EP1443268A1 - Dampferzeuger - Google Patents

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Publication number
EP1443268A1
EP1443268A1 EP03002243A EP03002243A EP1443268A1 EP 1443268 A1 EP1443268 A1 EP 1443268A1 EP 03002243 A EP03002243 A EP 03002243A EP 03002243 A EP03002243 A EP 03002243A EP 1443268 A1 EP1443268 A1 EP 1443268A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam generator
flow
riser pipe
flow medium
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03002243A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Dr. Franke
Rudolf Kral
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP03002243A priority Critical patent/EP1443268A1/de
Priority to CN2009101728852A priority patent/CN101684937B/zh
Priority to CNA2003801093380A priority patent/CN1745277A/zh
Priority to ES03780136T priority patent/ES2276138T3/es
Priority to DE50305717T priority patent/DE50305717D1/de
Priority to AT03780136T priority patent/ATE345471T1/de
Priority to KR1020057014147A priority patent/KR20050095781A/ko
Priority to RU2005127352/06A priority patent/RU2310121C2/ru
Priority to AU2003288240A priority patent/AU2003288240B2/en
Priority to CA2514871A priority patent/CA2514871C/en
Priority to PL376303A priority patent/PL207513B1/pl
Priority to PCT/EP2003/013879 priority patent/WO2004068032A1/de
Priority to JP2004567305A priority patent/JP4549868B2/ja
Priority to EP03780136A priority patent/EP1588095B1/de
Priority to BR0318082-4A priority patent/BR0318082A/pt
Priority to US10/543,602 priority patent/US7270086B2/en
Priority to DK03780136T priority patent/DK1588095T3/da
Priority to TW093100675A priority patent/TWI245866B/zh
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Priority to ZA200505452A priority patent/ZA200505452B/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1807—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
    • F22B1/1815—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines using the exhaust gases of gas-turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines

Definitions

  • the invention relates to a steam generator, in which in a flowable in an approximately horizontal heating gas direction Heating gas channel arranged an evaporator continuous heating surface which is a number of to flow through a flow medium steam generator pipes connected in parallel, and which is designed so that a compared to another steam generator tube of the same evaporator continuous heating surface multi-heated steam generator tube one in Higher throughput compared to the other steam generator tube of the flow medium.
  • the In a gas and steam turbine plant, the is relaxed Work equipment or heating gas contained in the gas turbine Heat used to generate steam for the steam turbine.
  • the heat transfer takes place in a downstream of the gas turbine Heat recovery steam generator, in which usually a Number of heating surfaces for water preheating, for evaporation of water and steam superheating.
  • the Heating surfaces are in the water-steam cycle of the steam turbine connected.
  • the water-steam cycle typically includes several, e.g. B. three, pressure levels, each pressure level can have an evaporator heating surface.
  • a continuous steam generator In contrast to a natural or forced circulation steam generator, a continuous steam generator is not subject to any pressure limitation, so that fresh steam pressures far above the critical pressure of water (P Kri ⁇ 221 bar) - where there are only slight differences in density between liquid-like and steam-like medium - are possible.
  • a high live steam pressure favors high thermal efficiency and thus low CO 2 emissions from a fossil-fired power plant.
  • a continuous steam generator has a simple construction in comparison to a circulation steam generator and can therefore be produced with particularly little effort.
  • the use of a steam generator designed according to the continuous flow principle as waste heat steam generator of a gas and steam turbine system is therefore particularly favorable in order to achieve a high overall efficiency of the gas and steam turbine system with a simple construction.
  • a steam generator is known from EP 0 944 801 B1 is suitable for a layout in horizontal construction and also has the mentioned advantages of a once-through steam generator.
  • This is the well-known steam generator in terms of its Evaporator flow heating surface designed such that a compared to another steam generator tube of the same Evaporator continuous heating surface multi-heated steam generator tube a higher compared to the other steam generator tube Has flow rate of the flow medium.
  • the continuous evaporator heating surface of the known steam generator thus shows in the type of flow characteristic of a natural circulation evaporator heating surface (Natural circulation characteristic) when occurring different heating of individual steam generator tubes a self-stabilizing behavior that without the requirement external influence to align the exit side Temperatures also at differently heated, Steam generator tubes connected in parallel on the flow medium side leads.
  • the well-known steam generator is in constructive aspects, especially with regard to the water and / or distribution of the flow medium on the steam side, comparatively complex.
  • the invention is therefore based on the object of a steam generator of the type mentioned above, with particular can be produced with little effort, and even with different a particularly high mechanical load Has stability.
  • one or each of the steam generator tubes is approximately vertical arranged, from the flow medium in the upward direction
  • Flowable riser pipe section one on the flow medium side downstream, approximately vertically arranged and Down pipe section through which the flow medium can flow and a the downpipe piece on the flow medium side downstream, flowable in the upward direction
  • riser pipe is approximately vertical arranged, from the flow medium in the upward direction
  • the invention is based on the consideration that in one with particularly low assembly and manufacturing costs producible steam generator for a particularly stable and against differences in thermal stress particularly insensitive operating behavior that with the known Steam generator applied design principle of a natural circulation characteristic for a continuous evaporator heating surface should be expanded and further improved.
  • the continuous evaporator heating surface should be there for an application with comparatively low mass flow density with comparatively lower friction pressure loss.
  • the heating surface is for the Implementation of all process stages of the complete Evaporation, i.e. preheating, evaporation and at least partial overheating, in just a single step, so without intermediate components for collecting and / or Distribute the flow medium, suitably trained. Additional Heating surfaces for preheating the feed water or for further overheating is generally provided.
  • each steam generator tube comprises three on the flow medium side cascaded segments.
  • the flow is a division the steam generator tubes of the evaporator continuous heating surface in at least three segments each (from parallel Pipes) provided, the first segment all riser pipe pieces includes and is flowed through in the upward direction.
  • the second segment includes all downpipe pieces and is flowed through in the downward direction, so that automatically the flow is supported by the weight of the flow medium becomes.
  • the second segment Downpipe pieces of each steam generator pipe in the heating gas duct in Viewed heating gas direction behind each of them Riser pipe sections arranged.
  • the third segment includes all further riser pipe sections and is flowed through in the upward direction.
  • each steam generator tube is positioned in the heating gas channel in such a way that the heating needs of each segment - in particular with regard to the level provided there in Evaporation process - in particular to the local heat supply is adjusted in the heating gas duct. That's what they are for third segment forming further riser pipe pieces each Steam generator tube expediently in the heating gas channel in the heating gas direction seen between each of them Riser pieces of the first and the downpipe pieces of the second Segment arranged.
