DE2615552C2 - Flammrohr-Rauchrohr-Kesselanlage zur kombinierten Erzeugung von Wärme, Dampf und zur thermischen Verbrennung von Abluft - Google Patents

Flammrohr-Rauchrohr-Kesselanlage zur kombinierten Erzeugung von Wärme, Dampf und zur thermischen Verbrennung von Abluft

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Description

strömen und relativ heiß aus dem Kessel austreten, die Rauchgase nach dem Austritt aus dem Kessel einem Luftvorwärmer zugeleitet werden, wobei die kalten Rauchgase je nach Auslegung entweder mit den heißen Rauchgasen vor Eintritt in den Luftvorwärmer gemischt werden oder dem Luftvorwärmer an einer ihrer Temperatur entsprechenden Stelle zugeführt werden und die verunreinigte Verfahrensabluft als Verbrennungsluft dem Wärme- und/oder dem zusätzlichen Brenner zugeführt wird.
Der Vorteil dieser Konstruktion liegt im wesentlichen darin, daß die Dampf/Wärmeerzeugung und die thermischer Nachverbrennung zu einer Einheit zusammengefaßt werden, wobei sowohl die Investitionskosten gesenkt, als auch ein optimaler Wirkungsgrad sowohl bei
— Betrieb als Dampfkessel ohne TNV
— kombiniertem Betrieb in allen Lastbereichen
— reinem TN V-Betrieb
erzielt werden, was zu einer wesenilichen Minderung der Betriebskosten führt.
Dabei kann nach der Erfindung die Regelung beider Brenner unabhängig voneinander erfolgen.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung erfolgt bei kombiniertem Betrieb die Regelung des Wärmebrenners nach dem Dampfbedarf und die Regelung des zusätzlichen Brenners nach der Rauchgasaustrittstemperatur.
Der Wärmebrenner und der zusätzliche Brenner sind auch einzeln betreibbar.
Um den rauchgasbeheizten Luftvorwärmer gegen Tieftemperaturkorrosion zu schützen, wird vorzugsweise die Verfahrensabluft zunächst in einem dampfbeheizten Luftvorwärmer vorgewärmt.
Die Primärluftmenge für den Wärmebrenner und für den zusätzlichen Brenner wird nach der Erfindung zwischen dem dampfbeheizten und dem rauchgasbeheizten Luftvorwärmer oder an einer entsprechend dem Temperaturniveau' günstigen Stelle aus dem rauchgasbeheizten Luftvorwärmer entnommen.
Im Weg der heißen Rauchgase vor dem rauchgasbeheizten Luftvorwärmer kann ferner nach der Erfindung ein Wärmetauscher angeordnet sein, der als Speisewasser-Vorwärmer oder als Überhitzer geschaltet ist.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Konstruktionsprinzipien sind im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben:
In den Druckkörper 1 des Flammrohr-Rauchrohrkessels sind das Flammrohr ?. für den Wärmebrenner 3 und das Flammrohr 4 für den TNV-Brenner 5 sowie die Rauchrohre 6 eingebaut. Ir. der hinteren und vorderen Umkehrkammer 7 werden nun die Rauchgase des Wärmebrenners 3 umgelenkt und durch die nachgeschalteten Rauchrohre 6 geleitet. Die Rauchrohre 6 können dabei in ein- oder mehrzügiger Anordnung vorgesehen werden. Die aus dem Flammrohr 4 des TNV-Brenners 5 mit einer Temperatur von normalerweise 700—8000C austretenden Rauchgase 8 — anstelle des Flammrohres können selbstverständlich auch Rauchrohre eingesetzt werden - werden am Ende des Druckkörpers 1 in einer besonders konstruierten Mischkammer 9 mit den abgekühlten »kalten« Rauchgasen 10 aus dem Wärmezug, die mit etwa einer Temperatur von 200—2400C dort austreten, zusammengeführt und gemischt. Die Mischkammer wird so kongruiert, daß der kalte und der heiße Rauchgasstrom
— möglichst gleichmäßig auf ein einheitliches Temperaturniveau gebracht werden
— daß die beiden Rauchgasströme so ineinander übergeführt werden, daß ein »Aufeinanderprallen« verhindert wird, um Schwingungen zu vermeiden.
