DE1526268A1 - Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen von Dampf - Google Patents

Description

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Besohreibung zu der Patentanmeldung

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ N.V.,

Haag, Niederlande

betreffend
Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen von Dampf.

Me Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Einrichtungen zum Erzeugen von Dampf.

Genauer gesagt betrifft die Erfindung ein Verfahren, um Dampf dadurch, zu erzeugen, daß einem Dampfkessel die Abgase eines- Industrieofens zugeführt werden, in dem ein Medium er-Mtzt oder auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird, wobei die Temperatur des aus dem Industrieofen austretenden Mediums gemessen und die Zufuhr von Brennstoff zu dem Industrieofen in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur in der Weise geregelt wird, daß dann, wenn die erwähnte .Temperatur zurückgeht oder ansteigt, dem Industrieofen entsprechend mehr oder weniger Brennstoff zugeführt wird.

Ein bereits bekanntes Verfahren dieser Art bietet den Vorteil, daß es die Erzeugung von Dampf unter Verwendung der deii Industrieofen verlassenden, noch heißen Abgase c ^ö ,'Mm-Vergleich zu einem unabhängigen und direkt beheizten ^

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der üblichen Art ergibt sich hierbei der Vorteil, daß eine bessere Ausnutzung der ^ärme erzielt wird, und daß man mit einem kleineren Kapitalaufwand auskommt.

Der erwähnte Industrieofen bildet gewöhnlich einen Teil einer Anlage, in der ein chemischer oder physikalischer ±το-zess durchgeführt wird. Da die x.rzeu_oung von Dampf somit praktisch mit dem physikalischen oder chemischen Prozesse gekoppelt ist, wird die Regelung der Dampferzeugung in Abhängigkeit vom Dampfbedarf kompliziert, da der Wärmebederf des Prozesses ohne Hücksicht auf den Dampfbedarf schwankt.

Ein Ziel der Erfindung besteht nunmehr darin, einfache Hilfsmittel vorzusehen, die die' erwähnte xiegelung ermöglichen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Erhöhung oder Verringerung des DampfVerbrauchs ein kleinerer oder größerer Teil der dem Dampfkessel zugeführten Wärme der zu dem Industrieofen strömenden Verbrennungsluft zugeführt wird.

Gemäß der Erfindung geschieht dies vorzugsweise dadurch, daß ein Dampfkessel benutzt wire, der ein Hohrbündel umfaßt, das an einen Dampf-.Vasser-Abscheider angeschlossen ist; hierbei wird bei einem erhöhten oder verringerten Danpfverbrauch eine kleinere bzw. grcSsre taenge von dem abscheider entnoinmen<äein heißen Wasser in iiärmeaustauscbbeziehimg zu der zu der: I.urtustrieofen strömenden Verbrennungsluft gebracht.

Neben dem genannten Verfahren sieht die Erfindung eine Einrichtung zum Durci.fü" .ren des Verfa rens vor.

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Die Erfindung wird im folgenden an Hand scheraatischer Zeichnungen an mehreren Ausführuncsbelspielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Einrichtung zum Durchführen dee erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2 und 5 zeigen in schematischer Herstellung weitere Ausbildungsformen eines Teils der Einrichtung nach Fig. 1, der dazu dient, Wärme aus dem Dampf-Wasser-Abscheider der Verbrennungsluft zuzuführen, die dem Industrieofen zugeleitet v/ird.

Der Industrieofen, mittels dessen ein Medium erhitzt oder auf einer bestimmten re:;iperatur ^ehalte:, vir·.., ict in Jf¹It₃. 1 mit 1 bezeichnet. In den Ofen 1 sind Kohre vorgesehen, die von dem keidum durchströmt werden köuuen. Ιλ'βε·_ a./ re sind in Fig. 1 durch ein einziges iiohr 2 versinnbildlicht, if'^rn.vr .. -¹-. - .¹J .... on ^tuslab 4 für das keidum

auf. Der Ofen umfa.st f■ i-ntr einen Brenner 5 und eine Leitung 6 zum ^ufihren der Verbrennungsluft. Der arenner 5» der z.B. mit Gas oder Cl gespeist werden kann, ist an eine Brennstoffleitung 7 angeschlossen, in die ein Brennstoffregelventil ο eingeschaltet ist.,Lie Austrittsleitung 4 für das zu erhitzende Medium ist mit einem Temperaturr.eßüeriit 9 versehen, iamit die Temperatur des iileidums in der Austrittsleitung 4 gemessen werden kann. Der Temperaturmeeser 9 ist über ein itegelgerät 10 mit dem Brennstoffregel&erät 8 verbunden. Gegebenenfalls kann auch in die Leitung 6 zum Zuführen der Verbre^inunTsluft ein Temperatur-Besser 11 eingeschaltet ceia. j-=r χ ^ia. jurmesser 11 iat dann über ein Regelgerät 12 an das brennstoffregelventil 8 angeechlosaan. ^er Industrieofen h ist durch eine Hohrleitung 13

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mit einem Dampfkessel 14 verbunden. Die Verbindungsleitung dient dazu, die Abgase des Ofens 1 dem Dampfkessel 14 zuzuführen.

