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Dokumentenidentifikation DE4419553C2 11.04.1996
Titel Dampfbeheizter Wärmetauscher zur Luftvorwärmung
Anmelder Rimmelspacher, Jürgen, 85276 Pfaffenhofen, DE
Erfinder Rimmelspacher, Jürgen, 85276 Pfaffenhofen, DE
DE-Anmeldedatum 03.06.1994
DE-Aktenzeichen 4419553
Offenlegungstag 07.12.1995
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 11.04.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.04.1996
IPC-Hauptklasse F28B 9/08
IPC-Nebenklasse F28B 11/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine neue Schaltung für dampfbeheizte Luftvorwärmer, die die Heizregister auf eine neue Art in das Dampf- und Kondensatsystem einbindet. Dadurch sollen sich folgende Vorteile ergeben:

  • - Vermeidung von Schäden an Kondensatpumpen
  • - Energieeinsparung durch Abwärmenutzung
  • - Kostensenkung durch Systemvereinfachung bei Verfahrens- und Leittechnik


Beim Stand der Technik gemäß der DE-AS 10 56 146 wird ein dampfbeheizter Luftvorwärmer beschrieben, bei dem die Gesamtheizfläche in Gruppen aufgeteilt ist, die im Falle eines Schadens jeweils einzeln demontierbar und reparierbar sind.

Derzeit wird in vielen mit fossilen Brennstoffen betriebenen Verbrennungs- und Wärmekraftanlagen die Verbrennungsluft mit Dampf vorgewärmt und anschließend in rauchgasbeheizten Luftvorwärmern auf die Endtemperatur erhitzt. Als Dampf-/Luft-Wärmetauscher sind meist mehrere Heizregister eingesetzt. Die Luftvorwärmung wird häufig durch Dampfreduzierventile geregelt. Das Heizkondensat der Heizregister fließt in Kondensatsammelbehälter und wird durch Pumpen in den Kreislauf der Gesamtanlage zurückgeführt.

Störungen in diesen Systemen der dampfbeheizten Luftvorwärmer resultieren vorwiegend aus der lastabhängigen Veränderung der Verbrennungsluftmenge, der Änderung von Luftein- und/oder Luftaustrittstemperaturen sowie aus der Stellungsänderung von Bedampfungsarmaturen durch die Regelung, Handsteuerung oder Umschaltvorgänge.

Die sich daraus im Dampf- und Kondensatsystem ergebenden Druckänderungsgeschwindigkeiten können sehr hoch sein und zu Ausdampfungen des Kondensates führen. Die Folgen sind: Dampf-Wasser-Schläge in den Rohrleitungen, Kavitation in den Kondensatpumpen, Unterbrechung der Kondensatförderung, mechanische Schäden an den Pumpen. Der Kondensatablauf muß dann ohne Pumpen in Systeme niedrigeren Druckes (atmosphär. Entspanner, Kondensator od. ä.) erfolgen. Dadurch ergeben sich Wärmeverluste, die den Gesamtwirkungsgrad verschlechtern.

Diese Nachteile vermeiden weitgehend warmwasserbeheizte Luftvorwärmer, die jedoch andererseits wesentlich höhere Investitionskosten (zusätzliche Wasservorwärmer, Umwälzpumpen, Druckhaltung, Rohrleitungen, größere Luvo- Heizflächen) und höhere Energiekosten erfordern.

Bei einer weiteren in der Praxis verwendeten Variante werden die Heizkondensatabläufe der Wärmetauscher gesteuert auf- und zugefahren und zur Minderung der Druckabsenkungsgeschwindigkeiten Kondensatbehälter eingesetzt, die ständig auf hohem Füllstand geregelt werden. Der verfahrens- und leittechnische Aufwand ist umfangreich. Die Ursachen für Schäden sind nicht beseitigt, sondern nur gemindert.

Der Erfindung liegen folgende Aufgaben zugrunde:

  • - Es sollen Schäden, besonders an den Kondensatpumpen, vermieden werden durch Beseitigung der Ursache (Druckabsenkung) und Gewährleistung der auslegungsgemäßen Förderung des Kondensates in das betreffende System (z. B. in den Speisewasserbehälter) unter allen Betriebsbedingungen. Damit werden Wärmeverluste und Reparaturkosten vermieden.
  • - Es soll zur Energieeinsparung eine Abwärmenutzung durch Einleitung von Abdampf, Brüden, Kondensat u. ä. aus anderen Systemen der Wärmekraftanlage, insbesondere auch beim Anfahren der Gesamtanlage, durch Vorwärmung der Verbrennungsluft möglich sein.
  • - Das System "Dampfluvo" soll verfahrens- und leittechnisch so vereinfacht werden, daß es wenig störanfällig ist. Die bisher üblichen Kondensatbehälter entfallen und werden durch kleine Wasserstands-Regelgefäße (Standrohre) ersetzt. Dadurch verringern sich auch die Investitions- und Unterhaltskosten.


Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs gelöst.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Das nachfolgend abgebildete Schaltungsbeispiel zeigt einen dampfbeheizten Luftvorwärmer, unterteilt in eine Gleitdruckstufe und eine dampfdruckgeregelte Festdruckstufe mit Anschlußmöglichkeiten für Abwärmenutzung.

Die dampfbeheizten Wärmetauscher 1 werden auf der Dampf- und Kondensatseite in zwei Druckstufen aufgeteilt.

