Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ver
fahren zum Erwärmen eines flüssigen Mediums mittels einem
ersten und mindestens einem diesem nachfolgenden zweiten
thermischen System, welche thermischen Systeme jeweils
mindestens einen vom Medium durchströmten Wärmetauscher
aufweisen und welches zweite System auf einem höheren
Temperaturniveau als das erste betrieben wird. Sie be
trifft weiter eine Anlage zur Durchführung des Verfah
rens, einschliesslich einer Speiseleitung zur Zufuhr des
zu erwärmenden Mediums.
Stand der Technik
Anlagen, in welchen ein flüssiges Medium meh
rere thermische Systeme durchläuft, um erwärmt, gegebe
nenfalls verdampft zu werden sind beispielsweise in Kes
seln vorhanden, welche durch Rauchgas von Brennern oder
Abgas von Gasturbinen beheizt werden.
Das Medium kann Wasser mit gegebenenfalls Zu
sätzen sein. Abhängig vom Endverbraucher wird das Wasser
im Kessel auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt, um
beispielsweise einem Industriewerk, einem Heisswasser
netz, etc. zugeführt zu werden, oder verdampft, um bei
spielsweise einer Dampfturbine oder einem industriellen
Dampfverbraucher zugeführt zu werden.
Das erste thermische System in einem solchen
Kessel, welches einen ersten Wärmetauscher, ein Heizflä
chenbündel aufweist, wird üblicherweise Economizer ge
nannt. Der zur Vorwärmung des Speisewassers im Kessel
vorgesehene Economizer arbeitet bedingt durch die Tempe
raturverhältnisse vorzugsweise am rauchgas- bzw. abgas
seitigen Ende des Kessels, d. h. bei vergleichsweise
niedrigen Temperaturen.
Andererseits ist der Temperaturunterschied
zwischen dem Rauch- bzw. Abgas und dem zu erwärmenden
Speisewasser relativ gering. Dies hat wiederum grosse
Heizflächen und damit verbunden grosse Heizflächenmassen
zur Folge.
Folglich benötigt ein Economizer zur Anpas
sung der Temperatur beispielsweise bei Änderung der be
trieblichen Bedingungen einen grossen Zeitraum. Weiter
besteht aufgrund der im Economizer vorherrschenden Tempe
raturen und Drücke bekanntlich die Gefahr der Taupunkt
korrosion.
Bekannte Verfahren zur Anhebung der Speise
wassertemperatur am Kesseleintritt bzw. zur Vermeidung
von Taupunktkorrosion am rauchgasseitigen Kesselende bei
spielsweise in Abhängigkeit des eingesetzten Brennstoffes
sind
- 1. die Rezirkulation und
- - die Bypassung des Economizers.
Bei der Rezirkulation wird dem Speisewasser
am Kesseleintritt vorgewärmtes Wasser zugemischt. Beim
Bypassen des Economizers wird dieser vom Speisewasser um
gangen und die Vorwärmung in einem auf höherem Tempera
turniveau arbeitenden System beispielsweise einem dampf
erzeugenden System auf Kosten der Minderung der Dampfer
zeugung vorgenommen.
Um insbesondere beim Anfahren oder bei einem
Wechsel auf einen schwefelhaltigen Brennstoff die Heiz
flächen nicht zu schädigen, sind Massnahmen erforderlich,
welche über die genannten hinausgehen, d. h. eine deut
lich schnellere Temperaturanhebung im Economizerbereich
ermöglichen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrun
de, ein Verfahren zum Erwärmen eines flüssigen Mediums
mittels einem ersten und einem diesem nachfolgenden zwei
ten thermischen System mit einem höheren Temperaturniveau
zu schaffen, gemäss welchem unter besonderen Betriebsbe
dingungen (Anfahren, Brennstoffwechsel) eine beschleunig
te Anhebung der Temperatur des ersten thermischen Systems
ermöglicht wird. Weiter soll die Gefahr von Taupunktkor
rosion vermindert werden.
Erfindungsgemäss wird dies erreicht, dass zur
beschleunigten Anhebung der Temperatur des Mediums im er
sten thermischen System die direkte Zufuhr des Mediums zu
demselben vermindert und im Extremfall unterbunden, und
dass das erste thermische System durchströmende Medium
kreislaufgeführt wird.
Eine Anlage zur Durchführung des erfindungs
gemässen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das
erste thermische System einen ersten Wärmetauscher mit
einer an der Speiseleitung anschliessenden Eintrittslei
tung und einer Austrittsleitung, welche über einen Lei
tungsabschnitt zum zweiten thermischen System verläuft,
aufweist, wobei zwischen der Speiseleitung und der Ein
trittsleitung ein erstes Regelelement angeordnet ist,
dass von der Speiseleitung eine mit einem zweiten Regele
lement ausgerüstete Bypassleitung zur Austrittsleitung
verläuft, dass von der Austrittsleitung ein Leitungsab
schnitt zum zweiten thermischen System verläuft, und dass
die Austrittsleitung über eine Rezirkulationsleitung mit
einem dritten Regelelement und einer ersten Pumpe mit der
Eintrittsleitung in Verbindung steht, welche Rezirkulati
onsleitung parallel zum ersten Wärmetauscher angeordnet
ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In den Zeichnungsfiguren sind vereinfacht
verschiedene Anordnungen von Kreisläufen zur Erläuterung
verschiedener Ausführungen der Erfindung dargestellt. Es
sind nur die für das. Verständnis der Erfindung wesentli
chen Elemente gezeigt.
