DE19516409A1

DE19516409A1 - Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung

Info

Publication number: DE19516409A1
Application number: DE19516409A
Authority: DE
Inventors: Johannes Janzen
Original assignee: STANDARD KESSEL GES LENTJES FA
Current assignee: STANDARD KESSEL GES LENTJES FA
Priority date: 1994-05-25
Filing date: 1995-05-04
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2015-05-05
Also published as: DE19516409C2; DE9408538U1

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung, für eine Dampf- oder Heißwassererzeugung unter Nutzung der Abhitze eines Ab gaserzeugers mit einem wassergespeisten Kessel, mehreren hintereinander geschalteten und in dem Kessel angeordneten Rohrzügen für einen Abgasstrom des Abgaserzeugers, wobei die Zusatzfeuerung zum Aufheizen des Abgasstroms einem der Rohrzüge vorgeschaltet ist.

Mehrzug-Abhitzekessel werden vielfach Gasturbinen nachgeschaltet, um die Abhitze des Rauchgasstroms für die Dampferzeugung zu nutzen. Sie können aber auch von einem anderen Abgaserzeuger, z. B. einem Dieselmotor gespeist werden. Eine Zusatzfeuerung ist häufig erforderlich, da die Wärmeenergie des Abgasstroms meist für die Erzeugung des gewünschten Dampfmengenstroms nicht ausreicht.

Es sind bereits Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung bekannt geworden, bei denen der Abgasstrom von einer als Brenner ausgebildeten Zusatzbeheizung durch ein Flammrohr als ersten Rohrzug geführt wird. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß der Brenner stets von dem gesamten Abgasstrom beaufschlagt wird, was eine erhebliche Brennerbeanspruchung und erhebliche Brennerdimensionen bedingt. Außerdem wird der Abgasstrom auch dann durch den Brenner geführt, wenn bei geringem Dampfmengenbedarf keine Zusatzwärme erforderlich ist. Dadurch wird der Brenner in unnötiger Weise beansprucht.

Auch die bekannten zusatzbefeuerten Abhitzekessel, bei denen ein Rohrbündel in einem Kessel angeordnet ist, dem ein Flächenbrenner vorgeschaltet ist, weisen die obengenannten Nachteile auf.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung zu schaffen, der insbesondere konstruktiv vereinfacht ist und dessen Apparateteile geringen Beanspruchungen unterliegen.

Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß parallel zu den hintereinander geschalteten Rohrzügen in dem Kessel ein Abhitzezug ausgebildet ist, der unter Umgehung der Zusatzfeuerung direkt mit dem Abgasstrom verbunden ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Mehrzug-Abhitzekessels ist die Möglichkeit geschaffen, den Abgasstrom vor dem Abhitzekessel zu teilen und eine Teilmenge direkt durch den Abhitzezug und die restliche Teilmenge parallel dazu nach Erwärmung in der Zusatzfeuerung durch den Feuerungszug des Kessels hindurchzuführen. Somit weist der erfindungsgemäße Mehrzug- Abhitzekessel den Vorteil auf, daß die in dem Kessel übertragene Wärmemenge flexibel an den jeweiligen Bedarf angepaßt werden kann, indem die Zusatzfeuerung der Lastanforderung folgt. Der erfindungsgemäße Mehrzug-Abhitzekessel weist in dieser Ausbildung den Vorteil auf, mit äußerst geringem anlagentechnischem Aufwand auszukommen. Zusatzgebläse und Klappen sind nicht erforderlich.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Zusatzfeuerung eine Drosselklappe für den Abgasstrom vorgeschaltet ist. Mit der Drosselklappe können die Teilströme zusätzlich geregelt werden, so daß lediglich derjenige Anteil des Abgasstroms durch die Zusatzfeuerung und die vorgeschalteten Apparateteile hindurchgeführt werden muß, der zur Übertragung der notwendigen Wärmemenge im Kessel in der Zusatzfeuerung erwärmt werden muß.

Die Regelung der Teilströme kann dadurch weiter verbessert werden, daß dem Abhitzezug eine Klappe für den Abgasstrom vorgeschaltet ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zwischen der Drosselklappe und der Zusatzfeuerung ein Gebläse zwischengeschaltet ist, so daß der Abgasstrom trotz des durch die hintereinandergeschalteten Rohrzüge und die Zusatzfeuerung erhöhten Strömungswiderstands durch den Kessel geführt werden kann.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Abhitzezug und der letzte der hintereinandergeschalteten Rohrzüge an ihren Enden in einer Abgaskammer verbunden sind. Diese Abgaskammer kann auch Bestandteil des Kessels sein, so daß die Fläche zur Übertragung der Wärme von dem Abgas auf das in dem Kessel enthaltene Wasser vergrößert ist.

Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Abhitzekessels kann dadurch weiter verbessert werden, daß der Abgaskammer ein Wärmetauscher zur Speisewasservorwärmung nachgeschaltet ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Zusatzfeuerung an einem mit einer Regulierklappe und einem Gebläse versehene Frischluftzufuhrleitung angeschlossen ist. Die Frischluftzu fuhrleitung ermöglicht eine weitere Zufuhr von Sauerstoff zu der Zusatzfeuerung, so daß eine vollständige Verbrennung in der Zusatzfeuerung sichergestellt ist. Außerdem kann hierdurch die Zusatzfeuerung ausschließlich mit Frischluft betrieben werden, wenn ein Abgasstrom nicht zur Verfügung steht.

Insgesamt ist der erfindungsgemäßen Mehrzug-Abhitzekessel gegenüber dem Stand der Technik insbesondere hinsichtlich der Flexibilität und des technischen Aufwandes des Kessels verbessert. So kann die Abhitze des Abgases unter Umgehung der Zusatzfeuerung direkt in den Kessel eingeleitet werden. Denkbar ist auch ein Betrieb, bei dem zusätzliche in der Zusatzfeuerung erzeugte Wärme an das in dem Kessel enthaltene Wasser übertragen wird. Außerdem kann in dem Kessel auch dann Wärme übertragen werden, wenn kein Abgasstrom zur Verfügung steht. Eine zusätzliche Energieeinsparung wird dadurch erreicht, daß der erfindungsgemäße Mehrzug- Abhitzekessel geringere Druckverluste aufweist, denn die Rohrzüge werden im Mittel von geringeren Volumenströmen durchsetzt. Sämtliche Apparatebauteile können in bzw. an nur einem Kessel als Druckkörper angeordnet sein, wodurch eine weitere Verringerung des apparativen Aufwands erreicht wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Mehrzug- Abhitzekessel mit einem Brenner als Zusatzbeheizung in der Basis- Variante und

Fig. 2 in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Mehrzug- Abhitzekessel mit einem Brenner als Zusatzbeheizung in einer modifizierten Variante.

Ein Mehrzug-Abhitzekessel 1 hat einen Abhitzezug 2 und einen Feuerungszug 3. Als Bestandteil des Abhitzezugs 2 ist ein Rohrbündel 4 ausgebildet. Der Feuerungszug 3 besteht aus einem Flammrohr 5 und weiteren parallel dazu angeordneten Rohrbündeln 6 und 7. Das Rohrbündel 4 sowie die Rohre 5, 6 und 7 sind horizontal angeordnet.

Ein Abgasstrom 8 einer hier nicht dargestellten Gasturbine wird über eine Zuleitung 9 dem Mehrzug-Abhitzekessel 1 zugeführt. Abhängig von den Druckverlusten der Abhitze- und Feuerungszüge sowie des Zusatzbrenners teilt sich der Abgasstrom 8 in den Abhitzeteilstrom 10 sowie den Feuerungsteilstrom 11 auf. Die Zusatzfeuerung kann als Öl-, Gas- oder bivalenter Brenner 13 ausgebildet sein. Vor dem Brenner 13 ist eine separate oder integrierte Absperrklappe 12 angeordnet. An den Brenner 13 ist eine Brennstoffleitung 14 und eine Frischluftzufuhrleitung 15 angeschlossen. Als Bestandteil der Frischluftzufuhrleitung 15 ist eine Regulierklappe 16 und ein Frischluft-Gebläse 17 ausgebildet.

Die Enden des Abhitzezugs 2 und das Ende des Feuerungszugs 3 im Anschluß an das Rohrbündel 7 sind in einer Abgaskammer 18 an einer Ableitung 19 angeschlossen. Diese Ableitung 19 ist mit einem Wärmetauscher 20 verbunden, welchem sich ein Abgasaustritt 21 und ein Kamin 22 anschließt.

An den Wärmetauscher 20 der als Economizer ausgebildet ist, ist eine Speisewasserleitung 23 angeschlossen, die über einen Wassereintritt 24 mit dem Mehrzug-Abhitzekessel 1 verbunden ist. Durch die Speisewasserleitung 23 wird Wasser in dem Wärmetauscher 20 vorgewärmt und je nach Bedarf in den Mehrzug-Abhitzekessel 1 eingefüllt, damit ein Wasserstand 25 jederzeit oberhalb des obersten Rohrzugs in dem Abhitzekessel 1 gehalten wird.

Zur Wärmeübertragung zwischen dem zugeführten Abgasstrom und dem in dem Abhitzekessel enthaltenen Wasser wird abhängig von dem Druckverlust der einzelnen Rohrzüge der Abgasstrom 8 in Teilströmen durch den Abhitzezug 2 und den Feuerungszug 3 oder aber ausschließlich durch einen der Züge 2, 3 geführt. Ist die geforderte Wärmemenge größer als die reine Abhitzewärmemenge des Gasturbinen-Abgases, so wird im Brenner 13 zusätzlich Brennstoff eingebracht und der Wärmeinhalt des Abgases im Feuerungszug erhöht.

