DAMPFERZEUGUNGSANLAGE

Abstract

 Dampferzeugungsanlage (1), umfassend einen Dampferzeuger (2) und eine Dampftrommel (3), wobei die Fallleitung (10), von der Dampftrommel (3) kommend, oberhalb des bzw. der Heizrohre (6) des Dampferzeugers (2) durch den Wassermantel (12) des Dampferzeugers (2) hindurch tritt und darin bis in den untehalb des oder der Heizrohre (6) gelegenen Volumenbereichs des Wassermantels (12) weiter verläuft.

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Dampferzeugungsanlage, umfassend

• einen Dampferzeuger mit einem Wassermantel und mindestens einem darin verlaufenden Heizrohr zur Durchleitung eines Wärmeträgers,
• eine über dem Dampferzeuger angeordnete Dampftrommel,
• mindestens eine Steigleitung zur hydraulischen Verbindung des Wassermantels des Dampferzeugers mit der Dampftrommel zur Durchleitung des Dampfs in die Dampftrommel,
• mindestens eine Fallleitung zur hydraulischen Verbindung der Dampftrommel mit dem Wassermantel des Dampferzeugers zur Rückleitung des Wassers aus der Dampftrommel in den Wassermantel des Dampferzeugers.

[0002] Die Erfindung betrifft außerdem eine Verwendung dieser Dampferzeugungsanlage.

Stand der Technik

[0003] Dampferzeugungsanlagen der eingangs beschriebenen Art sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der internationalen Anmeldung WO 2011/104328 A2, bekannt. In vielen Fällen, insbesondere, wenn als Wärmeträgermittel ein heißes Gas verwendet werden soll, ist der Dampferzeuger dabei als horizontal angeordneter, zylindrischer Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet. Einen solchen Rohrbündelwärmetauscher und seine Anwendung zur Abkühlung heißen Synthesegases beschreibt beispielsweise die europäische Patentschrift EP 2312252 B1.

[0004] Das heiße Gas wird dabei durch die Heizrohre des Rohrbündels geleitet, das zu verdampfende Wasser befindet sich im Mantelraum. Dem Dampferzeuger können ein, häufig ebenfalls als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildeter, Vorwärmer, aus Sicht des Wärmeträgermittels, nachgeschaltet und ein Überhitzer vorgeschaltet sein. Oberhalb des Dampferzeugers ist eine sogenannte Dampftrommel, häufig ebenfalls liegend angeordneter Druckbehälter, installiert. Dampftrommel und Dampferzeuger sind durch Steig- und Fallleitungen miteinander verbunden. Dadurch kann das Wasser/DampfGemisch im Umlauf bewegt werden, wodurch der Dampf gut aus dem Dampferzeuger ausgeleitet werden kann und ein effektiverer Wärmeübergang an der Oberfläche der Heizrohre des Dampferzeugers möglich wird. Wenn die Dampftrommel mit genügendem Abstand oberhalb des Dampferzeugers platziert werden kann, kann dieser Umlauf als Naturumlauf funktionieren. Wenn dafür nicht genügend Platz zur Verfügung steht, müssen Pumpen den Umlauf unterstützen. Man spricht dann von Zwangsumlauf.

[0005] Um zu verhindern, dass Dampf in die Fallleitungen gelangt, binden diese möglichst tief am Umfang des Dampferzeugers ein, häufig, wenn man sich den Querschnitt des Dampferzeugers als Uhrzifferblatt vorstellt, zwischen der 4- und in der 8-Uhr-Position. Folglich muss, um diese auf der Unterseite des Dampferzeugermantels gelegenen Positionen zu erreichen, die von oben kommende Fallleitung in einem Bogen geführt werden, dessen tiefster Punkt noch unterhalb des tiefsten Punkts des Dampferzeugermantels liegt. Dadurch ist ein Mindestabstand des Dampferzeugers vom Boden erforderlich, wodurch sich konstruktive und aufstellungsbedingte Einschränkungen während der Planung solcher Anlagen ergeben, z.B. sind Reaktorstutzen auf einer Mindesthöhe anzuordnen.

[0006] Die seitlich angebrachten Stutzen für die Fallleitungen induzieren darüber hinaus Kräfte auf den Mantel des Dampferzeugers, und zwar statische Kräfte durch das Eigengewicht der Fallleitungen und durch Wärmedehnungskräfte, sowie dynamische Kräfte durch Wind- und Erdbebenlasten. Dadurch können erheblich höhere Wandstärken der Stutzen und des Druckmantels erforderlich werden, insbesondere bei einer Sonderform der Konstruktion derartiger Anlagen, bei der das Gewicht der Dampftrommel über die Fall- und Steigleitungen abgetragen wird.

