Dampferzeuger
Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, bei dem in einem Heizgaskanal eine aus einer Anzahl von Verdampferrohren gebildete Verdampfer-Durchlaufheizflache und eine aus einer Anzahl von den Verdampferrohren strömungsmediumsseitig nachge¬ schalteten Überhitzerrohren gebildete Überhitzerheizfläche angeordnet sind.
In einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung einer Anzahl von Verdampferrohren zu einer vollständigen Verdampfung des Strömungsmediums in den Verdampferrohren in einem Durch- gang. Das Strömungsmedium - üblicherweise Wasser - wird nach seiner Verdampfung den Verdampferrohren nachgeschalteten Überhitzerrohren zugeführt und dort überhitzt. Die Position des Verdampfungsendpunkts, d. h. der Grenzbereich zwischen unverdampftem und verdampftem Strömungsmedium, ist dabei va- riabel und betriebsartabhängig. Beim Volllastbetrieb eines derartigen Durchlaufdampferzeugers liegt der Verdampfungsend¬ punkt beispielsweise in einem Endbereich der Verdampferrohre, so dass die Überhitzung des verdampften Strömungsmediums be¬ reits in den Verdampferrohren beginnt. Ein Durchlaufdampf- erzeuger unterliegt im Gegensatz zu einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger keiner Druckbegrenzung, so dass er für Frischdampfdrücke weit über dem kritischen Druck von Wasser (PKπ Ä 221 bar)- wo keine Unterscheidung der Phasen Wasser und Dampf und damit auch keine Phasentrennung möglich ist - ausgelegt werden kann.
Derartige Durchlaufdampferzeuger können in Gas- und Dampfturbinenanlagen eingesetzt werden, bei denen die im entspannten Arbeitsmittel oder Heizgas aus der Gasturbine enthaltene Wär- me zur Erzeugung von Dampf für die Dampfturbine genutzt wird. Dabei kann der Einsatz insbesondere in Kombination mit einer so genannten industriellen Gasturbine mit einer Auslegungs-
leistung bis etwa 60 MW vorgesehen sein. Bei derartigen Konzepten kann im Hinblick auf die durch die Nennleistung vorgegebenen Randbedingungen die Vorwärmung und Verdampfung des Wassers und die weitere Überhitzung des erzeugten Dampfes in einer einzigen Durchlaufheizfläche vorgesehen sein, deren
Rohre eingangsseitig mit Eintrittssammlern für das unterkühlte Speisewasser und ausgangsseitig mit Austrittssammlern für den überhitzten Dampf verbunden sind.
Im Schwachlastbetrieb oder beim Anfahren eines derartigen
Durchlaufdampferzeugers wird das heiße Abgas aus der Gastur¬ bine üblicherweise zunächst auf die ungekühlten Rohre der Überhitzersektion des Durchlaufdampferzeugers geleitet, die aus diesem Grund üblicherweise aus hochwertigen temperatur- festen Materialien bestehen müssen. Alternativ kann auch die Bespeisung der Verdampfersektion mit einem Mindeststrom an Strömungsmedium vorgesehen sein, um eine sichere Kühlung der Dampferzeugerrohre zu gewährleisten. Dabei reicht gerade bei niedrigen Lasten von beispielsweise weniger als 40 % der Aus- legungslast der der zugehörigen Dampfleistung entsprechende Durchlaufmassenstrom durch die Dampferzeugerrohre üblicherweise nicht mehr zu deren Kühlung aus, so dass diesem Durchlauf an Strömungsmedium durch den Verdampfer ein zusätzlicher Durchsatz an Strömungsmedium überlagert wird. In diesem Fall ist üblicherweise eine Abtrennung von Wasser aus dem Strö¬ mungsmedium notwendig, bevor dieses in die Überhitzersektion des Durchlaufdampferzeugers eintritt. Dazu kann die Durch¬ laufheizfläche in ihrer Gesamtheit durch eine in einem Heiz¬ gaskanal angeordnete, aus einer Anzahl von Verdampferrohren gebildete Verdampfer-Durchlaufheizfläche und durch eine die¬ ser strömungsmediumsseitig nachgeschaltete, aus einer Anzahl von Überhitzerrohren gebildete Überhitzerheizfläche gebildet sein, wobei strömungsmediumsseitig zwischen die Verdampfer- Durchlaufheizfläche und die Überhitzerheizfläche ein Wasser- abscheidesystem geschaltet ist.
