DE102009045203A1

DE102009045203A1 - Dampfdruckregelung

Info

Publication number: DE102009045203A1
Application number: DE200910045203
Authority: DE
Inventors: Martin Dauner
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-03-31
Also published as: WO2011039056A1

Abstract

Insbesondere Faserstoffbahnherstellungsmaschinen (11), wie z.B. Papiermaschinen verbrauchen bei der Herstellung der Faserstoffbahn sehr große Mengen Wasserdampf um die vielen Dampfverbraucher wie z.B. die Trockenzylinder zu versorgen. Ein Teil des benötigten Dampfes stammt üblicherweise aus Anlagenteilen, in denen ein dampferzeugender Prozess stattfindet wie z.B. in der TMP-Anlage. Die Dampfversorgung setzt sich somit aus zwei Komponenten zusammen, zum einen aus Dampf aus einer Dampferzeugungsvorrichtung (5) mit ein oder mehreren Dampfkesseln, die den Arbeitsdampf mit einem Dampfdruck von Perzeugt, und zum anderen aus Abwärmedampf (2) aus den dampferzeugenden Prozessen, der einen Dampfdruck von Paufweist. Um den Dampfdruck Paus dem dampferzeugenden Prozess auf den benötigten Anlagendampfarbeitsdruck von Pzu erhöhen, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Thermokompressor (4) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dampfversorgung von technischen Anlagen, insbesondere einer Faserstoffbahnherstellungsmaschine.
In einer Faserstoffbahnherstellungsmaschine wie z. B. einer Papiermaschine wird die Papierbahn aus einer sehr nassen Faserstoffsuspension gebildet, die zunächst über einen Stoffauflauf in eine Siebpartie gelangt, in der ein Großteil des Wassers entfernt wird. Danach wird sie in einer Pressenpartie weiter entwässert, bevor sie einer Trockenpartie zugeführt wird. Eine solche Trockenpartie einer Papiermaschine umfasst typischerweise eine Anzahl von hohlen metallenen Trockenzylindern denen unter Druck stehender Dampf zugeführt wird, um die Umfangsflächen der Zylinder zu erhitzen.
Das zu trocknende Papier wird auf einen Weg geführt, der es mit der Umfangsfläche jedes Trockenzylinders der Reihe nach in Kontakt bringt. Die der Papierbahn mittels der Trockenzylinder zugeführte Wärme in Form von Dampf erhitzt die Papierbahn und fördert auf diese Weise die Verdunstung des Wassers aus der Papierbahn. Letztendlich soll ein sehr hoher Trockengehalt der Papierbahn erreicht werden. So besitzt die Papierbahn beispielsweise beim Eintritt in die Trockenpartie einen Trockengehalt von 45 Prozent und verlässt die Trockenpartie mit einem Trockengehalt von etwa 92 Prozent bis 98 Prozent. Die der Papierbahn zugeführte Wärmemenge beim Passieren jedes Trockenzylinders ist eine Funktion der Temperatur der Umfangsfläche des entsprechenden Trockenzylinders. Die Temperatur wiederum ist eine Funktion des Dampfdruckes im Trockenzylinder. So ist beispielsweise ein Trockenzylinder mit höherem Dampfdruck heißer als ein Trockenzylinder mit geringerem Dampfdruck.
Aber auch an anderen Stellen in der Maschine wird Dampf benötigt der einen entsprechenden Arbeitsdampfdruck aufweist.
Zur Versorgung der Papiermaschine wird Dampf in Dampfkessel erzeugt und zusätzlich Abwärmedampf aus dampferzeugenden Prozessen verwendet. Der Dampf aus beiden Dampfquellen wird gemischt und der Maschine zugeführt.
Damit der in den Dampfkesseln erzeugte Hochdruckdampf als Arbeitsdampf verwendet werden kann, ist es notwendig, diesen zu entspannen. Dies geschieht üblicherweise in einer Turbine mit der ein Generator angetrieben wird.
Das Problem bei diesem Verfahren der Dampfversorgung ist es allerdings, dass der dampferzeugende Prozess eine Limitierung des Dampfarbeitsdruckes bewirkt. Die TMP-Anlage wie auch die Papiermaschine würden einen besseren Wirkungsgrad erzielen, wenn der Arbeitsdruck in der Maschine erhöht werden könnte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und eine Verfahren zur schaffen bei mit der/dem die Dampfversorgung einer technischen Anlage verbessert und energieeffizienter gestaltet werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Insbesondere Faserstoffbahnherstellungsmaschinen, wie z. B. Papiermaschinen verbrauchen bei der Herstellung der Faserstoffbahn sehr große Mengen Wasserdampf um die vielen Dampfverbraucher wie z. B. die Trockenzylinder zu versorgen. Ein Teil des benötigten Dampfes stammt üblicherweise aus Anlagenteilen in dem ein oder mehrere dampferzeugende Prozesse stattfinden wie z. B. in der TMP-Anlage.
Die Dampfversorgung setzt sich somit aus zwei Komponenten zusammen, zum einen aus Dampf aus einer Dampferzeugungsvorrichtung mit ein oder mehreren Dampfkesseln, die den Arbeitsdampf mit einem Dampfdruck von P_D2 erzeugt, und zum anderen aus Abwärmedampf aus den dampferzeugenden Prozessen, der einen Dampfdruck von P_D1 aufweist.
Um den Dampfdruck P_D1 aus dem dampferzeugenden Prozess auf den benötigten Anlagen Dampfarbeitsdruck von P_D3 zu erhöhen, weißt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Thermokompressor auf.
