EP2567151A2 - Method for operating a steam generator - Google Patents

Method for operating a steam generator

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EP2567151A2
EP2567151A2 EP11714517A EP11714517A EP2567151A2 EP 2567151 A2 EP2567151 A2 EP 2567151A2 EP 11714517 A EP11714517 A EP 11714517A EP 11714517 A EP11714517 A EP 11714517A EP 2567151 A2 EP2567151 A2 EP 2567151A2
Authority
EP
European Patent Office
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flow
medium
temperature
evaporator heating
steam generator
Prior art date
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Granted
Application number
EP11714517A
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German (de)
French (fr)
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EP2567151B1 (en
Inventor
Jan BRÜCKNER
Joachim Brodesser
Martin Effert
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP2567151A2 publication Critical patent/EP2567151A2/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2567151B1 publication Critical patent/EP2567151B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B29/00—Steam boilers of forced-flow type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/06—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type
    • F22B35/10—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type of once-through type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D5/00—Controlling water feed or water level; Automatic water feeding or water-level regulators
    • F22D5/26—Automatic feed-control systems
    • F22D5/36—Automatic feed-control systems for feeding a number of steam boilers designed for different ranges of temperature and pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a steam generator
  • a steam generator with a combustion chamber with a plurality of Strömungsmedium side connected in parallel Verdampferlik- surfaces. It further relates to such a steam generator.
  • a steam generator is a closed, heated vessel or pressure tube system designed to provide high pressure, high temperature steam for heating and service purposes
  • water tube boiler In which the flow medium - usually water - is located in steam generator tubes.
  • Water-tube boilers are also used in solid-fuel combustion since the combustion chamber in which the heat is generated by combustion of the respective raw material can be designed as desired by the arrangement of pipe walls.
  • Such a steam generator in the design of a water tube boiler thus comprises a combustion chamber, the surrounding wall is at least partially formed of tube walls, ie gas-tight ver ⁇ welded steam generator tubes.
  • these steam generator tubes On the flow medium side, these steam generator tubes, as evaporator heating surfaces, first form an evaporator, into which the unevaporated medium is introduced and evaporated.
  • the evaporator is usually arranged in the hottest region of the combustion chamber. He is downstream of the flow medium side, where appropriate, a direction Ein ⁇ for separating water and steam and a superheater downstream, in which the steam is further heated beyond its evaporation ⁇ temperature, to be used in a following heat engine such. B. at the relaxation in one
  • Ver ⁇ steam can flow medium side, a preheater (so-called economizers) may be connected upstream of the feed water un- ter utilization of waste or residual heat preheats and so just ⁇ if the efficiency of the entire system increases.
  • a preheater so-called economizers
  • steam generator tubes may be disposed within semi belonging to the gue ⁇ sungsstructure forming steam generator tubes connected in parallel flow-medium side. These may, for example, be combined to form an inner wall or welded. Depending, it may be required by the desired arrival order of evaporator heating or interior walls inside the combustion chamber, the flow medium side to interconnect internal walls behind the other and connect de ⁇ ren steam generator tubes via an intermediate collectors.
  • two inner walls which are arranged symmetrically in the combustion chamber and are formed at least partially from further steam generator tubes, are connected upstream of an intermediate collector on the flow medium side.
  • the intermediate collector the medium flow from the upstream inner wall combines and it serves as an inlet collector for a downstream inner wall.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for operating a steam generator of the type mentioned above and a steam generator, which allow a particularly long service life and a particularly low repair susceptibility of the steam ⁇ generator.
  • This object is achieved according to the invention in that flow medium having a lower temperature is supplied to a first evaporator heating surface than to an inlet of a second evaporator heating surface .
  • the invention is based on the consideration that a particularly long service life and a particularly low Repara ⁇ turan maturity of an evaporator as ⁇ through accessible would in a steam generator that overheating of the steam generator tubes is avoided by excessively high vapor contents or enthalpies.
  • these high vapor contents in particular ⁇ sondere occur in that partly evaporated flow medium is unevenly distributed to the downstream steam generator tubes with intermediate collectors already.
  • This unequal distribution should therefore be prevented by avoiding a two-phase mixture of water and steam in the intermediate collector. This would be achieved if the upstream of the intermediate collector interior walls remain no tubes, so that the medium enters supercooled and without further pre-heating in the interim rule ⁇ collector.
  • this solution brings konstrukti ⁇ ve disadvantages. Therefore, the temperature of the flow medium at the entry should be decorated in the steam generator redu ⁇ rather.
  • a bypass of the preheater of the preheater is achieved in a structurally simple manner and achieved a lower heat input into the bridged part of the flow medium. This can then be supplied to the entry of the first evaporator heating surface with a clotting ⁇ cal temperature.
  • the first part of the flow around the Medi ⁇ should be advantageously blended with a second, branched strömungsmediums- side to the preheater part.
  • a particularly adapted reduction of the temperature of the first evaporator heating surfaces supplied flow medium is achieved.
  • the mass flow of the second partial flow is limited upwards.
  • This limitation can be via a manual control or control valve for adjustment a quantity limitation of the second actuating current.
  • a directional limitation should be provided by a check valve to not unwanted cool the main stream of the preheater exit stream from which the second partial stream is meet ⁇ branches.
  • thermodynamic characteristics to entering the first evaporator heating nachgeschal ⁇ ended measurement point should be regulated.
  • a control valve can be arranged to ⁇ . If the system is operated at supercritical pressures, where at no temperature water and steam can occur simultaneously and therefore no phase separation is possible, there is no danger of demixing described above and the part of the flow medium bypassing the preheater can be reduced to zero , If the steam generator operated with subcritical pressures in the evaporator, such. B. partial load operation of a modern Gleit horrkessels, it must be adhered to avoid segregation of the two media a certain supercooling, which is determined by means of thermodynamic parameters at a measuring point behind the first evaporator heating.
  • thermody ⁇ namic states in the intermediate collector of the inner wall in the previously described steam generators in the pant-leg design where the problem of segregation of steam and water content leads to uneven distribution to the subsequent tubes, should here the measurement point are advantageously arranged in egg ⁇ nem of the first evaporator heating surface downstream intermediate collector.
  • thermodynamic parameters are carried out in an advantageous embodiment such that pressure and temperature are used as thermodynamic parameters, wherein the saturated steam temperature is determined from the measured pressure and the actual value of the subcooling is determined on the basis of the measured temperature.
  • the hypothermia is directly as a decisive factor for the problems discussed ermit ⁇ telbar.
  • a target value for the sub-cooling is specified and the mass flow of the first partial flow regulated on the basis of the deviation of actual and nominal value of hypothermia.
  • this as a target value of supercooling of the mass flow rate of the first substream it ⁇ höht at a lower actual.
  • the mass flow rate of the second substream is advantageously regulated on the basis of the mass flow rate of the flow medium supplied to the first evaporator heating surface.
  • Further regulation of the mass flow rate of the flow medium supplied to the first evaporator heating surface can take place taking into account a water-steam separation device arranged downstream of the evaporator heating surfaces.
  • the current of the first steamer Schuflache supplied medium regulated on the basis of the exit ⁇ enthalpy of the evaporator.
  • the Austrittsenthalpie is determined by the temperature of the flow medium at the last, the first evaporator heating the flow medium side nachgeschal ⁇ ended evaporator heating surface and the pressure in the water-steam separator. It is favorable here a re ⁇ gelung the Austrittsenthalpie to the average Fluidenthalpie in the separator.
  • the set point of the evaporator outlet enthalpy should be stored depending on the load in the main control loop . In any case, the outlet temperature of the fluid should be se limited so that the maximum permissible material Tempe ⁇ temperature is not exceeded.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that the problem of water-steam segregation in the intermediate collector is reliably avoided by the use of two media with different degrees of supercooling for feeding the various evaporator parts (enclosing walls and inner walls).
  • the evaporator does not have to be increased, or only slightly increased, in order to ensure a sufficiently high outlet enthalpy at the evaporator.
  • a design of the steam generator as a once-through boiler has several advantages: forced-circulation steam generators can be used for both subcritical and supercritical pressure without changing the process technology. Only the wall thickness of the pipes and collectors must be dimensioned according to the intended pressure. Thus, the continuous flow principle meets the globally recognizable trend towards increasing efficiencies by increasing the steam conditions.
