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Die vorliegende Erfindung betrifft generell eine
Abwärmerückgewinnungseinrichtung zur Verwendung in
kombinierten Kraftwerken, und insbesondere eine
Abwärmerückgewinnungseinrichtung der im beigefügten
Anspruch 1 bezeichneten Art.
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Kombinierte Kraftwerke haben in jüngster Zeit als eine
effiziente Form der Elektrizitätsgewinnung die
Aufmerksamkeit auf sich gezogen. In einem derartigen
kombinierten Kraftwerk erfolgt die Erzeugung der elektrischen
Energie dadurch, daß zunächst mit Hilfe einer Gasturbine
Elektrizität erzeugt wird, die Wärme aus den von der
Gasturbine ausgestoßenen Abgasen mit Hilfe eines
Abwärmerückgewinnungswärmetauschers zurückgewonnen wird,
und dann eine Dampfturbine betrieben wird, die den im
Abwärmerückgewinnungswärmetauscher produzierten Dampf
verwendet.
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Ein bisher in dieser Art von Kraftwerken verwendetes
Abwärmerückgewinnungssystem ist aus US-A-4 394 813
bekannt. Dieses bekannte System umfaßt einen
Abgasekonomiser,
der Wärmeübertragungsabschnitte einschließlich
eines Vorwärmabschnitts, einen Verdampfungsabschnitt und
einen Überhitzerabschnitt, einen Speisewassererhitzer,
eine Dampfabscheidertrommel, einen
Niederdruckdampferzeuger und eine Zweidruckdampfturbine aufweist, und beim
Betrieb dieses Systems werden im Vorwärmabschnitt des
Abgasekonomisers ein Temperaturgradient des
Umlaufwassers und ein Temperaturgradient der Abgase im
wesentlichen aneinander angeglichen, um zu verhindern,
daß das Rohr des Abgasekonomisers durch die erzeugte
Schwefelsäure korrodiert.
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In diesem Zusammenhang wird die Temperatur am Einlaß des
Ekonomisers durch Steuern des Mischungsverhältnisses an
einem Heizapparat gesteuert, um zu verhindern, daß eine
Niedrigtemperaturkorrosion auftritt. Die
Einlaßtemperatur wird gemäß der Menge an SOx gesteuert, die im Abgas
enthalten ist. Die Wärmeübertragungsfläche des
Abgasekonomisers bleibt unverändert, nur die Temperatur wird
in Abhängigkeit von der vorhandenen Menge an SOx
gesteuert.
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Des weiteren offenbart GB-A-2 099 558 ein Kraftwert mit
einem kombinierten Zyklus, in der andererseits das Abgas
einer Gasturbine verwendet wird, um in einem
Wärmerückgewinnungsdampferzeuger, der drei Heizabschnitte, einen
Ekonomizer, einen Verdampfer und einen Dampfüberhitzer
umfaßt, Wasser zu Dampf zu erwärmen. Beim Betrieb des
Wärmerückgewinnungsdampferzeugers wird einem
Mittelabschnitt des Ekonomisers Kühlwasser zugeleitet, um zu
verhindern, daß Dampfaus dem Auslaß des Ekonomisers
austritt. Am Einlaß des Ekonomisers gibt es keine
Temperatursteuerung und auch die Wärmeübertragungsfläche
wird unverändert gelassen.
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Ein typisches Beispiel für ein kombiniertes Kraftwerk
vom Stand der Technik wird nun im folgenden unter Bezug
auf eine schematische Darstellung seines Gesamtsystem
erläutert, die in Fig. 13 gezeigt ist.
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Wie gezeigt, wird durch ein Luftzuleitungsrohr 1 Luft A
und durch ein Kraftstoffzuleitungsrohr 2 Kraftstoff F
zugeführt, gemischt und in einer Brennkammer 3
verbrannt, das entstehende Verbrennungsgas treibt den
Rotor einer Gasturbine 4 zur Drehung an, wodurch
elektrische Energie erzeugt wird. Nachdem das
Verbrennungsgas in der Gasturbine 4 verwendet worden ist, wird
es als Abgas G in einen Abgaskanal 6 eines
Abwärmerückgewinnungsdampferzeugers 5 eingeleitet. Ein
Niederdruckdampferzeuger 10 und ein Hochdruckdampferzeuger 15 sind
entlang des Abgaskanals 6 von dessen stromab liegender
Seite zur stromaufliegenden Seite hin angeordnet. Der
Niederdruckdampferzeuger 10 umfaßt einen
Niederdruckekonomiser 7, einen Niederdruckverdampfer 8 und eine
Niederdrucktrommel 9, und der Hochdruckdampferzeuger 15
umfaßt einen Hochdruckekonomiser 11, einen
Hochdruckverdampfer 12, eine Hochdrucktrommel 13 und einen
Dampfüberhitzer 14.
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Speisewasser WF, das als ein zu erwärmendes Fluid dient,
wird durch eine Speisewasserpumpe 16 durch ein
Speisewasserrohr 17 zum Niederdruckekonomiser 7 geleitet. Nach
dem Vorwärmen bis auf eine vorbestimmte Temperatur im
Niederdruckekonomiser 7 wird das Speisewasser WF durch
ein Trommelspeisewasserrohr 18 zur Niederdrucktrommel 9
geleitet.
