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Einrichtung zum Schutze des Zwischenüberhitzers in Hochdruckdampfkraftanlagen
In Hochdruckdampfkraftanlagen verwendete Dampferzeuger mit großer Leistung, z. B.
in bei überkritischem Druck arbeitende Dampferzeuger, sind häufig' im oberen Teil
der Brennkammer Rohrbündel in Form von Schottwänden eingebaut. Diese Schottwände,
die praktisch eine Strahlungsheizfläche darstellen, vergrößern nicht nur die in
der Brennkammer untergebrachte Heizfläche, sondern stellen zugleich auch eine relativ
stark beheizte Heizfläche dar. Durch diese Heizfläche kann andererseits aber auch
eine oftmals erwünschte Herabsetzung der Temperatur des Heizgasstromes bei seinem
Austritt aus der Brennkammer erreicht werden.
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Die Zuschaltung derartiger Schottwände entweder zu dem Verdampfungsteil
oder zu dem Hochdrucküberhitzerteil des Dampferzeugers bringt in der Regel keine
besonderen Schwierigkeiten mit sich. Werden aber die Schottwände zur Zwischenüberhitzung
des auf einen Teildruck entspannten Dampfes verwendet, so kann sehr leicht der Fall
eintreten, daß die scharf beheizten Stellen solcher Schottwände - also die Rohre
der Randzone, die von dem Heizgasstrom zuerst getroffen werden - von dem entspannten
und dabei gekühlten und deshalb wieder zwischenzuüberhitzenden Dampf unter Umständen
nicht mehr in zu einer Kühlwirkung ausreichendem Maße durchströmt werden. Ein Verbrennen
dieser Rohre der Schottwände ist dann die unvermeidbare Folge. Oft wird versucht,
diese Unzulänglichkeit dadurch zu vermeiden, daß die Länge der äußeren Rohre der
Schottwand gegenüber der Länge der den Innenraum der Schottwand ausfüllenden Rohrschlangen
relativ kurz bemessen wird, um einen verringerten Strömungswiderstand und damit
eine bessere Kühlwirkung in den äußeren Rohren zu erhalten. In vielen Fällen ist
die dadurch erzielte Verbesserung der Kühlwirkung aber trotzdem nicht ausreichend.
Außerdem ist eine derartige Lösung in konstruktiver Hinsicht nicht immer ohne Inkaufnahme
anderer Nachteile anwendbar.
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Auch die von der Bremikammerauskleidung her an sich bekannte Anordnung
Wasser- und dampfdurchflossener Kühlrohre vor gefährdeten Heizflächenrohren vermittelt
keinen Hinweis auf die erfindungsgemäßen, bei der Ausbildung von Schottwänden getroffenen
Maßnahmen.
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Die Erfindung zeigt einen Weg, um diese Schwierigkeiten zu vermeiden.
Dies wird dadurch erreicht, daß bei einer mindestens teilweise in Schottwänden erfolgenden
Zwischenüberhitzung die Randzonen der Schottwände mindestens an ihren stark beheizten
Teilen Rohre aufweisen, die als Heizflächen für Hochdruckarbeitsmittel dienen. Demnach
ist die Schottwand in zwei Zonen aufgeteilt, die. jede für sich, von einem Arbeitsmittel
mit voneinander stark verschiedenem Druck durchströmt werden. Unter sonst gleichbleibenden
Verhältnissen nimmt bekanntlich die Wärmeübergangszahl a ungefähr proportional mit
dem Druck des Arbeitsmittels zu. Daher ist die Wärmeübergangszahl bei von Hochdruckarbeitsmittel
durchströmten Rohren auch bei kleiner Geschwindigkeit des Arbeitsmittels immer noch
verhältnismäßig hoch. Die gefährdete äußere Randzone der Schottwand kann daher wirkungsvoll
genug durch Hochdruckarbeitsmittel gekühlt werden. Zur Kühlung des inneren Teiles
der Schottwand, der nur noch einer verhältnismäßig geringen Wärmebelastung ausgesetzt
ist, reicht dagegen das auf einen niederen Druck entspannte Arbeitsmittel mit einer
relativ niedrigen Wärmeübergangszahl aus. Ein weiterer Vorteil dieser Aufteilung
ist auch darin zu sehen, daß auch beim Anfahren des Dampferzeugers oder bei Schwachlastbetrieb
immer genügend Hochdruckarbeitsmittel vorhanden ist, um die durch Wärmeeinwirkung
am stärksten belastete äußere Randzone der Schottwand zu durchströmen, während der
innere, durch Wärmeeinwirkung
schwächer belastete Teil der Schottwand
bei diesen Betriebszuständen auch von einer etwa nur in geringem Ausmaß zur Verfügung
stehenden entspannten Arbeitsmittelmenge noch ausreichend gekühlt werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es zweckmäßig sein, wenn
mindestens die die Schottwände begrenzenden äußeren Rohre als Teile des Hochdrucküberhitzers
ausgebildet sind. Es kann sich aber auch empfehlen, mindestens die die Schottwände
begrenzenden äußeren Rohre als Teile des Verdampfungsteils des Dampferzeugers auszubilden.
