WO2012028512A2 - Solarthermischer durchlaufdampferzeuger für die direktverdampfung insbesondere in einem solarturm-kraftwerk - Google Patents

Solarthermischer durchlaufdampferzeuger für die direktverdampfung insbesondere in einem solarturm-kraftwerk Download PDF

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Joachim Franke
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Definitions

  • the invention relates to a solar thermal continuous steam generator, in particular for a solar tower power plant, comprising an absorber with steam generator tubes.
  • the invention further relates to a solar tower power plant with a solar thermal continuous steam generator.
  • solar thermal power plants are one of the SUST ⁇ term alternatives to conventional power generation.
  • solar thermal power plants were lectors with Parabolrinnenkol- or executed Fresnel collectors.
  • Another option is the direct evaporation in so-called solar tower power plants.
  • a solar thermal power plant with a solar tower and direct expansion consists of a solar array, a solar tower and of a conventional power plant part in which the thermal energy of the water vapor in electrical ⁇ specific energy is converted.
  • the solar field consists of heliostats that focus the Clarstrah ⁇ Assembly at one housed in the solar tower absorbers.
  • the absorber consists of a heating surface in which the irradiated solar energy is used to heat supplied feed water, to evaporate and possibly also to overheat.
  • the generated steam is then expanded in a conventional power plant part in a turbine, optionally reheated and then condensed and fed back to the absorber.
  • the turbine drives a generator, which converts the mechanical energy into electrical energy.
  • the solar energy input is limited by the size of the heliostat field. Part of the radiation is reflected by the absorber and is lost to the thermodynamic power plant process. These losses increase with the size of the heating surface. Therefore, for a given thermal performance compact absorbers with the smallest possible heating surface are desirable. By concentrating the interspersed solar energy on small areas, this leads to very high heat flux densities, generally higher heat flux densities than in fossil-fired thermal power plants. Therefore, with the concept of direct evaporation in a solar tower power plant, the cooling of the absorber heating surface is of central importance. To minimize the Schuviducc is be interpreted ⁇ gen on maximum heat flux densities. The upper limit of the allowable heat flux is determined by the pipe material and the quality ofméungsme ⁇ mechanisms.
  • Static and dynamic instabilities can occur in evaporator heating surfaces, which have caused damage in conventional power plants in the past. This risk is increased due to the high energy density of solar thermal systems.
  • the invention is therefore based on the object to provide a solar thermal ⁇ steam generator of the type mentioned above for maximum heat flow. Furthermore, a correspondingly improved solar tower power plant with high thermodynamic efficiency is to be specified. This object is achieved by the features of claim 1.
  • thermal power plants are operated at high (ia supercritical) pressures.
  • the evaporator must be designed as Autolaufsammlung lake because they are subject to no pressure limit, in contrast to a natural or forced circulation steam generator, so that live steam pressures far above the critical pressure of water are possible. This high live steam pressure promotes a high thermodynamic efficiency of a power plant.
  • a continuous steam generator in comparison to a circulating steam generator a simple construction and is therefore forth with very little effort ⁇ adjustable.
  • the flow cross-section of the steam generator tubes increases in the flow direction of a medium.
  • the flow cross-section of the steam generator tubes in the flow direction of a medium increases as a result of an enlargement of a steam generator tube circumference.
  • a ⁇ zelloom inhabit composed of series-connected tube parts, that is, the evaporator of the once-through steam generator is divided into two evaporator portions. In this case, a medium side first evaporator part on no outlet collector. Likewise, this second downstream evaporator part has no inlet distributor. This evaporator construction saves costs due to the savings of collectors.
  • an inner diameter of a me ⁇ dium nurse first pipe part is smaller than an inner diameter of the first pipe part downstream of the second pipe part.
  • the pipe parts are connected directly to one another via a conically shaped connecting piece. It is expedient if the first pipe parts Dampferzeu ⁇ gerrohre input side fluidly connected to an evaporator inlet with an inlet manifold of the.
  • the second tube parts of the steam generator tubes are connected to an outlet collector.
  • the outlet header is advantageously connected to a steam line, which leads the steam to Studentshitzersammlungdon.
  • the solar thermal continuous steam generator is integrated according to a particularly advantageous embodiment in a solar tower power plant and directly to steam generation by focused solar radiation acted upon.
