EP1512906A1 - Once-through steam generator of horizontal construction and method of operating said once-through steam generator - Google Patents

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EP1512906A1
EP1512906A1 EP03020022A EP03020022A EP1512906A1 EP 1512906 A1 EP1512906 A1 EP 1512906A1 EP 03020022 A EP03020022 A EP 03020022A EP 03020022 A EP03020022 A EP 03020022A EP 1512906 A1 EP1512906 A1 EP 1512906A1
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EP
European Patent Office
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steam generator
flow
evaporator
heating
durchlaufheizfläche
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03020022A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Joachim Dr. Franke
Rudolf Kral
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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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Priority to US10/570,652 priority patent/US7406928B2/en
Priority to EP04763713A priority patent/EP1660813A1/en
Priority to BRPI0413203-3A priority patent/BRPI0413203A/en
Priority to CNB2004800268289A priority patent/CN100420899C/en
Priority to AU2004274585A priority patent/AU2004274585B2/en
Priority to PCT/EP2004/008644 priority patent/WO2005028956A1/en
Priority to UAA200602258A priority patent/UA87279C2/en
Priority to CA2537466A priority patent/CA2537466C/en
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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
    • F22B29/06—Steam boilers of forced-flow type of once-through type, i.e. built-up from tubes receiving water at one end and delivering superheated steam at the other end of the tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1807—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
    • F22B1/1815—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines using the exhaust gases of gas-turbines

Definitions

  • the invention relates to a continuous steam generator, wherein in one in an approximately horizontal heating gas direction fürströmbarem Schukanal an evaporator fürlauf carving Structure is arranged, which a number of to flow through a flow medium connected in parallel steam generator tubes includes.
  • a gas and steam turbine plant In a gas and steam turbine plant is in the relaxed Working fluid or fuel gas contained in the gas turbine Heat used to generate steam for the steam turbine.
  • the heat transfer takes place in one of the gas turbine downstream Heat recovery steam generator, in which usually a Number of heating surfaces for water pre-heating, for steam generation and are arranged for steam overheating.
  • the heating surfaces are connected in the water-steam cycle of the steam turbine.
  • the water-steam cycle usually includes several, z. B. three, pressure levels, each pressure level one Evaporator can have.
  • a continuous steam generator In contrast to a natural or forced circulation steam generator, a continuous steam generator is not subject to any pressure limitation, so that fresh steam pressures are possible far above the critical pressure of water (P Kri ⁇ 221 bar) - where there are only slight differences in density between liquid-like and vapor-like medium.
  • a high live steam pressure promotes a high thermal efficiency and thus low CO 2 emissions of a fossil-fired power plant.
  • a continuous steam generator in comparison to a circulating steam generator a simple construction and is thus produced with very little effort.
  • the use of a designed according to the flow principle steam generator as heat recovery steam generator of a gas and steam turbine plant is therefore particularly favorable to achieve a high overall efficiency of the gas and steam turbine plant with a simple design.
  • a steam generator which is suitable for a design in horizontal construction and also having the said advantages of a continuous steam generator.
  • the known steam generator in terms of his Evaporator fürlaufterrorism relationship designed such that a compared to another steam generator tube of the same Evaporator continuous heating surface more heated steam generator tube a higher compared to the other steam generator tube Having flow rate of the flow medium.
  • the evaporator continuous heating surface the known steam generator thus shows in the nature of the flow characteristic of a natural circulation evaporator heating surface (Natural circulation characteristic) when occurring different heating of individual steam generator tubes a self-stabilizing behavior without the requirement external influence to an alignment of the exit side Temperatures also at differently heated, flow medium side connected in parallel steam generator tubes leads.
  • this design concept requires that the well-known steam generator for a feed with flow medium provided with comparatively low mass flow density is.
  • the invention is therefore based on the object, a continuous steam generator of the above mentioned type, too at a Feeding with flow medium with comparatively large mass flow densities a particularly high operational Security guaranteed. Furthermore, a particularly suitable Method for operating the steam generator of the above be specified type mentioned.
  • Counterflow to the Schutal flow-through Walker michunsegment includes, the flow-medium-side outlet in Seen heating gas direction is positioned so that the in the operating case at the outlet of the evaporator fürlaufterrorism construction adjusting, pressure-dependent saturated steam temperature by less than a given maximum deviation from the Operating case at the position of the exit of the Schuvicsegments deviates from the prevailing heating gas temperature.
  • the invention is based on the consideration that in the Feeding the evaporator fürlaufsammlung-3 with comparatively large mass flow densities a locally different Heating individual pipes, the flow conditions such could affect that of less heated and more heated pipes less heated pipes flowed through by more flow medium become. More heated pipes would be worse in this case cooled as underheated pipes, so that the occurring Temperature differences would be amplified automatically. To this Fall even without active influence on the flow conditions To be able to respond effectively, the system should be for a fundamental and global limitation of possible temperature differences be designed suitable. This is the knowledge usable, that at the exit from the evaporator fürlaufsammlungncing the flow medium at least substantially saturated steam temperature given by the pressure in the steam generator tube must have.
  • the positioning of the exit is the Evaporator continuous heating surface in relation to the temperature profile of the heating gas in the throttle cable selected such that a maximum deviation is maintained at about 50 ° C, so in terms of on available materials and other design parameters ensures a particularly high level of operational safety is.
  • the heating surface for the implementation from all process sections of the complete evaporation, So from preheating, evaporation and at least partial overheating, in a single stage, so without intermediate components to collect and / or distributing the flow medium, suitably formed.
  • the heating surface for the implementation from all process sections of the complete evaporation, So from preheating, evaporation and at least partial overheating, in a single stage, so without intermediate components to collect and / or distributing the flow medium, suitably formed.
  • the steam generator tubes includes a number of the steam generator tubes in each case a plurality of flow medium side alternately cascaded riser pipe sections and downpipes.
  • the flow medium side is advantageously Entry of the evaporator continuous heating surface designed as a riser pipe and so close to the hot gas side Inlet of the evaporator continuous heating surface arranged, that during operation, the steam generator tubes flowing through Flow medium at the inlet of the first downcomer piece a flow rate of more than a predetermined one Minimum speed has.
  • the first riser and downcomer pieces preferably form a further heating surface segment arranged in DC circuit, also referred to below as DC segment, which is advantageously arranged in countercurrent circuit Schuvinsegment, in the following also countercurrent segment called upstream flow medium side is connected.
  • the steam generator is used as a heat recovery steam generator a gas and steam turbine plant used.
  • the steam generator advantageously loomgas briefly one Gas turbine downstream.
  • this circuit may suitably behind the gas turbine an additional firing to increase be arranged the heating gas temperature.
  • the stated object is achieved by the flow medium in Schugasraum seen at a Position removed from the evaporator fürlaufsammlung Structure at which the heating gas temperature prevailing during operation less than a given maximum deviation from the during operation due to the pressure loss in the evaporator continuous heating surface adjusting saturated steam temperature differs.
  • the flow medium before its exit from the evaporator fürlauf redesign in countercurrent led to the fuel gas with additional or alternative advantageous embodiment, a maximum deviation of about 50 ° C is specified.
  • the flow medium is advantageously already at or immediately after entering the Evaporator continuous heating surface of such a strong heating exposed to it in a first downer of the respective steam generator tube a flow velocity of more than a predetermined minimum speed.
  • the minimum speed is for taking along generated in the respective first downpipe piece Steam bubbles required flow rate specified.
  • the feeding of the evaporator fürlaufsammlung construction takes place thus such that the comparatively high flow rate already in the first downflowed steam generator tube the desired deadweight on the possibly causes existing vapor bubbles. flow instabilities due to a movement of rising vapor bubbles contrary to the flow direction of the flow medium can thus safely avoided.
  • the advantages achieved by the invention are in particular in that by the now provided, to the temperature profile the heating gas in the throttle cable adapted positioning the flow-medium-side outlet of the evaporator fürlaufterrorism simulation the total in the evaporation of the flow medium Achievable temperature interval between saturated steam temperature of the flow medium and heating gas temperature the exit point is narrowed comparatively narrow, so that regardless of the flow conditions only small outlet-side temperature differences are possible. Thereby can be a sufficient approximation of the temperatures of the flow medium be ensured in any operating condition. In addition, however, it is also ensured that the possible Exit temperatures limited in their absolute height are, so that given by the material properties permissible limit temperatures remain safely below.
  • FIG shows simplified in Representation in longitudinal section a continuous steam generator in lying construction.
  • the continuous steam generator 1 according to the FIG is in the manner of a Heat recovery steam generator of a not shown Gas turbine downstream on the exhaust side.
  • the continuous steam generator 1 has a surrounding wall 2, the one in a approximately horizontal, indicated by the arrows 4
  • In the heating gas channel 6 is one each Number of heating surfaces designed according to the flow principle, Also referred to as evaporator fürlauf costumes configuration 8, arranged.
  • evaporator fürlauf costumes arranged in the embodiment according to the FIG is only an evaporator pass-through heating surface 8 is shown, but it can also a larger number of evaporator fürlauf redesign be provided.
  • the evaporator through-flow 8 formed evaporator system is acted upon by flow medium W, the with a single pass through the evaporator fürlaufsammlung Structure Evaporates 8 and after exiting the evaporator fürlaufsammlung Structure 8 discharged as vapor D and usually superheater heating surfaces supplied for further overheating becomes.
  • the formed from the evaporator fürlaufsammlung construction 8 Evaporator system is in the water-steam cycle, not shown a steam turbine switched.
  • the evaporator system are in the water-steam cycle of the Steam turbine a number of others, not closer in the FIG switched shown heating surfaces. At the heating surfaces These may be, for example, superheaters, medium-pressure evaporators, Low pressure evaporator and / or act to preheater.
  • the evaporator passage heating surface 8 of the continuous steam generator 1 Comprises in the manner of a tube bundle Plural of parallel to the flow of the flow medium W switched steam generator tubes 12. It is in each case a plurality of steam generator tubes 12 in Schugasraum x seen side by side. It is only each one of the juxtaposed steam generator tubes 12th visible, noticeable.
  • the steam generator pipes arranged next to each other 12 is flow side before its entry 13th in the heating gas 6 each have a common inlet collector 14 before and after their exit 16 from the Schugaskanal. 6 a common outlet header 18 downstream.
  • the Steam generator tubes 12 include a number of the flow medium W in upwardly flowed through riser pieces 20 and downflow through downpipes 22, in each case by flowed through in a horizontal direction overflow 24 are interconnected.
  • the continuous steam generator 1 is for a particularly high operational Security and consistent suppression of Also referred to as temperature imbalance significant temperature differences at the exit 16 between adjacent ones Steam generator tubes 12 even with a feed with comparatively designed high mass flow densities.
  • a Number of each interconnected by overflow 24 Riser pipe pieces 20 and downpipe pieces 22 form
  • another, in DC to Walkergasraum x switched Schuvicsegment 28 which is the Schumatisegment 26 is connected upstream. Through this circuit is the positioning the outlet 16 seen in Bankgasraum x selectable. This positioning is in the continuous steam generator.
  • An arrangement of downwardly flowed pipe sections as the downcomers 22 within the Schugaskanals 6th is basically only possible if by appropriate measures the stability of the flow within the steam generator tubes 12 is ensured.
  • a heating from downwards namely, through-flow pipe sections can generally for the formation of vapor bubbles in the flow medium W lead, if, due to their low specific Weight against the flow direction of the flow medium W rise, the stability of the flow and thus the operational Safety of the continuous steam generator 1 impair could.
  • the steam generator tubes 12 each comprise a plurality of flow medium side alternately connected in series Riser pipe pieces 20 and downcomers 22 which within the Schugaskanals 6 laid, so a heating by the fuel gas are exposed.
  • the inlet 13 is at the gas inlet of the evaporator fürlaufsammlung design 8, ie in Walkergasraum x far ahead in the heating gas channel 6, arranged.
  • the arrangement of the entrance 13 in the region of the Schugaskanals 6, in which the Heating gas has the highest temperature is a very fast Heating and thus evaporation of the flow medium W achieved in the steam generator tubes 12. Because the flow velocity a water-steam mixture at the same Mass flow rate is higher, the greater the vapor content and thus the specific volume of the mixture is reached the flow medium W in this arrangement of the inlet collector 14 comparatively fast a high flow velocity.

