DE2523873A1

DE2523873A1 - Dampferzeuger, insbesondere fuer schiffsturbinen

Info

Publication number: DE2523873A1
Application number: DE19752523873
Authority: DE
Inventors: Jun Carl Frederick Horlitz
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1974-06-17
Filing date: 1975-05-30
Publication date: 1976-01-02
Also published as: ES438478A1; JPS5112042A; GB1493488A; JPS553523B2; PL107696B1; US3913330A; SE411945B; SE7506905L; DE2523873C3; DE2523873B2

Description

!»ATHNTANWAI/P ? STUDIO A KT 1

IHPIWJTO. HEINZ CLAKSSEN ^ÜICW 25. Mai 1975

TKLKFOV SC 0«IT

691/cE 5456. 2523873

Anmelder: Combustion Engineering, Inc.,
Windsor, Conn., U.S.A.

Dampferzeuger, insbesondere für Schiffsturbinen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger für Schiffsturbinen, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist. Solch ein Dampferzeuger ist z.B. aus der U.S. Patentschrift 2 762 545 bekannt.

Der thermische Wirkungsgrad eines jeden Kraftwerks, bei dem Wärme aus dem Abdampf oder den Abgasen zurückgewonnen wird, wird durch die Eingangstemperatur des Speisewassers, das in den Strömungskreis des Dampferzeugers eintritt, und durch die Temperatur der abgeführten Verbrennungsgase beeinflusst. Der thermische Wirkungsgrad wird unmittelbar bei steigender Temperatur des zugeführten Speisewassers erhöht und sinkt mit steigender Temperatur der Abgase.

Die Erfindung gehört zu der Gattung von Schiffskesseln, die mit regenerativen Luftvorwärmern arbeiten. Der Strömungskreis solcher Schiffskessel enthält zwei Abzweigstellen für das Hochdruckfluidum zusätzlich zu denen, die von der Überströmleitung und von der Niederdruckturbine kommen. Die Temperatur des dem Ekonomiser zugeführten Speisewassers kann so auf etwa 215 C (420 P) gesteigert werden. Die in den Abgasen enthaltene Wärme wird im Ekonomiser nutzbar gemacht, indem das Gas auf etwa j515 C (600°P) gekühlt wird und dabei das Speisewasser auf etwa 230°C (45O°F) vorgewärmt wird. Die Abgase werden in diesem System weiter durch den regenerativen Luftvorwärmer auf etwa 115°C (240°F) gekühlt und dabei die eintretende

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Verbrennungsluft auf etwa 260°C (500°P) vorgewärmt. Dabei kann als regenerativer Luftvorwärmer ein solcher mit rotierender Scheibe oder ein rohrförmiger verwendet werden.

Daraus ergibt sich,dass ein Strömungskreis mit regenerativen Luftvorwärmern (regenerative air heater cycle) einen grösseren thermischen Wirkungsgrad hat als ein Strömungskreis mit Abdampf-Luft- und Speisewasser-Vorwärmern (economizer-steam air heater cycle). Tatsächlich ist der Wirkungsgrad etwa 7$ höher. Bei Schiffskesselanlagen sind jedoch trotz dieser wärmewirtschaftlichen Vorteile regenerative Luftvorwärmer nur zögernd verwendet worden. Dies liegt zunächst an den höheren Beschaffungskosten, dem grösseren Aufwand für die Wartung und einer gewissen Störanfälligkeit. Es ist deshalb wie gesagt bei Schiffskesseln das System mit Dampf-Luft- und Speisewasser-Vorwärmern bevorzugt worden trotz seines geringeren thermischen Wirkungsgrads.

Eine Teillösung für das Problem beschreibt das U.S.Patent 2 762 bei dem der Dampferzeuger einen Ekonomiser besitzt, der in eine Viel zahl von Abschnitten aufgeteilt ist. Stromabwärts vom letzten Speise wasservorwärmer wird Wasser entnommen und in einem Abschnitt des Exonomisers erwärmt. Dann wird dieses Speisewasser in indirektem Wärmeaustausch mit der zuströmenden Verbrennungsluft geführt, um diese vorzuwärmen. Dann wird das Speisewasser in einem anderen Abschnitt des Ekonomisers wieder erwärmt, bevor es in den Strömungskreis des Kessels eintritt. Dieses bekannte System hat noch den Nachteil, dass aufgrund der Temperaturen, die sich auf den verschiedenen Stufen des Systems ergeben, nur ein Teil der Gesamtströmung des Speisewassers zur Vorwärmung der Verbrennungsluft benutzt werden kann. Um dies zu beheben, wäre eine grössere aus Rohren bestehende Heizfläche in dem Lufterhitzer nötig, um die Verbrennungsluft auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Dies aber bedeutet eine erhebliche Erhöhung der Herstellungskosten. Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannten Systeme mit regenerativen Luftvorwärmern in dieser Be ziehung zu vereinfachen und zu verbilligen.

