Verfahren und Einrichtung zur Regelung :der Zwischendampftemperatur in einem Dampfkessel, insbesondere in einem druckgefeuerten Dampfkessel Die .Erfindung bezieht sich auf .-,in Verfahren ,zur Regelung der Zwischendampftemperatur in !einem Dampfkessel, insbesondere in einem druckgefeuerten Dampfkessel,
und auf eine Einrichtung zur Durchfüh rung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, bei Dampfkesseln von Dampfkraft- werken mit Turbinenbetrieb den in der Turbine teil- weise entspannten Dampf nochmals zu überhitzen und zur weiteren Entspannung in -die Turbine zurück- zuführen. Es ist üblich,
die Überhitzung ides Zwi schendampfes .aus der Turbine .ebenfalls in den. Dampfkesseln des Kraftwerkes ,durchzuführen. Hier- durch ergeben sich aber bei derartigen Dampfkesseln Schwierigkeiten in der Regelung, da sowohl .der Frischdampf als auch der Zwischendampf innerhalb eines bestimmten Lastbereiches jeweils konstante Austrittstemperaturen aus dem Kessel haben müssen.
Um :diese Bedingung zu erfüllen, muss eine Reihe von Massnahmen in der Regelung des Kessels getroffen werden, welche jedoch bisher nie voll befriedigen konnten.
Das gleiche gilt in vermehrtem Mass auch für druckgefeuerte Kessel eines kombinierten Gas- Dampfturbinenprozesses., in welchem nicht nur die Frischdampf- und Zwisahendampftemparabur kon stant gehalten werden muss, sondern auch die Aus- trittstemperatur der Gase .aus dem :
Kessel nur in gerin gen Grenzen variieren darf, @da diese Gase zum An- trieb einer Gasturbine dienen. Es ist dabei @gleich- gültig, ob diese Gasturbine nur den Ladeverdichter für die Verbrennungsluft antreibt oder auch Nutz energie erzeugt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgaben stellung war daher, diese Schwierigkeiten in der Kon- stanthaltung bzw. Regelung :der ZwischenJampftem- peratur zu vermeiden.
Dies wirddurch das Verfahren nach .der Erfindung dadurch erreicht"dass,der Kessel aus zwei oder mehreren annähernd gleich grossen Blöcken .besteht, in welchen die Heizgasströme par allel, die Wasser- und Dampfströme jedoch wechsel- seitig so hintereinandergeschaltet sind,
dass durch entsprechende Regelung der Feuerung der einzelnen Kesselblöcke die Überhitzungstemperatur des Zwi schendampfes und die des Frischdampfes über einen grösseren Lastbereich ohne zusätzliche Regeim.assnah- men annähernd konstant gehalten wurden.
Die Erfindung .bezieht sich ferner auf -eine Ein richtung zur Durchführung des Verfahrens, die da durch gekennzeichnet ist, !dass die Heizflächen für die Zwischenüberhitzung in einem Kesselblock ange ordnet und die Heizflächen für die Frischdampfüber- hitzung zum grössten Teil oder ganz in dem oder den anderen Kesselblöcken untergebracht sind, wobei die einzelnen Kesselblöcke gasseitig an mindestens einer Stelle miteinander verbunden sind.
Vorteilhaft können ausserdem die Wasser- und Dampfströme welchselseitig so bintereinanderge,schal- tet werden, dass .in jeder Heizflächengruppe die für das Rohrmaterial zulässige höchste Rohrwandtem- p,enatur möglichst gleichmässig,aus.genützt wird.
Vorteilhaft können sämtliche Kesselblöcke mit den Gasen einer einzigen Feuerung parallel beauf- sehlagt werden. Es besteht aber .auch,diz Möglichkeit, jedem einzelnen Kesselblock .eine eigene Feuerung zu- zuordnen, wobei in sämtlichen Blöcken zweckmässig annähernd gleiche Feuerraumtemperaturen herr schen.
