DE1751761A1 - Zwangdurchlaufdampferzeugung mit Wasserrueckfuehrung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen unterkritischen Zwangdurchlaufdampferzeuger mit Wasserrückführung aus einem Wasserabscheider zum Verdampfer, dessen Brennkammerwände über die gesamte Höhe mit parallel geschalteten, lotrechten Verdampferrohren abgekleidet sind und bei dem das Speisewasser aus dem Wasservorwärmer unter Umgehung des Verdampfers einem Mischgefäß zugeführt wird, in dem es mit dem Überschußwasser gemischt und mittels einer Rückführpumpe in den Verdampfer gefördert wird.

Zwangdurchlaufkessel dieser Bauart sind entwickelt worden, weil es konstruktiv, fertigungstechnisch und montageseitig wesentlich einfacher und billiger ist, durchgehend lotrechte Brennkammerrohre aufzuhängen. Außerdem ist eine derartige Rohranordnung auch Voraussetzung für ein völlig gefahrloses Verschweißen der Rohre miteinander, wie dies bei gas- und ölgefeuerten Kesselanlagen immer häufiger gefordert wird. Das für die Kühlung der Brennkammerrohre erforderliche Verhältnis von Massenfluß zu Wärmestromdichte wird dabei durch die Wasserrückführung hergestellt. Ein weiterer Vorteil derartiger Zwangdurchlaufdampferzeuger liegt im geringeren Eigenkraftbedarf der Anlage.

Nachteilig ist jedoch, daß die eingebaute Verdampferheizfläche erheblich größer ist, als zur Übertragung der Verdampfungswärme notwendig wäre. Dementsprechend mußten im oberen Teil der Brennkammer die Verdampferrohre durch vorgelagerte Rohre eines Wandüberhitzers der Wärmeeinstrahlung entzogen werden (Modern German Boiler Practice Januar 1967, Seite 37, Bild 2). Abgesehen davon, daß der Verdampfer und der Wandüberhitzer gegeneinander isoliert werden müssen, um eine Wärmeübertragung vom Wandüberhitzer an den Verdampfer zu verhindern und es nicht einfach ist, den Wandüberhitzer zu haltern, bedeutet die Abschirmung eines Teiles des Verdampfers den Einbau großer Mengen toten Materials. Hinzu kommt bei braunkohlebefeuerten Dampferzeugern, bei denen die Trocknung der Kohle in den Mühlen durch aus der Brennkammer rückgesaugte Feuergase erfolgt, daß die Feuergasrücksaugung im Bereich des Wandüberhitzers, d.h. durch zwei sich unterschiedlich dehnende Rohrwände hindurch erfolgen muß.

Die geschilderten Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß zwischen dem Verdampferaustritt und dem Mischgefäß eine mit Regel- und Absperrorganen ausgestattete Abzweigleitung angeordnet ist. Bei dieser Ausführung ist die Anordnung eines Wandüberhitzers im oberen Teil der Brennkammer nicht mehr erforderlich, wenn bei bestimmten Betriebszuständen der Verdampfer an seinem Ende leicht überhitzt betrieben wird. Bei Überschreiten der Sattdampftemperatur am Austritt des Verdampfers wird nach der Erfindung ein regelbarer Anteil des nunmehr leicht überhitzten Dampfes durch die Abzweigleitung dem Mischgefäß zugeführt, dort kondensiert und das Kondensat zusammen mit dem Speisewasser mittels der Rückführpumpe dem Verdampfereintritt zugeführt. Geht bei sinkender Belastung des Dampferzeugers die Austrittstemperatur des Dampfes aus dem Verdampfer auf Sattdampftemperatur zurück, wird der Dampferzeuger in üblicher Weise betrieben, d.h. das zur Aufrechterhaltung des Massenflusses erforderliche Überschußwasser wird im Wasserabscheider abgeschieden.

