EP2473782B1 - Zwangdurchlaufdampferzeuger für den einsatz von dampftemperaturen von über 650°c - Google Patents

Zwangdurchlaufdampferzeuger für den einsatz von dampftemperaturen von über 650°c Download PDF

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EP2473782B1
EP2473782B1 EP10768369.0A EP10768369A EP2473782B1 EP 2473782 B1 EP2473782 B1 EP 2473782B1 EP 10768369 A EP10768369 A EP 10768369A EP 2473782 B1 EP2473782 B1 EP 2473782B1
Authority
EP
European Patent Office
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steam generator
once
heating surface
steam
combustion chamber
Prior art date
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Active
Application number
EP10768369.0A
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English (en)
French (fr)
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EP2473782A2 (de
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Thoralf Berndt
Qiurong Chen
Georg-Nikolaus Stamatelopoulos
Gerhard Weissinger
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00—Steam boilers of forced-flow type
    • F22B29/06—Steam boilers of forced-flow type of once-through type, i.e. built-up from tubes receiving water at one end and delivering superheated steam at the other end of the tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B21/00—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically
    • 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
    • F22B37/04—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler and characterised by material, e.g. use of special steel alloy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F22B37/14—Supply mains, e.g. rising mains, down-comers, in connection with water tubes
    • F22B37/143—Panel shaped heating surfaces built up from tubes

Definitions

  • the invention relates to a forced once-through steam generator for the use of steam temperatures of about 650 ° C, the forced flow steam generator having a combustion chamber and a subsequent end of the upper flue and this surrounding Um chargedsleton, wherein the Um chargedsbuild are formed from tube walls whose tubes the working fluid water / Steam lead, the combustion chamber has at least one burner and are arranged in the flue gas Nachschaltsammlungdon.
  • Continuous or forced circulation steam generators are from the publication " Kraftwerkstechnik”, Springer-Verlag, 2nd edition 1994, Chapter 4.4.2.4-Forced circulation (pages 171 to 174 ), Prof. Dr.-Ing. Karl Strauß known, which are used in power plants for the production of electrical energy by combustion of, for example, fossil fuels.
  • a continuous flow or continuous flow steam generator the heating of the combustion chamber or the gas flue forming tube walls or enclosing walls - in contrast to a natural circulation or forced circulation steam generator with only partial evaporation of circulating water-steam mixture - leads to an evaporation of the flow or working medium in the tubes of the pipe walls or enclosing walls in a single pass.
  • the highly stressed parts helical winding and vertical bore
  • the perimeter walls formed as tube walls are made of the special materials T23 (a material approved by ASME (American Society of Mechanical Engineers)), T24 (7CrMoVTiB10-10) or other materials of similar chemical composition, all of which are of the generic type of the modified, heat-resistant 2.25-2.5% chromium steels count.
  • the material T23 is listed, for example, in VdTÜV Material Data Sheet 511/2, issue 06.2001, and the material T24 is listed, for example, in the standard sheet DIN EN 10216-2, October 2007 issue.
  • These materials have the advantage that they are best suited for the aforementioned steam parameters and that they can be welded without post-heat treatment and thus the creation of the perimeter walls or pipe walls and their installation on the site are easy to carry out.
  • Possible materials for these increased boundary wall temperatures are martensitic 9-12% chromium steels such as T91 (X10CrMoVNb9-1), T92 (X10CrWMoVNb9-2) and VM12-SHC (factory designation of the company Vallourec-Mannesmann) or Ni-base alloys such as Alloy 617 ( NiCr23Co12Mo) or Alloy 617mod.
  • martensitic 9-12% chromium steels such as T91 (X10CrMoVNb9-1), T92 (X10CrWMoVNb9-2) and VM12-SHC (factory designation of the company Vallourec-Mannesmann) or Ni-base alloys such as Alloy 617 ( NiCr23Co12Mo) or Alloy 617mod.
  • marlensitic 9-12% chromium steal or Ni base alloys for the perimeter walls requires complicated manufacturing and assembly operations.
  • the martensitic 9-12% chromium steels must be heat treated after welding in the workshop and during assembly.
  • special tempering furnaces as well as on the construction site special annealing cassettes needed.
  • Ni-base alloys In the production or assembly of Ni-base alloys excessively large shrinkage processes must be mastered.
  • Ni base alloys their procurement costs are significantly higher than those of steels. For both of these solutions are therefore expected to higher costs, both in terms of the cost of materials and the manufacturing and assembly costs.
  • the heat absorption in the evaporator is not limited in a forced once-through steam generator, since the medium temperature at the evaporator outlet in forced continuous operation is already overheated and the amount of overheating can be set variably.
