DE4301107C2 - Steam-heated heat exchanger for air preheating - Google Patents

Steam-heated heat exchanger for air preheating

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Description

Die Erfindung betrifft eine neue Schaltung für dampfbeheizte Luftvorwärmer, die die Heizregister auf eine neue Art in das Dampf- und Kondensatsystem einbindet. Dadurch sollen sich folgende Vorteile ergeben:The invention relates to a new circuit for steam-heated air preheaters, the heating register in a new way in the steam and integrates the condensate system. This should result in the following The advantages are:

  • - Vermeidung von Schäden an Kondensatpumpen- Avoid damage to condensate pumps
  • - Energieeinsparung durch Abwärmenutzung- Energy saving through the use of waste heat
  • - Kostensenkung durch Entfall von Systembauteilen der Verfahrens- und Leittechnik.- Cost reduction through the elimination of system components for process and control technology.

Beim Stand der Technik wird in der DE-PS 9 33 631 eine geregelte Kondensatabführung aus Apparaten beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß Verbesserungen in der Technik der Ablaufregelung erzielt werden und dadurch ein weitergehend konstantes Kondensatniveau im Apparat (Vorwärmer) gewährleistet wird.In the state of the art is in the DE-PS 9 33 631 a regulated condensate discharge from apparatus is described, which is characterized in that improvements in the technique of Sequence control can be achieved and thereby a largely constant Condensate level in the apparatus (preheater) is guaranteed.

In der DE-AS 10 56 146 wird ein dampfbeheizter Luftvorwärmer beschrieben, der konstruktiv so gestaltet ist, daß die Gesamtheizfläche in Gruppen aufgeteilt ist, die im Falle eines Schadens jeweils einzeln demontierbar und reparierbar sind.In the DE-AS 10 56 146 a steam-heated air preheater is described, which is constructive is designed so that the total heating area is divided into groups, which can be individually dismantled and repaired in the event of damage are.

In der Literaturstelle JP 54-43 331 Pat. Abstracts of Japan, 461, (Juni 1979), Vol 3/No. 65 wird für eine Abfallverbrennungsanlage die Verbrennungsluft im vorgewärmten Zustand nach dem luftgekühlten Abdampfkondensator einer Turbine abgesaugt, um einen Teil der Energie für die Verbrennungsluftvorwärmung zu nutzen.In the Literature JP 54-43 331 Pat. Abstracts of Japan, 461, (June 1979), Vol 3 / No. 65 becomes the combustion air for a waste incineration plant in the preheated state after the air-cooled steam condenser sucked off a turbine to generate some of the energy for the Use combustion air preheating.

Die vorgenannten Druckschriften befassen sich nicht mit den Problemen derVermeidung von Schäden an Kondensatpumpen bzw. der Abwärmenutzung im Zusammenhang mit dampfbeheizten Luftvorwärmern. Deshalb wird der derzeitige Stand in dem Anwendungsbereich, der die vorliegende Erfindung betrifft, nachfolgend noch kurz beschrieben.The aforementioned publications do not deal with the problems the avoidance of damage to condensate pumps or the Use of waste heat in connection with steam-heated Air preheaters. Therefore, the current status in the Field of application, which relates to the present invention, below briefly described.

Bei der derzeitigen Systemausführung für dampfbeheizte Luftvorwärmer wird vielen mit fossilen Brennstoffen betriebenen Verbrennungs- u. Wärmekraftanlagen die Verbrennungsluft mit Dampf vorgewärmt und anschließend in rauchgasbeheizten Luftvorwärmern auf die Endtemperatur erhitzt. Als Dampf-/Luft-Wärmetauscher sind meist mehrere Heizregister eingesetzt. Die Luftvorwärmung wird häufig durch Dampfreduzierventile geregelt. Das Heizkondensat der Heizregister fließt in Kondensatsammelbehälter und wird durch Pumpen in den Kreislauf der Gesamtanlage zurückgeführt. Zur besseren Anpassung an Temperaturschwankungen oder unterschiedliche betriebliche Lasten, werden zeitweise auch einzelne Heizregister kondensatseitig abgesperrt und geflutet.With the current system version for steam-heated air preheaters is used many fossil fuels combustion u. Thermal power plants the combustion air is preheated with steam and then heated to the final temperature in flue gas heated air preheaters. When  Steam / air heat exchangers usually use several heating registers. The Air preheating is often controlled by steam reducing valves. The heating condensate the heating register flows into the condensate collector and is Pumps returned to the cycle of the entire system. For better customization temperature fluctuations or different operational loads, occasionally individual heating registers on the condensate side are shut off and flooded.

