WO2006106079A2 - Dampferzeuger - Google Patents

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WO2006106079A2
WO2006106079A2 PCT/EP2006/061225 EP2006061225W WO2006106079A2 WO 2006106079 A2 WO2006106079 A2 WO 2006106079A2 EP 2006061225 W EP2006061225 W EP 2006061225W WO 2006106079 A2 WO2006106079 A2 WO 2006106079A2
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tubes
water
superheater
evaporator
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Joachim Franke
Rudolf Kral
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Siemens Aktiengesellschaft
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Priority to CA2603934A priority patent/CA2603934C/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1807—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
    • F22B1/1815—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines using the exhaust gases of gas-turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a steam generator in which in a Walkergaskanal a formed from a number of evaporator tubes evaporator fürlaufsammlungflache and one of a number of the evaporator tubes downstream of the booster tubes nachge ⁇ switched Kochhitzerrohren formed are arranged.
  • a continuous steam generator In a continuous steam generator, the heating of a number of evaporator tubes leads to a complete evaporation of the flow medium in the evaporator tubes in one passage.
  • the flow medium - usually water - is supplied to the evaporator tubes downstream superheater tubes after its evaporation and overheated there.
  • the position of the evaporation end point, ie the boundary region between unvaporized and vaporized flow medium, is variable and mode-dependent.
  • the evaporating end ⁇ point is, for example, in an end region of the evaporator tubes so that the superheat of the evaporated flow medium ⁇ be already in the evaporator tubes begins.
  • a continuous steam generator is not subject to any pressure limitation, so that it is possible for live steam pressures far above the critical pressure of water (P K ⁇ ⁇ 221 bar) - where no distinction between the phases water and steam and thus no phase separation is possible is - can be designed.
  • Such continuous steam generators can be used in gas and steam turbine plants, in which the heat contained in the expanded working medium or heating gas from the gas turbine is used to generate steam for the steam turbine.
  • the insert can be used in combination with a so-called industrial gas turbine with a design be provided power to about 60 MW.
  • the preheating and evaporation of the water and the further overheating of the generated steam can be provided in a single pass-through heating surface
  • Pipes are connected on the inlet side with inlet headers for the supercooled feed water and on the outlet side with outlet heaters for the superheated steam.
  • the hot exhaust gas from the Gastur ⁇ bine is usually first passed to the uncooled tubes of the superheater section of the continuous steam generator, which usually have to consist of high-quality temperature-resistant materials for this reason.
  • the feeding of the evaporator section may be provided with a minimum flow of flow medium to ensure safe cooling of the steam generator tubes.
  • just at low loads of, for example, less than 40% of the design load of the corresponding steam flow mass flow through the steam generator tubes usually no longer sufficient for their cooling, so that this passage of flow medium through the evaporator, an additional flow rate of fluid is superimposed.
  • the separation of water from the Strö ⁇ tion medium is usually necessary before it enters the superheater section of the once-through steam generator.
  • the through ⁇ laufelles in their entirety by means disposed in a heating ⁇ gas channel, formed of a number of evaporator tubes evaporating heating and ser flow medium side downstream by the ⁇ be formed of a number of superheater tubes superheater formed, wherein the flow medium side between the Evaporator continuous heating surface and the superheater heating a water separation system is connected.
  • the evaporator section forming evaporator tubes usually in egg ⁇ NEN or more outlet headers lead, of which water-steam separator is guided from the flow medium in a downstream.
  • a separation of the flow medium in water and in steam wherein the steam is transferred into a superheater tubes upstream distribution system, where a division of the steam mass flow is carried out on the individual, on the flow medium side parallel superheater tubes.
  • the vaporization end point of the continuous steam generator is determined by the interposition of the water separation system in start-up and low-load operation and not - as in full-load operation - variable. So that the operational flexibility of such a construction is ⁇ ⁇ as it considerably reduced the once-through steam generator in the low-load operation. Furthermore, the gen at a derarti ⁇ construction material selection must separation systems typically particularly with regard be designed that the steam is clearly overheated in the separator in pure continuous operation. The required material selection also leads to a significant restriction of operational flexibility.
  • the design called also requires that occurring in the once-through steam generator in which he ⁇ most start-water emissions shall keep complete sheath system included in From ⁇ and amortized over the subsequent separation bottle and drain valves in the expander must be able to.
  • the resulting ver ⁇ comparatively large dimensioning of separating bottle and drain valves leads to a considerable compassionsund assembly costs.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a steam generator of the above-mentioned type, which is maintained at comparatively low production and assembly costs.
  • Wand also has a particularly ⁇ high operational flexibility when starting and in low load operation.
  • This object is achieved according to the invention by integrating in each case one water separation element into a number of one or more evaporator tubes each having one or more superheater tubes and connecting one or more superheater tubes to the flow medium side.
  • the invention is based on the consideration that the
  • the continuous steam generator can be designed in so-called upright construction or in so-called horizontal construction.
  • a particularly simple design of the Wasserabscheideetic with high reliability of water separation can be achieved by the respective Wasserabscheideelement vorteilhaf ⁇ ttem is designed for a Trägheitsseparation of water from the steam in the flow medium.
  • the respective Wasserabscheideele ⁇ ment preferably comprises a connected to the upstream evaporator tube Einströmrohr frec, seen in its longitudinal direction merges into a Wasserableitrohr yoga, wherein the transition region branches off a number of connected each with a nachgeschalte ⁇ th superheater tube Abströmrohr structurien.
  • the inflow pipe piece is preferably embodied substantially rectilinearly, whereby it can be arranged with its longitudinal direction substantially horizontally or also in a predetermined tilting or tilting angle.
  • an inclination in the flow direction downwards is preferred.
  • an inflow of the inflow pipe section may be provided via a pipe bend coming from above, so that in this case the flow medium is pressed towards the outside of the curvature due to the centrifugal force.
  • the water component of the flow medium preferably flows along the outer region of the bend.
  • preferably provided for the discharge of the vapor portion outflow pipe piece is aligned to the inside of the curvature.
  • the Wasserableitrohr choir is preferably designed in its inlet region as downwardly curved pipe bend. This is facilitated in a particularly simple and low-loss way, a deflection of the separated water for demand-feeding into subsequent systems.
  • the Wasserabscheide comprise water outlet side so in particular with their Wasserableitrohr ⁇ pieces, connected in groups with a number of common outlet collectors.
  • the flow medium side of the water separator the outlet ⁇ collectors of the evaporator tubes is connected downstream of the respective Wasserabscheideelement now the outlet header connected upstream.
  • the outlet headers are advantageously followed by a number of water collection containers.
  • the water collection container (s) may in turn be connected on the output side with suitable systems such as, for example, an atmospheric expander or via a circulating pump with the circulation of the continuous steam generator.
  • suitable systems such as, for example, an atmospheric expander or via a circulating pump with the circulation of the continuous steam generator.