  • the associated temperature level of the steam or the associated calculation temperature in the enclosure walls is governed by a suitable choice of materials with respect to the enclosure walls.
  • the object of the invention is therefore to provide a forced once-through steam generator for the use of steam temperatures of over 650 ° C, in which the aforementioned disadvantages are avoided or in terms of Um chargedsplin or pipe walls of the once-through steam generator simple and not complicated and difficult to control manufacturing and assembly operations are to be carried out.
  • An advantageous embodiment provides that in the region of the combustion chamber, a part of the enclosing walls covering Schottenmosisation between the upper edge of the uppermost situated burner and lower edge of the lowermost Nachschaltflowerization is arranged.
  • a certain area of the combustion chamber is covered with a Schottenmosization on which otherwise a large part of the heat from the combustion chamber would reach the Um chargedsplin and their medium temperature in the enclosure wall and the wall temperature itself would increase so that higher quality materials would have to be used ,
  • At least part of the enclosing walls is formed from one of the materials T23, T24 or another material having a similar chemical composition.
  • at least the part of the surrounding walls is formed with the aforementioned materials, which is thermally highly loaded or higher than the remaining part of the surrounding walls.
  • the materials T23, T24 or another material with a similar chemical composition are high-quality materials which are commercially available and which meet the desired requirements or, after their welding, no heat post-treatment must be carried out on them.
  • An advantageous embodiment of the invention provides for the SchottenMap operation of martensitic materials with 9-12% chromium, austenitic materials or nickel-based alloys form or manufacture. This ensures that the requirements of the exposed in the combustion chamber Schottenflower Construction is satisfied in terms of temperatures.
  • the bulkhead heating surface is designed as a superheater or reheater heating surface.
  • An advantageous embodiment provides that the bulkhead heating surface is arranged parallel to the surrounding wall. This ensures that the Schottenmosization configuration as well as the surrounding wall is arranged vertically and provides a minimum possible attack surface for ash or slag from the combustion chamber.
  • An expedient embodiment provides that the bulkhead heating surface extends adjacent to the surrounding wall. This ensures that the enclosure wall is optimally covered by the bulkhead heating surface and that the lowest possible amount of heat reaches the enclosure wall.
  • FIG. 1 schematically shows a continuous flow or continuous flow steam generator 1 (both terms mean the same thing, namely the generation of steam within the steam generator in one run) in tower construction, ie the pipe walls 5 (as surrounding walls 4) and all Nachschaltsammlung vom 7 are on or in housed in a single vertical throttle cable.
  • the vertical throttle cable which is formed or bounded by gas-tight enclosure walls 4, includes in the lower region of the combustion chamber 2 and the subsequent flue 3.
  • the combustion chamber 2 usually closes down with a combustion chamber funnel and extends up to to the lowest Nachschaltflower Structure 7.
  • one or more burners 6 are arranged for burning a fossil fuel.
  • the burners 6 can be arranged either in the corners (corner burners) or in the walls (wall burners) of the combustion chamber 2.
  • the various Nachschaltsammlungvon 7 are arranged as Bermmungsflower lake. These are typically economizer heating surfaces, superheater and reheater heating surfaces.
  • the flue 3 closes up with a ceiling and he has at its upper end laterally a flue gas outlet 9.
  • the once-through steam generator 1 has at least one steam heating surface 8, which covers a part of the surrounding walls 4 in the region of the combustion chamber 2 and whose area-side size is determined such that the heat absorption of the surrounding walls 4 and consequently their temperature is reduced to a value which reduces the formation the perimeter wall 4 of modified, heat-resistant 2.25-2.5% chromium steels permits, which require no post-treatment after their welding technology processing.
  • the enclosing wall 4 in the region of the combustion chamber 2 with a predetermined surface-side size covering Schottenflower Design 8 takes from the combustion chamber 2 so much heat that the heat absorption of the perimeter wall 4 is reduced due to the cover such that the maximum medium temperature at the perimeter wall.
  • modified, heat-resistant 2.25-2.5% chromium steels permits, which require no heat aftertreatment after their welding technical processing.
  • These may be, for example, the materials T23 (a material approved by the American Society of Mechanical Engineers), T24 (7CrMoVTiB10-10) or another material of similar chemical composition covering steam temperatures up to about 500-510 ° C and listed, for example, in the booklet "The T23 / T24 Book, New Grades for Waterwalls and Superheaters by Vallourec & Mannesmann Tubes" (booklet on modified, heat-resistant 2.25-2.5% chromium steels).