Die obere Druckstufe ist eine Gleitdruckstufe, deren Wärmetauscher über das Regelventil TC1 mit Dampf versorgt wird. Das entstehende Kondensat fließt geodätisch in das Standrohr (Wasserstandsregelgefäß) 2, in dem in konstanter Wasserstand durch das Ablaufregelventil LC1 gehalten wird.

Über die Ausdampfleitung 3 erfolgt der Ausgleich bei Druckänderungen im System.

Druck und Temperatur in der Gleitdruckstufe sind variabel, entsprechend den Anforderungen der Regelgröße (Lufttemperatur) und den verschiedenen betrieblichen Einflüssen.

Die untere Druckstufe ist eine Festdruckstufe, d. h. im Dampf- und Kondensatteil dieser Stufe wird der Druck über ein Bedampfungsventil PC2 auf einen einzustellenden Wert konstant geregelt.

Dem Standrohr (Wasserstandsregelgefäß) 4 dieser Stufe wird das mengen-, druck- und temperaturvariable Kondensat der Gleitdruckstufe über das Regelventil LC1 zugeführt. Das Kondensat dampft infolge des niedrigeren Druckniveaus in der Festdruckstufe aus. Dieser Dampf wird über die Leitung 5 in die Heizregister der Festdruckstufe zusammen mit zusätzlichem Dampf vom Bedampfungsventil PC2 geleitet, wo er dann kondensiert. Das entstandene Kondensat wird zusammen mit dem Kondensat aus dem Standrohr (Wasserstandsregelgefäß) 4 den Kondensatpumpen geodätisch unter konstantem Druck zugeführt. Die Zulaufverhältnisse für die Kondensatpumpen bleiben deshalb unter allen Betriebsbedingungen unverändert.

Damit wird eine hohe Verfügbarkeit der Pumpen erreicht, der Reparaturaufwand verringert und die auslegungsgemäße, wärmetechnisch optimale Kondensatförderung gewährleistet.

Bei Neuplanungen werden die bisher eingesetzten Kondensatbehälter nicht mehr benötigt. Das Volumen der relativ kleinen Wasserstandsregelgefäße (Standrohre) wird nur noch entsprechend der Pumpenfördermenge, der Stellgeschwindigkeit der Regelarmatur und dem Regelbereich ermittelt. Die Kondensatspeicherung entfällt.

Bei Umbau bestehender Anlagen können jedoch die vorhandenen Kondensatbehälter als Wasserstandsregelgefäße weiterverwendet werden.

Über die Anschlüsse 9 und 10 kann der Festdruckstufe beim Anfahren und während des Betriebes Abwärme in Form von Dampf oder Kondensat aus anderen Systemen der Wärmekraftanlage zugeführt werden. Durch die Nutzung der Abwärme erhöht sich die Luftvorwärmung in der Festdruckstufe. Die Bedampfungsmenge der Gleitdruckstufe verringert sich. Durch diese Abwärmenutzung wird Energie, besonders auch bei Anfahren der Anlagen, gespart.

Im Schaltbild bedeuten:

1 Dampf-/Luft-Wärmetauscher (Luftvorwärmer - Heizregister)

2 Standrohr (Wasserstandsregelgefäß) der Gleitdruckstufe

3 Druckausgleichsleitung Gleitdruckstufe

4 Standrohr (Wasserstandsregelgefäß) der Festdruckstufe

5 Ausdampf- und Druckausgleichsleitung Festdruckstufe

6 Kondensatablauf der Festdruckstufe

7 Kondensatpumpen

8 Luft

9 Abwärme von Fremdkondensaten

10 Abwärme von Fremddampf

TC1 Bedampfungsventil für die Gleitdruckstufe

TC2 Bedampfungsventil für die Festdruckstufe

LC1 Kondensatablauf-Regelventil für Gleitdruckstufe

LC2 Kondensatablauf-Regelventil für Festdruckstufe


Anspruch[de]
  1. Dampfbeheizter Wärmetauscher mit Heizregister zur Luftvorwärmung, die mit einem Dampfeinlaß und einem Kondensatauslaß versehen sind und von Luft durchströmt werden, wobei die Wärmeübertragung von der einen Seite der Wärmetauscherfläche der Heizregister vom kondensierenden Dampf auf die andere Seite zur vorzuwärmenden Luft erfolgt, wobei

    die Heizregister auf der Dampf- bzw. Kondensatseite in zwei Druckstufen aufgeteilt sind und

    ein oder mehrere der Heizregister auf der Dampf- bzw. Kondensatseite mit variablem Druck (Gleitdruckstufe) und

    die restlichen Heizregister dampf- bzw. kondensatseitig mit annähernd konstantem Druck (Festdruckstufe) betreibbar sind, der im Druckniveau unter dem Druck der Gleitdruckstufe liegt, nach DE 43 01 107 C1,

    dadurch gekennzeichnet, daß

    a) das Kondensat aus der Gleitdruckstufe des Wärmetauschers 1 über ein Wasserstandsregelgefäß 2 und Wasserstandsregelventil LC1 einem weiteren Wasserstandsregelgefäß 4 zugeführt wird, in dem es bei einem eingestellten festen Druck entspannt und ausdampft, wobei der entstandene Brüdendampf über eine Leitung 5 dem Wärmetauscher 1 der Festdruckstufe zusammen mit dem geregelten Zudampf über Ventil PC2 zur Kondensation zugeführt wird.

    b) der Dampfdruck im Heizregister des Wärmetauschers 1 der Festdruckstufe auf einen einstellbaren Wert geregelt wird, wodurch der Zulaufdruck für die Kondensatpumpen 7 annähernd konstant bleibt.






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