  • Forced circulation steam generator with fluidized bed combustion ⁇ tion with partially bridged preheating 2 shows the continuous steam generator of FIG 1 with control of the flow to the inner walls
  • FIG. 3 shows the continuous steam generator from FIG. 1 with regulation of the exit enthalpy of the inner walls
  • the steam generator 1 in a schematic representation according to FIG 1 is designed as a forced continuous steam generator. He environmentally combines multiple, formed from steam generator tubes and un ⁇ th up-flow tube walls, namely a Umfas ⁇ sungswand 2 as well as symmetrically arranged inclined out rich preparing inner walls 4, which flow-medium side, a further inner wall downstream of 8 via an intermediate collector. 6
  • the continuous steam generator 1 is thus designed in the so-called "pant-leg" design.
  • a solid fuel is burned in the manner of fluidized bed combustion and thus reaches a heat input into the tube walls, which causes heating and evaporation of the flow medium.
  • Example ⁇ a shorter service life or a higher susceptibility to failure is the intermediate collector 6 pre-turn ⁇ th inner walls 4 flow medium is supplied at a lower temperature than the surrounding wall 2.
  • modifications of the preheater are initially 16 vorgese ⁇ which ensure different heat inputs into the different medium flows.
  • the preheater 16 according to FIG. 1 is preceded by a branch point 18 on the flow medium side.
  • a portion of the Strö ⁇ mung medium is thus guided around the preheater 16 in a Kochbrü ⁇ ckungs Koch 20th
  • the line A ⁇ doubt 10 of the surrounding wall 2 of the is guided to the line A ⁇ doubt 10 of the surrounding wall 2 of the.
  • a part of the preheated flow medium is thus supplied to the enclosure wall 2.
  • Another part of the preheated flow medium is guided in a line 24, which meets in a mixing point 26 with the bypass line 20.
  • a medium of lower temperature is achieved by the mixing of the medium streams, which is then fed to the inlets 12 of the inner walls 4.
  • a check valve 30 is arranged, which is an unwanted cooling by reflux in the branch position 22 prevented. Furthermore, a manual flow control valve ⁇ 32 is provided which limits the diverted mass flow preheated medium upwards.
  • the pressure p and the temperature T in the intermediate collector 6 serve as input variables for the automatic control in the flow control valve 28. From the pressure determined, the saturated steam temperature is initially determined whose difference to the determined temperature T results in the actual undercooling. In order to prevent segregation of water and steam in the intermediate collector 6, a desired subcooling in the intermediate collector 6 is predetermined. If the actual subcooling exceeds the desired subcooling, the automatic flow control valve 28 is closed further, so that the temperature at the inlets 12 increases. In the opposite case, the flow control valve 28 is opened further. If pressure and temperature above the kri ⁇ tables point of the flow medium are being completely closed by ⁇ flow control valve 28, as can occur simultaneously at überkri ⁇ tables Press at any temperature water and steam and thus no de-mixing in the intermediate collector 6 longer occur can.
  • FIG 2. An alternative embodiment of the invention is shown in FIG 2.
  • the steam generator 1 is identical to FIG 1 except for the flow control valve 32.
  • the flow control valve 32 is here as the control valve 28 automated. This makes it possible to regulate the amount of the inner walls 4 supplied medium.
  • the total flow F to the inlets 12, which is determined at a measuring point 34, serves as the input variable for the control. In this case, the total flow F is guided by means of a setpoint determined by design calculations.
  • FIG. 1 A further embodiment of the invention is shown in FIG.
  • the steam generator 1 to FIG 2 is identical, it However, further components are shown, namely the off ⁇ takes 36 of the inside wall 8 and the outlets 38 of the Umfas ⁇ sungswand 2.
  • the medium flows from the outlets 36, 38 ⁇ the merged and fed into a water-steam separator 40th
  • the main control loop is shown, which controls the total amount of supplied flow medium in the steam ⁇ generator 1 by means of a flow control valve 42.
  • pressure p and temperature T on the steam-soaked discharge of the water-steam separator 40 serve as input variables for the regulation of the total medium flow.
  • the inner walls 4 is controlled via the inlets 12 to ⁇ guided medium flow quantity in accordance with the off ⁇ stensenthalpie the inner wall. 8
  • This is ermit- telt based on the temperature T at the outlet 36 of the inside wall 8 and the pressure p in the water-steam separator 40.
  • the mitt ⁇ sized Fluidenthalpie provided as a target value for the Ausbergsenthalpie the inside wall 8 in the water-vapor separator 40
  • the outlet temperature at the outlet 40 is limited beyond the maximum permissible material temperature.
  • FIG. 4 finally shows a state diagram for water / steam, in which the states of the flow medium are shown in different regions of the steam generator.
  • the diagram plots the specific enthalpy h in kJ / kg against the pressure p in bar.
  • first lines of equal temperature T that is shown isotherms 44, whose respective Tempe ⁇ raturagonist on the right axis of the graph in degrees Centigrade are listed.
  • the bump-shaped structure 46 on the left graphite side provides information about the vapor content of the water / steam mixture. Outside the structure 46, the medium is single-phase, ie, there is only medium in a Aggregaktu ⁇ stand before.
  • the steam process within the steam generator 1 runs on different load characteristic curves 56, 58, 60 which are not isobars, since the pressure losses of the heating surfaces are represented.
  • the load determines the pressure within the Bacsys ⁇ tems substantially.
  • Load curve 56 represents the steam process at 100% load, load curve 58 at 70% load and load curve 60 at 40% load.
  • points A, B, C, D represent it in each case the state of the flow medium at various punk ⁇ th of the steam generator 1, and initially still without the invention separate regulation of the temperature at the inlets 12 of the inner walls 4: point A the State at the inlet of the preheater 16, point B the state at the inlet 12 of the inner walls 4, point C the state in the intermediate collector 6 and point D the state at the outlet of the evaporator.
  • the steam generator is fully ⁇ constantly operated in the supercritical range at 100% load.
  • no point A, B, C, D on the load curve 56 is a distinction of water and steam possible, so that no segregation can occur.
  • the subcritical range is already reached, but only a small part of the load characteristic 58 is within the structure 46.
  • the points A, B, C of the load characteristic 58 are still below the structure 46, here is single-phase water. Again, it can not come to segregation in the intermediate collector 6.
  • 40% load however, a significant portion of the load ⁇ characteristic curve 60 within the structure 46.
  • the points A and B are below the structure 46 on the load line 60, so that there is still present a single-phase water.
  • the point C of the load characteristic 60 is within the structure 46 at a vapor content of 10%. This can thus lead to the described segregation in the intermediate collector 6.
  • point E shows the state of the flow medium at the entrance 12 of the inner walls 4 at a reduced temperature.
  • point F is now outside the structure 46, so that here single-phase water is present and segregations are reliably prevented.

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Abstract

The invention relates to a method for operating a steam generator (1) comprising a combustion chamber having a plurality of evaporator heating surfaces (2, 4, 8) which are connected in parallel on the flow medium side. The aim of the invention is to provide a steam generator which has a particularly long service life and which is particularly reliable. For this purpose, a flow medium is introduced into an inlet (12) of a first evaporator heating surface (4) at a temperature which is lower than the temperature of the flow medium introduced into the inlet (10) of a second evaporator heating surface (2).

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einesMethod for operating a steam generator The invention relates to a method for operating a steam generator
Dampferzeugers mit einer Brennkammer mit einer Mehrzahl von strömungsmediumsseitig parallel geschalteten Verdampferheiz- flächen. Sie betrifft weiter einen derartigen Dampferzeuger. Ein Dampferzeuger ist ein geschlossenes, beheiztes Gefäß oder ein Druckrohrsystem, das dem Zweck dient, Dampf von hohem Druck und hoher Temperatur für Heiz- und Betriebszwecke Steam generator with a combustion chamber with a plurality of Strömungsmedium side connected in parallel Verdampferheiz- surfaces. It further relates to such a steam generator. A steam generator is a closed, heated vessel or pressure tube system designed to provide high pressure, high temperature steam for heating and service purposes
(z. B. zum Betrieb einer Dampfturbine) zu erzeugen. Bei be¬ sonders hohen Dampfleistungen und -drücken wie beispielsweise bei der Energieerzeugung in Kraftwerken werden dabei Wasserrohrkessel eingesetzt, bei denen sich das Strömungsmedium - üblicherweise Wasser - in Dampferzeugerrohren befindet. Auch bei der FeststoffVerbrennung kommen Wasserrohrkessel zum Einsatz, da die Brennkammer, in der die Wärmeerzeugung durch Verbrennung des jeweiligen Rohstoffes erfolgt, beliebig durch die Anordnung von Rohrwänden gestaltet werden kann. (eg to operate a steam turbine). At particularly ¬ high steam outputs and pressures such as in power generation in power plants water tube boiler are used, in which the flow medium - usually water - is located in steam generator tubes. Water-tube boilers are also used in solid-fuel combustion since the combustion chamber in which the heat is generated by combustion of the respective raw material can be designed as desired by the arrangement of pipe walls.