  • the now used high-quality materials that do not require after-treatment heat treatment and no elaborate processing can either be used anywhere on the Um chargedswand 4 or according to a commercially advantageous variant, at least on the parts of the enclosing walls 4, their high thermal load this is required. These are, for example, the areas on the burners 6 and directly above the burners 6 within the combustion chamber 2. On the parts of the Um chargedsnova 4, the thermal load is lower, such as in the lower part of the combustion chamber 2 (below the burner 6 including combustor funnel) with Medium temperatures of about ⁇ 400-460 ° C in the tube walls, to reduce the investment costs compared to the aforementioned high quality materials lower valued materials, such. 8. 16Mo3 or 13CrMo45, used. These materials also need after their welding technology no postheat treatment or no further elaborate processing.
  • the enclosing walls 4, which are formed as tube walls 5, are usually made of a welded pipe-web-tube combination, wherein the tubes of the Pipe walls 5, the working medium water / steam and lead within the enclosure walls 4 either obliquely or vertically or can be formed from a combination of oblique and vertical.
  • the arranged in the Um drawnstentn 4 tubes are used in the lower and middle part of the combustion chamber 2 as evaporator tubes, ie, the fed and preheated water is evaporated in these evaporator tubes.
  • the pipes arranged in the surrounding wall 4 can already be connected as a superheater heating surface.
  • the Schottenflower Design 8 itself which now receives a portion of the heat from the combustion chamber 2 is formed according to the temperature requirements with suitable materials. Since very high temperatures are to be controlled, martensitic 9-12% chromium-containing steels, austenitic steels or nickel-based alloys have proven suitable for this purpose.
  • the Schottenmositic materials T91 (X10CrMoVNb9-1), T92 (X10CrWMoVNb9-2) or VM12-SHC, the austenitic steels SUPER 304H, HR3C, DMV304HCu, DMV3101N or Ni base alloys such as Alloy 617 (NiCr23Co12Mo) or Alloy 617mod ( NiCr23Co12Mo mod).
  • the Schottenterrorism composition 8 may consist of individual, closely spaced and parallel tubes or a pipe-web-tube construction. The tubes of the Schottenflowering Structure 8 usually run horizontally within the heating surface, but can also extend vertically.
  • the Schottenflower Design 8 is preferably arranged parallel to the Um chargedswand 4 and more preferably adjacent to the latter. By this arrangement it is ensured that the enclosure wall 4 is covered very efficiently by the Schottensammlung Structure 8 and thus the transfer of heat to the enclosure wall 4 is largely prevented.
  • FIG. 2 an advantageous variant of the Schottensammlung configuration invention 8 is shown.
  • the perimeter wall 4 or pipe wall 5, which generally include the front and rear walls and two side walls of the once-through steam generator, in the region of the combustion chamber 2 between the upper edge of the uppermost burner 6 and lower edge of the lowest Nachschaltflowering 7 ⁇ the area is in FIG. 2 marked with "S"), for Part covered by one or more Schottenflower Materials (s) 8, according to FIG.
  • a Schottenflower configuration 8 ie a total of four, are arranged on each individual tube wall.
  • the targeted arrangement of the Schottensammlung operation 8 especially in this area of the combustion chamber 2 can glossy targeted the usually hottest area of the perimeter wall 4 and tube wall 5 are covered within the combustion chamber 2.
  • the Schottensammlung Design 8 can be advantageously used as a superheater heating within the forced flow steam generator 1. However, it is also possible to use it as a reheater heating surface.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Zwangdurchlaufdampferzeuger für den Einsatz von Dampftemperaturen von über 650°C, wobei der Zwangdurchlaufdampferzeuger eine Brennkammer und einen an deren oberen Ende anschließenden Rauchgaszug sowie diese umgebende Umfassungswände aufweist, wobei die Umfassungswände aus Rohrwänden gebildet sind, deren Rohre das Arbeitsmedium Wasser/Dampf führen, die Brennkammer wenigstens einen Brenner aufweist und im Rauchgaszug Nachschaltheizflächen angeordnet sind.
  • Durchlauf- bzw. Zwangdurchlaufdampferzeuger sind aus der Druckschrift "Kraftwerkstechnik", Springer-Verlag, 2. Auflage 1994, Kapitel 4.4.2.4-Zwangdurchlauf (Seite 171 bis 174), Prof. Dr.-Ing. Karl Strauß bekannt, die in Kraftwerken zur Erzeugung von elektrischer Energie durch Verfeuerung von beispielsweise fossilen Brennstoffen zum Einsatz kommen. Bei einem Durchlauf- bzw. Zwangdurchlaufdampferzeuger führt die Beheizung der die Brennkammer oder den Gaszug bildenden Rohrwände bzw. Umfassungswände - im Gegensatz zu einem Naturumlauf- oder Zwangsumlaufdampferzeuger mit nur teilweiser Verdampfung des im Umlauf geführten Wasser-Dampf-Gemisches - zu einer Verdampfung des Strömungs- bzw. Arbeitsmediums in den Rohren der Rohrwände bzw. Umfassungswände in einem einmaligen Durchlauf.
