EP2423584B1 - Dampferzeuger zur Erzeugung von überhitztem Dampf in einer Abfallverbrennungsanlage - Google Patents

Dampferzeuger zur Erzeugung von überhitztem Dampf in einer Abfallverbrennungsanlage Download PDF

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EP2423584B1
EP2423584B1 EP09014197.9A EP09014197A EP2423584B1 EP 2423584 B1 EP2423584 B1 EP 2423584B1 EP 09014197 A EP09014197 A EP 09014197A EP 2423584 B1 EP2423584 B1 EP 2423584B1
Authority
EP
European Patent Office
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draught
evaporator
steam
wall
drum section
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP09014197.9A
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English (en)
French (fr)
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EP2423584A3 (de
EP2423584A2 (de
Inventor
Johannes GÜNTHER
Hansjörg Roll
Peter Knapp
Uwe Zickert
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MVV Umwelt GmbH
Original Assignee
MVV Umwelt GmbH
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Publication date
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Publication of EP2423584A3 publication Critical patent/EP2423584A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G3/00—Steam superheaters characterised by constructional features; Details of component parts thereof
    • F22G3/008—Protection of superheater elements, e.g. cooling superheater tubes during starting-up periods, water tube screens
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/10—Water tubes; Accessories therefor
    • F22B37/107—Protection of water tubes
    • F22B37/108—Protection of water tube walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G1/00—Steam superheating characterised by heating method
    • F22G1/02—Steam superheating characterised by heating method with heat supply by hot flue gases from the furnace of the steam boiler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G1/00—Steam superheating characterised by heating method
    • F22G1/06—Steam superheating characterised by heating method with heat supply predominantly by radiation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G7/00—Steam superheaters characterised by location, arrangement, or disposition
    • F22G7/14—Steam superheaters characterised by location, arrangement, or disposition in water-tube boilers, e.g. between banks of water tubes

Definitions

  • the invention relates to a steam generator for generating superheated steam in a waste incineration plant according to the preamble of claim 1.
  • Waste incinerators are state of the art and are particularly prevalent in Western Europe. In most plants, the waste is burnt by means of grate firing. The energy released during combustion is usually used to generate high-pressure steam, which is used in a steam turbine to generate electricity. Furthermore, plants are known in which in addition to power generation, part of the energy is converted into process steam or district heating. However, the boundary conditions for such a type of heat utilization are possible only in a limited number of locations.
  • boilers are preferably used as steam generators, in which the flue gas produced by the combustion process flows through a second down-draft train into a third up-flow train and then into a horizontal bundle train after leaving the combustion chamber, the latter often also is called convection part.
  • the convection part comprises an evaporator, end superheater, superheater and a first economizer, which are housed in the convection part in the above order and are flowed through by the flue gas in order to extract thermal energy from the resulting convection.
  • This arrangement of the heating surfaces in the convection part, at which the thermal energy of the flue gas is transmitted primarily by convection, is preferably at a Pressure of the superheated steam of up to about 40 bar and a temperature thereof of up to about 400 ° C used, which represent the usual steam parameters today.
  • the efficiency of the plants is known to be greatly influenced by the temperature and the pressure of the live steam, with a high steam temperature leads to a high efficiency, which is in the existing systems in terms of the electrically generated energy in the range of about 25%.
  • plates or ramming masses with a high thermal conductivity are often applied to the walls of the combustion chamber, e.g. made of silicon carbide or ceramic. These plates are sometimes also placed at a certain distance from the tube wall, so that between the inside of the plates and the outside of the tube wall, a gap is formed, which is preferably applied to a non-corrosive gas atmosphere, e.g. with air.
  • a non-corrosive gas atmosphere e.g. with air.
  • a waste incinerator with a steam generator is known in which a wall superheater is used in the form of a final superheater, which is arranged together with the evaporator in the lower part of the combustion chamber of the boiler is, in which the heat transfer takes place primarily by the heat radiation generated during the combustion process.
  • the superheater tubes are covered towards the inside of the combustion chamber by plates of ceramic material which are spaced from the tubes. The space between the inside of the combustion chamber wall and the plates is thereby filled with a gas which has a slightly higher pressure than the pressure of the combustion gases in the combustion chamber in order to prevent the combustion gases from penetrating into the gap.
  • a steam generator for generating superheated steam in a waste incineration plant comprises a boiler containing a combustion chamber, the walls of which have an evaporator with water-flowing pipelines, which are exposed to thermal energy for the production of superheated steam the combustion chamber is generated.
  • the steam generator according to the invention further has a wall superheater, which is preferably designed as a final superheater, which comprises a plurality of housed in the wall of the boiler casing pipes, which are flowed through by the in the evaporator and preferably in the convection part arranged superheater superheated steam generated by the temperature of the superheated steam to more than 470 ° C, wherein the pressure is at least 60 bar.
  • a refractory lining in particular in the form of ventilated, plate-shaped elements made of a corrosion-resistant material, such as silicon carbide or other ceramic material, wherein the gap between Pipe wall and refractory lining is filled with a non-corrosive gas or is acted upon.
  • the steam generator according to the invention is characterized in that the boiler housing comprises an evaporator housing part containing the evaporator and a spatially separated, the wall superheater containing wall superheater housing part, wherein the wall superheater housing part is considered downstream of the evaporator housing part in the flow direction of the flue gas and the two housing parts are separated and designed to be movable relative to each other to allow a thermally induced different expansion of the materials.
  • the wall superheater housing part one or more further evaporator housing parts can be arranged to improve the overall efficiency of the system, which are flowed through by the flue gas.
  • the inventive design of the steam generator has the advantage that compared to conventional steam generators in waste incineration plants significantly higher superheater temperatures can be driven without it comes after a short time to a corrosion-related destruction of the pipes of the superheater.