Abstract

The throughflow steam generator (1) has an evaporator throughflow heating surface (8) in a hot gas channel (6) through which gas can flow approximately horizontally with a number of steam generator tubes (12) in parallel and a heating surface segment (26) that can carry an opposite flow of the flowing medium and has an outlet (16) positioned so that the saturated steam temperature at the outlet of the evaporator throughflow heating surface deviates by less than a maximum value from the hot gas temperature at the heating surface segment outlet position in the operating case. An independent claim is also included for the following: (a) a method of operating an inventive throughflow steam generator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Durchlaufdampferzeuger, bei dem in einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung durchströmbarem Heizgaskanal eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche angeordnet ist, die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums parallel geschalteten Dampferzeugerrohren umfasst.The invention relates to a continuous steam generator, wherein in one in an approximately horizontal heating gas direction durchströmbarem Heizgaskanal an evaporator Durchlaufheizfläche is arranged, which a number of to flow through a flow medium connected in parallel steam generator tubes includes.

Bei einer Gas- und Dampfturbinenanlage wird die im entspannten Arbeitsmittel oder Heizgas aus der Gasturbine enthaltene Wärme zur Erzeugung von Dampf für die Dampfturbine genutzt. Die Wärmeübertragung erfolgt in einem der Gasturbine nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger, in dem üblicherweise eine Anzahl von Heizflächen zur Wasservorwärmung, zur Dampferzeugung und zur Dampfüberhitzung angeordnet sind. Die Heizflächen sind in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschaltet. Der Wasser-Dampf-Kreislauf umfasst üblicherweise mehrere, z. B. drei, Druckstufen, wobei jede Druckstufe eine Verdampferheizfläche aufweisen kann.In a gas and steam turbine plant is in the relaxed Working fluid or fuel gas contained in the gas turbine Heat used to generate steam for the steam turbine. The heat transfer takes place in one of the gas turbine downstream Heat recovery steam generator, in which usually a Number of heating surfaces for water pre-heating, for steam generation and are arranged for steam overheating. The heating surfaces are connected in the water-steam cycle of the steam turbine. The water-steam cycle usually includes several, z. B. three, pressure levels, each pressure level one Evaporator can have.

Für den der Gasturbine als Abhitzedampferzeuger heizgasseitig nachgeschalteten Dampferzeuger kommen mehrere alternative Auslegungskonzepte, nämlich die Auslegung als Durchlaufdampferzeuger oder die Auslegung als Umlaufdampferzeuger, in Betracht. Bei einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung von als Verdampferrohren vorgesehenen Dampferzeugerrohren zu einer Verdampfung des Strömungsmediums in den Dampferzeugerrohren in einem einmaligen Durchlauf. Im Gegensatz dazu wird bei einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger das im Umlauf geführte Wasser bei einem Durchlauf durch die Verdampferrohre nur teilweise verdampft. Das dabei nicht verdampfte Wasser wird nach einer Abtrennung des erzeugten Dampfes für eine weitere Verdampfung den selben Verdampferrohren erneut zugeführt.For the gas turbine as a heat recovery steam generator on the heating gas side Downstream steam generators come several alternative Design concepts, namely the design as a continuous steam generator or the design as a circulating steam generator, into consideration. In a continuous steam generator, the heating leads from intended as evaporator tubes steam generator tubes an evaporation of the flow medium in the steam generator tubes in a one-time pass. In contrast, will in a natural or forced circulation steam generator in circulation Guided water in one pass through the evaporator tubes only partially evaporated. The unevaporated water is after a separation of the generated vapor for a further evaporation supplied to the same evaporator tubes again.

