DE2523873C3

DE2523873C3 - Dampferzeuger

Info

Publication number: DE2523873C3
Application number: DE2523873A
Authority: DE
Inventors: Carl Frederick Bloomfield Conn. Horlitz Jun.
Original assignee: Combustion Engineering Inc
Current assignee: Combustion Engineering Inc
Priority date: 1974-06-17
Filing date: 1975-05-30
Publication date: 1981-08-13
Also published as: SE411945B; DE2523873A1; DE2523873B2; PL107696B1; GB1493488A; JPS5112042A; ES438478A1; SE7506905L; JPS553523B2; US3913330A

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Dampferzeuger ist in der CH-PS 3 40 834 beschrieben.

Bei ihm gelangt das im Mischspeisewasservorwärmer erwärmte Speisewasser nacheinander in die vom Rauchgasstrom beheizten Econermiserabschnitte und den zwischen diese geschalteten dampfbeheizten Speisewasservorwärmer. Das Speisewasser in den Econermiserabschnitten hat also schon verhältnismäßig hohe Temperatur, so daß das Rauchgas noch verhältnismäßig warm aus dem zweitei) Econermiserabschnitt austritt. Dieses Rauchgas gelangt bei dem bekannten Dampferzeuger dann in einen als Luftvorwärmer dienenden Wärmetauscher. Derartige Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme von einem gasförmigen Medium auf ein zweites gasförmiges Medium benötigen aber große Wärmetauschflächen und sind daher teuer. Insbesondere bei Dampferzeugern für Schiffsantriebe wird daher auf den an sich erhaltbaren Vorteil einer Luftvorwärmung durch das von den Econermiserabschnitten abgegebene Rauchgas verzichtet. Trotz eines etwa 7% niedrigeren Wirkungsgrades erfolgt dort die Luftvorwärmung durch Abzweigung von Wärme aus dem Dampfkreislauf oder aus Speisewasser-Vorwärmern.

In der FR-PS 10 26 190 ist ferner ein Dampferzeuger mit Vorwärmung der Verbrennungsluft beschrieben, bei dem das Speisewasser zunächst durch einen ersten Econermiserabschnitt, dann ganz oder teilweise durch einen Vorwärmer für die Verbrennungsluft und anschließend durch einen zweiten Econermiserabschnitt geleitet wird, der dem ersten Econermiserabschnitt in Strömungsrichtung des Rauchgases gesehen vorgeschaltet ist. Auch bei diesem Dampferzeuger wird aber keine optimale Ausnutzung der Wärme des Rauchgases erhalten, da der zweite Econermiserabschnitt auf hoher Temperatur arbeiten muß und sich somit auch der in Strömungsrichtung des Rauchgases gesehen hintere, erste Econermiserabschnitt auf verhältnismäßig hoher Temperatur befinden muß.

Durch die vorliegende Erfindung soll ein Dampferzeuger gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß eine wirtschaftlichere Ausnützung des Wärmeinhaltes der Rauchgase in dem zweiten Econermiserabschnitt erzielt wird, obwohl diesem der dampfbeheizte Speisewasservorwärmer vorgeschaltet ist.

Ausgehend von einem Dampferzeuger gemäß dem 5 Oberbegriff des Anspruches 1 ist diese Aufgabe gelöst mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 kann die Temperatur des Speisewassers hinter dem Luftvorwärmer auf einfache Weise auf einem konstanten Wert gehalten werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt die einzige Figur ein schematisches Strömungsdiagramm eines Dampferzeugers für einen Schiffsantrieb mit einer zugeordneten Turbine.

In der Zeichnung ist sine Schiffs-Dampferzeugeranlage 10 dargestellt, deren Turbinenpaar mit der Hochdruckturbine 12 und der Niederdruckturbine 14 die Schiffsschraube 16 antreibt. Überhitzter Dampf wird dem Turbinenpaar vom Dampferzeuger 18 mit den oberen und unteren, durch Kesselrohr 24 verbundenen Trommeln 20 und 22 geliefert. Aus Rohren gebildete 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 30 angeordnet, um den aus der oberen Trommel 20 austretenden Sattdampf zu

in erhitzen. Dieser überhitzte Dampf wird dann durch die Hauptspeiseleitung 32 dem Eingang der Hochdruckturbine 12 zugeführt.