Fig. 1 zeigt eine Kreislaufanordnung gemäss
einer ersten Ausführung der Erfindung mit einem Trommel-
Umlauf-Verdampfer als zweites thermisches System,
Fig. 2 zeigt eine Kreislaufanordnung gleich
derjenigen der Fig. 1, jedoch mit einem Zwangsdurchlauf
verdampfer als zweites thermisches System,
Fig. 3 zeigt eine Kreislaufanordnung gemäss
einer zweiten Ausführung der Erfindung, mit einem Trom
mel-Umlauf-Verdampfer als zweites thermisches System,
Fig. 4 zeigt eine Kreislaufanordnung gemäss
einer dritten Ausführung der Erfindung, mit einer zweiten
Vorwärmstufe mit Behälter als zweites thermisches System,
Fig. 5 zeigt eine Kreislaufanordnung gemäss
einer vierten Ausführung der Erfindung, mit einem Zwangs
durchlaufverdampfer als zweites thermisches System,
Fig. 6 zeigt eine Kreislaufanordnung gemäss
einer fünften Ausführung der Erfindung, mit einer zweiten
Vorwärmstufe mit Behälter als zweites thermisches System,
Fig. 7 zeigt eine Kreislaufanordnung gemäss
einer sechsten Ausführung der Erfindung, mit einem Trom
mel-Umlauf-Verdampfer als zweites thermisches System,
Fig. 8 zeigt eine Kreislaufanordnung gemäss
einer siebenten Ausführung der Erfindung, mit einer zwei
ten Vorwärmstufe mit Behälter als zweites thermisches Sy
stem und
Fig. 9 zeigt eine Kreislaufanordnung gemäss
einer achten Ausführung der Erfindung, mit einem Trommel-
Umlauf-Verdampfer als zweites thermisches System.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Als Ausführungsbeispiel zur Erklärung der Er
findung wird ein Abschnitt eines Kessels verwendet. Die
ser Abschnitt soll ein erstes thermisches System und ein
zweites thermisches System aufweisen, wobei das zweite
thermische System auf einem höheren Temperaturniveau als
das erste thermische System betrieben wird.
Konkret umfasst bei den gezeigten beispiels
weisen Ausführungen das erste thermische System den Eco
nomizer und das zweite thermische System den~Verdampfer
des Kessels. Für den Erfindungsgedanken ist es dabei un
wesentlich, ob der Verdampfer ein Trommel-Umlauf-Ver
dampfer oder ein Zwangsdurchlaufverdampfer ist, wie aus
den nachfolgend beschriebenen Beispielen hervorgeht.
Weitere beispielsweise Ausführungen weisen
als zweites thermisches System eine zweite Vorwärmstufe
mit Behälter auf.
Die nachfolgenden Figuren, Verfahren und Er
läuterungen bauen prinzipiell auf einander auf.
Es wird nun auf die erste Ausführung nach
Fig. 1 mit einem Trommel-Umlauf-Verdampfer als zweites
thermisches System verwiesen. Die Bezugsziffer 1 bezeich
net die Speisewasserleitung, durch welche das zu erwär
mende Medium, d. h. aufbereitetes Speisewasser, zugeführt
wird. Das Speisewasser wird durch die Speisewasserpumpe
31 zum Kessel gefördert. Die Speisewasserleitung 1 endet
bei einem ersten Regelelement 10. Nach dem ersten Regele
lement 10 verläuft eine Eintrittsleitung 3 zu einem er
sten Wärmetauscher 2 (dem Economizer), der von einer Aus
trittsleitung 4 gefolgt ist. Der Leitungsabschnitt 9
führt als Verlängerung der Austrittsleitung 4 zum zweiten
thermischen System, im konkreten Fall zur Dampftrommel 6.
Vor dem ersten Regelelement 10 zweigt von der
Speisewasserleitung 1 eine Bypassleitung 8 mit einem
zweiten Regelelement 11 zur Austrittsleitung 4 ab.
Eine Rezirkulationsleitung 7 mit einer ersten
Pumpe 13 und einem dritten Regelelement 12 erstreckt sich
zwischen der Austrittsleitung 4 und der Eintrittsleitung
3, wobei aus der Zeichnungsfigur ersichtlich ist, dass
die erste Pumpe 13 für ein Fördern von der Austrittslei
tung 4 zur Eintrittsleitung 3 angeordnet ist. Nach der
Abzweigstelle der Rezirkulationsleitung 7 von der Aus
trittsleitung 4 ist in der Austrittsleitung 4 ein viertes
Regelelement 14 angeordnet.
Das zweite thermische System umfasst einen
zweiten Wärmetauscher 5, den beispielsweisen Verdampfer,
der mit einem Behälter zur Aufnahme einer Menge des Medi
ums im flüssigen Zustand, hier konkret mit einer Dampf
trommel 6 in Verbindung steht. Von der Dampftrommel 6
verläuft eine Vorlaufleitung 15 zum zweiten Wärmetauscher
5. Vom zweiten Wärmetauscher 5 verläuft eine Rücklauflei
tung 16 zur Dampftrommel 6. Die Bezugsziffer 32 bezeich
net eine Austrittsleitung der Dampftrommel 6, die bei
spielsweise zu einem Dampfverbraucher, einer Dampfturbi
ne, einem Überhitzer, etc. verläuft.
Die zwei Wärmetauscher 2, 5 werden durch ein
Heizgas 56 beheizt, welches im Falle eines durch Brenner
gefeuerten Kessels Rauchgas oder im Falle der Abwärmenut
zung einer Gasturbine Abgas sein kann.
Die Beheizung der Wärmetauscher 2, 5 ist bei
allen Ausführungsbeispielen identisch und wird somit
nicht wiederholt erläutert.
Im Normalbetrieb der zwei thermischen Systeme
sind das erste Regelelement 10 und das vierte Regelele
ment 14 offen und das zweite Regelelement 11 und das
dritte Regelelement 12 geschlossen. Weiter ist die erste
Pumpe 13 ausser Betrieb.