  • Der Wunsch nach Zwangdurchlaufdampferzeugern mit höheren Wirkungsgraden, die unter anderem den spezifischen CO2-Ausstoß in die Atmosphäre verringern helfen, führt unter anderem zur Erhöhung der Dampfparameter des Zwangdurchlaufdampferzeugers. Die Erzielung bzw. Realisierung von höheren Dampfparametern, d.h. höheren Drücken und Temperaturen des Arbeitsmediums Dampfes am Austritt des Zwangdurchlaufdampferzeugers (Frischdampfaustritt), stellt hohe Anforderungen an das Materialkonzept des Zwangdurchlaufdampferzeuger. Zwangdurchlaufdampferzeuger mit Dampfparametern von ca. 280 bar / 600 °C (Frischdampfparameter) stellen den heutigen Stand der Technik dar. Dabei werden die hoch beanspruchten Teile (Schrägwicklung und Senkrechtberohrung) der Umfassungswände, die als Rohrwände ausgebildet sind, mit den speziellen Werkstoffen T23 (ein von der ASME (American Society of Mechanical Engineers) zugelassener Werkstoff), T24 (7CrMoVTiB10-10) oder anderen Werkstoffen mit ähnlicher chemischer Zusammensetzung ausgeführt, die alle zu der Gattung der modifizierten, warmfesten 2,25-2,5% Chromstähle zählen. Der Werkstoff T23 ist beispielsweise im VdTÜV-Werkstoffblatt 511/2, Ausgabe 06.2001 und der Werkstoff T24 ist beispielsweise im Normblatt DIN EN 10216-2, Ausgabe Oktober 2007 aufgeführt. Diese Werkstoffe haben den Vorteil, dass sie für die vorgenannten Dampfparameter bestens geeignet sind und dass sie ohne Wärmenachbehandlung schweißbar sind und somit die Erstellung der Umfassungswände bzw. Rohrwände sowie deren Montage auf der Baustelle einfach durchführbar sind.
  • Werden im Zuge einer weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades Zwangdurchlaufdampferzeuger mit noch höheren Dampfparametern gewünscht, wie z.B. mit 350 bar / 700 °C (Frischdampfparameter), so steigt die Dampftemperatur und damit die zugehörige Berechnungstemperatur in den Umfassungswänden des Dampferzeugers weiter an. Bei diesen erhöhten Umfassungswandtemperaturen reichen aber die vorerwähnten Werkstoffe T23, T24 oder andere Werkstoffe mit ähnlicher chemischer Zusammensetzung hinsichtlich ihrer Festigkeitskennwerte nicht mehr aus. Mögliche Werkstoffe für diese erhöhten Umfassungswandtemperaturen sind martensitische 9-12% Chromstähle wie beispielsweise T91 (X10CrMoVNb9-1), T92 (X10CrWMoVNb9-2) und VM12-SHC (Werksbezeichnung der Fa. Vallourec-Mannesmann) oder Ni-Basislegierungen wie beispielsweise Alloy 617 (NiCr23Co12Mo) oder Alloy 617mod. (NiCr23Co12Mo mod) Die vorgenannten Werkstoffe sind größtenteils in Werkstoffblättern aufgeführt, beispielsweise der Werkstoff T91 im VdTÜV-Werkstoffblatt 511/2, Ausgabe 06.2009; der Werkstoff T92 im VdTÜV-Werkstoffblatt 552/2, Ausgabe 03.2008; der Werkstoff Alloy 617 im VdTÜV-Werkstoffblatt 485, Ausgabe 09/2001 und der Werkstoff VM12 im VdTÜV-Werkstoffblatt 560/2, Ausgabe 03/2009.
  • Bei der Verwendung von marlensitischen 9-12% Chromstöhlen oder Ni-Basislegierungen für die Umfassungswände sind komplizierte Fertigungs- und Montagevorgänge notwendig. Die martensitischen 9-12% Chromstähle müssen nach dem Schweißen in der Werkstatt und bei der Montage wärmebehandelt werden. Dazu werden in der Werkstatt spezielle Anlassöfen sowie auf der Baustelle spezielle Glühkassetten benötigt. Bei der Fertigung bzw. Montage von Ni-Basislegierungen müssen übermäßig große Schrumpfungsprozesse beherrscht werden. Zusätzlich kommt bei den Ni-Basislegierungen dazu, dass ihre Beschaffungskosten erheblich höher sind, als die von Stählen. Für beide dieser Lösungen sind somit mit höheren Kosten zu rechnen, sowohl was die Kosten der Materialien als auch die Fertigungs- und Montagekosten betrifft.
