Verfahren zum Betreiben eines Durchlaufdampferzeugers

Abstract

 Zur Verringerung der Antriebsleistung der Speisewasserpumpe (12) insbesondere bei Vollast eines Durchlaufdampferzeugers wird bei Überschreiten eines bestimmten Wertes eines Speisewassermassenstromes in den Durchlaufdampferzeuger der Fluß eines Speisewassermassenteilstromes in eine zu einer ersten, durch die Rohrwand (3) einer Brennkammer (2) des Durchlaufdampferzeugers gebildeten Verdampferheizfläche wasserseitig parallelgeschaltete zweite Verdampferheizfläche (8) eingeschaltet, die sich in einem der Brennkammer (2) rauchgasseitig nachgeschalteten Konvektionsraum (6) befindet; bei Unterschreiten des besagten Wertes des Speise­wassermassenstromes in den Durchlaufdampferzeuger wird der Fluß des Speisewassermassenteilstromes in die zweite Verdampferheiz­fläche (8) wieder ausgeschaltet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Durch­laufdampferzeugers entsprechend dem Oberbegriff des Patentan­spruches 1.

[0002] Ein derartiges Verfahren ist aus den Seiten 751 bis 753 aus "VGB-Kraftwerkstechnik 56", Heft 12, Dez. 1976 bekannt und bezieht sich auf den Durchlaufdampferzeuger mit Vollastumwäl­zung einer kombinierten Gas/Dampfturbinenanlage. Von einer Gasturbine strömt dem Durchlaufdampferzeuger unabhängig von seiner Last eine konstante Abgasmenge zu. Der Luftüberschuß in der Brennkammer wird trotz unterschiedlicher Last des Durch­laufdampferzeugers dadurch stets etwa gleich groß gehalten, daß ein Teilstrom dieses Abgases der Gasturbine unter Umgehung der Brennkammer und damit der durch die Wand dieser Brennkammer des Durchlaufdampferzeugers gebildeten ersten Verdampferheiz­fläche rauchgasseitig vor der zweiten Verdampferheizfläche in den Konvektionsraum eingeführt wird. Das Speisewasser wird ständig in beide zueinander parallelgeschaltete Verdampferheiz­flächen geleitet, und zwar in Anteilen, die sich stets von selbst einstellen.

[0003] Bei Vollast des Durchlaufdampferzeugers findet in beiden Ver­dampferheizflächen Verdampfung statt. Mit sinkender Last nimmt die erste, durch die Wand der Brennkammer gebildete Verdampfer­heizfläche immer weniger Wärme auf, bis diese erste Verdampfer­heizfläche bei Kleinlast nur noch als Speisewasservorwärmer wirkt und der größte Teil der Wärmeübertragung an die zweite Verdampferheizfläche im Konvektionsraum stattfindet.

[0004] Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Antriebsleistung der Speisewasserpumpe für den Durchlaufdampferzeuger insbe­ sondere bei Vollast des Durchlaufdampferzeugers zu verringern und dadurch die Investitionskosten für eine Speisewasserpumpe, einen Speisewasservorwärmer und eine Speisewasserrohrleitung zu senken, aber auch den Betrieb des Durchlaufdampferzeugers wirtschaftlicher zu gestalten.

[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe hat das Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die Verfahrensschritte nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1.

[0006] Dadurch wird erreicht, daß der Speisewassermassenstrom in die erste, die Wand der Brennkammer bildende Verdampferheiz­fläche oberhalb einer bestimmten Last des Durchlaufdampferzeu­gers nicht weiter ansteigt, sondern daß der bei weiter stei­gender Last erforderliche Zuwachs des Speisewassermassenstromes in die zweite, im Konvektionsraum befindliche Verdampferheiz­fläche strömt. Dadurch steigen auch die Strömungsgeschwindig­keit und damit der Reibungsdruckverlust in der ersten Ver­dampferheizfläche nicht weiter an, und die Speisewasserpumpe hat auch bei Volllast wegen der wasserseitig parallelgeschal­teten zweiten Verdampferheizfläche nur diesen Reibungsdruckver­lust zu überwinden.

[0007] Ferner wird bei Teillast die zweite, im Konvektionsraum befind­liche und abgeschaltete Verdampferheizfläche nicht durchströmt und dadurch nicht gekühlt, so daß sie ihrerseits auch das Rauchgas im Konvektionsraum nicht kühlen kann. Das Rauchgas hat deshalb eine ausreichend hohe Temperatur, so daß eine dem Kon­vektionsraum nachgeschaltete, mit Katalysatoren ausgestattete Anlage zur Beseitigung von Stickoxid aus dem Rauchgas ein­wandfrei arbeiten kann.