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Das zur Niederdrucktrommel 9 geleitete Speisewasser WF
wird entweder auf eine natürliche Weise oder durch ein
herabhängendes Niederdruckrohr 19, den
Niederdruckverdampfer
8 und die Niederdrucktrommel 9 gesteuert im
Kreislauf zurückgeführt. Während dieser Rückführung wird
das Speisewasser WF erwärmt und in der
Niederdrucktrommel 9 in Wasser und Dampf getrennt. Das derart
abgeschiedene Wasser wird weiter durch das herabhängende
Niederdruckrohr 19, den Niederdruckverdampfer 8 und die
Niederdrucktrommel 9 im Kreislauf zurückgeführt, während
der Dampf über ein Hauptdampfrohr 20 einer Dampfturbine
21 zugeführt wird.
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Inzwischen wird Wasser einer hohen Temperatur WR, das am
Auslaß des Niederdruckekonomisers 7 abgezweigt wird,
teilweise über ein Hochdruckspeisewasserrohr 23 mit
Hilfe einer Speisewasserpumpe 22 des Dampferzeugers dem
Hochdruckekonomiser 11 zugeführt. Nach dem Erwärmen auf
eine vorgegebene Temperatur im Hochdruckekonomiser 11
wird das Wasser einer hohen Temperatur WR durch eine
Trommelspeisewasserpumpe 24 der Hochdrucktrommel 13
zugeleitet.
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Wie beim Niederdruckdampferzeuger 10 wird das zur
Hochdrucktrommel 13 geleitete Speisewasser durch ein
nach unten gerichtetes Hochdruckrohr 25, den
Hochdruckverdampfer 12 und die Hochdrucktrommel 13 im Kreislauf
zurückgeführt. Während dieser Rückführung wird das
Speisewasser in der Hochdrucktrommel 13 in Wasser und
Dampf getrennt. Der derart abgeschiedene Dampf wird
durch ein Dampfauslaßrohr 26 dem Dampfüberhitzer 14
zugeführt. Nachdem die Temperatur des Dampfes im
Dampfüberhitzer 14 weiter erhöht wurde, wird er durch
ein Hochdruckdampfrohr 27 der Dampfturbine 21
zugeleitet.
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Andererseits wird das in der Hochdrucktrommel 13
abgeschiedene Wasser über ein nach unten gerichtetes
Hochdruckrohr 25, den Hochdruckverdampfer 12 und die
Hochdrucktrommel 13 im Kreislauf zurückgeführt. Der
Flüssigkeitspegel des Speisewassers in jeder der
Hochdrucktrommeln 13 und der Niederdrucktrommeln 9 wird
durch Betreiben eines Speiseventils 28 der
Hochdrucktrommel bzw. eines Speiseventils 29 der
Niederdrucktrommel gesteuert. In Fig. 13 bezeichnet die Bezugsziffer 30
einen Kondensator und die Bezugsziffer 31 einen
Generator.
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Der für die Drehung des Rotors der Dampfturbine 21
verwendete Dampf wird im Kondensator 30 in Wasser
verwandelt. Das sich ergebende Wasser wird wiederum als
Speisewasser WF durch das Speisewasserrohr 17 mit Hilfe
der Speisewasserpumpe 16 zum
Abwärmerückgewinnungsdampferzeuger 5 geleitet. Das Speisewasser WF im
Speisewasserrohr 17 hat jedoch eine niedrige Temperatur von
ungefähr 34ºC. Wenn daher das Speisewasser WF mit einer
derart niedrigen Temperatur zum Niederdruckekonomiser 7
geleitet wird, entsteht im Niederdruckekonomiser 7 eine
Niedrigtemperaturkorrosion. Aus diesem Grunde ist es
erforderlich, die Temperatur des Speisewassers auf eine
vorgegebene Temperatur zu erhöhen, bei der keine
Niedrigtemperaturkorrosion auftritt, indem das
Speisewasser WF mit einem Teil des Hochtemperaturwassers WR
gemischt wird, das durch das Hochdruckspeisewasserrohr
23 fließt.
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Aus diesem Grunde wird ein Teil des im
Hochdruckspeisewasserrohr 23 fließenden Hochtemperaturwassers WR
aus dem Auslaß der Speisewasserpumpe 22 des
Dampferzeugers durch einen Rückführkanal 33 mit einem
Drosselventil 32 des Umlaufstroms dem Speisewasserrohr 17
zugeleitet, wodurch das Auftreten einer
Niedrigtemperaturkorrosion im Niederdruckekonomizer 7 verhindert wird.
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Es ist anzumerken, daß der
Abwärmerückgewinnungsdampferzeuger 5 in der schematischen Darstellung des Systems
in Fig. 13 als Beispiel gezeigt ist, der als Kraftstoff
F beispielsweise LNG (Flüssig-Erdgas) verwendet, bei dem
ein reines Gas ausgestoßen wird, das keinen Schwefel
enthält. Um dem jüngsten Trend einer Diversifikation der
verwendeten Arten von Kraftstoff gewachsen zu sein,
kann der Abwärmerückgewinnungsdampferzeuger 5 als
Kraftstoff F natürlich auch einen verunreinigten
Ölkraftstoff, wie zum Beispiel Naphtha, verwenden, der
Schwefel enthält.
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Es gibt einige Beispiele, bei denen ein
Abwärmerückgewinnungsdampferzeuger, der an die Verwendung
verschiedener Arten von Kraftstoffen angepaßt werden kann,
konzipiert wird und den obigen Aufbau des
Abwärmerückgewinnungsdampferzeugers 5 vom Stand der Technik
verwendet. Wenn in einem derartigen Fall die
Wärmeübertragungsfläche des Niederdruckekonomisers 7 unter der
Annahme geplant wird, daß ein Kraftstoff verwendet wird,
der ein Gas ausstößt, das kein SOx enthält (im folgenden
"reines Gas" genannt) ist es erforderlich, die
Temperatur des Speisewassers am Einlaß des
Niederdruckekonomisers 7 zu erhöhen, um zu verhindern, daß während
der Rückgewinnung der Wärme des Abgases eine
Niedrigtemperaturkorrosion auftritt. Diese Notwendigkeit ist
mit den folgenden Nachteilen verbunden, die unter Bezug
auf die Fig. 14A und 14B beschrieben werden.