  • the steam generator pipes in the heating gas duct are spatially such positioned that the fluid medium seen first segment or riser pipe on the hot gas side upstream seen from the flow medium side third segment or further Riser pipe section and seen on the flow medium side second segment or downpipe section downstream of the hot gas seen from the flow medium side third segment or further Riser pipe is arranged.
  • this is the first Riser pipe piece, that of a partial preheating and to the large Part of an evaporation of the flow medium serves a comparatively strong heating by the Heating gas exposed in the "hot flue gas area". This is ensures that in the entire load range from the respective first riser pipe flow medium with comparatively emits a high proportion of steam.
  • This leads to the following Introduction into the downstream downpipe piece that in Downpipe piece an unfavorable for the flow stability Rise of vapor bubbles against the flow direction of the Fluid is avoided consistently.
  • the first riser pipe pieces fulfills the function of a pre-evaporator.
  • a particularly simple construction of the evaporator continuous heating surface on the one hand and a particularly low mechanical Load on the evaporator continuous heating surface even with different thermal exposure on the other hand is achievable by being more advantageous in another or alternative Embodiment of the riser pipe section of one or each steam generator pipe with the downpipe piece assigned to it and the Downpipe piece of one or each steam generator tube with the further riser pipe section assigned to it on the flow medium side is connected via an overflow piece.
  • Such an arrangement is particularly for expansion compensation suitable for thermal alternating loads; that this Riser pipe section and the down pipe section or that Downpipe piece and the further riser pipe connecting
  • Through the overflow piece is thus a deflection of the steam generator tubes in the upper area a first evaporator stage given by the riser pipe sections with direct continuation and redirection in lower area of a formed by the downpipe pieces second evaporator stage and a redirection and continuation the steam generator tubes in the lower area of the second Evaporator stage in one through the other riser pieces formed third evaporator stage.
  • the or each overflow piece is advantageously within of the heating gas duct.
  • the overflow piece but also led outside the heating gas duct be, especially if for reasons of a possibly necessary Drainage of the evaporator continuous heating surface a drainage collector connected to the overflow piece should be.
  • the steam generator tubes can close within the heating gas duct Pipe rows can be summarized, each one Number of juxtaposed perpendicular to the heating gas direction Steam generator tubes includes.
  • the steam generator tubes are advantageously designed guided such that the most heated row of pipes ascending pipe sections, that is seen in the direction of the heating gas first row of pipes, the weakest heated or in Hot gas direction seen last row of pipes of the downpipe pieces assigned.
  • the downpipe and riser pipe sections of several steam generator pipes in the heating gas duct positioned relative to each other in such a way that one in Heating gas direction seen comparatively far behind Downpipe piece seen in the direction of hot gas comparatively further riser piece located far forward is assigned.
  • the steam generator is expediently used as a waste heat steam generator a gas and steam turbine plant used.
  • the steam generator is advantageously one on the hot gas side Downstream gas turbine.
  • This circuit can be used expediently Additional firing to increase the gas turbine the heating gas temperature may be arranged.
  • the advantages achieved with the invention are in particular in that the three-stage design of the Steam generator tubes with a flow through in the upward direction Riser pipe section, a flow through in the downward direction Downpipe piece and this one on the flow medium side downstream, flowable in the upward direction Riser pipe the complete implementation of the evaporation, so partial preheating, evaporation and a partial Overheating, in just one step and without intermediate switching of components for collecting or distributing a particularly simple construction is achievable.
  • Heated evaporator systems flow downwards usually to flow instabilities, especially in the Use in forced flow evaporators are not tolerable.
  • a flow with a comparatively low mass flow density is due to the comparatively low loss of friction pressure but in a reliable manner a natural circulation characteristic of the steam generator tube achievable at a More heating of a steam generator pipe compared to one another steam generator tube to a comparatively higher one Throughput of the flow medium in the multi-heated steam generator tube leads.
  • This natural circulation characteristic ensures even when using the downward flow segments sufficiently stable and reliable flow through the steam generator tubes.
  • Such a characteristic is also particularly low Constructional and assembly effort can be achieved by using the downpipe piece the respective riser pipe section assigned to him the further riser pipe that is assigned to it Downpipe piece directly and without interposing one complex collector or distribution system downstream is.
  • the steam generator thus has a particularly stable Flow behavior a comparatively low system complexity on.
  • Embodiments of the invention are based on a drawing explained in more detail.
  • the figure shows in simplified Representation in longitudinal section of a steam generator in a lying position Construction.
  • the steam generator 1 is in the manner of a heat recovery steam generator a gas turbine, not shown downstream on the exhaust gas side.
  • the steam generator 1 has one Surrounding wall 2, which one in an approximately horizontal, flowable by the arrows 4 indicated heating gas direction x Heating gas channel 6 for the exhaust gas from the gas turbine forms.
  • Heating gas channel 6 In the heating gas channel 6 there is a number of each heating surfaces designed according to the continuous flow principle, also as an evaporator continuous heating surface 8 designated for evaporation of the flow medium are provided.
  • the exemplary embodiment according to the figure is only an evaporator once-through heating surface 8 shown, but it can also be larger number of evaporator continuous heating surfaces provided his.
  • the evaporator system formed from the evaporator continuous heating surface 8 can be acted upon with flow medium W, the with a single pass through the evaporator continuous heating surface 8 evaporates and after exiting the evaporator continuous heating surface 8 discharged as already superheated steam D. and only as needed for further overheating Superheater heating surfaces is supplied. That from the evaporator continuous heating surface 8 evaporator system is formed in the Water-steam cycle of a steam turbine, not shown connected. In addition to the evaporator system in the water-steam cycle of the steam turbine a number further heating surfaces 10 schematically indicated in FIG. 1 connected. With the heating surfaces 10, for example around superheaters, medium pressure evaporators, low pressure evaporators and / or act as preheaters.
  • the evaporator continuous heating surface 8 of the steam generator 1 includes a in the manner of a tube bundle A plurality of parallel to the flow through the flow medium W.
  • switched steam generator tubes 12 Where is a plurality of steam generator tubes 12 in the heating gas direction x seen arranged side by side. Each is only one of the steam generator tubes 12 arranged next to one another in this way visible.
