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Dokumentenidentifikation EP1288567 10.04.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 1288567
Titel Verfahren zum Anfahren eines Dampferzeugers mit einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung durchströmbaren Heizgaskanal und Dampferzeuger
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Franke, Dr., Joachim, 90518 Altdorf, DE;
Kral, Rudolf, 91058 Erlangen, DE
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 31.08.2001
EP-Aktenzeichen 011210275
EP-Offenlegungsdatum 05.03.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.04.2003
IPC-Hauptklasse F22B 35/14
IPC-Nebenklasse F22B 21/00   

Beschreibung[de]

Verfahren zum Anfahren eines Dampferzeugers mit einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung durchströmbaren Heizgaskanal und Dampferzeuger

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anfahren eines Dampferzeugers mit einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung durchströmbaren Heizgaskanal, in dem mindestens eine aus einer Anzahl von annähernd vertikal angeordneten, zur Durchströmung eines Strömungsmediums parallel geschalteten Verdampferrohren gebildete Durchlaufheizfläche angeordnet ist. Sie betrifft weiter einen derartigen Dampferzeuger.

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 ist. 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.

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 den selben Verdampferrohren für eine weitere Verdampfung erneut zugeführt.

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-Emisionen 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.

Besondere Vorteile hinsichtlich des Herstellungsaufwands, aber auch hinsichtlich erforderlicher Wartungsarbeiten bietet ein Abhitzedampferzeuger in liegender Bauweise, bei dem das beheizende Medium oder Heizgas, also insbesondere das Abgas aus der Gasturbine, in annähernd horizontaler Strömungsrichtung durch den Dampferzeuger geführt ist. Ein derartiger, in liegender Bauweise ausgelegter Dampferzeuger ist aus der EP 0 944 801 B1 bekannt. Infolge seiner Auslegung als Durchlaufdampferzeuger ist beim Betrieb dieses Dampferzeugers die Randbedingung einzuhalten, daß das Überströmen von Wasser aus den die Durchlaufheizfläche bildenden Verdampferrohren in einen nachgeschalteten Überhitzer ausgeschlossen ist. Dies kann jedoch gerade beim Anfahren des Dampferzeugers problematisch sein.

Beim Anfahren des Dampferzeugers kann es zu einem sogenannten Wasserausstoß kommen. Dieser entsteht, wenn die infolge der Beheizung der Verdampferrohre eintretende Verdampfung des darin befindlichen Strömungsmediums erstmals einsetzt und dies beispielsweise in der Mitte des jeweiligen Verdampferrohres geschieht. Damit wird die stromabwärts vorhandene Wassermenge (auch als Wasserpfropfen bezeichnet) aus dem jeweiligen Verdampferrohr hinausgeschoben. Um sicher auszuschließen, daß unverdampftes Strömungsmedium aus den Verdampferrohren in den diesen nachgeschalteten Überhitzer gelangen kann, ist der bekannte Dampferzeuger - wie üblicherweise auch ein Durchlaufdampferzeuger in stehender Bauweise - mit einer zwischen die die Durchlaufheizfläche bildenden Verdampferrohre und den Überhitzer geschalteten Wasser-Dampf-Trennvorrichtung oder Abscheideeinrichtung versehen. Aus dieser wird überschüssiges Wasser abgezogen und entweder mittels einer Umwälzpumpe wieder dem Verdampfer zugeführt oder verworfen. Ein derartiges Wasser-Dampf-Trennsystem ist jedoch sowohl in konstruktiver Hinsicht als auch im Hinblick auf den Wartungsaufwand vergleichsweise aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anfahren eines Dampferzeugers der oben genannten Art anzugeben, mit dem auch bei besonders einfacher Bauweise eine hohe betriebliche Sicherheit gewährleistet ist. Zudem soll ein für die Durchführung des Verfahrens besonders geeigneter Dampferzeuger angegeben werden.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem zumindest einige der die Durchlaufheizfläche bildenden Verdampferrohre vor einer Beaufschlagung des Heizgaskanals mit Heizgas bis zu einem vorgebbaren Sollfüllstand teilweise mit unverdampftem Strömungsmedium befüllt werden.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß zur Einhaltung einer hohen betrieblichen Sicherheit auch während des Anfahrens des Dampferzeugers sicher ausgeschlossen sein sollte, daß unverdampftes Strömungsmedium in den den Verdampferrohren nachgeschalteten Überhitzer gelangen kann. Für eine besonders einfache Bauweise sollte dies jedoch unter Verzicht auf die üblicherweise bei Durchlaufdampferzeugern vorgesehene Wasser-Dampf-Trenneinrichtung sichergestellt werden. Dazu sollte bei einem Dampferzeuger in liegender Bauweise, bei dem ein den die Durchlaufheizfläche bildenden Verdampferrohren austrittsseitig nachgeschalteter Austrittssammler direkt mit einem Eintrittsverteiler des Überhitzers verbunden ist, vor dem Anfahren eine lediglich teilweise Befüllung der Verdampferrohre mit unverdampftem Strömungsmedium vorgenommen werden. Die Füllmenge und damit der Sollfüllstand für diese Erstbefüllung vor Aufnahme der Beaufschlagung des Heizgaskanals mit Heizgas sollte dabei derart gewählt sein, daß einerseits ein Wasseraustoß infolge der erstmaligen Dampfbildung vermieden ist, und daß andererseits eine unzureichende Kühlung der Verdampferrohre beim Anfahren vermieden ist.

