Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anfahren eines Durchlaufdampferzeugers mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 sowie auf ein Anfahrsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 2.
In einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung von die gasdichte Umfassungswand einer Brennkanner bildenden Rohren eines Verdampfers zu einer vollständigen Verdampfung des Strömungsmediums in den Verdampferrohren in einem Durchgang. Üblicherweise wird dem Durchlaufstrom des Verdampfers - und häufig auch einem im Durchlaufdampferzeuger angeordneten rauchgas-beheizten Vorwärmer oder Economizer - während des Anfahrens ein Umlaufstrom überlagert. Dadurch sollen durch entsprechend hohe Geschwindigkeiten in den Rohren diese sicher gekühlt werden. Aus der US-A-3 356 074 und der GB-A-1 003 618 sind Zwangdurchdampferzeuger mit einem solchen überlagerten Umlauf bekannt. Dieser Umlaufstrom wird in einer mit einem Rückschlagventil versehenen Umlaufleitung mit Hilfe einer Umwälzpumpe aufrechterhalten.
Wie aus der EP-B-0 054 601 bekannt ist, wird zum Anfahren und in einem unter einer bestimmten Grenzlast liegenden Lastbereich die Menge des von einer Speisepumpe zu fördernden Strömungsmediums vorzugsweise konstant gehalten. Dabei ist der Förderstrom der Speisepumpe gleich dem Verdampferdurchsatz. Bei dieser Betriebsweise sind die mit dem Zünden eines ersten Brenners des Durchlaufdampferzeugers beginnenden und mit Erreichen des Durchlaufbetriebs mit seinen hohen Dampftemperaturen endenden Anfahrzeiten sehr lang. Dies hat verhältnismäßig hohe Anfahrverluste zur Folge, da deren Höhe wesentlich von den Anfahrzeiten beeinflußt wird.
Hohe Anfahrverluste ergeben sich auch durch einen Wasserüberschuß. Dieser entsteht einerseits durch einen im Vergleich zur zugeführten Warme hohen Wassermassenstrom und zum anderen durch den sogenannten Wasserausstoß. Dieser wiederum entsteht, wenn die Verdampfung innerhalb der Verdampferheizfläche, beispielsweise in der Mitte des Verdampfers, beginnt und die stromabwärts vorhandene Wassermenge (Wasserpfropfen) ausschiebt. Bei der aus der EP-B-0 054 601 bekannten Durchlaufdampferzeugeranlage wird dieses Wasser in einem Abscheider oder Wasser-Dampf-Trenngefäß abgeschieden und in einen Speisewasserbehälter zurückgeführt. Dieses Konzept der Rückführung des überschüssigen Wassers erfordert allerdings ein aufwendiges Anfahrsystem mit einer Umwälzpumpe und/oder mit einem Ablaufsystem in den Speisewasserbehälter.
In der US-A-3 504 655 ist ein Zwangsdurchlaufdampferzeuger beschrieben, bei dem in der Anfahrphase in dem Verdampfer ein Naturumlauf erzeugt wird. Der Verdampfer besteht aus zwei Verdampferrohrgruppen, die hintereinander durchströmt sind. Die Eintrittssammler der ersten Verdampferrohrgruppe sind über ein Fallrohr mit einem Wasser-Dampf-Trenngefäß verbunden, in das eine an dem Ausgang eines Economizers angeschlossene Speisewasserleitung einmündet. Die Austrittssammler der Verdampferrohrgruppen sind über absperrbare Leitungen mit dem Wasser-Dampf-Trenngefäß verbunden. Weiterhin ist über jeweils eine absperrbare Leitung der Austrittssammler der ersten Verdampferrohrgruppe mit der Eintrittssammler der zweiten Verdampferrohrgruppe und der Austrittssammler der zweiten Verdampferrohrgruppe mit den Nachschaltheizflächen verbunden. Durch eine entsprechende Steuerung der Absperrventile können in der Anfahrphase die Austrittssammler über das Wasser-Dampf-Trenngefäß und das Fallrohr mit den Eintrittssammler nach Art von kommunizierenden Röhre verbunden werden, so daß sich in der Anfahrphase der erwähnte Naturumlauf aufgrund des Druckunterschiedes zwischen der Druckhöhe in dem Fallrohr und dem geodätischen Druckabfall in den Verdampferrohren einstellt. Der Nachteil des bekannten Zwanglaufdampferzeugers liegt darin, daß eine Anzahl von Absperrventilen vorgesehen werden muß, um den Dampferzeuger von Naturumlauf in der Anfahrphase und bei Schwachlast auf Zwangdurchlauf und umgekehrt umzustellen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anfahren eines Durchlaufdampferzeugers und ein wenig aufwendiges Anfahrsystem anzugeben, bei dem einerseits die Anfahrverluste möglichst gering sind und bei dem andererseits dem Verdampfer genügend Wasser für eine sichere Kühlung der Verdampferrohre zugeführt wird.