Der Dampfkessel 14 umfaßt mehrere Rohrbündel, in denen Wasser erhitzt und in Dampf verwandelt wird, wobei der erzeugte Dampf überhitzt werden kann. Das erste Rohrbündel 15 dient als Ekonomiser zum Vorwärmen des Speisewassers. Dieses Rohrbündel 15 ist durch eine Speiseleitung 16 mit einer Speisepumpe 17 verbunden. Das andere Ende des Rohrbündels 15 ißt über eine Austrittsleitung 18 an einen Dampf-Wasser-Abscheider angeschlossen. Ein zweites Rohrbündel 20, in dem das heiße Wasser in Dampf verwandelt wird, steht mit dem Dampf-Wasser-Abscheider 19 über eine Speiseleitung 21 in Verbindung. In die Leitung 21 sind eine Umwälzpumpe 22 und ein Heißwasserregelventil 23 eingeschaltet. Das zweite Rohrbündel 20 ist durch eine Austrittsleitung 24 mit einem dritten Rohrbündel verbunden, das ebenfalls zur Dampferzeugung dient. Das Rohrbündel 25 ist über eine Austrittsleitung 26 an den Dampf-Wasser-Abscheider 19 angeschlossen. Der in dem Abscheider 19 abgeschiedene Dampf kann über eine Leitung 27 einem überhitzer zugeführt werden. Das andere Ende des Überhitzers 28 ist mit einer Dampfabgabeleitung 29 verbunden, mittels deren der erzeugte Dampf der den Dampf verbrauchenden Anlage zugeführt werden kann.'Eine Vorrichtung 30 zum Messen des Dampfbedarfs, die über einen Regler 31 an das Iieißwasserregelventil 23 angeschlossen ist, steht mit dem Dampfabgaberohr 29 in Verbindung. In der .Leitung 6 zum Zuführen der Verbrennungsluft ist ein Lufterhitzer 32 angeordnet, der durch Leitungen 33 und 34 mit dem

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Hegelventil 23 paralIeIgeschaltet ist. Der Dampfkessel 14 ist mit einem Hilfsbrenner 35 ausgerüstet, der sich normalerweise nicht in Betrieb befindet, jedoch in Betrieb gesetzt werden kann, sobald der Industrieofen 1 aus irgendeinem Grunde außer Betrieb gesetzt wird. Hierdurch wird gewährleistet, daß der Kessel 14 jederzeit Dampf erzeugen kann.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet in der nachstehend beschriebenen Weise.

Ein Medium, das erhitzt oder auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden soll, wird über den Einlaß'3 dem Rohr zugeführt, um zu dem Auslaß 4 zu strömen. Der Brenner 5 des Ofens 1 wird in Betrieb gehalten, um zu gewährleisten, daß dem durch das Rohr 2 strömenden Medium Wärme zugeführt wird, und zwar im wesentlichen in Form von Strahlungswärme nach der Aufnahme von Wärme im Ofen 1 verläßt das Medium den Ofen über den Auslaß 4, von wo aus das Medium der betreffenden Anlage zum Durchführen eines Prozesses zugeführt wird. Bei diesem Prozess kann es sich z.B. um eine hydrogenative Entschwefelung handeln, oder um eine Destillation im Hochvakuum oder um einen katalytischen Reformierungsprozess oder um die Destillation von Rohöl, einen bei mäßiger Temperatur durchgeführten Krackprozess oder dergleichen.

Die durch den Brenner 5 erzeugten Abgase verlassen den Industrieofen 1 und strömen über die Verbindungsleitung 13 zu dem Dampfkessel 14. In diesem Dampfkessel umströmen die Abgase die Rohrbündel 15» 20, 28 und 25» wobei sie Wärme an das"Wasser bzw. den Dampf abgeben.

