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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wiederaufheizung von Rauchgasen, die aus einer einem Kesselsystem nachgeschalteten Rauchgasnachbehandlungsanlage austreten, mittels eines ersten Wärmetauschers, der nach der Rauchgasnachbehandlungsanlage angeordnet und durch Wärme der heissen Rauchgase und/oder der dem Kesselsystem zugeführten Heissluft und/oder zusätzlicher Fremdwärme beheizt ist.
Die Wiederaufheizung der Rauchgase nach einer Rauchgasnachbehandlungsanlage, z. B. einer
Rauchgasentschwefelungsanlage, erfolgt üblicherweise durch den Einsatz von Turbinenanzapfdampf oder von Gas- oder Ölbrennern (Fig. 1), oder durch den Einsatz von Dreh-Gasvorwärmern, die nach dem Luftvorwärmer des Kesselsystems angeordnet sind.
Durch die Verwendung des Turbinenanzapfdampfes wird der Wirkungsgrad des Kraftwerkblok- kes vermindert. Der Einsatz von Gas-bzw. Ölbrennern bedingt zusätzliche Kosten. Bei Ölbrennern kommt es zu einer erhöhten S02 -Konzentration der Reingase bei der Verbrennung schwefelhaltiger Öle. Beim Einsatz von Dreh-Gasvorwärmern kommt es zum Übertritt von Rohgas in das Reingas.
Ausserdem ist die Ausführung der Rauchgasleitungen und der Heizflächen (Taupunkt) sehr kosten- aufwendig.
Durch die DE-OS 2703681 ist der Einsatz eines Wärmetauschers bekannt, der direkt durch die aus dem Kessel austretenden Rauchgase beheizt wird, wobei die Rauchgase anschliessend in die Rauchgasnachbehandlungsanlage eintreten und nach dem Passieren eines Trockners im
Wärmetauscher wieder aufgeheizt und über ein Gebläse zum Schornstein geleitet werden. Die direkte Wärmeübertragung von heissem Rauchgas auf kaltes Rauchgas erfordert eine grossflächige Ausführung des Wärmetauschers, und die Austrittstemperatur ist in starkem Masse von der schwanken- den Eintrittstemperatur abhängig. Ausserdem ist keine Regelungsmöglichkeit der Austrittstemperatur gegeben.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Wiederaufheizung von Rauchga- sen, ohne dass eine externe Energiezufuhr notwendig ist, oder dass zusätzlich nur eine minimale externe Energiezufuhr erfolgt, wobei auch eine Regelung der Austrittstemperatur der Rauchgase aus dem ersten Wärmetauscher gegeben sein soll.
Die Vorrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkreislauf des ersten Wärmetauschers an den Sekundärkreislauf mindestens eines zweiten Wärmetauschers angeschlossen ist, welcher beim Austritt der Rauchgase aus dem Luftvorwärmer des Kesselsystems angeordnet ist, oder an den Sekundärkreislauf eines dritten Wärmetauschers angeschlossen ist, welcher beim Eintritt der Rauchgase in den Luftvorwärmer des Kesselsystems angeordnet ist, oder an den Sekundärkreislauf eines vierten Wärmetauschers angeschlossen ist, welcher zwischen dem Eintritt der Rauchgase in den Luftvorwärmer des Kesselsystems und dem Austritt der Heissluft aus dem Luftvorwärmer angeordnet ist, wobei ein Gebläse und ein Staubabscheider in Serie liegend im Primärkreislauf des vierten Wärmetauschers angeordnet sind,
oder an den Sekundärkreislauf eines fünften Wärmetauschers angeschlossen ist, welcher beim Austritt der Heissluft aus dem Luftvorwärmer des Kesselsystems angeordnet ist.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für die Wiederaufheizung die zweiten bis fünften Wärmetauscher in Kombination untereinander zu zweit, zu dritt oder zu viert in Serien- und/oder Parallelschaltung angeordnet sind.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei gleiche Anlagenteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschema einer herkömmlichen Kraftwerksanlage, Fig. 2 die grundsätzliche Anordnung der Wärmetauscher gemäss der Erfindung und Fig. 3 bis 6 vier Ausführungsbeispiele gemäss der Erfindung.
