DE3344712C1

DE3344712C1 - Dampferzeuger

Info

Publication number: DE3344712C1
Application number: DE19833344712
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 4030 Ratingen Müller
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1983-12-10
Filing date: 1983-12-10
Publication date: 1985-04-18

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, vorzugsweise Zwangdurchlauf-Dampferzeuger, mit einem Speisewasservorwärmer und einem rauchgasseilig zwischen Kesselaustritt und Lufterhitzereintritt angeordneten Katalysator zur Stickoxid-Verminderung, mit einer zwischen dem Austrittsammler des Speisewasservorwärmers und dem Eintritt in die Verdampferheizflächen angeordneten Mischstelle in Form eines Verbindungsrohres, sowie mit einem Überhitzer.

Dampferzeuger der voranstehend beschriebenen Art mit einem Katalysator zur Verringerung der im Rauchgas enthaltenen Stickoxide sind bekannt. Die Wirksamkeit der Katalysatoren zur Stickoxid-Verminderung ist hierbei auf einen engen Temperaturbereich der Rauchgase zwischen 340⁰C und 400⁰C beschränkt. Bei einer Rauchgastemperatur oberhalb von 400⁰C und unterhalb von 340°C>verlierendie Katalysatoren ihre Wirkung.

Da Dampferzeuger nur in Ausnahmefällen mit gleichbleibender Last betrieben werden, müssen Maßnahmen getroffen werden, um auch bei sehr unterschiedlichen Lastfällen die Wirksamkeit der Katalysatoren sicherzustellen. Während ein Überschreiten der oberen Temperaturgrenze der dem Katalysator zugeführten Rauchgase durch eine entsprechende bauliche Konzeption des Dampferzeugers vermieden werden kann, bereitet es Schwierigkeilen, bei niedriger TdIIaM ein Unterschreiten der unteren Temperaturgrenze zu verhindern.

Bei bekannten Dampferzeuger-Konstruktionen wird zu diesem Zweck ein Teil der Rauchgase vom normalen Rauchgasstrom abgezweigt, um Vorheizflächen für das Speisewasser bzw. die Verbrennungsluft herumgeleitet und dem Rauchgaskanal vor dem Katalysator zugeführt, so daß dieser heiße Rauchgasteilstrom nach seiner Vermischung mit den durch Wärmeaustausch abgekühlten Rauchgasen die Rauchgastemperatur vor dem Eintritt in den Katalysator erhöht. Diese bekannten Maßnahmen besitzen verschiedene Nachteile. Zum einen ist ein großer technischer Aufwand erforderlich, weil die Kanäle und Riegelklappen für den heißen Rauchgasteilstrom große Abmessungen aufweisen müssen. Zinn anderen entstehen bei der Vermischung des heißen Rauchgasteilstromes mit dem kälteren Rauchgasstrom Temperatursträhnen, die sich mit vertretbarem technischen Aufwand nicht vermeiden lassen. Derartige Temperatursträhnen verringern jedoch die Wirksamkeit der Katalysatoren.

Ausgehend von einem Dampferzeuger der eingangs beschriebenen Art, insbesondere einem Zwangdurehlauf-Dampferzeuger, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Temperatur der Rauchgase vor deren Eintritt in den Katalysator unter allen Lastbedingungen und mit geringem technischen Aufwand auf den schmalen Temperaturbereich zwischen 340"C und 400"C /ti begrenzen, ohne daß aufwendige Rauchgaskanäle erforderlich sind und die Gefahr der Bildung von Temperatursträhnen besteht.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der zum Eintrittsammler des Speisewasservorwärmers führenden Speisewasserleitung ein Dreiwegeventil angeordnet ist, von dem eine Abzweigleitung zum unteren Teil der Mischstelle führt, und daß der obere Teil der Mischstelle über ein Regelventil und eine Dampfleitung mit dem Überhitzer verbunden ist.

