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Dokumentenidentifikation DE69702208T2 08.02.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0931238
Titel VERÄNDERLICHE SEKTORPLATTE FÜR LUFTVORWÄRMER MIT VIER SEKTOREN
Anmelder ABB Air Preheater, Inc., Wellsville, N.Y., US
Erfinder CRONIN, Patrick, James, Wellsville, US;
MERGLER, Gary, Thomas, Bolivar, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69702208
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 30.09.1997
EP-Aktenzeichen 979455540
WO-Anmeldetag 30.09.1997
PCT-Aktenzeichen US9718124
WO-Veröffentlichungsnummer 9814743
WO-Veröffentlichungsdatum 09.04.1998
EP-Offenlegungsdatum 28.07.1999
EP date of grant 31.05.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.02.2001
IPC-Hauptklasse F28D 19/04

Beschreibung[de]
Allgemeiner Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft Regenerativ- Rotationsluftvorwärmer für die Übertragung von Wärme aus einem Abgasstrom auf einen Verbrennungsluftstrom. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Viersektorluftvorwärmer.

Regenerativ-Rotationsluftvorwärmer werden üblicherweise dazu verwendet, Wärme aus den Abgasen, die aus einem Ofen austreten, auf die eintretende Verbrennungsluft zu übertragen. Herkömmliche Regenerativ- Rotationsluftvorwärmer besitzen einen Rotor, der Wärmeübertragungsflächen trägt. Der Rotor ist in einem Gehäuse drehbar montiert. Der Rotor weist radiale Trennwände oder Blenden auf, die zwischen sich Fächer zum Tragen der Wärmeübertragungselemente begrenzen. Über die oberen und unteren Seiten des Rotors hinweg erstrecken sich Sektorplatten, um den Vorwärmer in einen Gassektor und einen Luftsektor zu unterteilen. Der heiße Abgasstrom wird durch den Gassektor des Vorwärmers geleitet und überträgt Wärme auf die Wärmeübertragungsflächen auf dem sich kontinuierlich drehenden Rotor. Die Wärmeübertragungsflächen werden dann in den Luftsektor des Vorwärmers gedreht. Die über die Wärmeübertragungsflächen geleitete Verbrennungsluft wird dadurch erwärmt.

Große Dampfgeneratoren, die die Verbrennung pulverisierter Kohle einsetzen, verwenden typischerweise einen Teil der erwärmten, eintretenden Verbrennungsluft zum Trocknen, zum Klassifizieren und zum Transport der Kohle in den Pulverisator. Normalerweise ist es erforderlich, daß Kohle getrocknet und pulverisiert wird, bevor eine Entzündung erfolgen kann. Der Teil der eintretenden Luft, der zum Pulverisator geleitet wird, wird als Primärluft bezeichnet. Die übrige erwärmte Verbrennungsluft, die als Sekundärluft bezeichnet wird, wird direkt zum Dampferzeuger geschickt.

Bei einer älteren Ausführungsform wird die Primärluft für den Pulverisator durch einen ersten Vorwärmer geleitet und die Sekundärluft zur direkten Verwendung in der Verbrennung wird durch einen zweiten Vorwärmer geleitet. Um die teure und komplexe Erfordernis mehrfacher Vorwärmer zu beseitigen, wurde herkömmlicherweise ein einzelner Vorwärmer mit mehrfachen Luftsektoren verwendet, um die Erfordernis mehrfacher Vorwärmer zu beseitigen. Der Luftsektor des Vorwärmers dieser Dreisektorvorwärmer ist durch eine zusätzliche Sektorplatte unterteilt (siehe z. B. US-A-3799242).

Radiale Dichtungselemente längs der Kanten der Trennwände oder Blenden des Rotors schleifen über die Luft- Gas-Sektorenplatten, die den Vorwärmer in den Abgassektor und den Luftsektor unterteilen. Die radialen Dichtungselemente schleifen auch über die Sektorplatte, die den Luftsektor des Vorwärmers in die Primär- und Sekundärluftsektoren unterteilt und gelegentlich als die Priair-Secair-Platten bezeichnet wird. Das abdichtende Anliegen dieser radialen Dichtungen an den Sektorenplatten minimiert die Leckage und das Vermischen des Abgasstroms mit dem Luftstrom und des Primärluftstroms mit dem Sekundärluftstrom. Um die Leckage so niedrig wie praktisch möglich zu halten, ist es üblich, eine Doppeldichtungsanordnung zwischen den Rotor- und Sektorplatten vorzusehen. Bei dieser Anordnung sind die Luft-Gas-Sektorplatten und die Primärluft-Sekundärluft- Sektorplatte von gleicher Größe wie zwei Rotorfächer. Bei dieser Anordnung liegen die radialen Dichtungen auf zwei aufeinanderfolgenden Trennwänden oder Blenden gleichzeitig an der Sektorplatte an.

