DE4441324C1 - Anordnung zur Nutzung der im Rauchgas eines kohlegefeuerten Dampferzeugers enthaltenen Wärme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Nutzung der im Rauchgas eines kohlegefeuerten Dampferzeugers enthaltenen Wärme für die Vorwärmung von dem Dampferzeuger zugeführter Verbrennungsluft und die Zufuhr von Wärme in den Wasser- Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers mit einer einerseits mit Verbrennungsluft und andererseits mit den Dampferzeuger verlassenden Rauchgas beaufschlagbaren Wärmeübertragsanlage, insbesondere Drehluftvorwärmer, einer einerseits mit von der Wärmeübertragungsanlage zuzuführenden Verbrennungsluft und andererseits mit von dem aus der Wärmeübertragungsanlage austretenden gekühlten Rauchgas beaufschlagbaren Wärmeverschiebungseinheit, einem die Wärmeübertragungsanlage rauchgasseitig überbrückenden Bypass und einem in dem Bypass angeordneten und in den Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers eingebundenen mindestens einstufigen Bypasswärmetauscher.

Eine solche Anordnung ist aus der DE 42 12 336 C1 bekannt. Bei der bekannten Anordnung wird ein Teilstrom des Rauchgases vor Eintritt in den Drehluftvorwärmer abgezweigt und durch Führung über den Bypass parallel zum Drehluftvorwärmer in einem mindestens einstufigen Bypasswärmetauscher (Abhitzekessel) abgekühlt. Das abgekühlte Rauchgas wird dann dem Rauchgas nach Drehluvo wieder zugemischt. Im Auslegungsfalle haben beide Rauchgasströme möglichst die gleiche Temperatur (ca. 160°C). Eine weitere Abkühlung des Rauchgases wird mit der Wärmeverschiebungseinheit erreicht. Hierbei kann das Rauchgas auf z. B. 100°C gekühlt werden. Mit der vom Rauchgas in der Wärmeverschiebungseinheit abgegebenen Wärme wird die Verbrennungsluft von Umgebungstemperatur auf ca. 117°C vorgewärmt, ehe sie in die Wärmeübertragungsanlage eintritt. Die durch die bekannte Anordnung mögliche Absenkung der Rauchgastemperatur auf ca. 100°C bewirkt eine Erhöhung des Prozeßwirkungsgrades. Andererseits stellt die Nutzung der in dem Bypasswärmetauscher ausgekoppelten Wärme in dem Wasser-Dampf-Kreislauf, insbesondere zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers in dem Wasser-Dampf Kreislauf, einen Eingriff in die regenerative Vorwärmstrecke des Kraftwerksprozesses dar, welcher für sich alleine betrachtet einen negativen Einfluß auf den Prozeßwirkungsgrad hat. Es ist daher anzustreben, unter allen Betriebsbedingungen einen möglichst hohen Prozeßwirkungsgrad zu erreichen, d. h. es muß versucht werden, die vorgegebene (niedrigst zulässige) Rauchgastemperatur bei möglichst geringem Eingriff in die regenerative Vorwärmstrecke zu erreichen. Mit anderen Worten: Die vorgegebene Abgastemperatur soll bei möglichst kleiner Wärmeauskopplung in dem Bypasswärmetauscher (Abhitzekessel) erreicht werden. Um eine solche Regelung zu erreichen, ist bei der bekannten Anordnung in dem Bypass vor dem Bypasswärmetauscher eine Regelklappe vorgesehen. Aufgrund der hohen Staubbeladung des Rauchgases nach Austritt aus dem Dampferzeuger müssen erhebliche Bedenken gegen den Einsatz von Klappen zur Regelung der Beaufschlagung des Bypasswärmetauschers angemeldet werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der eine Regelung ohne Rauchgasregelklappe möglich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil der im Bypasswärmetauscher ausgekoppelten Wärme geregelt über einen Regelwärmetauscher in die der Wärmeübertragungsanlage zugeführten Verbrennungsluft einkoppelbar ist.

Durch die Einkopplung dieser Wärme steigt die Lufttemperatur am Eintritt in die Wärmeübertragungsanlage und damit auch die Heißlufttemperatur. Die effektiv am Bypasswärmetauscher ausgekoppelte Wärmemenge reduziert sich um den Teil, der mit Hilfe des Regelwärmetauschers an die Luft übertragen wird.

Vorzugsweise ist zwischen dem im Verbrennungsluftstrom angeordneten Wärmetauscher der Wärmeverschiebungseinheit und der Wärmeübertragungsanlage ein Luft-Wasser- Wärmetauscher als Regelwärmetauscher angeordnet derart, daß im Bypasswärmetauscher ausgekoppelte Wärme direkt in die Verbrennungsluft einkoppelbar ist.