[0008] Die Patentansprüche 2 und 3 sind auf vorteilhafte Weiterbil­dungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet.

[0009] Durch die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 können sich der von der Speisewasserpumpe zu überwindende Reibungsdruckver­lust, soweit er in der ersten Verdampferheizfläche entsteht, und damit auch die Leistung der Speisewasserpumpe auf einen möglichst niedrigen Wert einstellen.

[0010] Durch die Weiterbildung nach Patentanspruch 3 können Tempera­turschwankungen abgefangen werden, die bei Lastwechsel oder Feuerungsstörungen in anderen Heizflächen auftreten, die den beiden Verdampferheizflächen wasserseitig nachgeschaltet sind.

[0011] Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

FIG 1 zeigt schematisch einen Durchlaufdampferzeuger.

FIG 2 zeigt im Querschnitt einen Durchgangssammler des Durch­laufdampferzeugers nach FIG 1.

FIG 3 zeigt ein Diagramm zur Betriebsweise des Durchlauf­dampferzeugers nach FIG 1 und FIG 2.

FIG 4 zeigt eine Abwandlung der Schaltung von Heizflächen im Konvektionsraum des Durchlaufdampferzeugers nach FIG 1.

[0012] Der Durchlaufdampferzeuger nach FIG 1 hat eine Brennkammer 2 mit nicht dargestellten, z.B. Kohlestaubbrennern, die in diese Brennkammer 2 münden. Die Brennkammer 2 ist durch eine Rohrwand 3 gebildet, die eine erste Verdampferheizfläche ist.

[0013] Der Brennkammer 2 ist rauchgasseitig ein Strahlraum 4 mit einem Horizontalzug 5 nachgeschaltet, der in einen Konvektions­raum 6 mit einem Rauchgasaustrittskanal 7 übergeht. Der Strahl­raum 4, der Horizontalzug 5 und der Konvektionsraum 6 haben wasserdampfgekühlte, gasdichte Rohrwände.

[0014] Innerhalb des oberen Teiles des Strahlraumes 4, innerhalb des Horizontalzuges 5 und innerhalb des oberen Teiles des Konvektionsraumes 6 sind Hochdrucküberhitzer- und Zwischen­überhitzerheizflächen 27 angeordnet. Rauchgasseitig hinter diesen Hochdrucküberhitzer- und Zwischenüberhitzerheizflächen 27 sind innerhalb des Konvektionsraumes 6 ferner eine zweite Verdampferheizfläche 8 und eine Economiserheizfläche 9 ange­ordnet. Der Rauchgasaustrittskanal 7 führt zu einer Kataly­satoren enthaltenden Anlage 10 zum Beseitigen von Stickoxid aus dem Rauchgas.

[0015] Zur Economiserheizfläche 9 führt eine Speisewasserrohrleitung 11 mit einer Speisewasserpumpe 12 und einem Speisewasservorwär­mer 13.

[0016] Der Economiserheizfläche 9 sind wasserseitig über eine Rohr­leitung 14, die einen Durchflußmesser 15 enthält, die die erste Verdampferheizfläche bildende Rohrwand 3 und über eine weitere Rohrleitung 16, die ein Wasserregelventil 17 enthält, die im Konvektionsraum 6 befindliche zweite Verdampferheiz­fläche 8 nachgeschaltet. Die zweite Verdampferheizfläche 8 mit vorgeschaltetem Wasserregelventil 17 und die die erste Verdampferheizfläche bildende Rohrwand 3 sind wasserseitig parallelgeschaltet und ausgangsseitig an einem Durchgangssamm­ler 18 angeschlossen, der, wie FIG 2 zeigt, im Prinzip ein Rohr ist, in das der Ausgang 3a der ersten Verdampferheizfläche und der Ausgang 8a der zweiten Verdampferheizfläche sich in einer Durchmessergeraden des Rohres gegenüber befindlich münden.

[0017] Von diesem Durchgangssammler 18 gehen radial gerichtet die Rohrleitungen 4a zur Rohrwand des Strahlraumes 4 ab.

