WO2010029022A2 - Durchlaufdampferzeuger - Google Patents

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WO2010029022A2
WO2010029022A2 PCT/EP2009/061468 EP2009061468W WO2010029022A2 WO 2010029022 A2 WO2010029022 A2 WO 2010029022A2 EP 2009061468 W EP2009061468 W EP 2009061468W WO 2010029022 A2 WO2010029022 A2 WO 2010029022A2
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steam generator
superheater
flow medium
combustion chamber
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Martin Effert
Frank Thomas
Joachim Franke
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • F22B37/26—Steam-separating arrangements
    • 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
    • F22B21/34—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically built-up from water tubes grouped in panel form surrounding the combustion chamber, i.e. radiation boilers
    • F22B21/341—Vertical radiation boilers with combustion in the lower part
    • F22B21/343—Vertical radiation boilers with combustion in the lower part the vertical radiation combustion chamber being connected at its upper part to a sidewards convection chamber
    • F22B21/345—Vertical radiation boilers with combustion in the lower part the vertical radiation combustion chamber being connected at its upper part to a sidewards convection chamber with a tube bundle between an upper and a lower drum in the convection pass
    • 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 continuous steam generator with a number of burners for fossil fuel whose Um Publishedswand is wholly or partly formed from gas-tight together welded steam generator tubes, wherein the burners are arranged in a combustion chamber, which is followed by a Schugitzi- trough a horizontal gas train a vertical gas train first part of the steam generator tubes is designed as a system of evaporator tubes upstream of a Wasserabscheidesystem Strömungsmediums- side and a second part of the steam generator tubes is formed as a system of the Wasserabscheidesystem flow medium side downstream superheater tubes.
  • a fossil-fueled steam generator the energy of a fossil fuel is used to generate superheated steam, which can then be supplied to power a steam turbine, for example, in a power plant.
  • steam temperatures and pressures steam generators are usually designed as a water tube boiler, d. h., The supplied water flows in a number of tubes which receive the energy in the form of radiant heat of the burner flames and / or by convection of the resulting during combustion flue gas.
  • the steam generator tubes usually form the combustion chamber wall by being welded together in gas-tight fashion.
  • the combustion chamber downstream side of the combustion chamber arranged Dampfampfererrohe can be provided in the exhaust duct.
  • Fossil fueled steam generators can be categorized according to a variety of criteria: based on the flow direction of the gas flow, steam generators can For example, be divided into vertical and horizontal types. In fossil-fueled steam generators in vertical construction usually a draw-in and two-pass boiler are distinguished.
  • the flue gas produced by the combustion in the combustion chamber always flows vertically from bottom to top. All arranged in the flue gas heating surfaces are above the combustion chamber. Tower boilers offer a comparatively simple construction and easy control of the stresses resulting from the thermal expansion of the pipes. Furthermore, all heating surfaces in the flue gas duct are arranged horizontally and therefore completely drainable, which may be desirable in frost-prone environments.
  • Steam generators may continue to be designed as a natural circulation, forced circulation or continuous steam generator.
  • a continuous steam generator the heating of a number of evaporator tubes leads to complete evaporation of the flow medium in the evaporator tubes in one pass.
  • the flow medium - usually water - is supplied to the evaporator tubes downstream superheater tubes after its evaporation and overheated there.
  • this description is only valid for partial loads with subcritical pressure of water (P K ⁇ ⁇ 221 bar) - where at no temperature water and steam can occur simultaneously and thus no phase separation is possible - valid in the evaporator.
  • P K ⁇ ⁇ 221 bar subcritical pressure of water
  • the position of the evaporation end point, d. H. The place where the water content of the flow is completely evaporated, is variable and mode-dependent.
  • the evaporation end point is located, for example, in an end region of the evaporator tubes, so that the overheating of the vaporized flow medium already begins in the evaporator tubes.
