DE1021377B

DE1021377B - Device to protect the reheater in high pressure steam power plants

Info

Publication number: DE1021377B
Application number: DES49678A
Authority: DE
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1956-07-11
Filing date: 1956-07-23
Publication date: 1957-12-27
Also published as: CH344082A

Description

Einrichtung zum Schutze des Zwischenüberhitzers in Hochdruckdampfkraftanlagen In Hochdruckdampfkraftanlagen verwendete Dampferzeuger mit großer Leistung, z. B. in bei überkritischem Druck arbeitende Dampferzeuger, sind häufig' im oberen Teil der Brennkammer Rohrbündel in Form von Schottwänden eingebaut. Diese Schottwände, die praktisch eine Strahlungsheizfläche darstellen, vergrößern nicht nur die in der Brennkammer untergebrachte Heizfläche, sondern stellen zugleich auch eine relativ stark beheizte Heizfläche dar. Durch diese Heizfläche kann andererseits aber auch eine oftmals erwünschte Herabsetzung der Temperatur des Heizgasstromes bei seinem Austritt aus der Brennkammer erreicht werden.Device to protect the reheater in high pressure steam power plants Steam generators used in high-pressure steam power plants with high power, e.g. B. in steam generators operating at supercritical pressure, they are often 'in the upper part built into the combustion chamber tube bundle in the form of bulkheads. These bulkheads which practically represent a radiant heating surface, not only enlarge the in the combustion chamber housed heating surface, but also represent a relative strongly heated heating surface. On the other hand, this heating surface can also an often desired lowering of the temperature of the heating gas flow at his Exit from the combustion chamber can be achieved.

Die Zuschaltung derartiger Schottwände entweder zu dem Verdampfungsteil oder zu dem Hochdrucküberhitzerteil des Dampferzeugers bringt in der Regel keine besonderen Schwierigkeiten mit sich. Werden aber die Schottwände zur Zwischenüberhitzung des auf einen Teildruck entspannten Dampfes verwendet, so kann sehr leicht der Fall eintreten, daß die scharf beheizten Stellen solcher Schottwände - also die Rohre der Randzone, die von dem Heizgasstrom zuerst getroffen werden - von dem entspannten und dabei gekühlten und deshalb wieder zwischenzuüberhitzenden Dampf unter Umständen nicht mehr in zu einer Kühlwirkung ausreichendem Maße durchströmt werden. Ein Verbrennen dieser Rohre der Schottwände ist dann die unvermeidbare Folge. Oft wird versucht, diese Unzulänglichkeit dadurch zu vermeiden, daß die Länge der äußeren Rohre der Schottwand gegenüber der Länge der den Innenraum der Schottwand ausfüllenden Rohrschlangen relativ kurz bemessen wird, um einen verringerten Strömungswiderstand und damit eine bessere Kühlwirkung in den äußeren Rohren zu erhalten. In vielen Fällen ist die dadurch erzielte Verbesserung der Kühlwirkung aber trotzdem nicht ausreichend. Außerdem ist eine derartige Lösung in konstruktiver Hinsicht nicht immer ohne Inkaufnahme anderer Nachteile anwendbar.The connection of such bulkheads either to the evaporation part or usually does not bring any to the high pressure superheater part of the steam generator particular difficulties with yourself. But if the bulkheads are used for reheating of the steam released to a partial pressure is used, this can very easily be the case occur that the sharply heated points of such bulkheads - that is, the pipes the edge zone that is hit by the heating gas flow first - the relaxed one and steam that is cooled and therefore re-superheated under certain circumstances are no longer flowed through to a sufficient extent for a cooling effect. A burn these pipes of the bulkheads is then the inevitable consequence. It is often tried to avoid this shortcoming by reducing the length of the outer tubes of the Partition wall opposite the length of the coils filling the interior of the partition wall is dimensioned relatively short to a reduced flow resistance and thus to get a better cooling effect in the outer tubes. In many cases it is the improvement in the cooling effect achieved as a result is still insufficient. In addition, such a solution is not always without acceptance from a construction point of view other disadvantages applicable.

Auch die von der Bremikammerauskleidung her an sich bekannte Anordnung Wasser- und dampfdurchflossener Kühlrohre vor gefährdeten Heizflächenrohren vermittelt keinen Hinweis auf die erfindungsgemäßen, bei der Ausbildung von Schottwänden getroffenen Maßnahmen.Also the arrangement known per se from the brake chamber lining Cooling pipes through which water and steam flow are conveyed in front of endangered heating surface pipes no reference to the inventive, taken in the formation of bulkheads Measures.

