DE4222811C2

DE4222811C2 - Anordnung zur Nutzung der im Abgas eines kohlegefeuerten Kessels enthaltenen Wärme

Info

Publication number: DE4222811C2
Application number: DE4222811A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Suhr; Paul Paikert
Original assignee: Balcke Duerr Energietechnik GmbH
Current assignee: Babcock Borsig Service GmbH
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1992-07-14
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2012-07-15
Also published as: DE4244969A1; DE4222811C1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Nutzung der im Abgas eines Bestandteils eines Kraftwerks bil denden 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 Vor heizung von Luft und Kondensat" zum Stand der Tech nik. Bei dieser Anordnung wird das im geschlossenen Kreislauf strömende Wärmeträgermedium der Wärme verschiebungseinheit über einen von der entsprechend der Umgebungsluft temperierten Primärluft beauf schlagten Wärmeaustauscher sowie über einen Wärme austauscher geführt, der von einem weiteren, ebenfalls im geschlossenen Kreislauf strömenden Wärmeträger medium beaufschlagt wird, das von dem aus der Wär meübertragungsanlage tretenden Abgas temperiert wird. Dieses weitere Wärmeträgermedium strömt au ßerdem über einen Wärmeaustauscher, welcher ande rerseits 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 rotie renden Wärmeübertragungsanlage an der Wärmever schiebungseinheit 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 Wär meverschiebungseinheit und dem Kesselspeisewasser dies maximal bis auf etwa 160°C temperiert werden. Demzufolge muß im Kessel eine erhebliche Brennstoff menge verfeuert werden, um das auf etwa 160°C tempe rierte 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-Speisewasservorwär mer-Anordnung in Dampferzeugeranlagen zum Stand der Technik, bei der dem Speisewasservorwärmer ein Regenerativluftvorwärmer nachgeschaltet ist. Der Ro tor des Regenerativluftvorwärmers ist durch eine ring zylindrische Trennwand in eine äußere und eine innere Zone unterteilt. Vor dem Speisewasservorwärmer zweigt eine absperrbare Rauchgasleitung vom Rauch gasabzug ab, durch die der äußeren Rotorzone des Re generativluftvorwärmers ein Rauchgasteilstrom zuge leitet 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 Speisewasservorwär mer 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 Rege nerativluftvorwärmers geblasen.

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

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

Die Erfindung basiert u. a. auf dem technisch beding ten Sachverhalt, daß den mit insbesondere Braunkohle befeuerten Kesseln üblicherweise nur etwa 75% der für die Verbrennung der Braunkohle erforderlichen Ver brennungsluft über die Wärmeübertragungsanlage zu geführt 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 Kes sel verlassenden Abgases über die Wärmeübertra gungsanlage geführt.

Die Erfindung ist allerdings nicht auf Braunkohlenan lagen beschränkt. Auch andere Brennstoffe zur Befeue rung des Kessels sind denkbar.

Erfindungsgemäß wird jetzt nicht mehr der gesamte Abgasstrom über die Wärmeübertragungsanlage gelei tet, sondern nur noch diejenige Abgasmenge, die bei eine Temperatursenkung des Abgases von nunmehr et wa 320°C auf etwa 170°C für die Erwärmung der Ver brennungsluft in der Wärmeverschiebungseinheit von etwa 120°C auf etwa 310°C erforderlich ist. Hierbei handelt es sich um etwa zwei Drittel der gesamten Ab gasmenge. Die restliche Abgasmenge, im praktischen Fall also etwa ein Drittel des gesamten Abgasstroms, wird nunmehr im Bypass um die Wärmeübertragungs anlage sowie über einen in den Bypass integrierten Wärmeaustauscher und/oder über einen im Bypass vor gesehenen Dampferzeuger geführt und hierbei eben falls auf etwa 170°C gekühlt.

Das in dem Wärmeaustauscher strömende Kessel speisewasser 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 Ausbeu tung 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 elektri schen Strom umwandeln.

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

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

Dadurch daß jetzt das Wärmeträgermedium im ge schlossenen Kreislauf der Wärmeverschiebungseinheit gezielt komplett über beide Wärmeaustauscher oder nur teilweise über den von der Primärluft beaufschlag ten Wärmeaustauscher geführt werden kann, ist es mög lich, die Temperatur des in den vom Abgas beaufschlag ten Wärmeaustauscher tretenden Wärmeträgerme diums kontrolliert so hoch zu halten, daß auch wechseln den Taupunkt-Temperaturen des vom Abgas beauf schlagten Wärmeaustauschers stets Rechnung getragen werden kann. Demzufolge wird sichergestellt, daß die Temperatur der Materialien dieses vom Abgas beauf schlagten 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 Einzel teile der Wärmeverschiebungseinheit kann jetzt z. B. ein herkömmlicher Stahl, wie insbes. St 37, verwendet wer den.