Es kann sich auch manchmal als vorteilhaft erweisen, mindestens die die Schottwände
begrenzenden äußeren Rohre als Teile des Speisewasservorwärmer, auszubilden.
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Als Beispiele für die erfindungsgemäße Anlage sind mehrere Ausführungsmöglichkeiten
in der Zeichnung schematisch dargestellt.
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Fig. 1 bis 3 zeigen Schnittbilder von Hochdruckdampfkraftanlagen,während
in den Fig. 4 bis 7 Ausbildungen der Schottwände wiedergegeben sind.
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Diesen Zeichnungen und der im Zusammenhang damit stehenden Beschreibung
sind auch weitere Merkmale der Erfindung zu entnehmen. In allen Figuren sind die
gleichen Einrichtungen mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In Fig. 1 ist der mit Schwenkbrennern beheizte Dampferzeuger mit 1
bezeichnet. Das Arbeitsmittel gelangt, wie durch Pfeile angedeutet. von der nicht
gezeigten Speisewasserpumpe durch die Leitung 2 über den Vorwärmer 3 und den Verdampfungsteil
4 zu dem im Rauchgaszug untergebrachten ersten Gberhitzerteil 6. Von diesem strömt
das Arbeitsmittel zu dem eine Wandauskleidung des oberen Teiles der Brennkammer
bildenden zweiten Überhitzerteil 7 und von diesem zu einem ebenfalls im oberen Teil
der Brennkammer untergebrachten dritten Überhitzerteil 8, dessen Rohre die Randzone
einer Schottwand bilden. Von hier strömt das Arbeitsmittel über eine noch im Strahlungs-
oder im Berührungsteil untergebrachte Endüberhitzerheizfläche 9 zu dem Hochdruckteil
10 der Turbinenanlage. Der dort entspannte Dampf gelangt über die Leitung 11 in
den ersten Teil 12 eines Zwischenüberhitzers, der aus Schottwänden besteht, deren
Randzone, wie vorstehend geschildert, von den Rohren des dritten Überhitzerteiles
8 gebildet ist. Das Arbeitsmittel gelangt anschließend nach Durchströmen des zweiten
Teiles 13 des Zwischenüberhitzers, der im Berührungsteil oder auch teilweise noch
im Strahlungsteil des Dampferzeugers untergebracht ist, zu dem Niederdruckteil 14
der Turbinenanlage, die den Generator 15 antreibt. Von der letzten Turbinenstufe
führt die Leitung 16 über den hier nicht gezeigten Kondensator und die übrigen üblichen
Einrichtungen wieder in den Dampferzeuger zurück. Mit 17 sind die Schwenkbrenner
bezeichnet. 18 stellt einen Wasserabscheider dar, auf den im Falle eines Betriebes
des Dampferzeugers mit kritischem oder überkritischem Druck unter Umständen auch
verzichtet werden kann. Die einzelnen Heizflächen sind, soweit notwendig, an Kollektoren
angeschlossen, von denen in Fig. 1 einige mit 5 und die Kollektoren für die Randzonenrohre
der Schottwände mit 19 und 20 bezeichnet sind.
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Während in Fig. 1 die die Schottwände begrenzenden äußeren Rohre Teile
des Hochdrucküberhitzers darstellen, ist diese Randzone der Schottwände nach Fig.
2 als Teil der Verdampfungsheizfläche des Dampferzeugers ausgebildet. Die Rohre
der <<Ferdampferheizfläche 4 sind hier an die die Randzonen der Schottwände
bildenden Rohre 8' angeschlossen, die eine zweite Verdampferheizfläche darstellen.