  • Wie oben schon erwähnt, sind neben den Zwangdurchlaufdampferzeugern auch Naturumlauf- und Zwangumlaufdampferzeuger bekannt. Bei diesen bekannten Umlauf- bzw. Umwälzdampferzeugern mit unterkritischen Dampfparametern kann vom Verdampfer des Dampferzeugers nur eine bestimmte Wärmemenge aufgenommen werden. Diese ist durch den Betriebsdruck der Anlage definiert. Bedingt durch die Eigenschaften des Brennstoffs (Aschezusammensetzung, Schmelzeigenschaften der Asche) kann die aus der Verbrennung im Feuerraum bzw. in der Brennkammer zu übertragende Wärmemenge höher sein als diejenige, die vom Verdampfer aufgenommen werden kann. Bei Umwälzdampferzeugern sind dann Schottenheizflächen eingesetzt worden, um die an den Verdampfer zu übertragende Wärmemenge zu begrenzen bzw. die überschüssige Wärmemenge an die Schottenheizfläche abzugeben. Im Gegensatz zu den Natur- und Zwangumlaufdampferzeugern ist bei einem Zwangdurchlaufdampferzeuger die Wärmeaufnahme in dessen Verdampfer nicht begrenzt, da die Mediumtemperatur am Verdampferaustritt im Zwangdurchlaufbetrieb bereits überhitzt ist und die Höhe der Überhitzung variabel festgelegt werden kann. Das damit verbundene Temperaturniveau des Dampfes bzw. die zugehörige Berechnungstemperatur in den Umfassungswänden wird durch eine geeignete Werkstoffauswahl hinsichtlich der Umfassungswände beherrscht.
  • Das Dokument US 5146878 offenbart einen Dampferzeuger nach dem Stand der Technik.
  • Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Zwangdurchlaufdampferzeuger für den Einsatz von Dampftemperaturen von über 650°C zu schaffen, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden bzw. hinsichtlich der Umfassungswände bzw. Rohrwände des Zwangdurchlaufdampferzeugers einfache und nicht komplizierte und schwer beherrschbare Fertigungs- und Montagevorgänge durchzuführen sind.
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Durch die erfindungsgemöße Lösung wird ein Zwangdurchlaufdampferzeuger für den Einsatz von Dampftemperaturen von über 650°C geschaffen, der die nachfolgenden Vorteile aufweist:
    • Vermeidung eines kompliziertem Fertigungs- und Montagekonzeptes der Umfassungswände des Zwangdurchlaufdampferzeugers.
    • Reduzierung von Materialkosten sowie Fertigungs- und Montagekosten der Umfassungswände des Zwangdurchlaufdampferzeugers,
    • Einsparung der Verwendung von Glühöfen und -kassetten und deren Betriebskosten.
  • Eine vorteilhafte Ausbildung sieht vor, dass die im Bereich der Brennkammer einen Teil der Umfassungswände abdeckende Schottenheizfläche zwischen Oberkante des zuoberst gelegenen Brenners und Unterkante der untersten Nachschaltheizfläche angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird ein bestimmter Bereich der Brennkammer mit einer Schottenheizfläche abgedeckt, an dem ansonsten ein großer Teil der Wärme aus der Brennkammer an die Umfassungswände gelangen würde und deren Mediumstemperatur in der Umfassungswand sowie der Wandtemperatur selbst so erhöhen würde, dass höherwertige Materialien eingesetzt werden müssten.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Teil der Umfassungswände aus einem der Werkstoffe T23, T24 oder einem anderen Werkstoff mit ähnlicher chemischer Zusammensetzung gebildet. Dabei wird zumindest der Teil der Umfassungswände mit den vorgenannten Werkstoffen ausgebildet, der thermisch hoch bzw. höher belastet ist als der restliche Teil der Umfassungswände. Bei den Werkstoffen T23, T24 oder einem anderen Werkstoff mit ähnlicher chemischer Zusammensetzung handelt es sich um hochwertige Werkstoffe, die handelsüblich sind und die den gewünschten Anforderungen genügen bzw. nach deren Verschweißen keine Wärmenachbehandlung an diesen erfolgen muss.
  • Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, die Schottenheizfläche aus martensitischen Werkstoffen mit 9-12% Chromanteil, austenitischen Werkstoffen oder Nickelbasislegierungen auszubilden bzw. herzustellen. Damit ist gewährleistet, dass hinsichtlich der Temperaturen den Anforderungen an die exponiert in der Brennkammer liegende Schottenheizfläche Genüge getan wird.
  • Vorteilhaft ist es, dass die Schottenheizfläche als Überhitzer- oder Zwischenüberhitzerheizfläche ausgebildet ist. Damit wird die Schottenheizfläche effizient in den Wasser/Dampf-Kreislauf des Zwangdurchlaufdampferzeugers bzw. in den Wasser/Dampf-Kreislauf eines Kraftwerkes eingebunden, das einen derartigen Zwangdurchlaufdampferzeuger umfasst.
  • Eine vorteilhafte Ausbildung sieht vor, dass die Schottenheizfläche parallel zur Umfassungswand angeordnet ist. Damit wird erreicht, dass die Schottenheizfläche ebenso wie die Umfassungswand vertikal angeordnet ist und eine geringst mögliche Angriffsfläche für Asche bzw. Schlacke aus der Brennkammer bietet.
  • Eine zweckmäßige Ausbildung sieht vor, dass die Schottenheizfläche anliegend an der Umfassungswand verläuft. Damit ist gewährleistet, dass die Umfassungswand von der Schottenheizfläche bestmöglich abgedeckt ist und die geringst mögliche Wärmemenge an die Umfassungswand gelangt.
  • Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung und der Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • Fig.
    1 schematisch dargestellt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Zwangdurchlaufdampferzeuger,
    Fig. 2
    wie Figur 1, jedoch alternative Ausführung.
  • Figur 1 zeigt schematisch dargestellt einen Durchlauf- bzw. Zwangdurchlaufdampferzeuger 1 (beide Bezeichnungen meinen dasselbe, nämlich die Erzeugung des Dampfes innerhalb des Dampferzeugers in einem Durchlauf) in Turmbauweise auf, d.h. die Rohrwände 5 (als Umfassungswände 4) sowie sämtliche Nachschaltheizflächen 7 sind an bzw. in einem einzigen vertikalen Gaszug untergebracht. Der vertikale Gaszug, der durch gasdichte Umfassungswände 4 gebildet bzw. umgrenzt wird, beinhaltet in dessen unterem Bereich die Brennkammer 2 und den darüber anschließenden Rauchgaszug 3. Die Brennkammer 2 schließt in der Regel nach unten hin mit einem Brennkammertrichter ab und reicht nach oben hin bis zu der untersten Nachschaltheizfläche 7. Im unteren Bereich der Brennkammer 2 sind ein oder mehrere Brenner 6 zur Verfeuerung eines fossilen Brennstoffes angeordnet. Die Brenner 6 können entweder in den Ecken (Eckenbrenner) oder in den Wänden (Wandbrenner) der Brennkammer 2 angeordnet sein. Im Rauchgaszug 3 sind die verschiedenen Nachschaltheizflächen 7 als Berührungsheizflächen angeordnet. Diese sind in der Regel Economiser-Heizflächen, Überhitzer- und Zwischenüberhitzer-Heizflächen. Der Rauchgaszug 3 schließt nach oben mit einer Decke ab und er weist an seinem oberen Ende seitlich einen Rauchgasaustritt 9 auf.
  • Der Zwangdurchlaufdampferzeuger 1 weist erfindungsgemäß wenigstens eine Schottenheizfläche 8 auf, die einen Teil der Umfassungswände 4 im Bereich der Brennkammer 2 abdeckt und deren flächenseitige Größe so bestimmt ist, dass die Wärmeaufnahme der Umfassungswände 4 und infolgedessen deren Temperatur auf einen Wert reduziert wird, der die Ausbildung der Umfassungswand 4 aus modifizierten, warmfesten 2,25-2,5% Chromstählen zulässt, die nach deren schweißtechnischer Verarbeitung keine Wärmenachbehandlung benötigen. Mit anderen Worten, die die Umfassungswand 4 im Bereich der Brennkammer 2 mit vorbestimmter flächenseitiger Größe abdeckende Schottenheizfläche 8 nimmt aus der Brennkammer 2 soviel Wärme auf, dass die Wärmeaufnahme der Umfassungswand 4 infolge der Abdeckung derart reduziert wird, dass die maximale Mediumstemperatur an der Umfassungswand 4 unterhalb eines Wertes bleibt, der den Einsatz von modifizierten, warmfesten 2,25-2,5% Chromstählen zulässt, die nach deren schweißtechnischer Verarbeitung keine Wärmenachbehandlung benötigen. Diese können beispielsweise die Werkstoffe T23 (ein von der ASME (American Society of Mechanical Engineers) zugelassener Werkstoff), T24 (7CrMoVTiB10-10) oder ein anderer Werkstoff mit ähnlicher chemischer Zusammensetzung sein, die Dampftemperaturen bis zu ca. 500-510 °C abdecken können und die beispielsweise in der Broschüre "The T23/T24 Book, New Grades for Waterwalls and Superheaters von Vallourec & Mannesmann Tubes" aufgeführt sind (Broschüre über modifizierte, warmfeste 2,25-2,5% Chromstähle). Durch die Verringerung der Mediumstemperatur in der Umfassungswand 4 mittels der erfindungsgemäß angeordneten Schottenheizfläche 8 kann auf den Einsatz von höchsttemperaturbeständigen Werkstoffen wie martensitische, 9-12% chromhaltige Stähle oder Nickelbasislegierungen für die Umfassungswand 4 verzichtet werden, die nach deren schweißtechnischer Verarbeitung aufwendig wärmenachbehandelt (martensitische, 9-12% chromhaltige Stähle) oder wegen der hohen Schrumpfungseigenschaften aufwendig verarbeitet (Nickelbasislegierungen) werden müssten.