  • the temperatures can be up to 550 ° C in the case of an embodiment of the wall superheater as a final superheater, which heated the hot steam for the last time before it is fed to a turbine waste incineration plant to drive an electric generator, wherein the vapor pressure can be up to 150 bar.
  • the boiler housing comprises a first vertical train containing the combustion chamber and a second train for the flue gas connected thereto, the flue gas flowing in the first train in the upward direction and in the second train in the downward direction.
  • the wall super heater housing part in this case has the shape of a hood closed to the outside or a cap which is placed on the first train and the second train and this gas-tight at the top, so that the emerging from the first train flue gas in the second train is diverted.
  • the radiation part of the boiler i. in particular, the combustion chamber wall can be designed in a cost effective manner as an evaporator wall, which consists of a plurality of juxtaposed, preferably in the vertical direction extending pipes.
  • These pipelines which carry the water supplied for generating the superheated steam, are preferably connected to one another via webs and form an outwardly closed circumferential wall which absorbs the thermal energy from the combustion chamber primarily via the resulting heat radiation.
  • the wall superheater housing part is supported in this embodiment of the invention preferably on the boiler frame and is connected by compensators smoke gas tight with the evaporator housing part, whereby a temperature-induced displacement of the wall superheater housing part relative to the evaporator housing part is made possible.
  • the boiler housing has a first, the combustion chamber-containing vertical train and at this fluidly adjacent further vertical train for the flue gas, the flue gas in the first train in the upward direction and in the further train, the following also is referred to as a second train, flows in the downward direction and is deflected in a known manner by a deflection from the first train in the second train.
  • the first train contains in this embodiment of the invention, only the evaporator housing part and the second train exclusively the wall superheater housing part, wherein the first train and the second train form independent units which are movable in the vertical direction relative to each other.
  • the outer walls of the housing parts are preferably arranged at a distance from each other.
  • the last-described embodiment has the advantage that the heat-transferring surface of the wall superheater housing part can be increased in total compared with the hood-type embodiment described first without increasing the overall height.
  • further vertical trains e.g. a third and a fourth train can be provided with the steam-carrying pipelines which are protected against corrosion by plates of ceramic material. At least a portion of the steam-carrying pipelines may in this case also be assigned to a superheater, which additionally overheats the steam generated in the evaporator before it is fed to the final heater, thereby further increasing the efficiency.
  • the water-carrying piping of the evaporator housing part are preferably connected to each other in this embodiment via webs and form a circumferential, outwardly closed pipe-web tube evaporator wall.
  • the superheater casing passages through which superheated steam flows are preferably received in a space formed between the inner wall of the corrosion-resistant material plates and the outer wall of the wall superheater case, which is charged with a gas such that an overpressure arises in the intermediate space, which prevents penetration of the flue gas into the intermediate space.
  • the gas is preferably air or recirculated clean gas, e.g. via a fan with an overpressure of e.g. 0.005 bar can be blown into the space between the outer wall of the wall superheater housing part and the plate-shaped elements.
  • a steam generator 1 comprises in a not completely shown illustrative reasons waste incineration plant, a boiler housing 2, in which a combustion chamber 4 is formed in the not shown in detail waste z. B. is burned on a grate 6 to produce a flame 8.
  • the resulting during the combustion process highly corrosive flue gas 13 flows along the arrows in a first train 10 in the upward direction, which is also referred to as a radiation part, since in this the released thermal energy is transmitted primarily by thermal radiation.
  • the flue gas 13 is deflected into a parallel to the first train 10 extending second train 12, in which the flue gas 13 flows in the downward direction, from where it flows thereafter via a subsequent third train 14 in turn in the upward direction and from there into a horizontally extending fourth train 16 enters, from where it is then passed to a cleaning device of the waste incineration plant not shown in detail.
  • the fourth train is also referred to below as the convection part.
  • the walls of the combustion chamber 4 are designed as an evaporator wall 18, which contains a plurality of mutually parallel, extending in the vertical direction pipes, which are interconnected by webs shown in dashed lines and form a circumferential closed gas-tight wall, in the water fed in the pipes to the Generation of steam is heated by the released during combustion heat radiation.
  • Fig. 1 Like the presentation of Fig. 1 can still be removed, made according to the pipe-web-tube principle evaporator wall 18 with the evaporator tubes 20 contained therein an independent evaporator housing part 24, the walls due to the guided through the pipes 20 during operation of the steam generator 1 depending on depending Steam pressure assume a temperature in the range of about 300 ° Celsius.
  • the evaporator housing part 24 is closed at the top by a wall super heater housing part 26 which contains a plurality of pipes 28, which are preferably also connected to one another via webs 30.
  • a wall super heater housing part 26 which contains a plurality of pipes 28, which are preferably also connected to one another via webs 30.
  • the hot steam generated in a pre-superheater 48 - which is preferably in the horizontally extending fourth train - initiated to further overheat this before the steam is fed to a turbine not shown in detail.
  • the wall superheater housing part 26 has the shape of a hood closed to the outside, which engages over the first train 10 and the second train 12 and which deflects the flue gas 13 after its exit from the first train 10 in the second train 12 ,
  • the inside of Wandüberhitzer- Housing part 26 provided with a fire-resistant lining, which preferably consists of plate-shaped elements 32, which are made of a highly corrosion-resistant material, such as silicon carbide or other ceramic.
  • a space 34 is provided between the pipes 28 and the inside of the plate-shaped members 32 for example, via a not-shown blower with a gas is applied to within the space 34th to produce a pressure which is, for example, 0.005 bar higher than the pressure of the combustion gases within the combustion chamber 4.
  • the gas is preferably air or other inert gas and may for example also be recirculated purified flue gas.