  • the steam generator tubes arranged side by side in this way 12 is a common one on the flow medium side Distributor 16 upstream and a common outlet collector 18th downstream.
  • the distributors 16 are in turn the input side connected to a main distributor 20, the Outlet collector 18 on the output side to a common one Main collector 22 are connected.
  • the evaporator continuous heating surface 8 is designed such that they are used for feeding the steam generator tubes 12 comparatively low mass flow density is suitable, wherein the steam generator tubes 12 have a natural circulation characteristic exhibit. With this natural circulation characteristic, an im Comparison to a further steam generator tube 12 of the same Evaporator flow heating surface 8 multi-heated steam generator tube 12 one compared to the further steam generator tube 12 higher throughput of the flow medium W. To do this with simple constructive means on particularly reliable Way, includes the evaporator flow heating surface 8 three in series connected on the flow medium side Segments. In the first segment, each steam generator tube comprises 12 of the evaporator continuous heating surface 8 approximately vertically arranged, from the flow medium W in Riser pipe section 24 through which upward flow can flow.
  • Each steam generator tube 12 comprises a segment of the riser tube segment 24 downstream of the fluid medium, approximately vertically arranged and from the flow medium W in the downward direction flowable downpipe section 26.
  • Each steam generator tube 12 comprises a segment of the downpipe segment 26 downstream of the fluid medium, approximately vertically arranged and from the flow medium W in the upward direction flowable further riser pipe section 28.
  • Seen in the heating gas direction x is that of the others Riser pipe pieces 28 segment formed between the first riser pieces 24 and the segment formed by the downpipe pieces 26 formed segment arranged. Thereby is a particularly to the needs of heating of the flow medium and the heating conditions adapted design in the heating gas channel 6 guaranteed.
  • the downpipe piece 26 is with the riser pipe piece assigned to it 24 connected via an overflow piece 30.
  • the overflow pieces 30 performed within the heating gas channel 6.
  • the Overflow pieces 30 also guided outside the heating gas channel 6 his. This can be particularly advantageous in the event that drainage for constructional or operational reasons the evaporator continuous heating surface 8 may be provided should.
  • a downpipe piece 26 has the associated additional riser pipe piece 28 and the two connecting overflow piece 30 an almost U-shaped shape on, with the legs of the U through the downpipe piece 26 and through the further riser pipe section 28 and the connecting bend the overflow piece 30 are formed.
  • Steam generator tube 12 generates the geodesic Pressure contribution of the flow medium W in the area of the downpipe section 26 - in contrast to the area of the further riser section 28 - a flow-promoting and not a flow-inhibiting Pressure contribution.
  • the one in the downpipe section 26 located water column on unevaporated flow medium W "pushes" the flow of the respective Steam generator tube 12 still on instead of hindering them.
  • the steam generator tube 12 has one overall comparatively low pressure loss.
  • both riser pieces 24, 28 and that Downpipe piece 26 in the manner of a hanging construction on the Ceiling of the heating gas duct 6 hung or fastened.
  • the spatially seen lower end of the respective riser pipe 24 and the lower end of the respective downpipe piece 26 and the further riser pipe piece 28, each through its overflow piece 30 are not connected directly spatially fixed in the heating gas channel 6. length extensions these segments of the steam generator tubes 12 are therefore without Risk of damage tolerable, with the respective overflow piece 30 acts as an expansion arch.
  • This arrangement of the steam generator tubes 12 is therefore particularly flexible and mechanical insensitive to thermal stresses occurring differential expansions.
  • a particular advantage of the design of the evaporator continuous heating surface 8, whose exit in the form of the further riser pipe pieces 28 on the gas side between the first riser pipe pieces 24 on the one hand and the downpipe pieces 26 on the other hand and thus a middle gas temperature range of the evaporator flow heating surface 8 is positioned is that this overheating of the Flow medium also in individual steam generator tubes 12 am Exit of the evaporator flow heating surface 8 to natural Way is avoided.

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Abstract

Ein Dampferzeuger (1), bei dem in einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung (x) durchströmbaren Heizgaskanal (6) eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) angeordnet ist, die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums (W) parallel geschalteten Dampferzeugerrohren (12) umfasst, und die derart ausgelegt ist, dass ein im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr (12) derselben Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) mehrbeheiztes Dampferzeugerrohr (12) einen im Vergleich zum weiteren Dampferzeugerrohr (12) höheren Durchsatz des Strömungsmediums (W) aufweist, soll mit besonders geringem Aufwand herstellbar sein und auch bei unterschiedlicher thermischer Belastung eine besonders hohe mechanische Stabilität aufweisen. Dazu umfasst erfindungsgemäß das oder jedes Dampferzeugerrohr (12) jeweils ein annähernd vertikal angeordnetes, vom Strömungsmedium (W) in Aufwärtsrichtung durchströmbares Steigrohrstück (24), ein diesem strömungsmediumsseitig nachgeschaltetes, in Abwärtsrichtung durchströmbares Fallrohrstück (26) und ein letzterem strömungsmediumsseitig nachgeschaltetes, annähernd vertikal angeordnetes und vom Strömungsmedium (W) in Aufwärtsrichtung durchströmbares weiteres Steigrohrstück (28), wobei vorteilhafterweise das weitere Steigrohrstück (28) des jeweiligen Dampferzeugerrohrs (12) im Heizgaskanal (6) in Heizgasrichtung (x) gesehen zwischen dem ihm zugeordneten Steigrohrstück (24) und dem ihm zugeordneten Fallrohrstück (26) angeordnet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, bei dem in einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung durchströmbarem Heizgaskanal eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche angeordnet ist, die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohren umfasst, und die derart ausgelegt ist, dass ein im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr der selben Verdampfer-Durchlaufheizfläche mehrbeheiztes Dampferzeugerrohr einen im Vergleich zum weiteren Dampferzeugerrohr höheren Durchsatz des Strömungsmediums aufweist.
Bei einer Gas- und Dampfturbinenanlage wird die im entspannten Arbeitsmittel oder Heizgas aus der Gasturbine enthaltene Wärme zur Erzeugung von Dampf für die Dampfturbine genutzt. Die Wärmeübertragung erfolgt in einem der Gasturbine nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger, in dem üblicherweise eine Anzahl von Heizflächen zur Wasservorwärmung, zur Verdampfung des Wassers und zur Dampfüberhitzung angeordnet ist. Die Heizflächen sind in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschaltet. Der Wasser-Dampf-Kreislauf umfasst üblicherweise mehrere, z. B. drei, Druckstufen, wobei jede Druckstufe eine Verdampferheizfläche aufweisen kann.
