DE3139153A1

DE3139153A1 - "verfahren zum umschalten zweier regeneratoren"

Info

Publication number: DE3139153A1
Application number: DE19813139153
Authority: DE
Inventors: G. Dr. 8022 Grünwald Linde
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1981-10-01
Filing date: 1981-10-01
Publication date: 1983-04-14
Also published as: SU1324594A3; US4424857A; AT385844B; ATA347082A

Description

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LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

(H 1266) H 81/67

Hm/fl 1.10.1981

Verfahren zum Umschalten zweier Regeneratoren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum wechselitfeisen Umschalten zxfeier Regeneratoren, von denen jeweils einer durch ein warmes Fluid erhitzt und der andere durch ein kaltes, weiteres Fluid gekühlt worden ist=

Nach dem Umschalten i-jird in den erhitzten Regenerator kai·= tes Fluid und in den gekühlten Regenerator warmes Fluid eingeleitet» Warmes und kaltes Fluid unterscheiden sich nicht nur in ihrer Temperatur, sondern auch in der chemischen Zusammensetzung» Beim Einleiten des kalten Fluids in den erhitzten Regenerator wird das in diesem noch vorhandene warme Fluid mit dem weiteren Fluid gemischt und von diesem mitgetragen« Die chemische Zusammensetzung des zu erwärmenden weiteren Fluids weicht daher unmittelbar nach der Umschaltung der Regeneratoren von der des weiteren Fluids vor dem Einleiten in den erhitzten Generator abο Dies ist aber von Nachteil und kann zu erheblichen Störungen innerhalb der nachfolgenden Verfahrensschritte führen„

3§ Werden beispieleweise Regeneratorenpaare zur Abkühlung

Form. 572S ?.?8

heißer Rauchgase aus Verbrennungsanlagen bei' gleichzeitiger Anwärmung der Verbrennungsluft genutzt/ so wird beim Umschalten von Rauchgas- auf Luftbetrieb kurzzeitig Rauchgas zum Verbrennungskessel zurückgefahren, bevor die Luft den Regeneratorinhalt verdrängt hat. Der Verbrennung wird für kurze Zeit ein Rauchgas-Luft-Gemisch zugeführt, so daß im Kessel Luft- bzw. Sauerstoffmangel herrscht und eine Störung der Verbrennung eintritt.

Bei großen Kesseln sind zwar aus Gründen wirtschaftlicher Baubarkeit unter Umständen mehrere parallele Regeneratorenpaare erforderlich (z.B. 3 bis 4 Paare doppelflutiger Regeneratoren bei einem 300 MW-Kraftwerk mit 10 m³/h Rauchgasen). Durch zeitliche Versetzung der Schaltung der einzelnen Paare ist es - verbunden mit einer Bypass-Regelung - möglich, die Schwankungen von Brennluftmenge und Sauerstoff-Konzentration in gewissen Grenzen zu unterdrücken. Bei der Führung der Luft im Bypass wird aber kurzfristig nicht vorgewärmte Luft zur Verbrennung geleitet.

In jedem Fall wird die gleichmäßige Verbrennung des Brennstoffes gestört. Dies ist insbesondere auch wegen der schnellen Schaltfolgen von wenigen Minuten von erheblichem Nachteil.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art anzugeben, bei dem durch den Umschaltvorgang keine störenden Einflüsse auf die der Erwärmung des weiteren Fluids nachfolgenden Verfahrensschritte ausgeübt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zufuhr des kalten Fluids zum gekühlten Regenerator und die des warmen Fluids zum erhitzten Regenerator unterbrochen werden, wobei das warme Fluid dem gekühlten Rege-

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nerator zugeführt? das kalte Fluid zunächst durch einen den Regeneratoren parallelgeschalteten Wärmespeicher geleitet, ein Teil dieses im Wärmespeicher erwärmten Fluids in den erhitzten Regenerator zum Ausspülen von in diesem Regenerator verbliebenem, warmem Fluid eingespeist und anschließend das kalte Fluid vollständig durch den erhitzten Regenerator geführt wird.