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Die Fig. 14A und 14B sind charakteristische Diagramme,
in denen die horizontalen Achsen die Menge an im Abgas
enthaltenen SOx einheitlich darstellen, und die
senkrechten Achsen der Fig. 14A und 14B zeigen die
Temperatur des Abgases am Auslaß des
Abwärmerückgewinnungsdampferzeugers
5 bzw. die Temperatur des
Speisewassers. In den Fig. 14A und 14B stellt eine gemeinsame
senkrechte Linie B, die einem reinen Gas entspricht, die
Tatsache dar, daß die Menge an SOx null ist, während
eine gemeinsame senkrechte Linie C, die einem
verunreinigten Gas entspricht, die Tatsache darstellt, daß
die Menge an SOx 10 ppm beträgt.
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Die Kurve D in Fig. 14A zeigt die Temperatur des Abgases
am Auslaß des Niederdruckekonomisers 7, wenn die
Wärmeübertragungsfläche des Niederdruckekonomisers 7
vergrößert ist, Kurve E in der gleichen Figur zeigt die
Temperatur des Abgases am Auslaß des
Niederdruckekonomisers 7, wenn die Wärmeübertragungsfläche des
Niederdruckekonomisers 7 verringert ist.
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In Fig. 14B zeigt die Kurve H die Temperatur des
Speisewassers am Einlaß des Niederdruckekonomisers 7,
Kurve I zeigt die Temperatur des Speisewassers am
Auslaß des Niederdruckekonomisers 7, wenn die
Wärmeübertragungsfläche des Niederdruckekonomisers 7 vergrößert
ist, und die Kurve J zeigt die Temperatur des
Speisewassers am Auslaß des Niederdruckekonomisers 7, wenn die
Wärmeübertragungsfläche des Niederdruckekonomisers 7
verkleinert ist, Kurve K zeigt die Temperatur, bei der
im Niederdruckekonomiser 7 Dampf erzeugt wird, und eine
gestreifte Fläche L zeigt den Dampferzeugungsbereich, in
dem im Niederdruckekonomiser 7 Dampf erzeugt wird.
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Wie oben beschrieben, ist es erforderlich, um zu
verhindern, daß im Niederdruckekonomiser 7 eine
Niedrigtemperaturkorrosion entsteht, wenn ein sauberes
oder ein verunreinigtes Gas ausgestoßen wird, den
Durchsatz des Hochtemperaturwassers WR zu erhöhen, das
im in Fig. 13 gezeigten Rückführkanal 33 strömt. Wenn
jedoch der Durchsatz des Hochtemperaturwassers WR erhöht
wird, steigt die Temperatur des Speisewassers am Einlaß
des Niederdruckekonomisers 7 entlang der Kurve H von
Punkt M zu Punkt N an.
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Daher steigt die Temperatur des Speisewassers am Auslaß
des Niederdruckekonomisers 7 von Punkt Q zu Punkt P an,
wie Kurve I zeigt, und die Temperatur im
Niederdruckekonomiser 7 erreicht den als gestreifte Zone L
gezeigten Dampferzeugungsbereich. Dieser
Temperaturanstieg erzeugt das Problem, daß der Niederdruckekonomiser
7 durch das Auftreten schädlicher Phänomene, wie zum
Beispiel Dampfen, instabile Strömung, Wasserhämmern usw.
beschädigt wird.
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Darüberhinaus bringt der Anstieg des Durchsatzes des
Hochtemperaturwassers WR den Nachteil mit sich, daß die
Leistung der Speisewasserpumpe 22 des Dampferzeugers
zunimmt. Es wird geschätzt, daß die Pumpenleistung der
Speisewasserpumpe 22 des Dampferzeugers hinsichtlich des
verunreinigten Gases um das Doppelte höher als die
Leistung bei sauberem Gas ist.
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Wenn andererseits die Wärmeübertragungsfläche des
Niederdruckekonomisers 7 von Kurve I zu Kurve J
verringert wird, um das Phänomen des Dampfens im
Niederdruckekonomiser 7 zu verhindern, fällt die
Temperatur des Speisewassers am Auslaß des
Niederdruckekonomisers 7 von Punkt P zu Punkt Q, wodurch das
Phänomen des Dampfens verhindert wird. Da die Temperatur
des Abgas es am Auslaß des
Abwärmerückgewinnungsdampferzeugers 5 von Punkt R zu Punkt S ansteigt, kann
ebenfalls das Auftreten einer Niedrigtemperaturkorrosion
verhindert werden.
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Wenn jedoch das reine Gas verwendet wird, steigt die
Temperatur des Abgas es am Auslaß des
Abwärmerückgewinnungsdampferzeugers 5 von Punkt T auf Punkt U in Fig.
14A an, und somit nimmt im
Wasserwärmerückgewinnungsdampferzeuger, der unter der Bedingung geplant ist, daß
reines Gas verwendet wird, die Temperatur des Abgases an
seinem Auslaß um ungefähr 15ºC zu. Da eine große Menge
der rückzugewinnenden Wärme sich der Atmosphäre
verteilt, ist die gesamte Anordnung vom Standpunkt der
Wärmerückgewinnung unwirtschaftlich.
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Unter Berücksichtigung des oben beschriebenen Standes
der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, bei der Wärmerückgewinnung eine maximale
Effektivität zu erzielen, während sowohl eine
Niedrigtemperaturkorrosion als auch das Phänomen des Dampfens
verhindert wird, und zwar unabhängig von der Art des
Abgases, das ein reines oder ein verunreinigtes, SOx
enthaltendes Gas sein kann.