In Fig. 1 bezeichnet-l-einen Kessel, aus dem die heissen Rauchgase --2-- austreten und in eine DeNO x -Anlage --3-- eintreten. Die DeNO x -Anlage --3-- ist als katalytisch wirkende Anlage zur Verminderung des Gehaltes an Stickoxyden (NO ) ausgebildet und wird auch als SCR-Anlage (selective catalytic reduction) bezeichnet. Nach der DeNO x -Anlage --3-- gelangen die Rauchgase --2-- zu einem Luftvorwärmer --4--, in welchem ein Teil der Wärme der Rauchgase --2-- an die Verbrennungsluft --5-- abgegeben wird.
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Vor dem Luftvorwärmer --4-- ist ein Frischluftgebläse --6-- angeordnet. Nach dem Luftvor- wärmer --4-- gelangen die Rauchgase --2-- zu einer Rauchgasnachbehandlungsanlage, die beispielsweise als Rauchgasentschwefelungsanlage --7-- ausgeführt ist. Die abgekühlten Reinga- se --8-- werden anschliessend über einen Saugzuggebläse --9-- zu einer Wiederaufheizungsanlage --10-- geleitet und treten anschliessend über einen Schornstein --11-- in die Atmosphäre.
Die Nachteile der Kraftwerksanlage nach Fig. 1 wurden bereits einleitend erwähnt.
Fig. 2 zeigt die grundsätzliche Anordnung von zwei Wärmetauschern --12, 14-- zur Wiederaufheizung der abgekühlten Reingase nach einer Rauchgasnachbehandlungsanlage. Der Wärmetauscher --12-- wird primärseitig vom heissen Rauchgas bzw. von der Heissluft beheizt. Der Sekundärkreislauf des Wärmetausches --12-- ist über eine Umwälzpumpe --13-- mit dem Primärkreislauf des Wärmetauschers --14-- verbunden, durch dessen Sekundärkreislauf die aus der Rauchgasentschwefelungsanlage austretenden Reingase strömen und dabei auf die erforderliche Temperatur erhitzt werden. Als Wärmeträgermedium dient Trägeröl oder eine Wasser-Glykol-Mischung.
Zum Druckausgleich bzw. zum Aufrechthalten einer genügenden Menge an Wärmeträgermedium ist ein Ausdehnungsgefäss --15-- vorgesehen, dessen Innendruck gegebenenfalls regelbar ist.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ein Wärmetauscher --14-- zwischen dem Schornstein --11-- und der Rauchgasentschwefelungsanlage --7-- vorgesehen, welcher von einem Wärmetauscher --12a-- beheizt wird, der seinerseits von den aus dem Luftvorwärmer --4-- austreten- den Rauchgasen --2-- beheizt wird.
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auflage auf 88 bis 100 C erhöht werden.
Beispielsweise wird ein Kraftwerksblock mit 350 MW und einer Dampfleistung von 1018 t/h betrachtet. Die Rauchgastemperatur nach dem Luftvorwärmer --4-- beträgt beispielsweise 1400C und sinkt nach dem Wärmetauscher --12a-- auf 112 C ab. Die Reingase --8-- treten mit einer Temperatur von 62 C aus der Rauchgasentschwefelungsanlage --7-- in den Wärmetauscher --14-- ein und verlassen diesen mit einer Temperatur von 88 C.
Die Vorteile dieser Anordnung gegenüber einem Dreh-Gasvorwärmer sind, dass keine aufwendigen Rauchgasleitungen erforderlich sind, dass kein Übergang von Rohgas in Reingas stattfindet, dass keine Materialprobleme wegen Taupunktsunterschreitungen auftreten, dass ein geringerer Eigenbedarf für das Saugzuggebläse vorhanden ist und dass praktisch kein Blockwirkungsgradverlust auftritt, da keine zusätzliche Fremdenergie zur Wiederaufheizung erforderlich ist.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist ein Wärmetauscher --12b-- vor dem Luftvorwär- mer --4-- angeordnet. Im Vergleich zum Beispiel nach Fig. 3 weisen zwar die Rauchgase vor
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auch die Austrittstemperatur der Reingase --8-- aus dem Wärmetauscher --14-- höher ist.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird ein Teil der heissen Rauchgase --2-- abgezweigt und einem Wärmetauscher --12c-- zugeführt, von dem aus der Rauchgasanteil über einen Staubabscheider --17-- und ein Rezirkulationsgebläse --16-- der Heissluft --5-- vor dem Eintritt in den Kessel-l-beigemengt wird. Diese Rückführung der Rauchgase zur Verbrennungsluft ist zur verbrennungstechnischen Minderung des NOx-Gehaltes erwünscht. Die rückgeführte Rauchgasmenge liegt in der Grössenordnung von zirka 10% der gesamten Rauchgasmenge.
