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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus den Rauchgasen brennstoff- beheizter Kessel, insbesondere Dampfkessel, wobei mit den aus dem Kessel austretenden Rauchga- sen ein flüssiges Zwischenmedium aufgeheizt wird und das in den Kessel eintretende Wasser durch
Wärmeaustausch mit dem Zwischenmedium vorgewärmt wird. Das Verfahren gemäss der Erfindung kann besonders bei solchen Dampfkesseln Verwendung finden, bei welchen wegen des grossen Kon- denswasserverlustes verhältnismässig viel kaltes Speisewasser zugeführt werden muss.
Es ist allgemein üblich, dass zur Rückgewinnung der Rauchgaswärme ein Oberflächen-Wärme- austauscher, u. zw. Luft-oder Speisewasservorwärmer, eventuell beide verwendet werden. Im Falle der Verwendung von Luftvorwärmern wird mit der Rauchgaswärme die zur Heizung des Kessels er- forderliche Luft mit dem Speisewasservorwärmer das in den Kessel einzuspeisende Speisewasser vor- gewärmt. Bei Anwendung von Luft-oder Speisewasservorwärmern kann eine Wärme nur mit niedri- gem Wirkungsgrad zurückgewonnen werden, weil die Rauchgase nur um 170 bis 220 C Temperatur abgekühlt werden, das auf zwei Gründe zurückzuführen ist. Der erste Grund liegt darin, dass die
Oberflächenwärmeaustauscher mit ungünstigem Wärmeübertragungsfaktor arbeiten.
Zur Erreichung von besseren Parametern wären äusserst grosse Wärmeübertragungsflächen erforderlich, wodurch die
Rauchgase stärker abgekühlt werden könnten, aber das Ausmass dieser Übertragungsflächen ist aus ökonomischen Gründen begrenzt. Der zweite Grund liegt darin, dass zwecks Vermeidung von Korrosion die Rauchgase nur bis zu dem Mass abgekühlt werden dürfen, dass die Temperatur am ältesten Punkt der wärmeübertragenden Oberfläche noch höher liegt, als die Taupunkttemperatur des Rauchgases.
Eine weitere bekannte Lösung besteht darin, dass man zwecks Vermeidung der im Bereich des Taupunktes im grösseren Mass entstehenden Korrosion die die Wärme übertragende Oberfläche aus rostfestem Material herstellt. Wie bekannt, ist aber diese Lösung sehr teuer, weshalb, wie oben schon erwähnt, die Temperatur des abgekühlten Rauchgases immer durch strenge ökonomische Vorbedingungen begrenzt sein wird.
Aus der DE-PS Nr. 2648854 ist ein Verfahren bekanntgeworden, dessen Grundlage auf der Anwendung eines rostfreien Wärmeaustauschers beruht, der eine Abkühlung der aus dem Kessel austretenden Rauchgase auf eine Temperatur von zirka 100 C ermöglicht.
Eine weitere bekannte Lösung schlägt vor, zur Ausnutzung der Abfallwärme des Rauchgases einen wärmeausnutzenden Kessel zu verwenden. Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Rauchgase nur in begrenztem Masse abgekühlt sein können, weil das Kühlmedium in Abhängigkeit vom inneren Druck des Kessels eine Temperatur höher als 100 C aufweist.
Die HU-PS Nr. 185501 beschreibt ein Verfahren, durch welches die Abfallwärme des Rauchgases mit einem höheren Wirkungsgrad erzielbar ist, aber nur in dem Falle, wenn-im Vergleich mit dem Rauchgasvolumen - eine Erwärmung eines Mediums von grossem Volumen vorgenommen wird, weil dieses Medium nur auf eine niedrige Temperatur erwärmt sein kann. Als Beispiel sei erwähnt, dass im Falle des Vorhandenseins eines Rauchgases, dessen Temperatur um 170 C liegt, und das eine Feuchtigkeit von 50 g/kg besitzt, das zu erwärmende Medium nur auf zirka 45 C Temperatur erwärmt werden kann, weil für die Erwärmung dieses Mediums wegen der zur Verfügung stehenden nassen Wärme ein zweistufiger Wärmeaustausch erforderlich ist.
Die HU-PS Nr. 180288 beschreibt ein Verfahren, das den Vorteil besitzt, eine Wärmerückgewinnung von hohem Ausmass zu ermöglichen, wobei die Aufwärmung des Kühlmediums durch die Temperatur des nassen Rauchgases nicht beschränkt ist. Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt aber darin, dass das mit dem Rauchgas erwärmte Wasser unsauber ist, wodurch dieses Wasser als Speisewasser für Kessel nicht verwendbar ist.