  • the wall superheater housing part 26 is gas-tightly connected to the evaporator housing part 24 via a Schiebeêt 38.
  • the sliding point 38 comprises, for example, a plurality of projections 40 fastened to the outside of the wall superheater housing part 26, which are each supported via a schematically illustrated support 41 on a projection 43 of a boiler framework 42 which is shown only in sections.
  • the projection 43 preferably also carries the evaporator housing part 24, which via corresponding, unspecified joints and e.g. rod-shaped connecting elements 45 is suspended on the underside of the respective projection 43.
  • these two housing parts are coupled to each other via known compensators 44 which allow relative movement of the two housing parts 24, 26 in the horizontal and also in the vertical direction ,
  • the evaporator housing part 24 with the water-carrying pipes 20 containing evaporator wall 18 and the wall superheater housing part 26 with the superheated steam pipes 28 are juxtaposed, the evaporator housing part 24, the first train 10 and the Wandüberhitzer- Housing part 26 form the second train 12 of the boiler housing 2.
  • the evaporator housing part 24 are configured with the peripheral outwardly closed evaporator wall 18 and the wall superheater housing part 26 as self-contained units, as shown in FIG Fig. 2 at a distance of z. B.
  • the self-contained units are in this case in the upper region above the first train 10 via compensators 44 connected to the evaporator housing part 24 and in this embodiment preferably used horizontally extending portion 47 of the wall superheater housing part 26.
  • the two Housing parts 24, 26 are in the same or similar manner as in the embodiment of Fig. 1 via sliding points on an in Fig. 2 Not shown boiler frame added, the components are sealed at the respective joints over compensators 44 against leakage of flue gas 13.
  • the wall superheater housing part 26 is preferably connected as a final superheater, which in the same manner as in the embodiment of Fig. 1 completely lined with ventilated plate-shaped elements 32 made of corrosion-resistant material, such as silicon carbide, in order to prevent corrosion of the pipes 28.
  • further heat exchangers may further be arranged in the horizontally extending fourth train, for example, a superheater 48, which overheats the steam generated in the evaporator housing part 24 before being supplied to the wall superheater housing part 26, as well as a known from the prior art economizer 50 may be arranged to withdraw the flue gas 13 to increase the efficiency of further heat energy, which is transmitted in this part of the steam generator 1 primarily convective.
  • a superheater 48 which overheats the steam generated in the evaporator housing part 24 before being supplied to the wall superheater housing part 26, as well as a known from the prior art economizer 50 may be arranged to withdraw the flue gas 13 to increase the efficiency of further heat energy, which is transmitted in this part of the steam generator 1 primarily convective.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger zur Erzeugung von überhitztem Dampf in einer Abfallverbrennungsanlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Abfallverbrennungsanlagen gehören zum Stand der Technik und sind insbesondere in Westeuropa weit verbreitet. In den meisten Anlagen wird der Abfall mittels Rostfeuerung verbrannt. Die bei der Verbrennung frei werdende Energie wird dabei üblicherweise zur Erzeugung von Hochdruckdampf genutzt, der in einer Dampfturbine zur Stromerzeugung verwendet wird. Weiterhin sind Anlagen bekannt, in denen neben der Stromerzeugung ein Teil der Energie in Prozessdampf oder Fernwärme umgewandelt wird. Die Randbedingungen für eine solche Art der Wärmenutzung sind jedoch nur an einer begrenzten Anzahl von Standorten möglich.
  • Bei den in Mitteleuropa eingesetzten Anlagen werden als Dampferzeuger bevorzugt Kessel verwendet, bei denen das durch den Verbrennungsprozess entstehende Rauchgas nach dem Verlassen der Brennkammer über einen zweiten Zug mit Abwärtsströmung in einen dritten Zug mit Aufwärtsströmung und anschließend in einen horizontalen Bündelzug strömt, wobei letzterer häufig auch als Konvektionsteil bezeichnet wird.
  • Es sind jedoch auch Anlagen bekannt, bei denen die Gase nach dem Verlassen der Brennkammer direkt in den horizontalen Konvektionszug strömen. Die zuvor beschriebenen Kessel mit horizontal verlaufenden Konvektionsteilen werden in Fachkreisen auch als Horizontalzugkessel bezeichnet.
  • Bei den zuvor beschriebenen Abfallverbrennungsanlagen umfasst der Konvektionsteil einen Verdampfer, Endüberhitzer, Überhitzer und einen ersten Economiser, die in der zuvor genannten Reihenfolge im Konvektionsteil untergebracht sind und vom Rauchgas durchströmt werden, um diesem über die entstehende Konvektion Wärmeenergie zu entziehen.
  • Diese Anordnung der Heizflächen im Konvektionsteil, an denen die thermische Energie des Rauchgases in erster Linie durch Konvektion übertragen wird, wird bevorzugt bei einem Druck des Heißdampfs von bis zu ca. 40 bar und einer Temperatur desselben von bis zu ca. 400°C eingesetzt, welche die heutzutage üblichen Dampfparameter darstellen.
  • Der Wirkungsgrad der Anlagen wird bekanntermaßen in hohem Maße durch die Temperatur und den Druck des Frischdampfs beeinflusst, wobei eine hohe Dampftemperatur zu einem hohen Wirkungsgrad führt, der bei den bestehenden Anlagen in Hinblick auf die elektrisch erzeugbare Energie im Bereich von ca. 25% liegt.