Störungen in diesen Systemen der dampfbeheizten Luftvorwärmer resultieren vorwiegend aus der lastabhängigen Veränderung der Verbrennungsluftmenge, der Änderung von Luftein- und/oder Luftaustrittstemperaturen sowie aus der Stellungsänderung der Bedampfungsarmatur durch die Regelung oder Handsteuerung.Malfunctions in these systems of steam-heated air preheaters result mainly from the load-dependent change in the amount of combustion air, the change in air inlet and / or outlet temperatures and from the Change of position of the steam fitting by regulation or manual control.

Die sich daraus im Dampf- und Kondensatsystem ergebenden Druckänderungsgeschwindigkeiten können sehr hoch sein und führen dann häufig zu Ausdampfungen des Kondensates. Die Folgen sind: Schläge in den Rohrleitungen, Kavitation in den Kondensatpumpen, Unterbrechung der Kondensatförderung und mechanische Schäden an den Pumpen. Der Kondensatablauf muß dann ohne Pumpen in Systeme niedrigeren Druckes (atmosphär. Entspanner, Kondensator o. ä.) erfolgen. Dadurch ergeben sich Wärmeverluste, die den Gesamtwirkungsgrad verschlechtern.The resulting pressure change rates in the steam and condensate system can be very high and often lead to evaporation the condensate. The consequences are: blows in the pipes, cavitation in the condensate pumps, interruption of the condensate pumping and mechanical Damage to the pumps. The condensate drain must then be without pumps in systems of lower pressure (atmospheric pressure relief, condenser or similar) respectively. This results in heat losses that affect the overall efficiency worsen.

Diese Nachteile vermeiden weitgehend warmwasserbeheizte Luftvorwärmer, die jedoch andererseits höhere Investitionskosten für zusätzliche Wasservorwärmer, Umwälzpumpen, Druckhaltung, Rohrleitungen, größere Luvo-Heizflächen sowie höhere Energiekosten erfordern.These disadvantages largely avoid hot water heated air preheaters but on the other hand higher investment costs for additional water preheaters, Circulation pumps, pressure maintenance, pipes, larger Luvo heating surfaces as well as higher energy costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die systembedingten Probleme dampfbeheizter Luftvorwärmer zu lösen.The invention has for its object the system-related problems steam heated air preheater to solve.

  • - Es sollen Schäden an den Kondensatpumpen verhindert und die auslegungsgemäße Förderung des Kondensates in das betreffende System (z. B. in den Speisewasserbehälter) unter allen Betriebsbedingungen gewährleistet und Wärmeverluste vermieden werden.- Damage to the condensate pumps should be prevented and the designed Pumping the condensate into the system in question (e.g. in the Feed water tank) guaranteed under all operating conditions and Heat losses can be avoided.
  • - Es soll zwecks Energieeinsparung eine Abwärmenutzung durch Einleitung von Abdampf, Brüden, Kondensat u. ä. aus anderen Systemen der Wärmekraftanlage zur Vorwärmung der Luft möglich sein. - In order to save energy, the use of waste heat by introducing Evaporation, vapors, condensate u. Ä. from other systems of the thermal power plant to preheat the air.  
  • - Die bisher üblichen Kondensatbehälter sollen entfallen und durch kleine Wasserstands-Regelgefäße (Standrohre) ersetzt werden.- The condensate containers that have been customary up to now should be eliminated and small ones Water level control vessels (standpipes) to be replaced.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.These tasks are characterized by the characteristics of the characteristic part of claim 1 solved.

In der nachfolgenden Beschreibung wird an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.In the following description, an embodiment is shown with reference to the drawing described the invention.