Der Sollfüllstand wird dabei zweckmäßigerweise derart gewählt, daß zu Beginn des Anfahrvorgangs eine Bespeisung der Verdampferrohre mit Strömungsmedium unterbleiben kann. Somit erfolgt während des Anfahrvorgangs, also nach erfolgter Beaufschlagung des Heizgaskanals mit dem Heizgas, zunächst eine Verdampfung des bereits in den Verdampferrohren befindlichen Strömungsmediums. Dabei wird dasjenige unverdampfte Strömungsmedium, das innerhalb des jeweiligen Verdampferrohres stromabwärts vom jeweiligen Ort des Verdampfungsbeginns liegt, durch die sich bildende Dampfblase in die vorab nicht gefüllte Zone des jeweiligen Verdampferrohres geschoben. Dort kann dieser Anteil des unverdampften Strömungsmediums verdampfen oder fällt bei Einhaltung ausreichend niedriger Massenstromdichten in den Verdampferrohren wieder in den unteren Raumbereich des jeweiligen Verdampferrohres. Durch eine geeignete Wahl des Sollfüllstands kann somit der im oberen Bereich des jeweiligen Verdampferrohres befindliche, zunächst nicht mit Strömungsmedium befüllte und als Ausgleichsraum für die darunterliegende Säule als Strömungsmedium dienende Teilbereich des jeweiligen Verdampferrohres ausreichend groß bemessen gewählt werden, so daß ein Austritt unverdampften Strömungsmediums aus dem jeweiligen Verdampferrohr auch bei beginnender Verdampfung sicher ausgeschlossen werden kann.

Bei der teilweisen Befüllung der jeweiligen Verdampferrohre vor der erstmaligen Beaufschlagung des Heizgaskanals mit Heizgas wird vorteilhafterweise der Istfüllstand der jeweiligen Verdampferrohre an den vorgebbaren Sollfüllstand angeglichen. Dazu wird der jeweilige Istfüllstand vorteilhafterweise mittels einer Differenzdruckmessung zwischen unterem Rohreintritt und oberem Rohraustritt des jeweiligen Verdampferrohres ermittelt, wobei der dabei gewonnene Meßwert zweckmäßigerweise als Grundlage für eine Bespeisung des jeweiligen Verdampferrohres mit unverdampftem Strömungsmedium herangezogen wird.