Die Erfindung zeigt einen Weg, um diese Schwierigkeiten zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht, daß bei einer mindestens teilweise in Schottwänden erfolgenden Zwischenüberhitzung die Randzonen der Schottwände mindestens an ihren stark beheizten Teilen Rohre aufweisen, die als Heizflächen für Hochdruckarbeitsmittel dienen. Demnach ist die Schottwand in zwei Zonen aufgeteilt, die. jede für sich, von einem Arbeitsmittel mit voneinander stark verschiedenem Druck durchströmt werden. Unter sonst gleichbleibenden Verhältnissen nimmt bekanntlich die Wärmeübergangszahl a ungefähr proportional mit dem Druck des Arbeitsmittels zu. Daher ist die Wärmeübergangszahl bei von Hochdruckarbeitsmittel durchströmten Rohren auch bei kleiner Geschwindigkeit des Arbeitsmittels immer noch verhältnismäßig hoch. Die gefährdete äußere Randzone der Schottwand kann daher wirkungsvoll genug durch Hochdruckarbeitsmittel gekühlt werden. Zur Kühlung des inneren Teiles der Schottwand, der nur noch einer verhältnismäßig geringen Wärmebelastung ausgesetzt ist, reicht dagegen das auf einen niederen Druck entspannte Arbeitsmittel mit einer relativ niedrigen Wärmeübergangszahl aus. Ein weiterer Vorteil dieser Aufteilung ist auch darin zu sehen, daß auch beim Anfahren des Dampferzeugers oder bei Schwachlastbetrieb immer genügend Hochdruckarbeitsmittel vorhanden ist, um die durch Wärmeeinwirkung am stärksten belastete äußere Randzone der Schottwand zu durchströmen, während der innere, durch Wärmeeinwirkung schwächer belastete Teil der Schottwand bei diesen Betriebszuständen auch von einer etwa nur in geringem Ausmaß zur Verfügung stehenden entspannten Arbeitsmittelmenge noch ausreichend gekühlt werden kann.The invention shows a way to avoid these difficulties. This is achieved by at least partially taking place in bulkheads Reheating the edge zones of the bulkheads at least at their strongly heated Parts have pipes that serve as heating surfaces for high-pressure working media. Therefore the bulkhead is divided into two zones, the. each for itself, from a work tool are flowed through with greatly differing pressures. Under otherwise constant As is well known, the heat transfer coefficient a takes with it proportionally the pressure of the working medium. Therefore, the heat transfer coefficient is from high pressure working fluid still flowed through pipes even at low speed of the working fluid relatively high. The endangered outer edge zone of the bulkhead can therefore be effective be cooled enough by high pressure working fluid. For cooling the inner part the bulkhead, which is only exposed to a relatively low thermal load is, on the other hand, the work equipment relaxed to a low pressure is sufficient with a relatively low heat transfer coefficient. Another advantage of this division can also be seen in the fact that even when starting up the steam generator or during low-load operation there is always enough high-pressure working fluid available to counteract the effects of heat to flow through the most heavily loaded outer edge zone of the bulkhead, during the internal, through the action of heat less stressed part of the bulkhead in these operating states also only available to a small extent standing relaxed amount of work equipment can still be adequately cooled.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es zweckmäßig sein, wenn mindestens die die Schottwände begrenzenden äußeren Rohre als Teile des Hochdrucküberhitzers ausgebildet sind. Es kann sich aber auch empfehlen, mindestens die die Schottwände begrenzenden äußeren Rohre als Teile des Verdampfungsteils des Dampferzeugers auszubilden. Es kann sich auch manchmal als vorteilhaft erweisen, mindestens die die Schottwände begrenzenden äußeren Rohre als Teile des Speisewasservorwärmer, auszubilden.In a further embodiment of the invention, it can be useful if at least the outer pipes delimiting the bulkheads as parts of the high-pressure superheater are trained. But it can also be recommended that at least the bulkheads to form limiting outer tubes as parts of the evaporation part of the steam generator. It can also prove beneficial at times, at least for the bulkheads limiting outer tubes as parts of the feedwater preheater.