Ein derartiger Dampferzeuger in der Bauart eines Wasserrohrkessels umfasst somit eine Brennkammer, deren Umfassungswand zumindest teilweise aus Rohrwänden, d. h. gasdicht ver¬ schweißten Dampferzeugerrohren gebildet ist. Strömungsmediumsseitig bilden diese Dampferzeugerrohre als Verdampferheiz- flächen zunächst einen Verdampfer, in den unverdampftes Medium eingeleitet und verdampft wird. Der Verdampfer ist dabei üblicherweise im heißesten Bereich der Brennkammer angeordnet. Ihm ist strömungsmediumsseitig gegebenenfalls eine Ein¬ richtung zum Abscheiden von Wasser und Dampf und ein Überhitzer nachgeschaltet, in dem der Dampf über seine Verdampfungs¬ temperatur hinaus weiter erhitzt wird, um in einer folgenden Wärmekraftmaschine wie z. B. bei der Enspannung in einerSuch a steam generator in the design of a water tube boiler thus comprises a combustion chamber, the surrounding wall is at least partially formed of tube walls, ie gas-tight ver ¬ welded steam generator tubes. On the flow medium side, these steam generator tubes, as evaporator heating surfaces, first form an evaporator, into which the unevaporated medium is introduced and evaporated. The evaporator is usually arranged in the hottest region of the combustion chamber. He is downstream of the flow medium side, where appropriate, a direction Ein¬ for separating water and steam and a superheater downstream, in which the steam is further heated beyond its evaporation ¬ temperature, to be used in a following heat engine such. B. at the relaxation in one
Dampfturbine einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Dem Ver¬ dampfer kann strömungsmediumsseitig ein Vorwärmer (so genannter Economiser) vorgeschaltet sein, der das Speisewasser un- ter Ausnutzung von Ab- oder Restwärme vorwärmt und so eben¬ falls den Wirkungsgrad der Gesamtanlage erhöht. Steam turbine to achieve high efficiency. The Ver ¬ steam can flow medium side, a preheater (so-called economizers) may be connected upstream of the feed water un- ter utilization of waste or residual heat preheats and so just ¬ if the efficiency of the entire system increases.
Je nach Bauart und Geometrie des Dampferzeugers können inner- halb der Brennkammer weitere Dampferzeugerrohre angeordnet sein, die strömungsmediumsseitig parallel zu den die Umfas¬ sungswände bildenden Dampferzeugerrohren geschaltet sind. Diese können beispielsweise zu einer Innenwand zusammenge- fasst oder verschweißt sein. Abhängig von der gewünschten An- Ordnung von Verdampferheizflächen bzw. Innenwänden innerhalb der Brennkammer kann es dabei erforderlich sein, Innenwände strömungsmediumsseitig hintereinander zu verschalten und de¬ ren Dampferzeugerrohre über einen Zwischensammler zu verbinden . Depending on the type and geometry of the steam generator of the combustion chamber further steam generator tubes may be disposed within semi belonging to the gue ¬ sungswände forming steam generator tubes connected in parallel flow-medium side. These may, for example, be combined to form an inner wall or welded. Depending, it may be required by the desired arrival order of evaporator heating or interior walls inside the combustion chamber, the flow medium side to interconnect internal walls behind the other and connect de ¬ ren steam generator tubes via an intermediate collectors.
Dies ist beispielsweise der Fall beim so genannten „pant- leg"-Design für Dampferzeuger mit Wirbelschichtfeuerung. This is the case, for example, with the so-called "pantleg" design for steam generators with fluidized bed firing.
Hierbei sind zwei in der Brennkammer symmetrisch angeordnete, zumindest teilweise aus weiteren Dampferzeugerrohren gebilde- te Innenwände einem Zwischensammler strömungsmediumsseitig vorgeschaltet. In dem Zwischensammler vereint sich der Mediumsstrom aus der vorgeschalteten Innenwand und er dient als Eintrittssammler für eine nachgeschaltete Innenwand. Beim pant-leg Design wird eine bessere Vermischung des Brennstoff- gemisches und damit geringere mögliche feuerungsseitige Ver¬ teilungsprobleme erzielt. In this case, two inner walls, which are arranged symmetrically in the combustion chamber and are formed at least partially from further steam generator tubes, are connected upstream of an intermediate collector on the flow medium side. In the intermediate collector, the medium flow from the upstream inner wall combines and it serves as an inlet collector for a downstream inner wall. When pant-leg design better mixing of the fuel mixture used is possible and thus lower feuerungsseitige Ver ¬ distribution problems achieved.
In bestimmten Betriebszuständen kann es jedoch im Zwischensammler bereits zu einem Dampfgehalt größer Null kommen. Mit einem derartigen Dampfgehalt ist eine gleichmäßige Verteilung des Mediums auf die nachgeschaltete Innenwand mit einem ein¬ fachen Sammler nicht möglich, so dass Wasser-Dampf-Entmischungen auftreten können. Einzelne Rohre der nachgeschalte¬ ten Innenwand können somit an ihrem Eintritt schon derart ho- he Dampfgehalte oder Enthalpien aufweisen, dass ein Überhit¬ zen dieser Rohre sehr wahrscheinlich wird. Eine solche Überhitzung kann bei längerem Betrieb zu Rohrschäden führen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers der oben genannten Art sowie einen Dampferzeuger anzugeben, die eine besonders hohe Lebensdauer und eine besonders geringe Reparaturanfälligkeit des Dampf¬ erzeugers ermöglichen. In certain operating conditions, however, it may already come in the intermediate collector to a vapor content greater than zero. With such a vapor content of a uniform distribution of the medium on the downstream inner wall having a ¬ a multiple collector is not possible, so that water and steam can segregations occur. Individual tubes of nachgeschalte ¬ th inner wall may thus have at their entrance have such HO- he vapor contents or enthalpies that an overheating ¬ zen of these pipes is very likely. Such overheating can lead to pipe damage during prolonged operation. The object of the invention is therefore to provide a method for operating a steam generator of the type mentioned above and a steam generator, which allow a particularly long service life and a particularly low repair susceptibility of the steam ¬ generator.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem einem Ein¬ tritt einer ersten Verdampferheizfläche Strömungsmedium mit einer geringeren Temperatur zugeführt wird als einem Eintritt einer zweiten Verdampferheizfläche . This object is achieved according to the invention in that flow medium having a lower temperature is supplied to a first evaporator heating surface than to an inlet of a second evaporator heating surface .
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine besonders hohe Lebensdauer und eine besonders geringe Repara¬ turanfälligkeit eines Verdampfers in einem Dampferzeuger da¬ durch erreichbar wären, dass eine Überhitzung der Dampferzeugerrohre durch übermäßig hohe Dampfgehalte oder Enthalpien vermieden wird. Dabei treten diese hohen Dampfgehalte insbe¬ sondere dadurch auf, dass bei zwischengeschalteten Sammlern bereits teilverdampftes Strömungsmedium ungleichmäßig auf die nachgeschalteten Dampferzeugerrohre verteilt wird. Diese Un¬ gleichverteilung sollte daher durch eine Vermeidung von Zweiphasengemisch aus Wasser und Dampf im Zwischensammler verhindert werden. Dies wäre erreichbar, indem die dem Zwischensammler vorgeschalteten Innenwände unberohrt bleiben, so dass das Medium unterkühlt und ohne weitere Vorwärmung in den Zwi¬ schensammler eintritt. Diese Lösung bringt jedoch konstrukti¬ ve Nachteile mit sich. Daher sollte vielmehr die Temperatur des Strömungsmediums am Eintritt in den Dampferzeuger redu¬ ziert werden. The invention is based on the consideration that a particularly long service life and a particularly low Repara ¬ turan maturity of an evaporator as ¬ through accessible would in a steam generator that overheating of the steam generator tubes is avoided by excessively high vapor contents or enthalpies. In this case, these high vapor contents in particular ¬ sondere occur in that partly evaporated flow medium is unevenly distributed to the downstream steam generator tubes with intermediate collectors already. This unequal distribution should therefore be prevented by avoiding a two-phase mixture of water and steam in the intermediate collector. This would be achieved if the upstream of the intermediate collector interior walls remain no tubes, so that the medium enters supercooled and without further pre-heating in the interim rule ¬ collector. However, this solution brings konstrukti ¬ ve disadvantages. Therefore, the temperature of the flow medium at the entry should be decorated in the steam generator redu ¬ rather.