  • the proposed measure therefore increases the recoverable heat flow in the steam generator of a solar thermal power plant with solar tower.
  • FIG. 4 shows an evaporator, constructed from two individual heating surfaces, of the continuous steam generator according to FIG. 3.
  • the solar tower power plant 1 comprises a solar tower 2, at the vertically upper end of an absorber 3 is arranged.
  • a heliostat field 4 with a number of heliostats 5 is placed on the ground around the solar tower 2.
  • the heliostat 4 with the heliostat 5 is designed for focusing the direct solar radiation 6.
  • the individual heliostats 5 are arranged and aligned so that the direct Solarstrah ⁇ development is focused by the sun in the form of concentrated solar radiation onto the absorber 7 3.
  • the solar radiation is thus concentrated by a field individually tracked mirror, the heliostat 5, on the top of the solar tower 2.
  • the absorber 3 converts the radiation into heat and delivers it to a heat transfer medium.
  • dium for example water, from which supplies the heat to a conven tional ⁇ power station process with a steam turbine.
  • an evaporator 8 of a known solar thermal see circulation steam generator 9 with direct evaporation Darge ⁇ represents, which is integrated as an absorber 3 in the solar tower 2 of FIG 1.
  • a feedwater pump 16 is connected in the feedwater pipe 15, a feedwater pump 16 is connected.
  • a circulation pump 20 is connected in the downpipe 18, a circulation pump 20 is connected.
  • the downpipe 18 opens into the inlet manifold 11.
  • the circulation pump sucks 20 boiler water from the drum 14 and pushes it into the inlet manifold 11.
  • the boiler ⁇ water is distributed to the plurality of heat-transmitting tubes 10.
  • the evaporator 8 is divided into parallel Schuflä- chenrohre.
  • the heat-transferring tubes 10 are heated by the concentrated solar radiation 8, wherein the heat-transferring tubes 10 deliver the heat to the boiler water.
  • the resulting steam / water mixture is passed via the outlet collector 12 and the overflow pipes 13 into the unheated drum 14 and there as dry as possible
  • FIG 3 shows the principle of a forced continuous ⁇ steam generator, in which the passage of the water / steam flow through the evaporator is forced by a feed pump 16.
  • the feed water is conveyed by the feed pump 16 into the inlet manifold 11 and successively the evaporator 8 and the superheater 22 are flowed through (in solar thermal power plants typically eliminates a feedwater pre-heater).
  • the heating of the feed water to the saturated steam temperature, the evaporation and overheating take place continuously in one pass, so that no drum is needed.
  • a separation device 23 is provided for the circulation process when starting the system.
  • FIG. 4 shows a preferred embodiment of the evaporator 8 with two individual heating surfaces. These are realized by a NEN first evaporator part 24 and a medium downstream of this second evaporator part 25th
  • the two evaporator parts 24 and 25 are direct, i. without the interposition of an outlet header or inlet distributor, connected to each other.
  • the parallel tubes 10a of the first evaporator part 24 have an inner diameter d1 which is smaller than the inner diameter d2 of the parallel tubes 10b of the second evaporator part 25 (d1 ⁇ d2).
  • the connection of the individual parallel tubes 10a and 10b of the evaporator parts 24 and 25 is made in the example of Figure 4 via a respective conically shaped intermediate piece 26.
  • This intermediate or connecting piece 26 is conical, preferably in the form of a truncated cone, for realizing the diameter enlargement.
  • the parallel tubes 10b of the second evaporator part 16 are connected to the outlet header 12.
  • feed water flows from one of the (not shown) steam turbine downstream (not shown) capacitor via the feedwater line 15 in the inlet manifold 11. From there the feed water flows into the individual evaporator tubes 10a of the first evaporator Part 24 of the continuous steam generator 21st

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen solarthermischen Durchlaufdampferzeuger (9), insbesondere für ein Solarturm-Kraftwerk (1), umfassend einen Absorber (4) mit Dampferzeugerrohren (10), wobei ein Strömungsquerschnitt der Dampferzeugerrohre (10) in Strömungsrichtung eines Mediums variiert. Die Erfindung betrifft ferner ein Solarturm-Kraftwerk (1).