  • Obgleich es zur Steigerung des Wirkungsgrades der Abfallverbrennungsanlagen wünschenswert ist, die Dampftemperatur auf einen Wert von mehr als 400°C zu erhöhen, wird dies bei den bekannten Abfallverbrennungsanlagen aus Korrosionsgründen meistens nicht realisiert, da Dampftemperaturen > 400°C und damit einhergehende Rohraußenwandtemperaturen von > 430 - 450°C an den zur Steigerung des Wirkungsgrads eingesetzten Endüberhitzern im Konvektionsteil der Anlagen in nachteiliger Weise zu einem verstärkten Auftreten von Korrosionen führen. Diese Korrosionen sind dadurch bedingt, dass sich die vom Abgas mitgeführten aggressiven Schadstoffe an den heißen Rohren der Wärmetauscher der Endüberhitzer als Verkrustungen niederschlagen, die in Verbindung mit den hohen Temperaturen nach kurzer Zeit zu einer korrosionsbedingten Zerstörung der Bauteile führen.
  • Um die Wände der dem Konvektionsteil strömungsmäßig vorgeordneten Brennkammer von Müllverbrennungsanlagen vor einer Korrosion durch die beim Verbrennungsprozess entstehenden Rauchgase zu schützen, werden auf den Wänden der Brennkammer häufig Platten oder Stampfmassen mit einem hohen Wärmeleitvermögen angebracht, die z.B. aus Siliciumcarbid oder Keramik bestehen. Diese Platten werden mitunter auch in einem gewissen Abstand zur Rohrwand angebracht, so dass zwischen der Innenseite der Platten und der Außenseite der Rohrwand ein Zwischenraum entsteht, der bevorzugt mit einer nicht korrosiven Gasatmosphäre beaufschlagt wird, z.B. mit Luft. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die korrosiven Rauchgase, die durch Risse oder Poren in den Platten oder der Bestampfung hindurch diffundieren können, nicht zu einer Schädigung der Wasser führenden Hochdruckleitungen in den Wänden der Brennkammer führen.
  • Aus der EP 0 981 015 B1 ist eine Abfallverbrennungsanlage mit einem Dampferzeuger bekannt, bei dem ein Wandüberhitzer in Form eines Endüberhitzers zum Einsatz gelangt, der zusammen mit dem Verdampfer im unteren Teil der Brennkammer des Kessels angeordnet ist, in welcher die Wärmeübertragung in erster Linie durch die beim Verbrennungsprozess entstehende Wärmestrahlung erfolgt. Um eine Korrosion der horizontal verlaufenden Überhitzerrohre des Endüberhitzers sowie auch der Außenwand der Brennkammer zu verhindern, sind die Überhitzerrohre zur Innenseite der Brennkammer hin durch Platten aus keramischem Material abgedeckt, die im Abstand von den Rohren angeordnet sind. Der dabei zwischen der Innenseite der Brennkammerwand und den Platten entstehende Zwischenraum wird hierbei mit einem Gas ausgefüllt, welches einen geringfügigen höheren Druck als der Druck der Verbrennungsgase in der Brennkammer besitzt, um ein Eindringen der Verbrennungsgase in den Zwischenraum zu verhindern.
  • Durch die unmittelbar nebeneinander angeordneten Rohre des Endüberhitzers und des Verdampfers ergibt sich bei dem beschriebenen Dampferzeuger das Problem, dass die Dampf führenden Überhitzerrohre durch die demgegenüber deutlich kühleren Wasser führenden Verdampferrohre wiederum gekühlt werden, wodurch sich die benötigte Wärmeaustauschfläche erhöht und die erreichbare Dampftemperatur im Überhitzer begrenzt wird.
  • Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dampferzeuger für eine Abfallverbrennungsanlage zu schaffen, mit welchem sich der Wirkungsgrad bei der Erzeugung von überhitztem Heißdampf weiter steigern lässt, ohne dass die Lebensdauer der den überhitzten Frischdampf führenden Bauteile korrosionsbedingt nachteilig beeinträchtigt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
  • Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Gemäß der Erfindung umfasst ein Dampferzeuger zur Erzeugung von überhitztem Dampf in einer Abfallverbrennungsanlage einen Kessel, der eine Brennkammer enthält, deren Wände einen Verdampfer mit von Wasser durchströmten Rohrleitungen aufweisen, die zur Erzeugung von Heißdampf mit Wärmeenergie beaufschlagt werden, welche bei der Verbrennung von Abfall in der Brennkammer erzeugt wird. Der erfindungsgemäße Dampferzeuger besitzt weiterhin einen Wandüberhitzer, der bevorzugt als Endüberhitzer ausgestaltet ist, welcher mehrere in der Wand des Kesselgehäuses aufgenommene Rohrleitungen umfasst, die von dem im Verdampfer und bevorzugt einem im Konvektionsteil angeordneten Vorüberhitzer erzeugten Heißdampf durchströmt werden, um die Temperatur des Heißdampfs auf mehr als 470 °C zu erhöhen, wobei der Druck wenigstens 60 bar beträgt. Um die den Heißdampf führenden Rohrleitungen des Wandüberhitzers vor dem beim Verbrennungsprozess entstehenden Rauchgas zu schützen, sind die Rohrleitungen durch eine Feuerfestauskleidung, insbesondere in Form von hinterlüfteten, plattenförmigen Elementen aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff, beispielsweise aus Siliziumcarbid oder einem sonstigen Keramikmaterial geschützt, wobei der Spalt zwischen Rohrwand und Feuerfestauskleidung mit einem nicht-korrosiven Gas gefüllt ist bzw. beaufschlagt wird.