Durch das erfindungsgemäße Aufspalten des Speisewasserstromes in einen Teil, der dem Speisewasservorwärmer zugeführt wird, und einen Teil, der direkt in die Mischstelle geführt wird, ist es bei allen Lastbedingungen möglich, die untere Grenze des Temperaturbereiches nicht zu unterschreiten. Der zur Vermeidung einer Unterkühlung der Rauchgase am Speisewasservorwärmer vorbeigeführte Speisewasserteilstrom gelangt hierbei unmittelbar in die Mischstelle. Die Temperatur der aus dem Speisewasservorwärmer austretenden Rauchgase kann somit dadurch oberhalb von 340°C gehalten werden, daß bei Bedarf ein bestimmter Teil des Speisewassers am Speisewasservorwärmer vorbeigeführt wird.

Da es bei einer Beaufschlagung des Speisewasservorwärmers nur mit einem Teil des dem Verdampfer zuzuführenden Speisewassers nicht ausgeschlossen werden kann, daß der dem Speisewasservorwärmer zugeführtc Teilstrom zumindest teilweise verdampft, wird mit der erfindungsgemäßen Dampfleitung, die den oberen Teil der Mischstelle über ein Regelventil mit dem Überhitzer verbindet, dafür gesorgt, daß dieser aus dem Austrittsammler des Speisewasservorwärmers austretende Dampf nicht in die Verdampferheizflächen gelangen

kann, weil er hier zu örtlichen Überhitzungen und damit Zerstörungen der gasdicht verschweißten Wände führen würde. Bei dem erfindungsgemäßen Dampferzeuger wird dieser im Speisewasservorwärmer entstehende Dampf aus dem oberen Teil der Mischstelle unter Um-

M) gehung des Verdampfers unmittelbar dem Überhitzer des Dampferzeugers zugeführt. Die zu diesem Zweck vorgesehene Dampfleitung kann durch das Regelventil vollständig verschlossen werden, um den Eintritt von Speisewasser in den Überhitzer zu verhindern, wenn kein Dampf im Speisevorwärmer entsteht.

Mit der Erfindung ist es somit möglich, durch einfache technische Maßnahmen, die im wesentlichen nur zwei Leitungen und zwei Ventile umfassen, ein Untcrschrei-

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lon der unteren Temperaturgrenzc der dem Katalysator zugeführten Rauchgase bei allen Lastzuständen des Dampferzeugers zu vermeiden. Aufgrund dieser einfachen technischen Lösung der eingangs geschilderten Aufgabe und aufgrund des geringen Raumbedarfes läßt sich die Erfindung nicht nur auf neu zu erstellende Dampferzeuger anwenden, sondern ist ebensogut geeignet, vorhandene Dampferzeuger, die zur Verminderung der Stickoxide ihrer Rauchgase mit Katalysatoren ausgestattet werden, nachträglich umzurüsten.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Dreiwegeventil in der Speisewasserleitung durch einen im Rauchgaskanal vor dem Katalysator angeordneten Temperaturfühler gesteuert werden. Mit Hilfe dieses Temperaturfühlers wird die Stellung des Dreiwegevcntils verändert, so daß bei Unterschreiten einer vorgegebenen Rauchgastemperatur ein bestimmter Teilstrom des Speisewassers unter Umgehung des Speisewasservorwärmers direkt in die Mischstelle geführt wird, wobei die Größe dieses Teilstromes temperaturabhängig verändert werden kann.

Das Regelventil in der Dampfleitung kann erfindungsgemäß durch eine Wasserstandsregelung in der Mischstelle gesteuert werden, so daß einerseits stets ein Wasserstand in der Mischstelle gehalten wird, sobald Dampf aus dem Speisewasservorwärmer austritt, und andererseits ein Verschließen der Dampfleitung erfolgt, wenn durch Überschreiten eines maximalen Wasserstandes die Gefahr besteht, daß Wasser über die Dampfleitung in die Überhitzerheizflächen gelangen könnte.

In der Zeichp'ing ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dampferzeugers anhand eines vereinfachten Schaltbildes dargestellt

