CH668116A5 - Dampfkessel. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE Dampfkessel mit einer in eine Mehrzahl von Durchlasskanälen (2a, 2b, 2c) unterteilten Rauchgasleitung (2) sowie mit Nacherhitzern (6a, 7) und Überhitzern (8a) in den Durchlasskanälen und mit einer Einrichtung (4) zur Strömungsregelung des durch die Durchlasskanäle strömenden Rauchgases, gekennzeichnet durch in den genannten Durchlasskanälen (2a, 2b, 2c) in Strömungsrichtung hinter den Nacherhitzern (6a, 7) jeweils angeordnete Konvektions-Verdampfer (9,10).

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Dampfkessel mit einer in eine Mehrzahl von Durchlasskanälen unterteilten Rauchgasleitung sowie mit Nacherhitzern und Überhitzern in den Durchlasskanälen und mit einer Einrichtung zur Strömungsregelung des durch die Durchlasskanäle strömenden Rauchgases.

Bei bekannten Kesseln mit integrierten Nacherhitzern, die als Abwärme-Kessel bezeichnet werden, ist bislang ein Luftklappen-Regelsystem als ein System für die Temperaturregelung des Nacherhitzer-Dampfes benutzt worden. Bei diesem System ist die Rauchgasleitung in eine Mehrzahl von Durchlasskanälen unterteilt. Die einzelnen Durchlasskanäle sind mit Nacherhitzern und Überhitzern versehen. Zusätzlich ist am Ausgang jedes Durchlasskanals ein Schieber oder eine Luftklappe vorgesehen. Mit dieser Anordnung lässt sich die Menge des durch jeden Durchlasskanal strömenden Rauchgases durch die Regelung der Öffnung der Luftklappen einstellen, wodurch die Wärmeaufnahme der Nacherhitzer und damit die Dampftemperatur des Nacherhitzers regelbar ist.

Während einer plötzlichen Lastabsenkung oder wenn die augenblicklichen Betriebsbedingungen von den vorgesehenen Betriebsbedingungen abweichen, müssen die Nacherhitzer eine grössere Wärmemenge als vorgesehen aufnehmen und in einem solchen Fall wird die Öffnung der Luftklappen derart eingestellt, dass mehr Rauchgas in die mit Nacherhitzern ausgestatteten Durchlasskanäle geleitet wird. Andererseits sinkt natürlich die Menge des Rauchgases, das durch die mit Überhitzern ausgestatteten Durchlasskanäle strömt. Wenn daher die Wärmeaufnahme der Überhitzer abnimmt, wird die Regelung der Dampftemperaturen am Ausgang jedes der Überhitzer durch ein Regelsystem bewirkt, welches das Wasser/Brennstoffverhältnis regelt und entsprechend wird bei Sinken der Wärmeaufnahme durch die Überhitzer als Ausgleich mehr Brennstoff der Feuerung zugeführt. Wenn die Temperatur jedoch bestimmte Grenzwerte übersteigt, werden die den Kessel bildenden, wasserführenden Rohre infolge der grossen Temperaturdifferenzen im Rohrquerschnitt einer thermischen Überbeanspruchung ausgesetzt. Es ergibt sich daher das Problem, den Kessel zu schützen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, einen Kessel zu schaffen, bei dem ein Regelsystem mit Lüftungsklappen zum Einsatz kommt, bei dem aber im Betrieb ein Temperaturanstieg beim Ausgang des Kessels auch bei einer ansteigenden Wärmebelastung der Nacherhitzer nicht auftritt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Kessel, der einen in einer Mehrzahl von Durchlasskanälen unterteilten Rauchgaskanal sowie Nacherhitzer und Überhitzer in den Durchlasskanälen aufweist und ferner eine Einrichtung zur Strömungsregelung des durch die Durchlasskanäle strömenden Rauchgases aufweist, erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass in den genannten Durchlasskanälen in Strömungsrichtung hinter den Nacherhitzern jeweils Konvektions-Verdampfer angeordnet sind.

Bei diesem Kessel dienen die Konvektions-Verdampfer als Wärmetauscher in dem Hauptdampfsystem. Man erreicht damit, dass bei einer ansteigenden Rauchgasmenge in den die Nacherhitzer enthaltenden Durchlasskanälen und bei einer durch die abnehmende Wärmeaufnahme bedingten Abnahme der Rauchgasströmung in den die Überhitzer enthaltenden Durchlasskanälen die Wärmeaufnahme durch die Konvektions-Verdampfer zunimmt, sodass die Abnahme der Wärmeaufnahme durch die Überhitzer zum grössten Teil kompensiert ist und auf einem minimalen Wert gehalten wird. Infolge dessen bleibt die Wärmeaufnahme in dem Hauptdampf durch die Konvektions-Verdampfer zu den Überhitzern unverändert und die Dampftemperatur am Ausgang des Kessels wird auf dem gewünschten ausreichend niedrigen Niveau gehalten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in deren einziger Figur der erfin-dungsgemässe Kessel schematisch dargestellt ist.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Doppel-Abwärme-Kessel für den Betrieb bei überkritischem Druck.

Der Kessel besitzt einen Feuerraum 1, an den sich eine Verbrennungsgas- oder Rauchgasleitung 2 anschliesst, deren Endabschnitt in drei Durchlasskanäle 2a, 2b und 2c durch vertikale Trennbleche 3 unterteilt ist. Jede dieser Durchlasskanäle 2a - 2c weist Luftklappen 4 für die Regelung der Rauchgasströmung auf, wobei die Menge des durch die Durchlasskanäle 2a - 2c strömenden Rauchgases durch die Einstellung der entsprechenden Luftklappen 4 geregelt wird. In Strömungsrichtung hinter den Luftklappen 4 ist ein Wärmetauscher 5 angeordnet. Die Luftklappen 4 können aber auch an der Ausgangsseite des Wärmetauschers 5 angeordnet sein.

