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Dokumentenidentifikation DE4327476C2 03.04.1997
Titel Verfahren zum Betrieb eines mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Dampferzeugers und Dampferzeugungsanlage
Anmelder L. & C. Steinmüller GmbH, 51643 Gummersbach, DE
Erfinder Stefan, Ion, 51647 Gummersbach, DE;
Baller, Manfred, 51645 Gummersbach, DE
DE-Anmeldedatum 16.08.1993
DE-Aktenzeichen 4327476
Offenlegungstag 23.02.1995
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse F22D 1/32
IPC-Nebenklasse F22D 1/40   F23L 15/00   F01K 7/34   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Dampferzeugers, bei dem als Verbrennungsluft eingesetzte Luft und als Wärmeträger zur Vorwärmung von Speisewasser für den Dampferzeuger eingesetzte zusätzliche Luft durch Wärmetausch mit den Abgasen des Dampferzeugers erwärmt werden, sowie eine Dampferzeugungsanlage.

Bei konventionellen Dampferzeugern dient der Abgas-Frischluft- Wärmetauscher, der im allgemeinen die abgasseitig letzte Nachschaltheizfläche ist, der Erwärmung der zur Verbrennung benötigten Luftmenge. Die für die Verbrennung benötigte Luftmenge reicht aber nicht in allen Fällen aus, die Rauchgase auf die durch den Schwefeltaupunkt bzw. Wassertaupunkt vorgegebene Grenztemperatur abzukühlen, so daß ein entsprechend hoher Abgasverlust erzeugt wird.

Aus der DE-A 41 16 356 ist ein Verfahren zum Betrieb eines mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Dampferzeugers bekannt, bei dem in einem einzigen Wärmetauscher aus den Abgasen des Dampferzeugers vor ihrer Entstaubung Wärme auf einen Luftstrom übertragen wird, der nach seiner Erwärmung in als Verbrennungsluft eingesetzte Luft und als Wärmeträger zur Vorwärmung von Speisewasser für den Dampferzeuger eingesetzte zusätzliche Luft aufgeteilt wird. Bei der bekannten Verfahrensführung wird das Abgas nach seiner Entstaubung einer Rauchgasreinigungsanlage und danach dem Kamin zugeführt. Da das Abgas der Entstaubung mit relativ hoher Temperatur zugeführt werden muß, um eine sichere Entstaubung zu gewährleisten, wird auf einen wesentlichen Wärmeinhalt des Abgases und dessen Einbindung in den Dampferzeugungsprozeß unter Erhöhung des Prozeßwirkungsgrades verzichtet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, bei denen die Abgasverluste, insbesondere bei mit Braunkohlle gefeuerten Kesseln, verringert werden.

Diese Aufgabe wird für das Verfahren durch ein Verfahren zum Betrieb eines mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Dampferzeugers gemäß dem Patentanspruch 1 und für die Vorrichtung durch eine Dampferzeugungsanlage gemäß dem Patentanspruch 9 gelöst.

Damit ist es möglich, daß Abgas nicht nur bis in die Nähe des Schwefeltaupunktes abzukühlen, sondern auch bis in die Nähe des Wassertaupunktes. Die Abgaskanalbereiche sind dann korrosionsgeschützt zu gestalten, in dem z. B. gummierte Abgaskanäle hinter dem Entstauber, z. B. Elektrofilter, eingesetzt werden.

Dabei ist es vorzugsweise möglich, daß die Verbrennungsluft und die zusätzliche Luft gemeinsam durch beide Wärmetauscher geführt werden, oder daß die Verbrennungsluft alleine durch den ersten Wärmetauscher und die zusätzliche Luft alleine durch den zweiten Wärmetauscher geführt wird. Die zuletzt genannte Verfahrensführung ist für die Nachrüstung vorhandener Dampferzeuger besonders geeignet ist.

Die durch die Übertragung von Wärme auf das Speisewasser abgekühlte zusätzliche Luft kann ganz oder teilweise an die Umgebung abgeführt oder vor den zweiten Wärmetauscher zurückgeführt werden.

Wenn die Speisewasservorwärmung in an sich bekannter Weise in eine ND- Speisewasservorwärmung und eine nachfolgende HD-Speisewasservorwärmung unterteilt ist, ist es sinnvoll, allerdings auch apparativ aufwendiger, Wärme aus der erwärmten zusätzlichen Luft auf das Speisewasser im Bereich der HD-Speisewasservorwärmung zu übertragen, da so kostbare Dampfanzapfungen an der dem Dampferzeuger nachgeschalteten Dampfturbine reduziert werden können. Apparativ weniger aufwendig ist es, wenn Wärme aus der erwärmten zusätzlichen Luft im Bereich der ND- Speisewasservorwärmung übertragen wird. Es ist auch denkbar - und in der Figurenbeschreibung dargestellt -, Wärme sowohl im Bereich der HD- Speisewasservorwärmung als auch im Bereich der ND- Speisewasservorwärmung zu übertragen.