Description

Beschreibung
Solarthermischer Durchlaufdampferzeuger für die Direktverdampfung insbesondere in einem Solarturm-Kraftwerk
Die Erfindung bezieht sich auf einen solarthermischen Durchlaufdampferzeuger, insbesondere für ein Solarturm-Kraftwerk, umfassend einen Absorber mit Dampferzeugerrohren . Die Erfindung betrifft weiterhin ein Solarturm-Kraftwerk mit einem solarthermischen Durchlaufdampferzeuger .
Dem stetig steigenden Energiebedarf und dem Klimawandel muss mit dem Einsatz von nachhaltigen Energieträgern entgegengetreten werden. Sonnenenergie ist solch ein nachhaltiger Energieträger. Sie ist klimaschonend, in unerschöpflichem Maße vorhanden und stellt keine Belastung für nachkommende Genera¬ tionen dar.
Solarthermische Kraftwerke stellen deshalb eine der nachhal¬ tigen Alternativen zur herkömmlichen Stromerzeugung dar. Bisher wurden solarthermische Kraftwerke mit Parabolrinnenkol- lektoren oder Fresnel-Kollektoren ausgeführt. Eine weitere Option stellt die direkte Verdampfung in sogenannten Solarturm-Kraftwerken dar. Ein solarthermisches Kraftwerk mit Solarturm und direkter Verdampfung besteht aus einem Solarfeld, einem Solarturm und aus einem konventionellen Kraftwerksteil, in dem die thermische Energie des Wasserdampfes in elektri¬ sche Energie umgewandelt wird.
Das Solarfeld besteht aus Heliostaten, die die Sonnenstrah¬ lung auf einen im Solarturm untergebrachten Absorber konzentrieren. Der Absorber besteht aus einer Heizfläche, in der die eingestrahlte Sonnenenergie dazu genutzt wird, um zugeführtes Speisewasser zu erwärmen, zu verdampfen und gegebenenfalls auch zu überhitzen. Der erzeugte Dampf wird anschließend in einem konventionellen Kraftwerkssteil in einer Turbine entspannt, gegebenenfalls zwischenüberhitzt und anschließend kondensiert und dem Absorber wieder zugeführt. Die Turbine treibt einen Generator an, der die mechanische Energie in elektrische Energie wandelt.
In einem Solarturm-Kraftwerk ist die eingebrachte Sonnenenergie durch die Größe des Heliostatenfeldes begrenzt. Ein Teil der Einstrahlung wird vom Absorber reflektiert und ist für den thermodynamischen Kraftwerkprozess verloren. Diese Verluste wachsen mit der Größe der Heizfläche. Deshalb sind bei gegebener thermischer Leistung kompakte Absorber mit möglichst kleiner Heizfläche anzustreben. Dies führt durch die Konzentrierung der eingestreuten Sonnenenergie auf kleine Flächen zu sehr hohen Wärmestromdichten, im allgemeinen höheren Wärmestromdichten als in fossil befeuerten thermischen Kraftwerken. Deshalb ist bei dem Konzept der Direktverdampfung in einem Solarturm-Kraftwerk die Kühlung der Absorberheizfläche von zentraler Bedeutung. Zur Minimierung der Heizflächengröße ist auf größtmögliche Wärmestromdichten auszule¬ gen. Die Obergrenze der zulässigen Wärmestromdichten wird durch das Rohrmaterial und durch die Qualität der Kühlungsme¬ chanismen bestimmt.
In Verdampferheizflächen können statische und dynamische Instabilitäten auftreten, die in konventionellen Kraftwerken in der Vergangenheit zu Schäden geführt haben. Dieses Risiko ist aufgrund der hohen Energiedichte bei solarthermischen Anlagen erhöht .