Ein Durchlaufdampferzeuger unterliegt im Gegensatz zu einem Natur- oder Zwangumlaufdampferzeuger keiner Druckbegrenzung, so dass Frischdampfdrücke weit über dem kritischen Druck von Wasser (PKri ≈ 221 bar) - wo es nur noch geringe Dichteunterschiede gibt zwischen flüssigkeitsähnlichem und dampfähnlichem Medium - möglich sind. Ein hoher Frischdampfdruck begünstigt einen hohen thermischen Wirkungsgrad und somit niedrige CO2-Emissionen eines fossilbeheizten Kraftwerks. Zudem weist ein Durchlaufdampferzeuger im Vergleich zu einem Umlaufdampferzeuger eine einfache Bauweise auf und ist somit mit besonders geringem Aufwand herstellbar. Die Verwendung eines nach dem Durchlaufprinzip ausgelegten Dampferzeugers als Abhitzedampferzeuger einer Gas- und Dampfturbinenanlage ist daher zur Erzielung eines hohen Gesamtwirkungsgrades der Gas- und Dampfturbinenanlage bei einfacher Bauweise besonders günstig.In contrast to a natural or forced circulation steam generator, a continuous steam generator is not subject to any pressure limitation, so that fresh steam pressures are possible far above the critical pressure of water (P Kri ≈ 221 bar) - where there are only slight differences in density between liquid-like and vapor-like medium. A high live steam pressure promotes a high thermal efficiency and thus low CO 2 emissions of a fossil-fired power plant. In addition, a continuous steam generator in comparison to a circulating steam generator a simple construction and is thus produced with very little effort. The use of a designed according to the flow principle steam generator as heat recovery steam generator of a gas and steam turbine plant is therefore particularly favorable to achieve a high overall efficiency of the gas and steam turbine plant with a simple design.

Besondere Vorteile hinsichtlich des Herstellungsaufwands, aber auch hinsichtlich erforderlicher Wartungsarbeiten, bietet ein Abhitzedampferzeuger in liegender Bauweise, bei dem das beheizende Medium oder Heizgas, also das Abgas aus der Gasturbine, in annähernd horizontaler Strömungsrichtung durch den Dampferzeuger geführt ist. Bei einem Durchlaufdampferzeuger in liegender Bauweise können die Dampferzeugerrohre einer Heizfläche jedoch je nach ihrer Positionierung einer stark unterschiedlichen Beheizung ausgesetzt sein. Insbesondere bei ausgangsseitig mit einem gemeinsamen Sammler verbundenen Dampferzeugerrohren kann eine unterschiedliche Beheizung einzelner Dampferzeugerrohre zu einer Zusammenführung von Dampfströmen mit stark voneinander abweichenden Dampfparametern und somit zu unerwünschten Wirkungsgradverlusten, insbesondere zu einer vergleichsweise verringerten Effektivität der betroffenen Heizfläche und einer dadurch reduzierten Dampferzeugung, führen. Eine unterschiedliche Beheizung benachbarter Dampferzeugerrohre kann zudem, insbesondere im Einmündungsbereich von Sammlern, zu Schäden an den Dampferzeugerrohren oder dem Sammler führen. Die an sich wünschenswerte Verwendung eines in liegender Bauweise ausgeführten Durchlaufdampferzeugers als Abhitzedampferzeuger für eine Gasturbine kann somit erhebliche Probleme hinsichtlich einer ausreichend stabilisierten Strömungsführung mit sich bringen.Special advantages in terms of production costs, but also with regard to required maintenance work a heat recovery steam generator in horizontal construction, in which the heating medium or heating gas, ie the exhaust gas from the Gas turbine, in approximately horizontal flow direction the steam generator is guided. In a continuous steam generator in horizontal design, the steam generator tubes a Heating surface, however, depending on their positioning a strong be exposed to different heating. Especially at on the output side connected to a common collector Steam generator tubes can be a different heating individual Steam generator tubes to a merger of steam streams with strongly divergent steam parameters and thus to undesirable efficiency losses, in particular to a comparatively reduced effectiveness of the affected Heating surface and thereby reduced steam generation, to lead. A different heating adjacent Steam generator tubes can also, in particular in the junction area from collectors, to damage to the steam generator pipes or the collector. The desirable use a laid in horizontal construction continuous flow steam generator as a heat recovery steam generator for a gas turbine can thus considerable problems with respect to a sufficiently stabilized Flow guidance with it.

Aus der EP 0 944 801 B1 ist ein Dampferzeuger bekannt, der für eine Auslegung in liegender Bauweise geeignet ist und zudem die genannten Vorteile eines Durchlaufdampferzeugers aufweist. Dazu ist der bekannte Dampferzeuger hinsichtlich seiner Verdampfer-Durchlaufheizfläche derart ausgelegt, dass ein im Vergleich zu einem weiteren Dampferzeugerrohr derselben Verdampfer-Durchlaufheizfläche mehrbeheiztes Dampferzeugerrohr einen im Vergleich zum weiteren Dampferzeugerrohr höheren Durchsatz des Strömungsmediums aufweist. Die Verdampfer-Durchlaufheizfläche des bekannten Dampferzeugers zeigt somit in der Art der Strömungscharakteristik einer Naturumlaufverdampferheizfläche (Naturumlaufcharakteristik) bei auftretender unterschiedlicher Beheizung einzelner Dampferzeugerrohre ein selbststabilisierendes Verhalten, das ohne das Erfordernis äußerer Einflussnahme zu einer Angleichung der austrittsseitigen Temperaturen auch an unterschiedlich beheizten, strömungsmediumseitig parallel geschalteten Dampferzeugerrohren führt. Allerdings bedingt dieses Auslegungskonzept, dass der bekannte Dampferzeuger für eine Bespeisung mit Strömungsmedium mit vergleichsweise geringer Massenstromdichte vorgesehen ist.From EP 0 944 801 B1 a steam generator is known which is suitable for a design in horizontal construction and also having the said advantages of a continuous steam generator. For this purpose, the known steam generator in terms of his Evaporator Durchlaufheizfläche designed such that a compared to another steam generator tube of the same Evaporator continuous heating surface more heated steam generator tube a higher compared to the other steam generator tube Having flow rate of the flow medium. The evaporator continuous heating surface the known steam generator thus shows in the nature of the flow characteristic of a natural circulation evaporator heating surface (Natural circulation characteristic) when occurring different heating of individual steam generator tubes a self-stabilizing behavior without the requirement external influence to an alignment of the exit side Temperatures also at differently heated, flow medium side connected in parallel steam generator tubes leads. However, this design concept requires that the well-known steam generator for a feed with flow medium provided with comparatively low mass flow density is.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Durchlaufdampferzeuger der oben genannten Art anzugeben, der auch bei einer Bespeisung mit Strömungsmedium mit vergleichsweise großen Massenstromdichten eine besonders hohe betriebliche Sicherheit gewährleistet. Des Weiteren soll ein besonders geeignetes Verfahren zum Betreiben des Dampferzeugers der oben genannten Art angegeben werden. The invention is therefore based on the object, a continuous steam generator of the above mentioned type, too at a Feeding with flow medium with comparatively large mass flow densities a particularly high operational Security guaranteed. Furthermore, a particularly suitable Method for operating the steam generator of the above be specified type mentioned.