  • suitable systems such as, for example, an atmospheric expander or via a circulating pump with the circulation of the continuous steam generator.
  • the evaporation end point is still in the evaporator tubes.
  • only a part of the resulting water can be separated, wherein the remaining still unevaporated flow medium is passed along with the evaporated flow medium into the subsequent superheater tubes. In this case, the evaporation end point shifts into the superheater tubes.
  • the Wasserab- sheath elements on the water side downstream components such as the outlet header, or water storage tank be completely filled with water, so that when further flowing to ⁇ water in the respective pipe sections a back pressure forming.
  • the so-called overfeed of the separation system is connected in a particularly advantageous ⁇ example embodiment in a connected to the water storage tank outflow pipe a device via an associated control ⁇ controllable control valve.
  • the rule is ⁇ device advantageously be subjected to a tropic phenomenon character for the enthalpy of the flow medium at the outlet of the superheater ⁇ input value.
  • Valve of the effluent from the water collection mass flow adjustable Since this is affected by a corresponding Thus mass flow is replaced from the Wasserabscheidemaschinen, thus the mass flow is adjustable, which passes from the Wasserabscheidemaschinen in the collection system.
  • This in turn also makes it possible to adjust the partial flow which is passed into the superheater tubes together with the steam, so that a predetermined enthalpy can be maintained via an appropriate setting of this partial flow, for example at the end of the superheater section of the continuous heating surface.
  • the further given, together with the steam to the superheater tubes ⁇ water partial flow also influenced by a corresponding control of superimposed recirculation loop.
  • associated with the water separator control means comprises the evaporator tubes assigned to the circulation pump can be controlled.
  • the steam generator is used as a heat recovery steam generator of a gas and steam turbine plant.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that by the integration of water separation in the pipe system of the steam generator, the water separation without prior collection of effluent from the evaporator tubes flow medium and without subsequent distribution of the passed to the superheater tubes flow medium on the
  • Superheater pipes can be done. This can save costly collection and distribution systems.
  • the transfer of fluid to the superheater tubes is not limited to steam only; Rather, now a water-steam mixture can be continued to the superheater tubes. Especially thereby the evaporation end point over the separating point between ⁇ evaporator tubes and superheater tubes addition, if necessary, be moved in in the superheater tubes.
  • a particularly high operational flexibility can also be achieved in start-up or low-load operation of the continuous steam generator.
  • the Wasserabscheideimplantation insbesonde ⁇ re as T-pieces on the basis of the existing already existing bore of the continuous steam generator.
  • the steam generator 1 shown in FIG 1 is designed ger than fürlaufdampferzeu- and as a component of a gas and steam turbines ⁇ a gas turbine, not shown nena location downstream of the exhaust gas side in the manner of a heat recovery steam generator.
  • the steam generator 1 has a surrounding wall 2, which forms egg ⁇ nen heating gas channel 4 for the exhaust gas from the gas turbine.
  • evaporator tubes 6 evaporator fürlaufterrorism behavior 8 and one of these for the flow of a flow medium W, D nachge ⁇ switched, formed from a number of superheater tubes 10 superheater heating 12 are arranged.
  • the superheater heating surface With regard to the guidance of the exhaust gas stream from the gas turbine, the superheater heating surface
  • the steam generator 1 is designed in a vertical construction, wherein the heating gas channel 4 is flowed through from the exhaust gas of the gas turbine in the area of the evaporator fürlaufsammlung phenomenon 8 and the Kochhitzersammlung constitutional 12 in a substantially vertical direction from bottom to top and at its upper end in a chimney 14th ends.
  • the evaporator tubes 6 and the superheater tubes 10 are laid in the manner of tube ⁇ snakes alternately oriented horizontally in the heating gas channel 4.
  • the steam generator 1 could also be designed in a horizontal construction for a substantially horizontally guided flue gas flow in the heating gas channel 4, preferably with alternately vertically oriented pipe coils.
  • the evaporator tubes 6 of the evaporator continuous heating surface 8 are connected with their inlet ends to an inlet header 16.
  • the superheater tubes 10, however, are connected on the outlet side to an outlet header 18.
  • loading may also be in the Schugaskanal 4 also Bank ⁇ surfaces, such as an economizer, preheater and / or convective Matterhitzersammlung lake arranged.
  • each evaporator tube 6 is connected to one superheater tube 10 via a respective overflow tube piece 20.
  • a group-like interconnection can be provided, in which one or more evaporator tubes 6 are connected via one over ⁇ strömrohr choir 20 with one or more superheater tubes 10.
  • the continuous steam generator 1 is designed so that even in start-up or low-load operation, in which the evaporator tubes 6 in addition to the vaporizable mass flow of flow medium W for reasons of operational safety nor another Ummélzmassenstrom is superimposed on flow medium W, the position of the evaporation end point for a particularly high operational flexibility can be kept variable.
  • the evaporation end point in start-up and low-load operation in the interpretation of the Strö ⁇ tion medium at the end of the evaporator tubes 6 is not fully ⁇ constantly evaporated, are moved into the superheater tubes 10.
  • the overflow pipe pieces 20 are provided with an integrated water separation function.
  • a sufficiently gleichför ⁇ mige or even distributed dissemination of water-steam mixture to the superheater tubes 10 is also possible if a distribution to not more than about ten superheater tubes 10 takes place.
  • the respective Wasserabscheide- element 30 comprises a connected to the upstream evaporator tube 6 Einströmrohr Kab 32, seen in its longitudinal direction merges into a Wasserableitrohr Kab 34, wherein in the transition region 36 branches off a connected to the downstream superheater tube 10 Abströmrohr collage 38.
  • the Wasserabscheideelement 30 is designed for a Träg ⁇ heitsseparation of the flowing from the upstream evaporator tube 6 in the Einströmrohr Biology 32 water-steam mixture. Because of its comparatively higher inertia, namely, the water content of the flow medium flowing in the inflow pipe 32 flows at the transition point 36, preferably in the axial extension of the inflow pipe 32, straight on and thus enters the water drain. Pipe section 34.
  • Water outlet side, so on the Wasserableitrohr publishede 34, the Wasserabscheidemaschine 30 are connected in groups with a respective common outlet collector 40, wherein a plurality of outlet headers 40 may be provided in groups.
  • the outlet collectors 40 are in turn connected on the output side to a common water collecting container 42, in particular a separating bottle.
  • the designed as a T-piece of water Wasserabscheidemaschine 30 can be designed optimized in terms of their separation efficiency. Exemplary embodiments of this can be taken from FIGS. 3A to 3D.
  • the inflow pipe piece 32 together with the water drainage pipe piece 34 following it, can be made essentially straight and inclined with its longitudinal direction relative to the horizontal.
  • the inflow ⁇ pipe piece 32 also still knee-shaped bent pipe section 50 upstream, which causes due to its bending and spatli ⁇ chen arrangement that the inflowing into the Einströmrohr collage 32 water due to the centrifugal force preferably to the the Abströmrohr Kab 38 opposite Inner wall side of Einströmrohr smiling 32 and Wasserableitrohr collage 34 is pressed.