Besonders gilt ,dies für druckgefeuerte Kessel, be;i welchen 2die Heizgase ,den Kessel mit relativ hoher Temperatur verlassen, um in der oder Iden Gasturbi nen Arbeit zu leisten.
Vorteilhaft kann die Auslegung ,der Heizflächen der einzelnen Kes,selblöckederart er- folgen, dass bei Vollast die Abgastemperaturen in den Einzelkesselblöcken annähernd idie,gleichen sind.
Mit dem vorliegenden Verfahren :ist es möglich, ohne besondere zusätzliche Massnahmen. sowohl die Zwischendampfüberhitzungstemperatur .als auch die Frischdampfüberhitzungs:temperatur durch Regelung der Feuerungen der einzelnen Kesselblöcke ,angenä hert konstant zu halten, ohne dass sich :
die Massnah men zur Regelung dieser beiden Temperaturen gegen seitig beeinflussen, wie dies bei Anordnung in einer Kesseleinheit zwangläufig der Fall ist. Ferner besteht durch eine Aufteilung der Heizflächen auf mehrere Blöcke die Möglichkeit, die einzelnen Heizflächen gasseitig bzw.
wasser- und ,dampfseitig so zuschalten, dass man beispielsweise trotz hoher Gastemperaturen: und überhitzungstemperaturen mit Rohrwandtem- peraturen auskommt, für deren Beherrschung nur ferritisches Rohrmaterial erforderlich ist. Hierdurch kann die, Verwendung des,
wesentlich teureren auste- nitischen Rohrmaterials vermieden werden.
Zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens können zweckmässig konstruktive Massnahmen getrof fen werden, .um idie gas-, Wasser- und dampfseitigen Verbindungen der einzelnen Kesselblöcke unterem ander derart auszubilden, dass verschiedenartige Wärmedehnungen aufgenommen werden.
Zu diesem Zweck können die gasseitigen Verbindungen zwischen den einzelnen Blöcken mit Kompensatoren,
Wehroh ren oder ähnlich elastischenGliedern ausgeführt sein. Zweckmässig können die Wasser- und dampfseitigen Verbindungsleitungender einzelnen Heizflächengrup- pen zwischen den einzelnen Blöcken durch ,diese gas- seitigen Verbindungsrohre hindurchgeführt sein.
Zur Aufnahme der unterschiedlichen Wärmedehnung können diese Rohre ferner vorteilhaft so weich und elastisch geführt sein, dass durch Verschiebung der einzelnen Fixpunkte gegeneinander keine übermässi gen zusätzlichen Beanspruchungen in ;den Rohren ent stehen können.
Zu diesem Zweck können die Rohrlei tungen als Rohrbögen oder Rohrschleifen ausgebildet sein.
Anhand der nachstehenden Figuren ist (die Erfin dung im folgenden an einem Ausführungsbeispiel nä her erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen in zwei Blöcke aufgeteilten, druckge feuerten Kessel in Form eines Prinzipschemas, wobei jeder Block eine eigene Feuerung besitzt.
In Fig. 2 ist die Verbindung zweier Kesselblöcke in einem prinzipiellen Schnittbild dargestellt.
In Fig. 1 stellen 1 und 2 die Mantelschalen zweier druckgefeuerter Kesselblöcke dar. Diese besitzen je einen Cl- oder Gasbrenner 3, der mit Hilfe der vor verdichteten Vebrennungsluft öl oder Gas verfeuert. In den Strahlungsbrennkammern 4 oder 5 .geben die unter Druck stehenden Gase ,
ihre Wärme in erster Linie durch Strahlung @an die Kühlelemente (Rohre) ab, welche die Wand der Strahlungskammern 4 und 5 möglichst lückenlos .auskleiden. Nach entsprechender Abkühlung in den Strahlungskammern 4 und 5 treten die Gase in die direkt anschliessenden Konvektions- züge 6
und 7 ein und strömen schliesslich ran Aden öffnungen 8 und 9 .aus den Kesselblöcken aus, um ihre restliche Energie in einer nicht dargestellten Gasturbine abzugeben. Die beiden Kesselblöcke. sind beispielsweise mit Stützen 10 im Kesselhaus fix gela gert.
