DE1091269B

DE1091269B - Air preheating system for steam generators with flue gas heated air preheater and additional air heater

Info

Publication number: DE1091269B
Application number: DEK27892A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Jakob Koch
Original assignee: Kraftanlagen AG
Current assignee: Kraftanlagen AG
Priority date: 1956-01-19
Filing date: 1956-01-19
Publication date: 1960-10-20

Description

Luftvorwärmungsanlage für Dampferzeuger mit rauchgasbeheiztem Luftvorwärmer und zusätzlichem Lufterhitzer Die Erfindung bezieht sich auf Luftvorwärmungsanlagen für Dampferzeuer und auf andere Feuerungsanlagen, die mit einem rauchgasbeheizten Luftvorwärmer, beispielsweise Ljungström-Vorwärmer, oder auch sonstigen Wärrneaustauschflächen ausgestattet sind. Bei solchen Anlagen besteht für die am Feuerungsende angeordneten Wärmeaustauchflächen Korrosionsgefahr durch Abkühlung dieser Heizflächen unter den Taupunkt der Rauchgase. Beispielsweise bei Anlagen, die ganz oder teilweise mit 01 betrieben werden, wird diese Korrosionsgefahr durch den hohen Schwefel- und Vanadiumgehalt des Brennstoffes verursacht. Bei anderen Feuerungen gilt entsprechendes. Infolgedessen muß angestrebt werden, beim Anfahren eines Kessels aus dem kalten Zustand möglichst schnell am Kesselende auf die normalen Rauchgastemperaturen zu kommen und Heizflächentemperaturen zu erreichen, die über der Taugrenze der Rauchgase liegen. Auch bei Betrieb mit Teillast besteht die gleiche Notwendigkeit.Air preheating system for steam generators with flue gas heated air preheater and additional air heater In such systems there is a risk of corrosion for the heat exchange surfaces arranged at the end of the furnace due to the cooling of these heating surfaces below the dew point of the flue gases. For example, in systems that are wholly or partially operated with oil , this risk of corrosion is caused by the high sulfur and vanadium content of the fuel. The same applies to other firing systems. As a result, when starting a boiler from the cold state, the aim must be to reach the normal flue gas temperatures as quickly as possible at the end of the boiler and to achieve heating surface temperatures that are above the dew limit of the flue gases. The same requirement also applies when operating at part load.

Bei Anlagen, die mit Staubfeuerung arbeiten und bei denen zum Zünden und als Stützfeuer bei Schwachlast eine zusätzliche Ölfeuerung benutzt wird, muß außerdem angestrebt werden, möglichst schnell eine ausreichende Heißlufttemperatur zu erhalten, die es erlaubt, auf Mühlenbetrieb (Staubfeuerung) überzugehen. Auch bei Verwendung anderer Brennstoffe, die für einen einwandfreien Verbrennungsvorgang Frischluft von hoher Temperatur benötigen, ist eine möglichst schnelle Erreichung dieser Temperatur von Bedeutung.For systems that work with dust firing and those for ignition and an additional oil furnace is used as a support fire at low loads In addition, the aim is to achieve a sufficient hot air temperature as quickly as possible that allows to switch to mill operation (dust firing). Even when using other fuels that are necessary for proper combustion Requiring fresh air at a high temperature is achieving it as quickly as possible this temperature is important.