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Die obige Aufgabe wird gelöst, indem ein
Abwärmerückgewinnungssystem, wie im beigefügten Anspruch 1 angegeben,
konstruiert ist, eine Weiterentwicklung der Erfindung
ist in einem Unteranspruch angegeben.
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In einem System gemäß der vorliegenden Erfindung kann
die gesamte Wärmeübertragungsfläche eines Ekonomisers
eingesetzt werden, um die Effektivität der
Wärmerückgewinnung zu steigern, wenn das verwendete Abgas reines
Gas ohne SOx ist. Wenn das verwendete Abgas
verunreinigtes Gas mit SOx ist, sollte die Temperatur des dem
Einlaß des Ekonomisers zugeführten Wassers generell hoch
sein, um eine Niedrigtemperaturkorrosion zu verhindern.
Da jedoch ein Risiko vorhanden ist, daß am Auslaß des
Ekonomisers Dampfen auftritt, muß eine andere Bedingung
erfüllt sein, die der ersten Bedingung entgegengesetzt
ist.
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Daher wird in der vorliegenden Erfindung zur Vermeidung
sowohl einer Niedrigtemperaturkorrosion als auch des
Dampfens wenn als Abgas ein verunreinigtes Gas verwendet
wird, das SOx enthält, es in Kombination mit einer
Verringerung der Wärmeübertragungsfläche des Ekonomisers
eingesetzt. Diese Verringerung der
Wärmeübertragungsfläche wird durch Ändern der Position bzw. Stelle für den
Einlaß von Wasser in und/oder den Auslaß von Wasser aus
dem Ekonomiser bewirkt. Auf diese Weise kann eine
maximale Wärmerückgewinnung erreicht werden, und sowohl
eine Niedrigtemperaturkorrosion als Dampfen vermieden
werden.
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Die Kombination bietet einen großen technischen Vorteil
gegenüber dem Stand der Technik dadurch, daß
gleichzeitig eine maximale Wirksamkeit der Wärmerückgewinnung
erzielt wird, die Niedrigtemperaturkorrosion als auch
das Phänomen des Dampfens vermieden werden und zwar
unabhängig von der Art des Abgases, das ein reines oder,
in Abhängigkeit vom Gehalt an SOx, ein verunreinigtes
Gas sein kann.
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Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden
detaillierten Beschreibung einiger bevorzugter
Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen
verständlicher, in denen zeigen:
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Fig. 1 Systemdiagramm des erfindungsgemäßen
Gesamtsystems eines kombinierten Kraftwerks;
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Fig. 2 Systemdiagramm des wesentlichen Teils des in Fig.
1 gezeigten kombinierten Kraftwerks im
vergrößerten Maßstab;
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Fig. 3 bis 12 Systemdiagramme der Erfindung;
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Fig. 13 Systemdiagramm des Gesamtsystems eines typischen
Beispiels für ein kombiniertes Kraftwerk gemäß
dem Stand der Technik;
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Fig. 14A Diagramm mit charakteristischen Kurven bezogen
auf die Temperatur des Abgas es am Auslaß des
Niederdruckekonomisers und
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Fig. 14B Diagramm mit charakteristischen Kurven bezogen
auf die Temperatur des Speisewassers in einem
Niederdruckekonomiser.
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Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezug
auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Zunächst wird die Erfindung unter Bezug auf Fig. 1,
einem Systemdiagramm des erfindungsgemäßen Gesamtsystems
eines kombinierten Kraftwerks, und Fig. 2, einem
Systemdiagramm des wesentlichen Teils des in Fig. 1
gezeigten kombinierten Kraftwerks im vergrößerten
Maßstab, beschrieben.
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In den die vorliegende Erfindung illustrierenden Figuren
bezeichnen die Bezugsziffern 1 bis 31 Elemente, die den
Elementen entsprechen, die im in Fig. 13 gezeigten
Abwärmerückgewinnungsdampferzeuger vom Stand der Technik
verwendet wurden.
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Die Erfindung umfaßt des weiteren ein erstes
Drosselventil der Umlaufströmung 34, einen ersten
Rückführkanal 35, ein zweites Drosselventil der
Umlaufströmung 36, einen zweiten Rückführkanal 37,
einen Einlaßsammler 38 des Niederdruckekonomisers 7,
einen mittleren Sammler des Niederdruckekonomisers 39,
einen Auslaßsammler 40 des Niederdruckekonomisers, einen
Verteiler 41, einen im Abgaskanal 6 angeordneten SOx-
Sensor 42 zum Erfassen der SOx-Konzentration im Abgas G
und ein Steuerglied 43 zur Ausgabe eines Befehlssignals
zum Öffnen des Ventils an das erste Drosselventil der
Umlaufströmung 34 und das zweite Drosselventil der
Umlaufströmung 36 auf der Basis des vom SOx-Sensor 42
ausgegebenen Erfassungssignals, wobei sich im Inneren
des Steuergliedes 43 eine Ventilschalteinrichtung 44
befindet. Ein Referenzwert für SOx (beispielsweise 0,1
ppm) wird vorzugsweise in einem Speicher (nicht gezeigt)
des Steuergliedes 43 eingestellt, um zu bestimmen, ob
das Abgas ein reines oder ein verunreinigtes Gas ist.
Das Steuerglied 43 vergleicht diesen Referenzwert mit
dem vom SOx-Sensor 42 erfaßten und ausgegebenen Wert.