Je nach Betriebszustand des Dampferzeugers und dessen Vorgeschichte können unterschiedliche zeitliche Verläufe der Beheizung des Dampferzeugers während seiner Anfahrphase vorgesehen sein. Um auch bei variierendem Ablauf der Anfahrphase eine besonders zuverlässige Einhaltung der Randbedingungen zu gewährleisten, daß nämlich einerseits beim Anfahren ein Austritt von unverdampftem Strömungsmedium aus den Verdampferrohren zuverlässig ausgeschlossen und andererseits in jedem Fall eine ausreichende Kühlung aller Verdampferrohre gewährleistet sein soll, wird der für die Erstbefüllung der Verdampferrohre maßgebliche Sollfüllstand vorteilhafterweise in Abhängigkeit von dem jeweils vorgesehenen Anfahrbeheizungsverlauf vorgegeben. Der Anfahrbeheizungsverlauf wird dabei zweckmäßigerweise anhand von Kennwerten für die Kesselgeometrie und/oder den zeitlichen Verlauf des Wärmeangebots durch das Heizgas ermittelt. Dabei kann für eine Vielzahl derartiger Parameterkombinationen ein jeweils angepaßter Anfahrbeheizungsverlauf in einer dem Dampferzeuger zugeordneten Datenbank hinterlegt sein, wobei insbesondere auch dem aktuellen Beheizungszyklus vorangegangene Beheizungszyklen berücksichtigt sein können.

In der Startphase des Anfahrvorgangs, d. h. in einer Zeitspanne unmittelbar nach Beginn der Beaufschlagung des Heizgaskanals mit Heizgas, ist ein Betrieb des Dampferzeugers ohne weitere Beaufschlagung der Verdampferrohre mit Strömungsmedium oder Speisewasser vorgesehen. Zweckmäßigerweise wird jedoch die Förderung von Speisewasser oder unverdampftem Strömungsmedium in die Verdampferrohre nach einsetzender Dampfbildung in den Verdampferrohren aufgenommen, so daß auch nach einsetzender Dampfbildung in jedem Fall eine ausreichende Kühlung des jeweiligen Verdampferrohres sichergestellt ist. Das Einsetzen der Dampfbildung wird dabei vorteilhafterweise mittels eines Druckanstiegs im Wasser-Dampf-Kreislauf erkannt. Um die bedarfsgerechte Bespeisung der Verdampferrohre mit Speisewasser auf besonders zuverlässige Weise zu ermöglichen, wird somit vorteilhafterweise nach der Aufnahme der Beaufschlagung des Heizgaskanals mit Heizgas ein für einen Druck des Strömungsmediums charakteristischer Meßwert überwacht, wobei dann, wenn dieser Meßwert einen vorgebbaren Grenzwert übersteigt, eine kontinuierliche Beaufschlagung der Verdampferrohre mit Speisewasser aufgenommen wird.

Auch nach Aufnahme der Förderung von Speisewasser in die Verdampferrohre wird das Speisewasser in die Verdampferrohre zweckmäßigerweise derart eingespeist, daß ein Austritt unverdampften Strömungsmediums aus den Verdampferrohren sicher vermieden ist. Dazu wird die Zufuhr von Speisewasser in die Verdampferrohre vorteilhafterweise derart geregelt, daß am oberen Rohraustritt des oder jeden Verdampferrohres überhitzter Dampf austritt. Um dabei zu gewährleisten, daß kein unverdampftes Strömungsmedium in den nachgeschalteten Überhitzer gelangen kann, kann dabei die Bereitstellung von lediglich vergleichsweise schwach überhitztem Dampf am Austritt der Verdampferrohre ausreichen.