Bei derartigen Durchlaufdampferzeugern münden die die Verdampfersektion bildenden Verdampferrohre üblicherweise in ei¬ nen oder mehrere Austrittssammler, von denen aus das Strömungsmedium in einen nachgeschalteten Wasser-Dampf-Abscheider geführt wird. Dort erfolgt eine Trennung des Strömungsmediums in Wasser und in Dampf, wobei der Dampf in ein den Überhitzerrohren vorgeschaltetes Verteilersystem überführt wird, wo eine Aufteilung des Dampfmassenstroms auf die einzelnen, strömungsmediumsseitig parallel geschalteten Überhitzerrohre erfolgt.
Bei einer derartigen Bauweise ist durch die Zwischenschaltung des Wasserabscheidesystems im Anfahr- und Schwachlastbetrieb der Verdampfungsendpunkt des Durchlaufdampferzeugers festge- legt und nicht - wie beim Volllastbetrieb - variabel. Damit ist die betriebliche Flexibilität bei einer derartigen Bau¬ weise des Durchlaufdampferzeugers im Schwachlastbetrieb er¬ heblich eingeschränkt. Des Weiteren müssen bei einer derarti¬ gen Bauweise die Abscheidesysteme in der Regel insbesondere hinsichtlich der Materialwahl dafür ausgelegt sein, dass der Dampf im Abscheider im reinen Durchlaufbetrieb deutlich überhitzt ist. Die erforderliche Materialauswahl führt ebenfalls zu einer erheblichen Einschränkung der betrieblichen Flexibilität. Hinsichtlich der Dimensionierung und Bauart der erfor- derlichen Komponenten bedingt die genannte Bauweise zudem, dass der beim Anfahren des Durchlaufdampferzeugers in der er¬ sten Anfahrphase auftretende Wasserausstoß vollständig im Ab¬ scheidesystem aufgenommen und über die nachgeschaltete Abscheideflasche und die Ablaufventile in den Entspanner abge- führt werden können muss. Die daraus resultierende ver¬ gleichsweise große Dimensionierung von Abscheideflasche und Ablaufventilen führt zu einem beträchtlichen Herstellungsund Montageaufwand.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der oben genannten Art anzugeben, der bei vergleichsweise gering gehaltenen Herstellungs- und Montageauf-
wand auch beim Anfahren und im Schwachlastbetrieb eine beson¬ ders hohe betriebliche Flexibilität aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem in eine An- zahl von jeweils ein oder mehrere Verdampferrohre mit jeweils einem oder mehreren Überhitzerrohren strömungsmediumsseitig verbindenden Überströmrohrstücken jeweils ein Wasserabscheideelement integriert ist.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass der
Durchlaufdampferzeuger zur Gewährleistung einer besonders hohen betrieblichen Flexibilität auch im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb für einen variablen Verdampfungsendpunkt ausge¬ legt sein sollte. Dazu sollte die bei bisherigen Systemen üb- liehe bauartbedingte Fixierung des Verdampfungsendpunktes im Wasserabscheidesystem vermieden werden. Im Hinblick auf die Erkenntnis, dass diese Fixierung im Wesentlichen durch die Sammlung des aus den Verdampferrohren abströmenden Strömungsmediums, die nachfolgende Wasserabscheidung in einer zentra- len Wasserabscheideeinrichtung und die anschließende Verteilung des Dampfes auf die Überhitzerrohre entsteht, sollte ei¬ ne Dezentralisierung der Wasserabscheidefunktion vorgenommen werden. Die Wasserabscheidung sollte dabei insbesondere derart ausgelegt sein, dass nach der Wasserabscheidung keine zu komplexe Verteilung des Strömungsmediums vorgesehen ist, da gerade diese für ein Wasser-Dampf-Gemisch nicht praktikabel ist. Dies ist erreichbar, indem unter Abweichung von der üblicherweise vorgesehenen zentralen Wasser-Dampf-Trennung das Wasserabscheidesystem dezentral konzipiert ist, wobei die Ab- scheidefunktion in zur strömungsmediumsseitigen Verbindung der Verdampferrohre mit den nachgeschalteten Überhitzerrohren ohnehin notwendige Rohrstücke integriert ist.
Der Durchlaufdampferzeuger kann in so genannter stehender Bauweise oder auch in so genannter liegender Bauweise ausgeführt sein. Somit kann also der Heizgaskanal für eine Durch¬ strömung des Heizgases in einer im wesentlichen vertikalen
oder auch in einer im wesentlichen horizontalen Durchströmungsrichtung ausgelegt sein.
