DE4222811C1

DE4222811C1 - Anordnung zur Nutzung der im Abgas eines kohlegefeuerten Kessels enthaltenen Wärme

Info

Publication number: DE4222811C1
Application number: DE4222811A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl Ing Suhr; Paul Dr Ing Paikert
Original assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Current assignee: Babcock Borsig Service GmbH
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1992-07-14
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2012-07-15
Also published as: DE4222811C2; DE4244969A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Nutzung der im Abgas eines Bestandteils eines Kraftwerks bildenden kohlegefeuerten Kessels enthaltenen Wärme für die Vorwärmung des Kesselspeisewassers und für die Primärluftvorwärmung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Anordnung zählt durch den Prospekt der GEA Luftkühler GmbH, Dorstener Straße 18-29, 4690 Herne 2 "Kraftwerk: Rauchgaswärme für die Vorheizung von Luft und Kondensat" zum Stand der Technik. Bei dieser Anordnung wird das im geschlossenen Kreislauf strömende Wärmeträgermedium der Wärmeverschiebungseinheit über einen von der entsprechend der Umgebungsluft temperierten Primärluft beaufschlagten Wärmeaustauscher sowie über einen Wärmeaustauscher geführt, der von einem weiteren, ebenfalls im geschlossenen Kreislauf strömenden Wärmeträgermedium beaufschlagt wird, das von dem aus der Wärmeübertragungsanlage tretenden Abgas temperiert wird. Dieses weitere Wärmeträgermedium strömt außerdem über einen Wärmeaustauscher, welcher andererseits von dem Kesselspeisewasser beaufschlagt wird.

Obwohl das aus einem mit Braunkohe befeuerten Kessel tretende Abgas eine Temperatur von etwa 290°C hat, steht durch den Wärmetausch in der rotierenden Wärmeübertragungsanlage an der Wärmeverschiebungseinheit ein Abgas mit einer Temperatur von nur noch etwa 180°C zur Verfügung. Mithin kann unter Berücksichtigung der Wärmeverluste einerseits in der Wärmeverschiebungseinheit und andererseits in dem Kreislauf des Wärmeträgermediums zwischen der Wärmeverschiebungseinheit und dem Kesselspeisewasser diess maximal bis auf etwa 160°C temperiert werden. Demzufolge muß im Kessel eine erhebliche Brennstoffmenge verfeuert werden, um das auf etwa 160°C temperierte Kesselspeisewasser weiter zu erhitzen, dann zu verdampfen und den Dampf anschließend einer Turbine zur Erzeugung von elektrischer Energie zuzuführen.

Darüber hinaus zählt im Umfang der DE-AS 11 18 389 eine Luftvorwärmer-Speisewasservorwärmer-Anordnung in Dampferzeugeranlagen zum Stand der Technik, bei der dem Speisewasservorwärmer ein Regenerativluftvorwärmer nachgeschaltet ist. Der Rotor des Regenerativluftvorwärmers ist durch eine ringzylindrische Trennwand in eine äußere und eine innere Zone unterteilt. Vor dem Speisewasservorwärmer zweigt eine absperrbare Rauchgasleitung vom Rauchgasabzug ab, durch die der äußeren Rotorzone des Regenerativluftvorwärmers ein Rauchgasteilstrom zugeleitet werden kann. Die Ableitung der Rauchgase aus der äußeren Rotorzone erfolgt über eine absperrbare Rauchgasleitung, durch die der Rauchgasteilstrom in den Rauchgaszug noch vor dem Speisewasservorwärmer zurückgeführt werden kann. Anschließend strömt der aus der Vereinigung von Rauchgashauptstrom und Rauchgasteilstrom gebildete Rauchgasstrom durch die innere Rotorzone des Regenerativluftvorwärmers. Die vorzuwärmende Luft wird sowohl durch die aufgeheizte innere als auch durch die äußere Rotorzone des Regenerativluftvorwärmers geblasen.

Der Erfindung liegt ausgehend von der im Oberbegriff des Patentanspruchs beschriebenen Anordnung die Aufgabe zugrunde, diese unter deutlicher Steigerung des Kraftwerkswirkungsgrads wirtschaftlicher ausgestalten zu können.

Diese Aufgabe wird durch die im einzigen den Patentanspruch angegebenen Merkmalen durchgeführt.

