DE1526911A1

DE1526911A1 - Abhitzekessel

Info

Publication number: DE1526911A1
Application number: DE19661526911
Authority: DE
Inventors: Pearce Roy George; Christopher Leonard Henry; Gulver Leonard James; Disley Kenneth Thomas
Original assignee: Foster Wheeler Ltd
Current assignee: Amec Foster Wheeler Holdings Ltd
Priority date: 1965-12-14
Filing date: 1966-12-14
Publication date: 1970-02-12
Also published as: NL6617555A; BE691218A; FR1504373A; GB1163577A; ES334388A1

Description

Dipl. Ing. Walter Meissner

Dipl. Ing. Herbert Tiseher

Büro München

München 2, Tal 71

München, 14. Dezember 1966 /er

Foster Wheeler Limited, London (England)

Abhitzekessel

Die Erfindung betrifft einen Abhitzekessel, insbesondere zum Betrieb mit den Abgasen einer Schiffsdieselmaschine·

In der Beschreibung werden die Ausdrücke "Wasser" und "Dampf" benutzt. Sie sollen Jedoch für beliebige Flüssigkeiten und ihre Dämpfe gelten, es sei denn, daß sich aus dem Zusammenhang etwas anderes ergibt.

Für den Antrieb von Schiffen, beispielsweise von Tankschiffen zum Öltransport, werden neuerdings sehr große Dieselmaschinen benutzt· Da bekanntlich etwa ein Drittel der im Dieselöl enthaltenen Wärmeenergie mit den Abgasen abgeht, ist es von großer Bedeutung, möglichst viel dieser ungenutzten Wärmeenergie wiederzugewinnen.

Hierzu kann ein Dampfkessel benutzt werden, der einerseits Heizflächen zum Beheizen mit den Abgasen und andererseits Heizflächen enthält, die durch eine unabhängige Feuerung, beispielsweise durch Brenner, beheizt werden· Der erzeugte Dampf kann für beliebige Zwecke verwendet werden, beispiels-

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weise zum Beleuchten und Heizen und bei Tankern euch zum Pumpen des Öls. Während sich das Schiff auf Fahrt befindet, wird der benötigte Dampf oder wenigstens ein Hauptteil desselben durch die Wärme der Abgase der Dieyelmaschine erzeugt. Befindet sich das Schiff iir; Hafen bzw, ist die Dieselmaschine stillgesetzt, wird der benotigte Dampf durch die unabhängig vorgesehenen Brenner erzeugt.

Es ist erwünscht, daß so viel Wärme wie nur möglich aus den Abgasen entnommen wird» Andererseits ist dieser Forderung eine Grenze gesetzt, denn die abgase dürfen nicht so weit abgekühlt werden, daß sich Korrosionsprobleme ergeben. Die Temperatur des im Kessel siedenden Wassers liegt gewöhnlich oberhalb der unteren Temperatur, bis zu der die Abgase ohne Gefahr von Korrosion abgekühlt werden können, während die Temperatur des Kesselspeisewaesers unterhalb dieser unteren Temperatur liegt.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine ausserordentlich einfache anordnung zu schaffen, bei der den Abgasen nutzbare Wärmeenergie in erheblicher Lenge entzogen werden kann, ohne daß Korrosionsprobleme entstehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Wasser aus der Dampf-Wasoer-Tronmiel oder V/assertrommel des Kessels innerhalb dieser Trommel durch direkten oder indirekten Wärmetausch mit dem Kesselspeisewasser auf eine solche Temperatur heruntergekühlt wird, daß das gekühlte Wasser benutzt werden kann, um Wärme aus den Abgasen zu entnehmen, ohne daß diese auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei der Kondensation und/oder Korrosion eintreten kann.

Das Kühlen des für die Wärmeentnahme aus den Abgasen dienenden Wassers in der Dampf-Wasser-Trommel oder Wassertrommel bietet eine Reihe von Vorteilen einschließlich des

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Vorteils, daß die aus den Abgasen entnommene Wärmemenge den überhaupt möglichen Maximalbetrag erreichen kann, bei dem die Abgase noch nicht unterhalb ihres Taupunktes abgekühlt v/erden, wodurch Kondensation und Korrosion auftreten könnte. Die ^noranun_w gemäß der Erfindung ist billig auszuführen und nimmt praktisch keinen zusätzlichen liaum ein, weil keine besondere ilussere Ausrüstung an der Trommel ansi;brin£en ist. Ferner ist die Anordnung einfach zv rejeln und zu bedienen.