Eine besonders einfache Bauweise der Wasserabscheideelemente bei hoher Zuverlässigkeit der Wasserabscheidung ist erreichbar, indem das jeweilige Wasserabscheideelement vorteilhaf¬ terweise für eine Trägheitsseparation des Wassers vom Dampf im Strömungsmedium ausgelegt ist. Dazu wird vorzugsweise die Erkenntnis genutzt, dass der Wasseranteil des Strömungsmedi- ums aufgrund seiner im Vergleich zum Dampfanteil höheren
Trägheit bevorzugt in seiner Strömungsrichtung geradeaus wei¬ terströmt, während der Dampfanteil vergleichsweise besser ei¬ ner aufgezwungenen Umlenkung zu folgen vermag. Um dies bei hoher Abscheidewirkung für eine vergleichsweise einfache Bau- weise des Wasserabscheideelements zu nutzen, ist dies in be¬ sonders vorteilhafter Ausgestaltung in der Art eines T-Stücks ausgeführt. Dabei umfasst das jeweilige Wasserabscheideele¬ ment vorzugsweise ein mit dem vorgeschalteten Verdampferrohr verbundenes Einströmrohrstück, das in seiner Längsrichtung gesehen in ein Wasserableitrohrstück übergeht, wobei im Übergangsbereich eine Anzahl von mit jeweils einem nachgeschalte¬ ten Überhitzerrohr verbundenen Abströmrohrstücken abzweigt. Der Wasseranteil des in das Einströmrohrstück einströmenden Strömungsmediums wird dabei in Folge seiner vergleichsweise höheren Trägheit an der Verzweigungsstelle im Wesentlichen ohne Umlenkung in Längsrichtung weitertransportiert und tritt somit in das Wasserableitrohrstück über. Demgegenüber ist für den Dampfanteil aufgrund seiner vergleichsweise geringeren Trägheit eine Umlenkung leichter möglich, so dass der Dampf- anteil in das oder die abzweigenden Abströmrohrstücke über¬ tritt.
Vorzugsweise ist das Einströmrohrstück dabei im Wesentlichen geradlinig ausgeführt, wobei es mit seiner Längsrichtung im Wesentlichen horizontal oder auch in einem vorgegebenen Nei- gungs- oder Verkippungswinkel angeordnet sein kann. Dabei ist vorzugsweises eine Neigung in Strömungsrichtung abwärts vor-
gesehen. Alternativ kann eine Anströmung des Einströmrohrstücks über einen von oben kommenden Rohrbogen vorgesehen sein, so dass in diesem Falle das Strömungsmedium aufgrund der Zentrifugalkraft in Richtung Außenseite der Krümmung ge- presst wird. Dadurch strömt bevorzugt der Wasseranteil des Strömungsmediums am Außenbereich der Krümmung entlang. Bei dieser Ausgestaltung ist somit bevorzugt das für die Abführung des Dampfanteils vorgesehene Abströmrohrstück zur Innenseite der Krümmung hin ausgerichtet .
Das Wasserableitrohrstück ist vorzugsweise in seinem Eintrittsbereich als nach unten gekrümmter Rohrbogen ausgeführt. Damit ist auf besonders einfache und verlustarme Weise eine Umlenkung des abgeschiedenen Wassers zur bedarfsgerechten Einspeisung in nachfolgende Systeme erleichtert.
Vorteilhafterweise sind die Wasserabscheideelemente wasser- ausgangsseitig, also insbesondere mit ihren Wasserableitrohr¬ stücken, gruppenweise mit einer Anzahl von gemeinsamen Aus- trittssammlern verbunden. Bei einer derartigen Verschaltung ist somit im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen strömungsmediumsseitig der Wasserabscheider den Austritts¬ sammlern der Verdampferrohre nachgeschaltet ist, nunmehr das jeweilige Wasserabscheideelement dem Austrittssammler vorge- schaltet. Gerade dadurch ist auch im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb die direkte Überführung von Strömungsmedium aus den Verdampferrohren in die Überhitzerrohre ohne Zwischenschaltung von Sammler- oder Verteilersystemen möglich, so dass der Verdampfungsendpunkt auch in die Überhitzerrohre hineinverlagert werden kann. Den Austrittssammlern ist dabei vorteilhafterweise eine Anzahl von Wassersammelbehältern nachgeschaltet. Der oder die Wassersammelbehälter können dabei ihrerseits ausgangsseitig mit geeigneten Systemen wie beispielsweise einem atmosphärischen Entspanner oder über ei- ne Umwälzpumpe mit dem Umlauf des Durchlaufdampferzeugers verbunden sein.