[0018] Der Rohrwand des Strahlraumes 4 ist ein Wasser-Dampf-Trenn­behälter 19 nachgeschaltet, dessen dampfseitiger Ausgang 20 zu einer Hochdrucküberhitzerheizfläche 27 und dessen wasser­seitiger Ausgang 21, in den eine Pumpe 22 geschaltet ist, zum wasserseitigen Eingang der Economiserheizfläche 9 führen. Die­ser Wasser-Dampf-Trennbehälter 19 kann auch hinter die Ausgänge der die erste Verdampferheizfläche bildenden Rohrwand 3 und der zweiten Verdampferheizfläche 8 geschaltet sein.

[0019] Im Diagramm nach FIG 3 sind auf der Abszisse die Last des Durchlaufdampferzeugers in Prozent der Vollast und auf der Ordinate der Speisewassermassenstrom in den Durchlaufdampf­erzeuger in Prozent des Speisewassermassenstromes bei Vollast aufgetragen.

[0020] Die durchgezogene Linie I repräsentiert den Speisewassermassen­strom durch die Rohrleitung 14 in die die erste Verdampferheiz­fläche bildende Rohrwand 3 und die strichpunktierte Linie II den Speisewassermassenstrom durch die Rohrleitung 16 in die zweite Verdampferheizfläche 8, die im Konvektionsraum 6 ange­ordnet ist. Hierbei ist also auch das in die beiden Verdampfer­heizflächen eintretende Wasser als Speisewasser bezeichnet.

[0021] Bei Teillast kleiner als oder gleich z.B. 40 % der Vollast ist das Wasserregelventil 17 geschlossen, und dem durch die Speisepumpe 12 geförderten Speisewassermassenstrom durch die die erste Verdampferheizfläche bildende Rohrwand 3 wird ein durch die Pumpe 22 geförderter Umwälzwassermassenstrom über­lagert, so daß der Gesamtwassermassenstrom durch die Rohrwand 3 bei jeder Teillast bis zu 40 % der Vollast den gleichen Wert hat.

[0022] Bei Teillast höher als 40 % der Vollast bleibt das Wasserregel­ventil 17 zunächst noch geschlossen, der durch die Pumpe 22 geförderte Umwälzwassermassenstrom ist Null und der Speise­wassermassenstrom durch die die erste Verdampferheizfläche bildende Rohrwand 3 steigt mit der Last des Durchlaufdampfer­zeugers linear an.

[0023] Erst wenn der Durchflußmesser 15 in der Rohrleitung 14 einen Speisewassermassenstrom in die Rohrwand 3, z.B. von 80 % des Speisewassermassenstromes in den Durchlaufdampferzeuger bei Vollast anzeigt, wird das Wasserregelventil 17 geöffnet. Bei weiterer Steigerung der Last des Durchlaufdampferzeugers wird das Wasserregelventil 17 immer nur so weit geöffnet, daß der Speisewassermassenteilstrom durch die Rohrleitung 14 in die Rohrwand 3 stets den Wert 80 % des Speisewassermassenstromes in den Durchlaufdampferzeuger bei Vollast konstant beibehält, während der über 80 % hinausgehende Teil dieses Speisewasser­massenstromes der zweiten Verdampferheizfläche 8 zugeführt wird.

[0024] Da der Reibungsdruckverlust in der aus der Rohrwand 3 be­stehenden ersten Verdampferheizfläche aufgrund der starken Beheizung in der Brennkammer 2 und der deswegen erforderlichen hohen Durchströmungsgeschwindigkeit in den Rohren dieser Rohrwand 3 stets größer ist als der Reibungsdruckverlust in der zweiten Verdampferheizfläche 8, steigt der Reibungsdruckverlust der beiden wasserseitig parallelgeschalteten Verdampferheiz­flächen bei einer Last größer als 80 % der Vollast und selbst bei Vollast des Durchlaufdampferzeugers nicht wesentlich über den Reibungsdruckverlust bei 80 % der Vollast an. Dadurch kann bei einer 80 % der Vollast übersteigenden Last des Durchlauf­dampferzeugers Leistung der Speisewasserpumpe eingespart werden.

[0025] Entsprechend umgekehrt wird ausgehend von Vollast des Dampf­erzeugers mit sinkender Last des Durchlaufdampferzeugers ver­fahren und insbesondere das Wasserregelventil 17 immer nur so weit geschlossen, daß der Speisewasserstrom durch die Rohr­leitung 14 in die Rohrwand 3 stets den Wert 80 % des Speise­wasserstromes in den Durchlaufdampferzeuger bei Vollast beibe­hält, bis schließlich eine Teillast von 80 % der Vollast er­reicht ist, bei der das Wasserregelventil 17 geschlossen ist.