Bezüglich des Durchlaufdampferzeugers wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem die ein vom Strömungsmedium im Gegenstrom zum Heizgaskanal durchströmbares Heizflächensegment umfasst, dessen strömungsmediumseitiger Austritt in Heizgasrichtung gesehen derart positioniert ist, dass die sich im Betriebsfall am Austritt der Verdampfer-Durchlaufheizfläche einstellende, druckabhängige Sattdampftemperatur um weniger als eine vorgegebene Maximalabweichung von der im Betriebsfall an der Position des Austritts des Heizflächensegments herrschenden Heizgastemperatur abweicht.With respect to the continuous steam generator, this object is achieved according to the invention solved by the one in the flow medium Counterflow to the Heizgaskanal flow-through Heizflächensegment includes, the flow-medium-side outlet in Seen heating gas direction is positioned so that the in the operating case at the outlet of the evaporator Durchlaufheizfläche adjusting, pressure-dependent saturated steam temperature by less than a given maximum deviation from the Operating case at the position of the exit of the Heizflächensegments deviates from the prevailing heating gas temperature.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass bei der Bespeisung der Verdampfer-Durchlaufheizfläche mit vergleichsweise großen Massenstromdichten eine lokal unterschiedliche Beheizung einzelner Rohre die Strömungsverhältnisse derart beeinflussen könnte, dass mehrbeheizte Rohre von weniger und weniger beheizte Rohre von mehr Strömungsmedium durchströmt werden. Mehrbeheizte Rohre würden in diesem Fall schlechter gekühlt als minderbeheizte Rohre, so dass die auftretenden Temperaturdifferenzen selbsttätig verstärkt würden. Um diesem Fall auch ohne aktive Beeinflussung der Strömungsverhältnisse wirksam begegnen zu können, sollte das System für eine grundsätzliche und globale Begrenzung möglicher Temperaturunterschiede geeignet ausgelegt sein. Dazu ist die Erkenntnis nutzbar, dass am Austritt aus der Verdampfer-Durchlaufheizfläche das Strömungsmedium zumindest die im Wesentlichen durch den Druck im Dampferzeugerrohr gegebene Sattdampftemperatur aufweisen muss. Andererseits kann das Strömungsmedium aber maximal die Temperatur aufweisen, die das Heizgas an der Austrittsstelle des Strömungsmediums aus der Verdampfer-Durchlaufheizfläche hat. Durch eine geeignete Abstimmung dieser beiden das mögliche Temperaturintervall überhaupt eingrenzenden Grenztemperaturen aufeinander können somit auch die maximal möglichen Temperaturschieflagen geeignet begrenzt werden. Durch die Aufteilung der Verdampfer-Durchlaufheizfläche in ein austrittsseitiges Gegenstromsegment und ein diesem heizgas- und medienseitig vorgeschaltetes weiteres Segment ist der Austritt in Heizgasrichtung frei positionierbar, so dass ein zusätzlicher Auslegungsparameter verfügbar ist. Ein besonders geeignetes Mittel zur Abstimmung der beiden Grenztemperaturen aufeinander ist dabei die gezielte Positionierung des Austritts der Verdampfer-Durchlaufheizfläche in Strömungsrichtung des Heizgases gesehen.The invention is based on the consideration that in the Feeding the evaporator Durchlaufheizfläche with comparatively large mass flow densities a locally different Heating individual pipes, the flow conditions such could affect that of less heated and more heated pipes less heated pipes flowed through by more flow medium become. More heated pipes would be worse in this case cooled as underheated pipes, so that the occurring Temperature differences would be amplified automatically. To this Fall even without active influence on the flow conditions To be able to respond effectively, the system should be for a fundamental and global limitation of possible temperature differences be designed suitable. This is the knowledge usable, that at the exit from the evaporator Durchlaufheizfläche the flow medium at least substantially saturated steam temperature given by the pressure in the steam generator tube must have. On the other hand, the flow medium but have the maximum temperature, the heating gas at the Exit point of the flow medium from the evaporator Durchlaufheizfläche Has. By a suitable vote this both limiting the possible temperature interval at all Limit temperatures can therefore also on each other the maximum possible temperature imbalances suitably limited become. By the division of the evaporator Durchlaufheizfläche in an exit-side countercurrent segment and this heating gas and media side upstream another segment is the outlet in Heizgasrichtung freely positionable, so that an additional design parameter is available. One particularly suitable means for adjusting the two limit temperatures the targeted positioning is one another the exit of the evaporator Durchlaufheizfläche in Flow direction of the fuel gas seen.

Vorteilhafterweise ist die Positionierung des Austritts der Verdampfer-Durchlaufheizfläche in Relation zum Temperaturprofil des Heizgases im Gaszug derart gewählt, dass eine Maximalabweichung von etwa 50 °C eingehalten ist, so dass im Hinblick auf verfügbare Materialien und weitere Auslegungsparameter eine besonders hohe betriebliche Sicherheit gewährleistet ist.Advantageously, the positioning of the exit is the Evaporator continuous heating surface in relation to the temperature profile of the heating gas in the throttle cable selected such that a maximum deviation is maintained at about 50 ° C, so in terms of on available materials and other design parameters ensures a particularly high level of operational safety is.

Eine besonders einfache und somit auch robuste Bauweise ist erreichbar, indem die Heizfläche besonders im Hinblick auf Sammlung und Verteilung des Strömungsmediums besonders einfach ausgeführt ist. Dabei ist die Heizfläche für die Durchführung von allen Prozessabschnitten der vollständigen Verdampfung, also von Vorwärmung, Verdampfung und zumindest teilweiser Überhitzung, in lediglich einer einzigen Stufe, also ohne zwischen geschaltete Komponenten zum Sammeln und/oder Verteilen des Strömungsmediums, geeignet ausgebildet. Vorteilhafterweise umfasst daher eine Anzahl der Dampferzeugerrohre jeweils eine Mehrzahl von strömungsmediumseitig alternierend hintereinandergeschalteten Steigrohrstücken und Fallrohrstücken.A particularly simple and thus also robust construction is achievable by the heating surface especially with regard to Collection and distribution of the flow medium particularly easy is executed. Here is the heating surface for the implementation from all process sections of the complete evaporation, So from preheating, evaporation and at least partial overheating, in a single stage, so without intermediate components to collect and / or distributing the flow medium, suitably formed. Advantageously, therefore, includes a number of the steam generator tubes in each case a plurality of flow medium side alternately cascaded riser pipe sections and downpipes.

Eine Beheizung findet dabei sowohl in den Steigrohr- als auch in den Fallrohrstücken statt. Eine solche Schaltung der Dampferzeugerrohre, bei der auch eine Beheizung von abwärts durchströmten Rohrstücken stattfindet, birgt jedoch grundsätzlich ein Risiko für das Auftreten von Strömungsinstabilitäten. Wie sich herausgestellt hat, kann als eine dieser möglichen Ursachen ein Auftreten von Dampfblasen in abwärts durchströmten Dampferzeugerrohren angesehen werden. Falls sich nämlich in einem abwärts durchströmten Dampferzeugerrohr Dampfblasen bilden sollten, so könnten diese in der sich im Dampferzeugerrohr befindlichen Wassersäule aufsteigen und somit eine Bewegung entgegen der Strömungsrichtung des Strömungsmediums vollführen. Um eine derartige, der Strömungsrichtung des Strömungsmediums entgegen gerichtete Bewegung von möglicherweise vorhandenen Dampfblasen konsequent zu unterbinden, sollte durch eine geeignete Vorgabe der Betriebsparameter eine erzwungene Mitnahme der Dampfblasen in der eigentlichen Strömungsrichtung des Strömungsmediums sichergestellt werden. Dies ist erreichbar, indem die Bespeisung der Verdampfer-Durchlaufheizfläche derart erfolgt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmediums in den Dampferzeugerrohren den gewünschten Mitnahmeeffekt auf die möglicherweise vorhandenen Dampfblasen bewirkt. Eine vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeit schon im ersten abwärts durchströmten Dampferzeugerrohr lässt sich auf besonders einfache Weise durch eine vergleichsweise starke Beheizung der Dampferzeugerrohre am strömungsmediumseitigen Eintritt und die dadurch bedingte rasche Erhöhung des Dampfgehaltes im Strömungsmedium erzielen. Dazu ist vorteilhafterweise der strömungsmediumseitige Eintritt der Verdampfer-Durchlaufheizfläche als Steigrohrstück ausgeführt und derart nah am heizgasseitigen Eintritt der Verdampfer-Durchlaufheizfläche angeordnet, dass im Betriebsfall das die Dampferzeugerrohre durchströmende Strömungsmedium am Eintritt des ersten Fallrohrstücks eine Strömungsgeschwindigkeit von mehr als einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit aufweist.A heating takes place both in the riser and in the downpipe pieces instead. Such a circuit of the steam generator tubes, in the case of a heating from the downside durchströmten pipe sections takes place, however, contains in principle a risk for the occurrence of flow instabilities. As it turned out, as one of these possible Causes an occurrence of vapor bubbles in downward flowed through steam generator tubes are considered. If namely, in a downwardly flowed steam generator tube Steam bubbles should form, so these could be in the Rising steam generator tube water column rise and thus a movement counter to the flow direction of the flow medium perform. To such, the flow direction the flow medium opposite movement consistently suppress any existing vapor bubbles, should by a suitable specification of the operating parameters a forced entrainment of the vapor bubbles in the actual Flow direction of the flow medium ensured become. This is achievable by the feeding of the Evaporator Durchlaufheizfläche takes place such that the flow rate the flow medium in the steam generator tubes the desired deadweight on the possibly causes existing vapor bubbles. A comparatively high flow velocity already flowed through in the first down Steam generator tube can be particularly simple Way by a comparatively strong heating of the steam generator tubes at the flow medium side entrance and thereby Conditional rapid increase of the vapor content in the flow medium achieve. For this purpose, the flow medium side is advantageously Entry of the evaporator continuous heating surface designed as a riser pipe and so close to the hot gas side Inlet of the evaporator continuous heating surface arranged, that during operation, the steam generator tubes flowing through Flow medium at the inlet of the first downcomer piece a flow rate of more than a predetermined one Minimum speed has.

