Kohlegefeuerter Dampferzeuger für Kohle-Kombiblock

Abstract

 Bei einem kohlegefeuerten Dampferzeuger mit einem Wasser-Dampf- kreislauf und einem Niederdruck-Wärmeträ­ger-Kreislauf, der über einen im Rauchgasstrom des Dampferzeugers angeordneten Erhitzer mit mindestens einer Heizfläche Wärme aus dem Rauchgasstrom auskoppelt und in einen Wärme verbrauchenden Prozeß einbindet, insbesondere Kohle-Kombiblock mit einer in den Wasser-Dampfkreislauf eingeschalteten Dampfturbine und einen Gasturbinenprozeß, ist zur Optimierung der Lage des Erhitzers für den Niederdruck-Wärmeträger-­Kreislauf, insbesondere Natrium-Kreislauf, erfindungs­gemäß vorgesehen, daß der Rauchgasstrom auf mindestens zwei dem Feuerraum (2) parallel nachgeschaltete Rauchgaszüge (3, 4) aufgeteilt wird, von denen der eine (4) dem Wasser-Dampf-Kreislauf und der andere dem Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf zugeordnet ist.

Beschreibung

[0001] Die erfindung betrifft einen kohlegefeuerten Dampferzeu­ger mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf und einem Nieder­druck-Wärmeträger-Kreislauf, der über einen im Rauch­gasstrom des Dampferzeugers angeordneten Erhitzer mit mindestens einer Heizfläche Wärme aus dem Rauchgasstrom auskoppelt und in einen Wärme verbrauchenden Prozeß einbindet, insbesondere Kohle-Kombiblock mit einer in den Wasser-Dampfkreislauf eingeschalteten Dampfturbine und einen Gasturbinenprozeß

[0002] In der Beschreibung und in den Ansprüchen wird unter "Niederdruck-Wärmeträger" ein Wärmeträger verstanden der im Gegensatz zu Dampf bei geringeren Drücken zum Wärmetransport eingesetzt werden kann. Hierzu gehören in an sich bekannter Weise Helium und Metalle, wie Natrium sowie Öle und Salze, die bei geringen Drücken bis zu sehr hohen Temperaturen flüssig sind und somit mittels Pumpen gefördert werden können.

[0003] Aus VGB Kraftwerkstechnik, 65. Jahrg., Heft 6 (1985), Seiten 545-557, insbesondere Bilder 10 und 11 auf S. 550, sind solche Dampferzeuger bekannt, bei denen der Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf ein Natrium-Kreislauf ist. Da die Wärme für den Natrium-Kreislauf in der Feuerung des im Kombi-Prozeß der Gasturbine nachgeschal­teten Dampferzeugers entbunden wird, besteht die Mög­lichkeit, den Natrium-Dampferhitzer im Dampferzeuger so unterzubringen, daß er an einer für ihn vorteilhaften Stelle liegt, während die von der Verbrennung her hoch belasteten Heizflächen des Dampferzeugers nach wie vor wassergekühlt sind. Auf diese Weise wird die Beanspruchung der für den Bau des Natrium-Erhitzers erforderlichen hochlegierten Werkstoffe vermindert.

[0004] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders vorteilhafte Stelle für die Anordnung des Niederdruck-Wärmetauschers angzugeben.

[0005] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Rauchgasstrom auf mindestens zwei dem Feueraum parallel nachgeschaltete Rauchgaszüge aufgeteilt wird, von denen der eine dem Wasser-Dampf-Kreislauf und der andere dem Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf zugeordnet ist.

[0006] Im folgenden wird als Niederdruck-Wärmeträger Natrium angesprochen, das vorzugsweise eingesetzt werden kann. Unter Umständen kommen auch andere Metalle, wie Kalium, oder auch Legierungen, wie Natrium-Kaliumlegieren, infrage (vgl. Bild 7 der angezogenen Druckschrift) oder Gase wie Helium sowie Öle und Salze.

[0007] Die erfindungsgemäße Ausbildung des Dampferzeugers bietet mit getrennten Rauchgaszügen folgende Vorteile:

[0008] Der Natriumerhitzer ist nicht direkt über den Brennern angeordnet, so daß bei einem Natriumleck kein Natrium in die Brennkammer eintreten kann. Weiterhin erfolgt bei Stillstand keine Einstrahlung in die Heizflächen des Erhitzers.

[0009] Weiterhin ist die Abtrennbarkeit des Natriumzuges gewährleistet, so daß ein sicherer Weiterbetrieb des Dampferzeugers ohne Wärmeauskopplung über den Natrium-Kreislauf erfolgen kann. Weiterhin sind die im Wasser-Dampf-Zug angeordneten Heizflächen weitgehend von den Natrium-Heizflächen getrennt. Bei vertikal angeord­netem Natriumzug läßt die sich insgesamt einstellende Aufwärtsströmung des Natriums im Erhitzer einen Natur­umlauf und somit eine Notkühlung beim Ausfall der im Natrium-Kreislauf angeordneten Pumpkapazität zu.