Diese Erfordernisse sind bekannt, und es wurde ihnen bereits in der `'eise Rechnung getragen, daß in die Ansaugleitung des Frischluftgebläses oder zwischen das Frischluftgebläse und den rauchgasbeheizten Luftvorwärmer ein mittels Dampf oder ein elektrisch beheizter Lufterhitzer geschaltet wurde, mit dessen Hilfe die Luft auf eine ausreichend hohe Temperatur gebracht wurde. Auf diese Weise wurde die gefährdete Heizfläche des rauchgasbeheizten Luftvorwärmers bis dicht an die Taugrenze oder sogar über die Taugrenze aufgeheizt. In vielen Fällen ist die Möglichkeit aber nicht gegeben. Bei Blockkraftwerken beispielsweise steht Fremddampf zur Beheizung eines solchen Lufterhitzers während der Anfahrperiode nicht zur Verfügung. Andererseits ist auch eine elektrische Beheizung des Lufterhitzers nicht in allen Fällen durchführbar oder wirtschaftlich vertretbar.These requirements are known and already addressed in the `` '' also taken into account that in the intake line of the fresh air blower or between the fresh air blower and the flue gas heated air preheater with steam or an electrically heated air heater was switched on, with the help of which the Air has been brought to a sufficiently high temperature. That way it was the endangered heating surface of the flue gas heated air preheater right up to the Dew limit or even heated above the dew limit. In many cases there is a possibility but not given. In block power plants, for example, external steam is used for heating such an air heater is not available during the start-up period. on the other hand It is also not possible to heat the air heater electrically in all cases or economically justifiable.

Auf Grund vorstehender Überlegungen hat man daher bereits vorgeschlagen, während des Anfahrens die Luft schnell und ausreichend hoch durch Ölverbrennung vorzuwärmen, und zwar in der Weise, daß man innerhalb des Luftkanales Heizöl über eine Brennerdüse mit sehr hohem Luftüberschuß verbrannte, wobei diese Düse entweder im Kaltluft- oder im Heißluftkanal angebracht werden konnte. Die offene Verbrennung innerhalb des Luftkanals bringt aber Gefahren mit sich, und zwar insofern, als die Flamme oder unverbranntes Öl den rauchgasbeheizten Luftvorwärmer gefährden oder auch bis in die Mühlen durchschlagen und dort zu Bränden führen können.On the basis of the above considerations, it has therefore already been proposed that During start-up, the air is quickly and sufficiently high due to oil combustion to preheat, in such a way that one inside the air duct over heating oil a burner nozzle burned with a very high excess of air, this nozzle either could be attached in the cold air or in the hot air duct. The open combustion inside the air duct, however, brings with it dangers, insofar as the Flames or unburned oil endanger the flue gas heated air preheater or can also penetrate into the mills and lead to fires there.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis dieser Schwierigkeiten. Sie geht von der bekannten Beheizung des zusätzlichen Lufterhitzers mittels Heizöl aus, zeigt aber einen neuen Weg, der die Gefahren der bekannten Anlagen dieser Art ausschließt. Hierbei ist auch eine Beschränkung auf Heizöl nicht erforderlich, vielmehr kann jeder gebräuchliche Brennstoff für die Beheizung des Lufterhitzers in Betracht kommen, wobei man vorzugsweise allerdings den gleichen-Brennstoff wählen wird, mit dem die Kesselanlage befeuert wird und der daher in jedem Falle zur Verfügung steht.The invention is based on the recognition of these difficulties. she is based on the known heating of the additional air heater by means of heating oil, but shows a new way that eliminates the dangers of the known systems of this type. A restriction to heating oil is not necessary, but can any common fuel can be used to heat the air heater, however, one will preferably choose the same fuel with which the Boiler system is fired and is therefore available in any case.