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Die Speisepumpe 17 führt über die Speiseleitung 16 Wasser dem Rohrbündel 15 zu, das als Ekonomiser benutzt wird und dazu dient, das Wasser vorzuwärmen. Das vorgewärmte Wasser strömt von dem Rohrbündel 15 aus über die Abgabeleitung 18 zu dem Dampf-Wasser-Abscheider 19. Aus dem Abscheider 19 strömt ./asser über die jßntnahme leitung 21 und die Umwälzpumpe 22 zu dem Rohrbündel 20, in dem das rfasser in Dampf verwandelt wird. Der Dampf und das noch vorhandene vVasser strömen über die Austrittsleitung 24 zu dem Rohrbündel 15» in dem eine weitere erhitzung bewirkt wird. Der Dampf und das etwa noch vorhandene «v'asser strömen über die Austrittsleitung 26 zum Abscheider 19· ^He noch vorhandenen wassertröpfchen v/erden hier von dem Dampf getrennt, so daß im wesentlichen trockener Dampf aus dem .ibsc· eider 19 über die .Leitung 27 zu dem "ttchrbündel 28 strömt, in welchem der Dampf überhitzt wird.

Der erzeugte Dampf strömt dann von dem Rohrbündel 28 aus über die Abgabeleit ng 29 zu der den Dampf verbrauchenden Anlage.

Nimmt man an, daß in einem bestimmten Zeitpunkt eine Erhöhung des Dampfbedarfs der erwähnten Anlage eintritt, wird diese Erhöhung des Dampfbedarfs durch das Meßgerät 30 registriert. Bei dem Gerät 30 handelt es sich z.B. um ein Manometer, mittels dessen ein Rückgang des Drucks in der Leitung 29 festgestellt wird, sobald sich der Dampfbedarf erhöht. Das durch das Gerät 30 erzeugte Signal wird dem Regler 31 zugeführt, der bewirkt, daß das Ventil 23 weiter geöffnet wird. Da das Ventil 23 jetzt weiter geöffnet ist, kann mehr »/asser als zuvor durch das Ventil 23 etrömen, während weniger Wasser als zuvor durch den Luft-

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erhitzer 32 geleitet wird. Dies bedeutet, daß dem Lufterhitzer j 32 weniger Wärme zugeführt wird, und daß daher auch der durch die Leitung 6 zu dem Brenner 5 des Industrieofens strömenden

Verbrennungsluft weniger Wärme zugeführt wird.

Daher tritt jetzt in den Ofen 1 kältere Verbrennungsluft ein. Infolgedessen wird an das durch das Hohr 2 strömende * Medium weniger Wärme abgegeben, was zur Folge hat, daß die Temperatur des über den Auslaß 4· entweichenden Mediums etwas niedriger wird. Diese Temperatursenkung wird durch den Tempera turmesser 9 registriert, der dem Regler 10 ein enteprechende« Signal zuführt. Der Regler 10 bewirkt jetzt eine kleine Verstellung des Brennstoffregelventils 8 derart, daß dem Brenner 5 eine größere Brennstoffmenge (Gas oder 01) zugeführt wird· Neben der Regelung in Abhängigkeit von _%der Temperatur des durch den Auslaß 4 strömenden Mediums kann die Brennstoffmenge auch in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbrennungsluft vor deren Eintreten in den Ofen 1 geregelt werden. Zu diesem Zweck wird die Temperatur der Verbrennungsluft mit Hilfe des Temperaturmeesere 11 gemessen. Wie schon erwähnt, hat sich die Temperatur der zügeführten Verbrennungsluft etwas verringert. Sobald eine solche Verringerung der Temperatur registriert wird, erzeugt der Temperaturmesser 11 ein Signal, das dem Regler 12 zugeführt wird. Der Regler 12 bewirkt ebenfalls eine Verstellung des Brennstoffregelventils 8 derart, daß dem Brenner 5 mehr Brennstoff zugeführt wird·

«ο Die Zufuhr einer größeren Brennstoffmenge zu dem Brenner ο

■•° 5 bewirkt, daß mehr Wärme und eine größere Abgasmenge erzeugt ^2 wird. Es sei bemerkt, daß die größere Menge an Verbrennungs o luft, die zur Verbrennung der größeren Brennstoffmenge benötigt

*> wird, automatisch zugeführt v.-ird, da siel: der Widerstand ver-

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ringert, der der kälteren Luft in dem Lufterhitzer 32 und im Luftregister des Brenners entgegengesetzt wird. Infolgedessen wird die Temperatur des Mediums, das über den Auslaß 4- abgeführt wird, auf ihren früheren Wert zurückgeführt. Hierbei strömt ein größeres Volumen an heißeren Abgasen über die Verbindungsleitung .13 vom Ofen 1 zum Dampfkessel 14, so daß die benotigte zusätzliche Wärmemenge entsprechend dem erhöhten Dampfbedarf zur Erzeugung von Dampf zur Verfügung steht.