  • Die nunmehr zum Einsatz kommenden hochwertigen Werkstoffe, die nach deren schweißtechnischer Verarbeitung keine Wärmenachbehandlung bzw. keine aufwendige Verarbeitung benötigen, können entweder überall an der Umfassungswand 4 eingesetzt werden oder entsprechend einer kommerziell vorteilhafteren Variante, zumindest an den Teilen der Umfassungswände 4, deren hohe thermische Belastung dies erforderlich macht. Dies sind beispielsweise die Bereiche an den Brennern 6 und direkt oberhalb der Brenner 6 innerhalb der Brennkammer 2. An den Teilen der Umfassungswände 4, deren thermische Belastung niedriger ist, wie beispielsweise im unteren Teil der Brennkammer 2 (unterhalb der Brenner 6 einschließlich Brennkammertrichter) mit Mediumtemperaturen von ca. ≤ 400-460 °C in den Rohrwänden, werden zur Reduzierung der Investitionskosten im Vergleich zu den vorgenannten hochwertigen Werkstoffen niederwertigere Werkstoffe, wie z. 8. 16Mo3 oder 13CrMo45, eingesetzt. Diese Werkstoffe benötigen ebenfalls nach deren schweißtechnischer Verarbeitung keine Wärmenachbehandlung bzw. keine weitere aufwendige Verarbeitung.
  • Die Umfassungswände 4, die als Rohrwände 5 ausgebildet sind, werden in der Regel aus einer verschweißten Rohr-Steg-Rohr-Kombination hergestellt, wobei die Rohre der Rohrwände 5 das Arbeitsmedium Wasser/Dampf führen und innerhalb der Umfassungswände 4 entweder schräg oder vertikal oder aus einer Kombination aus schräg und vertikal ausgebildet sein können. Die in den Umfassungswänden 4 angeordneten Rohre sind im unteren und mittleren Teil der Brennkammer 2 als Verdampferrohre eingesetzt, d.h. das eingespeiste und vorgewärmte Wasser wird in diesen Verdampferrohren verdampft. Im oberen Teil der Brennkammer 2, der in der Regel senkrecht berohrt ist, können die in der Umfassungswand 4 angeordneten Rohre bereits als Überhitzerheizfläche geschalten sein.
  • Die Schottenheizfläche 8 selbst, die nunmehr einen Teil der Wärme aus der Brennkammer 2 aufnimmt, wird entsprechend den Temperaturanforderungen mit geeigneten Werkstoffen ausgebildet. Da sehr hohe Temperaturen zu beherrschen sind, haben sich hierfür martensitische 9-12%-chromhaltige Stähle, austenitische Stähle oder Nickelbasislegierungen als geeignet erwiesen. Diese können beispielsweise die martensitischen Werkstoffe T91 (X10CrMoVNb9-1), T92 (X10CrWMoVNb9-2) oder VM12-SHC, die austenitischen Stähle SUPER 304H, HR3C, DMV304HCu, DMV3101N oder Ni-Basislegierungen wie beispielsweise Alloy 617 (NiCr23Co12Mo) oder Alloy 617mod (NiCr23Co12Mo mod) sein. Die Schottenheizfläche 8 kann aus einzelnen, dicht aneinander und parallel angeordneten Rohren oder aus einer Rohr-Steg-Rohr-Konstruktion bestehen. Die Rohre der Schottenheizfläche 8 verlaufen in der Regel horizontal innerhalb der Heizfläche, können aber auch vertikal verlaufen.