[0010] Vorzugsweise sind die Rauchgaszüge nebeneinander ange­ordnet, wiederum bevorzugt in horizontaler oder vertika­ler Anordnung. Wegen der vertikalen Ausrichtung des Feuerraums wird die vertikale Anordnung besonders zweck­mäßig sein.

[0011] Vorzugsweise wird der aus dem Niederdruck-Wärmeträger-­Rauchgaszug austretende Rauchgasteilstrom in den Wasser-Dampf-Zug an einer Stelle zugeführt, an der die Temperatur des zugeführten Rauchgasteilstroms im wesent­lichen der Temperatur des im Wasser-Dampf-Rauchgaszug strömenden Rauchgases entspricht. Diese Führung des Rauchgases aus dem einen Rauchgaszug in den anderen ist besonders vorteilhaft, da das Rauchgas in dem Natrium-­Zug nicht in gleichem Maße heruntergekühlt werden kann wie in dem Wasser-Dampfzug (beispielsweise Eintritts­temperatur des Rauchgases in den Natriumzug 1.150° C - Austrittstemperatur aus dem Natriumzug 480° C bei einer Eintrittstemperatur des Natriums von 380° C und einer Austrittstemperatur von 950° C/ Eintrittstemperatur des Rauchgases in den Wasser-Dampf-Rauchgaszug: 1.180° - Austrittstemperatur 190° C).

[0012] Die Ausbildung des Erhitzers gemäß Anspruch 4 ermöglicht eine Anpassung der Wärmebeaufschlagung der einzelnen Heizflächen z. B. an die hierfür verwendeten Werkstoffe.

[0013] Der Natrium-Rauchgaszug ist vorzugsweise als Regelzug ausgebildet, damit die Auskopplung von Wärme über den Natrium-Kreislauf geregelt werden kann.

[0014] Es ist auch zweckmäßig, daß der Reuerraum des Dampfer­zeugers und die beiden Rauchgaszüge in einer Reihe angeordnet sind derart, daß der Wasser-Dampf-Rauchgaszug zwischen dem Feuerraum und dem Niederdruck-Wärmeträger-­Rauchgaszug angeordnet ist. Auf diese Weise ist der Natrium-Rauchgaszug mindestens von drei Seiten zugäng­lich, so daß im Falle von Natriumleckagen eine leichtere Schadensbehebung gegeben ist.

[0015] Wegen des üblicherweise zwischen dem aufsteigenden Feuerraum und dem absteigenden Rauchgaszug vorhandenen Freiraumes ist es zweckmäßig, in diesem Falle eine Leitung für die Überführung des Rauchgases aus dem Niederdruck-Wärmeträger-Zug in den Wasser-Dampf-Zug in diesem Freiraum nach oben an die Stelle zu führen, an der in etwa Temperaturgleichheit gegeben ist.

[0016] Der erfindungsgemäße Dampferzeuger 1 besteht aus einem Feuerraum 2 und zwei parallel geschalteten Rauchgaszügen 3 und 4. Dam Feuerraum 2 ist eine Vielzahl von mit Kohle gefeuerten Brennern 2a zugeordnet.

[0017] Der zwischen dem Feuerraum 2 und dem außenliegenden Rauchgaszug 4 liegende Rauchgaszug 3 ist dem Wasser-­Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers zugeordnet und weist eine Vielzahl von mit Wasser bzw. Dampf beaufschlagten Heizflächen 3a auf. Der Rauchgaszug ist bis auf die Stelle A im wesentlichen gleichmäßig mit Heizflächen 3a belegt. Der außenliegende Rauchgaszug 4 ist in einen Natrium-Kreislauf eingebunden, beispielsweise in die Natrium-Kreisläufe gemäß Bild 10 oder 11 der vorstehend genanten Literaturstelle. Bestandteil des Natrium-­Kreislaufs ist ein Erhitzer, der bei der gezeigten Ausführungsform aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten Heizflächen 4a besteht, die hintereinander geschaltet sind. Von unten tritt in den Erhitzer über eine oder mehrere Einlaßleitungen 5 relativ kaltes Natrium ein und wird nach Erhitzung über eine oder mehrere Auslaßleitungen 6 abgeführt. Während also das Natrium in den hintereinander geschalteten Heizflä­chen 4a von unten nach oben aufsteigt, strömt der dem Rauchgaszug zugeordnete Rauchgasteilstrom im Gegen­strom von oben nach unten. Das aus dem Rauchgaszug 4 unten austretende Rauchgas wird über einen Rauchgas­kanal 7 dem Rauchgaszug 3 an der Stelle A zugeführt, da die Austrittstemperatur des Rauchgases aus dem Rauch­gaszug 4 im wesentlichen der an der Stelle A herrschen­den Temperatur entspricht. In dem oder den Rauchgaska­nälen 7 ist eine oder mehrere Regelklappen 8 angeordnet, um die in den Rauchgaskanal 4 eintretende Rauchgasmenge und damit die über den Natrium-Kreislauf auszukoppelnde Wärme zu regeln. Zwischen Einlaß 5 und Auslaß 6 kann vorzugsweise eine zu- und abschaltbare Verbindungslei­tung liegen, die bei Ausfall der im Natrium-Kreilauf vorhandenen Umwälzpumpe oder -pumpen zugeschaltet werden kann, um einen Naturumlauf und eine Notkühlung zu ermöglichen. Es ist auch möglich, daß den Pumpen entsprechende Bypassleitungen zugeordnet werden.