Dem Mischgefäß wird in weiterer Ausbildung der Erfindung maximal so viel Dampf zugeführt, wie durch das Speisewasser kondensiert werden kann, wobei jedoch die maximale Gemischtemperatur um etwa 10 - 20°C unterhalb der Sattdampftemperatur gehalten wird. Dieser Sicherheitsabstand ist notwendig um zu verhindern, daß bei plötzlicher Druckabsenkung das Wasser im Mischgefäß verdampft und die Rückführpumpen mit Dampf beaufschlagt werden.

Damit eine möglichst schnelle und gleichmäßige Vermischung von Speisewasser und rückgeführtem Dampf im Mischgefäß erfolgen kann, sind nach der Erfindung im Mischgefäß aus Lochblechen oder dergleichen bestehende Einbauten derart angeordnet, daß sie vom Speisewasser und dem rückgeführten Dampf gemeinsam durchströmt werden. Derartige Einbauten sind von Dampfwaschern her an sich bekannt (DP 654 751).

Die Anordnung dichtschließender Absperrorgane in der Abzweigleitung hat den Nachteil, daß bei Betrieb des Dampferzeugers ohne Dampfrückführung das Absperrorgan die Abzweigleitung gegen das Speise- und Überschußwasser abdichten muß. Ein Versagen des Absperrorgans würde dazu führen, daß Wasser aus dem Mischgefäß in den Wasserabscheider bzw. den Überhitzer gelangen und dort schwere Schäden verursachen kann. Um diese Möglichkeit auszuschließen wird nach der Erfindung bei jeder Belastung des Dampferzeugers ein Teilstrom des erzeugten Dampfes zum Mischgefäß geführt, der lediglich so groß bemessen ist, daß er den Eintritt von Speise- bzw. Überschußwasser in die Abzweigleitung verhindert, d.h. als Sperrstrom wirkt.

Die Erfindung ist mit weiteren Einzelheiten in der Zeichnung und der sie betreffenden Beschreibung erläutert.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung ein Durchschlußschema eines nach der Erfindung ausgebildeten Dampferzeugers.

Das Speisewasser wird von der nicht dargestellten Speisepumpe über das Speisewasser-Regelventil (1) in den Wasservorwärmer (2) gefördert. Nach Durchströmen des Wasservorwärmers gelangt das nunmehr vorgewärmte Speisewasser in das Mischgefäß (3). Von hier aus wird es mit Hilfe der Rückführpumpe (4) dem Eintritt (5) des Verdampfers (6) zugeführt.

Beim Betrieb des Dampferzeugers mit einer Temperatur gleich der Sattdampftemperatur am Verdampferaustritt (7) strömt das Dampf-Wassergemisch dem Wasserabscheider (8) zu. Dort findet eine Trennung von Wasser und Dampf statt. Das abgeschiedene Überschußwasser gelangt durch die Leitung (9) ebenfalls zum Mischgefäß (3) und wird gemeinsam mit dem Speisewasser dem Verdampfereintritt (5) zugeführt. Der Dampf gelangt über die Zuführungsleitung (10) zum Überhitzer (11), wird dort auf die gewünschte Temperatur überhitzt und strömt anschließend zur nicht dargestellten Turbine ab.

Beim Betrieb des Dampferzeugers mit einer über Sattdampftemperatur liegenden Dampftemperatur am Austritt (7) des Verdampfers (6) wird ein Teilstrom des erzeugten Dampfes durch die Abzweigleitung (12) zum Mischgefäß (3) geführt. Die dem Mischgefäß zugeführte Dampfmenge wird durch das Regelventil (13) entsprechend dem Bedarf an umzuwälzendem Wasser geregelt. Eine Grenze für die rückgeführte Dampfmenge wird durch die Gemischtemperatur im Mischgefäß (3) gebildet.

Unabhängig von der Fahrweise des Dampferzeugers wird ständig eine als Sperre gegen Rückströmen von Wasser aus dem Mischgefäß (3) dienende Dampfmenge vom Verdampferaustritt (7) in das Mischgefäß geleitet. Im übrigen wird das Rückströmen von Wasser aus dem Mischgefäß (3) in den Wasserabscheider (8) noch durch das in die Abzweigleitung (12) eingebaute Rückschlagventil (14) verhindert.