Liegt der erfaßte Wert unter dem Referenzwert, bestimmt
das Steuerglied 43, daß das Abgas ein reines Gas ist,
und gibt Befehlssignale zur Ventilöffnung (was im
folgenden beschrieben wird) an das erste
Drosselventil der Umlaufströmung 34 und das zweite
Drosselventil der Umlaufströmung 36 aus. Wenn
andererseits der erfaßte Wert nicht unter dem Referenzwert
liegt, bestimmt das Steuerglied 43, daß das Abgas ein
verunreinigtes Gas ist, und gibt an die gleichen Ventile
34 und 36 Befehlssignale zur Ventilöffnung aus (was im
folgenden beschrieben wird).
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Beispielsweise ist das System derart angeordnet, daß die
SOx-Konzentration im Abgas direkt durch den SOx-Sensor
42
erfaßt wird, um zu bestimmen, ob das Abgas ein reines
oder ein verunreinigtes Gas ist. Der SOx-Sensor 42 muß
jedoch nicht notwendigerweise eingebaut sein. Wenn zum
Beispiel ein Gas-Kraftstoff, wie zum Beispiel LNG, das
kein Schwefel enthält, eingesetzt wird, ist das sich
ergebende Gas ein reines Gas, während, wenn ein Öl-
Kraftstoff, wie zum Beispiel Naphtha, eingesetzt wird,
der Schwefel enthält, wird ein verunreinigtes Gas
produziert. Daher kann eine geeignete
Ventilschalteinrichtung angeordnet werden, um an das erste 34 und das
zweite Drosselventil der Umlaufströmung 36 entsprechend
dem verwendeten Kraftstoff Befehlssignale zur
Ventilöffnung zu liefern.
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In den Fig. 1 und 2 ist, wenn das Abgas G ein reines
Gas ist, das zweite Drosselventil der Umlaufströmung 36
geschlossen, um die Zufuhr des Hochtemperaturwassers WR
zum zweiten Rückführkanal 37 zu verhindern. In der
Zwischenzeit wird das erste Drosselventil der
Umlaufströmung 34 geöffnet, und das Hochtemperaturwasser WR am
Auslaß der Speisewasserpumpe 22 des Dampferzeugers wird
dem ersten Rückführkanal 35 zugeleitet, mit dem
Speisewasser WF im Speisewasserrohr 17 gemischt und dem
Einlaßsammler 38 des Niederdruckekonomisers 7
zugeleitet.
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Wie in Fig. 2 im Detail gezeigt ist, werden das
Hochtemperaturwasser WR im ersten Rückführkanal 35 und
das Speisewasser WF im Speisewasserrohr 17 veranlaßt,
durch den Einlaßsammler 38 des Niederdruckekonomisers 7
zum Auslaßsammler 40 zu strömen. Somit werden alle
Wärmeübertragungsflächen des Niederdruckekonomisers 7
dafür eingesetzt, die in Fig. 14B gezeigte
Wärmerückgewinnung von Punkt M zu Punkt Q zu bewirken.
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Wenn andererseits das Abgas G ein verunreinigtes Gas
ist, wird das erste Drosselventil der Umlaufströmung 34
geschlossen, um die Zuleitung von Hochtemperaturwasser
WR zum ersten Rückführkanal 35 zu stoppen. In der
Zwischenzeit wird das zweite Drosselventil der
Umlaufströmung 36 geöffnet, und das Hochtemperaturwasser WR am
Auslaß der Speisewasserpumpe 22 des Dampferzeugers wird
dem zweiten Rückführkanal 37 zugeleitet, mit dem
Speisewasser WF im Speisewasserrohr 17 gemischt und dem
mittleren Sammler 39 des Niederdruckekonomisers 7
zugeleitet.
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Wie in Fig. 2 im Detail gezeigt ist, werden das
Hochtemperaturwasser WR im zweiten Rückführkanal 37 und
das Speisewasser WF im Speisewasserrohr 17 veranlaßt,
durch den mittleren Sammler 39 des
Niederdruckekonomisers 7 zum Auslaßsammler 40 zu strömen. Somit wird die
Wärmeübertragungsfläche des Niederdruckekonomisers 7
teilweise dafür eingesetzt, die Wärmeübertragungsfläche
desselben, im Gegensatz zur Fläche, die bei reinem Gas
verwendet wird, zu verringern.
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Wenn die Wärmeübertragungsfläche des
Niederdruckekonomisers 7 auf diese Weise verringert wird, ist es
möglich, eine Wärmerückgewinnung von Punkt N bis Punkt Q
zu erreichen, wie in Fig. 14B gezeigt, und zu
verhindern, daß im Niederdruckekonomiser 7 Dampf erzeugt wird.
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Es ist anzumerken, daß bei verunreinigtem Gas, obwohl
kein Speisewasser in den Bereich zugeführt wird, der
zwischen dem Einlaßsammler 38 und dem mittleren Sammler
39 im Niederdruckekonomiser 7 definiert ist, es vom
Standpunkt der Festigkeit aus kein Problem gibt, da die
Temperatur des Abgases G ausreichend niedrig ist.
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Wie oben beschrieben, ist das System, um die Nachteile
des Standes der Technik zu beseitigen, derart
angeordnet, daß die gesamte Wärmeübertragungsfläche des
Niederdruckekonomisers 7 eingesetzt wird, um die
Effizienz der Wärmerückgewinnung zu steigern, wenn das
Abgas ein reines Gas ist. Wenn das Gas ein
verunreinigtes Gas ist, wird die Fläche der Wärmeübertragungsfläche
des Niederdruckekonomisers 7 verringert, um ein Dampfen
im Niederdruckekonomiser 7 zu verhindern.