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Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch ein System gelöst, das im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 definiert ist.

Nach Anspruch 2 besitzt -der Ekonomiser zwei Abschnitte,und der Ausgang des stromabwärts gelegenen Abschnittes ist mit dem Eingang de3 Luftvorwärmers verbunden.

Mit einer solchen Anlage kann der Wärmeübergang so geregelt werden, dass das Speisewasser durch die Vorwärmer, die mit dem Fluidum aus der Hochdruckturbine gespeist werden, jr.it besserem Wirkungsgrad erhitzt wird.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind im einzelnen auch der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels zu entnehmen, dessen schematisches Strömungsdiagramm in der Zeichnung dargestellt ist und nachstehend beschrieben wird.

Als bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung eine Schiffskesselanlage 10 dargestellt, deren Turbinenpaar mit der Hochdruckturbine 12 und der Niederdruckturbine l4 die Schiffsschraube l6 antreibt. Ein Antriebsfluid, nämlich überhitzter Dampf, wird dem Turbinenpaar vom Dampferzeuger l8 mit den oberen und unteren, durch Kesselrohr 24 verbundenen Trommeln 20 und 22 geliefert. Rohrförmige Wandungen, die senkrecht zueinander angeordnet sind, bilden eine Brennkammer 26, in der einer oder mehrere Brenner 28 angeordnet sind. Innerhalb der Brennkammer 26 ist ein Überhitzer JQ angeordnet, um den aus der oberen Trommel 20 austretenden Sattdampf zu erhitzen. Dieser überhitzte Dampf wird dann durch die Hauptspeiseleitung J32 dem Eingang der Hochdruckturbine 12 zugeführt.

Verbrennungsluft wird den Brennern 28 durch eine Luftleitung J54 zugeführt, die einen rohrförmigen Wärmeaustauscher, nämlich den Lufterhitzer 36 besitzt, der die Aufgabe hat, die zuströmende Verbrennungsluft in der nachstehend beschriebenen Weise vorzuwärmen. Die in der Brennkammer 26 entstehenden Verbrennungsprodukte werden durch

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den Auslass 38 dem nicht dargestellten Schornstein zugeführt. In der Auslassleitung 38 sind zwei Vorwärmerabschnitte 4ö und 42 angeordnet. Im Sinne der Gasströmung ist der erste Vorwärmerabschnitt 40 stromaufwärts von dem zweiten Vorwärmerabschnitt 42 angeordnet. Speisewasser, das schllesslich den Dampferzeugerabschnitten zuströmt, wird durch die Vorwärmerabschnitte zum Zwecke des Wärmeaustausches hindurchgeführt, so dass die Temperatur des Speisewassers erhöht-und die der Abgase erniedrigt wird, so dass der th■ \ische Wirkungsgrad des Systems erhöht wird.

Von der Hochdruckturbine 12 gelangt der Dampf über die Überströmleitung 44 zum Eingang der Niederdruckturbine l4 und von dort über die Leitung 46 zum Kondensator 48. Über den Kondensator 48 strömt Kühlwasser über eine Reihe von Kühlrohren 50, um den verbrauchten Dampf zu kondensieren. Die Kondenswasserpumpe 52 pumpt das in dem Kondensator 48 sich ansammelnde Kondensat ab und bringt es wieder Im Kreislauf des Systems als Speisewasser für den Dampferzeuger ein.

Das System für die Rückgewinnung von Wärme in diesem Kraftwerk enthält eine Reihe von Speisewasservorwärmern 54,.56, 58, 60 und 62, in denen ein aus den jeweiligen Turbinen abgezogenes Fluidum zur Vorwärmung des Speisewassers dient. Die Vorwärmer 54 und 56 werden von einem Fluidum aus der Niederdruckturbine l4 über die Leitungen 64 und 66 gespeist. Ein Fluidum aus der Hochdruckturbine 12 speist die Vorwärmer 58 und 60 über die Leitungen 68 und 70. In dem Vorwärmer 62 findet ein direkter Wärmeaustausch statt, er erhält das Fluidum von der Überströmleitung 44 über die Leitung 72. Dieser Wärmeaustauscher 62 wird auch zum Zwecke der Entlüftung benutzt. Die Flüssigkeit, die in den Vorwärmern 54 und 56 kondensiert wird, wird in den Kondensator 48 über die Leitungen 74 und 76 zurückgeführt, während das Kondensat aus den Vorwärmern 58 und 60 über die Leitungen 78 und 80 dem Vorwärmer 62 zugeführt und dort auch entlüftet wird. Das Speisewassersystem enthält auch als Wärmeaustauscher den Luftvorwärmer 36 und die Vorwärmerabschnitte 40 und 42, durch die das Speisewasser geführt wird, bevor es der Dampferzeugerströmung, wie nachstehend be-