Zwischen den Kesselblöcken besteht gasseitig in der Nähe ides Angriffspunktes der Stützen 10 eine ,entsprechende Verbindung 11. Diese ist iin Fig. 1 zur Aufnahme der Wärmedehnungen .als elastisches Well- rohr 12 ausgeführt.
Zum Zwecke ider tannähernden Konstanthaltung ider Austrittstemperaturen des Frischdampfes, des Zwischendampfes,
und der Heizgase durch entspre chende Regelung der Feuerungen der einzelnen Kes- selblöcke sind in Fig. 1 idie einzelnen Heizflächen- gruppen wasser- und dampfseitig in besonderer Rei henfolge hinteneinandergesch.altet. Das Kesselspeise wasser strömt bei 13 zu und wird mit der Speise pumpe 14 in den Sammler 15 des
Vorwärmers und ersten Verdampfers 16 im Kesselblock 1 gedrückt. Aus .d;iesem strömt Idas Dampf-Wasser-Gemisch durch die Verbindungsleitung 17 im .Gaskanal 11 in .den zweiten Verdampfer 18, welcher in (der Strah- lungskammer 5 des Kesselblockes 2 angeordnet ist. Die Restverdampfung und erste Überhitzung erfolgt in ;
den Heizflächen 19 im Konvektiouszug 7 des Kesselblockes 2. Der leicht überhitzte Dampf strömt durch die Leitung 20, welche ebenfalls durch den gasseitigen Verbindungskanal 1.1 geführt ist, in den zweiten überhitzer 21 in der Strahlungskammer 4 ides Kesselblockes 1.
Aus diesem strömt der Dampf durch die Verbindungsleitung 22, welche auch durch den :gasseitigen Verbindungskanal 11 führt, in den dritten überhitzer 23, welcher .in der Strahlungs- kammer 5 des Kesselblockes 2 angeordnet ist. Die restliche Überhitzung erfolgt im vierten überhitzer 24 im Konvektionszug 7 des Kesselblockes 2.
Aus dem Sammler 25 des Ü.berhitzers 24 strömt der Dampf durch die Frischdampfleitung 26 zum Hoch idruckteil 27 der Dampfturbine. Aus ;diesem tritt ider Dampf nach teilweiser Entspannung durch die Leitung 28 .aus und strömt zurück in den Zwischen überhtzer 29, welcher im Konvektionszug 6 :
des Kesselblockes 1 angeordnet ist. -Der Zwischenüber- ;hitzer 29 wird vom Dampf tim Gleichstrom zu ,den Heizgasen durchflossen und tritt, durch die Leitung 30 überhitzt, in den Niedendruckteil 31 der Dampf- turbine ein.
Durch die Leitung 32 strömt der Dampf in :den im Bild nicht dargestellten Kondensator. Die gemeinsame Welle 33 der Hochdruckturbine 27 und fder Niederdruckturbine 31 treibt den Generator 34 an.
In Fig. 2 sind Ausschnitte der beiden Kessel blöcke gemäss Fsg. 1 ,im Schnittdargestellt. Es gelten die gleichen Bezeichnungen wie in Fig. 1.
Die beiden Strahlungskammern 4 und 5 der Kesselblöcke 1 und 2 sind gasseitig durch eine Leitung 11 über einen Kompensator 35 :
elastisch miteinander verbunden. Gemäss der Schaltung in Fig. 1 ,ist der untere Teil iderStrahlungskammer 4 mit ,den Heizflächen 21 ausgekleidet. Die nebeneinander liegenden Rohre münden in den unteren Sammler 36, von welchem aus eine Verbindungsleitung 22 durch den Gaskanal 11 .in den Kesselblock 2 führt.