[0018] Die Heizflächen 3a und 4a liegen vorzugsweise in gleichen Ebenen, damit ihnen gleiche Bühnen und evtl. gleiche Hilfseinrichtungen zugeordnet werden können.

[0019] Abschließend soll darauf aufmerksam gemacht werden, daß in den Ansprüchen und in der Beschreibung unter "Kohle" sowohl Steinkohlen, Braunkohlen, Koks und im weitesten Sinne andere feste Brennstoffe oder aus diesen abgeleitete Sekundärbrennstoffe (vgl. z. B. Bild 10 der obigen Literaturstelle) verstanden werden.

[0020] Schließlich ist anzumerken, daß vorzugsweise der Erhit­zer aus einer Vielzahl von bezogen auf den Niederdruck-­Wärmeträger-Kreislauf hintereinander geschalteten Heiz­flächen 4a aufgebaut ist, die bezüglich des Rauchgas­stroms im Gleichstrom oder Gegenstrom angeordnet sind.

Ansprüche

1. Kohlegefeuerter Dampferzeuger mit einem Wasser-Dampf­kreislauf und einem Niederdruck-Wärmeträger-Kreis­lauf, der über einen im Rauchgasstrom des Dampferzeu­gers angeordneten Erhitzer mit mindestens einer Heizfläche Wärme aus dem Rauchgasstrom auskoppelt und in einen Wärme verbrauchenden Prozeß einbindet, insbesondere Kohle-Kombiblock mit einer in den Wasser-Dampfkreislauf eingeschalteten Dampfturbine und einen Gasturbinenprozeß dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgasstrom auf mindestens zwei dem Feuerraum (2) parallel nachgeschaltete Rauchgaszüge (3, 4) aufgeteilt wird, von denen der eine (4) dem Wasser-Dampf-Kreislauf und der andere dem Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf zugeordnet ist.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Rauchgaszüge (3, 4) nebeneinander angeordnet sind.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgaszüge vertikal oder horizontal angeordnet sind.

4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1-3, da­durch gekennzeichnet, daß der aus dem Niederdruck-Wärmeträger-Rauchgaszug (4) austretende Rauchgasteilstrom in den Wasser-Dampf-Zug (3) an einer Stelle (A) zugeführt wird, an der die Temperatur des zugeführten Rauchgasteilstromes im wesentlichen der Temperatur des im Wasser-Dampf-­Rauchgaszuges strömenden Rauchgases entspricht.

5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1-4, da­durch gekennzeichnet, daß der Erhitzer aus einer Vielzahl von bezogen auf den Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf hintereinander geschalteten Heizflächen (4a) aufgabaut ist, die bezüglich des Rauchgasstroms im Gleichstrom oder Gegenstrom angeordnet sind.

6. Dampferzeuger nach einem der Ansrpüche 1-5, da­durch gekennzeichnet, daß der Natrium-Rauchgaszug als Regelzug (8) ausgebildet ist.

7. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerraum (2) des Dampferzeugers (1) und die beiden Rauchgaszüge (3, 4) in einer Reihe angeordnet sind derart, daß der Wasser-Dampf-Rauchgaszug (3) zwischen dem Feuerraum (2) und dem Niederdruck-Wärme­träger-Rauchgaszug angeordnet ist.

8. Dampferzeuger mit einem Freiraum zwischen aufsteigen­dem Feuerraum und absteigendem Rauchgaszug nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekenn­zeichnet, daß eine Leitung (7) für die Über­führung des Rauchgases aus dem Niederdruck-Wärme­träger-Zug (4) in den Wasser-Dampf-Zug (3) diesem Freiraum an die Stelle (A) geführt wird, an der in etwa Temperaturgleichheit gegeben ist.

Zeichnung