DE19516409C2

DE19516409C2 - Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung

Info

Publication number: DE19516409C2
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: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2015-05-05
Also published as: DE19516409A1; DE9408538U1

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung für eine Dampf- oder Heißwassererzeugung unter Nutzung der Abhitze eines Abgaserzeugers mit einem wassergespeisten Kessel, in dem ein Feuerungszug angeordnet ist, der aus einem Flammrohr und mehreren hintereinander geschalteten Rohrbündeln für einen Abgasstrom des Abgaserzeugers besteht, wobei die Zusatzfeuerung zum Aufheizen des Abgasstroms dem Feuerungszug 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.

Aus der gattungsbildenden DE 38 42 325 A1 ist ein Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung bekannt, bei dem eine Aufteilung des Abgasstroms in zwei Teilströme erst nach Durchströmen des ersten Rohrzuges stattfindet, was zur Folge hat, daß stets der gesamte Abgasstrom in dem ersten Rohrzug einer Abkühlung unterzogen wird, eher ein Teilstrom des Abgasstromes über die Zusatzfeuerung geführt wird.

Die DE 26 21 340 A1 offenbart einen Abhitzedampferzeuger, bei dem zwei gasseitig parallel geschaltete, arbeitsmittelführende Heizflächen aufweisende Züge vorgesehen sind, wobei eine erste Zusatzfeuerung in einem der beiden Züge angeordnet ist, während sich eine zweite Zusatzfeuerung vor Aufteilung eines Abgasstromes auf die beiden Züge befindet. Die erste und zweite Zusatzfeuerung werden unabhängig voneinander betrieben.

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, in dem Kessel einen Abhitzezug parallel zu dem Feuerungszug auszubilden, 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 durch weiter verbessert werden, daß dem Abhitzezu ein 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 Rohrbündel 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 Rohrbündel 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 Frischluftzufuhrleitung 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 erfindungsgemäße 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 Mehrzug-Abhitzekessel mit einem Brenner als Zusatzbeheizung in der Basis-Variante und

Fig. 2 in schematischer Darstellung einen 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 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), in dem ein Feuerungszug (3) angeordnet ist, der aus einem Flammrohr (5) und mehreren hintereinander geschalteten Rohrbündeln (6, 7) für einen Abgasstrom (8) des Abgaserzeugers besteht, wobei die Zusatzfeuerung (13) zum Aufheizen des Abgasstroms (8) dem Feuerungszug (3) vorgeschaltet ist, und wobei in dem Kessel ein Abhitzezug (2) parallel zu dem Feuerungszug (3) 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) 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 (4) des Abhitzezuges (2) einen anderen Durchmesser aufweisen, als die Rauchrohre zumindest eines der Rohrbündel (6, 7).

6. Mehrzug-Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abhitzezug (2) und der letzte der hintereinander geschalteten Rohrbündel (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.