Als Beispiele für die erfindungsgemäße Anlage sind mehrere Ausführungsmöglichkeiten in der Zeichnung schematisch dargestellt.As examples of the system according to the invention, there are several possible designs shown schematically in the drawing.

Fig. 1 bis 3 zeigen Schnittbilder von Hochdruckdampfkraftanlagen,während in den Fig. 4 bis 7 Ausbildungen der Schottwände wiedergegeben sind.Fig. 1 to 3 show sectional images of high pressure steam power plants, while 4 to 7 configurations of the bulkheads are shown.

Diesen Zeichnungen und der im Zusammenhang damit stehenden Beschreibung sind auch weitere Merkmale der Erfindung zu entnehmen. In allen Figuren sind die gleichen Einrichtungen mit den gleichen Bezugsziffern versehen.These drawings and the related description further features of the invention can also be found. In all the figures are the the same devices are provided with the same reference numerals.

In Fig. 1 ist der mit Schwenkbrennern beheizte Dampferzeuger mit 1 bezeichnet. Das Arbeitsmittel gelangt, wie durch Pfeile angedeutet. von der nicht gezeigten Speisewasserpumpe durch die Leitung 2 über den Vorwärmer 3 und den Verdampfungsteil 4 zu dem im Rauchgaszug untergebrachten ersten Gberhitzerteil 6. Von diesem strömt das Arbeitsmittel zu dem eine Wandauskleidung des oberen Teiles der Brennkammer bildenden zweiten Überhitzerteil 7 und von diesem zu einem ebenfalls im oberen Teil der Brennkammer untergebrachten dritten Überhitzerteil 8, dessen Rohre die Randzone einer Schottwand bilden. Von hier strömt das Arbeitsmittel über eine noch im Strahlungs- oder im Berührungsteil untergebrachte Endüberhitzerheizfläche 9 zu dem Hochdruckteil 10 der Turbinenanlage. Der dort entspannte Dampf gelangt über die Leitung 11 in den ersten Teil 12 eines Zwischenüberhitzers, der aus Schottwänden besteht, deren Randzone, wie vorstehend geschildert, von den Rohren des dritten Überhitzerteiles 8 gebildet ist. Das Arbeitsmittel gelangt anschließend nach Durchströmen des zweiten Teiles 13 des Zwischenüberhitzers, der im Berührungsteil oder auch teilweise noch im Strahlungsteil des Dampferzeugers untergebracht ist, zu dem Niederdruckteil 14 der Turbinenanlage, die den Generator 15 antreibt. Von der letzten Turbinenstufe führt die Leitung 16 über den hier nicht gezeigten Kondensator und die übrigen üblichen Einrichtungen wieder in den Dampferzeuger zurück. Mit 17 sind die Schwenkbrenner bezeichnet. 18 stellt einen Wasserabscheider dar, auf den im Falle eines Betriebes des Dampferzeugers mit kritischem oder überkritischem Druck unter Umständen auch verzichtet werden kann. Die einzelnen Heizflächen sind, soweit notwendig, an Kollektoren angeschlossen, von denen in Fig. 1 einige mit 5 und die Kollektoren für die Randzonenrohre der Schottwände mit 19 und 20 bezeichnet sind.In FIG. 1, the steam generator heated by swivel burners is indicated by 1 designated. The work equipment arrives as indicated by the arrows. of which not feed water pump shown through line 2 via the preheater 3 and the evaporation part 4 to the first superheater part 6 accommodated in the flue gas duct. From this flows the working fluid to the one wall lining of the upper part of the combustion chamber forming second superheater part 7 and from this to one also in the upper part the combustion chamber housed third superheater part 8, the tubes of which are the edge zone form a bulkhead. From here the working fluid flows over a still in the radiation or end superheater heating surface 9 housed in the contact part to the high pressure part 10 of the turbine system. The steam relaxed there arrives in via line 11 the first part 12 of a reheater, which consists of bulkheads, their Edge zone, as described above, of the tubes of the third superheater part 8 is formed. The working fluid then arrives after flowing through the second Part 13 of the reheater, which is in the contact part or also partially is accommodated in the radiation part of the steam generator, to the low-pressure part 14 the turbine system that drives the generator 15. From the last turbine stage leads the line 16 via the capacitor, not shown here, and the other usual ones Equipment back into the steam generator. At 17 the swivel burners are designated. 18 shows a water separator to which in the event of an operation of the steam generator with critical or supercritical pressure under certain circumstances can be dispensed with. The individual heating surfaces are, as far as necessary, on collectors connected, of which in Fig. 1 some with 5 and the collectors for the edge zone tubes 19 and 20 of the bulkheads are designated.