Das in Richtung des Pfeiles 33 durch die
Speisewasserleitung 1 herströmende Wasser strömt somit
durch die Eintrittsleitung 3 zum ersten Wärmetauscher 2,
dem Economizer, von diesem durch die Austrittsleitung 4
und deren Verlängerung den Leitungsabschnitt 9 in die
Dampftrommel 6 oder alternativ in die Vorlaufleitung 15,
wie mit dem strichlinierten Pfeil 38 angedeutet ist.
Von der Dampftrommel 6 strömt das Wasser
durch die Vorlaufleitung 15 zum zweiten Wärmetauscher 5,
dem Verdampfer, und der Dampf bzw. das Wasser-Dampf-
Gemisch strömt vom zweiten Wärmetauscher 5 durch die
Rücklaufleitung 16 zurück zur Dampftrommel 6. In der
Dampftrommel 6 erfolgt die Separation von Wasser und
Dampf. Schliesslich strömt der Dampf durch die Austritts
leitung 32 zu einem Verbraucher.
Der Um- bzw. Durchlauf im zweiten thermischen
System kann durch natürliche Strömung, durch eine Pumpe
oder eine Kombination beider Möglichkeiten erfolgen.
Zur beschleunigten Anhebung der Temperatur im
ersten Wärmetauscher 2, beispielsweise beim Anfahren der
Anlage, werden das erste Regelelement 10 und das vierte
Regelelement 14 mindestens teilweise, im Extremfall voll
ständig geschlossen. Das zweite Regelelement 11 und das
dritte Regelelement 12 werden mindestens teilweise, im
Extremfall vollständig geöffnet. Die Pumpe 13 ist in Be
trieb.
Somit strömt das zu erwärmende Wasser im
Kreislauf, im Extremfall bei vollständig geschlossenen
bzw. offenen Regelelementen in einem vollständig ge
schlossenen Kreislauf, in Richtung des Pfeiles 34 vom
kalten Ende zum warmen Ende des ersten Wärmetauschers 2,
durch die Austrittsleitung 4 zur Rezirkulationsleitung 7,
strömt in Richtung des Pfeiles 35 durch dieselbe, danach
zur Eintrittsleitung 3 und schliesslich zurück zum kalten
Ende des ersten Wärmetauschers 2.
Folglich wird dem kalten Ende des Wärmetau
schers 2 nicht ständig neues und damit "kaltes" Speise
wasser über die Speisewasserleitung 1 zugeführt, sondern
bereits vom warmen Ende des Wärmetauschers 2 herströmen
des erwärmtes Wasser. Damit erfolgt eine schnellere Er
wärmung nicht nur des Wassers, sondern auch der Heizflä
chenmasse des ersten Wärmetauschers 2.
Da die Regelelemente 10, 14 geschlossen sind
und das Regelelement 11 der Bypassleitung 8 in der Offen
stellung ist, strömt das Wasser von der Speisewasserlei
tung 1 in Richtung des Pfeiles 36 durch die Bypassleitung
8 und den Leitungsabschnitt 9 zum zweiten thermischen Sy
stem.
Dabei sind zwei Varianten möglich:
Wie mit dem Pfeil 37 angedeutet ist, kann das
Wasser über den Leitungsabschnitt 9 direkt in die Dampf
trommel 6 strömen.
Wie mit dem strichlinierten Pfeil 38 angedeu
tet ist, kann ein Strömen des Wassers über den Leitungs
abschnitt 9 in die Vorlaufleitung 15 erfolgen.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind ir
gendwelche, den Strömungsvarianten nach den Pfeilen 37
oder 38 zugeordneten Armaturen nicht gezeichnet.
Es sei bemerkt, dass die jeweiligen Regelele
mente nicht unbedingt in einer vollständig geschlossenen
oder vollständig offenen Stellung sein müssen. Es sind
auch Zwischenstellungen möglich, um eine bestmögliche
Wirkung zu erreichen. Auch sind geregelte Bewegungen von
einer Stellung in die andere Stellung vorgesehen, bei
spielsweise um Thermoschocks zu vermeiden.
Das in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsbei
spiel ist hinsichtlich des ersten thermischen Systems
identisch zum Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1.
Das zweite thermische System ist ein Zwangs
durchlaufverdampfer bestehend aus dem zweiten Wärmetau
scher dem Verdampfer 5, der mit dem Verdampfer 5 in Ver
bindung stehenden Vorlaufleitung 15 und Rücklaufleitung
16 und einem Separator 6A.
Die Durchströmung des zweiten thermischen Sy
stems erfolgt im Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten
Variante eines Trommel-Umlauf-Verdampfers durch den Lei
tungsabschnitt 9 in die Vorlaufleitung 15, in Richtung
des Pfeiles 39 durch den Verdampfer 5 und über die Rück
laufleitung 16 in den Separator 6A.
Im Separator 6A erfolgt die Separation von
Wasser und Dampf. Der Dampf strömt über die Austrittslei
tung 32 zu einem Dampfverbraucher oder Ueberhitzer. Ueber
die Vorlaufleitung 15 mit der Umwälzpumpe 40 wird das im
Separator abgeschiedene Wasser zum Verdampfer 5 zurückge
führt.
Der Betrieb des ersten thermischen Systems
ist nun sowohl im Normalbetrieb als auch im Betrieb zur
beschleunigten Anhebung der Temperatur vollständig iden
tisch zu demjenigen nach Fig. 1.
Eine zweite Ausführung der Erfindung wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 beschrieben,
wobei als Ausführungsvariante wieder ein Trommel-Umlauf-
Verdampfer mit der Dampftrommel 6 als zweites thermisches
System verwendet wird. Es werden soweit als möglich die
selben Bezugszeichen verwendet wie in den Fig. 1 und
2.