Erfindungsgemäß wird das kalte Fluid beim Umschalten nicht sofort in den erhitzten Regenerator eingeleitet, sondern in einem Bypass um die Regeneratoren geleitet und dabei erhitzt. Die Menge des kalten Fluids ist dabei zumindest während des Umschaltvorganges größer als die in den nachfolgenden Verfahrensschritten benötigte Menge. Nach der Erwärmung des ursprünglich kalten Fluids im Wärmespeicher wird die überschußmenge erfindungsgemäß dazu benutzt, den erhitzten Regenerator von dessen Inhalt an warmem Fluid freizuspülen. Erst nach dem Ausspülen des erhitzten Regenerators wird das kalte Fluid nicht mehr über den Wärmespeicher, sondern direkt durch den erhitzten Regenerator geführt=

Mit Vorteil ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, daß das ursprünglich kalte Fluid für die weiteren Verfahrensschritte stets in einer zeitlich konstanten Menge, in konstanter chemischer Zusammensetzung und mit konstanter Temperatur bereitgestellt werden kann» Störungen werden beim Umschalten der Regeneratoren praktisch völlig ferngehalten.

Grundsätzlich kann die Wärme des Wärmespeichers durch jede geeignete Wärmequelle bereitgestellt werden= In einer Variante des Erfindungsgedankens ist es aber besonders vorteilhaft, einen Teil des kaiton Fluids nach dessen Erwärmung in einem der Regeneratoren durch den Wärmespeicher zu leiten. Diese Variante ist stets dann, besonders zweckmäßig Sg einzusetzen, wenn die Wärmekapazität des warmen Fluids

Perm. S720 7.78

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größer als die des kalten Fluids ist. Dies ist beispielsweise bei dem eingangs geschilderten Fall der Abkühlung heißer Rauchgase aus Verbrennungsanlagen bei gleichzeitiger Anwärmung von Verbrennungsluft der Fall: Erstens ist die Rauchgasmenge praktisch immer etwas größer als die Luftmenge und zwar um die im Brennstoff molekular gebundenen Anteile an Stickstoff, Wasser und Sauerstoff. Zweitens ist aber auch die spezifische Wärme der Verbrennungsprodukte Kohlendioxid und Wasser merklich höher als die des Luftsauerstoffs.

Man kann daher stets etwas mehr des ursprünglich kalten, weiteren Fluids durch den jeweils erhitzten Regenerator leiten, als in nachfolgenden Verfahrensschritten benötigt wird. Mit diesem überschußanteil an weiterem Fluid wird der erfindungsgemäße Wärmespeicher in der Zeit zwischen zwei Umschaltphasen aufgeheizt. Während des Umschaltvorganges wird der Wärmespeicher von der gesamten Menge des weiteren Fluids - vorteilhafterweise in umgekehrter Richtung - durchströmt.

In einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankehs wird der zum Ausspülen des Regenerators dienende Teil des im Wärmespeicher erhitzten Fluids am warmen Ende in den Regenerator eingespeist und an dessen kaltem Ende über die Leitung für das im Regenerator abgekühlte, ursprünglich warme Fluid abgezogen.

Für den Fall der Wärmerückgewinnung von Rauchgasen werden diese nach der Abkühlung im Regenerator in einen Kamin geleitet. Nach der Umschaltung wird Luft am warmen Ende des Regenerators eingeleitet, so daß das im Regeneratorvolumen gespeicherte Rauchgas durch Luft verdrängt und zum Kamin gefahren wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Wärme-

Form. 572β 7.78

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speicher gerade so.groß bemessen, daß dessen Wärmekapazität gerade ausreicht, um das kalte Fluid während des Umschaltvorganges auf die Temperatur anzuwärmen, die das kalte Fluid nach Durchströmen eines Regenerators besitzt.