[0007] Es bestand daher die Aufgabe, eine Dampferzeugungsanlage vorzuschlagen, bei der die geschilderten Nachteile vermieden werden.

Beschreibung der Erfindung

[0008] Die Aufgabe wird durch eine Dampferzeugungsanlage gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäße Dampferzeugungsanlage:

[0009] Dampferzeugungsanlage, umfassend

a) einen Dampferzeuger mit einem Wassermantel und mindestens einem darin verlaufenden Heizrohr zur Durchleitung eines Wärmeträgers,

b) eine Dampftrommel,

c) mindestens eine Steigleitung zur hydraulischen Verbindung des Wassermantels des Dampferzeugers mit der Dampftrommel zur Durchleitung des Dampfs in die Dampftrommel,

d) mindestens eine Fallleitung zur hydraulischen Verbindung der Dampf-trommel mit dem Wassermantel des Dampferzeugers zur Rückleitung des Wassers aus der Dampftrommel in den Wassermantel des Dampferzeugers,
dadurch gekennzeichnet, dass

e) die Fallleitung, von der Dampftrommel kommend, in dessen oberer Hälfte durch den Wassermantel des Dampferzeugers hindurch tritt und darin bis in dessen untere Hälfte weiter verläuft.

[0010] Die erfindungsgemäße Dampferzeugungsanlage ermöglicht es, den Dampferzeuger in Bodennähe zu positionieren, da die Fallleitungen nicht mehr den tiefsten Punkt der Anlage bilden. Dadurch wird die Konstruktion der vor- und nachgeschalteten Anlagenteile vereinfacht.

[0011] Durch den Wegfall der zwischen der 4- und der 8-Uhr-Position liegenden Eintrittsstutzen der Fallleitungen werden keine Kräfte mehr seitlich in den Mantel des Dampferzeugers eingetragen. Der Mantel kann daher mit geringerer Wandstärke erstellt werden.

[0012] Die Tiefpunkte der nach bisherigem Stand der Technik verlegten Fallleitungen mussten jeweils mit einer Entleerungsarmatur versehen sein. Diese Armaturen entfallen in der erfindungsgemäßen Anlage.

[0013] Der Platzbedarf für die Aufstellung der erfindungsgemäßen Dampferzeugungsanlage ist gegenüber einer entsprechenden Anlage nach dem Stand der Technik reduziert, da keine seitlich ausgreifenden Fallleitungen mehr vorhanden sind, sondern diese im Inneren der Vorrichtung nach unten geführt werden.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung

[0014] Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Dampferzeuger und die Dampftrommel so zueinander angeordnet sind und die Steig- und die Fallleitung so gestaltet sind, dass das zu verdampfende Wasser durch Naturumlauf zwischen dem Wassermantel des Dampferzeugers und der Dampftrommel bewegt werden kann. Dadurch entfällt die Installation von Pumpen und den damit einhergehenden Wartungs- und Reparaturaufwand, sowie Investitionskosten.

[0015] Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung des Wasserumlaufs zwischen Wassermantel des Dampferzeugers und der Dampftrommel mindestens eine Pumpe installiert ist. In diesem Fall kann, auch wenn kein Platz für einen ausreichenden Abstand zwischen Dampftrommel und Dampferzeuger zur Verfügung steht, ein ausreichender Wasserumlauf im Dampferzeuger erreicht werden.

[0016] Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Dampferzeuger und die Dampftrommel als horizontal angeordnete, zylinderförmige Druckbehälter ausgebildet sind. Die zylinderförmige Form, mit entsprechenden gewölbten Böden, ist im Apparatebau seit Langem bewährt und preiswert herstellbar. Die horizontale Anordnung ermöglicht eine niedrige Bauhöhe und damit gute Zugänglichkeit der Anlage.

[0017] Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steig- und die Fallleitung/en in der 0 Uhr-Position in den Wassermantel des Dampferzeugers und in der 6 Uhr-Position in Dampftrommelmantel einbinden. Auf diese Weise können die Leitungen auch als Konstruktionselemente zum Tragen der Dampftrommel verwendet werden.

[0018] Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Dampferzeuger als Rohrbündelverdampfer ausgebildet ist. Diese Bauart ist im Apparatebau seit langem bewährt und preiswert herstellbar.