Sin jibhitzekeasel ^:emäß der Erfindung wird vorzugsweise so cUü^ebildut, daß er einerseits Heizflächen in einem Absu_o oa.djl. für aie Ab^use und andererseits Heizflächen enthalt, die durch Verbrennungsgase einer Feuerung beheizt werden«, lie beiden Heizflächen haben gemeinsame Dampf—Wasser— Ui-ü .,a.jsertroiiLiieln oder eine gemeinsame Dampf—Wasser-Trommel.

Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispi'ele der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Gesamtaufbau eines Abhitzekessels{

Fig. 2 schematisch die Wassertrommel eines anderen Kessels.

Der Abhitzekessel 1o für eine Schiffsmaschinenanlage enthält nach Fig. 1 eine obere Dampf -V/asser-Trommel 12 und eine untere Wassertrommel 14, die beide durch ein unbeheiztes Fallrohr 15 und durch ein Bündel von Steigrohren 16 verbunden sind. Das aus der unteren Trommel 14 entnommene Wasser wird mittels einer Pumpe 17 durch eine Leitung 18 in einen Dampferzeugerteil 19 überführt, der im Abzug 2o für die Abgase einer Dieselmaschine 21 angeordnet ist, die das Schiff antreibt. Der Abzug 2o führt in den Kamin des Schiffs. Aus

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dem Dampferzeugerteil 19 wird ein Dampf-Wasser-Gemisch durch eine Leitung 22 in die obere Trommel 12 geführt·

Das Wasser nird aus der unteren !Trommel 14 durch ein am Ende offenes Rohrstück 24 abgezogen, das innerhalb der Trommel 14 vorgesehen ist· Zum Zuführen des Speisewassers dienen zwei Einlaßrohre 26 und 28, von denen das Rohr 26 dicht am offenen Ende des Rohrstücks 24 endet· Das Speisewasser wird den Rohren 26 und 28 durch eine Speisewasserpumpe Jo zugeführt· Mittels eines Verteilerventils 32 kann der Anteil an Speisewasser, der durch die Rohre 26 bzw. 28 strömt, eingestellt werden. Das Rohrstück 24 ist ausserhalb der Trommel 14 mit einem Rohr J4 verbunden, das zur Pumpe 17 führt·

Um^trömungsprobleme beim Sieden des Wassere im Dampferzeugerteil 19 zu vermeiden baw· zu vermindern, ist dieser in einen oberen und einen unteren Abschnitt 36 bzw· 38 unterteilt. Im oberen Abschnitt 36 fließt das Wasser im Gegenstrom zu den Abgasen, um eine maximale Wärmemenge aus den Abgasen zu entnehmen, wobei zugleich ein Abkühlen der Abgase im Abzvij 2o bis unterhalb ihres Taupunktes vermieden wird· Im unteren Abschnitt 38 fließt Wasser und Dampf im Gleichstrom mit den Abgasen· Die obere Trommel 12 kann mit Dampftrocknern versehen sein, um Waesertropfen im Dampf zu beseitigen, bevor er zum Verbrauch aus der Trommel 12 abgezogen wird. Der abgezogene Dampf kann gegebenenfalls in einem überhitzer 4o überhitzt werden, der im Abzug 20/9Or dem Dampferzeugerteil 19 liegt· Mit dem überhitzten Dampf kann eine Turbine mit Generator zur Stromerzeugung betrieben werden· Der Dampf kann aber auch für andere Zwecke im Schiff verwendet werden· Ferner kann nicht überhitzter Dampf direkt ' aus der Trommel 12 durch die Leitung 41 entnommen und zum Erwärmen und Verdampfen von Meerwasser verwendet werden·

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In die Leitung 18 ist ein Thermostat 42 eingeschaltet, der automatisch das Verteilerventil 32 so steuert, daß ^e höher die Temperaturen des Wassers in der Leitung 18 sind, umsomehr Speisewasser durch das Rohr 26 in das Rohrstück 24 eingespeist wird, wodurch die Temperatur des Wassers in die Leitung 18 reduziert wird. Gegebenenfalls kann das Verteilerventil 32 auch von Hand eingeregelt werden»

Die Steigrohre 16 können durch von Brennern (nicht dargestellt) kommende Verbrennungsgase beheizt werden, um die Dampflieferung aus dem Dampferzeugerteil 19 zu ergänzen oder auch den ganzen Dampf zu erzeugen, wenn das Schiff im Hafen liegt bzw. die Dieselmaschine 21 nicht in Betrieb ist. Die Verbrennungsgase können in den Abzug 2o geleitet werden, nachdem sie das Wasser in den Steigrohren 16 erhitzt bzw. zum Sieden gebracht haben.