Die Speisewasserleitung 1 mit der Speisewas
serpumpe 31, durch welche das Speisewasser in Richtung
des Pfeiles 33 strömt, verläuft zum ersten thermischen
System, das wieder insbesondere einen ersten Wärmetau
scher 2 mit einer Eintrittsleitung 3, einer Austrittslei
tung 4, ein erstes Regelelement 10, ein viertes Regelele
ment 14 und eine Rezirkulationsleitung 7 mit einer ersten
Pumpe 13 und einem dritten Regelelement 12 aufweist.
Von der Speisewasserleitung 1 zweigt eine By
passleitung 8 mit einem zweiten Regelelement 11 ab, wel
che Bypassleitung 8 zur Austrittsleitung 4 verläuft. Der
Leitungsabschnitt 9 führt als Verlängerung der Austritts
leitung 4 zum zweiten thermischen System, im konkreten
Fall zur Dampftrommel 6. Das zweite thermische System
weist insbesondere eine Dampftrommel 6 mit einer Aus
trittsleitung 32 und einen zweiten Wärmetauscher 5 auf,
der über eine Vorlaufleitung 15 und eine Rücklaufleitung
16 mit der Dampftrommel 6 in Verbindung steht.
Der Unterschied zwischen dieser zweiten Aus
führung nach Fig. 3 und der Ausführung nach den Fig.
1 und 2 liegt in der Anordnung der Pumpe 13 in der Rezir
kulationsleitung 7.
Zum beschleunigten Anheben der Temperatur im
ersten Wärmetauscher 2, beispielsweise beim Anfahren der
Anlage, werden das erste Regelelement 10 und das vierte
Regelelement 14 mindestens teilweise, im Extremfall voll
ständig geschlossen. Das zweite Regelelement 11 und das
dritte Regelelement 12 werden mindestens teilweise, im
Extremfall vollständig geöffnet und die Pumpe 13 in Be
trieb gesetzt.
Bei dieser Ausführung strömt das zu erwärmen
de Wasser im Kreislauf in Richtung des Pfeiles 43 vom
warmen Ende zum kalten Ende des ersten Wärmetauschers 2,
durch die Eintrittsleitung 3 zur Rezirkulationsleitung 7,
strömt in Richtung des Pfeiles 42 durch dieselbe, danach
zur Austrittsleitung 4 und schliesslich zurück zum warmen
Ende des ersten Wärmetauschers 2.
Die Strömung im zweiten thermischen System
nach der Fig. 3 erfolgt gleich der Strömung im zweiten
thermischen System der Ausführung nach der Fig. 1.
Die Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführung, wo
bei als Ausführungsvariante für das zweite thermische Sy
stem eine zweite Vorwärmstufe mit einem zweiten Wärmetau
scher 5 und mit Behälter 6 verwendet wird. Es wurden so
weit wie möglich die selben Bezugsziffern wie bei den
vorgängigen Ausführungen gewählt.
Die Speisewasserleitung 1 mit der Speisewas
serpumpe 31, durch welche das Speisewasser in Richtung
des Pfeiles 33 strömt, verläuft zum ersten thermischen
System, das wieder insbesondere einen ersten Wärmetau
scher 2 mit einer Eintrittsleitung 3, einer Austrittslei
tung 4, ein erstes Regelelement 10, ein viertes Regelele
ment 14 und eine Rezirkulationsleitung 7 mit einer ersten
Pumpe 13 und einem dritten Regelelement 12 aufweist.
Von der Speisewasserleitung 1 zweigt eine By
passleitung 8 mit einem zweiten Regelelement 11 ab, wel
che Bypassleitung 8 zur Austrittsleitung 4 verläuft. Der
Leitungsabschnitt 9 führt als Verlängerung der Austritts
leitung 4 zum zweiten thermischen System, im konkreten
Fall zum Behälter 6. Das zweite thermische System weist
insbesondere einen Behälter 6 mit einer Austrittsleitung
32 und einen zweiten Wärmetauscher 5 auf, der über eine
Vorlaufleitung 15 und eine Rücklaufleitung 16 mit dem Be
hälter 6 in Verbindung steht.
Das über den Leitungsabschnitt 9 in Richtung
des Pfeiles 37 in den Behälter 6 strömende Speisewasser
kann auch alternativ in die Vorlaufleitung 15 strömen,
wie mit dem strichlinierten Pfeil 38 angedeutet ist.
Bei dieser Ausführung verläuft vom zweiten
Wärmetauscher 5 eine Leitung 17 mit einer Pumpe 18 und
einem Regelelement 19 zum warmen Ende des ersten Wärme
tauschers 2 bzw. zur Austrittsleitung 4.
Gemäss einer zweiten Variante, die strichli
niert gezeichnet ist, zweigt von der Vorlaufleitung 15
eine Leitung 41 ab, die in die Leitung 17 übergeht.
Zum beschleunigten Anheben der Temperatur im
ersten Wärmetauscher 2, beispielsweise beim Anfahren der
Anlage, sind das erste Regelelement 10, das zweite Rege
lelement 11 und das Regelelement 19 in der Offenstellung.
Das dritte Regelelement 12 und das vierte Regelelement 14
befinden sich in der Schliessstellung. Die erste Pumpe 13
in der Rezirkulationsleitung 7 ist ausser Betrieb.
Das durch die Speisewasserleitung 1 in Rich
tung des Pfeiles 33 einströmende Speisewasser strömt
durch die Bypassleitung 8 in Richtung des Pfeiles 36 und
den Leitungsabschnitt 9 direkt in das zweite thermische
System, entweder in den Behälter 6, wie mit dem Pfeil 37
gezeigt ist, oder alternativ in die Vorlaufleitung 15,
wie mit dem strichlinierten Pfeil 38 gezeichnet ist.