Mit dem Thermokompressor wird der Abwärmedampf auf das gewünschte Niveau des Dampfarbeitsdruckes P_D3 angehoben, so dass die Maschine bei optimalem Dampfdruckniveau arbeiten kann. Damit kann die Leistung der Faserstoffbahnherstellungsmaschine gesteigert werden, wobei gleichzeitig auch die dampferzeugenden Prozesse mit optimalem Betriebsdruck betrieben werden können.
Der Antrieb des Thermokompressors erfolgt vorzugsweise mittels Hochdruckdampf von der Dampferzeugungsvorrichtung. Der Abwärmedampf wird im Thermokompressor durch den Hochdruckdampf auf einen höheren Dampfdruck von 2,0–3,5 bar gebracht. Wobei der Dampfdruck Idealerweise auf 2,3–2,7 bar erhöht wird, da die meisten Dampfverbraucher in der Anlage bei 2,3–2,7 bar den besten Wirkungsgrad haben.
Zur Regelung des Thermokompressors ist eine Druckregelung vorgesehen, die den Thermokompressor in Bezug auf den gemessenen Dampfdruck P_D1 des Abwärmedampfes regelt.
Der Arbeitsdampf aus der Dampferzeugungsvorrichtung und der Dampf aus dem Thermokompressor (4) werden anschließend in eine Dampfleitung zusammengeführt.
Wird Hochdruckdampf zur Anlagenversorgung verwendet, ist vorzugsweise eine Turbine vorgesehen, die den Hochdruckdampf auf den Arbeitsdampfdruck P_D3 entspannt und dabei einen Generator zur Stromerzeugung antreibt.
Bei dem bevorzugten Verfahren zur Dampfversorgung von technischen Anlagen, insbesondere Faserstoffbahnherstellungsmaschinen, wird zur Dampfversorgung eine Dampferzeugungsvorrichtung, die Arbeitsdampf mit einem Dampfdruck von P_D3 erzeugt, und mindestens einem dampferzeugenden Prozess, der Abwärmedampf mit einem Dampfdruck von P_D1 erzeugt, verwendet. Wobei der Dampfdruck P_D1 aus den dampferzeugenden Prozessen vor dem zusammenführen mit dem Arbeitsdampf auf den in der Anlage benötigten Dampfversorgungsdruck von P_D3 erhöht wird.
Dabei wird der Abwärmedampfdruck P_D1 aus dem dampferzeugenden Prozess vorzugsweise mittels eines Thermokompressors auf den in der Anlage benötigten Dampfversorgungsdruck von P_D3 erhöht.
Zudem ist es sehr Vorteilhaft, wenn der Thermokompressor mittels einer Druckregelung geregelt wird, die den Thermokompressor in Bezug zum gemessenen Dampfdruck P_D1 regelt.
Mit dem erfindungsgemäßen Dampfversorgungssystem können Druckschwankungen verhindert und Arbeitsdamfdruck auf das gewünschte Niveau angehoben werden.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1 den Aufbau eines Systems entsprechend dem Stand der Technik;
2 den Aufbau einer ersten Variante eines erfinddungsgemäßen Systems;
3 den Aufbau einer zweiten Variante eines erfinddungsgemäßen Systems;
4 Symbolerklärung gemäß DIN 2481;
Die 1 zeigt den Aufbau eines Systems zur Versorgung einer Papiermaschine mit Arbeitsdampf entsprechend dem Stand der Technik. Das System umfasst zwei Dampfquellen 2, 5 aus denen ein Gemisch gebildet wird, dass der Papiermaschine als Arbeitsdampf 3 zur Verfügung gestellt wird.
Bei dieser Ausführung kann der Arbeitsdruck maximal den Druck des Abwärmedampfes aufweisen und Abwärmedampfdruckschwankungen können nur schlecht ausgeglichen werden.
Die 2 verdeutlicht den Aufbau einer ersten Variante eines erfindungsgemäßen Systems zur Dampfversorgung einer Papier- oder Faserbahnherstellungsmaschine 11.
Der bei der Faseraufbereitung im der TMP-Anlage anfallende Abwärmedampf 2 wird durch einen Dampftrockner 8 mit einem Wasserabscheider 9 geleitet und dabei entwässert. Der nun trockene Abwärmedampf 2 wird anschließend dem Thermokompressor 4 zugeführt. Im Thermokompressor 4 wird der Druck des Abwärmedampfes 2 mit Hilfe eines Treibmediums derart erhöht, dass der Dampfdruck gleich dem des gewünschten Arbeitsdampfes 3 ist. Als Treibmedium kann z. B. Hochdruckdampf 1 verwendet werden. Es ist aber auch Denkbar, dass Niederdruckdampf verwendet wird, wobei ein entsprechender Dampfdruckunterschied vorhanden sein muss, um den Thermokompressor 4 wirtschaftlich zu betreiben. Zur Regelung des Prozesses ist eine Druckregelung 7 vorgesehen.
Um die benötigten Dampfmengen für die Papiermaschine 11 zur Verfügung zur stellen, muss dem Arbeitsdampf 3 aus dem Thermokompressor Frischdampf 5 mit einen Frischdampfdruck P_D2, der dem Arbeitsdampfdruck P_D3 entspricht, zugeführt werden.
Zur Regelung der Frischdampfzufuhr ist eine entsprechende Regelung vorgesehen.
Die 3 verdeutlicht den Aufbau einer zweiten Variante eines erfindungsgemäßen Systems zur Dampfversorgung einer Papier- oder Faserbahnherstellungsmaschine 11.
Im Wesentlichen entspricht dieses System dem in 2 dargestellten und beschriebenen System.
Der Unterschied besteht darin, dass der Frischdampf 6 mit dem Frischdampfdruck P_D2 durch das entspannen des Hochdruckdampfes 1 in der Turbine 13 auf das richtige Druckniveau des Arbeitsdampfdruckes P_D2 gebracht wird.
Die 4 sind Symbolerklärungen für sämtliche Zeichnungen von 1 bis 4 gemäß DIN 2481-Waermekraftanlagen angegeben.
Bezugszeichenliste