Für den der Gasturbine als Abhitzedampferzeuger heizgasseitig nachgeschalteten Dampferzeuger kommen mehrere alternative Auslegungskonzepte, nämlich die Auslegung als Durchlaufdampferzeuger oder die Auslegung als Umlaufdampferzeuger, in Betracht. Bei einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung von als Verdampferrohren vorgesehenen Dampferzeugerrohren zu einer Verdampfung des Strömungsmediums in den Dampferzeugerrohren in einem einmaligen Durchlauf. Im Gegensatz dazu wird bei einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger das im Umlauf geführte Wasser bei einem Durchlauf durch die Verdampferrohre nur teilweise verdampft. Das dabei nicht verdampfte Wasser wird nach einer Abtrennung des erzeugten Dampfes für eine weitere Verdampfung den selben Verdampferrohren erneut zugeführt.
Ein Durchlaufdampferzeuger unterliegt im Gegensatz zu einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger keiner Druckbegrenzung, so dass Frischdampfdrücke weit über dem kritischen Druck von Wasser (PKri ≈ 221 bar) - wo es nur noch geringe Dichteunterschiede gibt zwischen flüssigkeitsähnlichem und dampfähnlichem Medium - möglich sind. Ein hoher Frischdampfdruck begünstigt einen hohen thermischen Wirkungsgrad und somit niedrige CO2-Emissionen eines fossilbeheizten Kraftwerks. Zudem weist ein Durchlaufdampferzeuger im Vergleich zu einem Umlaufdampferzeuger eine einfache Bauweise auf und ist somit mit besonders geringem Aufwand herstellbar. Die Verwendung eines nach dem Durchlaufprinzip ausgelegten Dampferzeugers als Abhitzedampferzeuger einer Gas- und Dampfturbinenanlage ist daher zur Erzielung eines hohen Gesamtwirkungsgrades der Gas- und Dampfturbinenanlage bei einfacher Bauweise besonders günstig.
Besondere Vorteile hinsichtlich des Herstellungsaufwands, aber auch hinsichtlich erforderlicher Wartungsarbeiten bietet ein Abhitzedampferzeuger in liegender Bauweise, bei dem das beheizende Medium oder Heizgas, also das Abgas aus der Gasturbine, in annähernd horizontaler Strömungsrichtung durch den Dampferzeuger geführt ist. Bei einem Durchlaufdampferzeuger in liegender Bauweise können die Dampferzeugerrohre einer Heizfläche jedoch je nach ihrer Positionierung einer stark unterschiedlichen Beheizung ausgesetzt sein. Insbesondere bei ausgangsseitig mit einem gemeinsamen Sammler verbundenen Dampferzeugerrohren kann eine unterschiedliche Beheizung einzelner Dampferzeugerrohre zu einer Zusammenführung von Dampfströmen mit stark voneinander abweichenden Dampfparametern und somit zu unerwünschten Wirkungsgradverlusten, insbesondere zu einer vergleichsweise verringerten Effektivität der betroffenen Heizfläche und einer dadurch reduzierten Dampferzeugung, führen. Eine unterschiedliche Beheizung benachbarter Dampferzeugerrohre kann zudem, insbesondere im Einmündungsbereich von Sammlern, zu Schäden an den Dampferzeugerrohren oder dem Sammler führen. Die an sich wünschenswerte Verwendung eines in liegender Bauweise ausgeführten Durchlaufdampferzeugers als Abhitzedampferzeuger für eine Gasturbine kann somit erhebliche Probleme hinsichtlich einer ausreichend stabilisierten Strömungsführung mit sich bringen.
Aus der EP 0 944 801 B1 ist ein Dampferzeuger bekannt, der für eine Auslegung in liegender Bauweise geeignet ist und zudem die genannten Vorteile eines Durchlaufdampferzeugers aufweist. Dazu ist der bekannte Dampferzeuger hinsichtlich seiner Verdampfer-Durchlaufheizfläche derart ausgelegt, dass ein im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr derselben Verdampfer-Durchlaufheizfläche mehrbeheiztes Dampferzeugerrohr einen im Vergleich zum weiteren Dampferzeugerrohr höheren Durchsatz des Strömungsmediums aufweist. Die Verdampfer-Durchlaufheizfläche des bekannten Dampferzeugers zeigt somit in der Art der Strömungscharakteristik einer Naturumlaufverdampferheizfläche (Naturumlaufcharakteristik) bei auftretender unterschiedlicher Beheizung einzelner Dampferzeugerrohre ein selbststabilisierendes Verhalten, das ohne das Erfordernis äußerer Einflussnahme zu einer Angleichung der austrittsseitigen Temperaturen auch an unterschiedlich beheizten, strömungsmediumsseitig parallel geschalteten Dampferzeugerrohren führt. Allerdings ist der bekannte Dampferzeuger in konstruktiver Hinsicht, insbesondere im Hinblick auf die wasser- und/oder dampfseitige Verteilung des Strömungsmediums, vergleichsweise aufwendig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der oben genannten Art anzugeben, der mit besonders geringem Aufwand herstellbar ist, und der auch bei unterschiedlicher thermischer Belastung eine besonders hohe mechanische Stabilität aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eines oder jedes der Dampferzeugerrohre jeweils ein annähernd vertikal angeordnetes, vom Strömungsmedium in Aufwärtsrichtung durchströmbares Steigrohrstück, ein diesem strömungsmediumsseitig nachgeschaltetes, annähernd vertikal angeordnetes und vom Strömungsmedium in Abwärtsrichtung durchströmbares Fallrohrstück und ein dem Fallrohrstück strömungsmediumsseitig nachgeschaltetes, in Aufwärtsrichtung durchströmbares weiteres Steigrohrstück umfasst.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass in einem mit besonders geringem Montage- und Fertigungsaufwand herstellbaren Dampferzeuger für ein besonders stabiles und gegenüber Unterschieden in der thermischen Belastung besonders unempfindliches Betriebsverhalten das bei dem bekannten Dampferzeuger angewandte Auslegungsprinzip einer Naturumlaufcharakteristik für eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche konsequent ausgebaut und weiter verbessert werden sollte. Die Verdampfer-Durchlaufheizfläche sollte dabei für eine Beaufschlagung mit vergleichsweise geringer Massenstromdichte mit vergleichsweise geringerem Reibungsdruckverlust ausgelegt sein.