Wenn sich der Dampfbedarf der erwähnten Anlage verringert, kehrt sich der beschriebene Vorgang um, d.h. beim Rückgang des Dampfbedarfs wird das Ventil 23 weiter geschlossen, so daß mehr heißes Wasser durch den Lufterhitzer 32 strömt. Infolgedessen wird der Verbrennungsluft mehr Wärme zugeführt, und der Industrieofen 1 wird mit wärmerer Verbrennungsluft gespeist. Daher erhöht sich die Temperatur des erhitzten Meidums am Auslaß 4-. Der Temperaturmesser 9 erzeugt ein entsprechenden Signal, das dem Regler 10 zugeführt wird, der dann veranlaßt, daß das Ventil 8 weiter geschlossen wird. Dies hat zur Folge, daß der Brenner 5 rcit weniger Brennstoff gespeist wird, so daß der Ofen 1 weniger Wärme und eine kleiner Abgasmenge erzeugt. Hierdurch wird die Temperatur des Mediums am Auslaß M- auf ihren ursprünglichen Wert zurückgeführt. Dem Dampfkessel 14- wird über die Verbindungleitung 13 weniger Wärme und eine geringere Abgasmenge zugeführt, wobei diese Verringerung der Verringerung des Dampfbedarfs der zu betreibenden Anlage entspricht.

Fig. 2 und 3 zeigen zwei abgeänderte Ausbildungsformen des Systems, mittels dessen heißes Wasser dem Lufterhitzer von dem Dampf-kVasser-Abscheider 19 aus zugeführt wird. Die mit 6,

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19, .20, 22., 28, 29| 30, 31 und 32 bezeichneten Teile entsprechen den die gleichen Bezugszahlen tragenden Teilen in Fig. 1. -Aus Gi\.ix.A .--ii a.\r ^infachheit sind in Pig. 2 und 3 nur die Rohrbündel 20 und 28 dargestellt.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 und 3 steht die Umwälz- pumpe 22 mit dem Dampf-Wasaer-Abscheider 19 über eine Leitung 36 in Verbindung. Außerdem ist die Zirkulationspumpe 22 über eine Leitung 37 an das Rohrbündel 20 angeschlossen. Eine Leitung 38 führt von dem Rohrbündel 20 zur dem Abscheider 19· Eine weitere Leitung 39 verbindet den Abscheider 19 mit dem Rohrbündel 28. ^ine Leitung 40 zweigt von der Leitung 37 ab und führt zu dem Lufterhitzer 32. In die Leitung 40 ist ein Heißwasserregelventil 41 eingeschaltet, das durch den Regler 31 betätigt wird. In Pig. 2 steht der Lufterhitzer 32 mit dem Abscheider 19 über eine Leitung ^2 in Verbindung, während in Fig. 3 der Lufterhitzer 32 durch die Leitung 38 und die Leitung 43 mit dem Abscheider verbunden ist.

Die Anordnung nach Fig. 2 arbeitet in der nachstehend beschriebenen Weise.

Wenn der Dampfbedarf der Anlage zunimmt, wird dies durch das Gerät 30 zum Messen des Dampfbedarfs registriert, so daß dem Regler 31 ein entsprechendes Signal zugeführt wird. Der Regler 31 bewirkt, daß das Ventil 41 weiter geschlossen wird, so daß weniger heißes Wasser durch die Leitung 40 j den Lufterhitzer 32 und die Leitung 42 strömt. Infolgedessen gibt der Lufterhitzer 32 weniger Wärme an die durch die Leitung 6 zu dem Industrieofen 1 strömende Verbrennungsluft ab. Geht der

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Dampfbedarf zurück, spielen sich die beschriebenen Vorgänge im umgekehrten Sinne ab, d.h. der Verbrennungsluft wird über den Lufterhitzer 32 mehr Wärme zugeführt.

Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung arbeitet im wesentlichen in der gleichenWeise; der einzige Unterschied besteht darin, daß bei der Anordnung nach Fig. 2 das Wasser aus dem Lufterhitzer 32 über die Leitung 4-2 direkt zu dem Dampf-Wasser-Abscheider 19 strömt, während bei der Anordnung nach Fig. 3 das Ψ vom Lufterhitzer 32 kommende Wasser über die Leitung 4-3 der Leitung 38 zugeführt wird, um schließlich zum Abscheider 19 zu gelangen.

