines Abhitzedampferzeugers aus FIG 1 in der Aufsicht,
FIG 3: den Verdampfer eines Abhitzedampferzeugers aus den FIG 1 und 2 in Richtung des Rauchgaspfades gesehen,
FIG 4: den Verdampfer eines Abhitzedampferzeugers mit vertikalem Rauchgaspfad in seitlicher Ansicht, und
FIG 5: ein T-Stück-Wasserabscheideelement.

Gleiche Teile sind allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die FIG 1 zeigt die schematische Darstellung eines Abhitzedampferzeugers 1 mit horizontalem Rauchgaspfad. Das Strömungsmediums M wird in das Rohrsystem von einer nicht näher gezeigten vorgeschalteten Förderpumpe eingespeist. Zunächst strömt es dabei in eine Anzahl von Verdampfereintrittssammlern 2, die für die Verteilung des Strömungsmediums M auf vier Verdampferheizflächen mit Verdampferrohren 4 sorgen, in denen dann eine Verdampfung des Strömungsmediums erfolgt. Gegebenenfalls können auch weitere Verdampferheizflächen vorgeschaltet sein oder die Heizflächen können in verschiedenen geometrischen Ausgestaltungen im Heizgaskanal angeordnet sein.
Jeweils eine Anzahl von Verdampferrohren 4 mündet in einen über einen ersten Verdampferaustrittssammler 6 und einen zweiten Austrittssammler 8 in ein gemeinsames Übergangsrohrstück 10, dem das T-Stück-Wasserabscheideelement 12 nachgeschaltet ist. Das T-Stück-Wasserabscheideelement umfasst ein Einströmrohrstück 14, das in seiner Längsrichtung gesehen in ein Wasserableitrohrstück 16 übergeht, wobei im Übergangsbereich ein Abströmrohrstück 18 abzweigt. Das Wasserableitrohrstück 16 mündet in eine Abschlämmleitung 20, der ein außerhalb des Rauchgaskanals angeordneter Sammelbehälter 22 nachgeschaltet ist. An den Sammelbehälter 22 ist ein Auslassventil 24 angeschlossen, über das das abgeschiedene Wasser entweder verworfen oder erneut dem Verdampfungskreislauf zugeführt werden kann.
Im T-Stück-Wasserabscheideelement 12 tritt Strömungsmedium M durch das Einströmrohrstück 14 ein. Das anteilige Wasser W fließt bedingt durch seine Massenträgheit in das in Längsrichtung folgende Wasserableitrohrstück 16. Der Dampf D hingegen folgt aufgrund seiner geringeren Masse der durch die Druckverhältnisse aufgezwungenen Umlenkung in das Abströmrohrstück 18. Dem Abströmrohrstück 18 sind die Überhitzerrohre 26 in zwei Überhitzerheizflächen über einen Überhitzereintrittssammler 28 nachgeschaltet. Die Überhitzerrohre 26 münden schließlich in einem Überhitzeraustrittssammler 30. Der Dampf D wird dort gesammelt und durch den Dampfauslass 32 seiner weiteren Verwendung zugeführt; üblicherweise ist eine in der FIG 1 nicht näher gezeigte Vorrichtung wie beispielsweise eine Dampfturbine vorgesehen.
Bedarfsweise kann das Auslassventil 24 geschlossen werden und so eine Überspeisung der T-Stück-Wasserabscheideelemente 12 herbeigeführt werden. Dabei tritt noch unverdampftes Wasser W in die Überhitzerrohre 26 ein, so dass diese noch zur weiteren Verdampfung genutzt werden können, d. h., der Verdampfungsendpunkt kann in die Überhitzerrohre hineinverlagert werden, was eine vergleichsweise höhere Flexibilität im Betrieb des Abhitzedampferzeugers 1 ermöglicht.