Bei der Trennung von Wasser und Dampf im Wasserabscheidesystem kann entweder nahezu der gesamte Wasseranteil abgeschie¬ den werden, so dass lediglich noch verdampftes Strömungsmedi¬ um an die nachgeschalteten Überhitzerrohre weitergegeben wird. In diesem Fall liegt der Verdampfungsendpunkt noch in den Verdampferrohren. Alternativ kann aber auch nur lediglich ein Teil des anfallenden Wassers abgeschieden werden, wobei das restliche noch unverdampfte Strömungsmedium zusammen mit dem verdampften Strömungsmedium in die nachfolgenden Überhit- zerrohre weitergegeben wird. In diesem Fall verschiebt sich der Verdampfungsendpunkt in die Überhitzerrohre hinein.
Im letztgenannten Fall, auch als Überspeisung der Abscheideeinrichtung bezeichnet, werden zunächst die den Wasserab- scheideelementen wasserseitig nachgeschalteten Komponenten wie beispielsweise Austrittssammler oder Wassersammelbehälter vollständig mit Wasser befüllt, so dass sich bei weiter zu¬ strömendem Wasser in den entsprechenden Leitungsstücken ein Rückstau bildet. Sobald dieser Rückstau die Wasserabscheide- elemente erreicht hat, wird zumindest ein Teilstrom von neu zuströmendem Wasser gemeinsam mit dem im Strömungsmedium mitgeführtem Dampf an die nachfolgenden Überhitzerrohre weitergegeben. Um in diesem Betriebsmodus der so genannten Überspeisung des Abscheidesystems eine besonders hohe betriebli- che Flexibilität zu gewährleisten, ist in besonders vorteil¬ hafter Ausgestaltung in eine an den Wassersammelbehälter angeschlossene Abflussleitung ein über eine zugeordnete Regel¬ einrichtung ansteuerbares Stellventil geschaltet. Die Regel¬ einrichtung ist dabei vorteilhafterweise mit einem für die Enthalpie des Strömungsmediums am Austritt der Überhitzer¬ heizflächecharakteristischen Eingangswert beaufschlagbar.
Durch ein derartiges System ist im Betriebsmodus des über¬ speisten Abscheidesystems durch gezielte Ansteuerung des in die Abflussleitung des Wassersammelbehälters geschalteten
Ventils der aus dem Wassersammelbehälter abströmende Massenstrom einstellbar. Da dieser durch einen entsprechenden Was-
ser-Massenstrom aus den Wasserabscheideelementen ersetzt wird, ist somit auch der Massenstrom einstellbar, der aus den Wasserabscheideelementen in das Sammelsystem gelangt. Damit ist wiederum auch derjenige Teilstrom einstellbar, der ge- meinsam mit dem Dampf in die Überhitzerrohre weitergegeben wird, so dass über eine entsprechende Einstellung dieses Teilstroms beispielsweise am Ende der Überhitzersektion der Durchlaufheizfläche eine vorgegebene Enthalpie eingehalten werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann der gemeinsam mit dem Dampf an die Überhitzerrohre weitergegebene Wasser¬ teilstrom auch beeinflusst werden durch eine entsprechende Steuerung des überlagerten Umwälzkreislaufs. Dazu ist in wei¬ terer oder alternativer vorteilhafter Ausgestaltung über die dem Wasserabscheidesystem zugeordnete Regeleinrichtung eine den Verdampferrohren zugeordnete Umwälzpumpe ansteuerbar.
Zweckmäßigerweise wird der Dampferzeuger als Abhitzedampferzeuger einer Gas- und Dampfturbinenanlage verwendet .
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Integration der Wasserabscheidung in das Rohrsystem des Dampferzeugers die Wasserabscheidung ohne vorherige Sammlung des aus den Verdampferrohren abströmenden Strömungsmediums und ohne nachfolgende Verteilung des an die Überhitzerrohre weitergegebenen Strömungsmediums auf die
Überhitzerrohre erfolgen kann. Damit können aufwendige Sam- mel- und Verteilsysteme eingespart werden. Durch den Entfall aufwendiger Verteilsysteme ist darüber hinaus die Übergabe von Strömungsmedium an die Überhitzerrohre nicht nur auf Dampf beschränkt; vielmehr kann nunmehr auch ein Wasser- Dampf-Gemisch an die Überhitzerrohre weitergeführt werden. Gerade dadurch kann der Verdampfungsendpunkt über die Trenn¬ stelle zwischen Verdampferrohren und Überhitzerrohren hinaus bedarfsweise in die Überhitzerrohre hineinverschoben werden. Damit ist eine besonders hohe betriebliche Flexibilität auch im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb des Durchlaufdampferzeu- gers erreichbar.