  • a continuous steam generator In contrast to a natural or forced circulation steam generator, a continuous steam generator is not subject to any pressure limitation, so that it can be designed for live steam pressures far above the critical pressure of water.
  • such a continuous steam generator is usually operated with a minimum flow of flow medium in the evaporator tubes in order to ensure reliable cooling of the evaporator tubes.
  • a minimum flow of flow medium in the evaporator tubes in order to ensure reliable cooling of the evaporator tubes.
  • the pure mass flow through the evaporator usually no longer suffices for cooling the evaporator tubes, so that an additional throughput of flow medium is superimposed on the passage of flow medium through the evaporator in circulation.
  • the operationally provided minimum flow of flow medium in the evaporator tubes is thus not fully evaporated during startup or during low load operation in the evaporator tubes, so that in such a mode at the end of the evaporator tubes still unvaporized flow medium, in particular a water-steam mixture is present.
  • the superheater tubes connected downstream of the evaporator tubes of the continuous-flow steam generator are not designed to flow through unvaporised flow medium until after the flow through the combustion chamber walls, continuous-flow steam generators are usually designed such that Even when starting and in low load operation, a water inlet into the superheater pipes is safely avoided.
  • the evaporator tubes are usually connected to the superheater tubes connected downstream via a water separation system.
  • the water separator causes a separation of the emerging during the start or in low load operation of the evaporator tubes water-steam mixture in water and in steam.
  • the steam is supplied to the water separator downstream superheater tubes, whereas the separated water can be fed back to the evaporator tubes, for example via a circulating pump or discharged through a decompressor.
  • the above-mentioned concept causes high temperature differences between evaporator tubes and superheater tubes:
  • unevaporated flow medium flows at saturation temperature in the evaporator tubes, while steam at higher temperatures still exists in the superheater tubes.
  • the evaporator tubes are filled with cold feed water while the superheater tubes are still at operating temperature level. This can lead to overloading and damage to the materials due to the different thermal expansion.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a continuous steam generator of the type mentioned above, which involves a comparatively lower repair costs and has a comparatively long service life.
  • the invention is based on the consideration that a reduction in the repair effort and an increase in the service life of the continuous steam generator would be possible if Damage could be minimized by different thermal expansion of welded steam generator tubes.
  • the differential expansion is the result of high temperature differences between the steam generator tubes. These temperature differences are caused by different cooling of the steam generator tubes and by different temperatures of the flowing in them flow medium and therefore occur in particular at the separation between welded together evaporator and superheater tubes, as these by the intermediate Wasserabscheidesystem especially during cold and hot start a have different flow of fluid at different temperatures.
  • the combustion chamber wall of the continuous steam generator is formed from evaporator tubes and a side wall of the horizontal gas flue formed from superheater tubes, wherein the adjoining the combustion chamber superheater tubes are downstream of the Wasserabscheidesystem flow medium side.
  • the ceiling of the continuous steam generator is formed from superheater pipes which are connected downstream of the water separation system on the flow medium side. This means that the superheater pipes of the ceiling are connected in parallel to other superheater pipes adjacent to the evaporator pipes.
  • Such a circuit is advantageous by the parallel connection of the heating surfaces in terms of the expected pressure loss.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that the temperature differences between these pipes are consistently minimized by the flow medium side immediate downstream of parallel to the evaporator tubes superheater pipes to the Wasserabscheidesystem. As a result, the different thermal expansion is minimized and damage and overloads prevented, which has a lower repair liability and longer life of the continuous steam generator result.
  • FIG. 1 shows a continuous steam generator in Zweizugbauweise in a schematic Dar- position.
  • the continuous steam generator 1 according to the figure comprises a combustion chamber 2 designed as a vertical gas train, which is followed by a horizontal gas train 6 in an upper region 4. At the horizontal gas train 6, another vertical gas train 8 connects.
  • the combustion chamber wall 12 is formed from steam generator tubes which are welded together in a gas-tight manner and into which a flow medium, usually water, which is heated by the heat generated by the burners, is pumped in by a pump (not shown).