In dieser Mischkammer 9 stellt sich damit eine Mischtemperatur ein, die im normalen Betrieb (Kombinationsbetrieb) so niedrig liegt, daß die Heizflächen des
ic nachgeschalteten Luvos 11 thermisch nicht hoch beansprucht werden, und die Gefahr von Hochtemperaturkorrosionen dort wesentlich verringert werden. Die heißen Rauchgase aus dem TNV-Brenner 5 heben durch die Mischung das Temperaturniveau jedoch auf einen Wert — bspw.450—500°C — an, so daß die Nachschaltung des Luvos 11 wirtschaftlich sinnvoll wird, da danach eine Abkühlung der gesamten Rauchgasmenge auf etwa 150— 180°C erfolgen kann, wodurch eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades erzielt wird.
Die Regelung der Gesamtanlage im Normalbetrieb erfolgt so, daß bei konstanter zu „rhitzender Abluftmenge (Qga. = const.) der Wärmebren.ier 3 leistungsgeregelt wird, wobei er die Luftmenge (Qlb) aufnimmt, die zur Erbringung der jeweils erforderlichen Feuerungsleistung benötigt wird. Die restliche Verfahrensablufti-enge
(Qltnv = Qgcs. — Qlb)
wird dem TNV-Brenner 5 zugeleitet. Dieser wird so geregelt, daß die Temperatur am Austritt des Flammrohres 4 üblicherweise je nach Art und Zusammensetzung der zu reinigenden Verfahrensabluft im Bereich von 700—850cC liegt, einer Temperatur, bei der erfahrungsgemäß alle belästigenden Bestandteile der Verfahrensabluft oxydiert und damit umweltunschädlich gemacht werden.
Bei Fehlen der Wärmeabnahme wird die zu erhitzende Verfahrensabluft ausschließlich dem TNV-Brenner 5 zugeführt. Bei diesem Betriebszustand treten die Rauchgase etwa mit einer Temperatur von 650—8000C aus dem Flammrohr 4 (Rauchrohren) aus. Es ist daher erforderlich, daß die Heizfläche des Luvos 11 für diese hohe Temperatur ausgelegt wird. Die hohe thermische Beanspruchung für die Heizfläche besteht jedoch nur während des Zeitraumes, in dem die Anlage allein zur thermischen Nachverbrennung eingesetzt ist.
Falls erforderlich und wirtschaftlich sinnvoll, kann man vor den Luvo noch eine Heizfläche 12 legen, die mit Wasser, Dampf und sonstigen Medien gekühlt wird.
Die Wärmeabgabe an das wärmeaufnehmende Medium ist, da die heißen Rauchgase nur einen Flammrohroder Rauchrohrzug durchströmen, relativ niedrig. T'otzJcm wird auch bei diesem Betriebszustand eine kleine Wärme-(Dampf)Menge erzeugt. Zur wirtschaftlich sinnvollen Verwertung wird diese dem Dampfluvo 13 zugeführt. Dieser Luvo hat die Aufgabe, die kalt angesaugte Verbrennungsluft (10—25°C) zunächst auf etwa 80—120°C zum Schütze der Wärmetauscherflächen des Luftvorwärmers gegen Niedertemperaturkorrosion vorzuwärmen.
Der Saugzug 14 hat die Aufgabe, einen Unterdruck am Kesselende — bevorzugt im Bereich der Mischkammer — einzustellen. Sollte bei diesem Betriebszustand
b5 mehr Wärme als berötigt wird erzeugt werden, so kann man diese einem weiteren Wärmeverbraucher (Heizung) oder einem Speicher zuleiten.