[0019] Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fallleitung innerhalb des Dampferzeugers um das oder die Heizrohre herum bis in den darunter gelegenen Volumenbereich des Dampferzeugers geführt wird. Auf diese Weise wird die Konstruktion der Heizrohre durch die Fallleitungen kaum beeinflusst und aufwändige konstruktive Maßnahmen in diesem Bereich sind nicht erforderlich.

[0020] Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fallleitung innerhalb des Dampferzeugers durch das Rohrbündel der Heizrohre hindurch geführt wird. Auf diese Weise kann das bzw. die Fallleitungen gerade verlaufen, wodurch der Strömungswiderstand im Rohr gering gehalten wird.

[0021] Weiterhin betrifft die Erfindung auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Dampferzeugungsanlage, die darin besteht, dass der Dampfkessel einem Dampfreformierungsreaktor nachgeschaltet ist und das aus dem Dampfreformierungsreaktor austretende Synthesegas als Wärmeträger im Dampferzeuger der Dampferzeugungsanlage verwendet wird. Die Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen zu Synthesegas, in vielen Fällen katalytisch unterstützt in einem Rohrreaktor durchgeführt, erfolgt unter hohem Energieaufwand und bei hohen Temperaturen. Das dabei erzeugte Synthesegas verlässt den Reaktor mit einer Temperatur von über 800 °C. Um die darin enthaltene Wärmeenergie zu nutzen, wird das Synthesegas als Wärmeträgermedium zum Betreibeh einer erfindungsgemäßen Dampferzeugungsanlage verwendet.

Ausführungsbeispiele

[0022] Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

[0023] Es zeigen

Fig. 1

einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Dampferzeugungsanlage,

Fig. 2

einen Querschnitt durch eine Dampferzeugungsanlage gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 3a

einen ersten Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Dampferzeugungsanlage,

Fig. 3b

einen zweiten Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Dampferzeugungsanlage.

[0024] Dargestellt in Fig. 1 ist die Dampferzeugungsanlage 1, umfassend als Hauptkomponenten den Dampferzeuger 2 und die Dampftrommel 3. Der Dampferzeuger 2 ist als Rohrbündelverdampfer ausgebildet und waagerecht aufgestellt. Das aus einem, nicht bildlich dargestellten, Dampfreformierungsreaktor kommende, heiße Synthesegas 4 wird in die Eintrittskammer 5 des Dampferzeugers 2 eingeleitet, wird dort auf die Rohre 6 des Rohrbündels 13 verteilt, fließt weiter in die Austrittskammer 7 und verlässt den Dampferzeuger 2 zur weiteren, nicht dargestellten Behandlung oder Verwertung.

[0025] Die Dampftrommel 3 ist oberhalb des Dampferzeugers 2 angeordnet. In sie wird das zu verdampfende Kesselspeisewasser 8 eingespeist. Über die Steigleitungen 9 und die Fallleitungen 10 erfolgt, als Naturumlauf, eine Umwälzung des zu verdampfenden Wassers. Das dabei über die Steigleitungen 9 in die Dampftrommel 3 gelangende DampfWasser-Gemisch wird dort getrennt, der Dampf 11 wird zur weiteren Verwendung ausgeleitet und das Wasser wird über die Fallleitungen 10 in den Dampferzeuger zurückgeführt. Dabei treten die Fallleitungen in der 0 Uhr-Position in den Mantel 12 des Dampferzeugers 2 ein und verlaufen dann, innerhalb des Mantels 12, an den Heizrohren des Rohrbündels 6 vorbei, bis in den unteren Volumenbereich des Mantels 12. Die Fallleitungen enden so tief wie möglich im Mantel, um zu vermeiden, dass Dampfblasen in die Fallleitung geraten und um durch eine möglichst große statische Höhe, d.h. einen möglichst großen vertikalen Abstand zwischen dem unteren und dem oberen Ende der Fallleitung, zu erreichen und dadurch den Naturumlauf zu unterstützen.

[0026] Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Dampferzeugungsanlage mit einem Verlauf der Fallleitungen 10' gemäß dem Stand der Technik. Zur Erhöhung der Übersichtlichkeit wurden die Steigleitungen nicht bildlich dargestellt, sie sind aber wieder, wie in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel, in der 0 Uhr-Position des Mantels 12 angeordnet. Die Fallleitungen 10' sind in der 4- und in der 8 Uhr-Position an die Dampftrommel 3 angeschlossen, verlaufen außen um den Dampferzeuger 2 herum und münden ebenfalls in der 4-und der 8 Uhr-Position im Dampferzeugermantel 12.