Um eine besonders hohe betriebliche Stabilität des Dampferzeugers zu gewährleisten, wird vorteilhafterweise bei der Bespeisung der Verdampferrohre mit Strömungsmedium dessen Massenstromdichte derart eingestellt, daß ein im Vergleich zu einem weiteren Verdampferrohr derselben Durchlaufheizfläche mehrbeheiztes Verdampferrohr einen im Vergleich zum weiteren Verdampferrohr höheren Durchsatz des Strömungsmediums aufweist. Die Durchlaufheizfläche des Dampferzeugers zeigt somit in der Art der Strömungscharakteristik einer Naturumlaufverdampferheizfläche (Naturumlaufcharakteristik) bei auftretender unterschiedlicher Beheizung einzelner Verdampferrohre ein selbststabilisierendes Verhalten, das ohne das Erfordernis äußere Einflußnahme zu einer Angleichung der austrittsseitigen Temperaturen auch an unterschiedlich beheizten, strömungsmediumsseitig parallel geschalteten Verdampferrohren führt. Zur Gewährleistung dieser Charakteristik ist eine Beaufschlagung der Verdampferrohre mit vergleichsweise geringer Massenstromdichte vorgesehen.

Bezüglich des Dampferzeugers wird die genannte Aufgabe gelöst, indem einem den Verdampferrohren vorgeschalteten Verteiler und einem den Verdampferrohren nachgeschalteten Austrittssammler eine gemeinsame Differenzdruckmeßeinrichtung zugeordnet ist. Über die Differenzdruckmeßeinrichtung ist dabei der Füllstand in den Verdampferrohren auf besonders günstige Weise überwachbar, so daß ein dafür charakteristischer Kennwert als geeignete Führungsgröße für die Bespeisung der Verdampferrohre heranziehbar ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch eine lediglich teilweise Befüllung der Verdampferrohre mit unverdampftem Strömungsmedium vor einer erstmaligen Beaufschlagung des Heizgaskanals mit Heizgas der Anfahrvorgang mit hoher betrieblicher Sicherheit, also insbesondere unter ausreichender Kühlung der Verdampferrohre bei sicherer Vermeidung einer Einbringung unverdampften Strömungsmediums in den den Verdampferrohren nachgeschalteten Überhitzer, gewährleistet ist, wobei der Dampferzeuger in konstruktiver Hinsicht besonders einfach gehalten sein kann. Dabei kann auch bei der Einhaltung hoher betrieblicher Sicherheisstandards das vergleichsweise aufwendige Wasser-Dampf-Trennsystem vollständig entfallen, ohne daß an dessen Stelle baulich ebenso aufwendige Maßnahmen wie beispielsweise die Verwendung besonders robuster oder hochwertiger Rohrmaterialien vorzunehmen sind. Ein besonders sicheres und stabiles Betriebsverhalten ist dabei insbesondere erreichbar, indem die Verdampferrohre mit vergleichsweise geringer Massenstromdichte beaufschlagt werden, so daß in den Verdampferrohren befindliches unverdampftes Strömungsmedium auch bei einsetzender Dampfbildung im jeweiligen Verdampferrohr verbleibt und letztendlich auch dort verdampft wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur in vereinfachter Darstellung im Längsschnitt einen Dampferzeuger in liegender Bauweise.

Der Dampferzeuger 1 gemäß der Figur ist in der Art eines Abhitzedampferzeugers einer nicht näher dargestellten Gasturbine abgasseitig nachgeschaltet. Der Dampferzeuger 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 eine Anzahl von nach dem Durchlaufprinzip ausgelegten Verdampferheizfläche, auch als Durchlaufheizfläche 8, 10 bezeichnet, angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind dabei zwei Durchlaufheizflächen 8, 10 gezeigt, es kann aber auch lediglich eine oder eine größere Anzahl von Durchlaufheizflächen vorgesehen sein.