Vom zweiten Wärmetauscher 5 strömt das Wasser
in Richtung des Pfeiles 51 durch die Leitung 17 in die
Austrittsleitung 4 und zum warmen Ende des ersten Wärme
tauschers 2. Weiter strömt das Wasser in Richtung des
Pfeiles 51 vom warmen zum kalten Ende des ersten Wärme
tauschers 2 und danach zur Eintrittsleitung 3.
Beim Ende der Eintrittsleitung 3 wird dieser
Wasserstrom, wie mit dem Pfeil 44 gezeigt ist, mit dem
durch die Speisewasserleitung 1 einströmenden Speisewas
serstrom gemischt, worauf beide Wasserströme gemeinsam
durch die Bypassleitung 8 und den Leitungsabschnitt 9 zum
zweiten thermischen System, d. h. zum Behälter 6 oder zur
Vorlaufleitung 15 strömen. Damit wird ein beide thermi
sche Systeme umfassender Kreislauf gebildet.
Gemäss der zweiten Variante kann Wasser aus
der Vorlaufleitung 15 über die Leitung 41 in die Leitung
17 strömen.
Es ist nun auch möglich, die Anlage nach
Fig. 4 gemäss der Anlage nach Fig. 1 zu fahren, indem die
Regelelemente 10, 14, 19 geschlossen, die Regelelemente 11
und 12 geöffnet, die erste Pumpe 13 in Betrieb gesetzt
und die Pumpe 18 ausser Betrieb ist.
Das heisst, dass es mit dieser Ausführung
möglich ist, ein Anfahren in zwei Phasen durchzuführen,
nämlich während einer ersten Phase gemäss dem mit der An
ordnung gemäss Fig. 1 möglichen Verfahren und während
einer zweiten Phase gemäss dem mit der vorerst beschrie
benen Anordnung gemäss Fig. 4 möglichen Verfahren bzw.
umgekehrt.
Damit soll veranschaulicht werden, dass die
beschriebenen Ausführungsbeispiele selbstverständlich
auch in beliebigen Kombinationen Einsatz finden können.
Die Fig. 5 zeigt eine Kreislaufanordnung ge
mäss einer vierten Ausführung der Erfindung. Diese Anord
nung weist entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäss
Fig. 2 als zweites thermisches System einen Zwangsdurch
laufverdampfer auf.
Die Speisewasserleitung 1 mit der Speisewas
serpumpe 31, durch welche das Speisewasser in Richtung
des Pfeiles 33 strömt, verläuft zum ersten thermischen
System, das gleich den oben beschriebenen ersten thermi
schen Systemen ausgebildet ist und insbesondere einen er
sten Wärmetauscher 2 mit einer Eintrittsleitung 3, einer
Austrittsleitung 4, ein erstes Regelelement 10, ein vier
tes Regelelement 14 und eine Rezirkulationsleitung 7 mit
einer ersten Pumpe 13 und einem dritten Regelelement 12
aufweist.
Von der Speisewasserleitung 1 zweigt eine By
passleitung 8 mit einem zweiten Regelelement 11 ab, wel
che Bypassleitung 8 zur Austrittsleitung 4 verläuft. Der
Leitungsabschnitt 9 führt als Verlängerung der Austritts
leitung 4 zum zweiten thermischen System, im konkreten
Fall zur Vorlaufleitung 15. Das zweite thermische System
weist insbesondere einen zweiten Wärmetauscher den Ver
dampfer 5 auf, der über eine Vorlaufleitung 15 mit Spei
sewasser beaufschlagt wird und über die Rücklaufleitung
16 mit dem Separator 6A in Verbindung steht.
Die Durchströmung des zweiten thermischen Sy
stems erfolgt durch den Leitungsabschnitt 9 in die Vor
laufleitung 15, in Richtung des Pfeiles 39 durch den Ver
dampfer 5 und über die Rücklaufleitung 16 in den Separa
tor 6A.
Im Separator 6A erfolgt die Separation von
Wasser und Dampf. Der Dampf strömt über die Austrittslei
tung 32 zu einem Dampfverbraucher oder Ueberhitzer. Über
die Vorlaufleitung 15 mit der Umwälzpumpe 40 wird das im
Separator abgeschiedene Wasser zum Verdampfer 5 zurückge
führt.
Vom Separator 6A verläuft eine Leitung 20 mit
einer weiteren Pumpe 21 und einem weiteren Regelelement
22 zur Austrittsleitung 4, insbesondere zum warmen Ende
des ersten Wärmetauschers 2.
Zum beschleunigten Anheben der Temperatur im
ersten Wärmetauscher 2, beispielsweise beim Anfahren der
Anlage, sind das dritte Regelelement 12 und das vierte
Regelelement 14 geschlossen. Die erste Pumpe 13 in der
Rezirkulationsleitung 7 ist nicht in Betrieb.
Das erste Regelelement 10 in der Eintritts
leitung 3, das zweite Regelelement 11 in der Bypasslei
tung 8 und das Regelelement 22 in der Leitung 20 sind in
der Offenstellung, die Pumpe 21 ist in Betrieb.
Somit strömt das Speisewasser von der Speise
wasserleitung 1 durch die Bypassleitung 8 und den Lei
tungsabschnitt 9 in Richtung des Pfeiles 36 in die Vor
laufleitung 15 und somit zum zweiten thermischen System.
Vom Separator 6A strömt nun Wasser in Rich
tung des Pfeiles 46 durch die Leitung 20 zur Austritts
leitung 4, d. h. zum warmen Ende des ersten Wärmetauschers
2. Weiter strömt das Wasser in Richtung des Pfeiles 43
durch den ersten Wärmetauscher 2 zu seinem kalten Ende,
danach in Richtung des Pfeiles 44 durch die Eintrittslei
tung 3 zur Bypassleitung 8, um zusammen mit Speisewasser
zum zweiten thermischen System zurückzuströmen.