Es besteht daher insbesondere bei solarthermischen Kraft¬ werksanlagen der Bedarf, Instabilitäten in der Verdampferheizfläche des Absorbers zu vermeiden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen solar¬ thermischen Dampferzeuger der oben genannten Art für höchstmöglichen Wärmestrom anzugeben. Des Weiteren soll ein entsprechend verbessertes Solarturm-Kraftwerk mit hohem thermo- dynamischem Wirkungsgrad angegeben werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Für einen hohen thermodynamischen Wirkungsgrad werden thermische Kraftwerke bei hohen (i.a. überkriti- chen) Drücken betrieben. Hierzu müssen die Verdampfer als Durchlaufheizflächen ausgeführt werden, da sie im Gegensatz zu einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger keiner Druckbegrenzung unterliegen, so dass Frischdampfdrücke weit über dem kritischen Druck von Wasser möglich sind. Dieser hohe Frischdampfdruck begünstigt einen hohen thermodynamischen Wirkungsgrad eines Kraftwerks. Zudem weist ein Durchlaufdampferzeuger im Vergleich zu einem Umlaufdampferzeuger eine einfache Bauweise auf und ist somit mit besonders geringem Aufwand her¬ stellbar. Weiterhin ist bekannt, dass speziell der Reibungs¬ druckverlust der Zweiphasenströmung bzw. der Dampfstrecke am Austritt des Systems destabilisierend ist, was sich negativ auf die erzielbaren Massenstromdichten des zu verdampfenden Wassers und somit auch negativ auf den erzielbaren Wärmestrom auswirkt. Der Anteil dieses Druckverlustes am Gesamtdruckver¬ lust des Systems ist deshalb zur Vermeidung einer Instabili¬ tät zu minimieren. Dazu wird vorgeschlagen, dass zur Stabilisierung der Verdampferheizfläche der Strömungsquerschnitt entlang der Rohre variiert.
In einer vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung vergrößert sich der Strömungsquerschnitt der Dampferzeugerrohre in Strömungsrichtung eines Mediums.
Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn sich der Strömungsquerschnitt der Dampferzeugerrohre in Strömungsrichtung eines Me¬ diums infolge einer Reduzierung einer Wandstärke der Dampferzeugerrohre vergrößert.
Alternativ dazu kann es auch vorteilhaft sein, wenn sich der Strömungsquerschnitt der Dampferzeugerrohre in Strömungsrich- tung eines Mediums infolge einer Vergrößerung eines Dampfer- zeugerrohrumfangs vergrößert. Bezüglich der wärmetechnischen Auslegung des solarthermischen Durchlaufdampferzeugers ist dieser zweckmäßigerweise in Ein¬ zelheizflächen durch hintereinander geschaltete Rohrteile zusammengesetzt, d. h. der Verdampfer des Durchlaufdampferzeu- gers ist in zwei Verdampferteile unterteilt. Dabei weist ein mediumseitig erster Verdampferteil keinen Austrittssammler auf. Ebenso weist ein diesem nachgeschalteter zweiter Verdampferteil keinen Eintrittsverteiler auf. Durch diese Verdampferkonstruktion wird aufgrund der Einsparung von Sammlern eine Kosteneinsparung erzielt.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn ein Innendurchmesser eines me¬ diumseitig ersten Rohrteils kleiner ist, als ein Innendurchmesser eines dem ersten Rohrteil nachgeschalteten zweiten Rohrteils.
Vorteilhafter Weise sind die Rohrteile über ein konisch ausgebildetes Verbindungsstück direkt miteinander verbunden. Es ist zweckmäßig, wenn die ersten Rohrteile der Dampferzeu¬ gerrohre eingangsseitig an einem Verdampfereintritt mit einem Eintrittsverteiler strömungstechnisch verbunden sind.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die zweiten Rohrteile der Dampferzeugerrohre mit einem Austrittssammler verbunden sind.
Dabei ist der Austrittssammler vorteilhafter Weise an eine Dampfleitung angeschlossen, die den Dampf zu Überhitzerheizflächen führt.
Der solarthermische Durchlaufdampferzeuger ist dabei nach besonders vorteilhafter Ausgestaltung in ein Solarturm- Kraftwerk integriert und zur Dampferzeugung durch fokussierte Sonnenstrahlung direkt beaufschlagbar.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass über einen weiten Lastbereich eine stabile Betriebsweise und damit der betriebssichere Einsatz auch für Durchlaufdampferzeuger in solarthermischen Kraftwerken gewährt wird.
Mit der vorgeschlagenen Maßnahme erhöht sich daher der erzielbare Wärmestrom im Dampferzeuger eines solarthermischen Kraftwerks mit Solar-Turm.