Im Unterschied zu dem aus der US-A-3 504 655 bekannten Zwanglaufdampferzeuger wird gemäß der Erfindung das Speisewasser nach dem Austritt aus dem Economizer, der im Zwangsdurchlaufertenger angeordnet ist, dem Eintrittssammler am unteren Ende der Verdampferrohre über eine eigene Leitung und nicht dem Wasser-Dampf-Trenngefäß zugeführt. Dadurch reicht es aus, in der an das Wasser-Dampf-Trenngefäß angeschlossenen Ablaufleitung eine Rückschlagklappe vorzusehen, die ein Rückströmen vom Verdampfereintritt zum Verdampferaustritt verhindert. Darüber hinaus bestehen die mit der Erfindung erzielten Vorteile darin, daß durch die Rückführung des während des Anfahrens aus dem Verdampfer ausgestoßenen Wassers über eine Ablaufleitung zum Verdampfereintritt ein sich selbst regelnder Umlaufstrom erreicht und eine sichere Kühlung der Verdampferrohre gewährleistet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur schematisch einen Durchlaufdampferzeuger mit vertikalem Gaszug und mit einer Ablaufleitung eines Anfahrsystems.
Der vertikale Gaszug des Durchlaufdampferzeugers 1 gemäß der Erfindung mit rechteckigem Querschnitt ist durch eine Umfassungswand 2 gebildet, die am Unterende des Gaszugs in einen trichterförmigen Boden 3 übergeht. Die Verdampferrohre 4 der Umfassungswand 2 sind an ihren Längsseiten gasdicht miteinander verbunden, z. B. verschweißt. Der Boden 3 umfaßt eine nicht näher dargestellte Austragsöffnung 3a für Asche. Der untere Bereich der Umfassungswand 2 bildet die mit einer Anzahl von Brennern 5 versehene Brennkammer 6 des Durchlaufdampferzeugers 1. Den Brennern 5 wird während des Betriebs über eine Brennstoffleitung 7 ein Brennstoff B zugeführt.
Die mediumseitig, d. h. von Speisewasser oder einem Wasser/Wasser-Dampf-Gemisch, von unten nach oben parallel - oder bei Verdampferrohrgruppen hintereinander - durchströmten Verdampferrohre 4 der Umfassungswand 2 sind mit ihren Eintrittsenden an einen Eintrittssammler 8 und mit ihren Austrittsenden an einen Austrittssammler 10 angeschlossen. Der Eintrittssammler 8 und der Austrittssammler 10 befinden sich außerhalb des Gaszugs und sind z. B, jeweils durch ein ringförmiges Rohr gebildet.
Der Eintrittssammler 8 ist über eine Leitung 12 und einen Sammler 14 mit dem Ausgang eines in dem Durchlaufdampferzeuger angeordnetem Hochdruck-Vorwärmers oder Economizers 16 verbunden. Die Heizfläche des Economizers 16 ist in einem oberhalb der Brennkammer 6 liegenden und von der Umfassungswand 2 eingeschlossenen Raum angeordnet. Der Economizer 16 ist eingangsseitig über einen Sammler 18 und eine Speisewasserleitung 20 mit einem mittels Dampf D beheizten Wärmetauscher 22 verbunden, der an die Druckseite einer Speisewasserpumpe 24 angeschlossen ist. Die Saugseite der Speisewasserpumpe 24 ist in nicht näher dargestellter Art und Weise über einen Kondensator mit einer Dampfturbine verbunden und somit in deren Wasser-Dampf-Kreislauf geschaltet.
Der Austrittssammler 10 ist über eine Leitung 26 mit einem Wasser-Dampf-Trenngefäß oder Abscheider 28 verbunden. Dieser wiederum ist dampfseitig über eine Leitung 30 mit einem Eintrittssammler 32 eines Hochdruck-Überhitzers 34 verbunden, der innerhalb der Umfassungswand 2 zwischen dem Economizer 16 und der Brennkammer 6 angeordnet ist. Der Hochdruck-Überhitzer 34 ist während des Betriebs ausgangsseitig über einen Sammler 36 mit einem Hochdruckteil der Dampfturbine verbunden. Zwischen dem Hochdruck-Überhitzer 34 und dem Economizer 16 ist innerhalb des von der Umfassungswand 2 eingeschlossenen Raumes ein Zwischenüberhitzer 38 vorgesehen, der über Sammler 40, 42 zwischen den Hochdruckteil und einen Mitteldruckteil der Dampfturbine geschaltet ist. Der Economizer 16, der Hochdruck-Überhitzer 34 und der Zwischenüberhitzer 38 liegen als Konvektions- oder Schottheizflächen im sogenannten Konvektionszug des Durchlaufdampferzeugers 1.