Bei der Luftvorwärmungsanlage gemäß der Erfindung handelt es sich also um eine solche für Dampferzeuger mit rauchgasbeheiztem Regenerativ-Luftvorwärmer und mit im Luftkanal angeordnetem, mit Brennstoffen beheiztem Lufterhitzer zur zusätzlichen Erhitzung der Luft während des Betriebes, nämlich beim Anfahren und bei Teillast, und zwar ist sie im Unterschied zu den bekannten Anlagen mit offenem Ölbrenner dadurch gekennzeichnet, daß der Luft-, erhitzer als vom Luftkanal luftdicht getrennter Wärmetauscher ausgebildet ist. Es wird also die Wärme der Verbrennungsgase durch die Wandungen des Lufterhitzers hindurch auf den Luftstrom übertragen. Die Verbrennung findet innerhalb einer vom Luftkanal getrennten Brennkammer statt und nicht unmittelbar innerhalb des Luftkanals. Die heißen Verbrennungsgase des Brennstoffes durchströmen den Erhitzer, während im Kreuz- oder Gegenstrom hierzu, aber durch die luftdicht abschließenden Wärmeaustauschflächen des Erhitzers getrennt, die Frischluft strömt. Diese Frischluft entzieht also dem Erhitzer die vorgesehene Wärmemenge, die dazu benutzt werden kann, den rauchgasbeheizten Luftvorwärmer um einen gewissen Betrag aufzuheizen. In iedem Falle bewirkt der Lufterhitzer durch die Beheizung des Luftstromes, daß die Frischluft sehr schnell eine hohe Temperatur erreicht, die beispielsweise bei Staubfeuerung ein baldiges Umschalten auf Mühlenbetrieb gestattet.The air preheating system according to the invention is in other words, one for steam generators with a regenerative air preheater heated by flue gas and with fuel-heated air heater arranged in the air duct for additional Heating of the air during operation, namely when starting up and at part load, and in fact it is different from the known systems with an open oil burner characterized in that the air heater as a heat exchanger separated airtight from the air duct is trained. So it is the heat of the combustion gases through the walls of the air heater through to the air flow. The combustion takes place within a dated Air duct separate combustion chamber instead and not directly inside the air duct. The hot combustion gases of the fuel flow through the heater, while in cross or countercurrent to this, but through the airtight heat exchange surfaces of the heater are separated, the fresh air flows. This fresh air thus removes the intended amount of heat from the heater, which can be used to reduce the flue gas heated air preheater by a certain amount Amount to heat up. In either case, the air heater is responsible for the heating the air flow so that the fresh air reaches a high temperature very quickly, which, for example, allows an early switch to mill operation in the case of dust firing.

Ist der Erhitzer so bemessen, daß die Verbrennungsgase in ihm noch nicht vollständig abgekühlt werden, so kann auch diese restliche `'Wärme noch nutzbar gemacht werden, beispielsweise indem man den vom Lufterhitzer abführenden Kanal in die heiße Seite des Rauchgaskanals eintreten läßt, also in die Rauchgaseintrittsseite des Luftvorwärmers. In diesem Falle durchziehen die noch nicht völlig ausgenutzten Verbrennungsgase des Lufterhitzers zusammen mit dem Hauptrauchgasstrom den Luftvorwärmer, wobei sie an diesen einen weiteren Teil der restlichen Wärmemenge abgeben. Bei einer solchen Anordnung wird der Luftvorwärmer also in zweifacher Hinsicht aufgeheizt, so daß es möglich ist, ihn sehr schnell bis über den Taubereich der Rauchgase zu bringen.Is the heater dimensioned so that the combustion gases are still in it are not completely cooled down, this remaining '' heat can still be used can be made, for example by opening the duct leading away from the air heater can enter the hot side of the flue gas duct, so in the flue gas inlet side of the air preheater. In this case, the not yet fully exploited pull through Combustion gases of the air heater together with the main smoke gas flow the air preheater, where they give off a further part of the remaining amount of heat to this. At a In such an arrangement, the air preheater is heated in two ways, so that it is possible to get it very quickly beyond the dew range of the flue gases bring.

Zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens stellt die Zeichnung vier Ausführungsbeispiele dar, die von den verschiedenen Schaltmöglichkeiten vier vorzugsweise in Betracht kommende Lösungen zeigen, und zwar ist von der Dampfkesselanlage jeweils nur der Teil hinter dem Kesselende - nicht aber der Kessel selbst -gezeichnet, weil die erfindungsgemäßen 3lerkmale nur in diesem Teil in die Erscheinung treten.To illustrate the idea of the invention, the drawing represents represent four exemplary embodiments, the four of the various switching options Show preferred solutions, namely from the steam boiler system only the part behind the boiler end - but not the boiler itself - drawn, because the features according to the invention only appear in this part.