Die Zeichnung zeigt eine Speisewasserpumpe 1, die über eine Speisewasserleitung la mit dem Eintrittsaminlcr 2a eines Speisewasservorwärmers 2 verbunden ist. Das in diesem Speisewasservorwärmer 2 durch die Rauchgase erwärmte Speisewasser gelangt in einen Auslrillsammlcr 26, der mit dem oberen Teil einer Mischslelle 3 verbunden ist, die in der Art eines Verbindungsrohres für eine Mischung des Speisewassers sorgt, bevor dieses einem Verdampfer 4 zugeführt wird. Der aus dem Verdampfer 4 austretende Dampf gelangt über eine Leitung 5 zum Überhitzer, der auf der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Das in einer nicht dargestellten Brennkammer erhitzte Gas, das einen Teil seiner Wärme zuerst an die Verdampferheizflächen und danach an nicht dargestellte Überhitzungsheizflächen abgegeben hat, wird vor seinem Austritt aus dem eigentlichen Kessel den Wärmetauschflächen des Speisewasservorwärmers 2 zugeführt, bevor es in einen Rauchgaskanal 6 gelangt, in dem ein Katalysator 7 angeordnet ist. Mit Hilfe dieses Katalysators 7 werden dem Rauchgas Stickoxide entzogen, bevor das Rauchgas gemäß dem in der Zeichnung dargestellten Pfeil 8 einem nicht dargestellten Luftvorwärmer zugeführt wird. Üblicherweise werden die Rauchgase nach Passieren des Luftvorwärmers noch einem Elektrofilter zugeführt, bevor sie in die Atmosphäre geleitet werden.

Während es durch die bauliche Konzeption des Dampferzeugers möglich ist, dafür zu sorgen, daß in keinem Lastbereich die dem Rauchgaskanal 6 mit dem Katalysator 7 zugeführten Rauchgase die Obergrenze des zwischen 340⁰C und 400⁰C liegenden Temperaturbereiches überschreiten, sind besondere Maßnahmen getroffen, um ein Unterschreiten der unteren Temperaturgrenze von 340" C zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist in der Speisewasserlcilung la zwischen Speisewasserpumpe 1 und Einlrittsammler 2a des Speisewasservorwärmers 2 ein Dreiwegeventil 9 angeordnet, von dem eine Abzweigleitung 10 zum unteren Teil der Mischstelle 3 führt. Auf diese Weise ist es möglich, einen Teilstrom des Speisewassers unter Umgehung des Speisewasservorwärmers 2 unmittelbar der Mischstelle 3 zuzuführen. Die Stellung des Dreiwegeventils 9 wird

ίο durch einen Temperaturfühler 11 gesteuert, der vor dem Katalysator 7 im Rauchgaskanal 6 angeordnet ist.

Sobald durch diesen Temperaturfühler 11 im Rauchgaskanal 6 festgestellt wird, daß sich die Rauchgastemperatur im Rauchgaskanal 6 der unteren Grenze des voranstehend erwähnten Temperaturbereichs nähert, wird das Dreiwegeventil 9 derart verstellt, daß ein Teilstrom des Speisewassers unter Umgehung des Speisewasservorwärmers 2 der Mischstelle 3 zugeführt wird. Durch diese Herabsetzung der den Speisewasservorwärmer 2 durchströmenden Wassermenge wird dem Rauchgasstrom eine geringere Wärmemenge im Speisewasservorwärmer 2 entzogen, so daß die Temperatur der in den Rauchgaskanal 6 eintretenden Rauchgase ansteigt. Es wird somit dafür gesorgt, daß die untere Temperaturgrenze von 340⁰C auch dann nicht unterschritten wird, wenn der Dampferzeuger beispielsweise mit Teillast betrieben wird.

Wenn dem Speisewasservorwärmer 2 nur ein-sehr geringer Teil des Speisewassers zugeführt wird, weil der größte Teil des Speisewassers über die Abzweigeleitung 10 unmittelbar in die Mischstelle 3 geleitet wird, kann der Fall eintreten, daß zumindest ein Teil des dem Speisewasservorwärmer 2 zugeführten Speisewassers aufgrund des Wärmeaustausches mit dem Rauchgas verdampft. Dieser in den Austrittsammler 2b gelangende Dampf gelangt zusammen mit dem erwärmten Speisewasser in die Mischstelle 3, welche die Form eines Verbindungsrohres hat. Der Dampf wird sich im oberen Teil dieses rohrförmigen Gehäuses sammeln.