Mithin kann die Wärmeverschiebungseinheit im Ver gleich 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 er läutert.

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 erzeu genden, ansonsten nicht näher veranschaulichten Kraft werks bezeichnet.

Das durch die Verfeuerung von Braunkohle entste hende Abgas AG wird über eine Leitung 2 einer rotie renden Wärmeübertragungsanlage 3, und zwar einem sogenannten Ljungström-Wärmeaustauscher, kurz LU VO 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 Be standteil einer aus herkömmlichem Stahl bestehenden Wärmeverschiebungseinheit 5 bildenden Wärmeaus tauscher 6 geführt, in welchem das Abgas AG1 weitere Wärme abgibt, so daß das den Wärmeaustauscher 6 über die Leitung 7 verlassende Abgas AG2 eine Tempe ratur von etwa 115°C besitzt. Mit dieser Temperatur kann das Abgas AG2 beispielsweise einer Rauchgasent schwefelungsanlage zugeführt werden.

Die im Wärmeaustauscher 6 der Wärmeverschie bungseinheit 5 dem Abgas AG1 entzogene Wärme wird mittels eines in der Wärmeverschiebungseinheit 5 im geschlossenen Kreislauf strömenden Wärmeträgerme diums 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 Wärme verschiebungseinheit 5 sind durch einen regelbaren By pass 11 verbunden. In den Bypass 11 ist ein Wärmeaus tauscher 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 Kessel speisewasser KSW wird anschließend in bekannter und nicht näher dargestellter Weise temperaturmäßig noch höher gespannt und letztlich einem Rohrschlangensy stem im Kessel 1 zugeleitet. In diesem verdampft das Kesselspeisewasser KSW. Der Dampf D wird dann zu einer nicht näher dargestellten Turbine zwecks Erzeu gung elektrischer Energie geleitet.

Das den Wärmeaustauscher 12 im Bypass 11 verlas sende 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 Wärme verschiebungseinheit 5 gefördert und hier mit dem den LUVO 3 verlassenden Abgas AG1 vermischt. Das Ab gas 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 Ver brennungsluft VL mit einer Temperatur von etwa 310°C zugeführt.

Die im Abgas AG enthaltene Wärme kann auch der art genutzt werden, daß statt des Wärmeaustauschers 12 ein Dampferzeuger in den Bypass 11 eingegliedert ist. Der Dampferzeuger steht dann über eine Dampflei tung 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 ei nen wasser- und/oder luftgekühlten Kondensator ein. Im Kondensator wird der niedergespannte Dampf kon densiert und tritt über eine Leitung in den Dampferzeu ger ein. Zwischen dem Kondensator und dem Dampfer zeuger 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 temperaturgesteu ert. Dazu ist in der Leitung 17 zwischen dem Wärmeaus tauscher 8 und dem Wärmeaustauscher 6 ein Tempera turfühler 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 Wärmever schiebungseinheit 5 so gesteuert, daß das Wärmeträger medium entweder vollständig über beide Wärmeaus tauscher 6, 8 strömt oder nur zum Teil über den Wärme austauscher 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

1. Anordnung zur Nutzung der im Abgas (AG) eines Bestandteil eines Kraftwerks bildenden kohlege feuerten Kessels (1) enthaltenen Wärme für die Vorwärmung des Kesselspeisewassers (KSW) und für die Primärluftvorwärmung, welche eine einer seits von dem den Kessel (1) verlassenden Abgas (AG) und andererseits von der vorgewärmten Ver brennungsluft (VVL) beaufschlagbare rotierende Wärmeübertragungsanlage (3) sowie in Parallel schaltung eine einerseits von Primärluft (PL) und andererseits von dem aus der Wärmeübertragungs anlage (3) tretenden gekühlten Abgas (AG1) beauf schlagbare Wärmeverschiebungseinheit (5) auf weist, gekennzeichnet durch die Kombination fol gender Merkmale:

a) die zur Wärmeübertragungsanlage (3) füh rende 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 Kesssel speisewasser (KSW) durchströmter Wärme austauscher (12) und/oder ein Dampferzeuger eingegliedert;
c) in die Leitung (15) zwischen einem von dem Abgas (AG) beaufschlagten Wärmeaustau scher (6) der Wärmeverschiebungseinheit (5) und einem von der Primärluft (PL) beauf schlagten Wärmeaustauscher (8) der Wärme verschiebungseinheit (5) ist ein Dreiwegeventil (16) eingegliedert;
d) das Dreiwegeventil (16) ist durch eine Steg leitung (19) mit der Leitung (17) zwischen dem von der Primärluft (PL) beaufschlagten Wär metauscher (8) und dem vom Abgas (AG) be aufschlagten Wärmeaustauscher (6) verbun den;
e) das Dreiwegeventil (16) ist durch die Tem peratur des Wärmeträgermediums in der Lei tung (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 nicht korrosionsbeständigen Materialien.