  • a flow medium usually water
  • the steam generator tubes can be aligned either spirally or vertically. In a spiral arrangement, a comparatively higher construction effort is required, but the resulting heating differences between pipes connected in parallel are comparatively lower than in the case of a combustion chamber 2 with a perpendicular bore.
  • the continuous steam generator 1 shown further comprises, to improve the flue gas duct, a nose 14, which merges directly into the bottom 16 of the horizontal gas flue 6 and projects into the combustion chamber 2.
  • the steam generator tubes of the combustion chamber 2 are designed as evaporator tubes.
  • the flow medium is first evaporated in them and fed via outlet collector 20 to the water separation system 22.
  • Wasserabscheidesystem 22 not yet evaporated water is collected and removed. This is necessary, in particular during start-up operation, when a larger amount of flow medium has to be pumped in for safe cooling of the evaporator tubes than can be evaporated in an evaporator tube passage.
  • the generated steam is passed into the inlet header 24 of the downstream superheater tubes, which form the ceiling 26 of the continuous steam generator 1 and the walls of the horizontal gas flue 6.
  • the transition from the side walls of the vertical gas flue to the side walls of the horizontal flue 6 represents the separation point 18 between evaporator tubes of the combustion chamber wall 12 and superheater tubes in the walls of the horizontal flue 6.
  • these superheater tubes are connected directly downstream via the Wasserabscheidesystem 22 via a connecting line 28. As a result, these superheater tubes are only supplied with saturated steam and not with superheated steam of higher temperature, which reduces the temperature.
  • the superheater tubes are connected in the walls of the horizontal gas flue 6 parallel to those of the ceiling 26 and are flowed through from top to bottom. In the event of an overflow of the water separation system 22, non-evaporated flow medium can thus be removed in the outlet headers 30 of the superheater tubes and stagnation of the flow can not occur.
  • the temperature differences are minimized at the separation point 18 between the evaporator tubes of the combustion chamber wall 12 and the superheater tubes in the walls of the horizontal gas flue 6, whereby damage can be effectively prevented. This results in a comparatively lower repair susceptibility and longer life of the continuous steam generator 1.

Abstract

Ein Durchlaufdampferzeuger (1) mit einer Anzahl von Brennern für fossilen Brennstoff, dessen Umfassungswand ganz oder teilweise aus gasdicht miteinander verschweißten Dampferzeugerrohren gebildet ist, bei dem die Brenner in einer Brennkammer angeordnet sind, der heizgasseitig über einen Horizontalgaszug (6) ein Vertikalgaszug (8) nachgeschaltet ist, wobei ein erster Teil der Dampferzeugerrohre als ein System von einem Wasserabscheidesystem (22) strömungsmediumsseitig vorgeschalteten Verdampferrohren ausgebildet ist und ein zweiter Teil der Dampferzeugerrohre als ein System von dem Wasserabscheidesystem (22) strömungsmediumsseitig nachgeschalteten Überhitzerrohren ausgebildet ist, soll angegeben werden, der einen vergleichsweise geringeren Reparaturaufwand mit sich bringt und eine vergleichsweise hohe Lebensdauer aufweist. Dazu sind an Verdampferrohre parallel angrenzende Überhitzerröhre dem Wasserabscheidesystem (22) strömungsmediumsseitig unmittelbar nachgeschaltet.

Description

Beschreibung
Durchlaufdampferzeuger
Die Erfindung betrifft einen Durchlaufdampferzeuger mit einer Anzahl von Brennern für fossilen Brennstoff, dessen Umfassungswand ganz oder teilweise aus gasdicht miteinander verschweißten Dampferzeugerrohren gebildet ist, bei dem die Brenner in einer Brennkammer angeordnet sind, der heizgassei- tig über einen Horizontalgaszug ein Vertikalgaszug nachgeschaltet ist wobei ein erster Teil der Dampferzeugerrohre als ein System von einem Wasserabscheidesystem strömungsmediums- seitig vorgeschalteten Verdampferrohren ausgebildet ist und ein zweiter Teil der Dampferzeugerrohre als ein System von dem Wasserabscheidesystem strömungsmediumsseitig nachgeschalteten Überhitzerrohren ausgebildet ist.