Gemäss dieser Ausführung besteht somit ein
beide thermischen Systeme umfassender Kreislauf.
Die Fig. 6 zeigt eine fünfte Ausführung, wo
bei als Ausführungsvariante für das zweite thermische Sy
stem eine zweite Vorwärmstufe mit einem zweiten Wärmetau
scher 5 und mit einem Behälter 6 verwendet wird.
Die Speisewasserleitung 1 mit der Speisewas
serpumpe 31, durch welche das Speisewasser in Richtung
des Pfeiles 33 strömt, verläuft zum ersten thermischen
System, das wieder insbesondere einen ersten Wärmetau
scher 2 mit einer Eintrittsleitung 3, einer Austrittslei
tung 4, ein erstes Regelelement 10 und eine Rezirkulati
onsleitung 7 mit einer ersten Pumpe 13 und einem dritten
Regelelement 12 aufweist.
Von der Speisewasserleitung 1 zweigt eine By
passleitung 8 mit einem zweiten Regelelement 11 ab, wel
che Bypassleitung 8 zur Austrittsleitung 4 verläuft. Ein
Leitungsabschnitt 9 führt als Verlängerung der Austritts
leitung 4 zum zweiten thermischen System, im konkreten
Fall zum Behälter 6. Das zweite thermische System weist
insbesondere einen Behälter 6 mit einer Austrittsleitung
32 und einen zweiten Wärmetauscher 5 auf, der über eine
Vorlaufleitung 15 und eine Rücklaufleitung 16 mit dem Be
hälter 6 in Verbindung steht.
Das über den Leitungsabschnitt 9 in Richtung
des Pfeiles 37 in den Behälter 6 strömende Speisewasser
kann auch alternativ in die Vorlaufleitung 15 strömen,
wie mit dem strichlinierten Pfeil 38 angedeutet ist.
Bei dieser Ausführung verläuft vom zweiten
Wärmetauscher 5 eine Leitung 23 mit einer Pumpe 24 und
einem Regelelement 25 zum kalten Ende des ersten Wärme
tauschers 2 bzw. zur Eintrittsleitung 3.
Zum beschleunigten Anheben der Temperatur im
ersten Wärmetauscher 2, beispielsweise beim Anfahren der
Anlage sind das erste Regelelement 10 und das dritte Re
gelelement 12 in der Schliessstellung und die erste Pumpe
13 ausser Betrieb. Das zweite Regelelement 11 und das Re
gelelement 25 sind in der Offenstellung und die Pumpe 24
ist in Betrieb.
Das Wasser strömt bei dieser Ausführung in
Richtung des Pfeiles 51, durch die Leitung 23, weiter in
Richtung der Pfeile 47, 34 und 48 durch den ersten Wärme
tauscher 2 und danach zusammen mit dem über die Speise
wasserleitung 1 und die Bypassleitung 8 zuströmenden
Speisewasser über den Leitungsabschnitt 9 gemäss einer
ersten Variante in Richtung des Pfeiles 37 in den Behäl
ter 6 oder gemäss einer zweiten Variante in Richtung des
strichlinierten Pfeiles 38 in die Vorlaufleitung 15.
Die Fig. 7 zeigt eine Kreislaufanordnung ge
mäss einer sechsten Ausführung der Erfindung mit einem
Trommel-Umlauf-Verdampfer mit der Dampftrommel 6 als
zweites thermisches System.
Die Speisewasserleitung 1 mit der Speisewas
serpumpe 31, durch welche das Speisewasser in Richtung
des Pfeiles 33 strömt, verläuft zum ersten thermischen
System, das wieder insbesondere einen ersten Wärmetau
scher 2 mit einer Eintrittsleitung 3, einer Austrittslei
tung 4, ein erstes Regelelement 10 und eine Rezirkulati
onsleitung 7 mit einer ersten Pumpe 13 und einem dritten
Regelelement 12 aufweist.
Von der Speisewasserleitung 1 zweigt eine By
passleitung 8 mit einem zweiten Regelelement 11 ab, wel
che Bypassleitung 8 zur Austrittsleitung 4 verläuft. Ein
Leitungsabschnitt 9 führt als Verlängerung der Austritts
leitung 4 zum zweiten thermischen System, im konkreten
Fall zur Dampftrommel 6. Das zweite thermische System
weist insbesondere eine Dampftrommel 6 mit einer Aus
trittsleitung 32 und einen zweiten Wärmetauscher 5 auf,
der über eine Vorlaufleitung 15 und eine Rücklaufleitung
16 mit der Dampftrommel 6 in Verbindung steht.
Das über den Leitungsabschnitt 9 in Richtung
des Pfeiles 37 in die Dampftrommel 6 strömende Speisewas
ser kann auch alternativ in die Vorlaufleitung 15 strö
men, wie mit dem strichlinierten Pfeil 38 angedeutet ist.
Gemäss einer ersten Variante verläuft von der
Dampftrommel 6 eine Leitung 26 mit einer Pumpe 27 und ei
nem Regelelement 28 zum kalten Ende des ersten Wärmetau
schers 2 bzw. zur Eintrittsleitung 3.
Gemäss einer zweiten Variante, die strichli
niert gezeichnet ist, zweigt von der Vorlaufleitung 15
eine Leitung 45 ab, die in die Leitung 26 übergeht.
Zum beschleunigten Anheben der Temperatur im
ersten Wärmetauscher 2, beispielsweise beim Anfahren der
Anlage, sind das erste Regelelement 10 und das dritte Re
gelelement 12 geschlossen. Die erste Pumpe 13 in der Re
zirkulationsleitung 7 ist ausser Betrieb.
