DE1288614B - Verfahren und Vorrichtung zum Abbau von Dampfspitzen aus Prozessabfallwaermeverwertern mit variabler Dampferzeugung - Google Patents

Description

• Bei diskontinuierlich betriebenen Stahlwerkskonvertern mit nachgeschalteten Dampferzeugungsanlagen ist es meistens schwierig, die spitzenförinic, und nur etwa alle 40 oder 60 Minuten anfallende Dampfmenge in einem Dampfnetz unterzubringen. Bekannt bzw. vorgeschlagen sind diverse Maßnahmen zur teilweisen oder vollkommenen Vergleichmäßigung dieser Dampfspitzen.
• Zum Beispiel die Einschaltung einer Zusatzfeuerung in der Zeit zwischen zwei Blasperioden. Diese Zusatzfeuerung ergibt dann eine höhere mittlere Dampferzeugung über der Periode, so daß die überschußmenge gegenüber dem Mittel und daher auch das Speichervolumen kleiner wird. Der Ausgleich erfolgt beispielsweise über diverse Dampfspeicherschaltungen, d. h. durch Einbau von kuths-Gefällespeichern, welche in bezug auf den Kessel verschieden geschaltet werden können. Aus dem Gefälle und dem Speichervolumen ergibt sich die Speicherdampfmenge. Es muß zum vollkommenen Ausgleich solcher Dampfspitzen ein relativ großes Speichervolumen bei hohem Konzessionsdruck vorgesehen werden. Bekannt ist weiterhin eine Schaltung, bei welcher der Dampf aus den Speichern noch einmal in den Kesselüberhitzer geführt oder erst in einem fremdgefeuerten überhitzer die überhitzungstemperatur erreicht wird. Weiter sind gewisse Kunstschaltungen bekannt, die eine Verringerung der Speiser)umpenleistung ermöglichen, indem die Kesseltrommel entweder sehr vergrößert wird und unter Hinzuziehung des gesamten Rohrsystems des Kessels selbst als Speicher fungiert oder indem die Kesseltrommel mit einer Speichertrommel parallel geschaltet wird, um das Wasservolumen und daher die Speicherfähigkeit zu vergrößern.
• Bekannt sind auch Schaltungen und Verfahren, bei welchen ein Teil des dem Speicher entnommenen Dampfes über Reduzierstationen zur Kesselspeisewasservorwärmung verwendet wird.
• Die Verfahren mit vergrößertem Speicherinhalt der Trommel oder parallelgeschalteten Speichern und Trommeln haben den Nachteil, daß der Druck im Kesselsystem im Speicherdruckbereich schwankt. Die Speicherschaltungen mit reinen Ruths-Speichern mit einer Druckregelung an der Ein- und Austrittsseite bei konstantem Kesseldruck haben den Nachteil, daß zur Bewältigung der Spitzen große Speichervolumina erforderlich sind, wobei Speicher und Kessel für die Hochdruckseite ausgelegt werden müssen.
• Der Erfindung liegt daher der Gedanke zugrunde, den Kesseldruck konstant zu halten, die Speisewassertemperatur am Kesseleintritt ebenfalls möglichst gleichzuhalten bzw. zu steuern und trotzdem das ganze System mit einem niedrigeren Druck, d. h. dem Druck betreiben zu können, der bei der Speicherschaltung mit Ruths-Speichern dem Austrittsdruck entspricht und somit nicht nur wesentliche Investitionskosten bei Kessel und Speicher, sondern auch Betriebskosten durch wesentlich verringerte Speisepumpenleistungen zu ersparen.
• Der erfindungsgemäße Erfolg wird dadurch erreicht, daß die Sekundärtrommeln im Gleichdruck als Speisewasserspeicher verwendet werden, die bei Prozeßbeginn hauptsächlich mit Kaltspeisewasser oder einem kalten Zwischenwärmeträger gefüllt sind, und daß außerdem während des Prozesses das Kaltspeisewasser oder der kalte Zwischenwärmeträger zumindest teilweise durch Heißspeisewasser oder Dampf verdrängt wird, so daß die Sekundärtrommeln bei Prozeßende vorwiegend mit Heißspeisewasser oder einem heißen Zwischenwärineträger gefüllt sind.