Die Leitung 26 ist Teil einer Ablaufleitung 44, die den Austrittssammler 10 mit dem Eintrittssammler 8 verbindet. In die Ablaufleitung 44 ist ein Sammler in Form einer Flasche 46 geschaltet, die mit dem Abscheider 28 wasserseitig verbunden ist. In die Ablaufleitung 44 ist außerdem eine Rückschlagklappe 48 geschaltet.
Während des Anfahrens des Durchlaufdampferzeugers 1 wird Speisewasser S über die Speisewasserpumpe 24 durch den Wärmetauscher 22 gefördert und dort zunächst vorgewärmt. Dabei kann die Menge des den Verdampferrohren 4 pro Zeiteinheit zugeführten Speisewassers S, d.h. der Speisewasserstrom, in Abhängigkeit von der Menge des den Brennern 5 pro Zeiteinheit zugeführten Brennstoffs B (Brennstoffstrom) eingestellt werden. Das so vorgewärmte Speisewasser S wird im Economizer 16 weiter vorgewärmt und über die Leitung 12 dem Eintrittssammler 8 des Verdampfers 4 zugeführt. Von dort ausgehend durchströmt das aufgeheizte Speisewasser S die schräg, vorzugsweise jedoch vertikal verlaufend angeordneten Verdampferrohre 4 von unten nach oben. Während des Anfahrvorgangs mit geringem Verdampfermassenstrom kommt es in den Verdampferrohren, d.h. in der Verdampferheizfläche, zur Verdampfung eines Teils des Speisewassers S. Dadurch wird das stromabwärts vorhandene Speisewasser S teilweise aus dem Verdampfer 4 in den Abscheider 28 ausgeschoben und fällt von dort in die Flasche 46 sowie von dort in die Ablaufleitung 44. Im Abscheider 28 abgeschiedener Dampf HD wird über die Leitung 30 dem Hochdruck-überhitzer 34 zugeführt und dort überhitzt.
In der Ablaufleitung 44 stellt sich ein Wasserstand d1 ein, der gegenüber einem durch das Gewicht des Wassers und des Wasser-Dampf-Gemisches in den Verdampferrohren 4 bestimmten Wasserstand d2 höher liegt. Dadurch ist in der Art kommunizierender Röhren der geodätische Druckabfall in den Verdampferrohren 4 geringer als die Druckhöhe in der Ablaufleitung 44 vom Austrittssammler 10 oder von der Flasche 46 zum Verdampfer 4. Durch diesen Druckunterschied strömt das im Abscheider 28 abgeschiedene und in die bedarfsweise vorgesehene Flasche 46 geführte Wasser zurück zum Verdampfereintritt, d.h. zum Eintrittssammler 8 des Verdampfers 4. Gleichzeitig mit diesem Umlaufstrom wird der aus dem Economizer 16 austretende Wasserstrom dem Verdampfereintritt, d.h. dem Eintrittssammler 8 zugeführt.
Sinkt der Wasserstand d1 in der Ablaufleitung 44 und liegt der Wasserstand d2 in den Verdampferrohren 4 über dem Niveau d1 in der Ablaufleitung 44, so wird der Druckabfall über dem Verdampfer 4 größer als die Druckhöhe von der Flasche 46 zum Eintritssammler 8 des Verdampfers 4. In diesem Fall würde das Wasser in umgekehrter Richtung vom Eintrittssammler 8 in die Flasche 46 strömen. Dies wird durch die Rückschlagklappe 48 verhindert.
Die direkte Verbindung des Austrittssammlers 10 über die Ablaufleitung 44 mit dem Eintrittssammler 8 des Verdampfers 4 gewährleistet einen sich selbst einstellenden oder regelnden Umlaufstrom. Somit werden die Anfahrverluste durch teilweises oder vollständiges Rückführen des überschüssigen Wassers direkt zum Verdampfereintritt 8 ohne aufwendige Umwälzpumpe in einfacher Art und Weise besonders gering gehalten. Gleichzeitig ist sichergestellt, daß dem Verdampfer stets genügend Wasser für die Kühlung der Verdampferrohre 4 zugeführt wird.