In einem fossil befeuerten Dampferzeuger wird die Energie eines fossilen Brennstoffs zur Erzeugung von überhitztem Dampf genutzt, der anschließend beispielsweise in einem Kraftwerk einer Dampfturbine zur Stromerzeugung zugeführt werden kann. Insbesondere bei den in einer Kraftwerksumgebung üblichen Dampftemperaturen und -drücken werden Dampferzeuger üblicherweise als Wasserrohrkessel ausgeführt, d. h., das zugeführte Wasser fließt in einer Anzahl von Rohren, welche die Energie in Form von Strahlungswärme der Brennerflammen und/oder durch Konvektion vom bei der Verbrennung entstehenden Rauchgas aufnehmen .
Im Bereich der Brenner bilden die Dampferzeugerrohre dabei üblicherweise die Brennkammerwand, indem sie gasdicht miteinander verschweißt werden. In weiteren, der Brennkammer rauchgasseitig nachgeschalteten Bereichen können auch im Abgaskanal angeordnete Dampferzeugerrohe vorgesehen sein.
Fossil befeuerte Dampferzeuger sind anhand einer Vielzahl von Kriterien kategorisierbar : Basierend auf der Strömungsrichtung des Gasstroms können Dampferzeuger bei- spielsweise in vertikale und horizontale Bauarten eingeteilt werden. Bei fossil befeuerten Dampferzeugern in vertikaler Bauweise werden dabei üblicherweise Einzug- und Zweizugkessel unterschieden .
Bei einem Einzug- oder Turmkessel strömt das durch die Verbrennung in der Brennkammer erzeugte Rauchgas stets senkrecht von unten nach oben. Sämtliche im Rauchgaskanal angeordneten Heizflächen liegen oberhalb der Brennkammer. Turmkessel bie- ten eine vergleichsweise einfache Konstruktion und einfache Beherrschung der durch die thermische Ausdehnung der Rohre entstehenden Spannungen. Weiterhin sind sämtliche Heizflächen im Rauchgaskanal horizontal angeordnet und daher vollständig entwässerbar, was in frostgefährdeten Umgebungen erwünscht sein kann.
Beim Zweizugkessel ist in einem oberen Bereich der Brennkammer rauchgasseitig ein Horizontalgaszug nachgeschaltet, welcher in einen Vertikalgaszug mündet. In diesem zweiten verti- kalen Gaszug strömt das Gas üblicherweise senkrecht von oben nach unten. Es erfolgt beim Zweizugkessel also eine mehrfache Umlenkung des Rauchgases. Vorteile dieser Bauweise sind beispielsweise die niedrigere Bauhöhe und die daraus resultierenden geringeren Herstellkosten.
Dampferzeuger können weiterhin als Naturumlauf-, Zwangumlaufoder Durchlaufdampferzeuger ausgelegt sein. In einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung einer Anzahl von Verdampferrohren zu einer vollständigen Verdampfung des Strö- mungsmediums in den Verdampferrohren in einem Durchgang. Das Strömungsmedium - üblicherweise Wasser - wird nach seiner Verdampfung den Verdampferrohren nachgeschalteten Überhitzerrohren zugeführt und dort überhitzt. Diese Beschreibung ist genau genommen nur bei Teillasten mit unterkritischem Druck von Wasser (PKπ ~ 221 bar)- wo bei keiner Temperatur Wasser und Dampf gleichzeitig vorkommen können und damit auch keine Phasentrennung möglich ist - im Verdampfer gültig. Der An- schaulichkeit halber wird diese Darstellung jedoch in der folgenden Beschreibung durchgehend verwendet.