Im mittleren Durchlasskanal 2b ist ein Primär-Nacher-hitzer 6a angeordnet, der Teil einer ersten Nacherhitzer-Stufe ist, wobei dies ein Hochdruck-Nacherhitzer ist. Am Ausgangsende des Feuerraums 1, an dem die Rauchgasleitung 2 beginnt, ist ein Sekundär-Hochdruck-Nacherhitzer 6b angeordnet, der mit dem Primär-Hochdruck-Rückerhitzer 6a in Verbindung steht und mit diesem zusammen die erste Nacherhitzer-Stufe bildet. Ein die zweite Nacherhitzerstufe bildender Niederdruck-Nacherhitzer 7 ist in dem Durchlasskanal 2a angeordnet, welche in Richtung des Feuerraums 1 an den Durchlasskanal 2b anschliesst. In dem Durchlasskanal 2c an der von dem Feuerraum 1 abgewandten Seite des Durchlasskanals 2b ist ein Primär-Überhitzer 8a angeordnet. An der Ausgangsseite des Feuerraums 1 ist beim Übergang in die Rauchgasleitung 2 ein Sekundär-Überhitzer 8b, und zwar in Strömungsrichtung vor dem Sekundär-Hochdruck-Nach-erhitzer 6b, angeordnet und steht mit dem Primär-Über-hitzer 8a in Verbindung. In Strömungsrichtung hinter dem Sekundär-Hochdruck-Nacherhitzer 6b ist schliesslich ein dritter Überhitzer 8c angeordnet, der mit dem Sekundär-Überhitzer 8b in Verbindung steht. In der Zeichnung ist jeweils der Einlass und der Auslass jedes der Nacherhitzer, der Überhitzer und der Wärmetauscher mit einem Pfeil gekennzeichnet.

Zwischen dem Nacherhitzer 7 im Durchlasskanal 2a und dem Wärmetauscher 5 ist gemäss der Erfindung ein Konvektions-Verdampfer 9 angeordnet und ferner ist zwischen dem Nacherhitzer 6a im Durchlasskanal 2b und dem Wärmetauscher 5 ein Konvektions-Verdampfer 10 angeordnet, die beide die Funktion eines Wärmetauschers im Hauptdampfsystem haben.

Wenn bei einem derart ausgebildeten Kessel eine grosse

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Rauchgasmenge in die Durchlasskanäle 2a und 2b eintritt, in welchen die Nacherhitzer 7 und 6a angeordnet sind, nimmt die Menge des durch den Durchlasskanal 2c mit dem darin angeordneten Primär-Überhitzer 8a strömenden Rauchgases ab, sodass auch die Wärmeaufnahme dieses Primär-Überhit-zers 8a abnimmt. Die Wärmeaufnahme in den beiden Kon-vektions-Verdampfern 9 und 10, die in Strömungsrichtung hinter den beiden Nacherhitzern 7 und 6a angeordnet sind, nimmt dann jedoch zu, wodurch der Fehlbetrag an Wärmeaufnahme durch den Primär-Überhitzer 8a kompensiert wird. Die Dampftemperaturen werden an den Auslassseiten der Überhitzer geregelt und an der Ausgangsseite des Feuerraums 1 wird ein bestimmtes Enthalpie-Niveau aufrecht erhalten. Wenn dann die durch den Primär-Überhitzer 8a strömende Rauchgasmenge ansteigt, so vermindert sich die in die Durchlasskanäle 2a und 2b mit den darin enthaltenen Nacherhitzern 7 und 6a einströmende Menge an Rauchgas und infolgedessen vermindert sich auch die Wärmeaufnahme der Konvektions-Verdampfer 9 und 10. Auf diese Weise wird die gesamte Wärmeaufnahme in dem Hauptdampfsystem und das Enthalpie-Niveau am Ausgang des Feuerraums auf einem bestimmten Niveau gleichbleibend gehalten. Infolgedessen wird selbst bei einer Veränderung des Verhältnisses der Rauchgasmenge, die zu den Nacherhitzern und den Überhitzern strömt, eine Abweichung der am

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Ausgang des Feuerraums 1 vorhandenen Temperatur auf minimalem Wert gehalten werden.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel stellt zwar einen Kessel mit doppelter Nacherhitzung und mit drei s Durchlasskanälen dar, die Erfindung ist aber auch ebenso bei einem Kessel mit einer Nacherhitzung und mit zwei Durchlasskanälen anwendbar.

Bei dem Kessel gemäss der vorliegenden Erfindung gilt allgemein, dass wenn das Verhältnis der Rauchgasmengen, die io zu den Nacherhitzern und den Überhitzern strömen, sich ändert und die Wärmeaufnahme durch die Überhitzer zunimmt oder abnimmt, eine solche Zunahme oder Abnahme durch die Konvektions-Verdampfer kompensiert wird, welche in Strömungsrichtung hinter den Nacherhitzern 15 in den Durchlasskanälen angeordnet sind. Die Temperaturabweichung am Ausgang des Feuerraums wird infolgedessen gering gehalten, sodass auch die Wärmebeanspruchung der wasserführenden Rohre gering bleibt. Dadurch werden auch die Wandungen des Feuerraums geschützt. Da ferner bei 20 diesem Kessel die Konvektions-Verdampfer zwischen den Nacherhitzern und dem Wärmetauscher oder mit anderen Worten in Strömungsrichtung hinter den Nacherhitzern und vor dem Wärmetauscher angeordnet sind, wird eine Verdampfung des Speisewassers an der Ausgangsseite des Wär-25 meaustauschers verhindert.

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1 Blatt Zeichnungen