Allerdings führt eine Reduktion der Eintrittstemperatur des Strömungsmediums zu einem geringeren Wirkungsgrad des Dampf¬ prozesses. Dies ist nicht erwünscht, zudem ist eine derartige Reduktion in weniger beheizten Dampferzeugerrohren oder in Rohrwänden ohne Zwischensammler - insbesondere in den Umfassungswänden des Dampferzeugers - nicht notwendig. Daher soll¬ te in diesen Dampferzeugerrohren zur Verbesserung des Wirkungsgrades keine Reduktion der Eintrittstemperatur erfolgen. Dies ist erreichbar, indem Verdampferheizflachen mit nachgeschaltetem Zwischensammler - z. B. den Innenwänden beim pant- leg Design - Strömungsmedium mit einer geringeren Temperatur zugeführt wird als anderen Verdampferheizflachen . However, a reduction of the inlet temperature of the flow medium leads to a lower efficiency of the steam ¬ process. This is not desirable, moreover, such reduction in less heated steam generator tubes or pipe walls without intermediate collector - especially in the Umfassungswänden the steam generator - not necessary. Therefore ¬ te is to be no reduction in the inlet temperature in these steam generator tubes to improve the efficiency. This can be achieved by evaporator heating surfaces with downstream intermediate collector -. B. the inner walls of pantleg design fluid is supplied at a lower temperature than other Verdampferheizflachen.
Zur Verbesserung des Wirkungsgrades bzw. zur Optimierung der Heizflächenanordnung ist den Eintritten der Umfassungswände und der Innenwände eines Dampferzeugers vorteilhafterweise ein Vorwärmer vorgeschaltet. Dieser verwendet Abwärme zur Vorwärmung des Strömungsmediums. Durch die durch die Abwär¬ menutzung erzeugte niedrigere Abgastemperatur wird so ein hö¬ herer Gesamtwirkungsgrad des Dampferzeugers erzielt. Eine be¬ sonders einfache Konstruktion eines Dampferzeugers ist daher möglich, indem die unterschiedliche Temperatur an Innenwand und Umfassungswand des Dampferzeugers durch bauliche Maßnah¬ men an der Vorwärmeinrichtung erreicht wird, d. h. durch eine Bereitstellung von Medien mit unterschiedlichem Vorwärmgrad. Dazu wird vorteilhafterweise ein erster Teil des Strömungsme¬ diums am Vorwärmer vorbeigeleitet. Dies kann mittels einer Überbrückungsleitung geschehen. Somit wird in baulich einfacher Weise eine Umgehung des Vorwärmers der Vorwärmeinrichtung erreicht und ein geringerer Wärmeeintrag in den überbrückten Teil des Strömungsmediums erzielt. Dieser kann dann dem Eintritt der ersten Verdampferheizfläche mit einer gerin¬ geren Temperatur zugeführt werden. To improve the efficiency or to optimize the Heizflächenanordnung the ingresses of Umfassungswände and the inner walls of a steam generator is advantageously preceded by a preheater. This uses waste heat to preheat the flow medium. By the heat generated by the heat utilization Abwär ¬ lower exhaust gas temperature, a hö ¬ herer overall efficiency of the steam generator is so obtained. A ¬ be Sonders simple construction of a steam generator is therefore possible by the different temperature at the inner wall and the surrounding wall of the steam generator by means of structural measures ¬ men is achieved in the preheater, ie by a provision of media with different Vorwärmgrad. To a first portion of Strömungsme ¬ diums bypasses the heater advantageously. This can be done by means of a bridging line. Thus, a bypass of the preheater of the preheater is achieved in a structurally simple manner and achieved a lower heat input into the bridged part of the flow medium. This can then be supplied to the entry of the first evaporator heating surface with a clotting ¬ cal temperature.
Um dabei eine nicht übermäßig reduzierte Temperatur in den mit kühlerem Strömungsmedium beaufschlagten Verdampferheiz- flächen zu erzielen, sollte der erste Teil des Strömungsmedi¬ ums vorteilhafterweise mit einem zweiten, strömungsmediums- seitig nach dem Vorwärmer abgezweigten Teil vermischt werden. Somit wird eine besonders angepasste Reduktion der Temperatur des den ersten Verdampferheizflächen zugeführten Strömungsmediums erreicht. In order to obtain a not excessively reduced temperature in the cooler acted upon by flow medium Verdampferheiz- surfaces, the first part of the flow around the Medi ¬ should be advantageously blended with a second, branched strömungsmediums- side to the preheater part. Thus, a particularly adapted reduction of the temperature of the first evaporator heating surfaces supplied flow medium is achieved.
Vorteilhafterweise wird dabei der Massendurchfluß des zweiten Teilstroms nach oben begrenzt. Diese Begrenzung kann dabei über ein manuelles Regel- oder Stellventil zur Einstellung einer Mengenbegrenzung des zweiten Stellstroms erfolgen. Weiterhin sollte eine richtungsgebundene Begrenzung durch eine Rückschlagarmatur vorgesehen werden, um den Hauptstrom des Vorwärmeraustrittsstroms, von dem der zweite Teilstrom abge¬ zweigt wird, nicht ungewollt zu kühlen. Advantageously, the mass flow of the second partial flow is limited upwards. This limitation can be via a manual control or control valve for adjustment a quantity limitation of the second actuating current. Furthermore, a directional limitation should be provided by a check valve to not unwanted cool the main stream of the preheater exit stream from which the second partial stream is abge ¬ branches.
Um eine besonders einfache Anpassung der Temperatur des der ersten Verdampferheizflache zugeführten Strömungsmediums zu erreichen, sollte der Massendurchfluß des ersten Teilstroms vorteilhafterweise anhand thermodynamischer Kenngrößen an einem dem Eintritt der ersten Verdampferheizflache nachgeschal¬ teten Messpunkt geregelt werden. Dazu kann in der Überbrü¬ ckungsleitung des Vorwärmers ein Regelventil angeordnet wer¬ den. Wird die Anlage bei überkritischen Drücken betrieben, wo bei keiner Temperatur Wasser und Dampf gleichzeitig vorkommen können und damit auch keine Phasentrennung möglich ist, so besteht die Gefahr der oben beschriebenen Entmischung nicht und der am Vorwärmer vorbeigeleitete Teil des Strömungsmedi¬ ums kann auf Null reduziert werden. Wird der Dampferzeuger mit unterkritischen Drücken im Verdampfer betrieben, so z. B. bei Teillastfahrweise eines modernen Gleitdruckkessels, so muss zur Vermeidung einer Entmischung der beiden Medien eine bestimmte Unterkühlung eingehalten werden, die mittels thermodynamischer Kenngrößen an einem Messpunkt hinter der ersten Verdampferheizfläche ermittelt wird. To ensure a particularly simple adaptation of the temperature of the supplied to the first evaporator heating medium flow to reach the mass flow rate of the first substream is advantageously based on a thermodynamic characteristics to entering the first evaporator heating nachgeschal ¬ ended measurement point should be regulated. Refer to the Überbrü ¬ ckungsleitung the preheater a control valve can be arranged to ¬. If the system is operated at supercritical pressures, where at no temperature water and steam can occur simultaneously and therefore no phase separation is possible, there is no danger of demixing described above and the part of the flow medium bypassing the preheater can be reduced to zero , If the steam generator operated with subcritical pressures in the evaporator, such. B. partial load operation of a modern Gleitdruckkessels, it must be adhered to avoid segregation of the two media a certain supercooling, which is determined by means of thermodynamic parameters at a measuring point behind the first evaporator heating.
Um dabei bei den zuvor erläuterten Dampferzeugern im pant-leg Design eine besonders gezielte Berücksichtigung der thermody¬ namischen Zustände im Zwischensammler der Innenwand zu erreichen, wo das Problem der Entmischung von Dampf und Wasseranteil zu ungleichmäßiger Verteilung auf die nachfolgenden Rohre führt, sollte hier der Messpunkt vorteilhafterweise in ei¬ nem der ersten Verdampferheizfläche nachgeschalteten Zwischensammler angeordnet werden. In order to achieve a particularly targeted consideration of the thermody ¬ namic states in the intermediate collector of the inner wall in the previously described steam generators in the pant-leg design, where the problem of segregation of steam and water content leads to uneven distribution to the subsequent tubes, should here the measurement point are advantageously arranged in egg ¬ nem of the first evaporator heating surface downstream intermediate collector.