Eine besonders einfache und somit auch robuste Bauweise ist dabei erreichbar, indem die Heizfläche besonders im Hinblick auf Sammlung und Verteilung des Strömungsmediums besonders einfach ausgeführt ist. Dabei ist die Heizfläche für die Durchführung von allen Prozessabschnitten der vollständigen Verdampfung, also von Vorwärmung, Verdampfung und zumindest teilweise Überhitzung, in lediglich einer einzigen Stufe, also ohne zwischengeschaltete Komponenten zum Sammeln und/oder Verteilen des Strömungsmediums, geeignet ausgebildet. Zusätzliche Heizflächen zur Vorwärmung des Speisewassers oder zur weiteren Überhitzung sind im Allgemeinen vorgesehen. Um dabei einerseits überhaupt alle die genannten Prozessabschnitte vollständig im jeweiligen Dampferzeugerrohr vornehmen zur können und andererseits ausreichende Flexibilität bei der Anpassung der Dampferzeugerrohre an die Erfordernisse dieser Prozessabschnitte und die Verfahren im Heizgaskanal zu ermöglichen, umfasst jedes Dampferzeugerrohr drei strömungsmediumsseitig hintereinandergeschaltete Segmente.
Um die bei dieser Auslegung zudem angestrebte Naturumlaufcharakteristik der Durchströmung zu unterstützen, ist eine Aufteilung der Dampferzeugerrohre der Verdampfer-Durchlaufheizfläche in jeweils zumindest drei Segmente (von parallelen Rohren) vorgesehen, wobei das erste Segment alle Steigrohrstücke umfasst und in Aufwärtsrichtung durchströmt wird. Entsprechend umfasst das zweite Segment alle Fallrohrstücke und wird in Abwärtsrichtung durchströmt, so dass selbsttätig durch das Eigengewicht des Strömungsmediums die Strömung unterstützt wird. Dabei sind die das zweite Segment bildenden Fallrohrstücke jedes Dampferzeugerrohrs im Heizgaskanal in Heizgasrichtung gesehen jeweils hinter den ihnen zugeordneten Steigrohrstücken angeordnet. Das dritte Segment umfasst alle weiteren Steigrohrstücke und wird in Aufwärtsrichtung durchströmt.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung sind die Segmente des oder jedes Dampferzeugerrohrs im Heizgaskanal derart positioniert, dass der Beheizungsbedarf jedes Segments - insbesondere im Hinblick auf die dort jeweils vorgesehene Stufe im Verdampfungsprozess - in besonderen Maße an das lokale Wärmeangebot im Heizgaskanal angepasst ist. Dazu sind die das dritte Segment bildenden weiteren Steigrohrstücke jedes Dampferzeugerrohrs zweckmäßigerweise im Heizgaskanal in Heizgasrichtung gesehen jeweils zwischen den ihnen zugeordneten Steigrohrstücken des ersten und den Fallrohrstücken des zweiten Segments angeordnet. Mit anderen Worten: Zweckmäßigerweise sind die Dampferzeugerrohre im Heizgaskanal räumlich derart positioniert, dass das strömungsmediumsseitig gesehen erste Segment oder Steigrohrstück heizgasseitig stromaufwärts vom strömungsmediumsseitig gesehen dritten Segment oder weiteren Steigrohrstück und das strömungsmediumsseitig gesehen zweite Segment oder Fallrohrstück heizgasseitig stromabwärts vom strömungsmediumsseitig gesehen dritten Segment oder weiteren Steigrohrstück angeordnet ist.
Bei einer derartigen Anordnung ist somit das jeweils erste Steigrohrstück, das einer teilweisen Vorwärmung und zum großen Teil bereits einer Verdampfung des Strömungsmediums dient, einer vergleichsweise starken Beheizung durch das Heizgas im "heißen Rauchgasgebiet" ausgesetzt. Dadurch ist sichergestellt, dass im gesamten Lastbereich aus dem jeweiligen ersten Steigrohrstück Strömungsmedium mit vergleichsweise hohen Dampfanteil abströmt. Dies führt bei der nachfolgenden Einleitung in das nachgeschaltete Fallrohrstück dazu, dass im Fallrohrstück ein für die Strömungsstabilität ungünstiges Aufsteigen von Dampfblasen entgegen der Strömungsrichtung des Strömungsmediums konsequent vermieden wird. Durch die Anordnung des Fallrohrstücks im vergleichsweise kalten Rauchgasbereich und die Anordnung des zweiten Steigrohrstücks zwischen dem ersten Steigrohrstück und dem Fallrohrstück, also rauchgasseitig vor dem Fallrohrstück, wird somit bei hoher betrieblicher Sicherheit ein besonders hoher Wirkungsgrad der Heizfläche insgesamt erreicht, wobei das erste Steigrohrstücke die Funktion eines Vorverdampfers erfüllt.
Ein besonders einfacher Aufbau der Verdampfer-Durchlaufheizfläche einerseits sowie eine besonders geringe mechanische Belastung der Verdampfer-Durchlaufheizfläche auch bei unterschiedlicher thermischer Beaufschlagung andererseits ist erreichbar, indem in weiterer oder alternativer vorteilhafter Ausgestaltung das Steigrohrstück eines oder jedes Dampferzeugerrohrs mit dem ihm zugeordneten Fallrohrstück sowie das Fallrohrstück eines oder jedes Dampferzeugerrohres mit dem ihm zugeordneten weiteren Steigrohrstück strömungsmediumsseitig über je ein Überströmstück verbunden ist.
Eine derartige Anordnung ist besonders zur Dehnungskompensation bei thermischer Wechselbelastung geeignet; dass das Steigrohrstück und das Fallrohrstück beziehungsweise das Fallrohrstück und das weitere Steigrohrstück verbindende Überströmstück dient hierbei nämlich als Dehnungsbogen, der relative Längenänderungen des Steigrohrstücks und/oder des Fallrohrstücks und/oder des weiteres Steigrohrstücks ohne weiteres kompensieren kann. Durch das Überströmstück ist somit eine Umlenkung der Dampferzeugerrohre im oberen Bereich einer durch die Steigrohrstücke gegebenen ersten Verdampferstufe mit direkter Weiterführung und erneuter Umlenkung im unteren Bereich einer durch die Fallrohrstücke gebildeten zweiten Verdampferstufe sowie eine Umlenkung und Weiterführung der Dampferzeugerrohre im unteren Bereich der zweiten Verdampferstufe in eine durch die weiteren Steigrohrstücke gebildeten dritten Verdampferstufe gegeben.