  • Der erfindungsgemäße Dampferzeuger zeichnet sich dadurch aus, dass das Kesselgehäuse einen den Verdampfer enthaltenden Verdampfer-Gehäuseteil sowie einen von diesem räumlich getrennten, den Wandüberhitzer enthaltenden Wandüberhitzer-Gehäuseteil umfasst, wobei der Wandüberhitzer-Gehäuseteil dem Verdampfer-Gehäuseteil in Strömungsrichtung des Rauchgases betrachtet nachgeordnet ist und die beiden Gehäuseteile getrennt und relativ zueinander bewegbar ausgestaltet sind, um eine thermisch bedingte unterschiedliche Ausdehnung der Materialien zu ermöglichen. Nach dem Wandüberhitzer-Gehäuseteil können zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage noch ein oder mehrere weitere Verdampfer-Gehäuseteile angeordnet sein, die vom Rauchgas durchströmt werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Dampferzeugers ergibt sich der Vorteil, dass gegenüber herkömmlichen Dampferzeugern in Abfallverbrennungsanlagen erheblich höhere Überhitzertemperaturen gefahren werden können, ohne dass es bereits nach kurzer Zeit zu einer korrosionsbedingten Zerstörung der Rohrleitungen des Überhitzers kommt. Die Temperaturen können im Falle einer Ausgestaltung des Wandüberhitzers als Endüberhitzer, welcher den Heißdampf letztmalig erhitzt, bevor dieser einer Turbine der Abfallverbrennungsanlage zum Antrieb eines elektrischen Generators zugeführt wird, bei bis zu 550 °C liegen, wobei der Dampfdruck bis zu 150 bar betragen kann.
  • Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kesselgehäuse einen ersten, die Brennkammer enthaltenden vertikalen Zug sowie einen sich an diesen strömungsmäßig anschließenden zweiten Zug für das Rauchgas, wobei das Rauchgas im ersten Zug in Aufwärtsrichtung und im zweiten Zug in Abwärtsrichtung strömt. Der Wandüberhitzer-Gehäuseteil besitzt hierbei die Form einer nach außen hin geschlossenen Haube oder einer Kappe, die auf den ersten Zug und den zweiten Zug aufgesetzt ist und diese nach oben hin gasdicht abschließt, so dass das aus dem ersten Zug austretende Rauchgas in den zweiten Zug umlenkt wird. Diese Ausführungsform der Erfindung besitzt den Vorteil, dass sich die für den Kessel benötigte Grundfläche trotz des verbesserten Wirkungsgrades nicht vergrößert.
  • Durch die erfindungsgemäße räumliche Trennung zwischen dem vergleichsweise kühlen Verdampfer-Gehäuseteil und dem gegenüber diesem deutlich heißeren Wandüberhitzer-Gehäuseteil in Form der auf den ersten und zweiten Zug aufgesetzten Haube ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass der Strahlungsteil des Kessels, d.h. insbesondere die Brennkammerwand, in kostengünstiger Weise als Verdampferwand ausgestaltet sein kann, die aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten, sich bevorzugt in vertikaler Richtung erstreckenden Rohrleitungen besteht. Diese Rohrleitungen, die das zur Erzeugung des Heißdampfs zugeführte Wasser führen, sind bevorzugt über Stege miteinander verbunden und bilden eine nach außen hin geschlossene umlaufende Wand, die die thermische Energie aus der Brennkammer in erster Linie über die entstehende Wärmestrahlung aufnimmt.
  • Das Wandüberhitzer-Gehäuseteil stützt sich bei dieser Ausführungsform der Erfindung bevorzugt auf dem Kesselgerüst ab und wird über Kompensatoren rauchgasdicht mit dem Verdampfer-Gehäuseteil verbunden, wodurch eine temperaturbedingte Verschiebung des Wandüberhitzer-Gehäuseteils gegenüber dem Verdampfer-Gehäuseteil ermöglicht wird. Hierdurch ergibt sich insbesondere beim Einsatz eines Verdampfer-Gehäuseteils mit einer Rohr-Steg-Rohr Verdampferwand der Vorteil, dass die beiden Gehäuseteile kostengünstig gefertigt und eine thermische Längenausdehnung der Rohre der Verdampferwand sowie der Rohre des Wandüberhitzers in der vertikalen Richtung ohne aufwändige Maßnahmen durch aus dem Stand der Technik bekannte Kompensatoren kompensiert werden können.
  • Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken weist das Kesselgehäuse einen ersten, die Brennkammer enthaltenden vertikalen Zug sowie einen sich an diesen strömungsmäßig anschließenden weiteren vertikalen Zug für das Rauchgas auf, wobei das Rauchgas im ersten Zug in Aufwärtsrichtung und im weiteren Zug, der nachfolgend auch als zweiter Zug bezeichnet wird, in Abwärtsrichtung strömt und in bekannter Weise durch einen Umlenkabschnitt vom ersten Zug in den zweiten Zug umgelenkt wird. Der erste Zug enthält bei dieser Ausführungsform der Erfindung ausschließlich den Verdampfer-Gehäuseteil und der zweite Zug ausschließlich den Wandüberhitzer-Gehäuseteil, wobei der erste Zug und der zweite Zug selbständige Einheiten bilden, die in vertikaler Richtung relativ zueinander beweglich sind. Um eine freie Bewegung der beiden Gehäuseteile in vertikaler Richtung und auch in horizontaler Richtung zueinander zu ermöglichen, sind die Außenwände der Gehäuseteile bevorzugt im Abstand voneinander angeordnet.
  • Die zuletzt beschriebene Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass die die Wärme übertragende Fläche des Wandüberhitzer-Gehäuseteils gegenüber der zuerst beschriebenen haubenartigen Ausführungsform insgesamt vergrößert werden kann ohne die Bauhöhe zu vergrößern. Gegebenenfalls können noch weitere vertikale Züge, z.B. ein dritter und ein vierter Zug mit den dampfführenden Rohrleitungen, die durch Platten aus keramischem Werkstoff gegen eine Korrosion geschützt sind, vorgesehen sein. Zumindest ein Teil der Dampf führenden Rohrleitungen kann hierbei auch einem Vorüberhitzer zugeordnet sein, welcher den im Verdampfer erzeugten Dampf vor seiner Zufuhr zum Enderhitzer zusätzlich überhitzt, um hierdurch den Wirkungsgrad nochmals zu steigern.