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Fig. 3 zeigt ein Systemdiagramm, das sich von dem in den
Fig. 1 und 2 gezeigten Diagrammen unterscheidet. In Fig.
1 verzweigen sich die Einlässe des ersten Rückführkanals
35 und des zweiten Rückführkanals 37 vom Auslaß der
Speisewasserpumpe 22 des Dampferzeugers, und die
Auslässe der Kanäle 35 und 37 sind mit einem Einlaßsammler
38 bzw. dem mittleren Sammler 39 des
Niederdruckekonomisers 7 verbunden. Im Gegensatz dazu verzweigt
sich in Fig. 3 der Einlaß des ersten Rückführkanals 35
vom Auslaß der Speisewasserpumpe 22 des Dampferzeugers,
während sich der Einlaß des zweiten Rückführkanals 37
vom Auslaß des Hochdruckekonomisers 11 ab verzweigt.
Beide Auslässe der Kanäle 35 und 37 sind mit dem
Einlaßsammler 38 des Niederdruckekonomisers 7 verbunden.
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Wenn daher das Abgas G ein reines Gas ist, wird durch
ein Befehlssignal der Schalteinrichtung (nicht gezeigt)
das erste Drosselventil der Umlaufströmung 34 geöffnet
und das zweite Drosselventil der Umlaufströmung 36
geschlossen. Dann werden das durch den ersten
Rückführkanal 35 strömende Hochtemperaturwasser WF und das durch
das Speisewasserrohr 17 strömende Speisewasser WF
gemischt und dem Niederdruckekonomiser 7 zugeleitet.
Wenn andererseits das Abgas G ein verunreinigtes Gas
ist, wird das erste Drosselventil der Umlaufströmung 34
geschlossen und das zweite Drosselventil der
Umlaufströmung 36 geöffnet. Dann werden das durch den zweiten
Rückführkanal 37 strömende Hochtemperaturwasser WR und
das durch das Speisewasserrohr 17 strömende Speisewasser
WF gemischt und dem Niederdruckekonomiser 7 zugeleitet.
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Mit anderen Worten, das System der Fig. 3 ist derart
angeordnet, daß eine Position, an der das
Hochtemperaturwasser WR entnommen wird, zwischen den Auslaß des
Hochdruckekonomisers 11 und den Auslaß des
Niederdruckekonomisers 7 geschaltet ist, um einen Anstieg des
Durchsatzes des Hochtemperaturwassers WR zu begrenzen.
Im einzelnen wird, wenn das Abgas G ein reines Gas ist,
das Hochtemperaturwasser WR am Auslaß des
Niederdruckekonomisers 7 zum ersten Rückführkanal 35 rückgeführt,
weil die Temperatur des Speisewassers am Einlaß des
Niederdruckekonomisers 7 niedrig sein kann. Wenn
andererseits das Abgas G ein verunreinigtes Gas ist, das
es erforderlich macht, daß die Temperatur des
Speisewassers am Einlaß des Niederdruckekonomisers 7 hoch ist,
wird das Hochtemperaturwasser WR am Auslaß des
Hochdruckekonomisers 11, das eine höhere Temperatur als das
Wasser am Auslaß des Niederdruckekonomisers 7 hat,
durch den zweiten Rückführkanal 37 rückgeführt. Somit
ist es bei verunreinigtem Gas, da die Temperatur des
Hochtemperaturwassers WR hoch ist, möglich, eine
Zunahme der Rückführströmung im zweiten Rückführkanal
37 zu begrenzen und somit die Leistung der
Speisewasserpumpe 22 des Dampferzeugers zu verringern.
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Fig. 4 ist ein Systemdiagramm, das sich dadurch vom
Diagramm der Fig. 3 unterscheidet, daß das
Hochtemperaturwasser WR am Verteiler 41 des nach unten gerichteten
Hochdruckrohrs 25 entnommen und dem zweiten
Rückführkanal 37 zugeleitet wird.
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Im System gemäß Fig. 4 wird das Hochtemperaturwasser WR
am Auslaß der Speisewasserpumpe 22 des Dampferzeugers
durch den ersten Rückführkanal 35 dem
Niedertemperaturekonomise 7 zugeleitet, wenn das Abgas G ein reines Gas
ist. Wenn andererseits das Abgas G ein verunreinigtes
Gas ist, wird Wasser WR mit einer höheren Temperatur vom
Verteiler 41 durch den zweiten Rückführkanal 37 zum
Niederdruckekonomiser 7 geleitet, wodurch Dampfen und
das Auftreten einer Niedrigtemperaturkorrosion im
Niederdruckekonomiser 7 vermieden werden. Da
darüberhinaus das Hochtemperaturwasser WR durch den zweiten
Rückführkanal 37 mit einem verringerten Durchsatz
zugeführt werden kann, ist es möglich, die Leistung der
Speisewasserpumpe 22 des Dampferzeugers zu verringern.
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Fig. 5 ist ein Systemdiagramm, das sich von den Fig. 1
bis 4 wie folgt unterscheidet. In den Fig. 1 bis 4 sind
der erste Rückführkanal 35 und der zweite Rückführkanal
37 parallel zur Einlaßseite des Niederdruckekonomisers 7
angeordnet, so daß die Wärmeübertragungsfläche geändert
werden kann. Im Gegensatz dazu ist in Fig. 5 ein erster
Entnahmekanal 46 mit einem ersten Entnahmedrosselventil
45 mit einem Endauslaßsammler 40a des
Niederdruckekonomisers 7 verbunden, während ein zweiter
Entnahmekanal 48 mit einem zweiten Entnahmedrosselventil 47
mit einem mittleren Sammler 40b des
Niederdruckekonomisers 7 an dessen Auslaßseite verbunden ist. Wie gezeigt
ist, sind die anderen Enden dieser Entnahmekanäle 46 und
48 mit dem Trommelspeisewasserrohr 18 verbunden.