Der untere Teil der Strahlungskammer 5 des Kesselblockes 2 ist mit den Heizflächen 23 @aus,gekleidet, in deren oberem Sammler 37 die Verbindungsleitung 22 .aus den Sammlern 36 einmündet. Da die Sammler 36 und 37 zweckmässig als Fixpunkte innerhalb jedes Kessel blockes ausgebildet werden, muss die Verbindungs leitung 22 die gesamten im Betrieb auftretenden Wärmedehnungen elastisch .aufnehmen können.
Zu diesem Zweck ist die Verbindungsleitung 22 sowohl in der Strahlungskammer 4 .als auch in @d:er Strah lungskammer 5 in Form einer räumlichen Schleife 38 geführt, welche die elastische Aufnahme der auf tretenden Wärmedehnungen gestatten. Von einer Heizfläche im oberen Teil der Strahlungskammer 4 führt eine Verbindungsleitung 39 zu dem Sammler 40 im oberen Teil der Strahlungskammer 5.
Diese Verbindungsleitung 39 .ist beispielsweise .mit .den Fix punkten 41 an den Wandungen der Strahlungskam mern 4 und 5 befestigt. Zur Aufnahme der unter schiedlichen Wärmedehnungen dient in diesem Fall eine Rohrschlange 42, welche im Gaskanal 11 .unter gebracht ist.
Von dem Sammler 43 der Heizflächengruppe 23 im unteren Teil der Strahlungskammer 5 führt eine Verbindungsleitung 45 zum Sammler 44,der Konvek- tionsheizfläche 24 im Konvektionszug 7.
Auch diese Verbindungsleitung ist zur elastischen Aufnahme d er Wärmedehnungen mit einer räumlichen Rohrschleife 45 versehen. Einen anderen Fall der Rohrführung zeigt schliesslich noch die Zuleitung 28 :aus dem Hochdruckteil der Turbine zum Sammler 46 des Zwischenüberhitzers 29 im Konvektionszug 6. Die Leitung 28 hat an ihrem Durchtritt durch Iden Kessel mantel einen Fixpunkt und die Dehnungen zwischen diesem Fixpunkt und dem Sammler 46 werden mit Hilfe einer Rohrschlange 47 aufgenommen.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die eben falls erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchfüh- rung desselben sind auf die in den Zeichnungen dargestellten Beispiele nicht beschränkt. So besteht z. B. die Möglichkeit, mehr als zwei Kesselblöcke nebeneinander anzuordnen oder die einzelnen Heiz flächengruppen anders zu schalten, als in Fig. 1 .dargestellt ist.
Method and device for regulating: the intermediate steam temperature in a steam boiler, in particular in a pressure-fired steam boiler The invention relates to -, in methods for regulating the intermediate steam temperature in! A steam boiler, in particular in a pressure-fired steam boiler,
and a facility to carry out this procedure.
In the case of steam boilers in steam power plants with turbine operation, it is known to overheat the steam, which is partially expanded in the turbine, and to return it to the turbine for further expansion. It is usual,
the overheating of the intermediate steam .from the turbine .also into the. Steam boilers of the power plant. However, this gives rise to difficulties in the regulation of such steam boilers, since both the live steam and the intermediate steam must each have constant outlet temperatures from the boiler within a certain load range.
In order to: meet this condition, a number of measures must be taken in the boiler control, which, however, have never been fully satisfactory so far.
The same applies to an increasing extent to pressure-fired boilers of a combined gas-steam turbine process, in which not only the live steam and intermediate steam temperature must be kept constant, but also the outlet temperature of the gases.
The boiler may only vary within small limits, @ since these gases are used to drive a gas turbine. It does not matter whether this gas turbine only drives the charge compressor for the combustion air or whether it also generates useful energy.