• Nach einer weiteren Maßnahme der Erfindung finden die Sekundärtrommeln im Gleichdruck als Speisewasservorwäriner Verwendung, die bei Prozeßbeginn hauptsächlich mit Kaltspeisewasser gefüllt sind, und während des Prozesses wird das Kaltspeisewasser durch Heißspeisewasser oder Dampf erhitzt, so daß die Sekundärtrommeln bei Prozeßende vorwiegend mit Heißspeisewasser gefüllt sind. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das vorgewärmte Speisewasser aus den Sekundärtrommeln zweckmäßigerweise über ein Ableitungsrohr einer Mischstelle zugeführt und mit dem von der Speisepumpe über den Hauptstrang geführten Kaltspeisewasser gemischt, so daß jede gewünschte Mischtemperatur für die Einspeisung in den Kessel eingestellt werden kann. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Mischtemperatur während der ganzen Periode von Prozeß und Prozeßpause verändert werden kann, wobei dem höchsten Abgaswärmeangebot die niedrigste und dem niedrigsten Abgaswärmeangebot die höchste Speisewassertemperatur am Kesseleintritt zugeordnet werden kann.
• Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Mischtemperatur in zwei voneinander verschiedenen Stuten eingestellt, jedoch auf jeden Fall gegenüber der Kaltspeisewasser-Zulauftemperatur erhöht. In den Sekundärtrommeln wird während der ganzen Periode von Prozeß und Prozeßpause vorteilhafterweise ein Dampfpolster belassen.
• In der Praxis hat es sich bewährt, die in der Sekundärtrommel während der Prozeßpause angesammelte Kaltspeisewassermenge während der Prozeßzeit mit dem Spitzendampf mittels einer Pumpe zu mischen, wobei der Dampf zum Teil kondensiert.
• Die erfindunasoemäße Kesselanlage durch Durchführung des Verfahrens weist Sekundärtrommeln in einem Zweigstrang der Speisepumpendruckleitung auf, die mit der Wasserseite der Kesseltrommel verbunden sind. Zwischen den Sekundärtrommeln und der Kesseltrommel ist ein vom Dampfdruck gesteuerter Mischschieber vorgesehen, der das gewünschte Teniperaturverhältnis für die Mischung von Kesseltrommelwasser und Kaltspeisewasser einstellt. Vorteilhafterweise ist in den Sekundärtrommeln zwischen Kaltwasser und Heißwasser ein Trennschwimmer vorgesehen, um die Vermischung- und Kaltwasser zu verhindern. Zur Entnahme des Heißspeisewassers aus der Sekundärtrommel ist eine Entnahmeleitung mit geführtem Schwimmer angeordnet und die Entnahmeleitung mit dem festen Auslauf durch eine flexible Leitung verbunden. Zur gleichmäßigen Verteilung des Kaltspeisewassers in den Sekundärtrommeln können, über den Trommelquerschnitt verteilt, Drosselorgane angeordnet werden. Wenn es erwünscht ist, wird im Dampferzeuger eine an sich bekannte Zusatzfeuerung zur Dampferzeugung, insbesondere während der Prozeßpausen angeordnet.
• Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnun- beispielsweise und vereinfacht dargestellt. Es zeigt F i g. 1 ein Diagramm einer bekannten Anlage, F i g. 2 ein entsprechendes Diagramm einer erfindungsgemäßen Anlage, F i g. 3 ein Schaltbild gemäß F i g. 2, C F i g. 4 eine abgewandelte Ausführungsform nach F i g. 3, F i g. 5 ein Schaltbild einer anderen erfindungsgemäßen Anlage und F i g. 6 eine weitere Ausführungsform in Abänderung der F i g. 5.
• In F i g. 1 sind die Verhältnisse bei einer bekannten Anlage für die Verwertung der Abfallwärme aus hüttenmännischen oder chemischen Arbeitsprozessen schematisch dargestellt. Dabei ist ein Dampfgefällespeicher mit einer Speisewassertemperatur beispielsweise 105' C angenommen. Die Spitzendampfmenge wird in einen Ruths-Speicher geführt und erhöht während der Blaszeit dessen Druck vom Austrittsarbeitsdruck von z. B. 47 ata auf den Primärdruck von z. B. 84 ata. Kesselsystem, Speicher, Rohrleitungen und Pumpen sind somit für einen Konzessionsdruck von z. B. 88 ata auszulegen.
