DE10047463A1

DE10047463A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Dampf mit Hilfe von Abgasen aus Schiffs-Dieselmotoren

Info

Publication number: DE10047463A1
Application number: DE10047463A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Poppen; Kai Grose-Hellweg; Bernd Ludewig
Original assignee: J H K ANLAGENBAU und SERVICE G; OMNICAL HDW MARINE BOILERS
Current assignee: J H K ANLAGENBAU und SERVICE G; OMNICAL HDW MARINE BOILERS
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2001-07-05

Abstract

Da aus einem Dieselmotor ankommende Abgas wird zum Teil durch ein zylindrisches Rohrbündel und zum Teil durch ein konzentrisches Bypassrohr geführt, dessen Querschnitt durch eine drehbare Steuerklappe variabel gestaltet ist, wodurch die Aufleitung des eintretenden Abgases auf das Rohrbündel und das Bypassrohr gesteuert werden kann. Bei Vollast wird der Bypasskanal nahezu geschlossen und das Abgas strömt fast vollständig durch das Rohrbündel nach oben. Bei Schwachlast ist der Bypasskanal nahezu vollständig geöffnet und läßt eine größere Abgasmenge passieren. Dadurch kann das Wärmeangebot dem Dampfbedarf angepaßt werden. DOLLAR A Die drehbare Steuerklappe ist über zylindrisches Gehäuse mit dem Austritt des Bypasskanals verbunden und kann über eine Welle, die nach außen führt betätigt werden. Für einen automatischen Betrieb ist eine dampfseitigeDruckmessung vorgesehen, die über einen Antrieb eine Drehung der Welle und damit eine Betätigung der Steuerklappe veranlaßt, wodurch ein konstanter Dampfdruck bei variabler Dampfmenge erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dampferzeugung durch Wärmezufuhr aus Abgasen von Schiffs-Dieselmotoren.

Zur Nutzung der Wärme von Abgasen sind verschiedene Apparate (Kessel) bekannt, die in unterschiedlichen Formen als Rohrbündel- oder Plattenapparate ausgeführt werden. Auch für die Abgasführung über die Heizfläche gibt es verschiedene Möglichkeiten wie das Vorsehen mehrerer Züge. So sind mannigfaltige Formen von Kesseln entstanden, deren Konstruktion sich nach der jeweiligen Aufgabenstellung hinsichtlich der Wärmerückgewinnung und Dampferzeugung richtet. Die Konstruktionsmerkmale können der einschlägigen Literatur z. B. den Büchern "Handbuch der Kesselbetriebstechnik" oder "Wärmeträgertechnik mit organischen Medien", beide Verlag Dr. Ingo Resch GmbH, 1997, entnommen werden.

Grundsätzlich können Kessel unterschiedlicher Bauart, die in sogenannten Inlandanlagen betrieben werden, auch im Schiffsbetrieb zur Nutzung der Wärme von Abgasen aus Antriebsmotoren (Schiffsdiesel) eingesetzt werden. Hier ergeben sich jedoch, bedingt durch den Teillastbetrieb der Antriebsmotoren, andere Anforderungen, die von den bisher ausgeführten Kesseln kaum erfüllt werden. Der Abgaskessel wird in der Regel für den Betrieb bei Vollast des Dieselmotors ausgelegt. Er arbeitet während der Fahrstufe des Schiffes nicht im optimalen Betriebspunkt. Entspricht der Dampfbedarf nicht dem Angebot an Abgaswärme, so muß der überschüssig erzeugte Dampf im sog. Überschuß-Kondensator mit Hilfe von Kühlwasser kondensiert und an die Umgebung abgegeben werden. Der Kessel und der Überschuß-Kondensator sind also für den Extremfall der höchsten Abgasmenge auszulegen. Umgekehrt ergeben sich bei Schwachlast niedrigere Geschwindigkeiten an der Wärmeübertragungsfläche, wodurch sich der Wärmeübergang verschlechtert. Folglich sinkt die Kesselleistung. Daher kann bei Schwachlast vorkommen, daß man bei entsprechendem Dampfbedarf zusätzlich durch einen Hilfskessel Dampf erzeugen muß, was zur Erhöhung der Betriebskosten beiträgt. Ideal wäre ein Kessel, der sich durch eine geeignete Verfahrensführung den verschiedenen Betriebszuständen (Vollast, Fahrstufe, Schwachlast) anpassen würde, wodurch der Aufwand für die Investitions- und Betriebskosten verringert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nutzung von Abgaswärme in einem weiten Bereich der Abgasmenge zu schaffen, um speziell im Schiffsbetrieb eine an die Diesel-Abgasmenge angepaßte Betriebsweise zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird nach Anspruch 1 gelöst. Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, daß das aus einem Dieselmotor ankommende Abgas zum Teil durch ein Rohrbündel und zum Teil durch einen konzentrischen Bypasskanal geführt wird, dessen Querschnitt durch eine drehbare Steuerklappe variabel gestaltet ist, wodurch die Aufteilung des eintretenden Abgases auf das Rohrbündel und den Bypasskanal gesteuert werden kann. Bei Vollast wird der Bypasskanal nahezu geschlossen, und das Abgas strömt fast vollständig durch das Rohrbündel nach oben. Bei Schwachlast ist der Bypasskanal nahezu vollständig geöffnet und läßt eine größere Abgasmenge passieren. In diesem Falle ist das Rohrbündel nur wenig mit der restlichen Abgasmenge beaufschlagt.

In weiterer Ausgestaltung in der Erfindung ist vorgesehen, daß die drehbare Steuerklappe über ihr zylindrisches Gehäuse mit dem Austritt des Bypasskanals verbunden ist und über eine Welle, die nach außen führt, betätigt werden kann.