Die Position des Verdampfungsendpunkts, d. h. der Ort, an dem der Wasseranteil der Strömung vollständig verdampft ist, ist dabei variabel und betriebsartabhängig. Beim Volllastbetrieb eines derartigen Durchlaufdampferzeugers liegt der Verdampfungsendpunkt beispielsweise in einem Endbereich der Verdampferrohre, so dass die Überhitzung des verdampften Strömungs- mediums bereits in den Verdampferrohren beginnt.
Ein Durchlaufdampferzeuger unterliegt im Gegensatz zu einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger keiner Druckbegrenzung, so dass er für Frischdampfdrücke weit über dem kritischen Druck von Wasser ausgelegt werden kann.
Im Schwachlastbetrieb oder beim Anfahren wird ein derartiger Durchlaufdampferzeuger üblicherweise mit einem Mindeststrom an Strömungsmedium in den Verdampferrohren betrieben, um eine sichere Kühlung der Verdampferrohre zu gewährleisten. Dazu reicht gerade bei niedrigen Lasten von beispielsweise weniger als 40 % der Auslegungslast der reine Durchlaufmassenstrom durch den Verdampfer üblicherweise nicht mehr zur Kühlung der Verdampferrohre aus, so dass dem Durchlauf an Strömungsmedium durch den Verdampfer im Umlauf ein zusätzlicher Durchsatz an Strömungsmedium überlagert wird. Der betriebsgemäß vorgesehene Mindeststrom an Strömungsmedium in den Verdampferrohren wird somit beim Anfahren oder im Schwachlastbetrieb in den Verdampferrohren nicht vollständig verdampft, so dass bei ei- ner derartigen Betriebsart am Ende der Verdampferrohre noch unverdampftes Strömungsmedium, insbesondere ein Wasser-Dampf- Gemisch, vorhanden ist.
Da die den Verdampferrohren des Durchlaufdampferzeugers übli- cherweise erst nach einer Durchströmung der Brennkammerwände nachgeschalteten Überhitzerrohre jedoch nicht für eine Durchströmung unverdampften Strömungsmediums ausgelegt sind, sind Durchlaufdampferzeuger üblicherweise derart ausgelegt, dass auch beim Anfahren und im Schwachlastbetrieb ein Wassereintritt in die Überhitzerrohre sicher vermieden wird. Dazu sind die Verdampferrohre üblicherweise mit den ihnen nachgeschalteten Überhitzerrohren über ein Wasserabscheidesystem verbun- den. Der Wasserabscheider bewirkt dabei eine Trennung des beim Anfahren oder im Schwachlastbetrieb aus den Verdampferrohren austretenden Wasser-Dampf-Gemisches in Wasser und in Dampf. Der Dampf wird den dem Wasserabscheider nachgeschalteten Überhitzerrohren zugeführt, wohingegen das abgeschiedene Wasser beispielsweise über eine Umwälzpumpe wieder den Verdampferrohren zugeführt oder über einen Entspanner abgeführt werden kann.