Um eine besonders einfache Konstruktion des Abhitzedampferzeugers 1 zu ermöglichen, sollte eine vergleichsweise geringere Anzahl von T-Stück-Wasserabscheideelementen 12 verwendet werden. Um die dadurch entstehenden Inhomogenitäten hinsichtlich der Verteilung auf die Überhitzerrohre auszugleichen und somit eine derartige Ausgestaltung überhaupt erst zu ermöglichen, sind den T-Stück-Wasserabscheideelementen Verteilerelemente 34 in der Art von Sternverteilern zwischengeschaltet. Diese sorgen für eine Vorverteilung des Strömungsmediums M im Falle einer Überspeisung der T-Stück-Wasserabscheideelemente 12 auf die Überhitzereintrittssammler 28.
Die Funktionsweise der Verteilerelemente 34 in Form von Sternverteilern wird in der Aufsicht des Abhitzedampferzeugers 1 gemäß FIG 2 ersichtlich. Weiterhin erkennbar sind die ersten und zweiten Verdampferaustrittssammler 6, 8, weiterhin die T-Stück-Wasserabscheideelemente 12, die Abschlämmleitung 20 und der Sammelbehälter 22.
In den als Sternverteiler ausgebildeten Verteilerelementen 34 trifft das Strömungsmedium M auf eine kreisförmige Prallplatte und prallt von dort in sternförmig, konzentrisch-symmetrisch angeordnete Ausgangsrohre 36. Durch die symmetrische Anordnung der im gezeigten Ausführungsbeispiel acht Ausgangsrohre 36 wird dabei jedem Ausgangsrohr 36 etwa die gleiche Menge an Strömungsmedium M zugeteilt. Diese münden in gleichen Abständen in die Überhitzereintrittssammler 28, so dass bereits eine Vorverteilung des Strömungsmediums M auf die gesamte Breite der Überhitzereintrittssammler 28 erfolgt.
Die weitere Einleitung aus dem Überhitzereintrittssammler 28 in die Überhitzerrohre 26 wird anhand von FIG 3 deutlich, die den Abhitzedampferzeugers 1 aus Richtung des Rauchgaseinlasses zeigt. Erkennbar sind der zweite Verdampferaustrittssammler 8, weiterhin die T-Stück-Wasserabscheideelemente 12, die Abschlämmleitung 20, der Sammelbehälter 22 mit dem Auslassventil 24, weiterhin die Verteilerelemente 34 mit den Abströmrohren 36, welche in die Überhitzereintrittssammler 28 münden.
FIG 3 zeigt dabei deutlich die Vorteile der Vorverteilung: Durch die Verteilerelemente 34 wird das Strömungsmedium M über die jeweils acht Ausgangsrohre bereits homogen über die gesamte Breite jedes Überhitzereintrittssammlers 28 verteilt. Bei einer direkten Einleitung des Strömungsmediums M über eine einzige Leitung pro T-Stück-Wasserabscheideelement 12 würde das Strömungsmedium M in den Überhitzereintrittssammlern 28 nicht gleichmäßig verteilt werden können, da diese aufgrund der Breite der Überhitzerheizfläche nicht für eine derartige homogene Verteilung aus beispielsweise einer einzigen Zuleitung geeignet sind.
FIG 4 zeigt eine alternative Ausführungsform, nämlich einen Abhitzedampferzeuger 1 mit vertikaler Rauchgasrichtung in seitlicher Ansicht. Die Bauteile und deren Funktion sind im Wesentlichen identisch zu dem in den FIG 1 bis 3 gezeigten Dampferzeuger, lediglich die Verdampferrohre 4 und die Überhitzerrohre 26 sind horizontal angeordnet. Die Verdampferrohre 4 sind in Windungen mehrfach durch den Heizgaskanal geführt.
Durch die geringere Anzahl von T-Stück-Wasserabscheideelementen 12 ist jedes einzelne dieser Elemente vergleichsweise größer dimensioniert. Um eine vergleichsweise hohe mechanische Belastung dieser T-Stück-Wasserabscheideelemente und der ihnen nachgeschalteten Überhitzerrohre 4 bei einer derart höheren Beaufschlagung mit Strömungsmedium M zu vermeiden, sind in einem den T-Stück-Wasserabscheideelementen 12 vorgeschalteten Bereich Strömungsturbulenzdämpfer 38 vorgesehen. Diese können beispielsweise in einem Auslassbereich der Verdampferrohre 4 angebracht sein, im gezeigten Ausführungsbeispiel sind sie im Einströmrohrstück 14 des T-Stück-Wasserabscheideelements 12 eingebracht, das gesondert in FIG 5 gezeigt ist.