[0026] Der Durchlaufdampferzeuger nach FIG 4 unterscheidet sich von dem nach FIG 1 dadurch, daß der Speisewassermassenstrom für die zweite Verdampferheizfläche 8 vor der Economiserheizfläche 9 abgezweigt wird. Im übrigen entspricht der Durchlaufdampf­erzeuger nach FIG 4 dem nach FIG 1.

[0027] Beim Durchlaufdampferzeuger nach FIG 4 kann die Economiser­heizfläche 9 geometrisch kleiner ausgeführt sein als beim Durchlaufdampferzeuger nach FIG 1, so daß die Temperatur des Rauchgases, das zur Anlage 10 gelangt, im Teillastbereich bei ausgeschalteter zweiter Verdampferheizfläche 8 höher ist ist als beim Durchlaufdampferzeuger nach FIG 1.

[0028] Günstigerweise kann das Wasserregelventil 17 in seiner Ver­schlußstellung noch einen geringen Speisewassermassenstrom in die zweite Verdampferheizfläche 8 einströmen lassen, so daß sich diese Verdampferheizfläche 8 bei Teillast nicht unzulässig hoch im Rauchgas erhitzt.

[0029] Es ist umso vorteilhafter, je niedriger die Teillast des Durch­laufdampferzeugers ist, bei dem der Fluß des Speisewassermas­senteilstromes in die zweite Verdampferheizfläche 8 durch Öffnen des Wasserregelventils 17 eingeschaltet wird. Mit einer nicht dargestellten Regeleinrichtung kann deshalb dem Speise­wassermassenteilstrom in die erste Verdampferheizfläche ein Wert vorgegeben werden, der nicht überschritten werden darf und der z.B. konstant oder auch gerade so hoch sein kann, daß die Dampftemperatur am Ausgang der die erste Verdampferheiz­fläche bildenden Rohrwand 3 einen zulässigen Grenzwert nicht überschreitet.

[0030] Ist das Wasserregelventil 17 oberhalb einer bestimmten Teillast des Durchlaufdampferzeugers, z.B. oberhalb von 80 % der Vollast des Durchlaufdampferzeugers, geöffnet, kann es auch als Ein­spritzventil für andere Heizflächen verwendet werden, die den beiden Verdampferheizflächen wasserseitig nachgeschaltet sind.

[0031] Bei Lastwechseln oder Feuerungsstörungen kann deshalb der Spei­sewassermassenstrom in den Durchlaufdampferzeuger kurzzeitig erhöht oder reduziert werden. Das Wasserregelventil 17 wird im gleichen Takt geöffnet oder geschlossen, so daß der Speise­wassermassenteilstrom in die erste, durch die Rohrwand 3 ge­bildete Verdampferheizfläche auf dem vorgegebenen Wert gehalten wird. Die Änderung des Speisewassermassenstromes in den Durch­laufdampferzeuger wirkt sich auf die Temperatur der Heizflä­chen, die den beiden Verdampferheizflächen wasserseitig wach­geschaltet sind, sehr schnell aus, da die Länge der Rohre der zweiten Verdampferheizfläche 8 wesentlich geringer ist als die der Rohre der Rohrwand 3, die die erste Verdampferheizfläche bildet.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Durchlaufdampferzeugers mit einer ersten Verdampferheizfläche, die durch die Rohrwand einer Brennkammer gebildet ist, sowie mit einer zur ersten Ver­dampferheizfläche wasserseitig parallelgeschalteten zweiten Verdampferheizfläche, die sich in einem der Brennkammer rauch­gasseitig nachgeschalteten Konvektionsraum in Strömungsrichtung des Rauchgases gesehen hinter einer Überhitzerheizfläche be­findet,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Überschreiten eines bestimmten Wertes eines Speise­wassermassenstromes in den Durchlaufdampferzeuger der Fluß eines Speisewassermassenteilstromes in die zweite Verdampfer­heizfläche (8) durch Öffnen eines dieser zweiten Verdampfer­heizfläche (8) durchflußmäßig vorgeschalteten Wasserregelven­tiles (17) eingeschaltet und bei Unterschreiten dieses Wertes durch Schließen des Wasserregelventils (17) wieder ausgeschal­tet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Speisewassermassenteilstrom in die zweite Verdampfer­heizfläche (8) mit dem Wasserregelventil (17) so eingestellt wird, daß der Speisewassermassenteilstrom in die erste Ver­dampferheizfläche einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Speisewassermassenstrom in den Durchlaufdampferzeuger kurzzeitig erhöht oder reduziert wird.

Zeichnung