Darüber hinaus können die Wasserabscheideelemente insbesonde¬ re als T-Stücke auf Basis der ohnehin vorhandenen Berohrung des Durchlaufdampferzeugers ausgeführt sein. Diese T-Stücke können vergleichsweise dünnwandig ausgeführt sein, wobei Durchmesser und Wandstärke in etwa mit denen der Wandrohre vergleichbar gehalten werden können. Damit werden durch die dünnwandige Ausführung der Wasserabscheideelemente die An¬ fahrzeiten des Kessels insgesamt oder auch die Laständerungs- geschwindigkeiten nicht weiter begrenzt, so dass auch in Anlagen für hohe Dampfzustände vergleichsweise kurze Reaktions¬ zeiten bei Laständerungen erreichbar sind. Zudem sind derartige T-Stücke besonders kostengünstig herstellbar. Insbeson¬ dere ist auch ein zwischenzeitliches Überspeisen der Abschei- deelemente beim Anfahren oder im Schwachlastbetrieb zulässig, so dass ein Teil des auszustoßenden Verdampferwassers in den den Verdampferrohren nachgeschalteten Überhitzerrohren aufgefangen werden kann. Damit kann die Auslegung der Wassersammeisysteme wie beispielsweise der Abscheideflaschen oder der Ablaufventile für entsprechend geringere Ablaufmengen und so¬ mit kostengünstiger erfolgen. Des Weiteren ermöglicht die Verschiebung des Verdampfungsendpunktes in die Überhitzerroh¬ re hinein, eine evtl. erforderliche Wassereinspritzung und die damit verbundenen Verluste zu begrenzen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 schematisch einen Dampferzeuger in stehender Bauweise,
FIG 2 ausschnittsweise ein Wasserabscheidesystem des Durchlaufdampferzeugers nach FIG 1, und
FIG 3A - 3D jeweils ein Wasserabscheideelement.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszei¬ chen versehen.
Der Dampferzeuger 1 gemäß FIG 1 ist als Durchlaufdampferzeu- ger ausgelegt und als Bestandteil einer Gas- und Dampfturbi¬ nenanlage in der Art eines Abhitzedampferzeugers einer nicht näher dargestellten Gasturbine abgasseitig nachgeschaltet. Der Dampferzeuger 1 weist eine Umfassungswand 2 auf, die ei¬ nen Heizgaskanal 4 für das Abgas aus der Gasturbine bildet. Im Heizgaskanal 4 sind eine aus einer Anzahl von Verdampferrohren 6 gebildete Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 und eine dieser für den Durchfluss eines Strömungsmediums W, D nachge¬ schaltete, aus einer Anzahl von Überhitzerrohren 10 gebildete Überhitzerheizfläche 12 angeordnet. Bezüglich der Führung des Abgasstroms aus der Gasturbine ist die Überhitzerheizfläche
12 der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 dabei vorgeordnet, so dass das Abgas aus der Gasturbine zunächst die Überhitzer¬ heizfläche 12 beaufschlagt.
Im Ausführungsbeispiel ist der Dampferzeuger 1 in stehender Bauweise ausgeführt, wobei der Heizgaskanal 4 vom Abgas der Gasturbine im Bereich der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 und der Überhitzerheizfläche 12 in im Wesentlichen vertikaler Richtung von unten nach oben durchströmt wird und an seinem oberen Ende in einem Kamin 14 endet. Die Verdampferrohre 6 und die Überhitzerrohre 10 sind dabei in der Art von Rohr¬ schlangen alternierend horizontal orientiert im Heizgaskanal 4 verlegt. Alternativ könnte der Dampferzeuger 1 aber auch in liegender Bauweise für eine im Wesentlichen horizontal ge- führte Rauchgasströmung im Heizgaskanal 4, vorzugsweise mit alternierend vertikal orientierten Rohrschlangen, ausgelegt sein .
Die Verdampferrohre 6 der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 sind mit ihren Eintrittsenden an einen Eintrittssammler 16 angeschlossen. Die Überhitzerrohre 10 sind hingegen aus- trittsseitig an einen Austrittssammler 18 angeschlossen. Be-
darfsweise können im Heizgaskanal 4 auch noch weitere Heiz¬ flächen, beispielsweise ein Economizer, Vorwärmer und/oder konvektive Überhitzerheizflächen, angeordnet sein.