Die Durchlaufheizflächen 8, 10 des Dampferzeugers 1 umfassen jeweils in der Art eines Rohrbündels eine Mehrzahl von zur Durchströmung eines Strömungsmediums W parallel geschalteten Verdampferrohren 14 bzw. 15. Die Verdampferrohre 14, 15 sind dabei jeweils annähernd vertikal ausgerichtet, wobei jeweils eine Mehrzahl von Verdampferrohren 14 bzw. 15 in Heizgasrichtung x gesehen nebeneinander angeordnet ist. Dabei ist jeweils lediglich eines der so nebeneinander angeordneten Verdampferrohre 14 bzw. 15 sichtbar.

Den Verdampferrohren 14 der ersten Durchlaufheizfläche 8 ist strömungsmediumsseitig jeweils ein gemeinsamer Verteiler 16 vor- und ein gemeinsamer Austrittssammler 18 nachgeschaltet. Der Austrittssammler 18 der ersten Durchlaufheizfläche 8 ist seinerseits ausgangsseitig über ein Fallrohrsystem 20 mit einem der zweiten Durchlaufheizfläche 10 zugeordneten Verteiler 22 verbunden. Ausgangsseitig ist der zweiten Durchlaufheizfläche 10 ein Austrittssammler 24 nachgeschaltet.

Das von den Durchlaufheizflächen 8, 10 gebildete Verdampfersystem ist mit Strömungsmedium W beaufschlagbar, das bei einmaligem Durchlauf durch das Verdampfersystem verdampft und nach dem Austritt aus dem Verdampfersystem als Dampf D abgeführt und einer dem Austrittssammler 24 der zweiten Durchlaufheizfläche 10 nachgeschalteten Überhitzerheizfläche 26 zugeführt wird. Das aus den Durchlaufheizflächen 8, 10 und der dieser nachgeschalteten Überhitzerheizfläche 26 gebildete Rohrsystem ist in den nicht näher dargestellten Wasser-Dampf-Kreislauf einer Dampfturbine geschaltet. Zusätzlich sind in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine eine Anzahl weiterer, in der Figur jeweils schematisch angedeuteter Heizflächen 28 geschaltet. Bei den Heizflächen 28 kann es sich beispielsweise um Mitteldruckverdampfer, Niederdruckverdampfer und/oder um Vorwärmer handeln.

Das von den Durchlaufheizflächen 8, 10 gebildete Verdampfersystem ist derart ausgelegt, daß es für eine Bespeisung der Verdampferrohre 14, 15 mit vergleichsweise niedriger Massenstromdichte geeignet ist, wobei die Verdampferrohre 14, 15 eine Naturumlaufcharakteristik aufweisen. Bei dieser Naturumlaufcharakteristik weist ein im Vergleich zu einem weiteren Verdampferrohr 14 bzw. 15 derselben Durchlaufheizfläche 8 bzw. 10 mehrbeheiztes Verdampferrohr 14 bzw. 15 einen im Vergleich zum weiteren Verdampferrohr 14 bzw. 15 höheren Durchsatz des Strömungsmediums W auf.

Der Dampferzeuger 1 gemäß der Figur ist in vergleichsweise einfacher Bauweise gehalten. Dazu ist unter anderem die zweite Durchlaufheizfläche 10 unter Verzicht auf ein vergleichsweise aufwendiges Wasser-Dampf-Trennsystem oder Abscheidesystem direkt mit der ihr nachgeschalteten Überhitzerheizfläche 26 verbunden, so daß der Austrittssammler 24 der zweiten Durchlaufheizfläche 10 unmittelbar über eine Überströmleitung und ohne Zwischenschaltung weiterer Komponenten an einen Verteiler der Überhitzerheizfläche 26 angeschlossen ist. Um jedoch auch bei dieser baulich vergleichsweise einfach gehaltenen Auslegung in allen Betriebszuständen eine vergleichsweise hohe betriebliche Sicherheit einzuhalten, wird der Dampferzeuger 1 beim Anfahren im Hinblick auf diese Randvorgaben betrieben. Der Dampferzeuger 1 wird dabei beim Anfahren insbesondere derart betrieben, daß einerseits immer eine ausreichende Kühlung sowohl der die Durchlaufheizflächen 8, 10 bildenden Verdampferrohre 14, 15 als auch der die Überhitzerheizfläche 26 bildenden Dampferzeugerrohre gewährleistet ist. Andererseits wird der Dampferzeuger 1 auch beim Anfahren derart betrieben, daß auch ohne einen zwischen die zweite Durchlaufheizfläche 10 und die Überhitzerheizfläche 26 geschaltetes Wasser-Dampf-Trennsystem die Einspeisung unverdampften Strömungsmediums W in die Überhitzerheizfläche 26 sicher vermieden ist.