Bei allen vier Ausführungsbeispielen dient zur Erzeugung des Luftstromes L ein Frischluftgebläse 1, das diesen Luftstrom innerhalb des Luftkanals 2 in Richtung der gezeichneten Pfeile fördert. Die Strömungsrichtung des Rauchgasstromes G innerhalb des Gaskanals 3 ist ebenfalls durch einen Pfeil angezeigt. Beide Ströme durchströmen einen rauchgasbeheizten Luftvorwärmer 4, der als umlaufender Luftvorwärmer nach dem System Ljungström ausgebildet sein möge. In den Luftkanal ist der erwähnte Lufterhitzer 5 eingebaut. der mittels einer Verbrennungsdüse 6, beispielsweise mit Öl, beheizt wird.In all four exemplary embodiments, the air flow is generated L a fresh air blower 1, this air flow within the air duct 2 in the direction the drawn arrows promotes. The direction of flow of the flue gas flow G within of the gas channel 3 is also indicated by an arrow. Flow through both streams a flue gas heated air preheater 4, which is used as a circulating air preheater the Ljungström system. The air heater mentioned is in the air duct 5 built in. which is heated by means of a combustion nozzle 6, for example with oil will.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Lufterhitzer 5 in den Luftkanal 2 auf der kalten Seite des Luftvorwärmers 4 eingebaut, während die Verbrennungsgase dieses Erhitzers über einen Kanal 7 in die heiße Seite des Rauchgaskanals 3 einmünden. Hierbei findet also die schon erwähnte zweifache Rufheizung des Luftvorwärmers 4 statt, nämlich einmal durch den Luftstrom L, der vor seinem Eintritt in den Luftvorwärmer 4 durch den Erhitzer 5 erwärmt wird, und zum anderen durch die noch heißen Verbrennungsgase, die den Luftvorwärmer 4 rauchgasseitig durchströmen, was so lange von Bedeutung ist, als die von der Kesselanlage ankommenden Rauchgase während des Anfahrens noch unzulängliche Temperaturen aufweisen.In the embodiment of FIG. 1, the air heater 5 is in the air duct 2 installed on the cold side of the air preheater 4, while the Combustion gases from this heater via a duct 7 into the hot side of the flue gas duct 3 merge. The already mentioned double call heating of the air preheater takes place here 4 instead, namely once through the air flow L, which is before its entry into the air preheater 4 is heated by the heater 5, and on the other hand by the still hot combustion gases, which flow through the air preheater 4 on the flue gas side, which is important for so long than the flue gases arriving from the boiler system during start-up have inadequate temperatures.

Zwar wird bei Anbringung des Lufterhitzers auf der kalten Seite ein Teil der durch diesen erzeugten Wärme dem Luftstrom entzogen, so daß die der Feuerung zugeführte Verbrennungsluft wieder etwas abgekühlt ist. Es spielt dieses aber beispielsweise bei Ölfeuerungen keine Rolle, während die schnelle Erwärmung des Luftvorwärmers von größerem Interesse ist. Bei Ölfeuerungen wird daher meist die Anbringung des Erhitzers auf der kalten Seite in Betracht kommen.It is true that when the air heater is installed on the cold side, a Part of the heat generated by this is withdrawn from the air flow, so that that of the furnace the combustion air supplied has cooled down again a little. But this is what it plays, for example in the case of oil firing no role, while the rapid heating of the air preheater is of greater interest. In the case of oil firing, the installation of the Heater on the cold side come into consideration.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Erhitzer 5 in den Luftkanal 2 auf der heißen Seite eingebaut, während auch hier die Verbrennungsgase in die heiße Seite des Rauchgaskanals 3 einmünden. Eine Beheizung des Luftvorwärmers 4 findet hierbei also nur rauchgasseitig statt. Eine solche Schaltung bietet aber den Vorteil, daß der Luftstrom L schneller auf hohe Temperaturen kommt und es somit auch schneller ermöglicht, auf Mühlenbetrieb überzugehen. Eine solche Anbringung des Lufterhitzers 5 auf der heißen Seite des Luftkanals 2 wird daher in erster Linie für Kohlenstaubfeuerung in Betracht kommen sowie auch für alle anderen Feuerungen, bei denen eine hohe Temperatur der Verbrennungsluft die Voraussetzung für einen einwandfreien Betrieb bildet.In the embodiment of FIG. 2, the heater 5 is in the Air duct 2 installed on the hot side, while the combustion gases here too open into the hot side of the flue gas duct 3. A heating of the air preheater 4 only takes place on the flue gas side. However, such a circuit offers the advantage that the air flow L reaches high temperatures more quickly and thus it also enables faster switching to milling operations. Such an attachment of the air heater 5 on the hot side of the air duct 2 is therefore primarily can be used for pulverized coal firing as well as for all other firing systems, where a high temperature of the combustion air is a prerequisite for one forms proper operation.