Es ist zweckmäßig, daß die HD- und/oder die ND-Speisewasservorwärmung üblicherweise mehrstufig erfolgt und die Übertragung von Wärme von der erwärmten zusätzlichen Luft in das Speisewasser jeweils in Reihe mit mindestens einer dampfbeheizten Vorwärmstufe oder parallel zu mindestens einer dampfbeheizten Vorwärmestufe erfolgt.

Mehrere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Dampferzeugungsanlage sollen nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 eine Anlage für gemeinsame Erwärmung der Verbrennungsluft und der zusätzlichen Luft und

Fig. 2 eine Anlage für getrennte Erwärmung der Verbrennungsluft und der zusätzlichen Luft.

Ein Dampferzeuger 1 wird mit Braunkohle 2 gefeuert. Das Dampferzeugerabgas 3 durchströmt einen vorzugsweise als Drehwärmetauscher ausgestalteten Angas-Luft-Wärmetauscher 4 und wird danach in einem Elektrofilter 5 entstaubt. Frischluft 6 wird über einen Frischlüfter 7 dem Abgas- Luft-Wärmetauscher zugeführt und in diesem erwärmt. Ein Teilstrom 6a der erwärmten Frischluft wird dem Dampferzeuger 1 als Verbrennungsluft zugeführt.

Dem Dampferzeuger 1 wird Speisewasser 8 (Kondensat von der nicht gezeigten Dampfturbine) zugeführt und zunächst einer mehrstufigen ND- Vorwärmung 9 unterzogen. Die Vorerwärmung erfolgt in einem dampfbeheizten Vorwärmer 10, einem Luft-Wasser-Wärmetauscher 11 und einem dampfbeheizten Vorwärmer 12. Das so vorgewärmte Speisewasser wird einem auch als Speisewasserbehälter dienenden Mischvorwärmer 13 zugeführt und aus diesem mittels einer Speisewasserpumpe 14 einer mehrstufigen HD- Vorwärmung 15 mit einem dampfbeheizten Vorwärmer 16, einem Luft-Wasser- Wärmetauscher 17 und einem nachfolgenden dampfbeheizten Vorwärmer 18 unterzogen. Bei der gezeigten Ausführungsform liegen die Luft-Wasser- Wärmetauscher 11 und 17 in Reihe mit den dampfbeheizten Vorwärmern. Es ist jedoch auch möglich, sie parallel zu dampfbeheizten Vorwärmern zu schalten, z. B. den Luft-Wasser-Wärmetauscher im ND-Strang parallel zum zweiten dampfbeheizten Vorwärmer zu schalten. Die beiden Luft-Wasser- Wärmetauscher 17 und 11 werden nacheinander von dem Teilstrom 6b des aus dem Abgas-Luft-Wärmetauscher 4 austretende Luftstroms 6 beaufschlagt. Nach Abgabe der Wärme kann der abgekühlte Luftstrom 6b je nach Stellung der Klappen 19 und 20 ganz oder teilweise in die Umgebung abgegeben werden bzw. ganz oder teilweise als Heißluft auf die Ansaugseite des Frischlüfters 7 zurückgeführt werden. Bei einem konventionellen mit Braunkohle gefeuerten Kessel, bei dem der Frischluftstrom 6 nur die Größe des Teilstroms 6a hat, liegt z. B. die Temperatur des mit 336°C eintretenden Abgases hinter dem Abgas-Luft-Wärmetauscher 4 bei 170°C, obwohl z. B. die durch den Schwefeltaupunkt vorgegebene Abgastemperatur im Abgas-Luft- Wärmetauscher bei ca. 150°C liegt. Hier wird also ein einer Abgastemperaturdifferenz von 20°K entsprechender Kesselwirkungsanteil nicht ausgenutzt. Durch die dem Teilstrom 6b entsprechende erhöhte Luftbeaufschlagung des Abgas-Luft-Wärmetauschers kann dem Rauchgas 3 zumindest ein Teil dieser Temperaturdifferenz entsprechende Wärme entzogen werden und auf das Speisewasser übertragen werden, so daß das Abgas den Abgas-Luft- Wärmetauscher mit ca. 150°C verläßt und der Kesselwirkungsgrad angehoben wird.

Um eine Abkühlung bis in die Nähe des Wassertaupunktes zu erreichen, wird ein zweiter Abgas-Luft-Wärmetauscher 21 eingesetzt, der rauchgasseitig dem Elektrofilter 5 nachgeschaltet und luftseitig dem Abgas-Luft-Wärmetauscher 4 vorgeschaltet ist.

Bei der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird die für die Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft alleine in dem Abgas-Luft-Wärmetauscher 4 erwärmt, während die zusätzliche Luft alleine in einem Abgas-Luft- Wärmetauscher 22 erwärmt wird, der rauchgasseitig wiederum dem Wärmetauscher 4 bzw. dem Elektrofilter 5 nachgeschaltet ist, luftseitig jedoch in einem gesonderten Luftstrang 23 angeordnet ist, der vorzugsweise wiederum zumindest teilweise als Kreislauf ausgestaltet sein kann. Aus diesem Grunde sind in der Fig. 2 die Klappen 19 und 20 beibehalten worden.