Wenn sich das Schiff auf See befindet, so wird wenigstens der Hauptteil des benötigten Dampfes durch die Abgaswärme der Dieselmaschine 21 erzeugt. Eine typische Temperatur der Abgase der Dieselmaschine 21 liegt bei etwa 315° C (6oo° F), während eine typische Temperatur des Sattdampfes des Kessels 1o bei etwa 18o° 0 (356° P) liegt. Um die maximal mögliche Wärmemenge aus den Abgasen zu gewinnen, ohne daß zugleich Korrosionsprobleme auftreten, soll die Temperatur des in den Dampferzeugerteil 19 eingespeisten Wassere öbwa 15o° 0 (3oo° F) betragen. Dies wird durch eine solche Einstellung des Verteilerventils 32 erreicht, daß die notwendige Speisewaseermenge bei einer typischen Temperatur von etwa 5<>⁰ 0 (12o° P) in das Ende des Rohrstücks 24 eingeführt wird. Im Dampferzeugerteil 19 wird das Wasser, das zunächst auf eine Temperatur von etwa 15o° O (3oo° P) kommt, in einem Dampf-Wasser-Gemisch mit einer Temperatur von etwa 18o° 0 (356° P) überführt, das dann zur Trommel 12 geleitet wird. Iftiter diesen Verhältnissen wird die Temperatur der Abgase auf etwa 19o° 0 (376° P) herabgesetzt. Die angegebenen Temperaturen

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dienen zur Veranschaulichung. Sie können smr -anpassung an einen besonderen Abhitzekessel geändert werden»

Eine gewisse Regelung der Leistung des Kessels Io ergibt sich zwangläufig dadurch, daß bei sinkendem Bampfverbruuch Temperatur und Druck im Kessel 1o steifen, was zur Folge hat, daß wärmeres Wasser in den Dampferzeugerteil 19 gelangt und dadurch weniger Wärme aus den Abgasen entnommen wird, Die durch den Thermostat 42 bewirkte Steuerung des Verteilerventils 32 kann so eingerichtet v/erden, daß dieser Betrieb ermöglicht wird·

Wenn die DieselmaschiiB 21 stillsteht und der Kessel durch von Brennern erzeugte Verbrennungsgas« beheizt wird, kann die Pumpe 17 abge&dialtst werden* LIan kann sie aber auch weiterlaufen lassen, so daß heisses Wasser durch den Dampferzeugerteil 19 zirkuliert- \mä Kondensation und/oder Korrosion vermieden wird.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung der Wassertrommel 14a eines Kessels, der im übrigen ähnlich wie der Kessel nach Fig. 1 aufgebaut und zu betreiben ist.

Die Trommel 14a enthält ein Rohrstück 24a, durch W.asser aus der Trommel abgezogen und zum Dampf erzeugerteil geleitet wird. In dem Rohrstück 24a befindet ach eine Rohrschlange 44, die über ein Rohr 26a mit Speisewasser versorgt wird, 'tVährend des Durchgangs des Speisewassers durch die lohrschlange 44 wird das für den Dampferzeugerteil 19 aus der Trommel 14a abgezogene Wasser gekühlt, wobei das durch die Rohrschlange 44 laufende Speisewasser seinerseits erwärmt wird. Aus der Rohrschlange 44 gelangt das vorgewärmte Speisewasser in die Trommel 14a«

Zum Einfuhren des Speisewassere ist ein. weiteres Hohr28 909887/0068 ^cΓ" ^ "^

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vorgesehen, und ein Verteilerventil J2a dient dazu, den Anteil an Speisewasser für die beiden Rohre 26a und 28a einzuGteilen, so daß Wasser von einer gewünschten Temperatur in den Dampferzeu£erteil 19 eingeführt werden kann·

Obwohl die bescliriebenen Kessel eine obere Dampf-Wasser-Ti'oi..uel und eine untere Wassertrommel auf v/eisen, kann die Erfindung auch bei Kesseln benutzt werden, die eine einzige Uan^f-y.'asser-Trommel haben, wobei das Wasser im Z>-ui_ljU!iil::u.f den Heizflüchen, etwa den Steigrohren 16, zu- ^oführt v.ird. In diesem Fall oder auch bei Kesseln mit zwei TroKEieln können die Itolirutücke 24 und 24a in der Dampf-Wässer-Tronuel liegen, wobei dann das Speisewasser ebenfalls dieser Troi.mel zugeführt wird.

