DE3407129C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Energie­ anlagen für Schiffe oder für stationären Betrieb, die mehrere Abhitzekessel mit Zwangsumlauf besitzen, welche von Einzelquellen mit zeitlich veränderlichem Gas­ durchsatz und veränderlicher Gastemperatur beheizt werden, z. B. bei Kesselanlagen für Motorschiffe und Gasturbinenschiffe, bei Konvertereien von Hüttenwerken oder bei Kraftwerken, und betrifft speziell ein Verfahren zur Regelung der Dampfleistung einer Abhitzeverwertungs­ kesselanlage und eine Abhitzeverwertungskesselanlage zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2.

Aus der DE-PS 4 06 296 ist eine Abhitzeverwertungskessel­ anlage mit einer Mehrzahl von Abhitzekesseln mit Zwangs­ umlauf bekannt, bei der das zuzuführende Speisewasser aufgeteilt wird und in Teilmengen jeweils separat dem in einen Abhitzekessel eintretenden Umlaufwasserstrom zugemischt wird, wobei es vorher im kälteren Bereich des Abgaskanals des Abhitzekessels, also bezüglich der Rauchgase stromabwärts vom Erhitzer des Ab­ hitzekessels, vorgewärmt wird. Auf diese Weise wird eine möglichst vollständige Ausnutzung des Wärmeinhalts der Rauchgase angestrebt.

Bei dem hier Anwendung findenden Verfahren wird jedoch der Wärmehaushalt jedes einzelnen Abhitzekessels nicht überwacht, so daß die Gefahr besteht, daß die Kessel in unterschiedlichen Zuständen betrieben werden und einzelne Kessel bei unzulässig niedrigen Temperaturen arbeiten, so daß die Gefahr der Tieftemperaturkorrosion auftritt.

Die unter dem Gesichtspunkt der Tieftemperaturkorrosion minimal zulässige Temperatur des Umlaufwassers liegt üblicherweise in einem Bereich von 135 bis 150°C. Sie hängt von den Spezifikationen des Kesselherstellers und auch von der Zusammensetzung des Brenstoffs, ins­ besondere von dessen Schwefelgehalt, und der im Betrieb gefahrenen Luftüberschußzahl ab. Die beste Ausnutzung des Wärmeinhalts der Rauchgase ergibt sich bei einem maximalen Temperaturunterschied zwischen eintretendem Umlaufwasser und Rauchgasen, d. h. bei gegebener Tempera­ tur der Rauchgase bei nahe an die minimal zulässige Temperatur herankommender Temperatur des eintretenden Umlaufwassers. Wenn die Temperaur des Umlaufwasses beim Eintritt in einen im Ekonomiserbetrieb arbeitenden Kessel die vom Standpunkt der Tieftemperaurkorrosion minimal zulässige Temperatur der Heizfläche übersteigt, wird die Abgaswärme in diesem Kessel nur noch unvoll­ ständig ausgenutzt und die Anlage arbeitet weniger wirt­ schaftlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Dampfleistung einer Abhitzeverwertungs­ kesselanlage anzugeben und eine Abhitzeverwertungskessel­ anlage zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, die es ermöglichen, den mit Gasen unterschiedlicher Temperatur beheizten Abhitzekesseln Umlaufwasser unter­ schiedlicher Temperatur zuzuführen, um dadurch eine Er­ höhung der Dampfleistung der Kesselanlage zu erreichen, wobei die Bedingungen eines zuverlässigen Betriebs hin­ sichtlich der Tieftemperaturkorrosion eines jeden Abhitzekessels gewährleistet sein sollen.

Die gestellte Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 2 gelöst.