Die ersten Steigrohr- und Fallrohrstücke bilden vorzugsweise ein in Gleichstromschaltung angeordnetes weiteres Heizflächensegment, im Folgenden auch Gleichstromsegment genannt, das vorteilhafterweise dem in Gegenstromschaltung angeordneten Heizflächensegment, im Folgenden auch Gegenstromsegment genannt, strömungsmediumseitig vorgeschaltet ist. Durch eine solche Anordnung der Segmente im Heizgaskanal wird weitgehend der Vorteil einer reinen Gegenstromschaltung erhalten, die Wärme des Abgases effektiv auf das Strömungsmedium zu übertragen, und gleichzeitig eine hohe, inhärente Sicherheit gegen schädliche Temperaturdifferenzen am strömungsmediumseitigen Austritt erzielt.The first riser and downcomer pieces preferably form a further heating surface segment arranged in DC circuit, also referred to below as DC segment, which is advantageously arranged in countercurrent circuit Heizflächensegment, in the following also countercurrent segment called upstream flow medium side is connected. By a such arrangement of the segments in the heating gas channel is largely get the advantage of a pure countercurrent circuit, the To transfer heat of the exhaust gas effectively to the flow medium and at the same time a high, inherent security against Dangerous temperature differences on the flow medium side Outcome achieved.

In alternativer vorteilhafter Ausgestaltung kann das weitere Heizflächensegment aber auch im Gegenstrom zur Heizgasrichtung geschaltet sein.In an alternative advantageous embodiment, the other Heizflächensegment but also in countercurrent to Heizgasrichtung be switched.

Zweckmäßigerweise wird der Dampferzeuger als Abhitzedampferzeuger einer Gas- und Dampfturbinenanlage verwendet. Dabei ist der Dampferzeuger vorteilhafterweise heizgasseitig einer Gasturbine nachgeschaltet. Bei dieser Schaltung kann zweckmäßigerweise hinter der Gasturbine eine Zusatzfeuerung zur Erhöhung der Heizgastemperatur angeordnet sein.Conveniently, the steam generator is used as a heat recovery steam generator a gas and steam turbine plant used. there is the steam generator advantageously heizgasseitig one Gas turbine downstream. In this circuit may suitably behind the gas turbine an additional firing to increase be arranged the heating gas temperature.

Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gelöst, indem das Strömungsmedium in Heizgasrichtung gesehen an einer Position aus der Verdampfer-Durchlaufheizfläche abgeführt wird, an der die im Betriebsfall herrschende Heizgastemperatur um weniger als eine vorgegebene Maximalabweichung von der sich im Betriebsfall infolge des Druckverlusts in der Verdampfer-Durchlaufheizfläche einstellenden Sattdampftemperatur abweicht.With regard to the method, the stated object is achieved by the flow medium in Heizgasrichtung seen at a Position removed from the evaporator Durchlaufheizfläche at which the heating gas temperature prevailing during operation less than a given maximum deviation from the during operation due to the pressure loss in the evaporator continuous heating surface adjusting saturated steam temperature differs.

Vorteilhafterweise wird das Strömungsmedium vor seinem Austritt aus der Verdampfer-Durchlaufheizfläche im Gegenstrom zum Heizgas geführt, wobei in zusätzlicher oder alternativer vorteilhafter Ausgestaltung eine Maximalabweichung von etwa 50 °C vorgegeben wird.Advantageously, the flow medium before its exit from the evaporator Durchlaufheizfläche in countercurrent led to the fuel gas, with additional or alternative advantageous embodiment, a maximum deviation of about 50 ° C is specified.

Um die Entstehung möglicher Strömungsinstabilitäten konsequent zu unterbinden, wird das Strömungsmedium vorteilhafterweise bereits beim oder unmittelbar nach dem Eintritt in die Verdampfer-Durchlaufheizfläche einer derartig starken Beheizung ausgesetzt, dass es in einem ersten Fallrohrstück des jeweiligen Dampferzeugerrohres eine Strömungsgeschwindigkeit von mehr als einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit aufweist.To the emergence of possible flow instabilities consistently To prevent, the flow medium is advantageously already at or immediately after entering the Evaporator continuous heating surface of such a strong heating exposed to it in a first downer of the respective steam generator tube a flow velocity of more than a predetermined minimum speed.

Vorteilhafterweise wird dabei als Mindestgeschwindigkeit die zur Mitnahme von im jeweiligen ersten Fallrohrstück erzeugten Dampfblasen erforderliche Strömungsgeschwindigkeit vorgegeben. Die Bespeisung der Verdampfer-Durchlaufheizfläche erfolgt somit derart, dass die vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeit schon im ersten abwärts durchströmten Dampferzeugerrohr den gewünschten Mitnahmeeffekt auf die möglicherweise vorhandenen Dampfblasen bewirkt. Strömungsinstabilitäten aufgrund einer Bewegung von aufsteigenden Dampfblasen entgegen der Strömungsrichtung des Strömungsmediums können somit sicher vermieden werden.Advantageously, the minimum speed is for taking along generated in the respective first downpipe piece Steam bubbles required flow rate specified. The feeding of the evaporator Durchlaufheizfläche takes place thus such that the comparatively high flow rate already in the first downflowed steam generator tube the desired deadweight on the possibly causes existing vapor bubbles. flow instabilities due to a movement of rising vapor bubbles contrary to the flow direction of the flow medium can thus safely avoided.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die nunmehr vorgesehene, an das Temperaturprofil des Heizgases im Gaszug angepasste Positionierung des strömungsmediumseitigen Austritts der Verdampfer-Durchlaufheizfläche das insgesamt bei der Verdampfung des Strömungsmediums erreichbare Temperaturintervall zwischen Sattdampftemperatur des Strömungsmediums und Heizgastemperatur an der Austrittsstelle vergleichsweise eng eingegrenzt wird, so dass unabhängig von den Strömungsverhältnissen nur geringe austrittsseitige Temperaturdifferenzen möglich sind. Dadurch kann eine ausreichende Angleichung der Temperaturen des Strömungsmediums in jedem Betriebszustand sichergestellt werden. Darüber hinaus ist aber auch sichergestellt, dass die möglichen Austrittstemperaturen in ihrer absoluten Höhe begrenzt sind, so dass die durch die Materialeigenschaften vorgegebenen zulässigen Grenztemperaturen sicher unterschritten bleiben.The advantages achieved by the invention are in particular in that by the now provided, to the temperature profile the heating gas in the throttle cable adapted positioning the flow-medium-side outlet of the evaporator Durchlaufheizfläche the total in the evaporation of the flow medium Achievable temperature interval between saturated steam temperature of the flow medium and heating gas temperature the exit point is narrowed comparatively narrow, so that regardless of the flow conditions only small outlet-side temperature differences are possible. Thereby can be a sufficient approximation of the temperatures of the flow medium be ensured in any operating condition. In addition, however, it is also ensured that the possible Exit temperatures limited in their absolute height are, so that given by the material properties permissible limit temperatures remain safely below.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die FIG in vereinfachter Darstellung im Längsschnitt einen Durchlaufdampferzeuger in liegender Bauweise. An embodiment of the invention will be described with reference to a Drawing explained in more detail. Therein, the FIG shows simplified in Representation in longitudinal section a continuous steam generator in lying construction.