Die Erfindung basiert u. a. auf dem technisch bedingten Sachverhalt, daß den mit insbesondere Braunkohle befeuerten Kesseln üblicherweise nur etwa 75% der für die Verbrennung der Braunkohle erforderlichen Verbrennungsluft über die Wärmeübertragungsanlage zugeführt wird. Die restlichen 25% der Verbrennungsluft gelangen über andere Wege, zum größten Teil durch Leckagen in den Kessel. Auf der anderen Seite wird jedoch bislang der gesamte Massenstrom des den Kessel verlassenden Abgases über die Wärmeübertragungsanlage geführt.

Die Erfindung ist allerdings nicht auf Braunkohlenanlagen beschränkt. Auch andere Brennstoffe zur Befeuerung des Kessels sind denkbar.

Erfindungsgemäß wird jetzt nicht mehr der gesamte Abgasstrom über die Wärmeübertragungsanlage geleitet, sondern nur noch diejenige Abgasmenge, die bei eine Temperatursenkung des Abgases von nunmehr etwa 320°C auf etwa 170°C für die Erwärmung der Verbrennungsluft in der Wärmeverschiebungseinheit von etwa 120°C auf etwa 310°C erforderlich ist. Hierbei handelt es sich um etwa zwei Drittel der gesamten Abgasmenge. Die restliche Abgasmenge, im praktischen Fall also etwa ein Drittel des gesamten Abgasstroms, wird nunmehr im Bypass um die Wärmeübertragungsanlage sowie über einen in den Bypass integrierten Wärmeaustauscher und/oder über einen im Bypass vorgesehenen Dampferzeuger geführt und hierbei ebenfalls auf etwa 170°C gekühlt.

Das in dem Wärmeaustauscher strömende Kesselspeisewasser wird dabei von etwa 160°C auf ca. 240=C erhitzt. Demzufolge kann jetzt dem Kessel ein sehr hoch temperiertes Kesselspeisewasser zur Verfügung gestellt werden.

Wird statt des Wärmeaustauschers oder parallel zum Wärmeaustauscher ein Dampferzeuger in den Bypass eingegliedert, so kann die im Abgas enthaltene Wärme zur Gewinnung von Dampf und damit zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden.

Die Erfindung schafft mithin eine optimale Ausbeutung der über den Bypass und den darin integrierten Wärmeaustauscher zusätzlich ausgekoppelten Wärme. Die so an das Kesselspeisewasser abgegebene Wärme läßt sich mit einem höheren Nutzungsgrad als bei den bisherigen Kesselspeisewassertemperaturen in elektrischen Strom umwandeln.

Wird die Abwärme zur Dampferzeugung genutzt und über eine zusätzliche Dampfturbine mittels dieses Dampfs elektrischer Strom erzeugt, so kann die Erzeugung an elektrischem Strom deutlich über die in der Hauptturbine gewonnene Menge an elektrischem Strom gesteigert werden.

Auf diese Weise wird direkt die der Temperaturerhöhung bzw. die der Dampferzeugung entsprechende Wärmemenge bzw. die entsprechende Brennstoffmenge eingespart. Der Kraftwerkswirkungsgrad kann folglich deutlich gesteigert werden.

Dadurch daß jetzt das Wärmeträgermedium im geschlossenen Kreislauf der Wärmeverschiebungseinheit gezielt komplett über beide Wärmeaustauscher oder nur teilweise über den von der Primärluft beaufschlagten Wärmeaustauscher geführt werden kann, ist es möglich, die Temperatur des in den vom Abgas beaufschlagten Wärmeaustauscher tretenden Wärmeträgermediums kontrolliert so hoch zu halten, daß auch wechselnden Taupunkt-Temperaturen des vom Abgas beaufschlagten Wärmeaustauschers stets Rechnung getragen werden kann. Demzufolge wird sichergestellt, daß die Temperatur der Materialien dieses vom Abgas beaufschlagten Wärmeaustauschers nie unter den jeweiligen Taupunkt der Schwefelsäure fällt und immer einige Grade über dem jeweiligen Taupunkt liegt. Als nicht korrosionsbeständiges Material für die diversen Einzelteile der Wärmeverschiebungseinheit kann jetzt z. B. ein herkömmlicher Stahl, wie insbes. St 37, verwendet werden.

Mithin kann die Wärmeverschiebungseinheit im Vergleich zu einer aus korrosionsbeständigen Materialien deutlich kostengünstiger hergestellt und bereitgestellt werden, ohne daß Korrosionsprobleme zu befürchten sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der Figur ist eine Anordnung zur Nutzung der im Abgas eines kohlegefeuerten Kessels 1 enthaltenen Wärme für die Vorwärmung des Kesselspeisewassers KSW und für die Primärluftvorwärmung dargestellt.

Mit 1 ist in der Figur ein mit Braunkohle befeuerter Kessel als Bestandteil eines elektrische Energie erzeugenden, ansonsten nicht näher veranschaulichten Kraftwerks bezeichnet.