1: Hochdruckdampf
2: Abwärmedampf
3: Arbeitsdampf
4: Thermokompressor
5: Frischdampf
6: Frischdampf aus Turbine
7: Druckreglung
8: Dampftrockner
9: Wasserabscheider
10: Dampfleitung
11: Papiermaschine
12: Kondensatabfuhr
13: Turbine
PD1: Abwärmedampfdruck
PD2: Frischdampfdruck
PD3: Arbeitsdampfdruck
PD4: Hochdruckdampfdruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 2481 [0026]
DIN 2481-Waermekraftanlagen [0036]

Claims

Vorrichtung zur Dampfversorgung von technischen Anlagen, insbesondere einer Faserstoffbahnherstellungsmaschine, mit mindestens einem Dampfverbraucher und mindestens einem dampferzeugenden Prozess, wobei zur Dampfversorgung eine Dampferzeugungsvorrichtung vorgesehen ist, die Arbeitsdampf (3) mit einem Dampfdruck von P_D3 erzeugt, und mindestens einem dampferzeugenden Prozess, der Abwärmedampf (2) mit einem Dampfdruck von P_D2 erzeugt, vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Thermokompressor aufweist, der den Abwärmedampfdruck P_D1 aus dem dampferzeugenden Prozess auf den benötigten Anlagendampfversorgungsdruck von P_D3 erhöht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermokompressor (4) mittels Hochdruckdampf (1) angetrieben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermokompressor (4) eine Druckregelung (7) aufweißt, die den Thermokompressor (4) in Bezug auf den gemessenen Dampfdruck P_D1 regelt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsdampf (3) und der Dampf aus dem Thermokompressor (4) in eine Dampfleitung (10) zusammengeführt werden.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Frischdampfdrucks P_D2 eine Turbine (13) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dampferzeugende Prozess ein TMP-Prozess ist.
Verfahren zur Dampfversorgung von technischen Anlagen, insbesondere einer Faserbahnherstellungsmaschine, mit mindestens einem Dampfverbraucher und mindestens einem dampferzeugenden Prozess, wobei zur Dampfversorgung eine Dampferzeugungsvorrichtung, der Arbeitsdampf (3) mit einem Dampfdruck von P_D3 erzeugt, und mindestens einem dampferzeugenden Prozess, der Abwärmedampf (2) mit einem Dampfdruck von P_D1 erzeugt, verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Abwärmedampfdruck P_D1 aus dem dampferzeugenden Prozess auf den in der Anlage benötigten Arbeitsdampfdruck P_D3 erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfdruck P_D2 aus dem dampferzeugenden Prozess mittels eines Thermokompressors auf den in der Anlage benötigten Dampfversorgungsdruck von P_D3 erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfdruck P_D1 aus dem dampferzeugenden Prozess auf 2,0 bis 3,5 bar, vorzugsweise auf 2,3 bis 2,7bar erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermokompressor (4) mittels einer Druckregelung (7) geregelt wird, die den Thermokompressor (4) in Bezug den gemessenen Abwärmedampfdruck P_D1 regelt.