  • In gleicher Weise wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform mit einem haubenartigen Endüberhitzer sind die Wasser führenden Rohrleitungen des Verdampfer-Gehäuseteils auch bei dieser Ausführungsform bevorzugt über Stege miteinander verbunden und bilden eine umlaufende, nach außen hin abgeschlossene Rohr-Steg-Rohr Verdampferwand. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der untere Teil des Kessels in kostengünstiger Weise nach dem bewährten Rohr-Steg-Rohr-Prinzip gefertigt werden kann.
  • Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind die vom Heißdampf durchströmte Rohrleitungen des Wandüberhitzer-Gehäuseteils bevorzugt in einem zwischen der Innenwand der Platten aus korrosionsbeständigem Werkstoff und der Außenwand des Wandüberhitzer-Gehäuseteils gebildeten Zwischenraum aufgenommen, der mit einem Gas, beaufschlagt wird, derart, dass im Zwischenraum ein Überdruck entsteht, der ein Eindringen des Rauchgases in den Zwischenraum verhindert. Das Gas ist bevorzugt Luft oder rezirkuliertes Reingas, das z.B. über ein Gebläse mit einem Überdruck von z.B. 0,005 bar in den Zwischenraum zwischen der Außenwand des Wandüberhitzer-Gehäuseteils und den plattenförmigen Elementen eingeblasen werden kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen anhand der beiden bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform der Erfindung, bei der das Wandüberhitzer-Gehäuseteil nach Art einer Haube auf den ersten und zweiten, als Verdampferwand ausgestalteten Gehäuseteil aufgesetzt ist, und
    Fig. 2
    eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der der erste Zug vollständig als Verdampfer-Gehäuseteil und der sich daran anschließende zweite Zug als Wandüberhitzer-Gehäuseteil ausgestaltet sind.
  • Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfasst ein Dampferzeuger 1 in einer aus darstellungstechnischen Gründen nicht vollständig gezeigten Abfallverbrennungsanlage ein Kesselgehäuse 2, in welchem eine Brennkammer 4 geformt ist, in der nicht näher gezeigter Abfall z. B. auf einem Rost 6 unter Erzeugung einer Flamme 8 verbrannt wird.
  • Das beim Verbrennungsprozess entstehende hochkorrosive Rauchgas 13 strömt hierbei entlang der Pfeile in einem ersten Zug 10 in Aufwärtsrichtung, der auch als Strahlungsteil bezeichnet wird, da in diesem die freigesetzte thermische Energie in erster Linie durch Wärmestrahlung übertragen wird.
  • Im oberen Bereich des ersten Zuges 10 wird das Rauchgas 13 in einen parallel zum ersten Zug 10 verlaufenden zweiten Zug 12 umgelenkt, in welchem das Rauchgas 13 in Abwärtsrichtung strömt, von wo aus es im Anschluss daran über einen nachfolgenden dritten Zug 14 wiederum in Aufwärtsrichtung strömt und von dort aus in einen horizontal verlaufenden vierten Zug 16 eintritt, von wo aus es dann zu einer nicht näher gezeigten Reinigungseinrichtung der Abfallverbrennungsanlage geleitet wird. Der vierte Zug wird nachfolgend auch als Konvektionsteil bezeichnet.
  • Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sind die Wände der Brennkammer 4 als Verdampferwand 18 ausgestaltet, die eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten, sich in vertikaler Richtung erstreckenden Rohrleitungen enthält, die über in gestrichelten Linien dargestellte Stege miteinander verbunden sind und eine umlaufende geschlossene gasdichte Wand bilden, in der das in den Rohrleitungen geführte Wasser zur Erzeugung von Dampf durch die bei der Verbrennung freigesetzte Wärmestrahlung erhitzt wird.
  • Wie der Darstellung von Fig. 1 weiterhin entnommen werden kann, bildet die nach dem Rohr-Steg-Rohr-Prinzip gefertigte Verdampferwand 18 mit den darin enthaltenen Verdampferrohren 20 einen eigenständigen Verdampfer-Gehäuseteil 24, dessen Wände aufgrund des durch die Rohrleitungen 20 hindurch geführten Wassers beim Betrieb des Dampferzeugers 1 je nach Dampfdruck eine Temperatur im Bereich von etwa 300 ° Celsius annehmen.
  • Wie der Darstellung von Fig. 1 hierbei weiterhin entnommen werden kann, wird der Verdampfer-Gehäuseteil 24 nach oben hin durch einen Wandüberhitzer-Gehäuseteil 26 abgeschlossen, der eine Vielzahl von Rohrleitungen 28 enthält, die bevorzugt ebenfalls über Stege 30 miteinander verbunden sind. In diese Rohrleitungen 28 wird der in einem Vorüberhitzer 48 - der sich bevorzugt im horizontal verlaufenden vierten Zug befindet - erzeugte Heißdampf eingeleitet, um diesen weiter zu überhitzen, bevor der Dampf einer nicht näher gezeigten Turbine zugeführt wird.