The object on which the invention is based was therefore to avoid these difficulties in maintaining or regulating the intermediate steam temperature.
This is achieved by the method according to the invention in that the boiler consists of two or more blocks of approximately the same size, in which the heating gas flows in parallel, but the water and steam flows alternately in series,
that through appropriate regulation of the firing of the individual boiler blocks, the superheating temperature of the intermediate steam and that of the live steam were kept more or less constant over a larger load range without additional control measures.
The invention also relates to a device for carrying out the method, which is characterized in that the heating surfaces for reheating are arranged in a boiler block and the heating surfaces for overheating live steam are largely or entirely in the or the other boiler blocks are housed, the individual boiler blocks being connected to one another at least one point on the gas side.
In addition, the water and steam flows on each side can advantageously be switched so that the highest possible pipe wall temperature permissible for the pipe material is used in each heating surface group, evenly as possible.
All boiler blocks can advantageously be supplied with the gases from a single furnace in parallel. However, there is also the possibility of assigning its own furnace to each individual boiler block, with approximately the same combustion chamber temperatures practically prevailing in all blocks.
This is especially true for pressure-fired boilers, in which the heating gases leave the boiler at a relatively high temperature in order to do work in the gas turbine or turbine.
Advantageously, the heating surfaces of the individual boiler blocks can be designed in such a way that the exhaust gas temperatures in the individual boiler blocks are approximately the same at full load.
With the present procedure: It is possible without special additional measures. Both the intermediate steam overheating temperature and the live steam overheating temperature can be kept approximately constant by regulating the firing of the individual boiler blocks, without:
the measures for regulating these two temperatures mutually influence, as is inevitably the case with an arrangement in a boiler unit. Furthermore, by dividing the heating surfaces into several blocks, it is possible to use the individual heating surfaces on the gas or
Switch on the water and steam side so that, for example, despite high gas temperatures and overheating temperatures, pipe wall temperatures can be managed that only require ferritic pipe material. This allows the, use of,
significantly more expensive austenitic pipe material can be avoided.
In order to carry out the present method, practical design measures can be taken to design the gas, water and steam side connections of the individual boiler blocks in such a way that various types of thermal expansion are absorbed.
For this purpose, the gas-side connections between the individual blocks can be equipped with compensators,
Wehroh ren or similar elastic members. The water and steam-side connecting lines of the individual heating surface groups between the individual blocks can expediently be passed through these gas-side connecting pipes.
In order to accommodate the different thermal expansion, these tubes can also advantageously be guided so softly and elastically that by shifting the individual fixed points against each other no excessive additional loads can arise in the tubes.
For this purpose, the pipe lines can be designed as pipe bends or pipe loops.
The following figures are used to explain the inven tion in the following using an exemplary embodiment. It shows: Fig. 1 shows a pressure-fired boiler divided into two blocks in the form of a basic diagram, with each block having its own furnace.
In Fig. 2, the connection of two boiler blocks is shown in a basic sectional view.
In Fig. 1 1 and 2 represent the shell of two pressure-fired boiler blocks. These each have a Cl or gas burner 3, which burns oil or gas with the help of the compressed air before combustion. In the radiant combustion chambers 4 or 5, the pressurized gases emit
Their heat is transferred primarily through radiation to the cooling elements (tubes), which line the wall of the radiation chambers 4 and 5 as completely as possible. After appropriate cooling in the radiation chambers 4 and 5, the gases enter the directly adjoining convection trains 6
and 7 and finally flow through Aden openings 8 and 9 .aus the boiler blocks in order to release their remaining energy in a gas turbine, not shown. The two boiler blocks. are for example fixed gela Gert with supports 10 in the boiler house.
Between the boiler blocks there is a corresponding connection 11 on the gas side in the vicinity of the point of application of the supports 10. This connection 11 in FIG. 1 is designed as an elastic corrugated pipe 12 to accommodate the thermal expansion.