Der Durchlaufdampferzeuger 1 gemäß der FIG ist in der Art eines Abhitzedampferzeugers einer nicht näher dargestellten Gasturbine abgasseitig nachgeschaltet. Der Durchlaufdampferzeuger 1 weist eine Umfassungswand 2 auf, die einen in einer annähernd horizontalen, durch die Pfeile 4 angedeuteten Heizgasrichtung x durchströmbaren Heizgaskanal 6 für das Abgas aus der Gasturbine bildet. Im Heizgaskanal 6 ist jeweils eine Anzahl von nach dem Durchlaufprinzip ausgelegten Heizflächen, auch als Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 bezeichnet, angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß der FIG ist lediglich eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 gezeigt, es kann aber auch eine größere Anzahl von Verdampfer-Durchlaufheizflächen vorgesehen sein.The continuous steam generator 1 according to the FIG is in the manner of a Heat recovery steam generator of a not shown Gas turbine downstream on the exhaust side. The continuous steam generator 1 has a surrounding wall 2, the one in a approximately horizontal, indicated by the arrows 4 Heizgasrichtung x throughflowable gas channel 6 for the exhaust gas from the gas turbine forms. In the heating gas channel 6 is one each Number of heating surfaces designed according to the flow principle, Also referred to as evaporator Durchlaufheizfläche 8, arranged. In the embodiment according to the FIG is only an evaporator pass-through heating surface 8 is shown, but it can also a larger number of evaporator Durchlaufheizflächen be provided.

Das aus der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 gebildete Verdampfersystem ist mit Strömungsmedium W beaufschlagbar, das bei einmaligem Durchlauf durch die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 verdampft und nach dem Austritt aus der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 als Dampf D abgeführt und üblicherweise zur weiteren Überhitzung Überhitzerheizflächen zugeführt wird. Das aus der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 gebildete Verdampfersystem ist in den nicht näher dargestellten Wasser-Dampf-Kreislauf einer Dampfturbine geschaltet. Zusätzlich zu dem Verdampfersystem sind in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine eine Anzahl weiterer, in der FIG nicht näher dargestellter Heizflächen geschaltet. Bei den Heizflächen kann es sich beispielsweise um Überhitzer, Mitteldruckverdampfer, Niederdruckverdampfer und/oder um Vorwärmer handeln.The evaporator through-flow 8 formed evaporator system is acted upon by flow medium W, the with a single pass through the evaporator Durchlaufheizfläche Evaporates 8 and after exiting the evaporator Durchlaufheizfläche 8 discharged as vapor D and usually superheater heating surfaces supplied for further overheating becomes. The formed from the evaporator Durchlaufheizfläche 8 Evaporator system is in the water-steam cycle, not shown a steam turbine switched. In addition to the evaporator system are in the water-steam cycle of the Steam turbine a number of others, not closer in the FIG switched shown heating surfaces. At the heating surfaces These may be, for example, superheaters, medium-pressure evaporators, Low pressure evaporator and / or act to preheater.

Die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 des Durchlaufdampferzeugers 1 nach der FIG umfasst in der Art eines Rohrbündels eine Mehrzahl von zur Durchströmung des Strömungsmediums W parallel geschalteten Dampferzeugerrohren 12. Dabei ist jeweils eine Mehrzahl von Dampferzeugerrohren 12 in Heizgasrichtung x gesehen nebeneinander angeordnet. Dabei ist jeweils lediglich eines der so nebeneinander angeordneten Dampferzeugerrohre 12 sichtbar. Den so nebeneinander angeordneten Dampferzeugerrohren 12 ist dabei strömungsmediumseitig vor ihrem Eintritt 13 in den Heizgaskanal 6 jeweils ein gemeinsamer Eintrittssammler 14 vor- und nach ihrem Austritt 16 aus dem Heizgaskanal 6 ein gemeinsamer Austrittssammler 18 nachgeschaltet. Die Dampferzeugerrohre 12 umfassen eine Anzahl von vom Strömungsmedium W in Aufwärtsrichtung durchströmten Steigrohrstücken 20 und in Abwärtsrichtung durchströmten Fallrohrstücken 22, die jeweils durch in waagerechter Richtung durchströmte Überströmstücke 24 miteinander verbunden sind.The evaporator passage heating surface 8 of the continuous steam generator 1 according to the FIG. Comprises in the manner of a tube bundle Plural of parallel to the flow of the flow medium W switched steam generator tubes 12. It is in each case a plurality of steam generator tubes 12 in Heizgasrichtung x seen side by side. It is only each one of the juxtaposed steam generator tubes 12th visible, noticeable. The steam generator pipes arranged next to each other 12 is flow side before its entry 13th in the heating gas 6 each have a common inlet collector 14 before and after their exit 16 from the Heizgaskanal. 6 a common outlet header 18 downstream. The Steam generator tubes 12 include a number of the flow medium W in upwardly flowed through riser pieces 20 and downflow through downpipes 22, in each case by flowed through in a horizontal direction overflow 24 are interconnected.

Der Durchlaufdampferzeuger 1 ist für eine besonders hohe betriebliche Sicherheit und zur konsequenten Unterdrückung von auch als Temperaturschieflage bezeichneten signifikanten Temperaturunterschieden am Austritt 16 zwischen benachbarten Dampferzeugerrohren 12 selbst bei einer Bespeisung mit vergleichsweise hohen Massenstromdichten ausgelegt. Dazu umfasst die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 in ihrem strömungsmediumseitig gesehen hinteren Bereich ein Heizflächensegment 26, das im Gegenstrom zur Heizgasrichtung x geschaltet ist. Eine Anzahl von jeweils durch Überströmstücke 24 miteinander verbundenen Steigrohrstücken 20 und Fallrohrstücken 22 bilden zudem ein weiteres, im Gleichstrom zur Heizgasrichtung x geschaltetes Heizflächensegment 28, das dem Heizflächensegment 26 vorgeschaltet ist. Durch diese Schaltung ist die Positionierung des Austritts 16 in Heizgasrichtung x gesehen wählbar. Diese Positionierung ist beim Durchlaufdampferzeuger 1 derart gewählt, dass die sich im Betriebsfall in der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 einstellende druckabhängige Sattdampftemperatur des Strömungsmediums W um weniger als eine vorgegebene Maximalabweichung von etwa 50 °C von der im Betriebsfall an der Position oder auf der Höhe des Austritts 16 des Heizflächensegments 26 herrschenden Heizgastemperatur abweicht. Da die Temperatur des Strömungsmediums W am Austritt 16 immer mindestens gleich der Sattdampftemperatur sein muss, andererseits aber nicht höher als die an dieser Stelle herrschende Heizgastemperatur sein kann, sind die möglichen Temperaturdifferenzen zwischen unterschiedlich beheizten Rohren auch ohne weitere Gegenmaßnahmen auf die vorgegebene Maximalabweichung von etwa 50 °C begrenzt.The continuous steam generator 1 is for a particularly high operational Security and consistent suppression of Also referred to as temperature imbalance significant temperature differences at the exit 16 between adjacent ones Steam generator tubes 12 even with a feed with comparatively designed high mass flow densities. Includes the evaporator Durchlaufheizfläche 8 in its flow medium side seen rear area a Heizflächensegment 26, which is connected in countercurrent to the direction of the heating gas x. A Number of each interconnected by overflow 24 Riser pipe pieces 20 and downpipe pieces 22 form In addition, another, in DC to Heizgasrichtung x switched Heizflächensegment 28, which is the Heizflächensegment 26 is connected upstream. Through this circuit is the positioning the outlet 16 seen in Heizgasrichtung x selectable. This positioning is in the continuous steam generator. 1 chosen such that in the case of operation in the evaporator Durchlaufheizfläche 8 adjusting pressure-dependent saturated steam temperature of the flow medium W by less than one predetermined maximum deviation of about 50 ° C from that in the operating case at the position or at the height of the outlet 16 of the Heizflächensegments 26 prevailing heating gas temperature deviates. Since the temperature of the flow medium W at the outlet 16 must always be at least equal to the saturated steam temperature, on the other hand, not higher than that prevailing at this point Heating gas temperature can be, are the possible temperature differences between differently heated pipes even without further countermeasures to the given maximum deviation limited by about 50 ° C.