Die vorliegende Erfindung gestattet es, die Dampfleistung einer Abhitzeverwertungskesselanlage dadurch zu erhöhen, daß den Abhitzekesseln, die mit Gasen einer erniedrigten Temperatur beheizt werden, das Umlaufwasser mit der minimal zulässigen Temperatur zugeführt wird, d. h. es wird die Fahrweise dieser Abhitzekessel vorzugs­ weise im Ekonomiserbetrieb gewährleistet. Den Abhitze­ kesseln, die mit Gasen einer höheren Temperatur beheizt werden, wird das Umlaufwasser bei einer nahe dem Siede­ punkt liegenden Temperatur zugeführt, d. h. diese Kessel arbeiten vorzugsweise im Verdampfungsbetrieb.

Dank der vorliegenden Erfindung wird es möglich, unter allen Betriebsbedingungen für die Abhitzeverwertungs­ kesselanlage eine optimale Verteilung der Wärmebelastun­ gen in den Abhitzekesseln bei der Erreichung einer maximalen Dampfleistung zu gewährleisten, weil die Wärme der Gase mit der höchsten Temperatur vorwiegend zur Dampferzeugung benutzt wird, während die Wärme der Gase mit einer erniedrigten Temperatur vorwiegend zum Nachwärmen des Wassers bis zum Siedepunkt ver­ wertet wird. Dies wird durch die erfindungsgemäße Ver­ bindung der Elemente der Abhitzeverwertungskesselanlage möglich, die es gestattet, die Temperatur des den Abhitze­ kesseln zugeführten Umlaufwassers in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Temperaturen der Gase vor diesen Kesseln zu ändern. Wenn am Eingang des erfindungsgemäßen Abhitzekessels die Temperatur des Umlaufwasses bis auf den hinsichtlich der Tieftemperaturkorrosion minimal zulässigen Wert gesenkt ist, wird diese Temperatur durch eine ständige Kühlung mit dem Speisewasser ständig aufrechterhalten, und man beginnt mit der Abkühlung des Umlaufwassers für die anderen Abhitzekesseln mit dem verbleibenden Speisewasser, wobei man jedes Mal mit dem Kessel anfängt, der die Mindesttemperatur der Gase hat. Ein derartiges Regelungsverfahren ge­ stattet es, unter den vorhandenen Beheizungsbedingungen eine besondere günstige Verteilung der Wärmebelastungen zwischen den Abhitzekesseln, die zu der Abhitzever­ wertungskesselanlage gehören, zu verwirklichen.

Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehend angeführten eingehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der eine erfindungsgemäße Abhitzeverwertungskessel­ anlage schematisch dargestellt ist.

Die dargestellte Kesselanlage enthält drei Kessel 1, 2, 3, wobei die Heizflächen eines jeden Kessels mittels Zuführungsleitungen 4, 5, 6 und Abführungs­ leitungen 7, 8, 9 jeweils zu geschlossenen Kreisen mit einem Dampfabscheider 10 verbunden sind.