Insbesondere im Anfahrbetrieb verursacht das oben genannte Konzept jedoch hohe Temperaturunterschiede zwischen Verdampferrohren und Überhitzerrohren: Beim Kaltstart strömt in den Verdampferrohren noch unverdampftes Strömungsmedium bei Sättigungstemperatur, während sich in den Überhitzerrohren noch Dampf mit höherer Temperatur befindet. Beim Heißstart hinge- gen werden die Verdampferrohre mit kaltem Speisewasser gefüllt, während die Überhitzerrohre noch auf Betriebstemperaturniveau sind. Dies kann zu einer Überlastung und Schädigung der Materialien durch die unterschiedliche thermische Ausdehnung führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Durchlaufdampferzeuger der oben genannten Art anzugeben, der einen vergleichsweise geringeren Reparaturaufwand mit sich bringt und eine vergleichsweise hohe Lebensdauer aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem an Verdampferrohre parallel angrenzende Überhitzerrohre dem Wasserabscheidesystem strömungsmediumsseitig unmittelbar nachgeschaltet sind.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine Reduzierung des Reparaturaufwands und eine Erhöhung der Lebensdauer des Durchlaufdampferzeugers möglich wäre, wenn Be- Schädigungen durch unterschiedliche thermische Ausdehnung miteinander verschweißter Dampferzeugerrohre minimiert werden könnten. Die unterschiedliche Ausdehnung ist die Folge von hohen Temperaturdifferenzen zwischen den Dampferzeugerrohren . Dabei werden diese Temperaturdifferenzen durch unterschiedliche Kühlung der Dampferzeugerrohre und durch unterschiedliche Temperaturen des in ihnen strömenden Strömungsmedium verursacht und treten daher insbesondere an der Trennstelle zwischen miteinander verschweißten Verdampfer- und Überhitzer- röhren auf, da diese durch das zwischengeschaltete Wasserabscheidesystem insbesondere beim Kalt- und Heißstart einen unterschiedlichen Durchfluss an Strömungsmedium mit unterschiedlichen Temperaturen aufweisen.
Insbesondere bei Durchlaufdampferzeugern in Zweizugbauweise ist dabei konstruktionsbedingt eine Trennstelle mit parallel verschweißten Verdampfer- und Überhitzerrohren typisch. Um die Temperaturunterschiede zwischen Verdampfer- und Überhitzerrohren möglichst gering zu halten, sollte die Dampftempe- ratur in den mit den Verdampferrohren parallel verschweißten Überhitzerrohren minimiert werden. Dies ist erreichbar, indem diese Überhitzerrohre dem Wasserabscheidesystem unmittelbar nachgeschaltet sind, so dass keine Erhöhung der Temperatur des in ihnen strömenden Strömungsmediums durch weitere zwi- schengeschaltete Überhitzerrohre erfolgt. Dadurch werden Temperaturunterschiede als Schadensursache an der Trennstelle konsequent minimiert.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Brennkammerwand des Durchlaufdampferzeugers aus Verdampferrohren gebildet und eine Seitenwand des Horizontalgaszuges aus Überhitzerrohren gebildet, wobei die an die Brennkammer angrenzenden Überhitzerrohre dem Wasserabscheidesystem strömungsmediumsseitig unmittelbar nachgeschaltet sind. Damit werden die Temperatur- differenzen an der vertikalen Trennstelle zwischen Verdampferrohren der Brennkammer und Überhitzerrohren des Horizontalgaszuges beim Zweizugkessel wirkungsvoll minimiert. Vorteilhafterweise ist die Decke des Durchlaufdampferzeugers aus Überhitzerrohren gebildet, die dem Wasserabscheidesystem strömungsmediumsseitig unmittelbar nachgeschaltet sind. Dies bedeutet, dass die Überhitzerrohre der Decke parallel zu wei- teren an die Verdampferrohre angrenzenden Überhitzerrohren geschaltet ist. Eine derartige Schaltung ist durch die Parallelschaltung der Heizflächen vorteilhaft hinsichtlich des zu erwartenden Druckverlusts .
Bei einem Durchlaufdampferzeuger, bei dem an Verdampferrohre parallel angrenzende Überhitzerrohre senkrecht angeordnet sind, sind diese vorteilhafterweise derart ausgelegt, dass das Strömungsmedium die Überhitzerrohre von oben nach unten durchströmt. Dadurch kann im Falle einer Überspeisung des Wasserabscheidesystems, die eine Beaufschlagung der Überhitzerrohre mit unverdampftem Strömungsmedium zur Folge hat, dieses am Austrittssammler der Überhitzerrohre abgeführt werden. Damit kann eine eventuelle Stagnation der Strömung wirkungsvoll verhindert werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die strömungsmediumsseitige unmittelbare Nachschaltung von an Verdampferrohre parallel angrenzenden Überhitzerrohren an das Wasserabscheidesystem die Temperatur- unterschiede zwischen diesen Rohren konsequent minimiert werden. Dadurch wird die unterschiedliche thermische Ausdehnung minimiert und Beschädigungen und Überlastungen verhindert, was eine geringere Reparaturanfälligkeit und höhere Lebensdauer des Durchlaufdampferzeugers zur Folge hat.