Würde man diese Menge aus Rauchgas den Leitungen nach einem Ljungström-Luftvorwärmer entnehmen, so müssten sämtliche andern Anlagenteile, wie DeNOx -Anlage, Rauchgasleitungen, Luftvorwärmer, E-Staubfiler, für die erhöhte Rauchgasmenge ausgelegt sein, wodurch Probleme bei der Nachrüstung bestehender Kesselanlagen mit einer Rezirkulationsanlage auftreten. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, die Entnahme der über das Rezirkulationsgebläse rückgeführten Rauchgase unmittelbar beim Austritt aus dem Kessel, d. h. nach dem sogenannten Economizer, vorzusehen. Die Rauchgastemperaturen nach dem Economizer liegen jedoch bei herkömmlichen Anlagen bei zirka 400 C. Diese hohe Temperatur und der Staubanteil bei kohlebeheizten Anlagen bringen jedoch Schwierigkeiten für das Rezirkulationsgebläse.
Die Anordnung nach Fig. 5 erbringt den Vorteil, dass die
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heissen Rauchgase durch den Wärmetauscher --12c-- zuerst auf Temperaturen unter 200 C abgekühlt und anschliessend im Staubabscheider --17-- gereinigt werden, bevor sie zum Rezirkulationsge- bläse --16-- gelangen.
Betrachtet man beispielsweise einen Kraftwerksblock mit 405 MW Leistung bei einer Dampf- leistung von 1135 t/h, so ergibt sich bei einer Rauchgasmenge von 326 Nm3/s nach dem Economizer eine Rauchgastemperatur von 390 C. Die über den Wärmetauscher --12-- geführte Rauchgas-Rezir- kulationsmenge beträgt 33, 1 Nm3/s, wobei sich die Rauchgase von 390 auf 140 C abkühlen. Diese
Rauchgase können dann problemlos über den Staubabscheider --17-- und das Rezirkulationsgeblä- se --16-- in den Brenner des Kessels-l-eingeblasen werden. Die Rauchgasentschwefelungs- anlage --7-- arbeitet beispielsweise auf dem Sprühabsorptionsverfahren, wobei die Rauchgastemperatur auf 62 C abgesenkt wird. Über den Wärmetauscher --14-- wird dann die Rauchgastemperatur auf 88 C erhöht.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist ein Wärmetauscher --12d-- in der Heissluftleitung zwischen dem Luftvorwärmer --4-- und dem Kessel --1-- vorgesehen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der Aufwand für einen Ljungström-Luftvorwärmer und für die Heizbleche geringer ist, da die Baugrösse kleiner wird.
Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 bis 6 kann der Antriebsmotor für die Pumpe --13-- drehzahlgeregelt sein, um die Austrittstemperatur der wiedererhitzten Reingase aus dem ersten Wärmetauscher --14-- auf einem konstanten Wert zu halten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Wiederaufheizung von Rauchgasen, die aus einer einem Kesselsystem nachgeschalteten Rauchgasnachbehandlungsanlage austreten, mittels eines ersten Wärmetauschers, der nach der Rauchgasnachbehandlungsanlage angeordnet und durch Wärme der heissen Rauchgase und/oder der dem Kesselsystem zugeführten Heissluft und/oder zusätzlicher Fremdwärme beheizt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkreislauf des ersten Wärmetauschers (14) an den Sekundärkreislauf mindestens eines zweiten Wärmetauschers (12a) angeschlossen ist, welcher beim Austritt der Rauchgase aus dem Luftvorwärmer (4) des Kesselsystems angeordnet ist, oder an den Sekundärkreislauf eines dritten Wärmetauschers (12b) angeschlossen ist, welcher beim Eintritt der Rauchgase in den Luftvorwärmer (4) des Kesselsystems angeordnet ist,
oder an den Sekundärkreislauf eines vierten Wärmetauschers (12c) angeschlossen ist, welcher zwischen dem Eintritt der Rauchgase in den Luftvorwärmer (4) des Kesselsystems und dem Austritt der Heissluft aus dem Luftvorwärmer (4) angeordnet ist, wobei ein Gebläse (16) und ein Staubabscheider (17) in Serie liegend im Primärkreislauf des vierten Wärmetauschers (12c) angeordnet sind, oder an den Sekundärkreislauf eines fünften Wärmetauschers (12d) angeschlossen ist, welcher beim Austritt der Heissluft aus dem Luftvorwärmer (4) des Kesselsystems angeordnet ist (Fig. 3 bis 6).