  • the further transport of the water content in the Wasserableitrohr fabrics 34 is favored into, so that the Abscheide Angel increases overall.
  • a similar enhancement of the separation effect, as shown in FIG. 3B, can also be achieved if the inflow pipe piece 32 and the water drainage pipe piece 34 are substantially horizontal. zontal are aligned by also a suitably gebo ⁇ gen guided pipe section 50 is connected upstream.
  • FIG. 3C An exemplary embodiment is illustrated in FIG. 3C in that the water separation element 30 connects a single upstream evaporator tube 6 to a plurality of, in the exemplary embodiment, two superheater tubes 10 connected downstream.
  • two outflow pipe sections 38 branch off from the media channel formed by the inflow pipe section 32 and the water drainage pipe section 34, each of which is in each case connected to a downstream superheater pipe 10.
  • the Abströmrohr Sharing 34 - as shown in FIG 3D - be designed as downwardly curved pipe bend or comprise a correspondingly designed section.
  • the water collecting container 42 is connected on the output side via a connected outflow line 52 to a sewage system (not shown).
  • the outflow conduit 52 may directly or via a non-illustrated EconomizerSystemflache with the evaporator tubes 6 provided ⁇ switched inlet header 12 be connected so that a closed circulation circuit is formed, via the in start-up or low-load operation the air flowing into the evaporator tubes 6 flow medium a additional circulation can be superimposed to increase operational safety.
  • the separation system 31 can be operated in such a manner that virtually all of the water still entrained at the outlet of the evaporator tubes 6 is separated from the flow medium and substantially only evaporated flow medium is passed on to the superheater tubes 10.
  • the Wasserabscheidesystem 31 but also be operated in the so-called over-feed mode in which not all water is separated from the flow medium, but together with the steam D a partial flow of entrained water is passed on to the superheater tubes 10. In this mode of operation, the evaporation end point shifts into the superheater tubes 10.
  • the water separation system 31 is associated with a control device 60 which is connected on the input side to a measuring sensor 62 designed to determine a characteristic value characteristic of the enthalpy at the flue gas end of the superheater heating surface 12.
  • the control device 60 acts on the one hand a to a flow line in the Ab ⁇ 52 of the water collecting container 42 switched control valve 64th This can be achieved by targeted activation of the Control valve 64, the water flow can be specified, which is taken from the separation system 31. This mass flow can in turn be withdrawn from the flow medium in the water separation elements 30 and forwarded to the subsequent collection systems.
  • the controller 60 may still act on a circulation pump, so that the can be adjusted Addressing ⁇ the medium strömrate ent in the water separator 31 ⁇ .

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger (1), bei dem in einem Heizgaskanal (4) eine aus einer Anzahl von Verdampferrohren (6) gebildete Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) und eine aus einer Anzahl von den Verdampferrohren (6) strömungsmediumsseitig nachgeschalteten Überhitzerrohren (10) gebildete Überhitzerheizfläche (12) angeordnet sind, wobei in eine Anzahl von jeweils ein oder mehrere Verdampferrohre (6) mit jeweils einem oder mehreren Überhitzerrohren (10) strömungsmediumsseitig verbindenden Überströmrohrstücken (20) jeweils ein Wasserabscheideelement (30) integriert ist.

Description

Dampferzeuger
Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, bei dem in einem Heizgaskanal eine aus einer Anzahl von Verdampferrohren gebildete Verdampfer-Durchlaufheizflache und eine aus einer Anzahl von den Verdampferrohren strömungsmediumsseitig nachge¬ schalteten Überhitzerrohren gebildete Überhitzerheizfläche angeordnet sind.
In einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung einer Anzahl von Verdampferrohren zu einer vollständigen Verdampfung des Strömungsmediums in den Verdampferrohren in einem Durch- gang. Das Strömungsmedium - üblicherweise Wasser - wird nach seiner Verdampfung den Verdampferrohren nachgeschalteten Überhitzerrohren zugeführt und dort überhitzt. Die Position des Verdampfungsendpunkts, d. h. der Grenzbereich zwischen unverdampftem und verdampftem Strömungsmedium, ist dabei va- riabel und betriebsartabhängig. Beim Volllastbetrieb eines derartigen Durchlaufdampferzeugers liegt der Verdampfungsend¬ punkt beispielsweise in einem Endbereich der Verdampferrohre, so dass die Überhitzung des verdampften Strömungsmediums be¬ reits in den Verdampferrohren beginnt. Ein Durchlaufdampf- erzeuger unterliegt im Gegensatz zu einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger keiner Druckbegrenzung, so dass er für Frischdampfdrücke weit über dem kritischen Druck von Wasser (PKπ Ä 221 bar)- wo keine Unterscheidung der Phasen Wasser und Dampf und damit auch keine Phasentrennung möglich ist - ausgelegt werden kann.
Derartige Durchlaufdampferzeuger können in Gas- und Dampfturbinenanlagen eingesetzt werden, bei denen die im entspannten Arbeitsmittel oder Heizgas aus der Gasturbine enthaltene Wär- me zur Erzeugung von Dampf für die Dampfturbine genutzt wird. Dabei kann der Einsatz insbesondere in Kombination mit einer so genannten industriellen Gasturbine mit einer Auslegungs- leistung bis etwa 60 MW vorgesehen sein. Bei derartigen Konzepten kann im Hinblick auf die durch die Nennleistung vorgegebenen Randbedingungen die Vorwärmung und Verdampfung des Wassers und die weitere Überhitzung des erzeugten Dampfes in einer einzigen Durchlaufheizfläche vorgesehen sein, deren
Rohre eingangsseitig mit Eintrittssammlern für das unterkühlte Speisewasser und ausgangsseitig mit Austrittssammlern für den überhitzten Dampf verbunden sind.