Ein Mangel herkömmlicher Dreisektorvorwärmer besteht darin, daß die für die Doppeldichtungsanordnung erforderlichen Sektorplatten einen nicht unerheblichen Prozentsatz der Strömungsfläche durch den Vorwärmer belegen oder blockieren. Diese Blockade vermindert die Strömungsfläche durch den Rotor und vergrößert den Druckabfall über den Vorwärmer, wodurch zur Kompensierung einen Vergrößerung der Abmessung des Vorwärmers erforderlich wird.

Die Doppeldichtungsanordnung der radialen Dichtungen mit den Sektorplatten verhindert zusammen mit axialen Dichtungen, die längs des äußeren Umfangs des Rotors und des Gehäuses angeordnet sind, eine Leckage von Luft und Abgas bei den Abgas-, Primärluft- und Sekundärluftsektoren. Die wichtigste Luftleckage bei den Sektoren ist typischerweise die direkte Leckage. Direkte Leckage ist die Luftmenge, die zwischen den radialen und axialen Dichtungen und Dichtungsflächen als Folge des Druckunterschieds zwischen den verschiedenen Luft- und Abgasströmen durchtritt. Herkömmlicherweise wird der Primärluftstrom bei dem höchsten Relativdruck betrieben, um Kohle ausreichend zu trocknen und von den Pulverisatoren wegzutransportieren. Der Sekundärluftstrom hat herkömmlicherweise einen Druck, der größer ist als der Umgebungsluftdruck, aber kleiner als der Druck des Primärluftstroms. Der Abgasstrom hat wegen der stromabwärtigen Positionierung von Gebläsen für den Transport des Abgases typischerweise einen Druck unter dem Umgebungsluftdruck. Daher tritt die direkte Leckage infolge des Druckunterschieds zwischen den Sektoren typischerweise zwischen dem Primärluftsektor und dem Abgassektor und zwischen dem Sekundärluft- und dem Abgassektor auf.

Direkte Leckage kann verdünnen oder die Temperatur des Abgases um 10ºF bis 20ºF (-6,5ºC) vermindern. Der kühlere Verbrennungsluftstrom kann sich durch direkte Leckage mit dem heißeren Abgasstrom mischen und so die Abgasstrom- Austrittstemperatur vermindern. Verminderte Abgasstrom- Austrittstemperaturen erniedrigen die Temperaturen des metallischen kalten Endes des Rotors. Das kalte Ende des Rotors kann daher unter den Taupunkt des Abgases fallen. Folglich unterliegen Stahlbaumaterialien im Rotor Korrosion durch Schwefelsäure, wenn Feuchtigkeit auf dem Rotor in Gegenwart von Schwefel im Gas kondensiert. In dem Maße wie der Schwefelprozentsatz in der Kohle steigt, wächst das Ausmaß potentieller Korrosion des kalten Endes. Die Korrosion kann zu häufigerem Ersetzen von korrodierten Komponenten des kalten Endes führen. Außerdem wächst bei Kohleverbrennung das Verschmutzungspotential, wenn die Temperatur abnimmt.

Darüberhinaus vermindert direkte Leckage zwischen dem Luftsektor und dem Abgassektor den Luftnebenstrom. Daher sind größere Gebläse erforderlich, die die Anfangs- und Betriebskosten erhöhen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Regenerativ- Rotationsvorwärmer mit vier Sektoren. Der Viersektor- Luftvorwärmer hat erfindungsgemäß einen Abgassektor, einen Primärluftektor und ein Paar von Sekundärluftsektoren, wobei jeder Sekundärluftsektor sowohl zu dem Gassektor als auch zu dem Primärluftsektor benachbart ist.

Der Viersektor-Luftvorwärmer beinhaltet Doppeldichtungsanordnungen zwischen dem Gassektor und den Sekundärluftsektoren und Einzeldichtungsanordnungen zwischen dem Primärluftsektor und jedem Sekundärluftsektor. Insbesondere sind die Sektorplatten zwischen dem Gassektor und den zwei Sekundärluftsektoren von gleicher Größe wie zwei Rotorfächer und stellen daher Doppeldichtungen zwischen diesen bereit. Die Sektorplatten zwischen dem Primärluftsektor und den Sekundärluftsektoren sind von gleicher Größe wie ein Rotorfach und stellen daher eine Einzeldichtung zwischen diesen bereit. Die Sektorplatten zwischen dem Primärluftsektor und den Sekundärluftsektoren haben daher die halbe Größe der Sektorplatten zwischen dem Abgassektor und jedem Sekundärluftsektor.