  • Wie der Darstellung von Fig. 1 weiterhin entnommen werden kann, besitzt der Wandüberhitzer-Gehäuseteil 26 die Form einer nach außen hin abgeschlossenen Haube, welche den ersten Zug 10 und den zweiten Zug 12 übergreift und welche das Rauchgas 13 nach seinem Austritt aus dem ersten Zug 10 in den zweiten Zug 12 umlenkt. Um hierbei eine Korrosion der Rohrleitungen 28 im Wandüberhitzer-Gehäuseteil 26 zu vermeiden, die aufgrund der hohen Temperatur des überhitzten Dampfs von bis zu 550 ° Celsius im Falle eines direkten Kontakts mit dem Rauchgas 13 in kürzester Zeit zerstört würden, ist die Innenseite des Wandüberhitzer-Gehäuseteils 26 mit einer Feuer-Festauskleidung versehen, die bevorzugt aus plattenförmigen Elementen 32 besteht, die aus einem in höchstem Maße korrosionsbeständigen Werkstoff, beispielsweise aus Siliciumcarbid oder einer anderen Keramik, gefertigt sind.
  • Um die Rohrleitung 28 zusätzlich davor zu schützen, dass diese in Kontakt mit dem Rauchgas 13 gelangen, welches durch Ritzen oder Spalte zwischen den plattenförmigen Elementen 32 hindurch tritt, ist zwischen den Rohrleitungen 28 und der Innenseite der plattenförmigen Elemente 32 ein Zwischenraum 34 vorgesehen, der beispielsweise über ein nicht näher gezeigtes Gebläse mit einem Gas beaufschlagt wird, um innerhalb des Zwischenraums 34 einen Druck zu erzeugen, der beispielsweise 0,005 bar höher liegt als der Druck der Verbrennungsgase innerhalb der Brennkammer 4. Das Gas ist bevorzugt Luft oder ein sonstiges inertes Gas und kann beispielsweise auch rezirkuliertes gereinigtes Rauchgas sein..
  • Um hierbei die zwischen dem vergleichsweise kühlen Verdampfer-Gehäuseteil 24 und dem haubenartigen, deutlich heißeren Wandüberhitzer-Gehäuseteil 26 auftretenden thermischen Längenausdehnungen des Materials zu kompensieren, ist das Wandüberhitzer-Gehäuseteil 26 auf dem Verdampfer-Gehäuseteil 24 über eine Schiebestellte 38 gasdicht verbunden. Die Schiebestelle 38 umfasst beispielsweise mehrere an der Außenseite des Wandüberhitzer-Gehäuseteils 26 befestigte Vorsprünge 40, die sich jeweils über ein schematisch dargestelltes Auflager 41 auf einem Vorsprung 43 eines nur ausschnittsweise dargestellten Kesselgerüsts 42 abstützen. Der Vorsprung 43 trägt dabei bevorzugt ebenfalls den Verdampfer-Gehäuseteil 24, welcher über entsprechende, nicht näher bezeichnete Gelenke und z.B. stangenförmige Verbindungselemente 45 an der Unterseite des jeweiligen Vorsprungs 43 aufgehängt ist. Zur Abdichtung und zum Ausgleich der thermisch bedingten Ausdehnungen zwischen dem Wandüberhitzer-Gehäuseteil 26 und dem Verdampfer-Gehäuseteil 24 sind diese beiden Gehäuseteile über bekannte Kompensatoren 44 miteinander gekoppelt, die eine relative Bewegung der beiden Gehäuseteile 24, 26 in horizontaler sowie auch in vertikaler Richtung erlauben.
  • Bei der in Fig. 2 gezeigten weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der Verdampfer-Gehäuseteil 24 mit der die wasserführenden Rohrleitungen 20 enthaltenden Verdampferwand 18 und der Wandüberhitzer-Gehäuseteil 26 mit den Heißdampf führenden Rohrleitungen 28 nebeneinander liegend angeordnet, wobei der Verdampfer-Gehäuseteil 24 den ersten Zug 10 und der Wandüberhitzer-Gehäuseteil 26 den zweiten Zug 12 des Kesselgehäuses 2 bilden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind der Verdampfer-Gehäuseteil 24 mit der umlaufenden nach außen hin geschlossenen Verdampferwand 18 sowie der Wandüberhitzer-Gehäuseteil 26 als in sich geschlossene Einheiten ausgestaltet, die gemäß der Darstellung von Fig. 2 in einem Abstand von z. B. 0,5 m zueinander angeordnet sind, so dass eine relative Bewegung der beiden Gehäuseteile 24, 26 sowohl in vertikaler Richtung, als auch in horizontaler Richtung ermöglicht wird. Die in sich geschlossenen Einheiten sind hierbei im oberen Bereich oberhalb des ersten Zuges 10 über Kompensatoren 44 mit dem Verdampfer-Gehäuseteil 24 sowie einem bei dieser Ausführungsform bevorzugt eingesetzten horizontal verlaufenden Abschnitt 47 des Wandüberhitzer-Gehäuseteils 26 verbunden ist. Die beiden Gehäuseteile 24, 26 sind in gleicher oder ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform von Fig. 1 über Schiebestellen an einem in Fig. 2 nicht gezeigten Kesselgerüst aufgenommen, wobei die Komponenten an den jeweiligen Stoßstellen über Kompensatoren 44 gegen einen Austritt von Rauchgas 13 abgedichtet sind.
  • Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Wandüberhitzer-Gehäuseteil 26 bevorzugt als Endüberhitzer geschaltet, welcher in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform von Fig. 1 vollständig mit hinterlüfteten plattenförmigen Elementen 32 aus korrosionsbeständigem Werkstoff, beispielsweise aus Siliciumcarbid, ausgekleidet ist, um eine Korrosion der Rohrleitungen 28 zu verhindern.
  • Bei beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können im horizontal verlaufenden vierten Zug ferner noch weitere Wärmetauscher angeordnet sein, die beispielsweise einen Vorüberhitzer 48, welcher den im Verdampfer-Gehäuseteil 24 erzeugten Dampf vor der Zufuhr zum Wandüberhitzer-Gehäuseteil 26 in einer weiteren Stufe überhitzt, sowie ein aus dem Stand der Technik bekannter Economiser 50 angeordnet sein, um dem Rauchgas 13 zur Steigerung des Wirkungsgrades weitere Wärmeenergie zu entziehen, welche in diesem Teil des Dampferzeugers 1 in erster Linie konvektiv übertragen wird.