Die DE-OS 2512233 beschreibt die Kombination eines an sich bekannten nassen Wärmetauschers mit einem Rohrwärmeaustauscher. Diese Lösung ist für die Abkühlung von Rauchgasen in entsprechendem Masse aber nur dann geeignet, wenn Kühlwasser entsprechender Menge zur Verfügung steht. Darüber hinaus bedeutet der Wärmeaustausch zwischen dem Zwischenmedium und dem in den Kessel eingeführten Wasser dann einen Verlust, wenn, wie im vorbekannten Fall, dieses höchstens um 500C erwärmt werden kann.
Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der den bekannten Verfahren anhaftenden Nachteile bzw. in erster Linie die Weiterentwicklung des Verfahrens nach der HU-PS Nr. 180288, mit der
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Zielsetzung, die Ausnutzung der Wärme der aus dem Kessel austretenden heissen Rauchgase zur Vorwärmung des Speisewassers für den Kessel.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch die Verwendung von an sich bekannten Wärmeaustauschern, d. h. nasser Wärmeaustauscher, Wasser-Wasser-Wärmeaustauscher und durch Anwendung von Speisewasservorwärmern ein Wärmerückgewinn erzielt werden kann, wobei ausser einem bedeutenden Wirkungsgrad auch die Verunreinigung des Speisewassers unterbunden ist. Zur Erreichung des günstigen Wärmerückgewinn-Wirkungsgrades brauchen auch keine unwirtschaftlich grossen Speisewasservorwärmer-Oberflächen benutzt werden.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art, wird dies gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die Rauchgase zuerst über einen Speisewasservorwärmer, danach über einen nassen Wärmeaustauscher geführt werden, wobei das im nassen Wärmeaustauscher zirkulierende Zwischenmedium erwärmt und mit diesem Zwischenmedium kaltes Speisewasser über einen weiteren Wärmeaustauscher erwärmt wird, und dass danach dieses vorgewärmte Speisewasser zwecks weiterer Erwärmung über den vor den nassen Wärmeaustauscher geschalteten Speisewasservorwärmer geführt wird.
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in einem Wärmeaustauscher abgekühlt, in welchem die Rauchgase mit dem eingesprühten Zwischen- medium unmittelbar in Berührung kommen.
Da nun mit diesem Zwischenmedium das Speisewasser mittels eines Wasser-Wasser-Wärmeaustauschers vorgewärmt worden ist, liegt die Temperatur des
Speisewassers um den Taupunkt der in dem nassen Wärmeaustauscher eintretenden Rauchgase, weshalb auf diese Weise vorgewärmtes Speisewasser in einem aus herkömmlichem Stahl hergestell- ten Speisewasservorwärmer, der vor den nassen Wärmeaustauscher geschaltet ist, weiter erwärmt werden kann. Unter Umständen braucht nur ein ganz kleiner Teil des Speisewasservorwärmers aus rostfestem Material hergestellt sein.
Das Verfahren gemäss der Erfindung weist zahlreiche Vorteile auf. In erster Linie soll erwähnt werden, dass die Rauchgase im hohen Masse, sogar auf 34 bis 40 C herab, ökonomisch abgekühlt werden können.
Ferner kann ein grosser Anteil des im Rauchgas vorhandenen Wasserdampfes, also ein grosser Teil der im Rauchgas enthaltenen Wärme zurückgewonnen werden, wodurch der Kesselwirkungsgrad mit Gasheizung auf einen Wert von zirka 95% erhöht werden kann.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäss der Erfindung liegt schliesslich darin, dass als Ergebnis der unmittelbaren Berührung des Rauchgases mit dem Zwischenmedium eine gleichzeitige automatische Reinigung der ausströmenden Gase vollzogen wird, so dass sich Sonderrauchgas-Reinigungsanlagen erübrigen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung wird nachstehend an Hand von Zeichnungen näher erläutert, in denen Fig. 1 ein Diagramm des Verfahrens gemäss der Erfindung, Fig. 2 die Anwendung des Verfahrens gemäss der Erfindung mit aufgeteilter Speisewasservorwärmer-Oberfläche veranschaulicht. Fig. 3 zeigt eine zweckmässige Regelungsart der Wassertemperatur des in den Speisewasservorwärmer eingespeisten Wassers.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäss der Erfindung, wobei aus der ersten Stufe des Speisewasservorwärmers austretendes Speisewasser in kleiner Menge einer weiteren Speisewasservorwärmestufe zugeführt wird, Fig. 5 zeigt schliesslich ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäss der Erfindung, bei dem neben der Vorwärmung des Speisewassers die Wärme der Rauchgase auch für die Erwärmung des Wassers in Kessel verwendet wird, und wobei die Regelung der Temperatur des Speisewassers durch die Speisung des Wassers vorgenommen wird.