Dem in Heizgasrichtung x weit vorn im Heizgaskanal 6 angeordneten weiteren Heizflächensegment 28 ist somit heizgasseitig und strömungsmediumseitig das ebenfalls von einer Anzahl von jeweils durch Überströmstücke 24 miteinander verbundenen, im Gegenstrom zur Heizgasrichtung x durchströmten Steigrohrstücken 20 und Fallrohrstücken 22 gebildete Heizflächensegment 26 nachgeschaltet.The arranged in Heizgasrichtung x far ahead in the heating gas duct 6 Another heating surface segment 28 is thus on the heating gas side and flow medium side which is also of a number of each interconnected by overflow 24, in the Counterflow to Heizgasrichtung x flowed through riser pieces 20 and downpipe pieces 22 formed Heizflächensegment 26 downstream.

Eine Anordnung von in Abwärtsrichtung durchströmten Rohrstücken wie den Fallrohrstücken 22 innerhalb des Heizgaskanals 6 ist grundsätzlich nur dann möglich, wenn durch geeignete Maßnahmen die Stabilität der Strömung innerhalb der Dampferzeugerrohre 12 sichergestellt wird. Eine Beheizung von in Abwärtsrichtung durchströmten Rohrstücken kann nämlich im Allgemeinen zur Bildung von Dampfblasen im Strömungsmedium W führen, die, wenn sie aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichtes entgegen der Strömungsrichtung des Strömungsmediums W aufsteigen, die Stabilität der Strömung und somit die betriebliche Sicherheit des Durchlaufdampferzeugers 1 beeinträchtigen könnten. Andererseits ist eine Schaltung der Dampferzeugerrohre 12, bei der lediglich eine Beheizung der in Aufwärtsrichtung durchströmten Rohrstücke, also der Steigrohrstücke 20, stattfindet, mit einem hohen konstruktiven Aufwand verbunden.An arrangement of downwardly flowed pipe sections as the downcomers 22 within the Heizgaskanals 6th is basically only possible if by appropriate measures the stability of the flow within the steam generator tubes 12 is ensured. A heating from downwards namely, through-flow pipe sections can generally for the formation of vapor bubbles in the flow medium W lead, if, due to their low specific Weight against the flow direction of the flow medium W rise, the stability of the flow and thus the operational Safety of the continuous steam generator 1 impair could. On the other hand, a circuit of the Steam generator tubes 12, in which only a heating of the in the upward direction flowed through pipe sections, so the riser pipe pieces 20, takes place, with a high constructive Effort connected.

Eine besonders einfache und somit auch robuste Bauweise des Durchlaufdampferzeugers 1 ist erreichbar, indem die Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8 besonders im Hinblick auf Sammlung und Verteilung des Strömungsmediums W besonders einfach ausgeführt ist und auf zusätzliche Komponenten wie beispielsweise unbeheizte Sammelleitungen verzichtet wird. Stattdessen umfassen die Dampferzeugerrohre 12 jeweils eine Mehrzahl von strömungsmediumseitig alternierend hintereinandergeschalteten Steigrohrstücken 20 und Fallrohrstücken 22, die innerhalb des Heizgaskanals 6 verlegt, also einer Beheizung durch das Heizgas ausgesetzt sind.A particularly simple and therefore robust construction of the Continuous steam generator 1 can be reached by the evaporator Durchlaufheizfläche 8 especially with regard to collection and distribution of the flow medium W particularly simple is and on additional components such as unheated manifolds is omitted. Instead The steam generator tubes 12 each comprise a plurality of flow medium side alternately connected in series Riser pipe pieces 20 and downcomers 22 which within the Heizgaskanals 6 laid, so a heating by the fuel gas are exposed.

Der Eintritt 13 ist am gasseitigen Eintritt der Verdampfer-Durchlaufheizfläche 8, also in Heizgasrichtung x weit vorne im Heizgaskanal 6, angeordnet. Durch die Anordnung des Eintritts 13 in dem Bereich des Heizgaskanals 6, in dem das Heizgas die höchste Temperatur aufweist, wird eine sehr rasche Aufheizung und somit auch Verdampfung des Strömungsmediums W in den Dampferzeugerrohren 12 erzielt. Da die Strömungsgeschwindigkeit eines Wasser-Dampf-Gemisches bei gleichem Massendurchsatz umso höher ist, je größer der Dampfanteil und damit das spezifische Volumen des Gemisches ist, erreicht das Strömungsmedium W bei dieser Anordnung des Eintrittssammlers 14 vergleichsweise schnell eine hohe Strömungsgeschwindigkeit.The inlet 13 is at the gas inlet of the evaporator Durchlaufheizfläche 8, ie in Heizgasrichtung x far ahead in the heating gas channel 6, arranged. By the arrangement of the entrance 13 in the region of the Heizgaskanals 6, in which the Heating gas has the highest temperature, is a very fast Heating and thus evaporation of the flow medium W achieved in the steam generator tubes 12. Because the flow velocity a water-steam mixture at the same Mass flow rate is higher, the greater the vapor content and thus the specific volume of the mixture is reached the flow medium W in this arrangement of the inlet collector 14 comparatively fast a high flow velocity.

Diese ist besonders günstig, um die Stabilität der in den Dampferzeugerrohren 12 stattfindenden Strömung zu gewährleisten. Ein wichtiger, die Stabilität der Strömung in entscheidendem Maße beeinträchtigender Faktor ist nämlich das Auftreten von Dampfblasen in den Dampferzeugerrohren 12. Aufgrund ihres niedrigen spezifischen Gewichtes können in den Dampferzeugerrohren 12 sich bildende Dampfblasen nach oben aufsteigen und damit in den abwärts durchströmten Fallrohrstücken 22 eine Bewegung entgegen der Strömungsrichtung vollführen. Da eine solche Bewegung die Stabilität der Strömung entscheidend beeinträchtigen würde, muss das Aufsteigen sich bildender Dampfblasen in den Dampferzeugerrohren 12 konsequent verhindert werden. Ein wichtiges Kriterium für die Stabilität der Strömung ist die Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmediums W. Weist sie bereits im ersten abwärts durchströmten Rohrstück, also im ersten Fallrohrstück 22, einen Wert auf, der mindestens so hoch ist wie die zur Mitnahme von Dampfblasen erforderliche Geschwindigkeit, so werden diese mit der Strömung mitgerissen und ein Aufsteigen entgegen der Strömungsrichtung sicher verhindert. Durch die Positionierung des Eintritts 13 am heizgasseitigen Eintritt und die dadurch bedingte hohe Geschwindigkeit des Strömungsmediums W bereits im ersten Fallrohrstück 22 ist der gewünschte Mitnahmeeffekt für sich bildende Dampfblasen bei gleichzeitig geringem konstruktiven Aufwand sichergestellt.This is particularly favorable to the stability of the in the Steam generator tubes 12 held to ensure flow. An important, the stability of the flow in crucial Dimensionally disabling factor is namely the occurrence of vapor bubbles in the steam generator tubes 12. Due Their low specific weight can be used in steam generator pipes 12 rising steam bubbles rise upwards and thus in the downward flow-through downpipes 22nd perform a movement against the flow direction. There such a movement the stability of the flow crucial the ascendant needs to make better Steam bubbles in the steam generator tubes 12 consistently prevented become. An important criterion for the stability of the Flow is the flow velocity of the flow medium W. It already flowed through in the first down Pipe, so in the first downpipe piece 22, a value, which is at least as high as that for carrying vapor bubbles required speed, so these are with the Flow entrained and a rise contrary to the flow direction safely prevented. By positioning the Entry 13 at the hot gas entrance and the consequent high velocity of the flow medium W already in first downpipe piece 22 is the desired entrainment effect for forming steam bubbles at the same time low constructive Effort ensured.