Beim Eintritt in den Abhitzekessel 1 hat der Abgasstrom 8 eine Temperatur von ca. 500°C. Die Eintrittstemperatur in das Flammrohr 5 kann durch die Betriebsparameter des Brenners 13 eingestellt werden. Darüberhinaus erlaubt die Ausbildung des Gebläses 17 und der Regulierungsklappe 16 das Zumischen von Frischluft in den Brennraum, so daß die Verbrennung durch den zusätzlich zugeführten Sauerstoff verbessert wird. Außerdem ist es möglich, den Mehrzug-Abhitzekessel 1 mit Frischluft zu betreiben, wenn kein Abgasstrom 8 zur Verfügung steht. Dazu ist es notwendig die Absperrklappe 12 zu schließen. Eine Rückströmung durch den Abhitzezug zur Gasturbine wird dadurch verhindert, indem zwischen Gasturbine und Kessel eine Absperrklappe im Abgasstrom 8 geschlossen wird. Der Frischluftbetrieb bietet sich bei Wartungsarbeiten an der Gasturbine an. Durch die Regulierungsklappe 16 ist die Möglichkeit geschaffen, einen Frischluftstrom dem in dem Feuerungszug 3 geführten Abgasstrom 8 zuzumischen. Die Teilströme werden nach Durchlaufen des Rohrbündels 4 bzw. des Flammrohres 5 und der Rohrbündel 6, 7 in der Ableitung 19 zusammengeführt und anschließend durch den Wärmetauscher 20 über den Kamin 22 ausgestoßen.

Bei der in der Fig. 2 gezeigten Modifikation ist der Zusatzfeuerung eine Drosselklappe 26 vorgeschaltet, welche der zusätzlichen Regelung der Teilströme dient. Weiterhin ist zwischen der Drosselklappe 26 und dem Brenner 13 ein Gebläse 28 zwischengeschaltet, so daß der Feuerungsteilstrom 11 trotz eines möglicherweise entstehenden erhöhten Strömungswiderstandes durch die hintereinandergeschalteten Rohrzüge durch den Kessel geführt werden kann. Schließlich ist in den Abhitzeteilstrom 10 eine Klappe 27 zwischengeschaltet, so daß die Teilstromregelung zusätzlich verbessert ist.

Bezugszeichenliste

1 Mehrzug-Abhitzekessel
2 Abhitzezug
3 Feuerungszug
4 Rohrbündel
5 Flammrohr
6 Rohrbündel
7 Rohrbündel
8 Abgasstrom
9 Zuleitung
10 Abhitzeteilstrom
11 Feuerungsteilstrom
12 Absperrklappe
13 Brenner
14 Brennstoffleitung
15 Frischluftzufuhrleitung
16 Regulierklappe
17 Gebläse
18 Abgaskammer
19 Ableitung
20 Wärmetauscher
21 Abgasaustritt
22 Kamin
23 Speisewasserleitung
24 Wassereintritt
25 Wasserstand
26 Drosselklappe
27 Klappe
28 Gebläse

Claims

1. Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung (13) für eine Dampf- oder Heißwassererzeugung unter Nutzung der Abhitze eines Abgaserzeugers mit einem wassergespeisten Kessel (1), mehreren hintereinander geschalteten und in dem Kessel (1) angeordneten Rohrzügen (5, 6, 7) für einen Abgasstrom (8) des Abgaserzeugers, wobei die Zusatzfeuerung (13) zum Aufheizen des Abgasstroms (8) einem der Rohrzüge (5, 6, 7) vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den hintereinander geschalteten Rohrzügen (5, 6, 7) in dem Kessel ein Abhitzezug (2, 4) ausgebildet ist, der unter Umgehung der Zusatzfeuerung (13) direkt mit dem Abgasstrom (8) verbunden ist.

2. Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzfeuerung (13) eine Drosselklappe (26) für den Abgasstrom (8) vorgeschaltet ist.

3. Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abhitzezug (2, 4) eine Klappe (27) für den Abgasstrom (8) vorgeschaltet ist.

4. Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Feuerungsteilstrom (11) vor der Zusatzfeuerung (13) ein Gebläse (28) zwischengeschaltet ist.

5. Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchrohre des Abhitzezuges (4) einen anderen Durchmesser aufweisen, als die Rauchrohre zumindest eines der Rohrzüge (5, 6, 7).

6. Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abhitzezug und der letzte der hintereinander geschalteten Rohrzüge (5, 6, 7) an ihrem Ende in einer Abgaskammer (18) verbunden sind.

7. Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskammer (18) für den Abgasstrom (8) ein Wärmetauscher (20) zur Speisewasservorwärmung nachgeschaltet ist.

8. Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzfeuerung (13) an einer mit einer Regulierklappe (16) und einem Gebläse (17) versehene Frischluftzufuhrleitung (15) angeschlossen ist.