Durch die beschriebene Abgasführung werden folgende Vorteile erreicht:

- Der Aufbau einer Standardreihe ist möglich, da durch Steuerung der Abgasmenge durch das Rohrbündel die Leistung angeglichen werden kann.
- Durch die Klappensteuerung kann der Kessel so ausgelegt werden, dass er entsprechend der Fahrstufe des Schiffes immer im optimalen Bereich betrieben werden kann.
- Bei Änderung des Fahrgebietes (z. B. Winter/Nordatlantik) kann die Kesselleistung erhöht bzw. (Sommer/Tropen) verringert werden.
- Durch den größeren Einsatzbereich auf Grund der Anpassung an den Betriebszustand der Dampfanlage und der Maschinenleistung kommt es zu einer Brennstoffeinsparung beim Hilfskesselbetrieb, da weniger zugefeuert werden muss.
- Der Überschuß-Kondensator kann kleiner gebaut werden, da die Kesselleistung auf die minimal notwendige Kondensatorleistung zugeschnitten werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Das aus dem Dieselmotor ankommende Abgas M tritt in die Eintrittshaube 1 ein, der sich ein Rohrbündel 2 mit einem zentral angeordneten Bypasskanal 3 anschließt. Das Abgas M_A wird in die Ströme M₁ und M₂ aufgeteilt. M₁ strömt durch die Rohre des Rohrbündels 2 nach oben in Richtung der Austrittshaube 4, während M₂ das zentrale Bypassrohr durchströmt, welches am oberen Ende im Bereich der Austrittshaube 4 über eine drehbare Steuerklappe 5 im Strömungsquerschnitt verändert werden kann. In der Austrittshaube 4 vereinigen sich wieder die Abgasströme M₁ und M₂ und bilden das Gesamtabgas M_A, welches z. B. über einen Schornstein abgeführt wird. Beim Durchtritt des Rohrbündels gibt das Abgas Wärme an das die Rohre umgebende Wasser ab, so daß dieses teilweise verdampft. Der produzierte Dampf wird über den Stutzen 6 abgezogen und den Verbrauchern zugeführt. Die Steuerklappe 5 dient zur Regulierung der Dampferzeugung. Wird weniger Dampf gebraucht, so wird die Steuerklappe 5 derart gedreht, daß der Querschnitt des Bypassrohres 3 vergrößert wird. Im umgekehrten Fall wird durch die Steuerklappe 5 weniger Querschnitt im Bypassrohr freigegeben. Durch diese Anordnung kann man das Wärmeangebot dem Dampfbedarf in einem weiten Bereich anpassen.

Fig. 2 zeigt die Anordnung der Steuerklappe 5 in Verbindung mit dem Bypassrohr 3. Sie ist als Kreisscheibe ausgebildet und in einem runden Gehäuse 6 untergebracht, welches den gleichen Querschnitt wie das Bypassrohr aufweist und mit diesem über eine Flanschverbindung 7 verbunden ist. Die Steuerklappe 5 ist mit der Welle 8 verbunden, die im Gehäuse 6 drehbar gelagert und über die Austrittshaube 4 nach außen geführt ist. Gegen die Austrittshaube 4 ist die Welle 8 mit der Stopfbuchse 9 abgedichtet und kann durch einen Antrieb gedreht werden. Es ist Vorteilhaft, die Betätigung der Steuerklappe 5 über einen Antrieb durchzuführen, welcher über den Dampfdruck des erzeugten Dampfes geregelt wird. Bei erhöhtem Dampfbedarf sinkt der Dampfdruck, und der Antrieb dreht die Steuerklappe 5 zur Verringerung des Querschnittes im Gehäuse 6, so daß weniger Abgas M₂ durch das Bypassrohr strömt und folglich die Abgasmenge M₁ durch das Rohrbündel erhöht wird. Damit steigt auch die übertragene Wärme im Rohrbündel, so daß mehr Dampf produziert werden kann. In analoger Weise vollzieht sich der umgekehrte Vorgang, wenn weniger Dampf gebraucht wird.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Dampf mit Hilfe von Abgasen aus Schiffs-Dieselmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Abgases durch ein gerades Rohrbündel geführt wird und dabei Wärme an das das Rohrbündel umgebende Wasser zwecks Verdampfung abgibt, während der übrige Teil des Abgases durch ein im Rohrbündel zentral angeordnetes Bypassrohr geführt wird, dessen Strömungsquerschnitt durch eine Steuerklappe verändert werden kann, und daß beide Abgas-Teile nach dem Austritt aus dem Rohrbündel und aus dem Bypassrohr wieder zusammengeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der Steuerklappe über einen Antrieb erfolgt, der Regelimpulse von einer dampfseitigen Druckmessung erhält und je nach dem Dampfdruck den Strömungsquerschnitt des Bypassrohres über die Drehung der Steuerklappe vergrößert oder verkleinert.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrbündel für die Führung eines Teils des Abgases als ein zylindrisches Rohrbündel ausgebildet ist, welches ein zentrales, zylindrisches und gerades Bypassrohr zur Führung des anderen Teils des Abgases besitzt, auf dem ein zylindrisches Gehäuse mit einer drehbaren Steuerklappe angebracht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Gehäuse der Steuerklappe über eine Flanschverbindung mit dem Bypassrohr verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerklappe kreisscheibenförmig ausgebildet ist und durch eine Welle in einem zylindrischen Gehäuse drehbar gelagert ist, wobei die Welle durch einen Antrieb betätigt wird.