Die Verwendung von Einzeldichtungssektorplatten zwischen den Primär- und Sekundärluftsektoren vermindert die Blockade des Luftstroms durch den Luftsektor des Vorwärmers und minimiert daher den Druckabfall über dem Luftvorwärmer. Außerdem resultiert aus der Positionierung des Primärluftsektors zwischen den Sekundärluftsektoren nur eine direkte Leckage von dem Primärluftsektor mit vergleichsweise höherem Druck in den Sekundärkanal anstatt in den Abgaskanal. Die Wiedergewinnung der direkten Leckage von dem Primärsektor in den Sekundärkanal vermindert daher die Größe der Gebläsesaugkraft für den Sekundärsektor um einen entsprechenden Betrag, wodurch die Anfangskosten und die fortlaufenden Betriebskosten des Ofensystems verringert werden.

Außerdem vermindert das Positionieren der Sekundärluftsektoren mit vergleichsweise niedrigerem Druck neben dem Abgassektor die Luft-zu-Gas-Leckage. Die Verminderung der Luftsektor-zu-Gassektor-Leckage vermindert die Kühlung des Abgases. Die resultierende höhere Austrittstemperatur des Abgases verringert die Korrosion des kalten Endes während dennoch eine gleichwertige Wärmeübertragung zwischen dem Abgassektor und dem Luftsektor bereitgestellt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine teilweise aufgebrochene Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Regenerativ- Viersektor-Rotationsluftvorwärmers;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Regenerativ-Viersektor-Rotationsluftvorwärmers der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Pulverisator und einem Ofen;

Fig. 3 ist eine Draufsicht, teilweise in Durchsicht, des Viersektor-Luftvorwärmers von Fig. 1;

Fig. 4 ist einen vereinfachte Darstellung des Rotors und der Sektorplatten des Viersektor-Luftvorwärmers von Fig. 1;

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines Teils des Rotors und der Sektorplatte, die eine Dopgeldichtungsanordnung veranschaulicht; und

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht eines Teils des Rotors und der Sektorplatte, die eine Einzeldichtungsanordnung veranschaulicht.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Mit Bezug auf die Zeichnungen wird ein erfindungsgemäßer Regenerativ-Viersektor-Rotationsluftvorwärmer allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Der Luftvorwärmer 10 besitzt einen Rotor 12, der drehbar in einem Gehäuse 14 montiert ist. Der Rotor 12 wird von sich radial erstreckenden Blenden oder Trennwänden 16 gebildet, die sich radial von einer Mittelstütze 18 zum Außenumfang des Rotors 12 erstrecken. Die Trennwände 16 begrenzen zwischen sich Fächer 17, die die Wärmeübertragungselemente enthalten. Am Gehäuse 14 ist ein Abgaseinlaßkanal 20 und ein Abgasauslaßkanal 22 für den Strom erwärmter Abgase durch den Luftvorwärmer 10 angebracht. Am Gehäuse 14 sind auch ein Primärlufteinlaßkanal 24, Sekundärlufteinlaßkanäle 25, 26, ein Primärluftauslaßkanal 27 und Sekundärluftauslaßkanäle 28, 29 für den Strom von Verbrennungsluft durch den Vorwärmer 10 angebracht. (Siehe Fig. 1, 2 und 3.)

Luft-Gas-Sektorplatten 30 erstrecken sich quer über das Gehäuse 14 benachbart zu den oberen und unteren Frontseiten des Rotors 12. Die Luft-Gas-Sektorplatten 30 teilen den Luftvorwärmer 10 in einen Luftsektor 32 und einen Abgassektor 34. Die Pfeile von Fig. 1 geben die Richtung eines Abgasstroms 36 und des Luftstroms 38 an. Die Luftseite 32 des Vorwärmers 10 wird von den Sektorplatten 62, 64, die gelegentlich als Priair-Secair-Sektorplatten bezeichnet werden, in einen Primärluftsektor 40 und eine Mehrzahl von Sekundärluftsektoren 42, 44 unterteilt. (Siehe Fig. 3) Daher besteht der Verbrennungsluftstrom 38 aus einem Primärluftstrom 38b und mehreren Sekundärluftströmen 38a, 38c. Der Primärluftstrom 38b und die Sekundärluftströme 38a, 38c werden durch den Primärlufteinlaßkanal 24, beziehungsweise die Sekundärlufteinlaßkanäle 25, 26, die in Fig. 2 gezeigt sind, in den Primärluftsektor 40, beziehungsweise die Sekundärluftsektoren 42, 44 geleitet. Der Primärluftsektor 40 ist zwischen den Sekundärluftsektoren 42, 44 positioniert, wobei die Sekundärluftsektoren jeweils benachbart zu dem Abgassektor 34 und dem Primärluftsektor 40 sind. Daher ist der Primärluftsektor 40 nicht benachbart zum Abgassektor 34.