Diese zweite Verdampferheizfläche ist an die Abscheideflasche 18 angeschlossen.
Der hier vom Wasser getrennte Dampf gelangt über die Überhitzerheizflächen 6, 7
und 9 zur Hochdruckturbine 10 und von dort über den in den Schottwänden untergebrachten
ersten Zwischenüberhitzerteil 12 zu dem zweiten Zwischenüberhitzerteil 13 und dann
zur \Tiederdruckturbine 14.
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Nach Fig. 3 sind die die Randzone der Schottwände bildenden Rohre
8" an die Vorwärmerheizfläche 3 angeschlossen. Die Rohre 8" stellen somit einen
Teil des Speisewasservorwärmers dar. Aus diesen Schottenrohren strömt das Arbeitsmittel
über die Verdampferheizfläche 4. den Abscheider 18 und anschließend durch die t%erhitzerheizflächen
6, 7 und 9 zur Hochdruckturbine 10 und von hier weiter. wie bei den Fig. 1 und 2
beschrieben ist. Es ist selbstverständlich, daß an Stelle des in den Figuren gezeigten
einen Rohres eine Vielzahl von Rohrsträngen je nach Erfordernis ohne oder mit Verbindung
durch Kollektoren untereinander verwendet werden kann. Auch die verschiedenen Heizflächen
können jeweils eine voneinander verschiedene Anzahl von Rohrsträngen enthalten.
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Die Schottwände sind, wie aus dem in Fig. 4 gezeigten Schnittbild
hervorgeht, in Abstand voneinander angeordnet, so daß die Heizgase ungehindert zwischen
ihnen hindurchströmen können. Die Rohranordnung in den Schottwänden ist so getroffen.
daß der Heizgasstrom zuerst auf die äußeren Rohre 8 bzw. 8' oder 8" einer jeden
Schottwand und erst dann auf die den inneren Teil dieser Wände ausfüllenden, vorzugsweise
schlangenförmig mehrfach gewundenen Rohre der Zwischenüberhitzerheizfläche 12 trifft.
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Nach den in Fig. 5, 6 und 7 gezeigten Ausführungsmöglichkeiten von
Schottwänden besteht deren Randzone aus einer Vielzahl von parallelen und in einer
Ebene angeordneten, gegebenenfalls auch schlangenförmig gewundenen Rohren. die zu
der Heizfläche 8 bzw. 8' oder 8" gehören. Der innere Teil der Schottwand ist mit
einer Vielzahl von ebenfalls parallel und in einer Ebene angeordneten, erforderlichenfalls
auch schlangenförmig gewundenen Rohren der Heizfläche 12 ausgefüllt. Nach Fig. 5
sind die die Randzone bildenden Rohre an der Unterseite der Schottwand mehrfach
schlangenförmig in einer Ebene gewunden. Diese Ausbildung ermöglicht es auch bei
einem gegebenen zur Verfügung stehenden Platz für die Schottwand, z. B. durch Vermehrung
oder Verminderung der unteren schlangenförmigen Windungen der Randzonenrohre, die
Größe der Zwischenüberhitzerheizfläche der jeweils gewünschten Wärmeaufnahme anzupassen.
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Nach Fig. 6 ist die Schottwand nur an zwei Seiten von einer haarnadelförmig
und an ihrem unteren Teil rechtwinklig abgebogenen Randzonenrohrfläche 8 begrenzt.
Eine derartige Ausbildung der Schottwand kann zweckmäßig sein, wenn dieSchottwand
unmittelbar an einer Seitenwand der Brennkammer angeordnet ist und vorzugsweise
nur unten und an einer Seite von den Heizgasen angeströmt wird.
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In Fig. 7 ist eine symmetrische Aufteilung der die Zwischenüberhitzerheizfläche
12 bildenden Rohrstränge dargestellt. Vom Kollektor 21 aus tritt hier der zwischenzuüberhitzende
Dampf über zwei Teilkollektoren in die Mitte der Schottwand in zwei Teilströmen
ein. die von hier nach den äußeren heißeren Randpartien
der Schottwand
zu umgelenkt werden und nach Sammlung in zwei anderenTeilkollektoren anschließend
sich wieder in dem Kollektor 22 vereinigen.