Der Abscheider 10 ist an eine Rohrleitung 11 für die Zuführung des Speisewassers über parallel geschaltete, zu heizende Speisewasserleitungen 12,13, 14 in den Wärmetauschern 15, 16, 17 angeschlossen. Am Eingang der Wärmeaustauscher 15, 16, 17 sind Regelventile 18, 19, 20 angeordnet. Jeder der Abhitzekesseln 1, 2, 3 ist an die entsprechende Rohrleitung 4, 5, 6 für Umlaufwasser über Umlaufwasserkanäle 21, 22, 23 in den Wärmetauschern 15, 16, 17 angeschlossen. Dabei sind die Zuführungsrohr­ leitungen 4, 5, 6 im vorliegenden Fall mit einer Um­ laufpumpe 24 versehen. Die Anlage ist auch mit einer Speisepumpe 25 mit einem Speiseregler 26 versehen, der an einen Geber 27 des Wasserstandes im Abscheider 10 angeschlossen ist. Der Dampfraum des Abscheiders 10 ist mit einer Rohrleitung 28 zur Abführung des Dampfes an Verbraucher versehen. Die Regelventile 18, 19, 20 sind an eine Steuereinheit 29 angeschlossen, die mit Temperaturgebern 30, 31, 32 für das Umlauf­ wasser sowie mit Temperaturgebern 33, 34, 35 für die Gase vor den Abhitzekesseln 1, 2, 3 verbunden ist. Parallel zu den Rohrleitungen 4, 5, 6 ist eine Direkt­ leitung 36 mit einem Ventil 37 angeordnet. Beim Betrieb der Abhitzekessel 1, 2, 3 wird das Wasser aus dem Dampf­ abscheider 10 mittels der Umlaufpumpe 24 über die Um­ laufwasserkanäle 21, 22, 23 der Wärmeaustauscher 15, 16, 17 den beheizten Teilen dieser Abhitzekessel 1, 2, 3 zu­ geführt, wo es erwärmt und durch die Wärme der die Heiz­ flächen der Kessel berührenden Abgase teilweise ver­ dampft wird; dann wird das Wasser oder ein Dampf-Wasser- Gemisch dem Dampfabscheider 10 zugeführt, in dem der Dampf vom Wasser getrennt wird. Die Menge des der Ab­ hitzeverwertungskesselanlage zuzuführenden Speisewassers wird durch den Speiseregler 26 bestimmt, dem von dem Geber 27 des Wasserstandes im Dampfabscheider 10 ein Signal gegeben wird. Die Temperatur der Gase vor den einge­ schalteten Abhitzekesseln 1, 2, 3 wird mittels der Geber 33, 34, 35 überwacht, die an die Steuereinheit 29 angeschlossen sind, in der die Temperaturwerte der Gase vor den Abhitzekesseln 1, 2, 3 verglichen werden. Aufgrund der Vergleichsergebnisse werden in der Steuer­ einheit 29 Steuersignale erzeugt, die den Regelventilen 18, 19, 20 zugeführt werden. An die Steuereinheit 29 sind auch Temperaturgeber 30, 31, 32 für das Umlauf­ wasser angeschlossen. Mittels der Ventile 18, 19, 20, welche die Signale von der Steuereinheit 29 empfangen, wird das Speisewasser auf die Wärmeaustauscher 15, 16, 17 verteilt, wobei mit dem Abhitzekessel angefangen wird, der zum gegebenen Zeitpunkt mit Gasen der nied­ rigsten Temperatur beheizt wird.

Der Logikteil der Steuereinheit 29 kann z. B. in Form eines Programms einer Elektronenrechenmaschine ver­ wirklicht werden, die zur Überwachung und Steuerung des Betriebs einer Energieanlage verwendet wird.

Eine Besonderheit des Betriebs der erfindungsgemäßen Abhitzeverwertungskesselanlage besteht darin, daß das kühle Speisewasser dem Wärmeaustauscher des Abhitze­ kessels mit der Mindesttemperatur der Gase solange zugeführt wird, bis das Umlaufwasser in diesem Abhitze­ kessel die minimal zulässige Temperatur erreicht. Die Zuführung des Speisewassers in die Wärmetauscher anderer Abhitzekessel wird erst dann vorgenommen, wenn in dem vorhergehenden Abhitzekessel die minimal zulässige Temperatur des Umlaufwassers erreicht ist.

Das Ventil 37 ist normal geschlossen und dient zur Speisung des Dampfabscheiders 10 bei der Inbetrieb­ setzung der Anlage.