Wenn eine ausreichende Ausnutzung der Verbrennungswärme schon innerhalb des Lufterhitzers 5 möglich ist, so können die Olverbrennungsgase in den Rauchgaskanal statt auf der heißen Seite auch auf der kalten Seite eingeführt werden.If sufficient utilization of the heat of combustion is already within of the air heater 5 is possible, the oil combustion gases can enter the flue gas duct can also be introduced on the cold side instead of on the hot side.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Erhitzer 5 wieder wie bei dem ersten Beispiel auf der kalten Seite des Luftkanals angeordnet. Abweichend von beiden vorhergehenden Schaltungen münden hier die Verbrennungsgase in den Rauchgaskanal auf der kalten Seite ein. Die Vorwärmung des Luftvorwärmers 4 erfolgt somit ausschließlich luftseitig. Diese Lösung kommt, wie gesagt, in Betracht, wenn der Erhitzer 5 bereits eine so weitgehende Ausnutzung der Verbrennungswärme ergibt, daß eine nochmalige Durchleitung der Verbrennungsgase durch den Luftvorwärmer 4 keine weitere Ausnutzungsmöglichkeit mehr offenläßt.In the embodiment of FIG. 3, the heater 5 is again as in the first example, arranged on the cold side of the air duct. Different The combustion gases from the two preceding circuits flow into the flue gas duct here on the cold side. The preheating of the air preheater 4 thus takes place exclusively air side. As already mentioned, this solution comes into consideration when the heater 5 is already so extensive utilization of the heat of combustion results that a repeated Passing the combustion gases through the air preheater 4 no further utilization possibility leaves more open.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Erhitzer wieder auf der kalten Seite des Luftkanals 2 angeordnet. Die Verbrennungsgase werden hier aber nicht dem Rauchgaskanal 3 zugeführt, sondern münden über eine Leitung 8, die den Luftv orwärmer 4 umgeht, auf der heißen Seite in den Luftkanal 2 ein, so daß also die gesamte Verbrennungswärme ausschließlich innerhalb des Luftstromes L nutzbar gemacht wird. Wenngleich hierbei die Verbrennungsgase in den Luftkanal 2 hineingeführt werden, so sind aber doch die Gefahren vermieden, die bei den bekannten ölbeheizten Erhitzern durch die unmittelbar im Luftkanal vorgenommene Ölverbrennung hervorgerufen werden. Der Luftvorwärmer 4 liegt ja doch außerhalb des Stromes der Verbrennungsgase, da diese durch die Umgehungsleitung 8 an ihm vorbeigeführt werden. Die Verbrennungsgase können aber auch im weiteren Zuge des Luftstromes L keine Gefährdung ergeben, weil sie innerhalb des Erhitzers 5 bereits weitgehend abgekühlt sind. Man kann aber völlig sichergehen und auch jede restliche Gefahr dadurch ausschließen, daß man in die Umgehungsleitung 8 - gegebenenfalls auch in den weiterführenden Luftkanal 2 - Schutzvorrichtungen 9 einbaut. In Betracht kommen hierfür Olabscheider sowie Vorrichtungen, die einen Flammendurchschlag verhindern, beispielsweise Drahtgitter.In the embodiment of FIG. 4, the heater is on again the cold side of the air duct 2 is arranged. The combustion gases are here though not fed to the flue gas duct 3, but open via a line 8, which the Luftv preheater 4 bypasses, on the hot side in the air duct 2, so that the entire heat of combustion can only be used within the air flow L. is made. Although in this case the combustion gases are fed into the air duct 2 are, however, the dangers are avoided with the known oil-heated Heating caused by the oil burning carried out directly in the air duct will. The air preheater 4 is outside of the flow of the combustion gases, since these are bypassed by the bypass line 8. The combustion gases but can also result in no hazard in the further course of the air flow L, because they have already largely cooled down within the heater 5. But you can completely make sure and also exclude any remaining danger by going into the Bypass line 8 - possibly also in the continuing air duct 2 - protective devices 9 built in. For this purpose, oil separators and devices that have a Prevent flame transmission, for example wire mesh.