Die Berücksichtigung der thermodynamischen Kenngrößen erfolgt in vorteilhafter Ausgestaltung derart, dass Druck und Temperatur als thermodynamische Kenngrößen verwendet werden, wobei aus dem gemessenen Druck die Sattdampftemperatur ermittelt wird und anhand der gemessenen Temperatur der Istwert der Unterkühlung ermittelt wird. Somit ist direkt die Unterkühlung als entscheidende Größe für die erläuterten Probleme ermit¬ telbar . The consideration of the thermodynamic parameters is carried out in an advantageous embodiment such that pressure and temperature are used as thermodynamic parameters, wherein the saturated steam temperature is determined from the measured pressure and the actual value of the subcooling is determined on the basis of the measured temperature. Thus, the hypothermia is directly as a decisive factor for the problems discussed ermit ¬ telbar.
Zur besonders einfachen Regelung wird dabei vorteilhafterwei¬ se ein Sollwert für die Unterkühlung vorgegeben und der Massendurchfluß des ersten Teilstroms anhand der Abweichung von Ist- und Sollwert der Unterkühlung geregelt. Vorteilhafterweise wird dabei bei einem niedrigeren Ist- als Sollwert der Unterkühlung der Massendurchfluß des ersten Teilstroms er¬ höht. Somit wird bei zu geringer Unterkühlung das Regelventil im vor dem Vorwärmer entnommenen Teilstrom weiter geöffnet, so dass die Temperatur des den Eintritten zugeführten Strömungsmediums reduziert und damit die Unterkühlung erhöht wird. Bei zu großer Unterkühlung wird das Regelventil hinge¬ gen geschlossen. For an easy control while vorteilhafterwei ¬ se a target value for the sub-cooling is specified and the mass flow of the first partial flow regulated on the basis of the deviation of actual and nominal value of hypothermia. Advantageously, this as a target value of supercooling of the mass flow rate of the first substream it ¬ höht at a lower actual. Thus, if the subcooling is too low, the control valve in the partial flow withdrawn upstream of the preheater is opened further, so that the temperature of the flow medium supplied to the inlets is reduced and thus the subcooling is increased. Too large supercooling the control valve is executed ¬ closed gen.
Mit sinkender oder ansteigender Last des Dampferzeugers wird über den Haupt-Speisewasserregelkreis dem Verdampfer mehr oder weniger Strömungsmedium zugeführt. Die Anteile des Strö- mungsmediums-Massenstroms , die den verschiedenen parallelen Verdampferheizflächen zugeführt werden, bleiben über die Last nahezu konstant. Somit kann über Auslegunsrechnungen ein Sollwert für den Massenstrom für die erste Verdampferheizflache errechnet werden. Um dabei eine besonders genaue Massen- stromregelung für die mit kälterem Strömungsmedium zu beaufschlagenden Verdampferheizflächen zu erreichen, wird der Massendurchfluß des zweiten Teilstroms vorteilhafterweise anhand des Massendurchflusses des der ersten Verdampferheizfläche zugeführten Strömungsmediums geregelt. With decreasing or increasing load of the steam generator is fed to the evaporator more or less flow medium through the main feedwater control loop. The proportions of the flow medium mass flow which are supplied to the various parallel evaporator heating surfaces remain almost constant over the load. Thus, a nominal value for the mass flow for the first evaporator heating surface can be calculated via design calculations. In order to achieve a particularly accurate mass flow control for the evaporator heating surfaces to be acted upon with colder flow medium, the mass flow rate of the second substream is advantageously regulated on the basis of the mass flow rate of the flow medium supplied to the first evaporator heating surface.
Eine weitere Regelung des Massendurchflusses des der ersten Verdampferheizfläche zugeführten Strömungsmediums kann unter Berücksichtigung einer den Verdampferheizflächen nachgeschalteten Wasser-Dampf-Abscheideeinrichtung erfolgen. In vorteilhafter Ausgestaltung wird dabei der Strom des der ersten Ver- dampferheizflache zugeführten Mediums anhand der Austritts¬ enthalpie des Verdampfers geregelt. Further regulation of the mass flow rate of the flow medium supplied to the first evaporator heating surface can take place taking into account a water-steam separation device arranged downstream of the evaporator heating surfaces. In an advantageous embodiment, the current of the first steamer Heizflache supplied medium regulated on the basis of the exit ¬ enthalpy of the evaporator.
Vorteilhafterweise wird dabei die Austrittsenthalpie anhand der Temperatur des Strömungsmediums an der letzten, der ersten Verdampferheizflache strömungsmediumsseitig nachgeschal¬ teten Verdampferheizflache und dem Druck in der Wasser-Dampf- Abscheideeinrichtung ermittelt. Günstig ist hierbei eine Re¬ gelung der Austrittsenthalpie auf die mittlere Fluidenthalpie im Abscheider. Der Sollwert der Verdampferaustrittsenthalpie sollte dabei lastabhängig im Hauptregelkreis hinterlegt wer¬ den. In jedem Fall sollte die Austrittstemperatur des Fluids se begrenzt werden, dass die maximal zulässige Materialtempe¬ ratur nicht überschritten wird. Advantageously, the Austrittsenthalpie is determined by the temperature of the flow medium at the last, the first evaporator heating the flow medium side nachgeschal ¬ ended evaporator heating surface and the pressure in the water-steam separator. It is favorable here a re ¬ gelung the Austrittsenthalpie to the average Fluidenthalpie in the separator. The set point of the evaporator outlet enthalpy should be stored depending on the load in the main control loop . In any case, the outlet temperature of the fluid should be se limited so that the maximum permissible material Tempe ¬ temperature is not exceeded.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Verwendung zweier Medien mit unterschiedlich starker Unterkühlung zur Speisung der verschiedenen Verdampferteile (Umfassungswände und Innenwände) das Problem der Wasser-Dampf-Entmischungen im Zwischensammler sicher vermieden wird. Im Gegensatz zu einer Lösung mit verminderter Eintrittsenthalpie für alle Verdampferteile muss der Verdampfer nicht oder nur geringfügig vergrößert werden, um eine ausreichend hohe Austrittsenthalpie am Verdampfer zu ge- währleisten. The advantages achieved by the invention are in particular that the problem of water-steam segregation in the intermediate collector is reliably avoided by the use of two media with different degrees of supercooling for feeding the various evaporator parts (enclosing walls and inner walls). In contrast to a solution with reduced enthalpy of entry for all evaporator parts, the evaporator does not have to be increased, or only slightly increased, in order to ensure a sufficiently high outlet enthalpy at the evaporator.
Eine Ausführung des Dampferzeugers als Zwangdurchlaufkessel bringt mehrere Vorteile: Zwangdurchlaufdampferzeuger können sowohl für unterkritischen als auch für überkritischen Druck ohne Änderung der Verfahrenstechnik eingesetzt werden. Lediglich die Wanddicken der Rohre und Sammler müssen dem vorgesehenen Druck entsprechend dimensioniert werden. Damit kommt das Durchlaufprinzip dem weltweit erkennbaren Trend zur Steigerung der Wirkungsgrade durch Erhöhung der Dampfzustände entgegen. A design of the steam generator as a once-through boiler has several advantages: forced-circulation steam generators can be used for both subcritical and supercritical pressure without changing the process technology. Only the wall thickness of the pipes and collectors must be dimensioned according to the intended pressure. Thus, the continuous flow principle meets the globally recognizable trend towards increasing efficiencies by increasing the steam conditions.
Weiterhin ist ein Betrieb der Gesamtanlage im Gleitdruck möglich. Bei Gleitdruckbetrieb bleiben die Temperaturen im Hoch- druckteil der Turbine im gesamten Lastbereich konstant. Wegen der großen Abmessungen im Hinblick auf Durchmesser und Wandstärken der Komponente wird die Turbine wesentlich stärker belastet als die Kesselbauteile. Dadurch ergeben sich bei Gleitdruckbetrieb Vorteile im Hinblick auf Laständerungsge¬ schwindigkeiten, Anzahl der Lastwechsel und der Starts. Furthermore, an operation of the entire system in sliding pressure is possible. In sliding pressure mode, the temperatures remain in the high Pressure component of the turbine in the entire load range constant. Due to the large dimensions in terms of diameter and wall thickness of the component, the turbine is much more heavily loaded than the boiler components. This results in Gleitdruckbetrieb advantages in terms of Laständerungsge ¬ speeds, number of load changes and starts.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
FIG 1 schematisch den unteren Teil der Brennkammer eines 1 shows schematically the lower part of the combustion chamber of a
Zwangdurchlaufdampferzeugers mit Wirbelschichtfeue¬ rung mit teilweise überbrückter Vorwärmeinrichtung, FIG 2 den Durchlaufdampferzeuger aus FIG 1 mit Regelung des Durchflusses zu den Innenwänden, Forced circulation steam generator with fluidized bed combustion ¬ tion with partially bridged preheating, 2 shows the continuous steam generator of FIG 1 with control of the flow to the inner walls,
FIG 3 den Durchlaufdampferzeuger aus FIG 1 mit Regelung der Austrittsenthalpie der Innenwände, und 3 shows the continuous steam generator from FIG. 1 with regulation of the exit enthalpy of the inner walls, and FIG
FIG 4 einen Graphen, der spezifische Enthalpie und Druck des Strömungsmediums in verschiedenen Bereichen des Durchlaufdampferzeugers bei verschiedenen Lastfäl¬ len zeigt. 4 shows a graph of the specific enthalpy and pressure of the flow medium in different areas of the through steam generator at various Lastfäl ¬ len.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszei¬ chen versehen. Identical parts are provided in all figures with the same Bezugszei ¬ chen.