Das wird durch ein Beispiel veranschaulicht. Nehmen wird den Fall an, daß nach den Ergebnissen der Temperatur­ messung mit den Gebern 33, 34, 35 in der Steuereinheit 29 ein Vergleich der Temperaturwerte der Gase vor den Abhitzekesseln 1, 2, 3 vorgenommen wird; im Ergebnis dieses Vergleichs wurde festgestellt, daß diese Abhitze­ kessel aufgrund der Temperaturen der Gase folgende Reihe bilden: 1-2-3, d. h. daß die niedrigste Gastempera­ tur vor dem Abhitzekessel 1 und die höchste Gastemperatur vor dem Abhitzekessel 3 zu verzeichnen ist. Das Speise­ wasser wird entsprechend der Belastung der Anlage dem Dampfabscheider 10 über den Speiseregler 26 zugeführt, wobei das Wasser über das Ventil 18 in einer Menge zugeführt wird, bei der die Temperatur des mittels des Gebers 30 gemessenen Umlaufwassers der hinsichtlich der Tieftemperaturkorrosion minimal zulässigen Temperaur gleich ist; über das Ventil 19 wird das Wasser in einer Menge zugeführt, die für die Aufrechterhaltung des Wasser­ standes im Abscheider 10 notwendig ist. Auf diese Weise ist die von dem Geber 31 ermittelte Temperatur des Wassers höher als die hinsichtlich der Tieftemperatur­ korrosion minimal zulässige Temperatur. Das Ventil 20 ist geschlossen und die von dem Geber 32 festgestellte Temperatur des Wassers liegt dem Siedepunkt nahe, weil im Wärmeaustauscher 17 keine Kühlung dieses Wassers mit Speisewasser stattfindet. In den Abhitzekesseln 1 und 2 wird das Umlaufwasser bis auf den Siedepunkt er­ wärmt und es verdampft teilweise, während in dem Abhitze­ kessel 3 vorwiegend eine Wasserverdampfung stattfindet. Nehmen wird an, daß durch eine Änderung der Betriebs­ bedingungen der Anlage die Temperatur der Gase vor dem Abhitzekessel 1 anstieg und höher als die Temperatur vor dem Abhitzekessel 3 wurde. Dann bilden die Abhitze­ kessel 1, 2, 3 aufgrund der Temperatur der Gase die Reihenfolge 2-3-1. Auf ein Signal der Einheit 29 wird das Speisewasser über das Regelventil 19 dem Wärmeaustauscher 16 und weiter dem Dampfabscheider 10 in einer Menge zu­ geführt, die für die Aufrechterhaltung der Temperatur des Wassers, die von dem Geber 31, d. h., vor dem ersten Abhitzekessel 2 in der genannten Reihenfolge überwacht wird, auf einem hinsichtlich der Tieftemperatur­ korrosion minimal zulässigen Stand erforderlich ist; nachdem diese Temperatur erreicht worden ist, wird das Ventil 20 geöffnet. Wenn dabei die Aufrechterhaltung des erforderlichen Wasserstandes im Dampfabscheider 10 erzielt wird, und die von dem Geber 32 festgestellte Temperatur des Wassers höher als die minimal zulässige Temperatur ist, wird über das Ventil 18 kein Speise­ wasser zugeführt, anderenfalls wird nach dem Erreichen der minimal zulässigen von dem Geber 32 festgestellten Wassertemperatur über das Ventil 18 das Speisewasser dem Wärmeaustauscher 15 zugeführt, wobei die von den Gebern 31 und 32 festgestellte Wassertemperatur weiter auf einem minimal zulässigen Stand gehalten wird.

Durch eine solche Verbindung der Elemente der Abhitze­ verwertungskesselanlage wird es möglich, in Anwendung auf diese das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Dampfleistung einzusetzen. Da gemäß dem erfindungs­ gemäßen Verfahren bei allen Betriebszuständen der Ab­ hitzekessel diesen Umlaufwasser zugeführt wird, dessen Temperatur nicht unter der hinsichtlich der Tief­ temperaturkorrosion der Heizflächen minimal zulässigen Temperatur liegt, wird ein zuverlässiger Betrieb der gesamten Abhitzeverwertungskesselanlage gewährleistet. Dadurch, daß die Wärme der Gase mit der höchsten Tempera­ tur vorwiegend zur Dampferzeugung verwertet wird, während die Wärme der Gase mit niedrigerer Temperatur vorwiegend zum Erwärmen des Wassers auf den Siede­ punkt benutzt wird, wird es außerdem möglich, die Dampf­ leistung einer Abhitzeverwertungskesselanlage auch unter Bedingungen zu erhöhen, die sich von den Berechnungs­ bedingungen unterscheiden, z. B. auch bei sich zeitlich ändernden Beheizungsbedingungen für die zu dieser An­ lage gehörenden Abhitzekessel.