• Die kontinuierliche Dampfmenge, die aus Blasbetrieb, Zusatzfeuerung und Speicher an das Netz abgegeben werden kann, sowie das erforderliche Hochdruckspeichervolumen sind im Diagramm dargestellt.
• F i g. 2 zeigt die entsprechenden Verhältnisse bei Speisewassermischvorwärmung auf z. B. 1651 C durch das erfindungsgemäße Verfahren bei gleicher Zusatzfeuerungsleistung.
• Der Konzessionsdruck des Systems und das Volumen des Speisewasserbehälters im Verhältnis zum Dampfspeicher sind ungefähr halb so groß wie bei den üblichen Verfahren, dessen Ergebnisse in F i g. 1 dargestellt werden.
• Wie man aus F i g. 3 erkennen kann, ist an einen Konverterabhitzekessel mit Verdampferheizflächen 1, Ekonomiser 2 und Kesseltrommel 3 kesseltrommelwasserseitig ein Speisewasserspeicher 4 als Sekundärtrommel angeschlossen, der über einen Zweigstrang 7 der Speisepumpendruckleitung 6 von unten zwecks besserer Verteilung gegebenenfalls über Drosselorgane 24 mit Kaltspeisewasser versorgt wird. Die aus Sicherheitsgründen doppelt vorhandene Speisepumpe 10 fördert über eine Leitung 5 Kaltspeisewasser, welches in der Blasperiode direkt über den Hauptstrang 6 dem Ekonomiser 2 des Zwangsumlaufkessels zugeführt wird. Der Kessel besitzt zwei Umwälzpumpen 11 und soll eine kontinuierliche Dampfmenge, welche gegebenenfalls in einem Überhitzer 30 überhitzt wird, über die Leitung 13 an die Verbraucher abgeben. Es werden daher die während der Blasperiode des Konverters auftretenden überschüssigen Wärmemengen in Form von heißem Kesseltrommelwasser über die Leitung 7 a in den oberen Teil des Speisewasserbehälters 4 abgegeben, wo sich ein immer größer werdendes Heißwasservolumen 17 sammelt, während das im unteren Teil des Behälters 4 befindliche Kaltspeisewasser 18 über die Leitung 7 b und Pumpe 12 in den Kessel -edrückt wird. Zur besseren Trennung von Kalt- und Heißwasservolumen im Speisewasserbehälter 4 ist ein Trennschwimmer 25 vorgesehen. Während der Blaspause des Konverters ist es umgekehrt, die Kesselspeisepumpe 10 speist hauptsächlich kaltes Speisewasser in den unteren Teil des Speisewasserbehälters, welches das oben befindliche Heißwasser über die Leitung 7 a in die Kesseltrommel verdrängt. Der so mit heißem Wasser gespeiste Kessel ist mit einer nur geringen Zusatzheizung in der Lage, die benötigte Menge Dampf zu liefern. Die Regelung erfolgt vorzugsweise vom Dampfdruck in der Verbraucherleitung aus über eine Regelleitung 14 und Regelorgane 21.
• Die F i g. 3 zeigt die Schaltung bei Kaltspeisung des Kessels, so daß während der Blaszeit die gesamte oder fast gesamte Speisewassermenge über den Ekonomiser, Zusatzfeuerungsbetriebes, während der Blaspause, dagegen d. nur h. ein während Minimal- des ' anteil des Speisewassers über den Ekonomiser und der Rest über den Behälter geführt wird.
• Bei der Ausf ührung nach F i g. 4 ist der untere Teil des Speisewasserbehälters 4 nicht direkt an die Kesseltrommel 3, sondern über einen Mischschieber 31 an die Zulaufleitung der Umwälzpumpe 11 angeschlossen.