Nachfolgend werden anhand einer Zeichnung Ausführungsbeispie¬ le der Erfindung beschrieben. Darin zeigen:
FIG 1 ein Solarturm-Kraftwerk,
FIG 2 einen Verdampfer eines solarthermischen Dampferzeugers nach dem Stand der Technik,
FIG 3 einen Verdampfer eines erfinderischen solarthermischen Durchlaufdampferzeugers und
FIG 4 einen aus zwei Einzelheizflächen aufgebauten Verdampfer des Durchlaufdampferzeugers nach FIG 3.
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
FIG 1 zeigt ein Solarturm-Kraftwerk 1. Das Solarturm- Kraftwerk 1 umfasst einen Solarturm 2, an dessen vertikal oberem Ende ein Absorber 3 angeordnet ist. Ein Heliostatenfeld 4 mit einer Anzahl von Heliostaten 5 ist am Boden um den Solarturm 2 herum platziert. Das Heliostatenfeld 4 mit den Heliostaten 5 ist für eine Fokussierung der direkten Solarstrahlung 6 ausgelegt. Dabei sind die einzelnen Heliostaten 5 so angeordnet und ausgerichtet, dass die direkte Solarstrah¬ lung 6 von der Sonne in Form von konzentrierter Solarstrahlung 7 auf den Absorber 3 fokussiert wird. Bei dem Solarturm- Kraftwerk 1 wird somit die Sonnenstrahlung durch ein Feld einzeln nachgeführter Spiegel, die Heliostaten 5, auf die Spitze des Solarturmes 2 konzentriert. Der Absorber 3 wandelt die Strahlung in Wärme um und gibt sie an ein Wärmeträgerme- dium, beispielsweise Wasser, ab, das die Wärme einem konven¬ tionellen Kraftwerksprozess mit einer Dampfturbine zuführt.
In FIG 2 ist ein Verdampfer 8 eines bekannten solarthermi- sehen Umlaufdampferzeugers 9 mit Direktverdampfung darge¬ stellt, der als Absorber 3 in den Solarturm 2 der FIG 1 integriert ist.
Die Dampferzeugerrohre 10 sind eingangsseitig mit einem Ein- trittsverteiler 11 und ausgangsseitig mit einem Austritts¬ sammler 12 strömungstechnisch verbunden. Überströmrohre 13 verbinden den Austrittssammler 12 mit einer Trommel 14, in die eine Speisewasserleitung 15 mündet. In die Speisewasserleitung 15 ist eine Speisewasserpumpe 16 geschaltet. Eine Dampfleitung 17 sowie eine Fallrohrleitung 18 zweigen von der Trommel 14 ab. In die Fallrohrleitung 18 ist eine Umwälzpumpe 20 geschaltet. Die Fallrohrleitung 18 mündet in den Eintrittsverteiler 11. Im Betrieb des solar beheizten Umlaufdampferzeugers 9 saugt die Umwälzpumpe 20 Kesselwasser aus der Trommel 14 an und drückt es in den Eintrittsverteiler 11. Dort wird das Kessel¬ wasser auf die Vielzahl der wärmeübertragenden Rohre 10 verteilt. Der Verdampfer 8 ist in parallel geschaltete Heizflä- chenrohre aufgeteilt. Die wärmeübertragenden Rohre 10 werden durch die konzentrierte Solarstrahlung 8 aufgeheizt, wobei die wärmeübertragenden Rohre 10 die Wärme an das Kesselwasser abgeben. Das entstehende Dampf/Wasser-Gemisch wird über den Ausstrittssammler 12 und die Überströmrohre 13 in die unbe- heizte Trommel 14 geleitet und dort in möglichst trockenen
Sattdampf und in zum Verdampfer 8 zurückfließendes Umlaufwas¬ ser getrennt. Die Speisewasserzufuhr wird so geregelt, dass der Wasserstand in der Trommel 14 konstant bleibt. Der Sattdampf verlässt die Trommel 14 über die Dampfleitung
17 und kann in einer weiteren Heizfläche überhitzt werden und anschließend als Frischdampf einer nicht näher dargestellten Dampfturbine zur Erzeugung von elektrischer Energie zugestellt werden.
Im Betrieb eines solarthermischen Dampferzeugers ist es be¬ sonders kritisch in Abhängigkeit des vorhandenen Wärmeange¬ bots der primären Solarstrahlung immer genau den erforderlichen Speisewassermassenstrom durch die Absorberheizfläche, zur Verfügung zu stellen, um den geforderten bzw. gewünschten Fluidzustand am Absorberaustritt, respektive am Verdampfer¬ austritt 13 auch während instationärer Vorgänge, insbesondere bei Wolkendurchzug durch das Heliostatenfeld 4 zu gewährleis¬ ten .
Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen solarthermischen Durchlaufdampferzeugers 21 in dem Solarturm-Kraftwerk 1 mit direkter Verdampfung zeigt FIG 3 das Prinzip eines Zwangdurchlauf¬ dampferzeugers, bei dem der Durchlauf des Wasser- /DampfStromes durch den Verdampfer von einer Speisepumpe 16 erzwungen wird. Das Speisewasser wird von der Speisepumpe 16 in den Eintrittsverteiler 11 gefördert und nacheinander werden der Verdampfer 8 und der Überhitzer 22 durchströmt (bei solarthermischen Kraftwerken entfällt typischerweise ein Speisewasservorwärmer) . Die Erwärmung des Speisewassers bis zur Sattdampftemperatur, die Verdampfung und Überhitzung erfolgen kontinuierlich in einem Durchlauf, so dass keine Trommel benötigt wird. Zwischen Verdampfer 8 und Überhitzer 22 ist für den UmlaufVorgang beim Anfahren der Anlage eine Abscheideeinrichtung 23 vorgesehen.
Mit Zwangdurchlaufdampferzeugern können sehr große Dampfleistungen auf relativ kleinem Raum erzeugt werden. Durch den Wegfall der Abscheidetrommel können mit dem Durchlaufdampfer- zeuger sehr hohe Drücke gefahren werden und somit auch sehr hohe Wirkungsgrade erzielt werden.
Figur 4 zeigt eine bevorzugte Aus führungs form des Verdampfers 8 mit zwei Einzelheizflächen. Diese sind realisiert durch ei- nen ersten Verdampferteil 24 und einen diesem mediumseitig nachgeschalteten zweiten Verdampferteil 25.
Die beiden Verdampferteile 24 und 25 sind direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung eines Austrittssammlers oder Eintrittsverteilers, miteinander verbunden. Dabei weisen die Parallelrohre 10a des ersten Verdampferteils 24 einen Innendurchmesser dl auf, der gegenüber dem Innendurchmesser d2 der Parallelrohre 10b des zweiten Verdampferteils 25 kleiner ist (dl < d2 ) . Die Verbindung der einzelnen Parallelrohre 10a und 10b der Verdampferteile 24 bzw. 25 ist im Beispiel der Figur 4 über jeweils ein konisch ausgebildetes Zwischenstück 26 hergestellt. Dieses Zwischen- oder Verbindungsstück 26 ist zur Realisierung der Durchmessererweiterung konisch, vorzugsweise in Form eines Kegelstumpfes, ausgebildet. Ausgangsseitig sind die Parallelrohre 10b des zweiten Verdampferteils 16 an den Austrittssammler 12 angeschlossen.
Beim Betrieb des solarthermischen Durchlaufdampferzeugers 21 strömt kondensiertes Wasser, sogenanntes Speisewasser, aus einem der (nicht gezeigten) Dampfturbine nachgeschalteten (nicht gezeigten) Kondensator über die Speisewasserleitung 15 in den Eintrittsverteiler 11. Von dort strömt das Speisewasser in die einzelnen Verdampferrohre 10a des ersten Verdamp- ferteils 24 des Durchlaufdampferzeugers 21.
Im Durchlaufdampferzeuger 21 erzeugter Dampf ist am Austritt des Durchlaufdampferzeugers 21, d.h. im Austrittssammler 12 leicht überhitzt. Eine höhere Überhitzung wird gegebenenfalls in einer weiteren Heizfläche vorgenommen. Der Verdampfungsendpunkt gleitet bei diesem Verdampferkonzept abhängig vom Lastbetriebspunkt .

Claims

Patentansprüche
1. Solarthermischer Durchlaufdampferzeuger (21), insbesondere für ein Solarturm-Kraftwerk (1), umfassend einen Absorber (3) mit Dampferzeugerrohren (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsquerschnitt der Dampferzeugerrohre (10) in Strö¬ mungsrichtung eines Mediums variiert.
2. Solarthermischer Durchlaufdampferzeuger (21) nach Anspruch 1, wobei sich der Strömungsquerschnitt der Dampferzeugerrohre
(10) in Strömungsrichtung eines Mediums vergrößert.