Während in Fig. 1 die die Schottwände begrenzenden äußeren Rohre Teile des Hochdrucküberhitzers darstellen, ist diese Randzone der Schottwände nach Fig. 2 als Teil der Verdampfungsheizfläche des Dampferzeugers ausgebildet. Die Rohre der <<Ferdampferheizfläche 4 sind hier an die die Randzonen der Schottwände bildenden Rohre 8' angeschlossen, die eine zweite Verdampferheizfläche darstellen. Diese zweite Verdampferheizfläche ist an die Abscheideflasche 18 angeschlossen. Der hier vom Wasser getrennte Dampf gelangt über die Überhitzerheizflächen 6, 7 und 9 zur Hochdruckturbine 10 und von dort über den in den Schottwänden untergebrachten ersten Zwischenüberhitzerteil 12 zu dem zweiten Zwischenüberhitzerteil 13 und dann zur \Tiederdruckturbine 14.While in Fig. 1, the partition walls delimiting the outer tubes parts of the high-pressure superheater, this edge zone of the bulkheads according to Fig. 2 designed as part of the evaporation heating surface of the steam generator. The pipes the << Ferdampferheizfläche 4 are here on the edge zones of the bulkheads forming tubes 8 'connected, which represent a second evaporator heating surface. This second evaporator heating surface is connected to the separation bottle 18. The steam, which is separated from the water here, passes through the superheater heating surfaces 6, 7 and 9 to the high pressure turbine 10 and from there over the one housed in the bulkheads first reheater part 12 to the second reheater part 13 and then to the low pressure turbine 14.

Nach Fig. 3 sind die die Randzone der Schottwände bildenden Rohre 8" an die Vorwärmerheizfläche 3 angeschlossen. Die Rohre 8" stellen somit einen Teil des Speisewasservorwärmers dar. Aus diesen Schottenrohren strömt das Arbeitsmittel über die Verdampferheizfläche 4. den Abscheider 18 und anschließend durch die t%erhitzerheizflächen 6, 7 und 9 zur Hochdruckturbine 10 und von hier weiter. wie bei den Fig. 1 und 2 beschrieben ist. Es ist selbstverständlich, daß an Stelle des in den Figuren gezeigten einen Rohres eine Vielzahl von Rohrsträngen je nach Erfordernis ohne oder mit Verbindung durch Kollektoren untereinander verwendet werden kann. Auch die verschiedenen Heizflächen können jeweils eine voneinander verschiedene Anzahl von Rohrsträngen enthalten.According to FIG. 3, the tubes forming the edge zone of the bulkheads are shown 8 ″ connected to the preheater heating surface 3. The pipes 8 ″ thus represent a Part of the feed water preheater. The working fluid flows out of these bulkheads Via the evaporator heating surface 4. the separator 18 and then through the t% heater heating surfaces 6, 7 and 9 to the high pressure turbine 10 and from here on. as in FIGS. 1 and 2 is described. It goes without saying that instead of that shown in the figures a pipe a variety of pipe strings with or without connection, depending on the requirements can be used by collectors among each other. Also the various heating surfaces can each contain a different number of pipe strings.

Die Schottwände sind, wie aus dem in Fig. 4 gezeigten Schnittbild hervorgeht, in Abstand voneinander angeordnet, so daß die Heizgase ungehindert zwischen ihnen hindurchströmen können. Die Rohranordnung in den Schottwänden ist so getroffen. daß der Heizgasstrom zuerst auf die äußeren Rohre 8 bzw. 8' oder 8" einer jeden Schottwand und erst dann auf die den inneren Teil dieser Wände ausfüllenden, vorzugsweise schlangenförmig mehrfach gewundenen Rohre der Zwischenüberhitzerheizfläche 12 trifft.The bulkheads are as shown in the sectional view shown in FIG is shown, spaced from each other so that the heating gases unhindered between can flow through them. The pipe arrangement in the bulkheads is made like this. that the heating gas flow first to the outer tubes 8 or 8 'or 8 "of each Bulkhead and only then on the filling the inner part of these walls, preferably The serpentine multiple wound tubes of the reheater heating surface 12 meets.