Alternativ kann vorgesehen sein, daß in dem geschlossenen Wärmeträgermediumkreislauf der Wärmeverschiebungseinheit ein Wärmeträgermedium-Wasser-Wärmetauscher angeordnet ist derart, daß in dem Bypasswärmetauscher ausgekoppelte Wärme direkt auf das Wärmeübertragungsmedium übertragbar und von dort in die Verbrennungsluft einkoppelbar ist.

Wenn wie bei der bekannten Anordnung eine Stufe der Bypasswärmetauscher als Dampferzeugerbaugruppe betreibbar ist, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Regelwärmetauscher mit Wasser aus dem Wasserkreislauf der Dampferzeugerbaugruppe beaufschlagbar ist.

Weiterhin ist es auch möglich, daß in dem Wärmeträgermediumkreislauf der Wärmeverschiebungseinheit ein mit Dampf beaufschlagter Calorifer angeordnet ist.

Schließlich ist es möglich, daß in der Wärmeverschiebungseinheit dem Wärme aus dem Rauchgas aufnehmenden Wärmetauscher ein geregelter Bypass für das Wärmeträgermedium zugeordnet ist.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine Anordnung, bei der der Regelwärmetauscher verbrennungsluftseitig der Wärmeübertragungsanlage vorgeschaltet ist, und

Fig. 2 eine Anordnung, bei der der Regelwärmetauscher in dem geschlossenen Wärmeträgermediumkreislauf der Wärmeverschiebungseinheit angeordnet ist.

Die dem nicht gezeigten Dampferzeuger zuzuführende Verbrennungsluft wird über ein Frischluftgebläse 1 dem Luftvorwärmer 2 einer Wärmeverschiebungseinheit 3 zugeführt. Die den Luftvorwärmer 2 verlassende vorgewärmte Verbrennungsluft wird über einen Regelwärmetauscher 4 einer Wärmeübertragungsanlage in Form eines Drehluftvorwärmers 5 und danach extern dem Dampferzeuger zugeführt. Vom Dampferzeuger über Leitung 6 herangeführtes Rauchgas wird in einem Teilstrom über eine Leitung 7 über den Luftvorwärmer 5 geführt. Ein anderer Teilstrom wird über Leitung 8 im Bypass zum Luftvorwärmer zunächst einem Hochdruckspeisewasserteilstromvorwärmer 9 zugeführt und durchströmt dann einen Wärmetauscher 10 einer Dampferzeugerbaugruppe 11. Die über die Leitungen 7 und 8 geführten Teilströme werden zusammengeführt und über eine Leitung 12 einem Elektrofilter 13 und unter Zwischenschaltung eines Saugzugs 14 dem Rauchgaskühler 15 der Wärmeverschiebungseinheit 3 zugeleitet.

Die Dampferzeugerbaugruppe 11 weist neben dem Wärmetauscher 10 noch eine Trommel 16 mit zugeordnetem Wasserkreislauf 17 einschließlich Pumpe 18 auf, dem über Leitung 19 (ND- Eintritt) Wasser zugeführt wird. Der Dampferzeugerbaugruppe 11 wird über Leitung 20 (ND-Austritt) Dampf entzogen. Mit dem Wasserkreislauf 17 der Dampferzeugerbaugruppe 11 ist über ein druckseitig zur Pumpe 18 im Kreislauf angeordnetes Dreiwegeventil 21 und eine Leitung 21a der Regelwärmetauscher 4 zugeschaltet, der abflußseitig über eine Leitung 22 mit der Leitung 19 verbunden ist. Die Leitung 22 kann auch direkt mit der Trommel 16 verbunden sein. Die Leitung 21a zum Regelwärmetauscher kann auch vor der Umwälzpumpe 18 abzweigen oder direkt an die Trommel anschließen. In diesem Fall müßte eine separate Umwälzpumpe vorgesehen werden.

Im geschlossenen Wärmeträgermediumkreislauf 23 der Wärmeverschiebungseinheit 3 ist eine Umwälzpumpe 24 vorgesehen. Ein Dreiwegeventil 25 ermöglicht über eine Bypassleitung 25a eine Bypasströmung über den Rauchgaskühler 15. Im Kreislauf 23 ist ein mit Dampf beaufschlagter Calorifer 26 angeordnet.

Das den Rauchgaskühler 15 verlassende Rauchgas wird über eine Rauchgasentschwefelungsanlage 27 einem Kamin 28 zugeleitet.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten Anordnung ist ein Regelwärmetauscher 4′ nicht in der Verbindungsleitung zwischen Luftvorwärmer 2 und Drehluftvorwärmer 5 angeordnet, sondern in dem Wärmeträgermediumkreislauf 23 stromab des Dreiwegeventils 25, in den als Wärmeträgermedium vorzugsweise Wasser eingesetzt wird.