• Wie es aus F i g. 5 zu erkennen ist, wird die Abhitze eines Konverters 28 in einem Kessel 1 mit Kesseltrommel 3 und Speisewasservorwärmer 2 zur Erzeugung von Dampf ausgenutzt, der über eine Leitung 13 in kontinuierlicher Lieferung den Verbrauchern zugeführt werden soll, wobei der Dampf im überhitzer 30 überhitzt werden kann. Da jedoch die Blaszeit des Konverters kurz ist, muß für die Blaspausen eine nicht dargestellte Zusatzheizung vorgesehen werden. Uni diese Zusatzheizung möglichst gering halten zu können, wird die überschüssige Spitzendampfmenge während der Blaszeit einem Speisewasserbehälter 4, welcher als Sekundärtrommel ausgebildet ist, über eine Leitung 14 zugeführt, wo sie kondensiert und einen Heißwasservorrat 17 bildet, über dem sich ein Dampfpolster 19 befindet.
• An dem unteren Teil des stehend angeordneten Speisewasserbehälters 4 ist gegebenenfalls über eine Verteilungsdrossel 24 ein Zweigstrang 7 der Speisepumpendruckleitung angeschlossen.
• Die Speisepumpe 10 fördert aus der Speisewasserzulaufleitung 5 kaltes Speisewasser zum Teil über den Zweigstrang 7 in den unteren Teil 18 des Speisewasserbehälters 4 und über den Hauptstrang 6 zu einem Mischer 9, wo aus dem oberen Teil 17 des Speisewasserbehälters 4 entsprechend der geförderten Temperatur im Mischstrang 8 heißes Wasser zugemischt wird. Die Entnahme des heißen Wassers aus dem oberen Teil 17 des Speisewasserbehälters 4 erfolgt über einen Entnahmeschwimmer 25, der auf dem Kaltwasservolumen 18 schwimmt und mit einem flexiblen Anschluß 23 am Ableitungsrohr 7 a angeschlossen ist. Die Speisung des Kessels erfolgt aus dem Mischstrang 8 über einen Ekonomiser 2 in die Kesseltrommel 3.
• Die Regelung der Mischung erfolgt von der Kesseltrommel 3 aus über Steuerleitungen 22, so daß der Kessel mit möglichst konstanter Temperatur in der Blaspause, wo eine Hilfsfeuerung in Tätigkeit ist, und der Blasperiode betrieben wird, wobei natürlich die Größe des Wasservorrates im Speisewasserbehälter 4 schwankt.
• Zur Umwälzung des Wasserinhaltes ün Speisewasserbehälter 4 dient eine Umwälzleitung 15 mit Umwälzpumpe 32. Die Regelung erfolgt über ein Steuerorgan 21 bei konstanter Dampfabgabe automatisch vom Dampfdruck oder von der Dampflieferung zum Behälter bzw. Verbraucher. Der Kessel ist als Zwangsumlaufkessel mit vier Umwälzpumpen 11 ausaebildet und wird somit mit einer konstanten oder zweistufigen Speisewassertemperatur betrieben. Die in den einzelnen Leitungen des Systems umgewälzten Mengen sind diagrammartig auf den jeweiligen Leitungen aufgetragen. Bei der in F i g. 6 gezeigten Schaltung durchströmt demgegenüber nur der bei 13 an die Verbraucher abgegebene Teil des erzeugten Dampfes den überhitzer 30, wähernd die während der Blasperiode erzeugte Dampfspitze direkt als Sattdampf an den Speisewasserbehälter 4 abgegeben wird.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Betrieb einer Kesselanlage für die Verwertung der Abfallwärme aus hüttenmännischen oder chemischen Arbeitsprozessen, wobei eine oder mehrere Sekundärtrommeln als Speicher verwendet werden, d a d u r c h g e -k e n n z c i c h n e t, daß die Sekundärtrommeln irn Gleichdruck als Speisewasserspeicher (4) verwendet werden, die bei Prozeßbeginn hauptsächlich mit Kaltspeisewasser oder einem kalten Zwischenwärmeträger gefüllt sind, und daß während des Prozesses das Kaltspeisewasser oder der kalte Zwischenwärmeträger zumindest teilweise durch Heißspeisewasser oder Dampf verdrängt wird, so daß die Sekundärtrommeln bei Prozeßende vorwiegend mit Heißspeisewasser oder einem heißen Zwischenwärmeträger gefüllt sind.