Um dies zu gewährleisten, werden die die erste Durchlaufheizfläche 8 bildenden Verdampferrohre 14 vor einer erstmaligen Beaufschlagung des Heizgaskanals 6 mit Heizgas aus der vorgeschalteten Gasturbine bis zu einem vorgebbaren, in der Figur durch die gestrichelte Linie 30 angedeuteten Sollfüllstand mit unverdampftem Strömungsmedium W befüllt. Die Befüllung der Verdampferrohre 14 mit unverdampftem Strömungsmedium W vor der Beheizungsaufnahme erfolgt dabei über den ohnehin vorhandenen Speisewasserstrang und den Verteiler 16. Dabei wird der in den Verdampferrohren 14 erreichte Istfüllstand durch eine Differenzdruckmessung zwischen dem unteren Verteiler 16 und dem oberen Austrittssammler 18 ermittelt. Zu diesem Zweck ist dem Verteiler 16 und dem Austrittssammler 18 eine gemeinsame Differenzdruckmeßeinrichtung 32 zugeordnet. Anhand des so ermittelten Istfüllstands in jedem Verdampferrohr 14 wird die weitere Befüllung mit unverdampftem Strömungsmedium W derart gesteuert, daß der vorgegebene Sollfüllstand innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes eingenommen wird.

Nach Abschluß der Erstbefüllung der Verdampferrohre 14 mit unverdampftem Strömungsmedium W wird zunächst die weitere Zufuhr von Strömungsmedium W in die Verdampferrohre 14 unterbunden. In diesem Zustand erfolgt der Start des eigentlichen Anfahrvorgangs für den Dampferzeuger 1, wobei insbesondere die Beaufschlagung des Heizgaskanals 6 mit Heizgas aus der vorgeschalteten Gasturbine aufgenommen wird. Durch die nunmehr eintretende Beheizung der Verdampferrohre 14 beginnt das in diesen befindliche unverdampfte Strömungsmedium W zu verdampfen. In jedem der Verdampferrohre 14 setzt nunmehr nach einer gewissen Zeitspanne lokale Verdampfung ein, wobei das stromabwärts oder oberhalb des jeweiligen Ortes des Verdampfungsbeginns befindliche noch unverdampfte Strömungsmedium W jeweils in die obere, zunächst nicht mit Strömungsmedium W befüllte Zone des jeweiligen Verdampferrohres 14 geschoben wird. Dort erfolgt entweder eine Verdampfung dieses Anteils des Strömungsmediums W, oder dieser Teil des Strömungsmediums W fällt aufgrund der vergleichsweise geringen Auslegungsmassenstromdichte in den Verdampferrohren 14 wieder in dessen unteren Bereich zurück.

Eventuell noch verbleibendes unverdampftes Strömungsmedium W wird über das Fallrohrsystem 20 in die nachgeschaltete zweite Durchlaufheizfläche 10 überführt und dort vollständig verdampft. Die zweite Durchlaufheizfläche 10 nimmt somit in jedem Fall den noch verbleibenden Wasserausstoß aus der ersten Durchlaufheizfläche 8 auf. Aufgrund der lediglich teilweisen Befüllung der Verdampferrohre 14 vor dem Beginn des eigentlichen Anfahrvorgangs tritt somit kein oder nahezu kein unverdampftes Strömungsmedium W in den der zweiten Durchlaufheizfläche 10 nachgeschalteten Austrittssammler 24 oder in die diesem nachgeschaltete Überhitzerheizfläche 26 ein.