Im Schwachlastbetrieb oder beim Anfahren eines derartigen
Durchlaufdampferzeugers wird das heiße Abgas aus der Gastur¬ bine üblicherweise zunächst auf die ungekühlten Rohre der Überhitzersektion des Durchlaufdampferzeugers geleitet, die aus diesem Grund üblicherweise aus hochwertigen temperatur- festen Materialien bestehen müssen. Alternativ kann auch die Bespeisung der Verdampfersektion mit einem Mindeststrom an Strömungsmedium vorgesehen sein, um eine sichere Kühlung der Dampferzeugerrohre zu gewährleisten. Dabei reicht gerade bei niedrigen Lasten von beispielsweise weniger als 40 % der Aus- legungslast der der zugehörigen Dampfleistung entsprechende Durchlaufmassenstrom durch die Dampferzeugerrohre üblicherweise nicht mehr zu deren Kühlung aus, so dass diesem Durchlauf an Strömungsmedium durch den Verdampfer ein zusätzlicher Durchsatz an Strömungsmedium überlagert wird. In diesem Fall ist üblicherweise eine Abtrennung von Wasser aus dem Strö¬ mungsmedium notwendig, bevor dieses in die Überhitzersektion des Durchlaufdampferzeugers eintritt. Dazu kann die Durch¬ laufheizfläche in ihrer Gesamtheit durch eine in einem Heiz¬ gaskanal angeordnete, aus einer Anzahl von Verdampferrohren gebildete Verdampfer-Durchlaufheizfläche und durch eine die¬ ser strömungsmediumsseitig nachgeschaltete, aus einer Anzahl von Überhitzerrohren gebildete Überhitzerheizfläche gebildet sein, wobei strömungsmediumsseitig zwischen die Verdampfer- Durchlaufheizfläche und die Überhitzerheizfläche ein Wasser- abscheidesystem geschaltet ist. Bei derartigen Durchlaufdampferzeugern münden die die Verdampfersektion bildenden Verdampferrohre üblicherweise in ei¬ nen oder mehrere Austrittssammler, von denen aus das Strömungsmedium in einen nachgeschalteten Wasser-Dampf-Abscheider geführt wird. Dort erfolgt eine Trennung des Strömungsmediums in Wasser und in Dampf, wobei der Dampf in ein den Überhitzerrohren vorgeschaltetes Verteilersystem überführt wird, wo eine Aufteilung des Dampfmassenstroms auf die einzelnen, strömungsmediumsseitig parallel geschalteten Überhitzerrohre erfolgt.
Bei einer derartigen Bauweise ist durch die Zwischenschaltung des Wasserabscheidesystems im Anfahr- und Schwachlastbetrieb der Verdampfungsendpunkt des Durchlaufdampferzeugers festge- legt und nicht - wie beim Volllastbetrieb - variabel. Damit ist die betriebliche Flexibilität bei einer derartigen Bau¬ weise des Durchlaufdampferzeugers im Schwachlastbetrieb er¬ heblich eingeschränkt. Des Weiteren müssen bei einer derarti¬ gen Bauweise die Abscheidesysteme in der Regel insbesondere hinsichtlich der Materialwahl dafür ausgelegt sein, dass der Dampf im Abscheider im reinen Durchlaufbetrieb deutlich überhitzt ist. Die erforderliche Materialauswahl führt ebenfalls zu einer erheblichen Einschränkung der betrieblichen Flexibilität. Hinsichtlich der Dimensionierung und Bauart der erfor- derlichen Komponenten bedingt die genannte Bauweise zudem, dass der beim Anfahren des Durchlaufdampferzeugers in der er¬ sten Anfahrphase auftretende Wasserausstoß vollständig im Ab¬ scheidesystem aufgenommen und über die nachgeschaltete Abscheideflasche und die Ablaufventile in den Entspanner abge- führt werden können muss. Die daraus resultierende ver¬ gleichsweise große Dimensionierung von Abscheideflasche und Ablaufventilen führt zu einem beträchtlichen Herstellungsund Montageaufwand.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der oben genannten Art anzugeben, der bei vergleichsweise gering gehaltenen Herstellungs- und Montageauf- wand auch beim Anfahren und im Schwachlastbetrieb eine beson¬ ders hohe betriebliche Flexibilität aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem in eine An- zahl von jeweils ein oder mehrere Verdampferrohre mit jeweils einem oder mehreren Überhitzerrohren strömungsmediumsseitig verbindenden Überströmrohrstücken jeweils ein Wasserabscheideelement integriert ist.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass der
Durchlaufdampferzeuger zur Gewährleistung einer besonders hohen betrieblichen Flexibilität auch im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb für einen variablen Verdampfungsendpunkt ausge¬ legt sein sollte. Dazu sollte die bei bisherigen Systemen üb- liehe bauartbedingte Fixierung des Verdampfungsendpunktes im Wasserabscheidesystem vermieden werden. Im Hinblick auf die Erkenntnis, dass diese Fixierung im Wesentlichen durch die Sammlung des aus den Verdampferrohren abströmenden Strömungsmediums, die nachfolgende Wasserabscheidung in einer zentra- len Wasserabscheideeinrichtung und die anschließende Verteilung des Dampfes auf die Überhitzerrohre entsteht, sollte ei¬ ne Dezentralisierung der Wasserabscheidefunktion vorgenommen werden. Die Wasserabscheidung sollte dabei insbesondere derart ausgelegt sein, dass nach der Wasserabscheidung keine zu komplexe Verteilung des Strömungsmediums vorgesehen ist, da gerade diese für ein Wasser-Dampf-Gemisch nicht praktikabel ist. Dies ist erreichbar, indem unter Abweichung von der üblicherweise vorgesehenen zentralen Wasser-Dampf-Trennung das Wasserabscheidesystem dezentral konzipiert ist, wobei die Ab- scheidefunktion in zur strömungsmediumsseitigen Verbindung der Verdampferrohre mit den nachgeschalteten Überhitzerrohren ohnehin notwendige Rohrstücke integriert ist.
Der Durchlaufdampferzeuger kann in so genannter stehender Bauweise oder auch in so genannter liegender Bauweise ausgeführt sein. Somit kann also der Heizgaskanal für eine Durch¬ strömung des Heizgases in einer im wesentlichen vertikalen oder auch in einer im wesentlichen horizontalen Durchströmungsrichtung ausgelegt sein.
Eine besonders einfache Bauweise der Wasserabscheideelemente bei hoher Zuverlässigkeit der Wasserabscheidung ist erreichbar, indem das jeweilige Wasserabscheideelement vorteilhaf¬ terweise für eine Trägheitsseparation des Wassers vom Dampf im Strömungsmedium ausgelegt ist. Dazu wird vorzugsweise die Erkenntnis genutzt, dass der Wasseranteil des Strömungsmedi- ums aufgrund seiner im Vergleich zum Dampfanteil höheren
Trägheit bevorzugt in seiner Strömungsrichtung geradeaus wei¬ terströmt, während der Dampfanteil vergleichsweise besser ei¬ ner aufgezwungenen Umlenkung zu folgen vermag. Um dies bei hoher Abscheidewirkung für eine vergleichsweise einfache Bau- weise des Wasserabscheideelements zu nutzen, ist dies in be¬ sonders vorteilhafter Ausgestaltung in der Art eines T-Stücks ausgeführt. Dabei umfasst das jeweilige Wasserabscheideele¬ ment vorzugsweise ein mit dem vorgeschalteten Verdampferrohr verbundenes Einströmrohrstück, das in seiner Längsrichtung gesehen in ein Wasserableitrohrstück übergeht, wobei im Übergangsbereich eine Anzahl von mit jeweils einem nachgeschalte¬ ten Überhitzerrohr verbundenen Abströmrohrstücken abzweigt. Der Wasseranteil des in das Einströmrohrstück einströmenden Strömungsmediums wird dabei in Folge seiner vergleichsweise höheren Trägheit an der Verzweigungsstelle im Wesentlichen ohne Umlenkung in Längsrichtung weitertransportiert und tritt somit in das Wasserableitrohrstück über. Demgegenüber ist für den Dampfanteil aufgrund seiner vergleichsweise geringeren Trägheit eine Umlenkung leichter möglich, so dass der Dampf- anteil in das oder die abzweigenden Abströmrohrstücke über¬ tritt.