Das oder jedes Überströmstück ist vorteilhafterweise innerhalb des Heizgaskanals verlegt. Alternativ kann das Überströmstück aber auch außerhalb des Heizgaskanals geführt sein, insbesondere wenn aus Gründen einer möglicherweise erforderlichen Entwässerung der Verdampfer-Durchlaufheizfläche ein Entwässerungssammler an das Überströmstück angeschlossen sein soll.
Die Dampferzeugerrohre können innerhalb des Heizgaskanals zu Rohrreihen zusammengefasst sein, von den jede jeweils eine Anzahl von senkrecht zur Heizgasrichtung nebeneinander angeordneten Dampferzeugerrohren umfasst. Bei einer derartigen Ausgestaltung sind die Dampferzeugerrohre vorteilhafterweise derart geführt, dass den die am stärksten beheizte Rohrreihe bildenden Steigrohrstücken, also der in Heizgasrichtung gesehen ersten Rohrreihe, die am schwächsten beheizte oder in Heizgasrichtung gesehen letzte Rohrreihe der Fallrohrstücke zugeordnet ist. Zudem sind zweckmäßigerweise die Fallrohr- und Steigrohrstücke mehrerer Dampferzeugerrohre im Heizgaskanal relativ zueinander derart positioniert, dass einem in Heizgasrichtung gesehen vergleichsweise weit hinten liegenden Fallrohrstück ein in Heizgasrichtung gesehen vergleichsweise weit vorn liegendes weiteres Steigrohrstück zugeordnet ist.
Durch eine derartige Anordnung werden die vergleichsweise stark beheizten weiteren Steigrohrstücke mit vergleichsweise schwach vorbeheiztem, aus den Fallrohrstücken abströmendem Strömungsmedium bespeist.
Um die für eine sterile Durchströmung der Rohre erwünschte Naturumlaufcharakteristik sicher zu stellen, ist das jeweilige Dampferzeugerrohr vorteilhafterweise derart ausgestaltet, dass es lediglich ein Steigrohrstück sowie ein diesem strömungsmediumsseitig nachgeschaltetes Fallrohrstück sowie ein letzterem strömungsmediumsseitig nachgeschaltetes weiteres Steigrohrstück umfasst.
Zweckmäßigerweise wird der Dampferzeuger als Abhitzedampferzeuger einer Gas- und Dampfturbinenanlage verwendet. Dabei ist der Dampferzeuger vorteilhafterweise heizgasseitig einer Gasturbine nachgeschaltet. Bei dieser Schaltung kann zweckmäßigerweise hinter der Gasturbine eine Zusatzfeuerung zur Erhöhung der Heizgastemperatur angeordnet sein.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die dreistufige Ausgestaltung der Dampferzeugerrohre mit einem in Aufwärtsrichtung durchströmbaren Steigrohrstück, einem in Abwärtsrichtung durchströmbaren Fallrohrstück und einem diesem strömungsmediumsseitig nachgeschalteten, in Aufwärtsrichtung durchströmbaren weiteren Steigrohrstück die vollständige Durchführung der Verdampfung, also teilweise Vorwärmung, Verdampfung und eine teilweise Überhitzung, in lediglich einer Stufe und ohne Zwischenschaltung von Komponenten zum Sammeln oder Verteilen eine besonders einfachen Bauweise erreichbar ist. Dabei ist beispielsweise eine Auslegung ohne Wasserabscheider möglich, wobei beim Anfahren ein unerwünschter Wasserausstoß in den Überhitzer vermieden oder gering gehalten werden kann, indem zu Beginn des Anfahrprozesses ausschließlich das jeweilige erste Steigrohrstück mit Wasser gefüllt wird, das nach Beginn des Anfahrvorgangs beim Durchtritt durch die nachfolgenden Rohrstücke vollständig oder zu einem ausreichend hohen Teil verdampft wird.
Zwar führen abwärts durchströmte beheizte Verdampfersysteme üblicherweise zu Strömungsinstabilitäten, die gerade beim Einsatz in Zwangdurchlaufverdampfern nicht tolerabel sind. Bei einer Durchströmung mit vergleichsweise niedriger Massenstromdichte ist durch den vergleichsweise geringen Reibungsdruckverlust aber in zuverlässiger Weise eine Naturumlaufcharakteristik des Dampferzeugerrohrs erzielbar, die bei einer Mehrbeheizung eines Dampferzeugerrohrs im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr zu einem vergleichsweise höheren Durchsatz des Strömungsmediums im mehrbeheizten Dampferzeugerrohr führt. Diese Naturumlaufcharakteristik gewährleistet auch bei Verwendung der abwärts durchströmten Segmente eine ausreichend stabile und zuverlässige Durchströmung der Dampferzeugerrohre.
Eine derartige Charakteristik ist zudem mit besonders geringem baulichen und Montageaufwand erreichbar, indem das Fallrohrstück dem ihm jeweils zugeordneten Steigrohrstück beziehungsweise das weitere Steigrohrstück dem ihm jeweils zugeordneten Fallrohrstück direkt und ohne Zwischenschaltung eines aufwendigen Sammler- oder Verteilersystems nachgeschaltet ist. Der Dampferzeuger weist somit bei besonders stabilem Strömungsverhalten eine vergleichsweise geringe Anlagenkomplexität auf. Darüber hinaus können sowohl das Steigrohrstück als auch das Fallrohrstück und das diesem nachgeschaltete weitere Steigrohrstück jedes Dampferzeugerrohrs jeweils in hängender Bauweise im Bereich der Gehäusedecke des Heizgaskanals befestigt sein, wobei jeweils eine freie Längsdehnung im unteren Bereich zugelassen ist. Derartige, durch thermische Effekte bedingte Längsdehnungen werden nunmehr durch dass das jeweilige Fallrohrstück mit dem Steigrohrstück beziehungsweise durch dass das weitere Steigrohrstück mit dem Fallrohrstück verbindende Überströmstück kompensiert, so dass aufgrund thermischer Effekte keine Verspannungen auftreten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur in vereinfachter Darstellung im Längsschnitt einen Dampferzeuger in liegender Bauweise.