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Wenn daher das Abgas G ein reines Gas ist, wird das
zweite Entnahmedrosselventil 47 geschlossen, um die
Entnahme des Speisewassers im zweiten Entnahmekanal 48
zu unterbrechen. Danach wird das erste
Entnahmedrosselventil
45 geöffnet, um Speisewasser aus dem
Endauslaßsammler 40a zu entnehmen.
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Wenn andererseits das Abgas G ein verunreinigtes Gas
ist, wird das erste Entnahmedrosselventil 45
geschlossen, um die Entnahme des Speisewassers im ersten
Entnahmekanal 46 zu unterbrechen. Danach wird das zweite
Entnahmedrosselventil 47 geöffnet, um Speisewasser aus
dem mittleren Auslaßsammler 40b zu entnehmen.
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Auf diese Weise kann die Wärmeübertragungsfläche des
Niederdruckekonomisers 7 in Abhängigkeit davon geändert
werden, ob das Abgas G ein reines oder verunreinigtes
Gas ist. Es ist daher möglich, das Auftreten von Dampfen
und einer Niedrigtemperaturkorrosion im
Niederdruckekonomiser 7 zu verhindern, und die Wärme des Abgases G
mit einer maximalen Effektivität zurückzugewinnen.
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Es ist anzumerken, daß bei einem verunreinigten Gas kein
Speisewasser im Bereich zwischen dem mittleren
Auslaßsammler 40b des Niederdruckekonomisers 7 und dessen
Endauslaßsammler 40a strömt. Es gibt jedoch kein Risiko
einer Beschädigung der Wärmeübertragungsfläche des
Ekonomisers 7, da die Gastemperatur an der Einlaßseite
des Niederdruckekonomisers 7 niedrig ist.
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Fig. 6 ist ein Systemdiagramm, das sich von den oben
beschriebenen Fig. 1 und 2 darin unterscheidet, daß ein
Hauptrückführkanal 50 mit einem
Durchflußmengenregelventil 49 sich von der Auslaßseite der Speisewasserpumpe 22
des Dampferzeugers zum Speisewasserrohr 17 hin
erstreckt. Das stromab liegende Ende des
Hauptrückführkanals 50 ist mit einem Speisewasserrohr für den
Einlaßsammler 53, das ein erstes Absperrventil 51 aufweist,
und mit einem Speisewasserrohr für den mittleren Sammler
54
ausgestattet, das ein zweites Absperrventil 52
aufweist. Wie gezeigt, ist das Speisewasserrohr für den
Einlaßsammler 53 mit dem Einlaßsammler des
Niederdruckekonomisers 7 verbunden, und das Speisewasserrohr für
den mittleren Sammler 54 ist mit dem mittleren Sammler
des Niederdruckekonomisers 7 verbunden.
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Wenn das Abgas G ein reines Gas ist, wird das erste
Absperrventil 51 geöffnet und das zweite Absperrventil
52 geschlossen, und das durch den Hauptrückführkanal 50
geleitete Hochtemperaturwasser WR wird mit dem
Speisewasser WF gemischt. Der gemischte Strom wird durch das
Speisewasserrohr für den Einlaßsammler 53 geleitet.
Wenn das Abgas G ein verunreinigtes Gas ist, wird das
erste Absperrventil 51 geschlossen und das zweite
Absperrventil 52 geöffnet, und das durch den
Hauptrückführkanal 50 geleitete Hochtemperaturwasser WR wird mit
dem Speisewasser WF gemischt. Der gemischte Strom wird
durch das Speisewasserrohr für den mittleren Sammler 54
geleitet.
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Fig. 7 ist ein Systemdiagramm, das sich von dem von Fig.
3 darin unterscheidet- daß, wie in Fig. 6, das
Speisewasserrohr für den Einlaßsammler 53 ein erstes
Absperrventil 51 und das Speisewasserrohr für den mittleren
Sammler 54 ein zweites Absperrventil 52 umfaßt.
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Durch diese Anordnung ist es möglich, eine weitere
Feinsteuerung des Niederdruckekonomisers 7 zu erzielen,
indem ein geeignetes Umschaltens zwischen den zwei
Drosselventilen der Umlaufströmung 34 und 36 sowie den
zwei Absperrventilen 51 und 52 bewirkt wird.
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Im einzelnen wird die folgende Steuerung gemäß der Natur
des Abgases G ermöglicht.
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(1) Das erste Drosselventil der Umlaufströmung 34 wird
geöffnet und das zweite Drosselventil der Umlaufströmung
36 geschlossen, um das Öffnen und Schließen des ersten
Absperrventils 51 und des zweiten Absperrventils 52 zu
steuern.
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(2) Das erste Drosselventil der Umlaufströmung 34
wird geschlossen und das zweite Drosselventil der
Umlaufströmung 36 geöffnet, um das Öffnen und Schließen
des ersten Absperrventils 51 und des zweiten
Absperrventils 52 zu steuern.
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(3) Das erste Absperrventil 51 wird geöffnet und das
zweite Absperrventil 52 wird geschlossen, um das Öffnen
und Schließen des ersten Drosselventils der
Umlaufströmung 34 und des zweiten Drosselventils der
Umlaufströmung 36 zu steuern.
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(4) Das erste Absperrventil 51 wird geschlossen und
das zweite Absperrventil 52 wird geöffnet, um das
Öffnen und Schließen des ersten Drosselventils der
Umlaufströmung 34 und des zweiten Drosselventils der
Umlaufströmung 36 zu steuern.