Um sicherzustellen, daß kein Dampf aus der Mischstelle 3 in die Heizflächen des Verdampfers 4 gelangt, weil er hier zu örtlichen Überhitzungen und damit zu Zerstörungen der gasdicht verschweißten Verdampferwände führen würde, ist der obere Teil der Mischstelle 3 über eine Dampfleitung 12 mit der zum Überhitzer führenden Leitung 5 des Dampferzeugers verbunden. Diese Dampfleitung 12 führt somit den sich im oberen Teil der Mischstelle 3 ansammelnden trockenen Dampf unter Umgehung des Verdampfers 4 unmittelbar den

Überhitzerflächen zu, so daß keine Probleme bei der Beimischung dieses Dampfes aus der Mischstelle 3 entstehen. Damit sichergestellt ist, daß durch die Dampfleitung 12 kein Wasser in die Überhitzerheizflächen gelangen kann, ist in der Dampfleitung 12 ein Regelventil 13 angeordnet, welches die Dampfleitung 12 abschließen kann.

Die Stellung des Regelventils 13 ist bei dem auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Wasserstandsregelung 14 steuerbar, die in der Mischstelle 3 angeordnet ist. Diese Wasserstandsregelung 14 sorgt dafür, daß das Regelventil 13 geschlossen ist, wenn der in der Zeichnung angedeutete maximale Wasserstand überschritten wird. Hierdurch wird das Eintreten von Wasser über die Dampfleitung 12 in die Überhitzerheizflächen verhindert. Wird dagegen der eingezeichnete minimale Wasserstand unterschritten, weil die in der Mischstelle 3 vorhandene Dampfmenge zunimmt und demzufolge der Wasserstand absinkt, wird das Regel-

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ventil 13 geöffnet, so daß dieser trockene Dampf über die Dampfleitung 12 den Überhitzerheizflächen zugeführt werden kann. Mit dieser Ableitung des Dampfes aus der Mischstelle 3 steigt deren Wasserstand an. Selbstverständlich ist es hierbei möglich, eine feinfühlige Wasserstandsregelung 14 zu verwenden, die im Falle des Auftretens von Dampf in der Mischstelle 3 deren Wasserstand auf einem mittleren Niveau hält

Mit den voranstehend geschilderten Maßnahmen wird sichergestellt, daß die dem Katalysator 7 zugeführten Rauchgase die untere Temperaturgrenze von 34O⁰C nicht unterschreiten und zwar unabhängig vom jeweiligen Lastzustand des Dampferzeugers. Die Steuerung sowohl des Dreiwegeventils 9 als auch des Regelventils 13 erfolgt hierbei selbsttätig in Abhängigkeit einerseits vom Temperaturfühler 11 und andererseits von der Wasserstandsregelung 14 in der Mischstelle 3.

Bezugsziffernliste:

1 Speisewasserpumpe
la Speisewasserleitung

2 Speisewasservorwärmer

2a Eintrittsammler

26 Austrittsammler

3 Mischstelle

4 Verdampfer

5 Leitung zum Überhitzer

6 Rauchgaskanal jo

7 Katalysator

8 Rauchgase zum Luftvorwärmer

9 Dreiwegeventil

10 Abzweigleitung

11 Temperaturfühler

12 Dampfleitung

13 Regelventil

14 Wasserstandsregelung

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Dampferzeuger, vorzugsweise Zwangdurchlauf-Dampferzeuger, mit einem Speisewasservorwärmer und einem rauchgasseitig zwischen Kesseiaustritt und Lufterhitzereintritt angeordneten Katalysator zur Stickoxid-Verminderung, mit einer zwischen dem Austrittsammler des Speisewasservorwärmers und dem Eintritt in die Verdampferheizflächen angeordneten Mischstelle in Form eines Verbindungsrohres, sowie mit einem Überhitzer, dadurch gekennzeichnet, daß in der zum Eintrittsammler (2a) des Speisewasservorwärmers (2) führenden Speisewasserleitung (Ia^ ein Dreiwegeventil (9) angeordnet ist, von dem eine Abzweigleitung (10) zum unteren Teil der Mischstelle (3) führt, und daß der obere Teil der Mischstelle (3) über ein Regelventil (13) und eine Dampfleitung (12) mit dem Überhitzer verbunden ist.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwegeventil (9) in der Speisewasserleitung (la) durch einen Rauchgaskanal (6) vor dem Katalysator (7) angeordneten Temperaturfühler (11) steuerbar ist.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (13) in der Dampfleitung (12) durch eine Wasserstandsregelung (14) in der Mischstelle (3) steuerbar ist.