Insbesondere bei Durchlaufdampferzeugern ohne Umwälzpumpe ist eine derartige Schaltung von Vorteil. Die fehlende Umwälzung führt zu niedrigeren Eintrittstemperaturen in den Verdampfer, zu kleineren Dampfmassenströmen und zu einem Anstieg der er- forderlichen Feuerungsleistung beim Anfahren. Simulationen haben gezeigt, dass insbesondere für diese Anlagen an der Trennstelle zwischen Verdampfer- und Überhitzerrohren unzulässige Temperaturdifferenzen auftreten können, wenn - wie bisher üblich - die Überhitzerrohre an der Trennstelle weiteren Überhitzerrohren wie z. B. der Decke nachgeschaltet sind. Die direkte Nachschaltung dieser Überhitzerrohre an das Wasserabscheidesystem vermeidet diese hohen Temperaturdifferen- zen wirkungsvoll.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur einen Durchlaufdampferzeuger in Zweizugbauweise in schematischer Dar- Stellung.
Der Durchlaufdampferzeuger 1 gemäß der Figur umfasst eine als Vertikalgaszug ausgebildete Brennkammer 2, der in einem oberen Bereich 4 ein Horizontalgaszug 6 nachgeschaltet ist. An den Horizontalgaszug 6 schließt sich ein weiterer Vertikalgaszug 8 an.
Im unteren Bereich 10 der Brennkammer 2 ist eine Anzahl nicht näher gezeigter Brenner vorgesehen, die einen flüssigen oder festen Brennstoff in der Brennkammer verbrennen. Die Brennkammerwand 12 ist aus miteinander gasdicht verschweißten Dampferzeugerrohren gebildet, in die durch eine nicht näher gezeigte Pumpe ein Strömungsmedium - üblicherweise Wasser - eingepumpt wird, welches durch die von den Brennern erzeugte Wärme geheizt wird. Im unteren Bereich 10 der Brennkammer 2 können die Dampferzeugerrohre entweder spiralförmig oder senkrecht ausgerichtet sein. Bei einer spiralförmigen Anordnung ist ein vergleichsweise höherer Konstruktionsaufwand erforderlich, dafür sind die entstehenden Beheizungsunterschie- de zwischen parallel geschalteten Rohren vergleichsweise geringer als bei senkrecht berohrter Brennkammer 2.
Der gezeigte Durchlaufdampferzeuger 1 umfasst weiterhin zur Verbesserung der Rauchgasführung eine Nase 14, welche direkt in den Boden 16 des Horizontalgaszuges 6 übergeht und in die Brennkammer 2 hineinragt. Die Dampfererzeugerrohre der Brennkammer 2 sind als Verdampferrohre ausgelegt. Das Strömungsmedium wird in ihnen zunächst verdampft und über Austrittssammler 20 dem Wasserabscheidesystem 22 zugeführt. Im Wasserabscheidesystem 22 wird noch nicht verdampftes Wasser gesammelt und abgeführt. Dies ist insbesondere im Anfahrbetrieb notwendig, wenn zur sicheren Kühlung der Verdampferrohre eine größere Menge an Strömungsmedium eingepumpt werden muss, als in einem Verdamp- ferrohrdurchlauf verdampft werden kann. Der erzeugte Dampf wird in die Eintrittssammler 24 der nachgeschalteten Überhitzerrohre geleitet, welche die Decke 26 des Durchlaufdampf- erzeugers 1 und die Wände des Horizontalgaszuges 6 bilden. Der Übergang von den Seitenwänden des Vertikalgaszuges zu den Seitenwänden des Horizontalgaszuges 6 stellt die Trennstelle 18 zwischen Verdampferrohren der Brennkammerwand 12 und Überhitzerrohren in den Wänden des Horizontalgaszuges 6 dar.