Das nachfolgend abgebildete Schaltungsbeispiel zeigt einen dampfbeheizten Luftvorwärmer mit einer Gleitdruckstufe und einer mit der Atmosphäre verbundenen Festdruckstufe sowie Anschlüssen für eine Abwärmenutzung.The circuit example shown below shows a steam-heated one Air preheater with a sliding pressure level and one connected to the atmosphere Fixed pressure level and connections for waste heat utilization.

Die dampfbeheizten Wärmetauscher (1) werden auf der Dampf- und Kondensatseite in zwei Druckstufen aufgeteilt.The steam-heated heat exchangers ( 1 ) are divided into two pressure levels on the steam and condensate side.

Druckstufe 1 ist eine Gleitdruckstufe, die über das Regelventil (TC1) mit Dampf versorgt wird. Das Kondensat fließt in ein Wasserstandsregelgefäß (2). Über die Ausdampfleitung (3) erfolgt der Druckausgleich bei Änderungen im System. Diese Gleitdruckstufe unterliegt den bereits bekannten Druckänderungen.Pressure level 1 is a sliding pressure level that is supplied with steam via the control valve (TC1). The condensate flows into a water level control vessel ( 2 ). The pressure equalization takes place via the evaporation line ( 3 ) when changes in the system occur. This sliding pressure level is subject to the pressure changes already known.

Die Druckstufe 2 ist eine atmosphärische Festdruckstufe. Dieser Stufe wird das in der Temperatur, Menge und im Druck schwankende Kondensat der Gleitdruckstufe über das Wasserstandsregelventil (LC1) zugeführt. Im Wasserstandsregelgefäß (4) dampft das Kondensat aus, da der Druck in diesem Gefäß etwa dem Atmosphärendruck entspricht. Der Dampf wird über die Leitung (5) in die Heizregister dieser Stufe geleitet und kondensiert dort. Der Kondensatablauf erfolgt über freie Abläufe, die mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung stehen. Dieses Kondensat fließt anschließend zusammen mit dem Kondensat aus dem Wasserstandsregelgefäß (4) geodätisch den Kondensatpumpen (7) zu.Pressure level 2 is an atmospheric fixed pressure level. The condensate of the sliding pressure stage, which fluctuates in temperature, quantity and pressure, is fed to this stage via the water level control valve (LC1). The condensate evaporates in the water level control vessel ( 4 ), since the pressure in this vessel corresponds approximately to atmospheric pressure. The steam is fed via line ( 5 ) into the heating register of this stage and condenses there. The condensate drainage takes place via free drains that are connected to the surrounding atmosphere. This condensate then flows together with the condensate from the water level control vessel ( 4 ) to the condensate pumps ( 7 ).

Durch den freien Kondensatablauf dieser Stufe wird der Druck im Wasserstandsregelgefäß (4) weitgehend konstant gehalten. Zweckmäßigerweise wird die Festdruckstufe am Wärmetauscher (1) der kalten Luftseite, also eintrittsseitig, angeordnet, um unter allen Betriebsbedingungen eine vollständige Kondensation zu gewährleisten.The free condensate drain in this stage keeps the pressure in the water level control vessel ( 4 ) largely constant. The fixed pressure stage is expediently arranged on the heat exchanger ( 1 ) on the cold air side, that is to say on the inlet side, in order to ensure complete condensation under all operating conditions.

Die Wärmetauscherfläche der Festdruckstufe wird, abhängig von den jeweiligen Bedampfungs-Verhältnissen auf der Dampf-/Kondensatseite mehr oder weniger mit Luft beaufschlagt. Die Luft ventiliert jeweils bis zu dem Punkt der Heizfläche, an dem der Wasserdampf vollständig kondensiert ist. Die Trennung von Luft und Dampf ergibt sich durch den Dichteunterschied.The heat exchanger area of the fixed pressure stage is dependent on the respective Evaporation conditions on the steam / condensate side more or less aerated. The air ventilates to the point of Heating surface on which the water vapor is fully condensed. The separation of air and steam results from the difference in density.