Somit wird bei den von der Berechnungsfahrweise sich unterscheidenden Fahrweisen der Abhitzeverwertungs­ kesselanlage die Dampfleistung dieser Anlage durch die optimale Verteilung der Wärmebelastungen zwischen den Abhitzekesseln unter Sicherstellung eines zuverlässigen Betriebs um 3% bis 5% erhöht. Dadurch wird das Über­ holungsintervall der Kessel um 15% bis 20% verlängert.

Claims (2)

1. Verfahren zur Regelung der Dampfleistung einer Ab­ hitzeverwertungskesselanlage, die mehr als einen Ab­ hitzekessel mit Zwangsumlauf enthält, bei dem die Temperatur des Umlaufwassers am Eingang eines jeden Abhitzekessels (1, 2, 3) gemessen wird, wobei die Temperatur des Umlaufwassers nicht unter einem minimal zulässigen Wert liegen soll, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Temperaturen der Gase vor den Abhitzekesseln (1, 2, 3) gemessen und miteinander verglichen werden,
• - das Umlaufwasser für die Abhitzekessel (1, 2, 3) je­ weils separat für jeden Abhitzekessel vom Speisewasser derart gekühlt wird, daß man jeweils für den Abhitze­ kessel zuerst regelt, der die niedrigste Temperatur der Gase aufweist, und
• - das Umlaufwasser für jeden weiteren Abhitzekessel vom Speisewasser nur dann gekühlt wird, wenn das dem vorhergehenden Abhitzekessel zugeführte Umlaufwasser bis auf die im Hinblick auf die Tieftemperaturkorrosion minimal zulässige Temperatur gekühlt ist.

2. Abhitzeverwertungskesselanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend mindestens zwei Abhitzekessel (1, 2) mit Zwangsumlauf, bei der die Heiz­ flächen eines jeden Abhitzekessels mittels Zuführungs- (4, 5) und Abführungsleitungen (7, 8) für das zu ver­ dampfende Wasser zu geschlossenenen Kreisen mit einem Dampfabscheider (10) verbunden sind und bei der eine Speisewasserrohrleitung (11) mit einem Speiseregler (26), der mit dem Dampfabscheider (10) verbunden ist, vorhanden ist, sowie Mittel zur Messung der Temperaturen des Umlaufwassers an den Eingängen in die Abhitzekessel (1, 2) installiert sind, gekennzeichnet durch

• - Mittel zur Messung der Temperaturen der Gase vor den Abhitzekesseln,
• - Wärmetauscher (15, 16, 17) vor den Abhitzekesseln für die Kühlung (21, 22, 23) des Umlaufwassers durch das sich dabei erwärmende Speisewasser (12, 13, 14),
• - Regelventile (18, 19, 20) für die Verteilung des Speisewassers auf die Wärmeaustauscher (15, 16, 17) und
• - eine Steuereinheit (29) für das Vergleichen der Temperaturwerte der Gase und zur Erzeugung der Signale für die Steuerung der Regelventile (18, 19, 20), wobei
• - die Wärmeaustauscher (15, 16, 17) sowohl zwischen der Rohrleitung (11) für das Speisewasser und dem Dampfab­ scheider (10) als auch
• - zwischen einer Umlaufpumpe (24) für das Umlaufwasser und der Heizfläche jeweils eines Abhitzekessels (1, 2, 3) angeordnet sind, und
• - die Ausgänge der Temperaturgeber (30, 31, 32; 33, 34, 35) für das Umlaufwasser und die Gase an die Eingänge der Steuereinheit (29) angeschlossen sind, deren Ausgänge mit den Regelventilen (18, 19, 20) verbunden sind.