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Fig. 8 ist ein Systemdiagramm, das sich von dem in Fig.
5 beschriebenen darin unterscheidet, daß im Unterschied
zum Dampferzeuger der Fig. 5, der ein einziges
Druckstadium aufweist, der Dampferzeuger von Fig. 8 mehrere
Druckstadien aufweist. Im einzelnen sind die
Speisewasserpumpe 22 des Dampferzeugers und das
Hochdruckspeisewasserrohr 23 eingebaut und das
Hochtemperaturwasser WR wird teilweise durch den Rückführkanal 35
zugeleitet und mit dem Speisewasser WF vermischt.
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Fig. 9 ist ein Systemdiagramm, das sich von dem von Fig.
7 darin unterscheidet, daß die sich vom Auslaß der
Speisewasserpumpe 22 des Dampferzeugers erstreckende
Rückführleitung weggelassen ist, wodurch das
Hochtemperaturwasser WR teilweise durch den Auslaß des
Hochdruckekonomisers 11 rückgeführt wird.
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Fig. 10 ist ein Systemdiagramm, das sich von dem von
Fig. 9 darin unterscheidet, daß das Hochtemperaturwasser
WR teilweise über den Verteiler 41 des nach unten
gerichteten Hochdruckrohrs 25 rückgeführt wird.
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Fig. 11 ist ein Systemdiagramm, das sich von dem von
Fig. 9 darin unterscheidet, daß ein Hochtemperaturfluid
(ein Gemisch aus Dampf und dem Hochtemperaturwasser WR)
teilweise durch den Auslaß des Hochdruckverdampfers 12
rückgeführt wird.
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Fig. 12 ist ein Systemdiagramm, das sich von dem von
Fig. 9 darin unterscheidet, daß ein Hochdruckdampf
teilweise durch den Auslaß des Hochdruckdampfrohrs 27
rückgeführt wird.
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In den in den Fig. 9 bis 12 gezeigten Systemen, in denen
ein Fluid mit einer immer noch höheren Temperatur
rückgeführt wird, kann der Durchsatz des rückgeführten
Fluids verringert werden.
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Obwohl einige der oben beschriebenen Systeme zwei
Rückführleitungen aufweisen, können selbstverständlich
zwei oder mehr Rückführleitungen eingesetzt werden.
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Auch weisen einige der oben beschriebenen Systeme zwei
Stellen auf, an denen Speisewasser zugeführt oder
entnommen wird. Es können aber auch mehr als zwei
Zufuhrstellen für Speisewasser und/oder Entnahmestellen
für Speisewasser vorgesehen sein.
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Des weiteren ist beispielsweise der Ekonomiser des
Niederdruckdampferzeugers speziell bei der Erläuterung
der entsprechenden Figuren beschrieben worden. Es ist
jedoch möglich, andere Wärmetauscher in einer ähnlichen
Weise wie der oben beschriebenen zu steuern.
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Die vorliegende Erfindung bietet die folgenden Vorteile.
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(1) Die Wärmeübertragungsfläche des Wärmetauschers
kann durch Ändern der Stelle, an der gemäß dem
verwendeten Kraftstoff dem Wärmetauscher Speisewasser
zugeführt oder aus diesem entnommen wird, eingestellt
werden. Daher kann für jeden Kraftstoff die maximale
Effektivität der Wärmerückgewinnung erzielt werden. Es
wird geschätzt, daß die Wärmerückgewinnung um circa 5%
im Vergleich mit dem Abwärmerückgewinnungsdampferzeuger
vom Stand der Technik verbessert wird, so daß die
jährlichen Kraftstoffkosten um 1,5 Milliarden Yen für
vier Dampferzeuger reduziert werden können. (Diese
Schätzung beruht auf der Bedingung, daß eine Anlage für
1000 MW (einschließlich vier
Abwärmerückgewinnungsdampferzeugern), eine Betriebszeit von 6000 h/Jahr mit einer
Anlageneffektivität von 40% und mit Kraftstoffkosten
von 7 Yen/1000 kcal arbeitet.)
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(2) Darüberhinaus ist es möglich, die Leistung der
Speisewasserpumpe des Dampferzeugers unabhängig davon zu
begrenzen, ob SOx im Abgas vorhanden ist oder nicht.
(Bewertungsbeispiele)
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1. Wenn der Kraftstoff für die Gasturbine LNG (das
kein SOx im Abgas enthält) ist, beträgt die
Wellenleistung der Speisewasserpumpe des Dampferzeugers 600 kW.
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2. Wenn der Kraftstoff für die Gasturbine Naphtha ist
(das SOx im Abgas enthält) und
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(1) wenn das Hochtemperaturwasser WR durch den Auslaß
des Niederdruckekonomisers entnommen wird, beträgt die
Wellenleistung der Speisewasserpumpe des Dampferzeugers
1200 kW, und
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(2) wenn das Hochtemperaturwasser WR durch den Auslaß
des Hochdruckekonomisers entnommen wird, beträgt die
Wellenleistung der Speisewasserpumpe des Dampferzeugers
610 kW.
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Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich,
die Wellenleistung der Speisewasserpumpe des
Dampferzeugers auf im wesentlichen die Hälfte der normalen
Leistung zu reduzieren und somit die Betriebskosten der
Anlage zu senken.
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Daher kann erfindungsgemäß die Wärmerückgewinnung des
Abgases, ob nun das Abgas ein reines Gas oder ein
verunreinigtes Gas ist, durch Beseitigen der Phänomene
des Dampfens und der Niedrigtemperaturkorrosion im
Wärmetauscher mit der maximalen Effektivität bewirkt
werden.