Der Dampferzeuger 1 gemäß der Figur ist in der Art eines Abhitzedampferzeugers einer nicht näher dargestellten Gasturbine abgasseitig nachgeschaltet. Der Dampferzeuger 1 weist eine Umfassungswand 2 auf, die einen in einer annähernd horizontalen, durch die Pfeile 4 angedeuteten Heizgasrichtung x durchströmbaren Heizgaskanal 6 für das Abgas aus der Gasturbine bildet. Im Heizgaskanal 6 ist jeweils eine Anzahl von nach dem Durchlaufprinzip ausgelegten Heizflächen, auch als Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 bezeichnet, die für die Verdampfung des Strömungsmediums vorgesehen sind, angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur ist lediglich eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 gezeigt, es kann aber auch eine größere Anzahl von Verdampfer-Durchlaufheizflächen vorgesehen sein.
Das aus der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 gebildete Verdampfersystem ist mit Strömungsmedium W beaufschlagbar, das bei einmaligem Durchlauf durch die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 verdampft und nach dem Austritt aus der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 als bereits überhitzter Dampf D abgeführt und lediglich bedarfsweise zur weiteren Überhitzung Überhitzerheizflächen zugeführt wird. Das aus der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 gebildete Verdampfersystem ist in den nicht näher dargestellten Wasser-Dampf-Kreislauf einer Dampfturbine geschaltet. Zusätzlich zu dem Verdampfersystem sind in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine eine Anzahl weiterer, in FIG 1 schematisch angedeuteter Heizflächen 10 geschaltet. Bei den Heizflächen 10 kann es sich beispielsweise um Überhitzer, Mitteldruckverdampfer, Niederdruckverdampfer und/oder um Vorwärmer handeln.
Die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 des Dampferzeugers 1 nach der Figur umfasst in der Art eines Rohrbündels eine Mehrzahl von zur Durchströmung des Strömungsmediums W parallel geschalteten Dampferzeugerrohren 12. Dabei ist jeweils eine Mehrzahl von Dampferzeugerrohren 12 in Heizgasrichtung x gesehen nebeneinander angeordnet. Dabei ist jeweils lediglich eines der so nebeneinander angeordneten Dampferzeugerrohre 12 sichtbar. Den so nebeneinander angeordneten Dampferzeugerrohren 12 ist dabei strömungsmediumsseitig jeweils ein gemeinsamer Verteiler 16 vor- und ein gemeinsamer Austrittssammler 18 nachgeschaltet. Die Verteiler 16 sind dabei ihrerseits eingangsseitig mit einem Hauptverteiler 20 verbunden, wobei die Austrittssammler 18 ausgangsseitig an einen gemeinsamen Hauptsammler 22 angeschlossen sind.
Die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 ist derart ausgelegt, dass sie für eine Bespeisung der Dampferzeugerrohre 12 mit vergleichsweise niedriger Massenstromdichte geeignet ist, wobei die Dampferzeugerrohre 12 eine Naturumlaufcharakteristik aufweisen. Bei dieser Naturumlaufcharakteristik weist ein im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr 12 derselben Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 mehrbeheiztes Dampferzeugerrohr 12 einen im Vergleich zum weiteren Dampferzeugerrohr 12 höheren Durchsatz des Strömungsmediums W auf. Um dies mit besonders einfachen konstruktiven Mitteln auf besonders zuverlässige Weise sicherzustellen, umfasst die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 drei strömungsmediumsseitig in Reihe geschaltete Segmente. Im ersten Segment umfasst jedes Dampferzeugerrohr 12 der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 dabei ein annähernd vertikal angeordnetes, vom Strömungsmedium W in Aufwärtsrichtung durchströmbares Steigrohrstück 24. Im zweiten Segment umfasst jedes Dampferzeugerrohr 12 ein dem Steigrohrstück 24 strömungsmediumsseitig nachgeschaltetes, annähernd vertikal angeordnetes und vom Strömungsmedium W in Abwärtsrichtung durchströmbares Fallrohrstück 26. Im dritten Segment umfasst jedes Dampferzeugerrohr 12 ein dem Fallrohrstück 26 strömungsmediumsseitig nachgeschaltetes, annähernd vertikal angeordnetes und vom Strömungsmedium W in Aufwärtsrichtung durchströmbares weiteres Steigrohrstück 28.
In Heizgasrichtung x gesehen ist dabei das von den weiteren Steigrohrstücken 28 gebildete Segment zwischen dem von den ersten Steigrohrsstücken 24 gebildeten Segment und dem von den Fallrohrstücken 26 gebildeten Segment angeordnet. Dadurch ist eine im besonderem Maße an die Bedürfnisse bei der Beheizung des Strömungsmediums und an die Beheizungsverhältnisse im Heizgaskanal 6 angepasste Bauweise gewährleistet.
Das Fallrohrstück 26 ist mit dem ihm zugeordneten Steigrohrstück 24 dabei über ein Überströmstück 30 verbunden. In derselben Weise ist das weitere Steigrohrstück 28 mit dem ihm zugeordneten Fallrohrstück 26 über ein Überströmstück 30 verbunden. Im Ausführungsbeispiel sind die Überströmstücke 30 innerhalb des Heizgaskanals 6 geführt. Alternativ können die Überströmstücke 30 auch außerhalb des Heizgaskanals 6 geführt sein. Dies kann insbesondere für den Fall günstig sein, dass aus konstruktiven oder betrieblichen Gründen eine Entwässerung der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 vorgesehen sein soll.
Wie in der Figur erkennbar ist weist ein Fallrohrstück 26 mit dem ihm zugeordneten weiteren Steigrohrstück 28 und dem beide verbindenden Überströmstück 30 eine nahezu u-förmige Form auf, wobei die Schenkel des U durch das Fallrohrstück 26 und das weitere Steigrohrstück 28 und der Verbindungsbogen durch das Überströmstück 30 gebildet sind. Bei einem derartig ausgestalteten Dampferzeugerrohr 12 erzeugt der geodätische Druckbeitrag des Strömungsmediums W im Bereich des Fallrohrstücks 26 - im Gegensatz zum Bereich des weiteren Steigrohrstücks 28 - einen strömungsfördernden und nicht einen strömungshemmenden Druckbeitrag. Mit anderen Worten: Die im Fallrohrstück 26 befindliche Wassersäule an unverdampftem Strömungsmedium W "schiebt" die Durchströmung des jeweiligen Dampferzeugerrohrs 12 noch mit an, statt diese zu behindern.
Dadurch weist das Dampferzeugerrohr 12 insgesamt gesehen einen vergleichsweise geringen Druckverlust auf.