Zur strömungsmediumsseitigen Hintereinanderschaltung der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 mit der Überhitzerheizfläche 12 sind die Verdampferrohre 6 über Überströmrohrstücke 20 mit den Überhitzerrohren 10 verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist dabei in der Art einer Eins-zu-eins-Zuordnung jedes Verdamp- ferrohr 6 über jeweils ein Überströmrohrstück 20 mit jeweils einem Überhitzerrohr 10 verbunden. Alternativ kann aber auch eine gruppenartige Zusammenschaltung vorgesehen sein, bei der ein oder mehrere Verdampferrohre 6 über jeweils ein Über¬ strömrohrstück 20 mit einem oder mehreren Überhitzerrohren 10 verbunden sind.
Der Durchlaufdampferzeuger 1 ist dafür ausgelegt, dass auch im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb, bei dem den Verdampferrohren 6 zusätzlich zu dem verdampfbaren Massenstrom an Strö- mungsmedium W aus Gründen der betrieblichen Sicherheit noch ein weiterer Umwälzmassenstrom an Strömungsmedium W überlagert wird, die Position des Verdampfungsendpunkts für eine besonders hohe betriebliche Flexibilität variabel gehalten werden kann. Dazu soll der Verdampfungsendpunkt im Anfahr- und Schwachlastbetrieb, bei dem auslegungsbedingt das Strö¬ mungsmedium am Ende der Verdampferrohre 6 noch nicht voll¬ ständig verdampft ist, in die Überhitzerrohre 10 verschoben werden. Um dies zu erreichen, sind die Überströmrohrstücke 20 mit einer integrierten Wasserabscheidefunktion versehen. Dazu ist in jedes Überströmrohrstück 20 jeweils ein Wasserabschei¬ deelement 30 integriert. Damit ist insbesondere auch er¬ reicht, dass nach der Wasser-Dampf-Abscheidung eine aufwendige Verteilung von Wasser-Dampf-Gemisch W, D auf die Überhitzerrohre 10 nicht erforderlich ist.
Im Ausführungsbeispiel sind die Wasserabscheideelemente 30, von denen in FIG 1 nur eines sichtbar ist, aber derart ausge-
legt, dass im Sinne einer Eins-zu-eins-Zuordnung jedes Verdampferrohr 6 mit genau einem nachfolgenden Überhitzerrohr 10 verbunden ist, so dass funktionell und schaltungstechnisch die Wasserabscheidung in die Einzelrohre hinein verlagert ist. Damit ist gewährleistet, dass im Zusammenhang mit der Wasser-Dampf-Trennung weder eine Sammlung von aus den Verdampferrohren 6 abströmendem Strömungsmedium noch eine Verteilung des weiterzuführenden Strömungsmediums auf die nachfolgenden Überhitzerrohre 10 erforderlich ist. Damit ist auf besonders einfache Weise die Verschiebung des Verdampfungs¬ endpunkts in die Überhitzerrohre 10 hinein ermöglicht. Wie sich aber herausgestellt hat, ist eine hinreichend gleichför¬ mige oder auch gleich verteilte Weitergabe von Wasser-Dampf- Gemisch an die Überhitzerrohre 10 auch dann möglich, wenn eine Verteilung auf nicht mehr als etwa zehn Überhitzerrohre 10 erfolgt.