Verbrennungsluft wird den Brennern 28 durch eine Luftleitung 34 zugeführt, die einen aus Wärmetauscherrohren aufgebauten Luftvorwärmer 36 enthält. Die in der Brennkammer 26 entstehenden Verbrennungsprodukte (Rauchgas) werden durch den Auslaß 38 dem nicht dargestellten Schornstein zugeführt. In dem Auslaß 38 sind zwei Economiserabschnitte 40 und 42 angeordnet. Im Sinne der Rauchgasströmung ist der zweite Economiserabschni tt 40 stromaufwärts des ersten Economiserabschnitts 42 angeordnet. Speisewasser, das schließlich dem Verdampfer zuströmt, wird durch die Economiserabschnitte hindurchgeführt, so daß die Temperatur des Speisewasser erhöht und die der Abgase erniedrigt wird und damit der thermische Wirkungsgrad der Dampferzeugeranlage erhöht wird.

Von der Hochdruckturbine 12 gelangt der Dampf über die Überströmleitung 44 zum Eingang der Niederdruckturbine 14 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.

Zur Rückgewinnung von Wärme hat die Anlage eine Reihe von Speisewasservorwärmern 54, 56, 58, 60 und 62, in denen aus den jeweiligen Turbinen abgezogener Dampf zur Vorwärmung des Speisewassers dient. Die Vorwärmer 54 und 56 werden von Dampf aus der Niederdruckturbine 14 über die Leitungen 64 und 66 gespeist. Dampf aus der Hochdrucklurbine 12 speist die Vorwärmer 58 und 60 über die Leitungen 68 und 70. Der Vorwärmer 62 ist ein MischspeisewasservorwSrmer und erhält Dampf von der Überströmleitung 44 über die Leitung 72. Der Vorwärmer 62 wird gleichzeitig zur

Entgasung des Speisewassers 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 wird. Das Speisewassersystem enthält als weitere Wärmetauscher den Luftvorwärmer 36 und die Economiserabschnitte 40 und 42, durch die das Speisewasser geführt wird, bevor es dem Verdampfer zugeführt wird.

Das Speisewasser wird vom Kondensator 48 mit Hilfe der Konuensatpumpe 52 über die Leitung 82 dem Vorwärmer 62 zugeführt, wobei es vorher in den Vorwärmern 54 und 56 durch den aus der Niederdruckturbine abgezogenen Dampf erwärmt wird. Von dem Vorwärmer 62 zieht die Speisepumpe 86 über die Leitung 84 das Speisewasser ab und fördert es durch den ersten Economiserabschnitt 42, den Luftvorwärmer 36, die Speisewasservorwärmer 58 und 60 und dann durch den zweiten Economiserabschnitt 40 hindurch, um es dann endgültig der Trommel 20 des Dampferzeugers zuzuführen. Beim Durchströmen des ersten Economiserabschnittes 42 wird das Speisewasser durch die Rauchgase, die den Auslaß 38 durchströmen, erwärmt Dann gelangt das Speisewasser durch die Rohre des Luftvorwärmers 36, wo die Wärme der kalten Verbrennungsluft in der Luftleitung 34 zugeführt wird so daß diese Luft eine vorbestimmte Temperatur erreicht. Das Speisewasser, dessen Temperatur im Luftvorwärmer 36 herabgesetzt wurde, wird bei Durchströmung der Vorwärmer 58 und 60 erneut erhitzt, und zwar durch den Dampf, der aus der Hochdruckturbine 12 zugeführt wird. Dann wird über die Leitung 84 das Speisewasser über den zweiten Economiserabschnitt 40 geführt, wo es so weit erwärmt wird, daß es der Trommel 20 zugeführt werden kann.