Vorzugsweise ist das Einströmrohrstück dabei im Wesentlichen geradlinig ausgeführt, wobei es mit seiner Längsrichtung im Wesentlichen horizontal oder auch in einem vorgegebenen Nei- gungs- oder Verkippungswinkel angeordnet sein kann. Dabei ist vorzugsweises eine Neigung in Strömungsrichtung abwärts vor- gesehen. Alternativ kann eine Anströmung des Einströmrohrstücks über einen von oben kommenden Rohrbogen vorgesehen sein, so dass in diesem Falle das Strömungsmedium aufgrund der Zentrifugalkraft in Richtung Außenseite der Krümmung ge- presst wird. Dadurch strömt bevorzugt der Wasseranteil des Strömungsmediums am Außenbereich der Krümmung entlang. Bei dieser Ausgestaltung ist somit bevorzugt das für die Abführung des Dampfanteils vorgesehene Abströmrohrstück zur Innenseite der Krümmung hin ausgerichtet .
Das Wasserableitrohrstück ist vorzugsweise in seinem Eintrittsbereich als nach unten gekrümmter Rohrbogen ausgeführt. Damit ist auf besonders einfache und verlustarme Weise eine Umlenkung des abgeschiedenen Wassers zur bedarfsgerechten Einspeisung in nachfolgende Systeme erleichtert.
Vorteilhafterweise sind die Wasserabscheideelemente wasser- ausgangsseitig, also insbesondere mit ihren Wasserableitrohr¬ stücken, gruppenweise mit einer Anzahl von gemeinsamen Aus- trittssammlern verbunden. Bei einer derartigen Verschaltung ist somit im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen strömungsmediumsseitig der Wasserabscheider den Austritts¬ sammlern der Verdampferrohre nachgeschaltet ist, nunmehr das jeweilige Wasserabscheideelement dem Austrittssammler vorge- schaltet. Gerade dadurch ist auch im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb die direkte Überführung von Strömungsmedium aus den Verdampferrohren in die Überhitzerrohre ohne Zwischenschaltung von Sammler- oder Verteilersystemen möglich, so dass der Verdampfungsendpunkt auch in die Überhitzerrohre hineinverlagert werden kann. Den Austrittssammlern ist dabei vorteilhafterweise eine Anzahl von Wassersammelbehältern nachgeschaltet. Der oder die Wassersammelbehälter können dabei ihrerseits ausgangsseitig mit geeigneten Systemen wie beispielsweise einem atmosphärischen Entspanner oder über ei- ne Umwälzpumpe mit dem Umlauf des Durchlaufdampferzeugers verbunden sein. Bei der Trennung von Wasser und Dampf im Wasserabscheidesystem kann entweder nahezu der gesamte Wasseranteil abgeschie¬ den werden, so dass lediglich noch verdampftes Strömungsmedi¬ um an die nachgeschalteten Überhitzerrohre weitergegeben wird. In diesem Fall liegt der Verdampfungsendpunkt noch in den Verdampferrohren. Alternativ kann aber auch nur lediglich ein Teil des anfallenden Wassers abgeschieden werden, wobei das restliche noch unverdampfte Strömungsmedium zusammen mit dem verdampften Strömungsmedium in die nachfolgenden Überhit- zerrohre weitergegeben wird. In diesem Fall verschiebt sich der Verdampfungsendpunkt in die Überhitzerrohre hinein.
Im letztgenannten Fall, auch als Überspeisung der Abscheideeinrichtung bezeichnet, werden zunächst die den Wasserab- scheideelementen wasserseitig nachgeschalteten Komponenten wie beispielsweise Austrittssammler oder Wassersammelbehälter vollständig mit Wasser befüllt, so dass sich bei weiter zu¬ strömendem Wasser in den entsprechenden Leitungsstücken ein Rückstau bildet. Sobald dieser Rückstau die Wasserabscheide- elemente erreicht hat, wird zumindest ein Teilstrom von neu zuströmendem Wasser gemeinsam mit dem im Strömungsmedium mitgeführtem Dampf an die nachfolgenden Überhitzerrohre weitergegeben. Um in diesem Betriebsmodus der so genannten Überspeisung des Abscheidesystems eine besonders hohe betriebli- che Flexibilität zu gewährleisten, ist in besonders vorteil¬ hafter Ausgestaltung in eine an den Wassersammelbehälter angeschlossene Abflussleitung ein über eine zugeordnete Regel¬ einrichtung ansteuerbares Stellventil geschaltet. Die Regel¬ einrichtung ist dabei vorteilhafterweise mit einem für die Enthalpie des Strömungsmediums am Austritt der Überhitzer¬ heizflächecharakteristischen Eingangswert beaufschlagbar.
Durch ein derartiges System ist im Betriebsmodus des über¬ speisten Abscheidesystems durch gezielte Ansteuerung des in die Abflussleitung des Wassersammelbehälters geschalteten
Ventils der aus dem Wassersammelbehälter abströmende Massenstrom einstellbar. Da dieser durch einen entsprechenden Was- ser-Massenstrom aus den Wasserabscheideelementen ersetzt wird, ist somit auch der Massenstrom einstellbar, der aus den Wasserabscheideelementen in das Sammelsystem gelangt. Damit ist wiederum auch derjenige Teilstrom einstellbar, der ge- meinsam mit dem Dampf in die Überhitzerrohre weitergegeben wird, so dass über eine entsprechende Einstellung dieses Teilstroms beispielsweise am Ende der Überhitzersektion der Durchlaufheizfläche eine vorgegebene Enthalpie eingehalten werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann der gemeinsam mit dem Dampf an die Überhitzerrohre weitergegebene Wasser¬ teilstrom auch beeinflusst werden durch eine entsprechende Steuerung des überlagerten Umwälzkreislaufs. Dazu ist in wei¬ terer oder alternativer vorteilhafter Ausgestaltung über die dem Wasserabscheidesystem zugeordnete Regeleinrichtung eine den Verdampferrohren zugeordnete Umwälzpumpe ansteuerbar.
Zweckmäßigerweise wird der Dampferzeuger als Abhitzedampferzeuger einer Gas- und Dampfturbinenanlage verwendet .