Das zweite Regelelement 11 in der Bypasslei
tung 8 und das Regelelement 28 in der Leitung 26 sind in
der Offenstellung, die Pumpe 27 ist in Betrieb.
Somit strömt das Speisewasser von der Speise
wasserleitung 1 durch die Bypassleitung 8 und den Lei
tungsabschnitt 9 in Richtung der Pfeile 36 und 37 in die
Dampftrommel 6 oder alternativ in die Vorlaufleitung 15,
wie mit dem strichlinierten Pfeil 38 angedeutet ist.
Von der Dampftrommel 6 strömt nun Wasser in
Richtung des Pfeiles 46 durch die Leitung 26 mit der Pum
pe 27 und dem Regelelement 28 zur Eintrittsleitung 3,
d. h. zum kalten Ende des ersten Wärmetauschers 2, in
Richtung der Pfeile 47,34 zum warmen Ende des ersten Wär
metauschers 2 und durch die Austrittsleitung 4 in Rich
tung des Pfeiles 48 zum Leitungsabschnitt 9, um zusammen
mit dem direkt zuströmendem Speisewasser zur Dampftrommel
6 bzw. in die Vorlaufleitung 15 zu strömen.
Gemäss der zweiten Variante kann Wasser aus
der Vorlaufleitung 15 über die Leitung 45 in die Leitung
26 strömen.
Gemäss dieser Ausführung besteht somit ein
beide thermischen Systeme umfassender Kreislauf.
Die Fig. 8 zeigt eine Kreislaufanordnung ge
mäss einer siebenten Ausführung der Erfindung, wobei als
Ausführungsvariante für das zweite thermische System eine
zweite Vorwärmstufe mit einem zweiten Wärmetauscher 5 und
mit Behälter 6 verwendet wird.
Die Speisewasserleitung 1 mit der Speisewas
serpumpe 31, durch welche das Speisewasser in Richtung
des Pfeiles 33 strömt, verläuft zum ersten thermischen
System, das wieder insbesondere einen ersten Wärmetau
scher 2 mit einer Eintrittsleitung 3, einer Austrittslei
tung 4, ein erstes Regelelement 10 und eine Rezirkulati
onsleitung 7 mit einer ersten Pumpe 13 und einem dritten
Regelelement 12 aufweist.
In der Rezirkulationsleitung 7 ist ein weite
res Regelelement 49 angeordnet.
Von der Speisewasserleitung 1 zweigt eine By
passleitung 8 mit einem zweiten Regelelement 11 ab, wel
che Bypassleitung 8 zur Austrittsleitung 4 verläuft. Der
Leitungsabschnitt 9 führt als Verlängerung der Austritts
leitung 4 zum zweiten thermischen System, im konkreten
Fall zum Behälter 6. Das zweite thermische System weist
insbesondere einen Behälter 6 mit einer Austrittsleitung
32 und einen zweiten Wärmetauscher 5 auf, der über eine
Vorlaufleitung 15 und eine Rücklaufleitung 16 mit dem Be
hälter 6 in Verbindung steht.
Das über den Leitungsabschnitt 9 in Richtung
des Pfeiles 37 in den Behälter 6 strömende Speisewasser
kann auch alternativ in die Vorlaufleitung 15 strömen,
wie mit dem strichlinierten Pfeil 38 angedeutet ist.
Bei dieser Ausführung zweigt eine Leitung 29
vom zweiten Wärmetauscher 5 ab, in welcher ein Regelele
ment 50 eingesetzt ist, welche Leitung 29 an einer Stelle
zwischen dem Regelelement 49 und der ersten Pumpe 13 in
die Rezirkulationsleitung 7 mündet.
Zum beschleunigten Anheben der Temperatur im
ersten Wärmetauscher 2, beispielsweise beim Anfahren der
Anlage, sind das erste Regelelement 10 und das Regelele
ment 49 geschlossen. Die Regelelement 11, 12 und 50 sind
in der Offenstellung, die erste Pumpe 13 wird in Betrieb
gesetzt.
Somit strömt das Speisewasser von der Speise
wasserleitung 1 durch die Bypassleitung 8 und den Lei
tungsabschnitt 9 in Richtung der Pfeile 36 und 37 in die
Dampftrommel 6 oder alternativ in die Vorlaufleitung 15,
wie mit dem strichlinierten Pfeil 38 angedeutet ist.
Vom zweiten Wärmetauscher 5 strömt nun Wasser
in Richtung des Pfeiles 51 durch die Leitung 29 in die
Rezirkulationsleitung 7 und in Richtung des Pfeiles 52
zur Eintrittsleitung 3, dem kalten Ende des ersten Wärme
tauschers 2, durch den ersten Wärmetauscher 2 zur Aus
trittsleitung 4, dem warmen Ende des ersten Wärmetau
schers 2, zum Leitungsabschnitt 9 und gemeinsam mit dem
durch die Bypassleitung 8 direkt zuströmenden Speisewas
ser gemäss dem Pfeil 37 in den Behälter 6 oder alternativ
gemäss dem strichlinierten Pfeil 38 in die Vorlaufleitung
15.
Mit den Pfeilen 47, 34 und 48 ist die Strö
mungsrichtung durch den ersten Wärmetauscher 2 aufge
zeigt.
Die Fig. 9 zeigt eine Kreislaufanordnung ge
mäss einer achten Ausführung der Erfindung mit einem
Trommel-Umlauf-Verdampfer mit der Dampftrommel 6 als
zweites thermisches System.
Die Speisewasserleitung 1 mit der Speisewas
serpumpe 31, durch welche das Speisewasser in Richtung
des Pfeiles 33 strömt, verläuft zum ersten thermischen
System, das wieder insbesondere einen ersten Wärmetau
scher 2 mit einer Eintrittsleitung 3, einer Austrittslei
tung 4, ein erstes Regelelement 10 und eine Rezirkulati
onsleitung 7 mit einer ersten Pumpe 13 und einem dritten
Regelelement 12 aufweist.