  • Die Schottenheizfläche 8 ist vorzugsweise parallel zu der Umfassungswand 4 und weiter vorzugsweise an letztere anliegend angeordnet. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, dass die Umfassungswand 4 sehr effizient von der Schottenheizfläche 8 abgedeckt wird und somit die Übertragung von Wärme auf die Umfassungswand 4 weitestgehend unterbunden wird. Durch Figur 2 wird eine vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Schottenheizfläche 8 aufgezeigt. Dabei wird die Umfassungswand 4 bzw. Rohrwand 5, die in der Regel die Stirn- und Rückwand sowie zwei Seitenwände des Zwangdurchlaufdampferzeugers beinhalten, im Bereich der Brennkammer 2 und zwar zwischen Oberkante des obersten Brenners 6 und Unterkante der untersten Nachschaltheizfläche 7 {der Bereich ist in Figur 2 mit "S" bezeichnet bzw. markiert), zum Teil durch eine oder mehrere Schottenheizfläche(n) 8 abgedeckt, wobei gemäß Figur 2 beispielhaft an jeder einzelnen Rohrwand eine Schottenheizfläche 8, also insgesamt vier, angeordnet sind. Durch die gezielte Anordnung der Schottenheizfläche 8 speziell in diesem Bereich der Brennkammer 2 kann glanz gezielt der in der Regel heißeste Bereich der Umfassungswand 4 bzw. Rohrwand 5 innerhalb der Brennkammer 2 abgedeckt werden. Die Schottenheizfläche 8 kann innerhalb des Zwangdurchlaufdampferzeugers 1 vorteilhaft als Überhitzerheizfläche eingesetzt werden. Möglich ist jedoch auch der Einsatz als Zwischenüberhitzerheizfläche.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Zwangdurchlaufdampferzeuger
    2
    Brennkammer
    3
    Rauchgaszug
    4
    Umfassungswand
    5
    Rohrwand
    6
    Brenner
    7
    Nachschaltheizfläche
    8
    Schottenheizfläche
    9
    Rauchgasaustritt

Claims (8)

  1. Zwangdurchlaufdampferzeuger für den Einsatz von Dampftemperaturen von über 650°C, wobei der Zwangdurchlaufdampferzeuger ( 1 ) eine Brennkammer ( 2 ) und einen an deren oberen Ende anschließenden Rauchgaszug ( 3 ) sowie diese umgebende Umfassungswände ( 4 ) aufweist, wobei die Umfassungswände ( 4 ) aus Rohrwänden (5 ) gebildet sind, deren Rohre das Arbeitsmedium Wasser/Dampf führen, die Brennkammer ( 2 ) wenigstens einen Brenner ( 6) aufweist und im Rauchgaszug (3) Nachschaltheizflächen ( 7 ) angeordnet sind, wobei ein Teil der Umfassungswände ( 4 ) im Bereich der Brennkammer ( 2 ) durch wenigstens eine Schottenheizfläche (8) abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfassungswände ( 4 ) aus modifizierten, warmfesten 2,25-2,5% Chromstählen bestehen, die nach deren schweißtechnischer Verarbeitung keine Wärmenachbehandlung benötigen.
  2. Zwangdurchlaufdampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bereich der Brennkammer ( 2 ) einen Teil der Umfassungswände ( 4 ) abdeckende Schottenheizfläche (8) zwischen Oberkante des zuoberst gelegenen Brenners (6) und Unterkante der untersten Nachschaltheizfläche ( 7 ) angeordnet ist.
  3. Zwangdurchlaufdampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekenntzeichnet, dass zumindest ein Teil der Umfassungswände (4) aus einem der Werkstoffe T23, T24 oder einem anderen Werkstoff mit ähnlicher chemischer Zusammensetzung gebildet ist.
  4. Zwangdurchlaufdampferzeuger nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottenheizfläche (8) aus martensitischen Stählen mit 9-12% Chromanteil, austenitischen Stählen oder Nickelbasislegierungen gebildet ist
  5. Zwangdurchlaufdampferzeuger nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottenheizfläche ( 8 als Überhitzerheizfläche ausgebildet ist.
  6. Zwangdurchlaufdampferzeuger nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottenheizfläche ( 8 ) als Zwischenüberhitzerheizfläche ausgebildet ist.
  7. Zwangdurchlaufdampferzeuger nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottenheizfläche ( 8 ) parallel zur Umfassungswand (4) angeordnet ist.
  8. Zwangdurchlaufdampferzeuger nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottenheizfläche ( 8 ) anliegend an der Umfassungswand (4) verläuft.
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