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schrieben, zugeführt wird.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird Speisewasser *>om 48 mit Hilfe der Kondensatpumpe 52 über die Leitung ü2 dem Erhitzer und Entlüfter 62 zugeführt. Bei Durchströmun^ ies entlüftenden Vorwärmers 62 wird das Speisewasser zunächst durch dn^. 'tun ''.er Wiederdruckturbine 14 abgezogene Fluidum erwärmt und den voiui<*r»»*i'n ^- und 56 zugeführt. Von dem Vorwärmer 62 zieht die Speisepumpe ö6 über axe Leitung 84 das Speisewasser ab und speist es nacheinander durch den zweiten Vorwärmerabschnitt 42,den Luftvorwärmer J5o, die Speisewasservorwärmer 5& und 60 und dann durch den ersten Vorwärmerabschnitt 40 hindurch, um es dann endgültig der Trommel 20 des Dampferzeugers zuzuführen. Beim Durchströmen des zweiten Vorwärmerabschnittes 42 wird das Speisewasser durch die Heizgase, die die Gasauslassleitung 38 durchströmen, erwärmt. Dann gelangt das Speisewasser durch die Rohre mit dem Lufterhitzer J>6, wo die Wärme der kalten Verbrennungsluft der Luftleitung y\ zugeführt wird, so dass diese Luft eine vorbestimmte Temperatur erreicht. Das Speisewasser, dessen Temperatur im Lufterhitzer 36 herabgesetzt wurde, wird bei Durchströmung der Vorwärmer 58 und 60 erneut erhitzt, und zwar durch das Fluidum, das aus der Hochdruckturbine 12 zugeführt wird. Dann wird über die Leitung 84 das Speisewasser über den ersten Abschnitt 40 des Vorwärmers geführt, wo es so weit erwärmt wird, dass es der Kesseltromrael 20 zugeführt werden kann.

Die Wärmeaustauschfläche des Luftvorwärmers J56 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass alle Wärme des Fluidums, das den zweiten Vorwärraerabschnitt 42 während des normalen Betriebes durchströmt, auf die Luft übertragen wird. Für andere Betriebszustände können eine Nebenschlussleitung 88 und ein Strömungsregelventil 90 vorgesehen werden, um die Strömung des Speisewassers durch den Luftvorwärmer 36 in gewünschter Weise zu regeln. Eine solche Einrichtung kann bei Schiffsmanövern, also für Schiffskessel, sehr nützlich sein. Das Regelventil 90 wird abhVngig von der SpeisewaMertemperatur gertgelt, dl· am Ausgang des Luftvorwärmers 36 durch den Temperaturfühler 92 abgetastet wird. Die Strömung des Speisewassers durch den Luftvorwärmer

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wird so gesteuert, dass im wesentlichen alle Wärme, die dem Speisewasser von den Verbrennungsgas en im zweiten Vorwärmerabschnitt 42 zugeführt wird, auf die durch die Leitung J54 zuströmende Verbrennungsluft übertragen wird. Auf diese Weise wird das Speisewasser, das aus dem Luftvorwärmer J>6 austritt,im wesentlichen auf der gleichen Temperatur gehalten, wie das, das aus dem Vorwärmer und Entlüfter 62 austritt.

Bei Anwendung der beschriebenen Erfindung auf einen typischen Schiffskessel, bei dem die Temperatur des Speisewassers, das aus dem Vorwärmer 62 austritt, I²K)⁰C (285⁰P) und die Eingangstemperatur der Verbrennungsgase beim Eintritt in die Abführleitung ~j>Q 429°C (bO4°F) beträgt, wird das Speisewasser auf l69°C O_i7°F) im zweiten Vorwärmerabschnitt 42 vorgewärmt und erhitzt die mit etwa JjB⁰C (10O⁰F) zuströmende Verbrennungsluft auf eine Temperatur von 153°C (308°F). Dabei wird es vor dem Eintritt in die Hochdruckvorwärmer 58 und 60 auf etwa l40°C (284°F) abgekühlt. Das Speisewasser tritt aus dem Endvorwärmer 60 mit 217 C (42;5 F) aus und wird in dem ersten Vorwärmerabschnitt 40 auf 258^OC (497°F) aufgeheizt, bevor es in die Dampferzeugertrommel 20 eintritt. Die Verbrennungsgase, die das heizende Medium für die Ekonomiserabschnitte in der Gasführung 38 darstellen, werden auf eine Ausgangstemperatur von 154°C (^10 F) abgekühlt.