Mit Bezug auf Fig. 2 ist der Luftvorwärmer 10 in Verbindung mit einem Dampfgenerator 46 zur Erzeugung von Dampf gezeigt. Heißes Abgas wird von dem Dampfgenerator 46 durch einen Kanal 48 zu dem Abgassektor 34 des Vorwärmers 10 geleitet. Der durch den Abgaseinlaßkanal 20 eintretende heiße Abgasstrom 36 überträgt Wärme auf die Wärmeübertragungselemente, die in den Fächern 17 zwischen den Trennwänden 16 auf dem sich kontinuierlich drehenden Rotor 12 montiert sind. Die erwärmten

Wärmeübertragungselemente werden dann in den Luftsektor 32 des Luftvorwärmers 10 gedreht. Der ungewärmte Primärluftstrom 38b wird durch einen Kanal 50, der mit dem Primärlufteinlaßkanal 24 verbunden ist, in den Luftsektor 32 des Luftvorwärmers 10 geleitet. Die ungewärmten Sekundärluftströme 38a, 38c werden durch Kanäle 52, 54, die mit den Sekundärlufteinlaßkanälen 25, 26 verbunden sind, in den Luftvorwärmer 10 geleitet. Die gespeicherte Wärme der Wärmeübertragungselemente wird auf den Verbrennungsluftstrom 38 übertragen, der durch die Lufteinlaßkanäle 24, 25 und 26 eintritt.

Der erwärmte Primärluftstrom 38b verläßt den Vorwärmer 10 durch den Primärluftauslaßkanal 27 und wird durch den Kanal 56 zu dem Pulverisator 58 geleitet, der zum Pulverisieren von Kohle für den Dampfgenerator 46 eingesetzt wird. Der Primärluftstrom 38b trocknet die Kohle, unterstützt die Klassifikation der Kohlenstäube in dem Pulverisator 58 und transportiert die Kohlenstäube außerdem zu dem Dampfgenerator 46. Die Sekundärluftströme 38a, 38c verlassen den Vorwärmer 10 durch die Sekundärluftauslaßkanäle 28, 29 und werden durch Kanal 60 direkt zu dem Dampfgenerator 46 geleitet. Der gekühlte Abgasstrom 36 verläßt den Vorwärmer 10 durch den Abgasauslaßkanal 22.

An den oberen und unteren Kanten der Trennwände 16 sind zur Abdichtung zwischen den Sektoren 34, 40, 42, 44 radiale Dichtungen 66 angebracht. Die radialen Dichtungen 66 liegen in abdichtender Weise an den Luft-Gas- Sektorplatten 30 und den Sektorplatten 62, 64 an, um die direkte Luftleckage zwischen den Sekundärluftsektoren 42, 44 und dem Abgassektor 34 beziehungsweise dem Primärluftsektor 40 und den Sekundärluftsektoren 42, 44 zu vermindern. (Siehe die in Fig. 3 gezeigten Pfeile.)

Die Luft-Gas-Sektorplatten 30 begrenzen vorzugsweise einen Winkel A, wobei die Luft-Gas-Sektorplatten 30 hinreichend groß sind, um zwei Fächer zu überdecken, so daß immer zwei radiale Dichtungen 66 dichtend an den Luft-Gas- Sektorplatten 30 anliegen, wenn sich der Rotor 12 dreht. (Siehe Fig. 3 und 5.) Damit die Luft-Gas-Sektorplatten 30 hinreichend groß sind, um eine Doppeldichtung bereitzustellen, blockieren die Luft-Gas-Sektorplatten 30 jedoch einen Teil des Rotors 12. Diese Blockade erhöht den Druckabfall über den Vorwärmer 10. Um den Druckabfall über den Luftsektor 32 des Vorwärmers zu vermindern, sehen die Primärluft-Sekundärluft-Sektorplatten 62, 64 nur eine Einzeldichtungsanordnung mit den radialen Dichtungen 66 vor. Die Primärluft-Sekundärluft-Sektorplatten 62, 64 haben zu jeder Zeit nur mit einer radialen Dichtung 66 Kontakt. (Siehe Fig. 3 und 6.) Daher begrenzen die sogenannten Sektorplatten 62, 64 im allgemeinen den halben Winkel der Luft-Gas-Sektorplatten 30 und es liegt immer nur eine einzelne radiale Dichtung 66 an diesen Sektorplatten 62, 64 abdichtend an, wenn sich der Rotor dreht.