Patentansprüche: 9098S1/Q722

Claims (7)

1A-: PATEH TAW SPfiU 152626Θ

1. Verfahren zum Erzeugen von Dampf dadurch, daß einem Dampf-. kessel die Abgase eines Industrieofens zugeführt werden, in dem ein Medium erhitzt oder auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird, wobei die Temperatur des den Industrieofen verlassenden Mediums gemessen und die Zufuhr von Brennstoff zu dem Industrieofen in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur ■o geregelt wird, daß beim Zurückgehen bzw. Ansteigen dieser Temperatur dem Industrieofen mehr bzw. weniger Brennstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet , daß bei einer Erhöhung bzw. Verringerung des Dampfverbrauohs ein kleinerer bzw. ein größerer Teil der dem Dampfkessel zugeführten Wärme der zu dem Industrieofen strömenden Verbrennungsluft lugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Dampfkessel Rohrbündel umfaßt, die an einen Oampf-Waseer-Abecheider angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet , daß bei einer Erhöhung bzw. Verringerung des Dampfverbrauche eine kleinere bzw. größere Menge heiSen Wassers, das dem Dampf-Wasser-Abscheider entnommen wird, in warmeaustauschbezlehung zu der su dem Industrieofen strömenden Verbrennungsluft gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der zu dem Industrie-

. ofen strömenden Verbrennungsluft gemessen wird, und daß die Zufuhr von Brennstoff zu dem Industrieofen in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur so geregelt v.ird, daß bei einer Ab-

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nähme bzw. einer Zunahme der Temperatur dem Industrieofen eine größere b w. eine kleinere Brennstoffmenge zugeführt wird.

4. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen Industrieofen (l), der geeignet ist, ein l.edium zu erhitzen oder es auf einer büctimriten Temperatur zu halten, wobei der ufen einen Einlaß (3) und einen Auslaß (4) für das zu behandelnde Medium umfaßt, ferner eine i^rennstoffzuf i. ruiJ ,sleitung (7) und eine Leitung (6) zum Zuführen von Verbfennungoluft, einen Dampfkessel (14) mit Hohrbindeln, die an einen Daiiif-Kasser-Abscheider (19) angeschlossen sind, einer üpeisen'asserzuführungsleituns (16) und einer Dampfabgabeleitung (Γ_9), eine Verbindungsleitung (13) zwischen dem Industrieofen uiii. öen D;.rpfkessel zum überleiten der Abgase des Iudustrieofens <:u dem Da.^i;i>f kescel, einen i'emperaturmes6er (9) am Ausla!. f'ir due Medium, der an e-lnen liegler (10) angeschlossei: ist, ^Tvej eher mit einem Brennstoff regelventil (8) in der jir^iinsfoffzuführungsleitung (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , daß ein ur.rHt (30) zum dessen der: Jar pfbedarf s, z.u. ein Druckmesser, an die Jampfabgabeleitung^29y anlese lorsen ist, damit der uampfbedarf gemessen wej"]en kann, wobei dieses i..eßg(;rät über einen Regler (jpl) mit einem ::eiiTv/aeso3"re^eiventil (23) in Verbindung steht, das in eine -e.ituu pin schaltet ist, v/elche einen Lufterhitzer (3?)· mit dem JJ^rpf-iiasser-ALsc^eider (19) verbindet, wobei der Lufterhitzer in der leitung (6) zum Zuführen von Verbrennungsluft zu dem l.iri.ui; crieof en ai.geordnet irjt.

•

5. Einric tun^. u.c ". -"-iispruc:. 4, daaurcii _o e k ü η η ~ zeichne t , da. -in reir.peraturnetaer (11) an die ^e-L-

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tung^ (6) zum Zuführen der Verbrennungsluft angesohlossen ist, wobei dieser Temperaturmesser mit einem Hegler (12) verbunden ist, der seinerseits mit einem Brennstoffregelventil (8) in der Brennstoffzuführungsleitung (7) in Verbindung steht.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Industrieofen (1) einen Teil einer Anlage bildet, mittels deren ein chemischer oder physikalischer Prozess durchgeführt wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Anlage z.B, um eine Anlage zum Durchführen einer hydrogenativen Entschwefelung oder einer Hochvakuum-Destillation der eines katalytischen Heformierungsvorgangs oder der Destillation von Rohöl oder eines thermischen Krackvorgangs handelt.

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