Daraus ergibt sich, dass durch den beschriebenen Wärmekreislauf ein grösserer thermischer Wirkungsgrad erzielt werden kann, als er durch den bekannten Kreislauf mit Ekonomisern und Dampflufterhitzern erzielt werden kann ("economizer-steam air heater" cycle). Mit Hilfe des beschriebenen Systems ist eine Regelung des Wärmeübergangs sowohl in dem nachgeschalteten Ekonomiserabschnitt 42 und im Lufterhitzer 36 in der Weise möglich, dass das Speisewasser in den Speisewasservorwärmern 5& und 60 effektiv und wirklich durch das Fluidura vorgewärmt werden kann, das aus der Hochdruckturbine 12 abgezapft wird. Da das Speisewasser in dem Luftvorwärmer J)S mit etwa der gleichen Temperatur den Hochdruckspeietwasaervorwtfrmern 58 und 60 zugeführt werden kann, wie das Speisewasser, das den Entlüfter und Vorwärmer 62 verläset» arbeiten diese Vorwärmer mit den Temperaturen welter, für die sie ausgelegt sind.

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Darüber hinaus benötigen die Verbesserungen des Systems nach der Erfindung, die sich dem Wirkungsgrad eines typischen regenerativen Luftvorwärmers nähern, weder eine rotierende Scheibe oder einen rohrförmigen regenerativen Luftvorwärmer. Dadurch wird der Aufwand kleiner und die Wartung geringer. Da das gesamte Speisewasser bei der Erfindung durch den Luftvorwärmer zum Zwecke der Vorwärmung hindurchströmt, kann die zuströmende Verbrennungsluft ausreichend aufgeheizt werden. Dabei wird weniger Heizfläche benötigt als bei dem System nach der U.S. PS 2 762 345. Auch dadurch ergeben sich geringere Kosten.

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Claims

BW 691 / CE

Patentansprüche

Dampf erzeuger, insbesondere für Schiff sturbinen, mit eines in mehrere Abschnitte unterteilten und Innerhalb der Rauchgasführung angeordneten Ekonomiser und mit Heizelementen für das Speisewasser und die Verbrennungsluft ,dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente für das Speisewasser in der Reihenfolge, ein Ekonomlserabschnitt, Lufterhitzer, Speisewasservorwärmer, ein anderer Ekonomlserabschnitt, angeordnet sind und naoh Durchströmen dieser Reihenfolge den Rohren des Dampferzeugers zugeführt werden.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ekonomiser zwei Abschnitte (40 u. 42) hat, dl· In der Strömung der Verbrennungsgase in Reihe gesohaltet sind und dass der Ausgang des stromabwärts gelegenen Abschnittes (42) an den Eingang des Lufterhitzers (36) angeschlossen 1st.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 mit einer Hochdruck»- und einer Niederdruckturbine,dadurch gekennzeichnet, dass der Speisewasservorwärmer (58, 60) mit dem die Hochdruckturbine (12) durchströmenden Fluidua gespeist wird.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidum beider Turbinen den ihnen Jeweils zugeordneten Speisewasservorwärmern (58, 60 und 54, 56) zugeführt wird und dass der Ausgang des Speisewasservorwärmers (54, 56), der der Niederdruckturbine (14) zugeordnet ist. Bit dem Eingang des einen Ekonomlserabschnittes (42) in Verbindung steht.

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5» Dampferzeuger nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet« dass das Fluidum beider Turbinen den ihnen Jeweils zugeordneten Speisewas· servorwärmern (58, 60 und 54, 56) zugeführt wird und dass der Ausgang des Speisewasservorwärmers (54, 56), der der Niederdruckturbine (l4) zugeordnet ist, mit dem Eingang des stromabwärts gelegenen Ekonoiniserabschnittes (42) in Verbindung steht.

6. Dampferzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regler (90) vorgesehen ist, um die Strömung des Speisewassers durch die Lufterhitzer C?6) in Abhängigkeit von der Temperatur des Speisewassers an dessen Ausgang zu regeln.

7· Dampferzeuger nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (90) die Temperatur des Lufterhitzers (36) auf die Eingangstemperatur des stromabwärts gelegenen Ekonoaiserabschnittes (42) regelt.

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