Wie Fig. 1 zeigt, werden heisse Rauchgase --1-- zuerst durch den Wärmeaustauscher des Spei- sewasservorwärmers--2--geführt, an den die Rauchgase einen Teil ihrer Wärme abgeben. Die Rauchgase werden sodann in einen nassen Wärmeaustauscher --3-- geleitet, wo diese, indem sie mit dem eingesprühten Zwischenmedium unmittelbar in Berührung kommen, abkühlen. Das abgekühlte Rauchgas --4-- gelangt danach durch einen Schornstein oder unmittelbar in die freie Atmosphäre.
Das aus dem nassen Wärmeaustauscher --3-- abgeführte vorgewärmte Zwischenmedium --5-- wird mit Hilfe einer Pumpe --6-- in den Wärmeaustauscher --7-- geleitet, in welchem das Zwi-
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--8-- insein.
In Fig. 1 ist die an sich bekannte Speiseeinrichtung der Kesselanlage, u. zw. das"Speise- haus" symbolisch mit einem gestrichelten Quadrat --10-- angedeutet. Von dem"Speisehaus"wird das Speisewasser, das zu der die Wärme nutzenden Einrichtung geführt wird, zuerst über den Wärmeaustauscher --7-- geleitet, wo das Zwischenmedium vorgewärmt wird, anschliessend wird es in dem Speisewasservorwärmer --2-- weiter erwärmt und schliesslich in das "Speisehaus" zurück- geführt.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei wegen der Rauchgasparameter oder dem Temperaturgleichgewicht der wärmeausnutzenden Einrichtung die Vorwärmung des Zwischenme- diums auf eine Temperatur nicht möglich ist, die über dem Taupunkt der Rauchgase liegt. In diesem Falle wird die Oberfläche des Speisewasservorwärmers auf zwei in Reihe geschaltete Einheiten aufgeteilt, von welchen die Einheit --2a-- aus rostfreiem, die Einheit --2b-- aus herkömmlichem Stahl besteht.
Fig. 3 veranschaulicht eine zweckmässige Art der Temperaturregelung des in den Speisewasservorwärmer --2-- eingeführten Speisewassers, wobei eine Korrosion vermieden ist. Das Speisewasser wird vor der Einleitung in den Speisewasservorwärmer --2-- über einen Wärmeaustau- scher --11-- geführt, wodurch das Speisewasser auf eine Temperatur, die mit dem Taupunkt des Rauchgases gleich ist, gebracht wird. Der Wärmeaustauscher --11-- wird mit dem aus dem Speise- wasservorwärmer --2-- austretenden Speisewasser geheizt. In die von der Heizmittelseite des Wärmeaustauschers --11-- abgehende Leitung ist ein Regelventil --12-- eingebaut, mittels welchem eine konstante Temperatur des in den Speisewasservorwärmer --2-- geleiteten Wassers aufrechterhalten wird.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel gemäss der Erfindung, wonach das aus dem Speisewasservorwärmer - austretende und in dem Wärmeaustauscher --11-- in geringem Mass abgekühlte Speisewasser zwecks weiterer Erwärmung über einen Speisewasservorwärmer --2c-- geführt wird und danach in das "Speisehaus" --10-- zurückströmt.
Fig. 5 zeigt schliesslich ein Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung, wodurch die Temperaturregelung des in den Speisewasservorwärmer --2-- eingeleiteten Wassers dadurch erfolgt, dass der Wärmeaustauscher --11-- mit dem aus einem Behälter --13-- durch die Pumpe --14-- erhaltenen Wasser beschickt wird, wonach dieses Speisewasser in den Speisebehälter --13-- zurückge- führt wird.
Das Verfahren gemäss Fig. 5 wird zweckmässig in dem Fall benutzt, wenn das Rauchgas im ersten Schritt mit dem aus dem Behältnis --13-- entnommenen und über den Speisewasservorwärmer --2d-- geleiteten und schliesslich in den Behälter --13-- zurückgeführten Wasser abgekühlt wird, wonach die Rauchgase in die weitere Einheit der Einrichtung geführt werden.
In Fig. 5 ist auch die Speisewasservorbereitung schematisch dargestellt, wobei in dem"Spei- sehaus"--10--im allgemeinen vorhandene Einrichtungen zum Einsatz gelangen, z. B. ein Wasser- enthärter --14--, ein Kondenswasserbehälter --15--, eine Pumpe --16--, der bereits erwähnte Behälter --13-- und eine Kesselwasserspeisepumpe --17--.
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