Die Einzeldichtungsanordnung der Priair-Secair- Sektorplatten 62, 64 ermöglicht theoretisch eine größere direkte Leckage zwischen dem Primärluftsektor 40 und den Sekundärluftsektoren 42, 44 im Vergleich zu der direkten Leckage zwischen den Sekundärluftsektoren 42, 44 und dem Abgassektor 34 durch die Doppeldichtung der Luft-Gas- Sektorplatten 30. Die Anordnung des Primärluftsektors 40 zwischen den Sekundärluftsektoren 42, 44 bietet jedoch verschiedene betriebliche Vorteile. Die direkte Leckage des Primärluftstroms 38b aus dem Primärluftsektor 40 in die Sekundärluftsektoren 42, 44 wird in den Sekundärluftauslaßkanälen 28, 29 zurückgewonnen, wodurch die Größe der Gebläsesaugkraft, die für die Sekundärluftströme 38a, 38c erforderlich ist, um den entsprechenden Betrag gemindert wird.

Bei herkömmlichem Anlagenbetrieb wird der Primärluftstrom 38b bei einem höheren Druck betrieben werden als die Sekundärluftströme 38a, 38c. Die Sekundärluftströme 38a, 38c haben einen mittleren Druck zwischen dem Primärluftstromdruck und dem Abgasstromdruck. Weil die relativen Drücke zwischen den Sekundärluftströmen 38a, 38c und dem Abgasstrom 36 niedriger sind als der Druckunterschied zwischen dem Primärluftstrom 38b und dem Abgasstrom 36, wird daher die direkte Luftleckage zwischen den Sekundärluftsektoren 42, 44 und dem Abgassektor 34 vermindert. Die verminderte direkte Leckage zwischen dem Luftsektor 32 und dem Abgassektor 34 hat daher eine geringere Verdünnung und Kühlung des Abgasstroms 36 zur Folge.

Bei einem experimentellen Vergleich eines erfindungsgemäßen Viersektor-Luftvorwärmers mit einem herkömmlichen Dreisektorvorwärmer war bei ähnlichen Leistungsmerkmalen die direkte Luftleckage um 37% vermindert. Die verminderte Luft-zu-Gas-Leckage vermindert die Verdünnung und Kühlung des Abgases und ermöglicht daher eine höhere Austrittstemperatur des Abgasstroms. Die erhöhte Austrittstemperatur hat eine verminderte Korrosion des kalten Endes zur Folge, während dennoch ein gleichwertiger Wärmeübergang zwischen dem Abgasstrom und den Primär- und Sekundärluftströmen beibehalten wird. Außerdem kann die Größe der Gebläsesaugkraft für geringere Anfangs- und Betriebskosten vermindert werden.


Anspruch[de]

1. Regenerativ-Viersektor-Rotationsluftvorwärmer mit einer Dichtungsanordnung mit:

einem Rotorgehäuse;

einem in dem Rotorgehäuse drehbar montierten Rotor mit mehreren sich radial erstreckenden Blenden, die in dem Rotor Fächer bilden, und mit radialen Dichtungen, die sich längs der Kanten der Blenden erstrecken;

Sektorplatten, die an beiden axialen Enden des Rotors angeordnet sind und den Luftvorwärmer in einen Abgassektor, einen Primärluftsektor, einen ersten Sekundärluftsektor benachbart zu dem Abgassektor und dem Primärluftsektor und einen zweiten Sekundärluftsektor unterteilt, der benachbart zu dem Abgassektor und dem Primärluftsektor angeordnet ist, wobei die Sektorplatten zwischen dem Abgassektor und den Sekundärluftsektoren von einer Größe sind, daß sie jederzeit abdichtend an zwei der radialen Dichtungen anliegen, und wobei die Sektorplatten zwischen dem Primärluftsektor und den Sekundärluftsektoren von einer Größe·sind, daß sie zu jeder beliebigen Zeit abdichtend an nur einer der radialen Dichtungen anliegen.







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