Da dampfbeheizte Luftvorwärmer innen und außen korrosionsgeschützt (meist verzinkt) sind, ist diese Teilbelüftung für die Heizfläche unschädlich. Since steam-heated air preheaters are protected against corrosion on the inside and outside (usually galvanized), this partial ventilation is harmless to the heating surface.  

Durch die offenen Heizregister der Festdruckstufe haben die am Wasserstandsregelgefäß (4) angeschlossenen Kondensatpumpen unter allen Betriebsbedingungen praktisch konstante Zulaufverhältnisse, da keine Druck- und Temperaturänderungen mehr auftreten können.Due to the open heating register of the fixed pressure stage, the condensate pumps connected to the water level control vessel ( 4 ) have practically constant inlet conditions under all operating conditions, since no changes in pressure and temperature can occur.

Damit wird eine hohe Verfügbarkeit der Pumpen erreicht, der Reparaturaufwand verringert und die auslegungsgemäße, wärmetechnisch optimale Kondensatförderung gewährleistet.This ensures high availability of the pumps, the repair effort reduced and the designed, thermally optimal condensate pumping guaranteed.

Bei Neuplanungen werden die bisher eingesetzten Kondensatbehälter nicht mehr benötigt. Das Volumen der relativ kleinen Wasserstandsregelgefäße (Standrohre) wird nur noch entsprechend der Pumpenfördermenge, der Stellgeschwindigkeit der Regelarmatur und dem Regelbereich ermittelt. Die Kondensatspeicherung entfällt.The condensate tanks used up to now are not used for new planning needed more. The volume of the relatively small water level control vessels (Standpipes) is only according to the pump delivery rate, the actuating speed the control valve and the control range. The condensate storage not applicable.

Bei Umbau bestehender Anlagen können jedoch die vorhandenen Kondensatbehälter als Wasserstandsregelgefäße weiterverwendet werden.When converting existing systems, however, the existing condensate tank can continue to be used as water level control vessels.

Das Schaltungsbeispiel wurde durch einen Frostschutzregler (TC2) ergänzt, der bei Einfriergefahr des ablaufenden Kondensates eine zusätzliche Direktbedampfung der Festdruckstufe ermöglicht.The circuit example was supplemented by a frost protection controller (TC2), the additional direct steaming if there is a risk of the condensate draining off the fixed pressure level enables.

Über die Anschlüsse (9) und (10) kann der Festdruckstufe beim Anfahren und während des Betriebes Abwärme in Form von Dampf oder Kondensat aus anderen Systemen der Wärmekraftanlage zugeführt werden. Durch die Nutzung der Abwärme erhöht sich die Luftvorwärmung in der Festdruckstufe. Die Bedampfungsmenge der Gleitdruckstufe verringert sich. Durch diese Abwärmenutzung wird Energie, besonders auch bei Anfahren der Anlagen, gespart.Waste heat in the form of steam or condensate from other systems of the thermal power plant can be supplied to the fixed pressure stage during start-up and during operation via connections ( 9 ) and ( 10 ). Using the waste heat increases the air preheating in the fixed pressure stage. The amount of vaporization in the sliding pressure stage is reduced. This use of waste heat saves energy, especially when the systems start up.

Im Schaltbild bedeuten:In the circuit diagram mean:

 1 Dampf-/Luft-Wärmetauscher (Luftvorwärmer-Heizregister)
 2 Wasserstandsregelgefäß der Gleitdruckstufe
 3 Druckausgleichsleitung Gleitdruckstufe
 4 Wasserstandsregelgefäß der Festdruckstufe
 5 Ausdampf- und Druckausgleichsleitung Festdruckstufe
 6 freier Kondensatablauf der Festdruckstufe
 7 Kondensatpumpen
 8 Luft
 9 Abwärme von Fremdkondensaten
10 Abwärme von Fremddampf
TC1 Bedampfungsventil für die Gleitdruckstufe
TC2 Frostschutzregler für die Festdruckstufe
LC1 Kondensatablauf-Regelventil der Gleitdruckstufe
LC2 Kondensatablauf-Regelventil der Festdruckstufe 1 steam / air heat exchanger (air preheater heating register)
2 water level control vessel of the sliding pressure level
3 Pressure compensation line sliding pressure level
4 water level control vessel of fixed pressure level
5 Evaporation and pressure compensation line fixed pressure level
6 free condensate drain of the fixed pressure stage
7 condensate pumps
8 air
9 Waste heat from external condensates
10 waste heat from external steam
TC1 steaming valve for the sliding pressure stage
TC2 frost protection controller for the fixed pressure level
LC1 condensate drain control valve of the sliding pressure stage
LC2 condensate drain control valve of the fixed pressure stage