Bei dieser Bauweise sind beide Steigrohrstücke 24, 28 und das Fallrohrstück 26 in der Art einer hängenden Bauweise an der Decke des Heizgaskanals 6 aufgehängt oder befestigt. Das räumlich gesehen untere Ende des jeweiligen Steigrohrstückes 24 und das untere Ende des jeweiligen Fallrohrstücks 26 und des weiteren Steigrohrstückes 28, die jeweils durch ihr Überströmstück 30 miteinander verbunden sind, sind hingegen nicht unmittelbar räumlich im Heizgaskanal 6 fixiert. Längendehnungen dieser Segmente der Dampferzeugerrohre 12 sind somit ohne Schadensrisiko tolerierbar, wobei das jeweilige Überströmstück 30 als Dehnungsbogen wirkt. Diese Anordnung der Dampferzeugerrohre 12 ist somit mechanisch besonders flexibel und hinsichtlich thermischer Spannungen unempfindlich gegenüber auftretenden Differenzdehnungen.
Eine Mehrbeheizung eines Dampferzeugerrohrs 12, insbesondere in seinem Steigrohrstück 24, führt dabei dort zunächst zur Erhöhung der Verdampfungsrate, wobei bereits aufgrund der Dimensionierung des Dampferzeugerrohrs 12 infolge dieser Mehrbeheizung eine Erhöhung der Durchströmungsrate durch das mehrbeheizte Dampferzeugerrohr 12 eintritt.
Zudem sind die Fallrohrstücke 26 und die weiteren Steigrohrstücke 28 mehrerer Dampferzeugerrohre 12 im Heizgaskanal 6 relativ zueinander derart positioniert, dass einem in Heizgasrichtung x gesehen vergleichsweise hinten liegenden Fallrohrstück 26 jeweils in Heizgasrichtung x gesehen vergleichsweise weit vorn liegende Steigrohrstücke 24, 28 zugeordnet sind. Durch diese Anordnung kommunizieren vergleichsweise stark beheizte Steigrohrstücke 24, 28 mit einem vergleichsweise schwach beheizten Fallrohrstück 26. Durch diese relative Positionierung ist bezüglich der Durchströmung auch zwischen den Rohrreihen 14 ein selbsttätig ausgleichender Effekt erreicht.
Aufgrund der besonders ausgeprägten Naturumlaufcharakteristik der Dampferzeugerrohre 12 weisen diese in besonderem Maße ein selbststabilisierendes Verhalten gegenüber lokal unterschiedlicher Beheizung auf: Eine Mehrbeheizung einer Reihe von Dampferzeugerrohren 12 führt dabei lokal zur erhöhten Zufuhr von Strömungsmedium W in diese Reihe von Dampferzeugerrohr 12, so dass aufgrund der entsprechend vergrößerten Kühlwirkung selbsttätig eine Angleichung der jeweiligen Temperaturwerte einsetzt. Der in den Hauptsammler 22 einströmende Frischdampf ist somit hinsichtlich seiner Dampfparameter, unabhängig von der individuell durchlaufenen Rohrreihe 14, besonders homogen.
Ein besonderer Vorteil der Bauweise der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8, deren Austritt in Form der weiteren Steigrohrstücke 28 gasseitig zwischen den ersten Steigrohrstücken 24 einerseits und den Fallrohrstücken 26 andererseits und damit ein einem mittleren Gas-Temperaturbereich der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 positioniert ist, besteht darin, dass durch diese Positionierung eine zu starke Überhitzung des Strömungsmediums auch in einzelnen Dampferzeugerrohren 12 am Austritt der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 auf natürliche Weise vermieden ist.

Claims (7)

  1. Dampferzeuger (1), bei dem in einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung (x) durchströmbaren Heizgaskanal (6) eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) angeordnet ist, die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums (W) parallel geschalteten Dampferzeugerrohren (12) umfasst, und die derart ausgelegt ist, dass ein im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr (12) derselben Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) mehrbeheiztes Dampferzeugerrohr (12) einen im Vergleich zum weiteren Dampferzeugerrohr (12) höheren Durchsatz des Strömungsmediums (W) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein oder jedes Dampferzeugerrohr (12) jeweils ein annähernd vertikal angeordnetes, vom Strömungsmedium (W) in Aufwärtsrichtung durchströmbares Steigrohrstück (24), ein diesem strömungsmediumsseitig nachgeschaltetes, annähernd vertikal angeordnetes und vom Strömungsmedium (W) in Abwärtsrichtung durchströmbares Fallrohrstück (26) und ein letzterem strömungsmediumsseitig nachgeschaltetes, annähernd vertikal angeordnetes und vom Strömungsmedium (W) in Aufwärtsrichtung durchströmbares weiteres Steigrohrstück (28) umfasst.
  2. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 1, bei dem das weitere Steigrohrstück (28) des jeweiligen Dampferzeugerrohrs (12) im Heizgaskanal (6) in Heizgasrichtung (x) gesehen zwischen dem ihm zugeordneten Steigrohrstück (24) und dem ihm zugeordneten Fallrohrstück (26) angeordnet ist.
  3. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Steigrohrstück (24) eines oder jedes Dampferzeugerrohrs (12) mit dem ihm zugeordneten Fallrohrstück (26) und das Fallrohrstück (26) mit dem ihm zugeordneten weiteren Steigrohrstück (28) jeweils strömungsmediumsseitig über ein Überströmstück (30) verbunden ist.
  4. Dampferzeuger (1) nach Anspruch 3, bei dem die jeweiligen Überströmstücke (30) innerhalb des Heizgaskanals (6) angeordnet sind.
  5. Dampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die weiteren Steigrohrstücke (28) und die Fallrohrstücke (26) mehrerer Dampferzeugerrohre (12) im Heizgaskanal (6) relativ zueinander derart positioniert sind, dass einem in Heizgasrichtung (x) gesehen vergleichsweise weit hinten liegenden weiteren Steigrohrstück (28) ein in Heizgasrichtung (x) gesehen vergleichsweise weit vorn liegendes Fallrohrstück (26) zugeordnet ist.
  6. Dampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Anzahl der Dampferzeugerrohre (12) jeweils eine Mehrzahl von strömungsmediumsseitig alternierend hintereinandergeschalteten Steigrohr- (24), Fallrohr- (26) und weiteren Steigrohrstücken (28) umfasst.
  7. Dampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dem heizgasseitig eine Gasturbine vorgeschaltet ist.
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