Claims (15)

Durchlaufdampferzeuger (1), bei dem in einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung (x) durchströmbaren Heizgaskanal (6) eine Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) angeordnet ist, die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums (W) parallel geschalteten Dampferzeugerrohren (12) umfasst, und die ein vom Strömungsmedium (W) im Gegenstrom zum Heizgaskanal (6) durchströmbares Heizflächensegment(26) umfasst, dessen strömungsmediumseitiger Austritt (16) in Heizgasrichtung (x) gesehen derart positioniert ist, dass die sich im Betriebsfall am Austritt der Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) einstellende Sattdampftemperatur um weniger als eine vorgegebene Maximalabweichung von der im Betriebsfall an der Position des Austritts (16) des Heizflächensegments herrschenden Heizgastemperatur abweicht.Continuous steam generator (1), in which in an approximately horizontal heating gas direction (x) can be flowed through Heating gas duct (6) arranged an evaporator Durchlaufheizfläche (8) is that a number of to flow through a Flow medium (W) connected in parallel steam generator tubes (12), and one of the flow medium (W) in countercurrent heating surface segment (26) through which the heating gas channel (6) can flow includes, the flow-medium-side outlet (16) is positioned in the direction of heating gas (x) in such a way that that in the operating case at the outlet of the evaporator Durchlaufheizfläche (8) adjusting the saturated steam temperature less than a given maximum deviation from that during operation at the position of the exit (16) of the Heizflächensegments deviates from the prevailing heating gas temperature. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 1, bei dem eine Maximalabweichung von höchstens 70 °C vorgegeben ist.Continuous steam generator (1) according to claim 1, wherein a Maximum deviation of not more than 70 ° C is specified. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Anzahl der Dampferzeugerrohre (12) jeweils eine Mehrzahl von strömungsmediumseitig alternierend hintereinandergeschalteten Steigrohr- (20) und Fallrohrstücken (22) umfasst.Continuous steam generator (1) according to claim 1 or 2, at a number of the steam generator tubes (12) each one Plural of flow medium side alternately connected in series Including riser (20) and downpipe pieces (22). Durchlaufdampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der strömungsmediumseitige Eintritt (13) der Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) derart nah am heizgasseitigen Eintritt der Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) angeordnet ist, dass im Betriebsfall das die Dampferzeugerrohre (12) durchströmende Strömungsmedium (W) eine Strömungsgeschwindigkeit von mehr als einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit aufweist.Continuous steam generator (1) according to one of claims 1 to 3, in which the flow-medium-side inlet (13) of the evaporator Durchlaufheizfläche (8) so close to the hot gas side Entry of the evaporator Durchlaufheizfläche (8) arranged is that in the case of operation that the steam generator tubes (12) flowing through flow medium (W) a flow velocity of more than a predetermined minimum speed having. Durchlaufdampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) ein weiteres, dem Heizflächensegment (20) strömungsmediumseitig vorgeschaltetes Heizflächensegment (22) umfasst.Continuous steam generator (1) according to one of claims 1 to 4, whose evaporator passage heating surface (8) another, the Heizflächensegment (20) strömungsmediumseitig upstream Heating surface segment (22). Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 5, bei dem das weitere Heizflächensegment (22) im Gegenstrom zur Heizgasrichtung (x) geschaltet ist.Continuous steam generator (1) according to claim 5, wherein the another heating surface segment (22) in countercurrent to the direction of the heating gas (x) is switched. Durchlaufdampferzeuger (1) nach Anspruch 5, bei dem das weitere Heizflächensegment (22) im Gleichstrom zur Heizgasrichtung (x) geschaltet ist.Continuous steam generator (1) according to claim 5, wherein the further heating surface segment (22) in the DC to Heizgasrichtung (x) is switched. Durchlaufdampferzeuger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dem heizgasseitig eine Gasturbine vorgeschaltet ist.Continuous steam generator (1) according to one of claims 1 to 7, the heating gas side is preceded by a gas turbine. Verfahren zum Betreiben eines Durchlaufdampferzeugers (1) mit einer in einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung (x) durchströmbaren Heizgaskanal (6) mit einer Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8), die eine Anzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums (W) parallel geschalteten Dampferzeugerrohren (12) umfasst, wobei das Strömungsmedium (W) in Heizgasrichtung (x) gesehen an einer Position aus der Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) abgeführt wird, an der die im Betriebsfall herrschende Heizgastemperatur um weniger als eine vorgegebene Maximalabweichung von der sich im Betriebsfall am Austritt der Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) einstellenden Sattdampftemperatur abweicht.Method for operating a continuous-flow steam generator (1) with one in an approximately horizontal Heizgasrichtung (x) throughflowable Heizgaskanal (6) with an evaporator Durchlaufheizfläche (8) containing a number of Flow through a flow medium (W) connected in parallel Steam generator tubes (12), wherein the flow medium (W) in Heizgasrichtung (x) seen at a position off the evaporator Durchlaufheizfläche (8) is discharged, at the the heating gas temperature prevailing during operation by less as a predetermined maximum deviation from that in the operating case at the outlet of the evaporator continuous heating surface (8) deviating saturated steam temperature deviates. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Strömungsmedium (W) vor seinem Austritt aus der Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) im Gegenstrom zum Heizgas geführt wird.The method of claim 9, wherein the flow medium (W) before exiting the evaporator continuous heating surface (8) is conducted in countercurrent to the heating gas. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem eine Maximalabweichung von höchstens 70 °C vorgegeben wird.A method according to claim 9 or 10, wherein a maximum deviation of not more than 70 ° C is given. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem das Strömungsmedium (W) bereits beim oder unmittelbar nach dem Eintritt in die Dampferzeugerrohre (12) einer derartig starken Beheizung ausgesetzt wird, dass es in einem ersten Fallrohrstück (24) des jeweiligen Dampferzeugerrohrs (12) eine Strömungsgeschwindigkeit von mehr als einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit aufweist.Method according to one of claims 9 to 11, wherein the Flow medium (W) already at or immediately after the Entry into the steam generator tubes (12) of such a strong Heating is exposed to it in a first downpipe section (24) of the respective steam generator tube (12) a Flow rate of more than a predetermined minimum speed having. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem als Mindestgeschwindigkeit die zur Mitnahme von im jeweiligen ersten Fallrohrstück (22) erzeugten Dampfblasen erforderliche Strömungsgeschwindigkeit vorgegeben wird.Method according to Claim 12, in which the minimum speed the to take with in the respective first downpipe piece (22) generated vapor bubbles required flow rate is given. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem das Strömungsmedium (W) nach seinem Eintritt in die Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) im Gegenstrom zum Heizgas geführt wird.Method according to one of claims 9 to 13, wherein the Flow medium (W) after its entry into the evaporator Durchlaufheizfläche (8) guided in countercurrent to the heating gas becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem das Strömungsmedium (W) nach seinem Eintritt in die Verdampfer-Durchlaufheizfläche (8) im Gleichstrom zum Heizgas geführt wird.Method according to one of claims 9 to 13, wherein the Flow medium (W) after its entry into the evaporator Durchlaufheizfläche (8) in cocurrent to the fuel gas becomes.
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