    • Liste der Bezugszeichen
    • 1
    Dampferzeuger
    2
    Kesselgehäuse
    4
    Brennkammer
    6
    Rost
    8
    Flamme
    10
    erster Zug/Strahlungsteil
    12
    zweiter Zug
    13
    Rauchgas
    14
    dritter Zug
    16
    vierter Zug
    18
    Verdampferwand
    20
    wasserführende Rohrleitungen
    22
    Stege
    24
    Verdampfer-Gehäuseteil
    26
    Wandüberhitzer-Gehäuseteil
    28
    Heißdampf führende Rohrleitungen
    30
    Stege
    32
    plattenförmige Elemente
    34
    Zwischenraum
    38
    Schiebestelle
    40
    Vorsprung an Wandüberhitzer-Gehäuseteil
    41
    Auflager
    42
    Kesselgerüst
    43
    Vorsprung an Kesselgerüst
    44
    Kompensator
    45
    Verbindungselement
    47
    horizontal verlaufender Abschnitt
    48
    Vorüberhitzer
    50
    Economiser

Claims (9)

  1. Dampferzeuger (1) zur Erzeugung von überhitztem Dampf in einer Abfallverbrennungsanlage, mit einem Kesselgehäuse (2) enthaltend eine Brennkammer (4), deren Wände (18) einen Verdampfer mit von Wasser durchströmten Rohrleitungen (20) aufweist, die zur Erzeugung von Heißdampf mit bei der Verbrennung des Abfalls freigesetzter Wärmeenergie beaufschlagt werden, sowie einen Wandüberhitzer zur Erhöhung der Temperatur des Heißdampfs, welcher mehrere vom Heißdampf durchströmte Rohrleitungen (28) umfasst, die vor dem beim Verbrennungsprozess entstehenden Rauchgas (13) durch plattenförmige Elemente (32) aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff geschützt sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Kesselgehäuse (2) einen die von Wasser durchströmten Rohrleitungen (20) enthaltenden Verdampfer-Gehäuseteil (24) sowie einen von diesem räumlich getrennten, die von Heißdampf durchströmten Rohrleitungen (28) enthaltenden Wandüberhitzer-Gehäuseteil (26) umfasst, wobei der Wandüberhitzer-Gehäuseteil (26) dem Verdampfer-Gehäuseteil (24) in Strömungsrichtung des Rauchgases (10) betrachtet nachgeordnet und relativ zu diesem bewegbar ist.
  2. Dampferzeuger nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Kesselgehäuse (2) einen ersten, die Brennkammer (4) enthaltenden vertikalen Zug sowie einen sich an diesen strömungsmäßig anschließenden zweiten Zug (12) für das Rauchgas (13) umfasst, wobei das Rauchgas (13) im ersten Zug (10) in Aufwärtsrichtung und im zweiten Zug (12) in Abwärtsrichtung strömt, und dass der Wandüberhitzer-Gehäuseteil (26) die Form einer nach außen hin geschlossenen Haube besitzt, die den ersten Zug (10) und den zweiten Zug (12) nach oben hin gasdicht abschließt und das aus dem ersten Zug austretende Rauchgas (13) in den zweiten Zug (12) umlenkt.
  3. Dampferzeuger nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Wandüberhitzer-Gehäuseteil (26) als Endüberhitzer ausgestaltet ist, in welchem der Heißdampf vor der Zufuhr zu einer Turbine erhitzt wird.
  4. Dampferzeuger nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sich der Wandüberhitzer-Gehäuseteil (26) auf einem Kesselgerüst (42) im Bereich seiner Unterseite abstützt, und dass der Verdampfer-Gehäuseteil (24) im Bereich seiner Oberseite an dem Kesselgerüst (42) aufgehängt ist.
  5. Dampferzeuger nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Kesselgehäuse einen ersten, die Brennkammer (4) enthaltenden vertikalen Zug (10) sowie einen sich an diesen strömungsmäßig anschließenden weiteren vertikalen Zug (12) für das Rauchgas (13) umfasst, und dass der erste Zug (10) ausschließlich den Verdampfer-Gehäuseteil (24) und der weitere Zug den Wandüberhitzer-Gehäuseteil (26) enthält, wobei der erste Zug und der weitere Zug Einheiten bilden, die in horizontaler und vertikaler Richtung relativ zueinander beweglich sind.
  6. Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Verdampfer-Gehäuseteil (24) und der Wandüberhitzer-Gehäuseteil (26) über Kompensatoren (44) relativ zueinander verschiebbar und nach außen hin gasdicht miteinander gekoppelt sind.
  7. Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dieser einen oder mehrere weitere Verdampfer-Gehäuseteile (24) und einen oder mehrere weitere Wandüberhitzer-Gehäuseteile (26) enthält.
  8. Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wasser führenden Rohrleitungen des Verdampfer-Gehäuseteils (24) über Stege (22) miteinander verbunden sind und eine umlaufende, nach außen hin geschlossene Verdampferwand (18) bilden.
  9. Dampferzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen den vom Heißdampf durchströmten Rohrleitungen (28) des Wandüberhitzer-Gehäuseteils (26) und der Innenwand der Platten (32) aus korrosionsbeständigem Werkstoff ein Zwischenraum (34) vorgesehen ist, der mit einem Gas beaufschlagt wird, derart, dass im Zwischenraum (34) ein Überdruck entsteht, der ein Eindringen von Rauchgas (13) in den Zwischenraum verhindert.
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