Im folgenden soll anhand einer schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel erläutert werden %

In der Skizze sind zwei Regeneratoren 1, 2 dargestellt, die zur Abkühlung heißer Rauchgase aus Verbrennungsanlagen bei gleichzeitiger Anwärmung von Verbrennungsluft dienen„ Heißes Rauchgas wird über eine Leitung 3 entweder über eine Klappe 6 in Regenerator 1 oder über eine Klappe 8 in Regenerator 2 eingeleitet. In abgekühltem Zustand ver-

1S läßt das Rauchgas den jeweiligen Regenerator über eine Klappe 12 bzw» 14 und strömt über eine Leitung 4 zum Kamin« Im Ausführungsbeispiel soll das Rauchgas zunächst durch Regenerator 1 strömen. In diesem Fall wird Luft von Umgebungstemperatur durch eine Leitung 5 über eine Klappe 15 in Regenerator 2 eingeleitet. Dieser Regenerator ist in der vorangegangenen Schaltphase durch Rauchgase erhitzt worden. Nach dem Erwärmen in Regenerator 2 wird die erhitzte Luft über eine Klappe 9 und eine Leitung 19 in den Kessel eingespeist. Weitere Klappen 7 und 8 an den jeweils warmen Regeneratorenenden bzw. Klappen 13 und 14 an den kalten Regeneratorenenden dienen zur Führung der Rauchgase (Klappen 8 und 14) bzw. der Luft (Klappen 7 und 13) in der nächsten Schaltphase. Diese Klappen sind aber zunächst geschlossen. Da nun die Rauchgasmenge - wie bereits erläutert - praktisch immer etwas größer als die Luftmenge ist und zudem die spezifische Wärme der Verbrennungsprodukte Kohlendioxid und Wasser merklich höher ist als die des Luftsauerstoffs, ist es möglich, eine größere Luftmenge durch einen Regenerator zu leiten, als der Rauchgasmenge entspricht, die in der vorausgegangenen Schaltphase durch diesen Regenerator

Form. 6729 7.70

geleitet worden ist.

Dies bedeutet, daß nicht die gesamte im Regenerator 2 erhitzte Luftmenge zum Kessel geführt werden muß, sondern der Uberschußanteil an heißer Luft Über eine Leitung 20 zu einem Wärmespeicher 17 geleitet werden kann. Durch die heiße Luft wird der Wärmespeicher 17 erhitzt. Die im Wärmespeicher 17 abgekühlte Luft verläßt diesen über eine mittels einer Klappe 11 absperrbare und in die zum Kamin führende Rauchgas-Leitung 4 mündende Leitung 18. Zwischen Wärmespeicher 17 und Klappe 11 zweigt eine Leitung 16 mit einer Klappe 10, die im Ausführungsbeispiel zunächst geschlossen ist, ab und mündet in die Luftleitung 5.

Ist Regenerator 1 durch die Rauchgase ausreichend aufgeheizt, bzw. Regenerator 2 durch die Luft weitgehend abgekühlt worden, wird umgeschaltet. Zu diesem Zweck werden die Klappen 6, 9, 11 und 15 geschlossen, während die Klappen 8, 10, 14 und 7 geöffnet werden. Das Rauchgas strömt nunmehr durch Regenerator 2 zum Kamin. Die Luft strömt für die Dauer des Umschaltvorganges durch keinen der beiden Regeneratoren, sondern über Leitung 16 und Klappe 10 zum Wärmespeicher 17. Die im Wärmespeicher 17 gespeicherte Wärme ist gerade groß genug, um die gesamte Luft während des Umschaltvorganges auf die während des übrigen Betriebes erreichte Temperatur anzuwärmen, über Leitung 2 0 strömt die erwärmte Luft zum Großteil in Leitung 19 und somit zum Kessel, zum Teil aber auch über Klappe 7 in den Regenerator 1, der bisher durch die Rauchgase erhitzt worden war und der daher noch mit Rauchgasen gefüllt ist. Durch die über Klappe 7 einströmende Luft wird nun das verbliebene Rauchgas, das bisher beim Umschalten von Rauchgas- auf Luftbetrieb zum Kessel zurückgefahren worden war, aus Regenerator 1 ausgespült. Das Rauchgas-Lüft-Gemisch verläßt Regenerator 1 über die noch geöffnete Klappe 12 (Rauchgas-Form. S729 7.78