Die Wärmeaustauschfläche des Luftvorwärmers 36 ist so ausgelegt, daß alle Wärme des Speisewassers, das den ersten Economiserabschnitt 42 während des normalen Betriebes durchströmt, auf die Luft übertragen wird. Für andere Betriebszustände ist eine Bypaßleitung 88 und ein Regelventil 90 vorgesehen, um die Strömung des Speisewassers durch den Luftvorwärmer 36 zu regeln. Eine solche Einrichtung ist bei Schiffsmanövern sehr nützlich. Das Regelventil 90 wird abhängig von der Speisewassertemperatur geregelt, die am Ausgang des Luftvorwärmers 36 durch den Temperaturfühler 92 abgetastet wird. Die Strömung des Speisewassers durch den Luftvorwärmer 36 wird so gesteuert, daß im wesentlichen alle Wärme, die dem Speisewasser von den Rauchgasen im ersten Economiserabschnitt 42 zugeführt wird, auf die über die Luftleitung 34 zuströmende Verbrennungsluft übertragen wird. Auf diese Weise wird das Speisewasser, das aus dem Luftvorwärmer 36 austritt, im wesentlichen auf der gleichen Temperatur gehalten, wie das aus dem Vorwärmer 62 austretende.

Bei einem typischen Schiffs-Dampferzeuger, bei dem

ie die Temperatur des Speisewassers, das aus dem Vorwärmer 62 austritt, 140° C und die Eingangstemperatur der Rauchgase beim Eintritt in den Auslaß 38 429° C beträgt, wird das Speisewasser auf 160⁰C im ersten Economiserabschnitt 42 vorgewärmt und erhitzt die mit etwa 38° C zuströmende Verbrennungsluft auf eine Temperatur von 153" C. Dabei wird es vor de m Eintritt in die Vorwärmer 58 und 60 auf etwa 140° C abgekühlt. Das Speisewasser tritt aus dem Vorwärmer 60 mit 217° C aus und wird in dem zweiten Economiserabschnitt 40 auf 258° C aufgeheizt, bevor es in die Trommel 20 eintritt Die Rauchgase im Auslaß 38 werden auf eine Ausgangstemperatur von 154°C abgekühlt

Daraus ergibt sich, daß durch den beschriebenen Wärmekreislauf ein größerer thermischer Wirkungsgrad erzielt werden kann, als er durch den bekannten Kreislauf mit Economisern und dampfgespeistem Luftvorwärmer erzielt werden kann. Bei der beschriebenen Kesselanlage ist eint· Regelung des Wärmeübergangs sowohl in dem nachgeschalteten Economiserabschnitt 42 als auch im Luftvorwärmer 36 in der Weise möglich, daß das Speisewasser in den Vorwärmern 58 und 60 effektiv durch den Dampf vorgewärmt wird, der aus der Hochdruckturbine 12 abgezapft wird. Da das Speisewasser in dem Luftvorwärmer 36 mit etwa der gleichen Temperatur den Vorwärmern 58 und 60 zugeführt werden kann, wie das Speisewasser, das den Vorwärmer 62 verläßt, arbeiten diese Vorwärmer mit den. Temperaturen weiter, für die sie ausgelegt sind. Darüber hinaus benötigt die oben beschriebene Anlage, deren

AO Wirkungsgrad sich demjenigen einer Anlage mit Regenerativ-Luftvorwärmer nähen, weder einen Drehspeicher-Wärmetauscher noch einen mit Rohren versehenen Regenerativ-Wärmetauscher.

Dadurch wird der Aufwand kleiner und die Wartung geringer. Da das gesamte Speisewasser durch den Luftvorwärmer zum Zwecke der Vorwärmung hindurchströmt, kann die zuströmende Verbrennungsluft ausreichend aufgeheizt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Dampferzeuger, insbesondere für Schiffsantrieb, welcher zwei Economiserabschnitte im Rauchgasstrom aufweist, zwischen denen mindestens ein dampfbeheizter Speisewasservorwärmer angeord net ist und bei dem ein Mischspeisewasservorwärmer den Economiserabschnitten vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß speisewasserseitig zwischen dem an den Mischvorwärmer (62) unmittelbar angeschlossenen ersten Economiserabschnitt (42), welcher rauchgasseitig als letzter angeordnet ist, und dem dampfbeheizten Speisewasservorwärmer (58, 60) ein aus Wärmetauscherrohren aufgebauter Luftvorwärmer (36) in den Speisewasserkreis eingeschaltet ist.
2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftvorwärmer (36) eine Bypaßleitung für das Speisewasser aufweist