Claims (2)

1.Dampfbeheizter Wärmetauscher mit Heizregister zur Luftvorwärmung, die mit einem Dampfeinlaß und einem Kondensatauslaß versehen sind und von Luft durchströmt werden, wobei die Wärmeübertragung von der einen Seite der Wärmetauscherfläche der Heizregister vom kondensierenden Dampf auf die andere Seite zur vorzuwärmenden Luft erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die Heizregister auf der Dampf- bzw. Kondensatseite in zwei Druckstufen aufgeteilt sind,
  • b) ein oder mehrere der Heizregister auf der Dampf- bzw. Kondensatseite mit variablem Druck (Gleitdruckstufe) und
  • c) die restlichen Heizregister dampf- bzw. kondensatseitig mit annähernd konstantem Druck (Festdruckstufe) betreibbar sind, der im Druckniveau unter dem Druck der Gleitdruckstufe liegt,
  • d) das Kondensat aus der Gleitdruckstufe des Wärmetauschers (1) über ein Wasserstandsregelgefäß (2) und Wasserstandsregelventil (LC1) einem weiteren Wasserstandsregelgefäß (4) und nach anteilmäßiger Ausdampfung des Kondensats bei annähernd Atmosphärendruck im Wasserstandsregelgefäß (4) der entstandene Brüdendampf über eine Leitung (5) der Festdruckstufe des Wärmetauschers (1) zur Kondensation zugeführt wird,
  • e) die Heizflächen der Heizregister der Festdruckstufe des Wärmetauschers auf der Seite des wärmeabgebenden Mediums (kondensierender Dampf) über den Kondensatablauf mit der Atmosphäre in Verbindung stehen und der Kondensatablauf aus den Heizregistern über einen freien Ablauf drucklos erfolgt, wodurch der Zulaufdruck für die Kondensatpumpen (7) annähernd konstant ist.
1. Steam-heated heat exchanger with heating register for air preheating, which are provided with a steam inlet and a condensate outlet and through which air flows, the heat transfer from one side of the heat exchanger surface of the heating register from the condensing steam to the other side to the preheated air, characterized in that that
  • a) the heating registers on the steam or condensate side are divided into two pressure levels,
  • b) one or more of the heating registers on the steam or condensate side with variable pressure (sliding pressure level) and
  • c) the remaining heating registers can be operated on the steam or condensate side with an approximately constant pressure (fixed pressure level) which is below the pressure of the sliding pressure level in the pressure level,
  • d) the condensate from the sliding pressure stage of the heat exchanger ( 1 ) via a water level control vessel ( 2 ) and water level control valve (LC1) a further water level control vessel ( 4 ) and after proportionate evaporation of the condensate at approximately atmospheric pressure in the water level control vessel ( 4 ), the vapor generated via a line ( 5 ) the fixed pressure stage of the heat exchanger ( 1 ) is supplied for condensation,
  • e) the heating surfaces of the heating registers of the fixed pressure stage of the heat exchanger on the side of the heat-emitting medium (condensing steam) are connected to the atmosphere via the condensate drain and the condensate drain from the heating registers is depressurized via a free drain, whereby the inlet pressure for the condensate pumps ( 7 ) is approximately constant.
2. Wärmetasucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abwärme (9, 10) aus anderen Systemen in Form von Dampf oder Heißkondensat in die Festdruckstufe zur Luftvorwärmung einleitbar ist.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that waste heat ( 9, 10 ) from other systems in the form of steam or hot condensate can be introduced into the fixed pressure stage for air preheating.
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