Der Luft-Wasser-Wärmetauscher 11 ist in diesen Luftstrang 23 und im ND- Vorwärmstrang 9 eingeschaltet. Im HD-Vorwärmstrang 15 ist bei der gezeigten Ausführungsform ein zusätzlicher HD-Speisewasservorwärmer 24 eingeschaltet, falls dies erforderlich ist. Zur Beaufschlagung des Abgas-Luft- Wärmetauschers 22 mit Luft ist getrennt von dem Frischlüfter 7 ein gesondertes Gebläse 25 vorgesehen. Die Anordnung gemäß Fig. 2 eignet sich insbesondere für das Nachrüsten von bestehenden Dampferzeugungsanlagen, deren Abgas-Luft-Wärmetauscher 4 nur auf die Menge der erforderlichen Verbrennungsluft ausgelegt ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Betrieb eines mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Dampferzeugers, bei dem als Verbrennungsluft eingesetzte Luft und als Wärmeträger zur Vorwärmung von Speisewasser für den Dampferzeuger eingesetzte zusätzliche Luft durch Wärmetausch mit den Abgasen des Dampferzeugers erwärmt werden, wobei zumindest ein Wärmetausch der Abgase mit der Verbrennungsluft in einem ersten Wärmetauscher vor einer Entstaubung der Abgase erfolgt und zumindest ein Wärmetausch der Abgase mit der zusätzlichen Luft in einem zweiten Wärmetauscher nach der Entstaubung der Abgase erfolgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft und die zusätzliche Luft gemeinsam durch beide Wärmetauscher geführt werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft alleine durch den ersten Wärmetauscher und die zusätzliche Luft alleine durch den zweiten Wärmetauscher geführt wird.
  4. 4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Übertragung von Wärme auf das Speisewasser abgekühlte zusätzliche Luft ganz oder teilweise an die Umgebung abgeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Übertragung von Wärme auf das Speisewasser abgekühlte zusätzliche Luft ganz oder teilweise vor dem zweiten Wärmetauscher zurückgeführt wird.
  6. 6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme aus der erwärmten zusätzlichen Luft auf das Speisewasser im Bereich einer HD- Speisewasservorwärmung übertragen wird.
  7. 7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme aus der erwärmten zusätzlichen Luft im Bereich einer ND-Speisewasservorwärmung übertragen wird.
  8. 8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die HD- und/oder die ND- Speisewasservorwärmung mehrstufig erfolgt und die Übertragung von Wärme von der erwärmten zusätzlichen Luft in das Speisewasser jeweils in Reihe mit mindestens einer dampfbeheizten Vorwärmstufe oder parallel zu mindestens einer dampfbeheizten Vorwärmstufe erfolgt.
  9. 9. Dampferzeugungsanlage mit einem Dampferzeuger (1), einem dem Dampferzeuger abgasseitig nachgeschalteten ersten Abgas-Luft- Wärmetauscher (4), einem dem ersten Abgas-Luft-Wärmetauscher abgasseitig nachgeschalteten Entstauber (5), einem dem Entstauber abgasseitig nachgeschalteten zweiten Abgas-Luft-Wärmetauscher (21; 22) und mit einem Luft-Wasser-Wärmetauscher (11; 17) zur Vorwärmung von Speisewasser für den Dampferzeuger (1), wobei dem ersten Abgas-Luft- Wärmetauscher (4) zumindest als Verbrennungsluft (6a) in dem Dampferzeuger eingesetzte Luft und dem zweiten Abgas-Luft- Wärmetauscher zumindest als Heißluft (6b) für den Luft-Wasser- Wärmetauscher (11; 17) eingesetzte Luft zuführbar ist.
  10. 10. Dampferzeugungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abgas-Luft- Wärmetauscher (21) dem ersten Abgas-Luft-Wärmetauscher (4) luftseitig vorgeschaltet ist und dem ersten Abgas-Luft-Wärmetauscher (4) luftseitig der Dampferzeuger (1) und der Luft-Wasser-Wärmetauscher (11; 17) nachgeschaltet sind.
  11. 11. Dampferzeugungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abgas-Luft- Wärmetauscher (4; 22) getrennt mit Luft beaufschlagbar sind und der erste Abgas-Luft-Wärmetauscher (4) mit dem Dampferzeuger (1) und der zweite Abgas-Luft-Wärmetauscher (22) mit dem Luft-Wasser- Wärmetauscher (11; 17) luftseitig verbunden sind.
  12. 12. Dampferzeugungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Luft-Wasser- Wärmetauscher (11; 17) luftseitig eine Heißluftrückführung (23) nachgeschaltet ist, die Luft vor den zweiten Abgas-Luft-Wärmetauscher (21; 22) zurückführt.
  13. 13. Dampferzeugungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft-Wasser- Wärmetauscher (17) in einem HD-Vorwärmstrang (15) für das Speisewasser angeordnet ist.
  14. 14. Dampferzeugungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 8-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft-Wasser- Wärmetauscher (11) in einem ND-Vorwärmstrang (9) für das Speisewasser angeordnet ist.






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