Im Ausführungsbeispiel ist somit die lediglich teilweise Befüllung der die erste Durchlaufheizfläche 8 bildenden Verdampferrohre 14 vorgesehen; die zweite Durchlaufheizfläche 10 bleibt dabei zunächst unbefüllt. Zusätzlich kann in einer alternativen Ausführungsform aber auch eine teilweise Befüllung der die zweite Durchlaufheizfläche 10 bildenden Verdampferrohre 15 bei analoger Verfahrensführung vorgesehen sein.

Eine Feststellung, ob eine Dampfproduktion in den Verdampferrohren 14 bereits eingesetzt hat und verdampftes Strömungsmedium oder Dampf D in den Austrittssammler 24 eintritt, erfolgt über eine Druckmessung des Strömungsmediums W oder Dampfes D, insbesondere am Austrittssammler 24 oder am Austritt der Überhitzerheizfläche 26. Über einen entsprechend angeordneten Drucksensor wird dabei ein für den Druck des verdampften Strömungsmediums oder Dampfes D im Austrittssammler 24 oder am Austritt der Überhitzerheizfläche charakteristischer Meßwert erfaßt und überwacht. Auf beginnende Dampfproduktion wird dabei anhand einsetzenden Druckanstiegs geschlossen, der bei einsetzender Dampfbildung Werte von einigen bar pro Minute erreichen kann.

Nachdem auf diese Weise eine einsetzende Dampfbildung in den Verdampferrohren 14 festgestellt wurde, wird die betriebsgemäße Förderung von Speisewasser oder unverdampftem Strömungsmedium W in den der Durchlaufheizfläche 8 zugeordneten Verteiler 16 aufgenommen. Während des weiteren Anfahrvorgangs, also insbesondere bis hin zum Erreichen eines Gleichgewichts-Betriebszustands, wird die Zufuhr von Speisewasser oder unverdampftem Strömungsmedium W in die Verdampferrohre 14 dabei derart geregelt, daß am oberen Rohraustritt 34 der Verdampferrohre 14 überhitzter Dampf D, d.h. Dampf D ohne Naßanteile, austritt.

Im übrigen wird bei der Bespeisung der Verdampferrohre 14 mit Strömungsmedium W dessen Massenstromdichte derart eingestellt, daß ein im Vergleich zu einem weiteren Verdampferrohr 14 mehrbeheiztes Verdampferrohr 14 einen im Vergleich zum weiteren Verdampferrohr 14 höheren Durchsatz des Strömungsmediums W aufweist. Dadurch ist gewährleistet, daß die Durchlaufheizfläche 8 auch bei auftretender unterschiedlicher Beheizung einzelner Verdampferrohre 14 in der Art der Strömungscharakteristik einer Naturumlaufverdampferheizfläche ein selbststabilisierendes Verhalten zeigt.