Der Dampferzeuger 1 in schematischer Darstellung gemäß der FIG 1 ist als Zwangdurchlaufdampferzeuger ausgeführt. Er um- fasst mehrere, aus Dampferzeugerrohren gebildete und von un¬ ten nach oben durchströmte Rohrwände, nämliche eine Umfas¬ sungswand 2 sowie symmetrisch angeordnete, geneigt ausgerich tete Innenwände 4, denen über einen Zwischensammler 6 strö- mungsmediumsseitig eine weitere Innenwand 8 nachgeschaltet ist. Der Durchlaufdampferzeuger 1 ist somit im so genannten „pant-leg"-Design ausgeführt. Durch jeweils der Umfassungswand 2 bzw. den Innenwänden 4 zugeordnete Eintritte 10, 12 tritt Strömungsmedium in die Rohr¬ wände ein. Im Innenraum 14 wird in der Art einer Wirbelschichtfeuerung ein fester Brennstoff verbrannt und somit ein Wärmeeintrag in die Rohrwände erreicht, der eine Erwärmung und Verdampfung des Strömungsmediums bewirkt. Tritt das Medi¬ um nunmehr in alle Rohrwände mit der gleichen Enthalpie ein, kann bereits im Zwischensammler 6 ein so hoher Dampfgehalt entstehen, dass eine ungleichmäßige Verteilung auf die Rohre der Innenwand 8 erfolgt und hier die Rohre mit hohem Dampfge¬ halt überhitzen. The steam generator 1 in a schematic representation according to FIG 1 is designed as a forced continuous steam generator. He environmentally combines multiple, formed from steam generator tubes and un ¬ th up-flow tube walls, namely a Umfas ¬ sungswand 2 as well as symmetrically arranged inclined out rich preparing inner walls 4, which flow-medium side, a further inner wall downstream of 8 via an intermediate collector. 6 The continuous steam generator 1 is thus designed in the so-called "pant-leg" design. Through each of the enclosure wall 2 and the inner walls 4 associated entries 10, 12 enters flow medium in the pipe ¬ walls. In the interior 14, a solid fuel is burned in the manner of fluidized bed combustion and thus reaches a heat input into the tube walls, which causes heating and evaporation of the flow medium. Occurs Medi ¬ to now in all the tube walls with the same enthalpy a, such a high vapor content can occur already in the intermediate collector 6 that an uneven distribution to the tubes of the inner wall 8 takes place, and the tubes with a high Dampfge overheat ¬ halt here.
Zur Vermeidung der daraus folgenden Nachteile wie beispiels¬ weise einer geringeren Lebensdauer oder einer höheren Reparaturanfälligkeit wird den dem Zwischensammler 6 vorgeschalte¬ ten Innenwänden 4 Strömungsmedium mit einer geringeren Temperatur zugeführt als der Umfassungswand 2. Im Dampferzeuger 1 sind dabei zunächst Modifikationen des Vorwärmers 16 vorgese¬ hen, die unterschiedliche Wärmeeinträge in die verschiedenen Mediumsströme gewährleisten. To avoid the consequent disadvantages as Example ¬, a shorter service life or a higher susceptibility to failure is the intermediate collector 6 pre-turn ¬ th inner walls 4 flow medium is supplied at a lower temperature than the surrounding wall 2. In the steam generator 1 while modifications of the preheater are initially 16 vorgese ¬ which ensure different heat inputs into the different medium flows.
Dem Vorwärmer 16 nach der FIG 1 ist dazu strömungsmediumssei- tig eine Abzweigstelle 18 vorgeschaltet. Ein Teil des Strö¬ mungsmediums wird somit um den Vorwärmer 16 in einer Überbrü¬ ckungsleitung 20 herumgeführt. In strömungsmediumsseitiger Richtung ist dem Vorwärmer 16 zunächst eine weitere Abzweig¬ stelle 22 nachgeschaltet, von der eine Leitung zu den Ein¬ tritten 10 der Umfassungswand 2 geführt ist. Ein Teil des vorgewärmten Strömungsmediums wird somit der Umfassungswand 2 zugeführt. Ein anderer Teil des vorgewärmten Strömungsmediums ist in einer Leitung 24 geführt, die in einer Mischstelle 26 mit der Überbrückungsleitung 20 zusammentrifft. Hier wird durch die Vermischung der Mediumsströme ein Medium geringerer Temperatur erzielt, welches dann den Eintritten 12 der Innenwände 4 zugeführt wird. The preheater 16 according to FIG. 1 is preceded by a branch point 18 on the flow medium side. A portion of the Strö ¬ mung medium is thus guided around the preheater 16 in a Überbrü ¬ ckungsleitung 20th In the flow-medium side towards the pre-heater 16 is initially downstream of a further branch ¬ point 22, is guided to the line A ¬ doubt 10 of the surrounding wall 2 of the. A part of the preheated flow medium is thus supplied to the enclosure wall 2. Another part of the preheated flow medium is guided in a line 24, which meets in a mixing point 26 with the bypass line 20. Here, a medium of lower temperature is achieved by the mixing of the medium streams, which is then fed to the inlets 12 of the inner walls 4.
In der Leitung 24 ist eine Rückschlagarmatur 30 angeordnet, die eine ungewollte Kühlung durch Rückfluß in die Abzweig- stelle 22 verhindert. Weiterhin ist ein manuelles Durchfluss¬ regelventil 32 vorgesehen, welches den abgezweigten Massenstrom vorgewärmten Mediums nach oben begrenzt. Durch ein automatisches Durchflussregelventil 28 in der Überbrückungslei- tung 20 kann dann die Menge des überbrückten Strömungsmediums und damit die Temperatur des den Innenwänden 4 zugeführten Strömungsmediums leicht geregelt werden. In the line 24, a check valve 30 is arranged, which is an unwanted cooling by reflux in the branch position 22 prevented. Furthermore, a manual flow control valve ¬ 32 is provided which limits the diverted mass flow preheated medium upwards. By an automatic flow control valve 28 in the bypass line 20 then the amount of bridged flow medium and thus the temperature of the inner walls 4 supplied flow medium can be easily controlled.
Als Eingangsgrößen für die automatische Regelung im Durch- flussregelventil 28 dienen dabei Druck p und Temperatur T im Zwischensammler 6. Aus dem ermittelten Druck wird zunächst die Sattdampftemperatur bestimmt, deren Differenz zur ermittelten Temperatur T die Ist-Unterkühlung ergibt. Um eine Entmischung von Wasser und Dampf im Zwischensammler 6 zu verhin- dern, ist eine Soll-Unterkühlung im Zwischensammler 6 vorgegeben. Überschreitet die Ist-Unterkühlung die Soll-Unterkühlung, wird das automatische Durchflussregelventil 28 weiter geschlossen, so dass sich die Temperatur an den Eintritten 12 erhöht. Im umgekehrten Fall wird das Durchflussregelventil 28 weiter geöffnet. Falls Druck und Temperatur oberhalb des kri¬ tischen Punktes des Strömungsmediums liegen, wird das Durch¬ flussregelventil 28 vollständig geschlossen, da bei überkri¬ tischen Drücken bei keiner Temperatur Wasser und Dampf gleichzeitig vorkommen können und damit auch keine Entmi- schung im Zwischensammler 6 mehr auftreten kann. The pressure p and the temperature T in the intermediate collector 6 serve as input variables for the automatic control in the flow control valve 28. From the pressure determined, the saturated steam temperature is initially determined whose difference to the determined temperature T results in the actual undercooling. In order to prevent segregation of water and steam in the intermediate collector 6, a desired subcooling in the intermediate collector 6 is predetermined. If the actual subcooling exceeds the desired subcooling, the automatic flow control valve 28 is closed further, so that the temperature at the inlets 12 increases. In the opposite case, the flow control valve 28 is opened further. If pressure and temperature above the kri ¬ tables point of the flow medium are being completely closed by ¬ flow control valve 28, as can occur simultaneously at überkri ¬ tables Press at any temperature water and steam and thus no de-mixing in the intermediate collector 6 longer occur can.
Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung zeigt FIG 2. Der Dampferzeuger 1 ist hier bis auf das Durchflussregelventil 32 zur FIG 1 identisch. Das Durchflussregelventil 32 ist hier wie das Regelventil 28 automatisiert. Dadurch ist es möglich, auch die Menge des den Innenwänden 4 zugeführten Mediums zu regeln. Als Eingangsgröße für die Regelung dient hierbei der Gesamtfluss F zu den Eintritten 12, der an einer Messstelle 34 ermittelt wird. Dabei wird der Gesamtfluss F anhand eines durch Auslegungsrechnungen ermittelten Sollwerts geführt. An alternative embodiment of the invention is shown in FIG 2. The steam generator 1 is identical to FIG 1 except for the flow control valve 32. The flow control valve 32 is here as the control valve 28 automated. This makes it possible to regulate the amount of the inner walls 4 supplied medium. The total flow F to the inlets 12, which is determined at a measuring point 34, serves as the input variable for the control. In this case, the total flow F is guided by means of a setpoint determined by design calculations.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in FIG 3 dargestellt. Hier ist der Dampferzeuger 1 zur FIG 2 identisch, es sind jedoch weitere Bauteile dargestellt, nämlich der Aus¬ tritt 36 der Innenwand 8 sowie die Austritte 38 der Umfas¬ sungswand 2. Die Mediumsströme aus den Austritten 36, 38 wer¬ den zusammengeführt und in einen Wasser-Dampf-Abscheider 40 geführt. Hier ist auch der Hauptregelkreis dargestellt, der die gesamte zugeführte Strömungsmediumsmenge in den Dampf¬ erzeuger 1 mittels eines Durchflussregelventils 42 regelt. Als Eingangsgrößen für die Regelung des Gesamtmediumsstroms dienen hierbei Druck p und Temperatur T am dampfseifigen Aus- tritt des Wasser-Dampf-Abscheiders 40. A further embodiment of the invention is shown in FIG. Here, the steam generator 1 to FIG 2 is identical, it However, further components are shown, namely the off ¬ takes 36 of the inside wall 8 and the outlets 38 of the Umfas ¬ sungswand 2. The medium flows from the outlets 36, 38 ¬ the merged and fed into a water-steam separator 40th Here is also the main control loop is shown, which controls the total amount of supplied flow medium in the steam ¬ generator 1 by means of a flow control valve 42. In this case, pressure p and temperature T on the steam-soaked discharge of the water-steam separator 40 serve as input variables for the regulation of the total medium flow.
In FIG 3 wird die den Innenwänden 4 über die Eintritte 12 zu¬ geführte Strömungsmediumsmenge in Abhängigkeit von der Aus¬ trittsenthalpie der Innenwand 8 geregelt. Diese wird ermit- telt anhand der Temperatur T am Austritt 36 der Innenwand 8 und dem Druck p im Wasser-Dampf-Abscheider 40. Dabei ist als Sollwert für die Austrittsenthalpie der Innenwand 8 die mitt¬ lere Fluidenthalpie im Wasser-Dampf-Abscheider 40 vorgesehen. Zusätzlich wird die Austrittstemperatur am Austritt 40 über die maximal zulässige Materialtemperatur begrenzt. In FIG 3, the inner walls 4 is controlled via the inlets 12 to ¬ guided medium flow quantity in accordance with the off ¬ trittsenthalpie the inner wall. 8 This is ermit- telt based on the temperature T at the outlet 36 of the inside wall 8 and the pressure p in the water-steam separator 40. Here, the mitt ¬ sized Fluidenthalpie provided as a target value for the Austrittsenthalpie the inside wall 8 in the water-vapor separator 40 , In addition, the outlet temperature at the outlet 40 is limited beyond the maximum permissible material temperature.
FIG 4 zeigt schließlich ein Zustandsdiagramm für Wasser/ Dampf, in dem die Zustände des Strömungsmediums in verschie¬ denen Bereichen des Dampferzeugers eingezeichnet sind. Das Diagramm trägt die spezifische Enthalpie h in kJ/kg gegen den Druck p in bar auf. Dabei sind zunächst Linien gleicher Temperatur T, also Isothermen 44 gezeigt, deren jeweilige Tempe¬ raturwerte auf der rechten Achse des Graphen in Grad Celsius angegeben sind. Die beulenförmige Struktur 46 auf der linken Graphseite gibt Aufschluss über den Dampfgehalt des Wasser- /Dampf-Gemischs . Ausserhalb der Struktur 46 ist das Medium einphasig, d. h., es liegt nur Medium in einem Aggregatzu¬ stand vor. Die Spitze der Struktur 46 bei etwa 2100 kJ/kg und 221 bar markiert hierbei den kritischen Punkt 48. Steigt der Druck über 221 bar, so kommen bei keiner Temperaur Wasser und Dampf gleichzeitig vor. Innerhalb der Struktur 46 liegt ein Wasser-Dampf-Gemisch vor. Der Anteil von Wasser und Dampf ist dabei mit Kennlinien 50 in 10-Prozent-Abständen gezeigt, von 0 % Dampfanteil bei Kennlinie 52 % bis 100 % Dampfanteil bei Kennlinie 54. Die Kennlinien 50, 52, 54 konvergieren dabei im kritischen Punkt 48. Innerhalb der Struktur 46 verlaufen die Isothermen 44 senkrecht zur Druckachse, sind also auch Isobaren. Ein Ener¬ gieeintrag in das Medium bei konstantem Druck bewirkt also keine höhere Temperatur, sondern vielmehr eine Verschiebung des Wasser-Dampf-Anteils zu mehr Dampf hin. FIG. 4 finally shows a state diagram for water / steam, in which the states of the flow medium are shown in different regions of the steam generator. The diagram plots the specific enthalpy h in kJ / kg against the pressure p in bar. Here, first lines of equal temperature T, that is shown isotherms 44, whose respective Tempe ¬ raturwerte on the right axis of the graph in degrees Centigrade are listed. The bump-shaped structure 46 on the left graphite side provides information about the vapor content of the water / steam mixture. Outside the structure 46, the medium is single-phase, ie, there is only medium in a Aggregaktu ¬ stand before. The tip of the structure 46 at about 2100 kJ / kg and 221 bar here marks the critical point 48. If the pressure rises above 221 bar, water and steam do not occur at any temperature. Within structure 46 is a water-steam mixture. The proportion of water and steam is shown with curves 50 in 10-percent intervals, from 0% vapor content at characteristic 52% to 100% vapor content at characteristic 54. The curves 50, 52, 54 converge at the critical point 48. Within the structure 46, the isotherms 44 are perpendicular to the pressure axis, so are also isobars. A Ener ¬ gieeintrag in the medium at constant pressure thus causes no towards higher temperature, but rather a shift in the water-steam portion to more steam.
Je nach Lastzustand des Dampferzeugers 1 verläuft der Dampf- prozess innerhalb des Dampferzeugers 1 auf unterschiedlichen Lastkennlinien 56, 58, 60, die keine Isobaren sind, da die Druckverluste der Heizflächen dargestellt werden. Die Last bestimmt im Wesentlichen den Druck innerhalb des Gesamtsys¬ tems. Lastkennlinie 56 stellt den Dampfprozess bei 100 % Last dar, Lastkennlinie 58 den bei 70 % Last und Lastkennlinie 60 den bei 40 % Last. Die Punkte A, B, C, D stellen dabei je- weils den Zustand des Strömungsmediums an verschiedenen Punk¬ ten des Dampferzeugers 1 dar, und zwar zunächst noch ohne die erfindungsgemäße separate Regelung der Temperatur an den Eintritten 12 der Innenwände 4: Punkt A den Zustand am Eintritt des Vorwärmers 16, Punkt B den Zustand am Eintritt 12 der In- nenwände 4, Punkt C den Zustand im Zwischensammler 6 und Punkt D den Zustand am Austritt des Verdampfers. Depending on the load state of the steam generator 1, the steam process within the steam generator 1 runs on different load characteristic curves 56, 58, 60 which are not isobars, since the pressure losses of the heating surfaces are represented. The load determines the pressure within the Gesamtsys ¬ tems substantially. Load curve 56 represents the steam process at 100% load, load curve 58 at 70% load and load curve 60 at 40% load. The points A, B, C, D represent it in each case the state of the flow medium at various punk ¬ th of the steam generator 1, and initially still without the invention separate regulation of the temperature at the inlets 12 of the inner walls 4: point A the State at the inlet of the preheater 16, point B the state at the inlet 12 of the inner walls 4, point C the state in the intermediate collector 6 and point D the state at the outlet of the evaporator.