Von der Verfahrensabluftseite her eesehen. ereibt
sich damit folgende Schaltung: Die Verfahrensabluft, die üblicherweise mit einer Temperatur t, von 10-25" C anfallt, wird zunächst in einem Dampfluvo auf eine Temperatur ti in der Größenordnung von etwa 80— 120"C aufgewärmt. Nun wird die Verbrennungsluft i (Primärluft), die zur Kühlung der Brenner benötigt wird, abgezogen. Die restliche Verfahrensabluftmenge wird dem Luvo, der als Regenerativ-Luftvorwärmer oder Rekuperativ-Luftvorwärmer ausgeführt sein kann, zugeleitet und durch die heißen Rauchgase auf Temperatür fj vorgewärmt, die sich aus dem Wärmeaustausch mit den aus der Kesselanlage austretenden Rauchgasen ergibt. Anschließend wird sie, wie vorher beschrieben, entweder dem TNV-Brenner 5 oder dem Wärmebrenner 3 oder beiden Brennern gemeinsam als Sekundärluft, je nach Brennerkonstruktion, gegebenenfalls auch als Tertiärluft zugeführt.
Der Vorteil dieser Schaltung liegt darin, daß sich in !■■■cn uCtricOszüSiSnuCr· eine Warrrieiccfcniscfc und g;;™;'. wirtschaftlich optimale Ausnutzung der Rauchgaswärme und eine die normalerweise thermisch hochbelaMeie TN V-Anlage schonende Betriebsweise ergibt.
Die Erfindung ermöglicht also durch die vorher beschriebene Konstruktion und Betriebsweise eine beträchtliche Senkung der Investitions-, Betriebs- und Unterhaltungskosten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (7)

Patentansprüche:
1. Flammrohr-Kesselanlage zur kombinierten Dampf-Wärmeerzeugung und thermischen Verbrennung schädlicher Beimengungen in zu reinigender Verifahrensabluft, dadurch gekennzeichnet, daß
a) an einen Flammrohr-Rauchrohrkessel mit Wärmebrenner (3) ein zusätzlicher Brenner (5) in einem Flammrohr (4) für die thermische Verbrennung schädlicher Beimengungen in verunreinigter Luft angebaut ist;
b) die Rauchgase aus dem Wärmebrenner (3) ein Rammrohr (2) und einen oder mehrere Rauchrohrzüge (6) durchströmen und relativ kalt aus dem Kessel austreten, die Rauchgase aus dem zusätzlichen Brenner (5) dagegen nur einen Flammrohr- (4) oder Rauchrohrzug durchströmen mti relativ heiß aus dem Kessel austreten;
c) die Rauchgase nach dem Aastritt aus dem Kessel einem "Luftvorwärmer (11) zugeleitet werden, wobei die kalten Rauchgase je nach Auslegung entweder mit den heißen Rauchgasen vor Eintritt in den Luftvorwärmer gemischt werden oder dem Luftvorwärmer an einer ihrer Temperatur entsprechenden Steife zugeführt werden;
d) die verunreinigte Verfahrensabluft als Verbrennungsluft dem Wärme- und/oder dem zusätzlichen Brenner (5) zugeführt wird.
2. Flammrohr-Kesselanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung beider Brenner unabhängig voneinander erfolgt.
3. Flammrohr-Kesselaninge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß be: kombiniertem Betrieb die Regelung des Wärmebrenners nach dem Dampfbedarf, die Regelung des zusätzlichen Brenners (5) nach der Rauchgasaustriitstemperatur erfolgt.
4. Flammrohr-Kesselanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmebrenner (3) und der zusätzliche Brenner (5) einzeln betreibbar sind.
5. Flammrohr-Kesselanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensabluft zunächst in einem dampfbeheizten Luftvorwärmer (13) vorgewärmt wird, der im Normalbetrieb die Temperatur soweit anhebt, daß der rauchgasbeheizte Luftvorwärmer (11) gegen Tieftemperaturkorrosion geschützt ist.
6. Flammrohr-Kesselanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluftmenge für die Brenner (3, 5) zwischen dem dampfbeheizten und dem rauchgasbeheizten Luftvorwärmer oder an einer entsprechend dem Temperaturniveau günstigen Stelle aus dem rauchgasbeheizten Luftvorwärmer (11) entnommen wird.