Das durch die Verfeuerung von Braunkohle entstehende Abgas AG wird über eine Leitung 2 einer rotierenden Wärmeübertragungsanlage 3, und zwar einem sogenannten Ljungström-Wärmeaustauscher, kurz LUVO genannt, zugeführt. Das aus dem Kessel 1 tretende Abgas AG hat eine Temperatur von etwa 320°C.

Im LUVO 3 wird dem Abgas AG Wärme entzogen, so daß das dem LUVO 3 über die Leitung 4 verlassende Abgas AG1 eine Temperatur von etwa 150°C aufweist.

Anschließend wird das Abgas AG1 über einen Bestandteil einer aus herkömmlichem Stahl bestehenden Wärmeverschiebungseinheit 5 bildenden Wärmeaustauscher 6 geführt, in welchem das Abgas AG1 weitere Wärme abgibt, so daß das den Wärmeaustauscher 6 über die Leitung 7 verlassende Abgas AG2 eine Temperatur von etwa 115°C besitzt. Mit dieser Temperatur kann das Abgas AG2 beispielsweise einer Rauchgasentschwefelungsanlage zugeführt werden.

Die im Wärmeaustauscher 6 der Wärmeverschiebungseinheit 5 dem Abgas AG1 entzogene Wärme wird mittels eines in der Wärmeverschiebungseinheit 5 im geschlossenen Kreislauf strömenden Wärmeträgermediums einem Wärmetauscher 8 zugeführt, der in eine Leitung 9 eingegliedert ist, in welcher Primärluft PL mit einer der Umgebungsluft entsprechenden Temperatur von etwa 20°C ansteht. Das Wärmeträgermedium in der Wärmeverschiebungseinheit 5 wird durch eine Pumpe 10 im Kreislauf gehalten.

Die zum LUVO 3 führende Abgasleitung 2 und die Abgasleitung 4 zwischen dem LUVO 3 und der Wärmeverschiebungseinheit 5 sind durch einen regelbaren Bypass 11 verbunden. In den Bypass 11 ist ein Wärmeaustauscher 12 integriert, der von Kesselspeisewasser KSW durchströmt ist.

Von der aus dem Kessel 1 tretenden Abgasmenge werden etwa zwei Drittel über den LUVO 3 und etwa ein Drittel über den Bypass 11 geführt. Die von dem Abgas AG an den Wärmeaustauscher 12 im Bypass 11 abgegebene Wärme wird von dem Kesselspeisewasser KSW aufgenommen und dieses von etwa 160°C auf etwa 240°C gebracht.

Das den Wärmeaustauscher 12 verlassende Kesselspeisewasser KSW wird anschließend in bekannter und nicht näher dargestellter Weise temperaturmäßig noch höher gespannt und letztlich einem Rohrschlangensystem im Kessel 1 zugeleitet. In diesem verdampft das Kesselspeisewasser KSW. Der Dampf D wird dann zu einer nicht näher dargestellten Turbine zwecks Erzeugung elektrischer Energie geleitet.

Das den Wärmeaustauscher 12 im Bypass 11 verlassende Abgas AG3 hat eine Temperatur von etwa 170°C. Es wird über einen Leitungsabschnitt 13 des Bypasses 11 in die Leitung 4 zwischen dem KUVO 3 und der Wärmeverschiebungseinheit 5 gefördert und hier mit dem den LUVO 3 verlassenden Abgas AG1 vermischt. Das Abgas AG1 hat dann eine mittlere Temperatur von etwa 160°C.

Durch die dem Abgas AG1 entzogene Wärme wird die Primärluft PL auf eine Temperatur von etwa 120°C erhitzt. Diese vorgewärmte Verbrennungsluft VVL wird anschließend über den LUVO 3 geführt. Dadurch ist der LUVO 3 vor Korrosionen geschützt. Im LUVO 3 erlangt die vorgewärmte Verbrennungsluft VVL eine weitere Temperaturerhöhung mittels der dem Abgas AG im LUVO 3 entzogenen Wärme.

Dem Kessel 1 wird dann über eine Leitung 14 Verbrennungsluft VL mit einer Temperatur von etwa 310°C zugeführt.