Das durch das Wasserabscheideelement 30 und Zusatzkomponenten gebildete Wasserabscheidesystem 31 des Dampferzeugers 1, das ausschnittsweise vergrößert in FIG 2 erneut gezeigt ist, um- fasst somit eine der Anzahl von Verdampferrohren 6 und Überhitzerrohren 10 entsprechende Anzahl von Wasserabscheideele¬ menten 30, von denen jedes in der Form eines T-Rohrstücks ausgeführt ist. Dazu umfasst das jeweilige Wasserabscheide- element 30 ein mit dem vorgeschalteten Verdampferrohr 6 verbundenes Einströmrohrstück 32, das in seiner Längsrichtung gesehen in ein Wasserableitrohrstück 34 übergeht, wobei im Übergangsbereich 36 ein mit dem nachgeschalteten Überhitzerrohr 10 verbundenes Abströmrohrstück 38 abzweigt. Durch diese Bauweise ist das Wasserabscheideelement 30 für eine Träg¬ heitsseparation des aus dem vorgeschalteten Verdampferrohr 6 in das Einströmrohrstück 32 einströmenden Wasser-Dampf-Gemisches ausgelegt. Aufgrund seiner vergleichsweise höheren Trägheit strömt nämlich der Wasseranteil des im Einströmrohr- stück 32 strömenden Strömungsmediums an der Übergangsstelle 36 bevorzugt in axialer Verlängerung des Einströmrohrstücks 32 geradeaus weiter und gelangt somit in das Wasserableit-
rohrstück 34. Der Dampfanteil des im Einströmrohrstück 32 strömenden Wasser-Dampf-Gemisches kann hingegen aufgrund sei¬ ner vergleichsweise geringeren Trägheit besser einer aufge¬ zwungenen Umlenkung folgen und strömt somit über das Abström- rohrstück 38 und das Überströmrohrstück 20 zum nachgeschalteten Überhitzerrohr 10.
Wasserausgangsseitig, also über die Wasserableitrohrstücke 34, sind die Wasserabscheideelemente 30 gruppenweise mit ei- nem jeweils gemeinsamen Austrittssammler 40 verbunden, wobei gruppenweise auch mehrere Austrittssammler 40 vorgesehen sein können. Die Austrittssammler 40 sind ihrerseits ausgangssei- tig mit einem gemeinsamen Wassersammelbehälter 42, insbesondere einer Abscheideflasche, verbunden.
Die als T-Rohrstück ausgeführten Wasserabscheideelemente 30 können hinsichtlich ihrer Abscheidewirkung optimiert ausgeführt sein. Ausführungsbeispiele hierzu sind den FIG 3A bis 3D entnehmbar. Wie in FIG 3A dargestellt, kann das Einström- rohrstück 32 gemeinsam mit dem ihm nachfolgenden Wasserableitrohrstück 34 im Wesentlichen geradlinig ausgeführt und mit seiner Längsrichtung gegenüber der Horizontalen geneigt sein. Im Ausführungsbeispiel nach FIG 3A ist dem Einström¬ rohrstück 32 zudem noch knieförmig ein gebogenes Rohrstück 50 vorgeschaltet, das aufgrund seiner Biegung und seiner räumli¬ chen Anordnung bewirkt, dass das in das Einströmrohrstück 32 einströmende Wasser aufgrund der Fliehkraft bevorzugt an die dem Abströmrohrstück 38 gegenüberliegende Innenwandseite von Einströmrohrstück 32 und Wasserableitrohrstück 34 angepresst wird. Damit wird der Weitertransport des Wasseranteils in das Wasserableitrohrstück 34 hinein begünstigt, so dass die Abscheidewirkung insgesamt steigt.
Eine ähnliche Verstärkung der Abscheidewirkung ist, wie dies in FIG 3B gezeigt ist, auch erreichbar, wenn Einströmrohrstück 32 und Wasserableitrohrstück 34 im Wesentlichen hori-
zontal ausgerichtet sind, indem ebenfalls ein geeignet gebo¬ gen geführtes Rohrstück 50 vorgeschaltet ist.
In FIG 3C ist ein Ausführungsbeispiel dafür dargestellt, dass das Wasserabscheideelement 30 ein einziges vorgeschaltetes Verdampferrohr 6 mit einer Mehrzahl von, im Ausführungsbeispiel zwei, nachgeschalteten Überhitzerrohren 10 verbindet. Dazu zweigen im Ausführungsbeispiel nach FIG 3C von dem durch das Einströmrohrstück 32 und das Wasserableitrohrstück 34 ge- bildeten Medienkanal zwei Abströmrohrstücke 38 ab, von denen jedes jeweils mit einem nachgeschalteten Überhitzerrohr 10 verbunden ist. Um das Einströmen des abgeschiedenen Wassers in den nachgeschalteten Austrittssammler 40 zu erleichtern, kann das Abströmrohrstück 34 - wie dies in FIG 3D gezeigt ist - als nach unten gekrümmter Rohrbogen ausgeführt sein oder ein dementsprechend ausgestaltetes Teilstück umfassen.