For the purpose of keeping the outlet temperatures of the live steam, the intermediate steam,
and the heating gases by regulating the firing of the individual boiler blocks accordingly, the individual heating surface groups on the water and steam side are switched one after the other in a particular sequence in FIG. The boiler feed water flows at 13 and is pumped with the feed 14 in the collector 15 of the
Preheater and first evaporator 16 in the boiler block 1 pressed. From this, the steam-water mixture flows through the connecting line 17 in the gas channel 11 into the second evaporator 18, which is arranged in the radiation chamber 5 of the boiler block 2. The residual evaporation and first overheating takes place in;
the heating surfaces 19 in the convection flue 7 of the boiler block 2. The slightly superheated steam flows through the line 20, which is also passed through the gas-side connecting duct 1.1, into the second superheater 21 in the radiation chamber 4 of the boiler block 1.
From this, the steam flows through the connecting line 22, which also leads through the gas-side connecting duct 11, into the third superheater 23, which is arranged in the radiation chamber 5 of the boiler block 2. The remaining overheating takes place in the fourth superheater 24 in the convection pass 7 of the boiler block 2.
From the collector 25 of the superheater 24, the steam flows through the live steam line 26 to the high-pressure part 27 of the steam turbine. From this, after partial relaxation, the steam exits through the line 28 and flows back into the intermediate superheater 29, which in the convection train 6:
of the boiler block 1 is arranged. The reheater 29 is flowed through by the steam in direct current to the heating gases and, superheated through the line 30, enters the low-pressure part 31 of the steam turbine.
The steam flows through line 32 into: the condenser, not shown in the figure. The common shaft 33 of the high pressure turbine 27 and the low pressure turbine 31 drives the generator 34.
In Fig. 2, sections of the two boiler blocks according to Fsg. 1, shown in section. The same designations apply as in FIG. 1.
The two radiation chambers 4 and 5 of the boiler blocks 1 and 2 are on the gas side through a line 11 via a compensator 35:
elastically connected to each other. According to the circuit in FIG. 1, the lower part of the radiation chamber 4 is lined with the heating surfaces 21. The pipes lying next to one another open into the lower collector 36, from which a connecting line 22 leads through the gas duct 11 into the boiler block 2.
The lower part of the radiation chamber 5 of the boiler block 2 is clad with the heating surfaces 23 @, in whose upper collector 37 the connecting line 22 .aus the collector 36 opens. Since the collectors 36 and 37 are expediently designed as fixed points within each boiler block, the connecting line 22 must be able to elastically absorb all of the thermal expansions that occur during operation.
For this purpose, the connecting line 22 is guided both in the radiation chamber 4 .als also in @d: he radiation chamber 5 in the form of a spatial loop 38, which allow the elastic absorption of the thermal expansion occurring. A connecting line 39 leads from a heating surface in the upper part of the radiation chamber 4 to the collector 40 in the upper part of the radiation chamber 5.
This connecting line 39 is, for example, with the fixed points 41 attached to the walls of the radiation chambers 4 and 5. In this case, a pipe coil 42, which is placed in the gas duct 11, serves to absorb the different thermal expansions.
A connecting line 45 leads from the collector 43 of the heating surface group 23 in the lower part of the radiation chamber 5 to the collector 44, the convection heating surface 24 in the convection train 7.
This connecting line is also provided with a spatial pipe loop 45 for the elastic absorption of the thermal expansions. Another case of pipe routing is finally shown by the feed line 28: from the high pressure part of the turbine to the collector 46 of the reheater 29 in the convection pass 6. The line 28 has a fixed point at its passage through the boiler shell and the expansions between this fixed point and the collector 46 are recorded with the help of a pipe coil 47.
The method according to the invention and the device according to the invention for carrying it out are not limited to the examples shown in the drawings. So there is z. B. the possibility of arranging more than two boiler blocks side by side or switching the individual heating surface groups differently than in Fig. 1.