7. Flammrohr-Kesselanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg der heißen Rauchgase vor dem rauchgasbeheizten Luftvorwärmer (11) ein Wärmetauscher (12) angeordnet ist, der als Speisewasser-Vorwärmer oder Überhitzer geschaltet ist.
Die Erfindung betrifft eine Flammrohr-Kesselanlage zur kombinierten Dampf-Wärmeerzeugung und thermischen Verbrennung schädlicher Beimengungen in zu reinigender Verfahrensabluft.
In vielen Betrieben mit industriellen Wärmeverbrauchern erfolgt die Dampf- oder Wärmeerzeugung in sogenannten Flammrohr-Rauchrohrkesseln, die mit einem oder zwei Brennern ausgerüstet sind, wobei die Rauchgaswärme in nachgeschalteten Flamm-Rauchroiirzügen
ίο an das wärmeaufnehmender Medium, das sich Dampf, Heißwasser oder sonstige Wärmeträger, übertragen wird. Es gibt gleichfalls Betriebe, in denen stark mit übel riechenden und sonstigen die Umwelt beeinträchtigenden Stoffen beladene Luft anfällt, die als Verfahrensabis f"ft bezeichnet wird, und die aufgrund bestehender gesetzlicher Vorschriften gereinigt werden muß, bevor sie in die Atmosphäre abgeleitet werden darf.
Neben einer Behandlung in Waschprozesser. hat sich hierbei die Erhitzung durch Verbrennung auf ein Temperaturniveau größer 700—8000C als technisch geeignetste Lösung herausgestellt Es sind eine Reihe spezieller sogenannter thermischer Nachverbrennungsanlagen (TNV) entwickelt und gebaut worden, die mit oder ohne rekuperative bzw. regenerative Veirbrennungsluftvorwärmung zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades arbeiten. Dennoch ist der Wirkungsgrad dieser Anlagen durch aus technischen und wirtschaftlichen Gründen bestehende konstruktive Begrenzungen nicht besonders hoch. Es hat sich zudem gezeigt, daß diese Anlagen durch Hoch- und Tieftemperaturkorrosionen einem erheblichen Verschleiß unterworfen sind. Die Erfahrung zeigt somit, daß thermische Nachverbrennungsaniagen als Einzelaggregate sehr aufwendige Anlagesysteme zur Lösung der umwelttechnischen Probleme darstellen.
Solange die zur Dampf/Wärmeerzeugung erforderliche Verbrennungsluftmenge mit der zu behandelnden Abluftmenge in entsprechender Größenordnung liegt, ist es möglich, die Abluft den Brenne 'n der Kesselanlage als Verbrennungsluft zuzuführen, womit das Problem auf einfache und wirtschaftlich optimale Weise gelöst wird.
Dies ist jedoch nur in seltenen Fällen möglich, da die Dampf/Wärmeerzeugung und damit auch die Verbrenni,.igsluftmenge aus betrieblichen Gründen Schwankungen unterworfen ist und gut regelbar bleiben muß, während die zu behandelnde Abluftrnenge erfahrungsgemäß ständig in gleicher Größenordnung anfällt, und auch dann noch anfallen kann, wenn die Wärme/Dampf-
5u erzeugung abgestellt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flammrohr-Kesselanlage derart auszubilden, daß außer einer kombinierten Dampf-Wärmeerzeugung auch die Verbrennung von schädliche Beimengungen enthaltender Verfahrensabluft aus verfahrenstechnischen Prozessen unter Neutralisierung dieser Schadstoffe möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung eine Flammrohr-Kesselanlage vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß an einen Flammrohr-Rauchrohrkessel mit Wärmebrenner ein zusätzlicher Brenner in einem Flammrohr für die thermische Verbrennung schädlicher Beimengungen in verunreinigter Luft angebaut ist, die Rauchgase aus dem Wärmebrenner ein Flammrohr und ein- oder mehrere Rauchrohrzüge durchströmen und relativ kalt aus dem Kessel austreten, die Rauchgase aus dem zusätzlichen Brenner dagegen nur einen Flammrohr- oder Rauchrohrzug durch-
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