In beiden Fällen wird niederwertigere Wärmeenergie aus dem zweistufig ausgebildeten Bypasswärmetauscher 9, 10 ausgekoppelt und durch Einstellung des Ventils 21 geregelt direkt (Fig. 1) oder indirekt (Fig. 2) auf die Verbrennungsluft übertragen.

In beiden Fällen wird also Wärme ausschließlich aus dem Niederdruckteil 10 des Bypasswärmetauschers 9, 10 entnommen. Dadurch wird gegenüber einer Regelung mittels einer Rauchgasklappe zusätzlich das Verhältnis von im Bypasswärmetauscher (Abhitzekessel) ausgekoppelten HD-Wärme zu ND-Wärme positiv beeinflußt. Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 bietet der in der Verbindungsleitung zwischen Luftvorwärmer 2 und Drehluftvorwärmer 5 angeordnete Regelwärmetauscher 4 bzw. bei der Anordnung muß Fig. 2 der Regelwärmetauscher 4′ in Verbindung mit dem wasserseitigen Bypass 25a in der Wärmeverschiebungseinheit 3 die Möglichkeit, die vorgegebene Rauchgastemperatur sowie die zulässige Temperaturdifferenz von ca. 10°C K zwischen Rauchgas nach Drehluftvorwärmer 5 und Rauchgas nach Bypasswärmetauscher bzw. Abhitzekessel 9, 10 einzuhalten, und zwar bei gleichzeitiger Minimierung der aus dem Abhitzekessel in den Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers, insbesondere dessen Vorwärmstrecke, eingekoppelten Wärme.

Weiterhin ersetzt bei beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 der Regelwärmetauscher von seiner Regelfunktion her in einem weiten Last- und Ansaugtemperaturbereich den im Wärmeverschiebungssystem eingebauten Calorifer, so daß dieser lediglich noch zum Anfahren des Dampferzeugers sowie bei sehr niedrigen Ansaugtemperaturen benötigt wird.

Claims (6)

1. Anordnung zur Nutzung der im Rauchgas eines kohlegefeuerten Dampferzeugers enthaltenen Wärme für die Vorwärmung von dem Dampferzeuger zugeführter Verbrennungsluft und die Zufuhr von Wärme in den Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers mit einer einerseits mit Verbrennungsluft und andererseits mit den Dampferzeuger verlassenden Rauchgas beaufschlagbaren Wärmeübertragungsanlage, insbesondere Drehluftvorwärmer, einer einerseits mit von der Wärmeübertragungsanlage zuzuführenden Verbrennungsluft und andererseits mit von dem aus der Wärmeübertragungsanlage austretenden gekühlten Rauchgas beaufschlagbaren Wärmeverschiebungseinheit, einem die Wärmeübertragungsanlage rauchgasseitig überbrückenden Bypass und einem in dem Bypass angeordneten und in dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers eingebundenen mindestens einstufigen Bypasswärmetauschers, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der im Bypasswärmetauscher (10) ausgekoppelten Wärme geregelt (21; 25) über einen Regelwärmetauscher (4; 4′) in die der Wärmeübertragungsanlage (5) zugeführten Verbrennungsluft einkoppelbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem im Verbrennungsluftstrom angeordneten Wärmetauscher (2) der Wärmeverschiebungseinheit (3) und der Wärmeübertragungsanlage (5) ein Luft-Wasser- Wärmetauscher (4) als Regelwärmetauscher angeordnet ist derart, daß im Bypasswärmetauscher (4) ausgekoppelte Wärme direkt in die Verbrennungsluft einkoppelbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem geschlossenen Wärmeträgermediumkreislauf (23) der Wärmeverschiebungseinheit (3) ein Wärmeträgermedium-Wasser-Wärmetauscher (4′) angeordnet ist derart, daß im Bypasswärmetauscher (4′) ausgekoppelte Wärme direkt auf das Wärmeträgermedium übertragbar und von dort in die Verbrennungsluft einkoppelbar ist.

4. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, bei der eine Stufe des Bypasswärmetauschers als Dampferzeugerbaugruppe betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelwärmetauscher (4; 4′) mit Wasser aus dem Wasserkreislauf (17) der Dampferzeugerbaugruppe (11) beaufschlagbar ist.

5. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wärmeträgermediumkreislauf (23) der Wärmeverschiebungseinheit (3) ein mit Dampf beaufschlagter Calorifer (26) angeordnet ist.

6. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wärmeverschiebungseinheit dem Wärme aus dem Rauchgas aufnehmenden Wärmetauscher (15) ein geregelter (25) Bypass (25a) für das Wärmeträgermedium zugeordnet ist.