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Integration der Wasserabscheidung in das Rohrsystem des Dampferzeugers die Wasserabscheidung ohne vorherige Sammlung des aus den Verdampferrohren abströmenden Strömungsmediums und ohne nachfolgende Verteilung des an die Überhitzerrohre weitergegebenen Strömungsmediums auf die
Überhitzerrohre erfolgen kann. Damit können aufwendige Sam- mel- und Verteilsysteme eingespart werden. Durch den Entfall aufwendiger Verteilsysteme 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. Gerade dadurch kann der Verdampfungsendpunkt über die Trenn¬ stelle zwischen Verdampferrohren und Überhitzerrohren hinaus bedarfsweise in die Überhitzerrohre hineinverschoben werden. Damit ist eine besonders hohe betriebliche Flexibilität auch im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb des Durchlaufdampferzeu- gers erreichbar. Darüber hinaus können die Wasserabscheideelemente insbesonde¬ re als T-Stücke auf Basis der ohnehin vorhandenen Berohrung des Durchlaufdampferzeugers ausgeführt sein. Diese T-Stücke können vergleichsweise dünnwandig ausgeführt sein, wobei Durchmesser und Wandstärke in etwa mit denen der Wandrohre vergleichbar gehalten werden können. Damit werden durch die dünnwandige Ausführung der Wasserabscheideelemente die An¬ fahrzeiten des Kessels insgesamt oder auch die Laständerungs- geschwindigkeiten nicht weiter begrenzt, so dass auch in Anlagen für hohe Dampfzustände vergleichsweise kurze Reaktions¬ zeiten bei Laständerungen erreichbar sind. Zudem sind derartige T-Stücke besonders kostengünstig herstellbar. Insbeson¬ dere ist auch ein zwischenzeitliches Überspeisen der Abschei- deelemente beim Anfahren oder im Schwachlastbetrieb zulässig, so dass ein Teil des auszustoßenden Verdampferwassers in den den Verdampferrohren nachgeschalteten Überhitzerrohren aufgefangen werden kann. Damit kann die Auslegung der Wassersammeisysteme wie beispielsweise der Abscheideflaschen oder der Ablaufventile für entsprechend geringere Ablaufmengen und so¬ mit kostengünstiger erfolgen. Des Weiteren ermöglicht die Verschiebung des Verdampfungsendpunktes in die Überhitzerroh¬ re hinein, eine evtl. erforderliche Wassereinspritzung und die damit verbundenen Verluste zu begrenzen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 schematisch einen Dampferzeuger in stehender Bauweise,
FIG 2 ausschnittsweise ein Wasserabscheidesystem des Durchlaufdampferzeugers nach FIG 1, und
FIG 3A - 3D jeweils ein Wasserabscheideelement. Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszei¬ chen versehen.
Der Dampferzeuger 1 gemäß FIG 1 ist als Durchlaufdampferzeu- ger ausgelegt und als Bestandteil einer Gas- und Dampfturbi¬ nenanlage in der Art eines Abhitzedampferzeugers einer nicht näher dargestellten Gasturbine abgasseitig nachgeschaltet. Der Dampferzeuger 1 weist eine Umfassungswand 2 auf, die ei¬ nen Heizgaskanal 4 für das Abgas aus der Gasturbine bildet. Im Heizgaskanal 4 sind eine aus einer Anzahl von Verdampferrohren 6 gebildete Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 und eine dieser für den Durchfluss eines Strömungsmediums W, D nachge¬ schaltete, aus einer Anzahl von Überhitzerrohren 10 gebildete Überhitzerheizfläche 12 angeordnet. Bezüglich der Führung des Abgasstroms aus der Gasturbine ist die Überhitzerheizfläche
12 der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 dabei vorgeordnet, so dass das Abgas aus der Gasturbine zunächst die Überhitzer¬ heizfläche 12 beaufschlagt.
Im Ausführungsbeispiel ist der Dampferzeuger 1 in stehender Bauweise ausgeführt, wobei der Heizgaskanal 4 vom Abgas der Gasturbine im Bereich der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 und der Überhitzerheizfläche 12 in im Wesentlichen vertikaler Richtung von unten nach oben durchströmt wird und an seinem oberen Ende in einem Kamin 14 endet. Die Verdampferrohre 6 und die Überhitzerrohre 10 sind dabei in der Art von Rohr¬ schlangen alternierend horizontal orientiert im Heizgaskanal 4 verlegt. Alternativ könnte der Dampferzeuger 1 aber auch in liegender Bauweise für eine im Wesentlichen horizontal ge- führte Rauchgasströmung im Heizgaskanal 4, vorzugsweise mit alternierend vertikal orientierten Rohrschlangen, ausgelegt sein .
Die Verdampferrohre 6 der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 sind mit ihren Eintrittsenden an einen Eintrittssammler 16 angeschlossen. Die Überhitzerrohre 10 sind hingegen aus- trittsseitig an einen Austrittssammler 18 angeschlossen. Be- darfsweise können im Heizgaskanal 4 auch noch weitere Heiz¬ flächen, beispielsweise ein Economizer, Vorwärmer und/oder konvektive Überhitzerheizflächen, angeordnet sein.
Zur strömungsmediumsseitigen Hintereinanderschaltung der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 mit der Überhitzerheizfläche 12 sind die Verdampferrohre 6 über Überströmrohrstücke 20 mit den Überhitzerrohren 10 verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist dabei in der Art einer Eins-zu-eins-Zuordnung jedes Verdamp- ferrohr 6 über jeweils ein Überströmrohrstück 20 mit jeweils einem Überhitzerrohr 10 verbunden. Alternativ kann aber auch eine gruppenartige Zusammenschaltung vorgesehen sein, bei der ein oder mehrere Verdampferrohre 6 über jeweils ein Über¬ strömrohrstück 20 mit einem oder mehreren Überhitzerrohren 10 verbunden sind.
Der Durchlaufdampferzeuger 1 ist dafür ausgelegt, dass auch im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb, bei dem den Verdampferrohren 6 zusätzlich zu dem verdampfbaren Massenstrom an Strö- mungsmedium W aus Gründen der betrieblichen Sicherheit noch ein weiterer Umwälzmassenstrom an Strömungsmedium W überlagert wird, die Position des Verdampfungsendpunkts für eine besonders hohe betriebliche Flexibilität variabel gehalten werden kann. Dazu soll der Verdampfungsendpunkt im Anfahr- und Schwachlastbetrieb, bei dem auslegungsbedingt das Strö¬ mungsmedium am Ende der Verdampferrohre 6 noch nicht voll¬ ständig verdampft ist, in die Überhitzerrohre 10 verschoben werden. Um dies zu erreichen, sind die Überströmrohrstücke 20 mit einer integrierten Wasserabscheidefunktion versehen. Dazu ist in jedes Überströmrohrstück 20 jeweils ein Wasserabschei¬ deelement 30 integriert. Damit ist insbesondere auch er¬ reicht, dass nach der Wasser-Dampf-Abscheidung eine aufwendige Verteilung von Wasser-Dampf-Gemisch W, D auf die Überhitzerrohre 10 nicht erforderlich ist.