Bei der hier vorgesehenen Durchführung des Anfahrvorgangs des Dampferzeugers 1 ist sichergestellt, daß einerseits jederzeit eine ausreichende Kühlung für die Verdampferrohre 14, 15 vorliegt, und daß andererseits zu keinem Zeitpunkt unverdampftes Strömungsmedium W in die der zweiten Durchlaufheizfläche 10 nachgeschaltete Überhitzerheizfläche 26 eintritt. Die Einhaltung dieser Randbedingungen ist dabei insbesondere durch die geeignete Wahl des Sollfüllstands für die Verdampferrohre 14 vor dem Start des eigentlichen Anfahrvorgangs sicherzustellen. Die Vorgabe des Sollfüllstands für die Verdampferrohre 14 erfolgt nämlich gerade derart, daß bei Zugrundelegung des vorgesehenen Anfahrvorgangs genau diese Randbedingungen eingehalten werden. Dazu wird der Sollfüllstand in Abhängigkeit von dem vorgesehenen Anfahrbeheizungsverlauf für den Dampferzeuger 1 vorgegeben. Der Anfahrbeheizungsverlauf wird dabei anhand von Kennwerten für Kesselgeometrie und -material und/oder die Brennstoffart ermittelt. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß in der Art einer Datenbank in einem Speicherbaustein eine Vielzahl möglicher, für den vorliegenden Dampferzeuger 1 geeignete Anfahrbeheizungsverläufe hinterlegt sind, aus denen anhand von betrieblichen Daten ein für die aktuelle Situation angepaßter Verlauf ausgewählt und für die Vorgabe des Sollfüllstands zugrundegelegt wird.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Anfahren eines Dampferzeugers (1) mit einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung durchströmbaren Heizgaskanal (6), in dem mindestens eine aus einer Anzahl von annähernd vertikal angeordneten, zur Durchströmung eines Strömungsmediums (W, D) parallel geschalteten Verdampferrohren (14) gebildete Durchlaufheizfläche (8) angeordnet ist, bei dem zumindest einige Verdampferrohre (14) vor einer Beaufschlagung des Heizgaskanals (6) mit Heizgas bis zu einem vorgebbaren Sollfüllstand teilweise mit unverdampftem Strömungsmedium (W) befüllt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Istfüllstand der jeweiligen Verdampferrohre (14) mittels einer Differenzdruckmessung zwischen unterem Rohreintritt (32) und oberem Rohraustritt (34) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Sollfüllstand in Abhängigkeit von einem vorgesehenen Anfahrbeheizungsverlauf vorgegeben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Anfahrbeheizungsverlauf anhand von Kennwerten für die Kesselgeometrie und/oder den zeitlichen Verlauf des Wärmeangebots durch das Heizgas ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem nach der Aufnahme der Beaufschlagung des Heizgaskanals (6) mit Heizgas ein für einen Druck des Strömungsmediums (W, D) charakteristischer Meßwert überwacht wird, wobei dann, wenn dieser Meßwert einen vorgebbaren Grenzwert übersteigt, eine kontinuierliche Beaufschlagung der Verdampferrohre (14) mit unverdampftem Strömungsmedium (W) aufgenommen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem nach einsetzender Dampfbildung in den Verdampferrohren (14) die Förderung von Strömungsmedium (W) in die Verdampferrohre (14) aufgenommen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Zufuhr von Strömungsmedium (W) in die Verdampferrohre (14) derart geregelt wird, daß am oberen Rohraustritt des oder jeden Verdampferrohres (15) überhitzter Dampf (D) austritt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem bei der Bespeisung der Verdampferrohre (14) mit Strömungsmedium (W, D) dessen Massenstromdichte derart eingestellt wird, daß ein im Vergleich zu einem weiteren Verdampferrohr (14) derselben Durchlaufheizfläche (8) mehrbeheiztes Verdampferrohr (14) einen im Vergleich zum weiteren Verdampferrohr (14) höheren Durchsatz des Strömungsmediums (W) aufweist.
  9. Dampferzeuger (1) mit einem in einer annähernd horizontalen Heizgasrichtung durchströmbaren Heizgaskanal (6), in dem mindestens eine aus einer Anzahl von annähernd vertikal angeordneten, zur Durchströmung eines Strömungsmediums (W, D) parallel geschalteten Verdampferrohren (14) gebildete Durchlaufheizfläche (8) angeordnet ist, wobei einem den Verdampferrohren (14) vorgeschalteten Verteiler (16) und einem den Verdampferrohren (14) nachgeschalteten Austrittssammler (18) eine gemeinsame Differenzdruckmeßeinrichtung (32) zugeordnet ist.






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