Wie FIG 4 zeigt, wird der Dampferzeuger bei 100 % Last voll¬ ständig im überkritischen Bereich betrieben. An keinem Punkt A, B, C, D auf der Lastkennlinie 56 ist eine Unterscheidung von Wasser und Dampf möglich, so dass keine Entmischung auftreten kann. Bei 70 % Last ist bereits der unterkritische Bereich erreicht, jedoch liegt nur ein kleiner Teil der Lastkennlinie 58 innerhalb der Struktur 46. Die Punkte A, B, C der Lastkennlinie 58 liegen noch unterhalb der Struktur 46, hier liegt einphasiges Wasser vor. Auch hier kann es nicht zu Entmischungen im Zwischensammler 6 kommen. Bei 40 % Last jedoch liegt ein erheblicher Teil der Last¬ kennlinie 60 innerhalb der Struktur 46. Die Punkte A und B auf der Lastkennlinie 60 liegen noch unterhalb der Struktur 46, so dass hier noch einphasiges Wasser vorliegt. Der Punkt C der Lastkennlinie 60 liegt jedoch innerhalb der Struktur 46 bei einem Dampfanteil von 10 %. Hier kann es somit zu den be¬ schriebenen Entmischungen im Zwischensammler 6 kommen. Wird jedoch ein Teil des Strömungsmediums am Vorwärmer 16 vorbei¬ geführt, was in Druckbereichen unterhalb der Lastkennlinie 62 durch Öffnung des Durchflussregelventils 28 erreicht wird, wird die Temperatur und damit der Energiegehalt des Strö¬ mungsmediums gezielt reduziert. Auf der Lastkennlinie 60 zeigt Punkt E in diesem Fall den Zustand des Strömungsmediums am Eintritt 12 der Innenwände 4 mit reduzierter Temperatur. Dadurch ist auch der Energiegehalt im Zwischensammler 6 reduziert, dargestellt durch Punkt F auf der Lastkennlinie 60. Dieser Punkt F liegt nun außerhalb der Struktur 46, so dass hier einphasiges Wasser vorliegt und Entmischungen sicher verhindert werden. As FIG 4 shows, the steam generator is fully ¬ constantly operated in the supercritical range at 100% load. At no point A, B, C, D on the load curve 56 is a distinction of water and steam possible, so that no segregation can occur. At 70% load, the subcritical range is already reached, but only a small part of the load characteristic 58 is within the structure 46. The points A, B, C of the load characteristic 58 are still below the structure 46, here is single-phase water. Again, it can not come to segregation in the intermediate collector 6. At 40% load, however, a significant portion of the load ¬ characteristic curve 60 within the structure 46. The points A and B are below the structure 46 on the load line 60, so that there is still present a single-phase water. However, the point C of the load characteristic 60 is within the structure 46 at a vapor content of 10%. This can thus lead to the described segregation in the intermediate collector 6. However, if a part of the flow medium past the preheater 16 passes ¬ what is achieved in pressure ranges below the load curve 62 by opening the flow control valve 28, the temperature and thus the energy content of the Strö ¬ tion medium is deliberately reduced. In this case, on the load characteristic 60, point E shows the state of the flow medium at the entrance 12 of the inner walls 4 at a reduced temperature. As a result, the energy content in the intermediate collector 6 is reduced, represented by point F on the load curve 60. This point F is now outside the structure 46, so that here single-phase water is present and segregations are reliably prevented.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers (1) mit ei¬ ner Brennkammer mit einer Mehrzahl von strömungsmediumsseitig parallel geschalteten Verdampferheizflachen (2, 4, 8), wobei einem Eintritt (12) einer ersten Verdampferheizflache (4) Strömungsmedium mit einer geringeren Temperatur zugeführt wird als einem Eintritt (10) einer zweiten Verdampferheizfla¬ che (2 ) . 1. A method for operating a steam generator (1) with ei ¬ ner combustion chamber with a plurality of Strömungsmediumsseitig parallel Verdampferheizflachen (2, 4, 8), wherein an inlet (12) of a first Verdampferheizflache (4) flow medium is supplied at a lower temperature as an inlet (10) of a second evaporator heating surface (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem den Eintritten (10, 12) strömungsmediumsseitig ein Vorwärmer (16) vorgeschaltet ist, und wobei ein erster Teil des Strömungsmediums am Vor¬ wärmer (16) vorbeigeleitet wird. 2. The method of claim 1, wherein the inlets (10, 12) flow medium side, a preheater (16) is connected upstream, and wherein a first part of the flow medium on Vor ¬ warmer (16) is passed.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der erste Teil des Strömungsmediums mit einem zweiten, strömungsmediumsseitig nach dem Vorwärmer (16) abgezweigten Teil vermischt wird. 3. The method of claim 2, wherein the first part of the flow medium with a second, the flow medium side after the preheater (16) diverted part is mixed.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Massendurchfluß des zweiten Teilstroms nach oben begrenzt wird. 4. The method of claim 3, wherein the mass flow of the second partial flow is limited upwards.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem der Massendurchfluß des ersten Teilstroms anhand thermodynami- scher Kenngrößen an einem dem Eintritt (12) der ersten Verdampferheizfläche (4) nachgeschalteten Messpunkt geregelt wird . 5. The method according to any one of claims 2 to 4, wherein the mass flow of the first partial flow is controlled on the basis of thermodynamic characteristics at a the entry (12) of the first evaporator heating surface (4) downstream measuring point.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Messpunkt in einem der ersten Verdampferheizfläche nachgeschalteten 6. The method of claim 5, wherein the measuring point in a downstream of the first evaporator heating
Zwischensammler (6) angeordnet wird.  Intermediate collector (6) is arranged.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem Druck (p) und Temperatur (T) als thermodynamische Kenngrößen verwendet wer- den, wobei aus dem gemessenen Druck (p) die Sattdampftempera- tur ermittelt wird und anhand der gemessenen Temperatur (T) der Istwert der Unterkühlung ermittelt wird. 7. Method according to claim 5 or 6, in which pressure (p) and temperature (T) are used as thermodynamic parameters, wherein the saturated steam temperature is determined from the measured pressure (p) and determined from the measured temperature (T). the actual value of the subcooling is determined.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem ein Sollwert für die Unterkühlung vorgegeben wird und wobei der Massendurchfluß des ersten Teilstroms anhand der Abweichung von Ist- und Sollwert der Unterkühlung geregelt wird. 8. The method of claim 7, wherein a setpoint for the subcooling is specified and wherein the mass flow of the first partial flow is controlled by the deviation of the actual and setpoint of the subcooling.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem bei einem niedrigeren Ist- als Sollwert der Unterkühlung der Massendurchfluß des ersten Teilstroms erhöht wird. 9. The method of claim 8, wherein at a lower actual than setpoint of the subcooling, the mass flow of the first partial flow is increased.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Massendurchfluß des zweiten Teilstroms anhand des Massendurchflusses des der ersten Verdampferheizflache (4) zugeführten Strömungsmediums geregelt wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the mass flow of the second partial flow is controlled by the mass flow of the first evaporator heating surface (4) supplied flow medium.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Strom des der ersten Verdampferheizflache (4) zuge¬ führten Mediums anhand der Austrittsenthalpie der letzten, der ersten Verdampferheizflache (4) strömungsmediumsseitig nachgeschalteten Verdampferheizflache (8) geregelt wird. 11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the flow of the first evaporator heating surface (4) ¬ supplied medium on the basis of the outlet enthalpy of the last, the first evaporator heating surface (4) flow medium side downstream evaporator heating surface (8) is controlled.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Austrittsenthalpie der Verdampferheizflache (8) anhand der Temperatur am Austritt (36) des Strömungsmediums an der letzten, der ersten Verdampferheizflache (4) strömungsmediumsseitig nachgeschal- teten Verdampferheizflache (8) und dem Druck in einem den12. The method of claim 11, wherein the outlet enthalpy of the Verdampferheizflache (8) on the basis of the temperature at the outlet (36) of the flow medium at the last, the first evaporator heating surface (4) downstream of the evaporator medium (8) and the pressure in a den
Verdampferheizflachen (2, 4, 8) strömungsmediumsseitig nachgeschalteten Wasser-Dampf-Abscheider (40) ermittelt wird. Evaporator heating surfaces (2, 4, 8) downstream of the flow medium side water-steam separator (40) is determined.
13. Dampferzeuger (1) mit Mitteln zum Ausführen des Verfah- rens nach einem der Ansprüche 1 bis 12. 13. Steam generator (1) with means for carrying out the method according to one of claims 1 to 12.
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