Neben dem in der Figur gezeigten Zweizugkessel sind selbstverständlich auch noch weitere Konfigurationen für fossil be- feuerte Kessel möglich.
Um Beschädigungen durch unterschiedliche thermische Ausdehnung aufgrund von Temperaturdifferenzen an der Trennstelle 18 zwischen den Verdampferrohren der Brennkammerwand 12 und den Überhitzerrohren in den Wänden des Horizontalgaszuges 6 zu vermeiden, sind diese Überhitzerrohre über dem Wasserabscheidesystem 22 über eine Verbindungsleitung 28 direkt nachgeschaltet. Dadurch werden diese Überhitzerrohre lediglich mit Sattdampf beaufschlagt und nicht mit überhitztem Dampf höhe- rer Temperatur, wodurch die Temperatur reduziert wird.
Dabei sind die Überhitzerrohre in den Wänden des Horizontalgaszuges 6 parallel zu denen der Decke 26 geschaltet und werden von oben nach unten durchströmt. Im Falle einer Überspei- sung des Wasserabscheidesystems 22 kann so nicht verdampftes Strömungsmedium in den Austrittssammlern 30 der Überhitzerrohre abgeführt werden und es kann nicht zu einer Stagnation der Strömung kommen. Durch die beschriebene Schaltung werden die Temperaturdifferenzen an der Trennstelle 18 zwischen den Verdampferrohren der Brennkammerwand 12 und den Überhitzerrohren in den Wänden des Horizontalgaszuges 6 minimiert, wodurch Beschädigungen wirksam verhindert werden können. Dies hat eine vergleichsweise geringere Reparaturanfälligkeit und längere Lebensdauer des Durchlaufdampferzeugers 1 zur Folge.

Claims

Patentansprüche
1. Durchlaufdampferzeuger (1) mit einer Anzahl von Brennern für fossilen Brennstoff, dessen Umfassungswand ganz oder teilweise aus gasdicht miteinander verschweißten Dampferzeugerrohren gebildet ist, bei dem die Brenner in einer Brennkammer angeordnet sind, der heizgasseitig über einen Horizontalgaszug (6) ein Vertikalgaszug (8) nachgeschaltet ist, wobei ein erster Teil der Dampferzeugerrohre als ein System von einem Wasserabscheidesystem (22) strömungsmediumsseitig vorgeschalteten Verdampferrohren ausgebildet ist und ein zweiter Teil der Dampferzeugerrohre als ein System von dem Wasserabscheidesystem (22) strömungsmediumsseitig nachgeschalteten Überhitzerrohren ausgebildet ist, wobei an Verdampferrohre parallel angrenzende Überhitzerrohre dem Wasserabscheidesystem (22) strömungsmediumsseitig unmittelbar nachgeschaltet sind.
2. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 1, bei dem die Brennkammerwand (12) aus Verdampferrohren gebildet ist und eine Seitenwand des Horizontalgaszuges (6) aus Überhitzerrohren gebildet ist, wobei die an die Brennkammer (2) angrenzenden Überhitzerrohre dem Wasserabscheidesystem (22) strömungsmediumsseitig unmittelbar nachgeschaltet sind.
3. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Decke (26) des Durchlaufdampferzeugers (1) aus Überhitzerrohren gebildet ist, die dem Wasserabscheidesystem (22) strömungsmediumsseitig unmittelbar nachgeschaltet sind.
4. Durchlaufdampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem senkrecht angeordnete, an Verdampferrohre parallel angrenzende Überhitzerrohre derart ausgelegt sind, dass das Strömungsmedium die Überhitzerrohre von oben nach unten durchströmt.
PCT/EP2009/061468 2008-09-09 2009-09-04 Durchlaufdampferzeuger WO2010029022A2 (de)

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