Die Strömungsturbulenzdämpfer 38 können beispielsweise eine Anzahl von Schotten oder Führungsprofilen umfassen, welche aus dem gleichen Material wie das Einströmrohrstück 14 gefertigt sein kann. Sie können weiterhin hinsichtlich ihrer geometrischen Parameter an die im Betrieb vorgesehenen lokalen Strömungsverhältnisse angepasst sein.
Durch den Strömungsturbulenzdämpfer 38 werden Slugs und andere turbulente Strömungen vermindert und die mechanische Belastung der nachgeschalteten Bauteile verringert. Insbesondere in den senkrecht abknickenden Bereichen des Abströmrohrstücks 18 und des Wasserableitrohrstücks 16 ist somit ein pulsationsfreier Betrieb auch bei einer vergleichsweise großen Dimensionierung der T-Stück-Wasserabscheideelemente 12 möglich.

Claims

Abhitzedampferzeuger (1) mit einer Anzahl von strömungsmediumsseitig parallel geschalteten Verdampferrohren (4), denen über ein Wasserabscheidesystem eine Anzahl von Überhitzerrohren (26) nachgeschaltet ist, wobei das Wasserabscheidesystem eine Anzahl von Wasserabscheideelementen (12) umfasst, von denen jedes jeweils einer Anzahl von Verdampferrohren (4) nachgeschaltet und/oder einer Anzahl von Überhitzerrohren (26) vorgeschaltet ist, wobei jedes der Wasserabscheideelemente (12) ein mit den jeweils vorgeschalteten Verdampferrohren (4) verbundenes Einströmrohrstück (14) umfasst, das in seiner Längsrichtung gesehen in ein Wasserableitrohrstück (16) übergeht, wobei im Übergangsbereich eine Anzahl von Abströmrohrstücken (18) abzweigt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmrohrstücke (18) mit einem Eintrittssammler (28) der jeweils nachgeschalteten Überhitzerrohre (26) verbunden sind, und wobei dampfseitig zwischen dem jeweiligen Wasserabscheideelement (12) und dem Eintrittssammler (28) ein Verteilerelement (34) angeordnet ist.
Abhitzedampferzeuger (1) nach Anspruch 1, bei dem das jeweilige Verteilerelement (34) eine Prallplatte, ein senkrecht zur Prallplatte angeordnetes Eingangsrohr und eine Anzahl von sternförmig um die Prallplatte in deren Ebene angeordneten Ausgangsrohre (36) umfasst.
Abhitzedampferzeuger (1) nach Anspruch 2, bei dem die Prallplatte kreisförmig ist und die Ausgangsrohre (36) konzentrisch zur Mitte der Prallplatte in gleichen Abständen zu den jeweiligen benachbarten Ausgangsrohren (36) angeordnet sind.
Abhitzedampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das jeweilige Verteilerelement (34) zwischen fünf und 20 Ausgangsrohre (36) umfasst.
Abhitzedampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem in den Einströmrohrstücken (14) einer Anzahl von Wasserabscheideelementen (12) jeweils ein Strömungsturbulenzdämpfer (38) vorgesehen ist.
Abhitzedampferzeuger (1) nach Anspruch 5, bei dem der Strömungsturbulenzdämpfer (38) jeweils eine Anzahl von Schotten umfasst, die jeweils einen Teil des Rohrquerschnitts verschließen.
Abhitzedampferzeuger (1) nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Strömungsturbulenzdämpfer (38) an der Rohrinnenwand eine Anzahl von in Hauptströmungsrichtung des Strömungsmediums ausgerichteten Führungsprofilen aufweist.
Abhitzedampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Strömungsturbulenzdämpfer (38) aus einem Werkstoff mit einer dem Rohrmaterial gleichen oder ähnlichen Zusammensetzung hergestellt sind.