In der Rezirkulationsleitung 7 ist ein weite
res Regelelement 49 angeordnet.
Von der Speisewasserleitung 1 zweigt eine By
passleitung 8 mit einem zweiten Regelelement 11 ab, wel
che Bypassleitung 8 zur Austrittsleitung 4 verläuft. Ein
Leitungsabschnitt 9 führt als Verlängerung der Austritts
leitung 4 zum zweiten thermischen System, im konkreten
Fall zur Dampftrommel 6. Das zweite thermische System
weist insbesondere eine Dampftrommel 6 mit einer Aus
trittsleitung 32 und einen zweiten Wärmetauscher 5 auf,
der über eine Vorlaufleitung 15 und eine Rücklaufleitung
16 mit der Dampftrommel 6 in Verbindung steht.
Das über den Leitungsabschnitt 9 in Richtung
des Pfeiles 37 in die Dampftrommel 6 strömende Speisewas
ser kann auch alternativ in die Vorlaufleitung 15 strö
men, wie mit dem strichlinierten Pfeil 38 angedeutet ist.
Gemäss einer ersten Variante verläuft von der
Dampftrommel 6 eine Leitung 54, in welcher ein Regelele
ment 55 eingesetzt ist zur Rezirkulationsleitung 7 und
mündet bei einer Stelle zwischen dem weiteren Regelele
ment 49 und der ersten Pumpe 13 in die Rezirkulationslei
tung 7.
Gemäss einer zweiten Variante, die strichli
niert gezeichnet ist, zweigt von der Vorlaufleitung 15
eine Leitung 30 ab, die in die Leitung 54 übergeht.
Zum beschleunigten Anheben der Temperatur im
ersten Wärmetauscher 2, beispielsweise beim Anfahren der
Anlage ist das erste Regelelement 10 und das Regelelement
49 geschlossen. Die Regelelemente 11, 12 und 55 sind in
der Offenstellung, die erste Pumpe 13 wird in Betrieb ge
setzt.
Somit strömt das Speisewasser von der Speise
wasserleitung 1 durch die Bypassleitung 8 und den Lei
tungsabschnitt 9 in Richtung der Pfeile 36 und 37 in die
Dampftrommel 6 oder alternativ in die Vorlaufleitung 15,
wie mit dem strichlinierten Pfeil 38 angedeutet ist.
Von der Dampftrommel 6 strömt nun Wasser in
Richtung des Pfeiles 53 durch die Leitung 54 in die Re
zirkulationsleitung 7 und in Richtung des Pfeiles 52 zur
Eintrittsleitung 3, dem kalten Ende des ersten Wärmetau
schers 2, durch den ersten Wärmetauscher 2 zur Austritts
leitung 4, dem warmen Ende des ersten Wärmetauschers 2,
zum Leitungsabschnitt 9 und gemeinsam mit dem durch die
Bypassleitung 8 direkt zuströmenden Speisewasser gemäss
dem Pfeil 37 in die Dampftrommel 6 oder alternativ gemäss
dem strichlinierten Pfeil 38 in die Vorlaufleitung 15.
Gemäss der zweiten Variante kann Wasser aus
der Vorlaufleitung 15 über die Leitung 30 in die Leitung
54 strömen.
Mit den Pfeilen 47,34 und 48 ist die Strö
mungsrichtung durch den ersten Wärmetauscher 2 aufge
zeigt.
Selbstverständlich sind die beschriebenen
Verfahren auch in beliebigen Kombinationen und zeitlichen
Reihenfolgen einsetzbar.
Die Erfindung ist prinzipiell unabhängig von
der konkreten Auslegung, Bauweise, Konstruktion u. dgl.
der beschriebenen Elemente und Systeme.
Bezugszeichenliste
1
Speiseleitung, Speisewasserleitung
2
Erster Wärmetauscher/Economizer
3
Eintrittsleitung zu Pos.
2
4
Austrittsleitung von Pos.
2
5
Zweiter Wärmetauscher/Verdampfer
6
,
6
A Behälter (Dampftrommel
6
; Separator
6
A)
7
Rezirkulationsleitung
8
Bypassleitung
9
Leitungsabschnitt von Pos.
4
10
Erstes Regelelement, zwischen Pos.
1
und Pos.
3
11
Zweites Regelelement, in Pos.
8
12
Drittes Regelelement, in Pos.
7
13
Erste Pumpe, in Pos.
7
14
Viertes Regelelement, in Pos.
4
15
Vorlaufleitung
16
Rücklaufleitung
17
Leitung, von Pos.
5
nach Pos.
4
18
Pumpe, in Pos.
17
19
Regelelement, in Pos.
17
20
Leitung, von Pos.
6
nach Pos.
4
21
Weitere Pumpe, in Pos.
20
22
Weiteres Regelelement, in Pos.
20
23
Leitung, von Pos.
5
nach Pos.
3
24
Pumpe, in Pos.
23
25
Regelelement, in Pos.
23
26
Leitung, von Pos.
6
nach Pos.
3
27
Pumpe, in Pos.
26
28
Regelelement, in Pos.
26
29
Leitung
30
Leitung
31
Speisewasserpumpe
32
Austrittsleitung
33
Pfeil
34
Pfeil
35
Pfeil
36
Pfeil
37
Pfeil
38
Pfeil
39
Pfeil
40
Umwälzpumpe
41
Leitung
43
Pfeil
44
Pfeil
45
Leitung
46
Pfeil
47
Pfeil
48
Pfeil
49
Regelelement
50
Regelelement
51
Pfeil
52
Pfeil
53
Pfeil
54
Leitung
55
Regelelement
56
Heizgas (Rauchgas, Abgas)