3. Solarthermischer Durchlaufdampferzeuger (21) nach Anspruch 2, wobei sich der Strömungsquerschnitt der Dampferzeugerrohre (10) in Strömungsrichtung eines Mediums infolge einer Reduzierung einer Wandstärke der Dampferzeugerrohre (10) vergrö¬ ßert .
4. Solarthermischer Durchlaufdampferzeuger (21) nach Anspruch 2, wobei sich der Strömungsquerschnitt der Dampferzeugerrohre
(10) in Strömungsrichtung eines Mediums infolge einer Vergrößerung eines Dampferzeugerrohrumfangs vergrößert.
5. Solarthermischer Durchlaufdampferzeuger (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dampferzeugerrohre
(10) aus hintereinander geschalteten Rohrteilen (10a, 10b) zusammengesetzt sind.
6. Solarthermischer Durchlaufdampferzeuger (21) nach Anspruch 5, wobei ein Innendurchmesser eines mediumseitig ersten Rohrteils (10a) kleiner ist, als ein Innendurchmesser eines dem ersten Rohrteil (10a) nachgeschalteten zweiten Rohrteils (10b) .
7. Solarthermischer Durchlaufdampferzeuger (21) nach Anspruch 5, wobei die Rohrteile (10a, 10b) über ein konisch ausgebil¬ detes Verbindungsstück (26) direkt miteinander verbunden sind .
8. Solarthermischer Durchlaufdampferzeuger (21) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die ersten Rohrteile (10a) der Dampferzeugerrohre (10) eingangsseitig an einem Eintrittsver¬ teiler (11) strömungstechnisch verbunden sind.
9. Solarthermischer Durchlaufdampferzeuger (21) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die zweiten Rohrteile (10b) der Dampferzeugerrohre (10) mit einem Austrittssammler (12) verbunden sind.
10. Solarthermischer Durchlaufdampferzeuger (21) nach Anspruch 9, wobei der Austrittssammler (12) an eine Dampfleitung angeschlossen ist, die den Dampf zu Überhitzerheizflä¬ chen führt .
11. Solarturm-Kraftwerk (1) mit einem solarthermischen Durchlaufdampferzeuger (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105020687A (zh) * 2015-07-28 2015-11-04 四川蓝讯宝迩电子科技有限公司 一种利用太阳能热发电的蒸汽发生装置
CN105066081A (zh) * 2015-07-28 2015-11-18 四川蓝讯宝迩电子科技有限公司 用于发电站的蒸汽发生罐

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014222785B4 (de) * 2014-11-07 2018-04-12 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Receiver für Solarenergiegewinnungsanlagen
DE102017123455A1 (de) * 2017-10-10 2019-04-11 Bilfinger Engineering & Technologies Gmbh Receiver, Kraftwerk und Verfahren zur thermischen Nutzung von Sonnenenergie

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB191020207A (en) * 1910-08-30 1911-01-26 Mills English And Company Ltd Improvements in and relating to Steam Superheating Tubes.
CH156669A (de) * 1931-05-11 1932-08-15 Kohler Conrad Dampferzeugungsanlage für hohen Druck.
FR1220869A (fr) * 1958-12-22 1960-05-30 Assemblage de collecteurs en métaux de qualités différentes, notamment pour échangeurs de chaleur
US5755188A (en) * 1995-05-04 1998-05-26 The Babcock & Wilcox Company Variable pressure once-through steam generator furnace having all welded spiral to vertical tube transition with non-split flow circuitry
RU2193726C2 (ru) * 1997-06-30 2002-11-27 Сименс Акциенгезелльшафт Парогенератор, работающий на отходящем тепле
US20090260622A1 (en) * 2008-04-16 2009-10-22 Alstom Technology Ltd Solar steam generator having a standby heat supply system
JP5193007B2 (ja) * 2008-12-03 2013-05-08 三菱重工業株式会社 ボイラ構造

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105020687A (zh) * 2015-07-28 2015-11-04 四川蓝讯宝迩电子科技有限公司 一种利用太阳能热发电的蒸汽发生装置
CN105066081A (zh) * 2015-07-28 2015-11-18 四川蓝讯宝迩电子科技有限公司 用于发电站的蒸汽发生罐

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