Bei dieser Ausführungsform wird also die restliche Wärme der Verbrennungsgase für die Kohlenstaubmühlen unmittelbar nutzbar gemacht, ohne daß diese einer Brandgefahr ausgesetzt werden.In this embodiment, the remaining heat is the combustion gases made directly usable for the pulverized coal mills without creating a fire hazard get abandoned.

Der vorstehend erwähnte Einbau von Schutzvorrichtungen, die eine Abscheidung schädlicher Bestandteile der Verbrennungsgase, beispielsweise unverbrannterBrennstoffreste,bewirken und einenFlammendurchschlag verhindern, kann in allen Fällen in Betracht kommen, in denen die vom Lufterhitzer abgeleiteten Verbrennungsgase dem Luftkanal oder dem Rauchgaskanal an irgendeiner Stelle zugeführt werden. Diese Schutzvorrichtungen werden am besten in diesen Ableitungskanal eingebaut, können aber auch im weiteren Zug der Verbrennungsgase im Luftkanal oder im Rauchgaskanal angeordnet werden.The above-mentioned installation of protective devices that a deposition harmful ingredients the combustion gases, for example unburned fuel residues and prevent a flame breakout can be considered in all cases in which the combustion gases diverted from the air heater are fed to the air duct or the Flue gas duct can be fed at any point. These guards are best installed in this drainage duct, but can also be used further Train the combustion gases are arranged in the air duct or in the flue gas duct.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Air preheating system for steam generators with flue gas heated Regenerative air preheater and with fuel-heated one arranged in the air duct Air heater for additional heating of the air during operation, namely when starting up and at part load, characterized in that the air heater as is formed from the air duct separated airtight heat exchanger.

2. Air preheating system according to claim 1 for oil-fired steam generators, characterized in that the Air heater is arranged on the cold side of the air preheater and that the the combustion gases of the air heater from this discharge duct into the flue gas duct opens on the hot or cold side (Fig. 1 and 3).

3. Air preheating system according to claim 1 for steam generators with pulverized coal combustion, characterized in that that the air heater is arranged on the hot side of the air preheater and that the the combustion gases of the air heater from this discharging channel into the The flue gas channel opens on the hot side (Fig. 2).

4. Air preheating system according to claim 1, characterized in that the air heater is on the cold air preheater side is arranged and that the combustion gases of the air heater discharging therefrom Channel opens into the hot side of the air channel (Fig. 4).

5. Air preheating system according to one of claims 1 to 4, characterized in that a protective device for preventing flame penetration is built into the train of the duct discharging the combustion gases. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 857198, 553 735; Swiss Patent No. 288 254; Swedish Patent No. 143 393; French Patent No. 1109 240; German patent application st 3628 I a24 K (published May 28, 1953); Communications of the VgB, 1951, p. 259.