[0027] Fig. 3a zeigt einen Querschnitt durch eine Dampferzeugungsanlage 1 mit erfindungsgemäßem Verlauf der Fallleitung 10. Die Fallleitung 10 ist in der 6 Uhr-Position an die Dampftrommel 3 angeschlossen und tritt in der 0 Uhr-Position durch den Mantel 12 des Dampferzeugers 2. Innerhalb des Mantels 12 verläuft die Fallleitung 10 um das Rohrbündel 13 herum bis in den darunter gelegenen Volumenbereich des Wassermantels 12.

[0028] Fig. 3b zeigt ebenfalls einen Querschnitt durch eine Dampferzeugungsanlage mit erfindungsgemäßem Verlauf der Fallleitung 10. Die Fallleitung 10 ist ebenfalls in der 6 Uhr-Position an die Dampftrommel 3 angeschlossen und tritt in der 0 Uhr-Position durch den Mantel 12 des Dampferzeugers 2. Innerhalb des Mantels 12 verläuft die Fallleitung 10 durch das Rohrbündel 13 hindurch bis in den darunter gelegenen Volumenbereich des Wassermantels 12.

Gewerbliche Anwendbarkeit

[0029] Die Erfindung bietet die Möglichkeit, eine Dampferzeugungsanlage kostengünstiger und platzsparender auszuführen, wobei auch die Aufstellung der Anlage bezüglich der vor- und nachgeschalteten Apparate flexibler durchführbar ist.

Bezugszeichenliste

[0030] 

1

Dampferzeugungsanlage, erfindungsgemäß

1'

Dampferzeugungsanlage gemäß Stand der Technik

2

Dampferzeuger

3

Dampftrommel

4

Synthesegas

5

Eintrittskammer

6

Heizrohre

7

Austrittskammer

8

Kesselspeisewasser

9

Steigleitung

10

Fallleitung

10'

Fallleitung gemäß Stand der Technik

11

Dampf

12

Mantel des Dampferzeugers

13

Rohrbündel der Heizrohre

Ansprüche

1. Dampferzeugungsanlage, umfassend
einen Dampferzeuger mit einem Wassermantel und mindestens einem darin verlaufenden Heizrohr zur Durchleitung eines Wärmeträgers,
eine Dampftrommel,
mindestens eine Steigleitung zur hydraulischen Verbindung des Wassermantels des Dampferzeugers mit der Dampftrommel zur Durchleitung des Dampfs in die Dampftrommel,
mindestens eine Fallleitung zur hydraulischen Verbindung der Dampftrommel mit dem Wassermantel des Dampferzeugers zur Rückleitung des Wassers aus der Dampftrommel in den Wassermantel des Dampferzeugers,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fallleitung, von der Dampftrommel kommend, in dessen oberer Hälfte durch den Wassermantel des Dampferzeugers hindurch tritt und darin bis in dessen untere Hälfte weiter verläuft.

2. Dampferzeugungsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampferzeuger und die Dampftrommel so zueinander angeordnet sind und die Steig- und die Fallleitung so gestaltet sind, dass das zu verdampfende Wasser durch Naturumlauf zwischen dem Wassermantel des Dampferzeugers und der Dampftrommel bewegt werden kann.

3. Dampferzeugungsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung des Wasserumlaufs zwischen Dampferzeuger und Dampftrommel mindestens eine Pumpe installiert ist.

4. Dampferzeugungsanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampferzeuger und die Dampftrommel als horizontal angeordnete, zylinderförmige Druckbehälter ausgebildet sind.

5. Dampferzeugungsanlage gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steig- und die Fallleitung/en in der 0 Uhr-Position in den Wassermantel des Dampferzeugers und in der 6 Uhr-Position in Dampftrommelmantel einbinden.

6. Dampferzeugungsanlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampferzeuger als Rohrbündelverdampfer ausgebildet ist.

7. Dampferzeugungsanlage gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fallleitung innerhalb des Wassermantels des Dampferzeugers um das Rohrbündel herum geführt wird.

8. Dampferzeugungsanlage gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fallleitung innerhalb des Wassermantels des Dampferzeugers durch das Rohrbündel hindurch geführt wird.

9. Verwendung einer Dampferzeugungsanlage gemäß eines der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampferzeugungsanlage einem Dampfreformierungsreaktor nachgeschaltet ist und das aus dem Dampfreformierungsreaktor austretende Synthesegas als Wärmeträger im Dampferzeuger der Dampferzeugungsanlage verwendet wird.

Zeichnung