auslaß) und strömt zum Kamin« Nachdem das Rauchgas ausgespült worden ist, werden die Klappen 12 und 10 geschlossen, während die Klappen 11 und 13 geöffnet werden« Die Luft strömt nun vollständig von Leitung 5 in Regenerator 1 und nimmt dort gespeicherte Wärme auf. Nach dem Austritt aus Regenerator 1 wird der Großteil der Luft über Leitung 19 zum Kessel und ein kleinerer Teil der Luft erneut zum Wärmespeicher zu dessen Aufheizung geleitet.

Dieser Umschaltvorgang dauert einige, beispielsweise 3 Sekunden. Alle Klappen werden automatisch in der richtigen zeitlichen Reihenfolge geschaltet. Die durch Leitung 19 strömende Luftmenge ist stets gleich groß und frei von Rauchgasanteilen.

Der Uberschußanteil der Luft, um den die in Leitung 5 strömende Luftmenge größer ist als die in Leitung 19 strömende Luftmenge dient entweder zum Aufheizen des Wärmespeichers 17 zwischen 2 Umschaltvorgängen oder zum Ausspülen eines Regenerators während eines Umschaltvorganges. Dieser Uberschußanteil wird jeweils in den Kamin abgegeben. Auf diese Weise "merkt" der Feuerraum des Kessels vom Umschaltvorgang praktisch nichts.

Ist nun Regenerator 2 erhitzt und Regenerator 1 abgekühlt, erfolgt die Umschaltung in analoger Weise. Das heißt, die Klappen 7, 8, 11 und 13 werden geschlossen und die Klappen 6,9, 10 und 12 geöffnet. Ist Regenerator 2 ausgespült, werden die Klappen 14 und 10 geschlossen und die Klappen 15 und 11 geöffnet usw.

Perm. B72S 7.73

-40-Leerseite

Claims

(H 1266) H 81/67

Hm/ fl 1.10.1981

Patentansprüche

Verfahren sum wechselweisen Umschalten zweier Regeneratoren? von denen jeweils einer durch ein warmes Fluid erhitzt und der andere durch ein kaltes, weiteres Fluid gekühlt worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des kalten Fluids zum gekühlten Regenerator und die des warmen Fluids zum erhitzten Regenerator unterbrochen werden, wobei das warme Fluid dem gekühlten Regenerator zugeführt, das kalte Fluid zunächst durch einen den Regeneratoren parallelgeschalteten Wärmespeicher geleitet, ein Teil dieses im Wärmespeicher erwärmten Fluids in den erhitzten Regenerator zum Ausspülen von in diesem Regenerator verbliebenem, warmem Fluid eingespeist und anschließend das kalte Fluid vollständig durch den erhitzten Regenerator geführt wird.

2„ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher durch einen Töilstrom des im Regenerator angewärmten, ursprünglich kalten Fluids aufgeheizt wird»

ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Ausspülen des Regenerators

Form. 3723 7.78

1 dienende Teil des im Wärmespeicher erhitzten Fluids am warmen Regeneratorende eingespeist und an dessen kalten Ende über die Leitung für das im Regenerator abgekühlte, ursprünglich warme Fluid abgezogen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, daß die Wärmekapazität des Wärmespeichers gerade ausreicht, um das kalte Fluid während des Umschaltvorganges auf die Temperatur anzuwärmen, die das kalte Ί° Fluid nach Durchströmen eines Regenerators besitzt.

Form. 5729 7.7β