Im Ausführungsbeispiel sind die Wasserabscheideelemente 30, von denen in FIG 1 nur eines sichtbar ist, aber derart ausge- legt, dass im Sinne einer Eins-zu-eins-Zuordnung jedes Verdampferrohr 6 mit genau einem nachfolgenden Überhitzerrohr 10 verbunden ist, so dass funktionell und schaltungstechnisch die Wasserabscheidung in die Einzelrohre hinein verlagert ist. Damit ist gewährleistet, dass im Zusammenhang mit der Wasser-Dampf-Trennung weder eine Sammlung von aus den Verdampferrohren 6 abströmendem Strömungsmedium noch eine Verteilung des weiterzuführenden Strömungsmediums auf die nachfolgenden Überhitzerrohre 10 erforderlich ist. Damit ist auf besonders einfache Weise die Verschiebung des Verdampfungs¬ endpunkts in die Überhitzerrohre 10 hinein ermöglicht. Wie sich aber herausgestellt hat, ist eine hinreichend gleichför¬ mige oder auch gleich verteilte Weitergabe von Wasser-Dampf- Gemisch an die Überhitzerrohre 10 auch dann möglich, wenn eine Verteilung auf nicht mehr als etwa zehn Überhitzerrohre 10 erfolgt.
Das durch das Wasserabscheideelement 30 und Zusatzkomponenten gebildete Wasserabscheidesystem 31 des Dampferzeugers 1, das ausschnittsweise vergrößert in FIG 2 erneut gezeigt ist, um- fasst somit eine der Anzahl von Verdampferrohren 6 und Überhitzerrohren 10 entsprechende Anzahl von Wasserabscheideele¬ menten 30, von denen jedes in der Form eines T-Rohrstücks ausgeführt ist. Dazu umfasst das jeweilige Wasserabscheide- element 30 ein mit dem vorgeschalteten Verdampferrohr 6 verbundenes Einströmrohrstück 32, das in seiner Längsrichtung gesehen in ein Wasserableitrohrstück 34 übergeht, wobei im Übergangsbereich 36 ein mit dem nachgeschalteten Überhitzerrohr 10 verbundenes Abströmrohrstück 38 abzweigt. Durch diese Bauweise ist das Wasserabscheideelement 30 für eine Träg¬ heitsseparation des aus dem vorgeschalteten Verdampferrohr 6 in das Einströmrohrstück 32 einströmenden Wasser-Dampf-Gemisches ausgelegt. Aufgrund seiner vergleichsweise höheren Trägheit strömt nämlich der Wasseranteil des im Einströmrohr- stück 32 strömenden Strömungsmediums an der Übergangsstelle 36 bevorzugt in axialer Verlängerung des Einströmrohrstücks 32 geradeaus weiter und gelangt somit in das Wasserableit- rohrstück 34. Der Dampfanteil des im Einströmrohrstück 32 strömenden Wasser-Dampf-Gemisches kann hingegen aufgrund sei¬ ner vergleichsweise geringeren Trägheit besser einer aufge¬ zwungenen Umlenkung folgen und strömt somit über das Abström- rohrstück 38 und das Überströmrohrstück 20 zum nachgeschalteten Überhitzerrohr 10.
Wasserausgangsseitig, also über die Wasserableitrohrstücke 34, sind die Wasserabscheideelemente 30 gruppenweise mit ei- nem jeweils gemeinsamen Austrittssammler 40 verbunden, wobei gruppenweise auch mehrere Austrittssammler 40 vorgesehen sein können. Die Austrittssammler 40 sind ihrerseits ausgangssei- tig mit einem gemeinsamen Wassersammelbehälter 42, insbesondere einer Abscheideflasche, verbunden.
Die als T-Rohrstück ausgeführten Wasserabscheideelemente 30 können hinsichtlich ihrer Abscheidewirkung optimiert ausgeführt sein. Ausführungsbeispiele hierzu sind den FIG 3A bis 3D entnehmbar. Wie in FIG 3A dargestellt, kann das Einström- rohrstück 32 gemeinsam mit dem ihm nachfolgenden Wasserableitrohrstück 34 im Wesentlichen geradlinig ausgeführt und mit seiner Längsrichtung gegenüber der Horizontalen geneigt sein. Im Ausführungsbeispiel nach FIG 3A ist dem Einström¬ rohrstück 32 zudem noch knieförmig ein gebogenes Rohrstück 50 vorgeschaltet, das aufgrund seiner Biegung und seiner räumli¬ chen Anordnung bewirkt, dass das in das Einströmrohrstück 32 einströmende Wasser aufgrund der Fliehkraft bevorzugt an die dem Abströmrohrstück 38 gegenüberliegende Innenwandseite von Einströmrohrstück 32 und Wasserableitrohrstück 34 angepresst wird. Damit wird der Weitertransport des Wasseranteils in das Wasserableitrohrstück 34 hinein begünstigt, so dass die Abscheidewirkung insgesamt steigt.
Eine ähnliche Verstärkung der Abscheidewirkung ist, wie dies in FIG 3B gezeigt ist, auch erreichbar, wenn Einströmrohrstück 32 und Wasserableitrohrstück 34 im Wesentlichen hori- zontal ausgerichtet sind, indem ebenfalls ein geeignet gebo¬ gen geführtes Rohrstück 50 vorgeschaltet ist.
In FIG 3C ist ein Ausführungsbeispiel dafür dargestellt, dass das Wasserabscheideelement 30 ein einziges vorgeschaltetes Verdampferrohr 6 mit einer Mehrzahl von, im Ausführungsbeispiel zwei, nachgeschalteten Überhitzerrohren 10 verbindet. Dazu zweigen im Ausführungsbeispiel nach FIG 3C von dem durch das Einströmrohrstück 32 und das Wasserableitrohrstück 34 ge- bildeten Medienkanal zwei Abströmrohrstücke 38 ab, von denen jedes jeweils mit einem nachgeschalteten Überhitzerrohr 10 verbunden ist. Um das Einströmen des abgeschiedenen Wassers in den nachgeschalteten Austrittssammler 40 zu erleichtern, kann das Abströmrohrstück 34 - wie dies in FIG 3D gezeigt ist - als nach unten gekrümmter Rohrbogen ausgeführt sein oder ein dementsprechend ausgestaltetes Teilstück umfassen.
Wie der Darstellung in FIG 1 entnehmbar ist, ist der Wassersammelbehälter 42 ausgangsseitig über eine angeschlossene Ab- flussleitung 52 mit einem nicht näher dargestellten Abwassersystem verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann die Abflussleitung 52 direkt oder über eine nicht näher dargestellte Economizerheizflache mit dem den Verdampferrohren 6 vorge¬ schalteten Eintrittssammler 12 verbunden sein, so dass ein geschlossener Umwälzkreis entsteht, über den im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb dem in den Verdampferrohren 6 strömenden Strömungsmedium ein zusätzlicher Umlauf zur Erhöhung der betrieblichen Sicherheit überlagert werden kann. Je nach betrieblichem Erfordernis oder Bedarf kann das Abscheidesystem 31 dabei derart betrieben werden, dass nahezu sämtliches am Austritt der Verdampferrohre 6 noch mitgeführte Wasser aus dem Strömungsmedium abgeschieden und im Wesentlichen nur verdampftes Strömungsmedium an die Überhitzerrohre 10 weiterge¬ geben wird.