Die beschriebenen Kessel bieten eine Anzahl von Vor teilen» Die buk den Ablasen im .abzug 2o entnommene Wärmemenge kann das zulässige Maximum erreichen) ohne daß Schwierigkeiten bezüglich Korrosion und Kondensation durch die Abgase auftreten, wie dies der Fall ist, wenn die Abgase bis unterhalb ihres Taupunktes abgekühlt werden. Die Kessel sind einfach im Aufbau und erfordern sehr geringe Extrakosten· Sie benötigen auch nicht mehr Platz als ein Kessel₉ bei dem Wasser mit Kesseltemperatur in den Dampferzeugerteil 19 eingespeist wird» Ferner ist die Pumpe 17 nicht so hohen Temperaturen ausgesetzt, weil sie Wasser zu pumpen hat, dessen Temperatur beispielsweise bei 15o° 0 (3oo° F) liegt, im Gegensatz zu Wasser von Kesseltemperatur, die beispielsweise etwa 18o° (356° F) beträgt.

Ein weiterer Vorteil der Kessel gemäß der Erfindung liegt darin, daß die Speisewasserpumpe Jo und die Umwälzpumpe 17 keine sorgfältige Anpassung zur Sicherung einer guten Wasserströmung benötigen, wit dies der Fall ist, wenn dl· Speisewasserpumpe direkt in die Leitung 18 liefert·

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Claims

Dipt. Ing. Walter Meissner *Φ*

Dipl. Ing. Herbert Tischer _v \,_t'

Büro München ·*--"*'

München 2, Tal 71 ,

München, 14, Dezember 1966 /Or

Pate ntansprüohe

P ( 1.JAbhitzekessel, insbesondere zum Betrieb mit den Abgasen einer Schiffsdieselmaschine, dadurch gelennzeichnet, daß V/asser aus der Dampf-Wasser-Trommel oder Wassertrommel (14) des Kessels (1o) innerhalb dieser Trommel (14) durch direkten oder indirekten Wärmetausch mit dem Kesselspeisewasser auf eine solche Temperatur heruntergekühlt wird, daß das gekühlte Wasser benutzt werden kann, um Wärme aus den Abgasen zu entnehmen, ohne daß diese auf eine Temperatur abgekühlt werden, bei der Kondensation und/oder Korrosion eintreten kann.

2· Abhitzekessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, * daß er Heizflächen (56,38) in einem Abzug (2o) für die Abgase und v/eitere Heizflächen (16), die durch Verbrennungsgase einer Feuerung beheizt werden, enthält, und daß den beiden Heizflächen gemeinsame Dampf-Wasser- und Wassertrommeln (12,14) oder eine gemeinsame Dampf-Wasser-Trommel zugeordnet ist.

3. Abhitzekessel nach Anspruch 1 oder 2', dadurch gekennzeichnet, daß die Dampf-Wasser-Trommel oder die Wassertrommel (14) als Auslaß ein Rohrstück (24,24a) od.dgl· für das gekühlte* aus der Trommel (14) abzuziehende Wasser aufweist, das in die Wassertrommel (14) oder in die Dampf-Wasser-Trommel hineinragt.

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4. Abhitzekessel nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Speisewasser (26) des Kessels am offenen Ende des Rohrstücks (24) mündet, so daß wenigstens ein Teil des Speisewassers in das Rohrstück zusammen mit Wasser ais der Trommel ■ eintritt.

5· Abhitzekessel nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, daß im Rohrstück (24a) ein Wärmetauscherelement (44) vorgesehen ist, durch das das Speisewasser zunächst hindurch— strömt, so daß das für den Dampferzeugerteil (19) entnommene Wasser gekühlt wird. "

6. Abhitzekessel nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet _t daß das Farmetauscherelement aus einer Rohrschlange (44) besteht, die mit wenigstens einem Teil des Speisewassers beliefert wird und innerhalb des Rohrstücks (24a) angeordnet

. - 7· Abhitzekessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisewassereinlaß der Dampf-Wasser-Trommel oder der WaBsertrommel ein Zweigrohr (26,26a) zum Einspeisen des Speisewassers für direkten oder indirekten Wärmeaustausch mit dem fur den . λ Danpferzeugerteil abzuziehenden Wasser, ein Zweigrohr (28,28a) zum direkten Einspeisen des Wassers in die Trommel und ein Verteilerventil (32,32a) enthält, um das zugeführte Speisewasser so anteilsmäßig gesteuert den beiden Zweigrohren zuzuführen, daß das dem Dampferzeugerteil (19) zugeführte Waaser auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird,

8. Abhitzekessel nach einen der vorh*|^ehend*n Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den aua de^lfeuapf-Waaser-Trommel entnommenen Dampf ein Überhitzer (4o) vorgesehen ist, der'im Abzug (2o) vor dem Dampferpeugerfceil (19) liegt.

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