Nach den in Fig. 5, 6 und 7 gezeigten Ausführungsmöglichkeiten von Schottwänden besteht deren Randzone aus einer Vielzahl von parallelen und in einer Ebene angeordneten, gegebenenfalls auch schlangenförmig gewundenen Rohren. die zu der Heizfläche 8 bzw. 8' oder 8" gehören. Der innere Teil der Schottwand ist mit einer Vielzahl von ebenfalls parallel und in einer Ebene angeordneten, erforderlichenfalls auch schlangenförmig gewundenen Rohren der Heizfläche 12 ausgefüllt. Nach Fig. 5 sind die die Randzone bildenden Rohre an der Unterseite der Schottwand mehrfach schlangenförmig in einer Ebene gewunden. Diese Ausbildung ermöglicht es auch bei einem gegebenen zur Verfügung stehenden Platz für die Schottwand, z. B. durch Vermehrung oder Verminderung der unteren schlangenförmigen Windungen der Randzonenrohre, die Größe der Zwischenüberhitzerheizfläche der jeweils gewünschten Wärmeaufnahme anzupassen.According to the possible embodiments shown in FIGS. 5, 6 and 7 Partition walls whose edge zone consists of a large number of parallel and in one Plane arranged, possibly also serpentine tubes. the to of the heating surface 8 or 8 'or 8 "belong. The inner part of the bulkhead is with a plurality of also arranged in parallel and in one plane, if necessary also filled in serpentine coiled tubes of the heating surface 12. According to FIG. 5 the pipes forming the edge zone are multiple on the underside of the bulkhead serpentine in one plane. This training also makes it possible at a given space available for the bulkhead, e.g. B. through propagation or reduction of the lower serpentine turns of the edge zone tubes, the Adapt the size of the reheater heating surface to the required heat absorption.

Nach Fig. 6 ist die Schottwand nur an zwei Seiten von einer haarnadelförmig und an ihrem unteren Teil rechtwinklig abgebogenen Randzonenrohrfläche 8 begrenzt. Eine derartige Ausbildung der Schottwand kann zweckmäßig sein, wenn dieSchottwand unmittelbar an einer Seitenwand der Brennkammer angeordnet ist und vorzugsweise nur unten und an einer Seite von den Heizgasen angeströmt wird.According to Fig. 6, the bulkhead is only hairpin-shaped on two sides of one and border zone tube surface 8 which is bent at right angles at its lower part. Such a design of the bulkhead can be useful if the bulkhead is arranged directly on a side wall of the combustion chamber and preferably the heating gases flow only below and on one side.

In Fig. 7 ist eine symmetrische Aufteilung der die Zwischenüberhitzerheizfläche 12 bildenden Rohrstränge dargestellt. Vom Kollektor 21 aus tritt hier der zwischenzuüberhitzende Dampf über zwei Teilkollektoren in die Mitte der Schottwand in zwei Teilströmen ein. die von hier nach den äußeren heißeren Randpartien der Schottwand zu umgelenkt werden und nach Sammlung in zwei anderenTeilkollektoren anschließend sich wieder in dem Kollektor 22 vereinigen.In Fig. 7 is a symmetrical division of the reheater heating surface 12 forming pipe strings shown. The one to be reheated occurs here from the collector 21 Steam through two partial collectors in the middle of the bulkhead in two partial flows a. from here to the outer, hotter edge areas the bulkhead to be diverted and then after collection in two other sub-collectors reunite in the collector 22.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. High-pressure steam power plant with at least partially intermediate overheating of the one which is released to a partial pressure in bulkheads Steam, characterized in that the edge zones of the bulkheads at least Their strongly heated parts have tubes that serve as heating surfaces for high-pressure working media to serve.

2. High pressure steam power plant according to claim 1, characterized in that at least the outer pipes delimiting the bulkheads as parts of the high-pressure superheater are trained.

3. Hochdruclcdampfkraftanlage according to claim 1, characterized in that that at least the outer tubes delimiting the bulkheads as parts of the evaporation part of the steam generator are formed.

4. High pressure steam power plant according to claim 1, characterized in that at least the outer bounding the bulkheads Pipes are designed as parts of the feed water preheater.