Alternativ kann das Wasserabscheidesystem 31 aber auch im so genannten überspeisten Modus betrieben werden, bei dem nicht alles Wasser aus dem Strömungsmedium abgeschieden wird, sondern zusammen mit dem Dampf D noch ein Teilstrom des mitgeführten Wassers an die Überhitzerrohre 10 weitergegeben wird. Bei dieser Betriebsweise verschiebt sich der Verdampfungsend- punkt in die Überhitzerrohre 10 hinein. Im derartigen über¬ speisten Modus füllen sich zunächst sowohl der Wassersammelbehälter 42 als auch die vorgeschalteten Austrittssammler 40 vollständig mit Wasser, so dass sich ein Rückstau bis hin zum Übergangsbereich 36 der jeweiligen Wasserabscheideelemente 30 bildet, an dem das Abströmrohrstück 38 abzweigt. Bedingt durch diesen Rückstau erfährt auch der Wasseranteil des den Wasserabscheideelementen 30 zuströmenden Strömungsmediums zumindest teilweise eine Umlenkung und gelangt somit gemeinsam mit dem Dampf in das Abströmrohrstück 38. Die Höhe des Teil- Stroms, der dabei gemeinsam mit dem Dampf den Überhitzerrohren 10 zugeführt wird, ergibt sich dabei einerseits aus dem insgesamt dem jeweiligen Wasserabscheideelement 30 zugeführ¬ ten Wassermassenstrom und andererseits aus dem über das Wasserableitrohrstück 34 abgeführten Teilmassenstrom. Somit kann durch geeignete Variation des zugeführten Wassermassenstroms und/oder des über das Wasserableitrohrstück 34 abgeführten Wassermassenstroms der in die Überhitzerrohre 10 weitergege¬ bene Massenstrom an unverdampftem Strömungsmedium eingestellt werden. Damit ist es möglich, durch Ansteuerung einer oder beider der genannten Größen den Anteil an an die Überhitzerrohre 10 weitergegebenem unverdampftem Strömungsmedium derart einzustellen, dass sich beispielsweise eine vorgegebene Ent¬ halpie am Ende der Überhitzerheizfläche 12 einstellt.
Um dies zu ermöglichen, ist dem Wasserabscheidesystem 31 eine Regeleinrichtung 60 zugeordnet, die eingangsseitig mit einem zur Ermittlung eines für die Enthalpie am rauchgasseitigen Ende der Überhitzerheizfläche 12 charakteristischen Kennwerts ausgebildeten Messfühler 62 verbunden ist. Ausgangsseitig wirkt die Regeleinrichtung 60 einerseits auf ein in die Ab¬ flussleitung 52 des Wassersammelbehälters 42 geschaltetes Stellventil 64 ein. Damit kann durch gezielte Ansteuerung des Stellventils 64 der Wasserstrom vorgegeben werden, der aus dem Abscheidesystem 31 entnommen wird. Dieser Massenstrom kann wiederum in den Wasserabscheideelementen 30 dem Strömungsmedium entzogen und an die nachfolgenden Sammelsysteme weitergeleitet werden. Damit ist durch Ansteuerung des Stell¬ ventils 64 eine Beeinflussung des im Wasserabscheideelement 30 jeweils abgezweigten Wasserstroms und somit eine Beein¬ flussung des nach der Abscheidung noch im Strömungsmedium an die Überhitzerheizflächen 10 weitergegebenen Wasseranteils möglich. Alternativ oder zusätzlich kann die Regeleinrichtung 60 noch auf eine Umwälzpumpe einwirken, so dass auch die Zu¬ strömrate des Mediums in das Wasserabscheidesystem 31 ent¬ sprechend eingestellt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Dampferzeuger (1), bei dem in einem Heizgaskanal (4) eine aus einer Anzahl von Verdampferrohren (6) gebildete Verdamp- fer-Durchlaufheizflache (8) und eine aus einer Anzahl von den Verdampferrohren (6) strömungsmediumsseitig nachgeschalteten Überhitzerrohren (10) gebildete Überhitzerheizfläche (12) an¬ geordnet sind, wobei in eine Anzahl von jeweils ein oder meh¬ rere Verdampferrohre (6) mit jeweils einem oder mehreren Überhitzerrohren (10) strömungsmediumsseitig verbindenden
Überströmrohrstücken (20) jeweils ein Wasserabscheideelement (30) integriert ist.
2. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 1, bei dem das jeweilige Wasserabscheideelement (30) ein mit den jeweils vorgeschalte¬ ten Verdampferrohren (6) verbundenes Einströmrohrstück (32) umfasst, das in seiner Längsrichtung gesehen in ein Wasserableitrohrstück (34) übergeht, wobei im Übergangsbereich (36) eine Anzahl von mit den jeweils nachgeschalteten Überhitzer- röhren (10) verbundenen Abströmrohrstücken (38) abzweigt.
3. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 2, bei dem das Einströmrohrstück (32) über einen von oben kommenden Rohrbogen (50) angeströmt ist.
4. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Wasserableitrohrstück (34) im Übergangsbereich (36) mit seiner Längsrichtung gegenüber der Horizontalen in Strömungsrichtung abwärts geneigt angeordnet ist.
5. Dampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das Wasserableitrohrstück (34) in seinem Eintrittsbereich als nach unten gekrümmter Rohrbogen (50) ausgeführt ist.
6. Dampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Wasserabscheideelemente (30) wasserausgangsseitig gruppenweise mit einer Anzahl von gemeinsamen Austrittssammlern (40) verbunden sind.
7. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 6, bei dem den Austritts- Sammlern (40) eine Anzahl von Wassersammelbehältern (42) nachgeschaltet ist.
8. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 7, bei dem in eine an den Wassersammelbehälter (42) angeschlossene Abflussleitung (52) ein über eine zugeordnete Regeleinrichtung (60) ansteu¬ erbares Stellventil (64) geschaltet ist, wobei die Regelein¬ richtung (60) mit einem für die Enthalpie des Strömungsmedi¬ ums (W, D) am dampfseitigen Austritt der dem Wasserabscheidesystem (14) nachgeschalteten Überhitzerheizfläche (12) cha- rakteristischen Eingangswert beaufschlagbar ist.
9. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 8, bei dem über die Regeleinrichtung (60) eine den Verdampferrohren (6) zugeordnete Umwälzpumpe ansteuerbar ist.
10. Dampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem dem Heizgaskanal (4) heizgasseitig eine Gasturbine vorge¬ schaltet ist.
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