Die im Abgas AG enthaltene Wärme kann auch derart genutzt werden, daß statt des Wärmeaustauschers 12 ein Dampferzeuger in den Bypass 11 eingegliedert ist. Der Dampferzeuger steht dann über eine Dampfleitung mit einer Dampfturbine in Verbindung. Die Dampfturbine dient der Erzeugung von elektrischem Strom. Dazu ist sie mit einem Generator gekoppelt. Aus der Dampfturbine tritt niedergespannter Dampf in einen wasser- und/oder luftgekühlten Kondensator ein. Im Kondensator wird der niedergespannte Dampf kondensiert und tritt über eine Leitung in den Dampferzeuger ein. Zwischen dem Kondensator und dem Dampferzeuger ist eine Druckerhöhungspumpe vorgesehen.

In die Leitung 15 zwischen dem Wärmeaustauscher 6 und dem Wärmetauscher 8 ist ein Dreiwegeventil 16 integriert. Das Dreiwegeventil 16 ist temperaturgesteuert. Dazu ist in der Leitung 17 zwischen dem Wärmeaustauscher 8 und dem Wärmeaustauscher 6 ein Temperaturfühler 18 eingegliedert.

Das Dreiwegeventil 16 steht über eine Stegleitung 19 mit der Leitung 17 in Verbindung.

Um die Temperaturen im Wärmeaustauscher 6 stets über dem jeweiligen Taupunkt der Schwefelsäure zu halten, z. B. einige Grade über 100°C, wird über den Temperaturfühler 18 und das Dreiwegeventil 16 der Umlauf des Wärmeträgermediums in der Wärmeverschiebungseinheit 5 so gesteuert, daß das Wärmeträgermedium entweder vollständig über beide Wärmeaustauscher 6, 8 strömt oder nur zum Teil über den Wärmeaustauscher 8 und zum Teil über die Stegleitung 19.

Bezugszeichenaufstellung

1 Kessel
2 Leitung
3 Wärmeübertragungsanlage
4 Leitung
5 Wärmeverschiebungseinheit
6 Wärmeaustauscher
7 Leitung
8 Wärmeaustauscher
9 Leitung
10 Pumpe
11 Bypass
12 Wärmeaustauscher
13 Leitungsabschnitt v. 11
14 Leitung
15 Leitung
16 Dreiwegeventil
17 Leitung
18 Temperaturfühler
19 Stegleitung
AG Abgas
AG1 Abgas
AG2 Abgas
AG3 Abgas
D Dampf
KSW Kesselspeisewasser
PL Primärluft
VL Verbrennungsluft
VVL vorgewärmte Verbrennungsluft

Claims

Anordnung zur Nutzung der im Abgas (AG) eines Bestandteil eines Kraftwerks bildenden kohlegefeuerten Kessels (1) enthaltenen Wärme für die Vorwärmung des Kesselspeisewassers (KSW) und für die Primärluftvorwärmung, welche eine einerseits von dem den Kessel (1) verlassenden Abgas (AG) und andererseits von der vorgewärmten Verbrennungsluft (VVL) beaufschlagbare rotierende Wärmeübertragungsanlage (3) sowie in Parallelschaltung eine einerseits von Primärluft (PL) und andererseits von dem aus der Wärmeübertragungsanlage (3) tretenden gekühlten Abgas (AG1) beaufschlagbare Wärmeverschiebungseinheit (5) aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
- a) die zur Wärmeübertragungsanlage (3) führende Abgasleitung (2) und die Abgasleitung (4) zwischen der Wärmeübertragungsanlage (3) und der Wärmeverschiebungseinheit sind durch einen die Wärmeübertragungsanlage (3) überbrückenden Bypass (11) verbunden;
- b) in den Bypass (11) sind ein von dem Kessselspeisewasser (KSW) durchströmter Wärmeaustauscher (12) und/oder ein Dampferzeuger eingegliedert;
- c) in die Leitung (15) zwischen einem von dem Abgas (AG) beaufschlagten Wärmeaustauscher (6) der Wärmeverschiebungseinheit (5) und einem von der Primärluft (PL) beaufschlagten Wärmeaustauscher (8) der Wärmeverschiebungseinheit (5) ist ein Dreiwegeventil (16) eingegliedert;
- d) das Dreiwegeventil (16) ist durch eine Stegleitung (19) mit der Leitung (17) zwischen dem von der Primärluft (PL) beaufschlagten Wärmetauscher (8) und dem vom Abgas (AG) beaufschlagten Wärmeaustauscher (6) verbunden;
- e) das Dreiwegeventil (16) ist durch die Temperatur des Wärmeträgermediums in der Leitung (17) zwischen dem von der Primärluft (PL) beaufschlagten Wärmeaustauscher (8) und dem vom Abgas (AG) beaufschlagten Wärmeaustauscher (6) steuerbar;
- f) die Wärmeverschiebungseinheit (5) besteht aus korrosionsbeständigen Materialien.