Zur Erläuterung der Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Schaltung des Verdampfersystems bzw. des Betriebsverfahrens ist folgendes konkretes Beispiel erwähnt.

Ausgegangen wird von einem Dampferzeuger von etwa 200 atü Druck am Verdampferaustritt. Bei einer Belastung von 100 % bis etwa 75 % wird im Verdampfer Dampf mit einer Temperatur von 380 - 390°C erzeugt, bei einer Sattdampftemperatur von ca. 365°C und einer Speisewassertemperatur von 260°C. Innerhalb dieses Lastbereiches wird eine Teilmenge des erzeugten Dampfes in das Mischgefäß geführt. Die Temperaturdifferenz zwischen Speisewasser und rückgeführtem Dampf erlaubt die Kondensation von etwa 30 % des erzeugten Dampfes, ohne den Sicherheitsabstand zur Sattdampftemperatur im Mischgefäß zu unterschreiten. Demzufolge kann der Dampferzeuger mit 1,3-facher Umwälzung im Verdampfer betrieben werden.

Je nachdem ob der Dampferzeuger im Gleitdruck- oder Festdruckbetrieb gefahren wird ergeben sich die Betriebsmöglichkeiten des Dampferzeugers bei gesicherter Stabilität des Durchflusses des Arbeitsmittels durch den Verdampfer.

Für die Durchführbarkeit der Erfindung ist es bedeutungslos ob Wasserabscheider (8) und Mischgefäß (3) getrennte Bauelemente des Dampferzeugers darstellen oder ob sie zu einer Einheit zusammengefaßt sind. Ebenso ist es gleichgültig, ob die lotrechten Brennkammerrohre miteinander verschweißt werden oder ob der Dampferzeuger in skin casing Bauweise oder in gemauerter Ausführung gebaut wird.

Claims (5)

1. Unterkritischer Zwangdurchlaufdampferzeuger mit Wasserrückführung aus einem Wasserabscheider zum Verdampfer, dessen Brennkammerwände über die gesamte Höhe mit parallel geschalteten lotrechten Verdampferrohren abgekleidet sind und bei dem das Speisewasser aus dem Wasservorwärmer unter Umgehung des Verdampfers einem Mischgefäß zugeführt wird, in dem es mit dem Überschußwasser gemischt und mittels einer Rückführpumpe in den Verdampfer gefördert wird, gekennzeichnet durch eine mit Regel- und Absperrorganen (13, 14) ausgerüstete Abzweigleitung (12) vom Verdampferaustritt (7) zum Mischgefäß (3).

2. Zwangdurchlaufdampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Mischgefäß (3) in an sich bekannter Weise aus Lochblechen oder dergleichen bestehende Einbauten derart angeordnet sind, daß sie vom Speisewasser und dem rückgeführten Dampf gemeinsam durchströmt werden.

3. Verfahren zum Betrieb von Zwangdurchlaufdampferzeugern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten der Sattdampftemperatur am Verdampferaustritt (7) ein regelbarer Anteil des nunmehr leicht überhitzten Dampfes dem Mischgefäß (3) zugeführt, dort kondensiert und das Kondensat zusammen mit dem Speisewasser mittels der Rückführpumpe (4) dem Verdampfereintritt (5) zugeführt wird.

4. Verfahren zum Betrieb von Zwangdurchlaufdampferzeugern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß maximal so viel Dampf dem Mischgefäß (3) zugeführt wird, wie durch das Speisewasser kondensiert werden kann, wobei jedoch die maximale Gemischtemperatur um etwa 10-20°C unterhalb der Sattdampftemperatur gehalten wird.

5. Verfahren zum Betrieb von Zwangdurchlaufdampferzeugern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Belastung ein Teilstrom des erzeugten Dampfes vom Verdampferaustritt (7) zum Mischgefäß (3) geführt wird, der ausreichend ist, um den Eintritt von Speise- bzw. Überschußwasser aus dem Mischgefäß (3) in die Abzweigleitung (12) zu verhindern.

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