Wie der Darstellung in FIG 1 entnehmbar ist, ist der Wassersammelbehälter 42 ausgangsseitig über eine angeschlossene Ab- flussleitung 52 mit einem nicht näher dargestellten Abwassersystem verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann die Abflussleitung 52 direkt oder über eine nicht näher dargestellte Economizerheizflache mit dem den Verdampferrohren 6 vorge¬ schalteten Eintrittssammler 12 verbunden sein, so dass ein geschlossener Umwälzkreis entsteht, über den im Anfahr- oder Schwachlastbetrieb dem in den Verdampferrohren 6 strömenden Strömungsmedium ein zusätzlicher Umlauf zur Erhöhung der betrieblichen Sicherheit überlagert werden kann. Je nach betrieblichem Erfordernis oder Bedarf kann das Abscheidesystem 31 dabei derart betrieben werden, dass nahezu sämtliches am Austritt der Verdampferrohre 6 noch mitgeführte Wasser aus dem Strömungsmedium abgeschieden und im Wesentlichen nur verdampftes Strömungsmedium an die Überhitzerrohre 10 weiterge¬ geben wird.
Alternativ kann das Wasserabscheidesystem 31 aber auch im so genannten überspeisten Modus betrieben werden, bei dem nicht
alles Wasser aus dem Strömungsmedium abgeschieden wird, sondern zusammen mit dem Dampf D noch ein Teilstrom des mitgeführten Wassers an die Überhitzerrohre 10 weitergegeben wird. Bei dieser Betriebsweise verschiebt sich der Verdampfungsend- punkt in die Überhitzerrohre 10 hinein. Im derartigen über¬ speisten Modus füllen sich zunächst sowohl der Wassersammelbehälter 42 als auch die vorgeschalteten Austrittssammler 40 vollständig mit Wasser, so dass sich ein Rückstau bis hin zum Übergangsbereich 36 der jeweiligen Wasserabscheideelemente 30 bildet, an dem das Abströmrohrstück 38 abzweigt. Bedingt durch diesen Rückstau erfährt auch der Wasseranteil des den Wasserabscheideelementen 30 zuströmenden Strömungsmediums zumindest teilweise eine Umlenkung und gelangt somit gemeinsam mit dem Dampf in das Abströmrohrstück 38. Die Höhe des Teil- Stroms, der dabei gemeinsam mit dem Dampf den Überhitzerrohren 10 zugeführt wird, ergibt sich dabei einerseits aus dem insgesamt dem jeweiligen Wasserabscheideelement 30 zugeführ¬ ten Wassermassenstrom und andererseits aus dem über das Wasserableitrohrstück 34 abgeführten Teilmassenstrom. Somit kann durch geeignete Variation des zugeführten Wassermassenstroms und/oder des über das Wasserableitrohrstück 34 abgeführten Wassermassenstroms der in die Überhitzerrohre 10 weitergege¬ bene Massenstrom an unverdampftem Strömungsmedium eingestellt werden. Damit ist es möglich, durch Ansteuerung einer oder beider der genannten Größen den Anteil an an die Überhitzerrohre 10 weitergegebenem unverdampftem Strömungsmedium derart einzustellen, dass sich beispielsweise eine vorgegebene Ent¬ halpie am Ende der Überhitzerheizfläche 12 einstellt.
Um dies zu ermöglichen, ist dem Wasserabscheidesystem 31 eine Regeleinrichtung 60 zugeordnet, die eingangsseitig mit einem zur Ermittlung eines für die Enthalpie am rauchgasseitigen Ende der Überhitzerheizfläche 12 charakteristischen Kennwerts ausgebildeten Messfühler 62 verbunden ist. Ausgangsseitig wirkt die Regeleinrichtung 60 einerseits auf ein in die Ab¬ flussleitung 52 des Wassersammelbehälters 42 geschaltetes Stellventil 64 ein. Damit kann durch gezielte Ansteuerung des
Stellventils 64 der Wasserstrom vorgegeben werden, der aus dem Abscheidesystem 31 entnommen wird. Dieser Massenstrom kann wiederum in den Wasserabscheideelementen 30 dem Strömungsmedium entzogen und an die nachfolgenden Sammelsysteme weitergeleitet werden. Damit ist durch Ansteuerung des Stell¬ ventils 64 eine Beeinflussung des im Wasserabscheideelement 30 jeweils abgezweigten Wasserstroms und somit eine Beein¬ flussung des nach der Abscheidung noch im Strömungsmedium an die Überhitzerheizflächen 10 weitergegebenen Wasseranteils möglich. Alternativ oder zusätzlich kann die Regeleinrichtung 60 noch auf eine Umwälzpumpe einwirken, so dass auch die Zu¬ strömrate des Mediums in das Wasserabscheidesystem 31 ent¬ sprechend eingestellt werden kann.