2. 2. Verfahren zum Betrieb einer Kesselanlage für die Verwertung der Abfallwänne aus hüttenmännischen oder chemischen Arbeitsprozessen, wobei eine oder mehrere Sekundärtrommeln als Speicher verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärtrommeln (4) im Gleichdruck als Speisewasservorwärmer verwendet werden, die bei Prozeßbeginn hauptsächlich mit Kaltspeisewasser gefüllt sind, und daß während des Prozesses das Kaltspeisewasser durch Heißspeisewasser oder Dampf erhitzt wird, so daß die Sekundärtrommeln bei Prozeßende vorwiegend mit Heißspeisewasser gefüllt sind. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgewännte Speisewasser aus den Sekundärtrommeln (4) über ein Ab- leitungsrohr (7 a) einer Mischstelle (3 oder 9) zugeführt und mit dem von der Speisepumpe (10) über den Hauptstrang (6) geführten Kaltspeisewasser gemischt wird, so daß jede gewünschte Nfischtemperatur für die Einspeisung in den Kessel (1) einstellbar ist. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischtemperatur während der ganzen Periode von Prozeß und Prozeßpause verändert wird, wobei dem höchsten Abgaswärmeangebot die niedrigste und dem niedrigsten Abgaswärmeangebot die höchste Speisewassertemperatur am Kesseleintritt zugeordnet wird. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischtemperatur in zwei voneinander verschiedenen Stufen eingestellt, je- doch auf jeden Fall gegenüber der Kaltspeisewasser-Zulauftemperatur erhöht wird. 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sekundärtrommeln (4) während der ganzen Periode von Prozeß und Prozeßpause ein Dampfpolster belassen wird. 7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Sekundärtrommel (4) während der Prozeßpause angesamm elte Kaltspeisewassermenge während der Prozeßzeit mit dem Spitzendampf mittels einer Pumpe (32) gemischt wird, wobei der Dampf zum Teil kondensiert. 8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Prozesses dem Dampferzeuger (1) nur kaltes Speisewasser, je- doch während der Prozeßdauer im wesentlichen heißes Speisewasser aus den Sekundärtrommeln (4) zugeführt wird. 9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Sekundärtromrnel (4) während der Prozeßpause angesammelte Kaltspeisewassermenge während der Prozeßzeit mit dem Kesseltrommelwasser gemischt wird. 10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Kaltwasservolumen zum Heißwasservolumen der Sekundärtrommel (4) durch die Pumpe (32) gelieferte Kaltwassermenge bei konstanter Dampfabgabe vom Dampfdruck gesteuert wird. 11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Kaltwasservolumen zum Heißwasservolumen der Sekundärtrommel (4) gelieferte Kaltwassermenge von der Dampflieferung zur Sekundärtrommel (4) gesteuert wird. 12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge des Kaltspeisewassers im Hauptstrang (8) in Abhängigkeit von der Dampflieferung gesteuert wird. 13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Ekonomiser (2) und die Sekundärtrommeln (4) geführten Kaltwassermengen vom Dampfdruck gesteuert werden. 14. Kesselanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Zweigstrang (7) der Speisepumpendruckleitung (6) Sekundärtrommeln (4) vorgesehen sind, die mit der Wasserseite der Kesseltrommel (3) verbunden sind. 15. Kesselanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Sekundärtrommeln (4) und der Kesseltrommel (3) ein vom Dampfdruck gesteuerter Mischschieber (31) vorgesehen ist, welcher das gewünschte Temperaturverhältnis für die Mischung von Kesseltrommelwasser und Kaltspeisewasser einstellt. 16. Kesselanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sekundärtrommeln (4) zwischen Kaltwasser und Heißwasser ein Trennschwimmer (25) vorgesehen ist, um die Vermischung von Heiß- und Kaltwasser zu verhindern. 17. Kesselanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entnahme des Heißspeisewassers aus der Sekundärtrommel (4) eine Entnahmeleitung mit geführtem Schwimmer (25) vorgesehen ist und die Entnahmeleitung mit dem festen Auslauf durch eine flexible Leitung (23) verbunden ist. 18. Kesselanlage nach den Ansprüchen 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichmäßigen Verteilung des Kaltspeisewassers in den Sekundärtrommeln (4), über den Trommelquerschnitt verteilt, Drosselorgane (24) angeordnet sind. 19. Kesselanlage nach den Ansprüchen 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ün Dampferzeuger (1) eine an sich bekannte Zusatzfeuerung zur Dampferzeugung, insbesondere während der Prozeßpausen, vorhanden ist.