DE69210040T2

DE69210040T2 - Verfahren zum regenerativen wärmetausch

Info

Publication number: DE69210040T2
Application number: DE69210040T
Authority: DE
Inventors: Stefan Essle; Bo Sangfors
Original assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Current assignee: Alstom Power Inc
Priority date: 1991-12-17
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: CZ144094A3; CZ283843B6; DE69210040D1; EP0616674A1; SE468296B; JP3299539B2; SE9103730D0; EP0616674B1; US5482108A; JPH07502589A; RU2101620C1; SE9103730L; WO1993012386A1; DK0616674T3; RU94030375A

Description

Verfahren zum regenerativen Wärmetausch

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Erzielen eines optimalen Energieaustausches beim regenerativen Wärmeaustausch zwischen der Verbrennungsluft und feuchten Abgasen, die in einer Kühlvorrichtung vorgekühlt wurden. Ein solches Verfahren ist aus der US-A- 4,287,938 bekannt.
Wenn Wasserdampf enthaltende Abgase auf Temperaturen unterhalb ihres Taupunktes herabgekühlt werden, kann der Wasserdampf kondensieren und die Kondensationswärme zurückgewonnen werden. Ein weiteres Absenken der Temperatur ist mittels eines regenerativen Wärmeaustauschs zwischen der Verbrennungsluft und den vorgekühlten, feuchten Abgasen möglich, wobei auf der Abgasseite zusätzlicher Wasserdampf kondensiert und auf der Verbrennungsluftseite wieder verdampft wird. Da die Verbrennungsluft mit dem Erwärmen gleichzeitig angefeuchtet wird, kann ein wesentlicher Teil der Energie von den Abgasen auf die Verbrennungsluft übertragen werden. Die übertragbare Energiemenge wird jedoch durch die auf der Abgasseite während des regenerativen Wärmeaustauschs erreichte Kondensation beschränkt, die der Fähigkeit zum Verdampfen auf der Verbrennungsluftseite unzureichend entspricht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei dem eingangs genannten Verfahren auf einfache Weise einen optimalen Energieaustausch zu erzielen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Oberflächen von wärmeübertragenden Elementen eines regenerativen Wärmetauschers auf der Abgasseite in solcher Weise mit Wasser benetzt werden, daß auf den Oberflächen der Wärmetauscherelemente ein Wasserfilm solchen Ausmaßes gebildet wird, daß die Elementoberflächen während ihres gesamten Verweilens auf der Luftseite im wesentlichen zu 100 % mit Wasser bedeckt sind. Ohne dieses hinzugefügte Wasser trocknen die Oberflächen der Wärmetauscherelemente ab, wenn sie die Luftseite passieren. Der Gehalt dieses Verfahrens im Vergleich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich aus der folgenden Beschreibung eines Beispiels, wonach durch das erfindungsgemäße Verfahren in der Verbrennungsluft ein Energieanstieg von 12,6 % erreicht wird.
Gemäß einer einfachen, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Kühlvorrichtung zum Vorkühlen der Abgase an der Oberseite der Abgasseite des Wärmetauschers angeordnet, wo die Abgase in solcher Weise in den Wärmetauscher hinabgeleitet werden, daß das in der Kühlvorrichtung gebildete Kondenswasser auf die Wärmetauscherelemente fließen und/oder herabtropfen kann. Damit erreicht man leicht eine Temperatur des zugeführten Wassers, die im wesentlichen gleich der oder etwas höher als die Temperatur des Abgases am Wärmetauschereinlaß ist, was für den Wärmeaustausch wichtig ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben, die als Beispiel schematisch einen Wärmetauscher mit Vorrichtungen zeigt, um das erfindungsgemäße Verfahren zu erläutern, wobei Fig. 1 einen Längsschnitt entlang der Linie I-I in Fig. 2 und Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 zeigt.
In der Zeichnung ist ein als Stand der Technik bereits bekannter drehbarer, regenerativer Wärmetauscher gezeigt, der einen Rotor 1, welcher in einem Gehäuse 2 mit Einlaßkanälen 3, 4 für Abgase bzw. Frischluft und Auslaßkanäle 5, 6 für Abgase bzw. Frischluft drehbar gelagert ist, sowie obere und untere Trennplatten 7 bzw. 8 besitzt, die den Luftvorwärmer in einer Abgasseite und eine Frischluftseite 9 bzw. 10 teilen, welche jeweils 165º des Gesamtumfangs abdecken.
Der Rotor 1 ist mit radialen Wänden 11 versehen, die ihn in eine Anzahl von Abschnitten 12 unterteilen, die von Wärmetauscherelementen 13 ausgefüllt werden. Diese sind in Strömungsrichtungen der Frischluft und des Abgases luftdurchlässig und bestehen aus einem korrosionsbeständigen Material.
Im Abgas-Einlaßkanal 3 ist ein Kühler 15 angeordnet, der z. B. an eine Wasserrücklaufleitung fur eine Femheizung angeschlossen ist, und die Abgase auf eine Temperatur unterhalb ihres Wasser-Taupunktes herabkühlt. Dadurch wird das Wasser kondensiert und fließt unmittelbar oder mittels einer Rinne auf die Wärmetaucherelemente 13 des Rotors 1 herab, deren Oberflächen die Kondensation bewirkenf die unmittelbar auf den Elementoberf lächen erfolgt, und die auch mit zusätzlichem Wasser benetzt werden, bevor sie unter der Trennplatte 7 vorbeilaufen und zur Frischluftseite 10 weiterlaufen, wo das Wasser wieder beginnt zu verdampfen. Erfindungsgemäß werden die Elemente 13 so reichhaltig mit Wasser benetzt, daß diese noch naß sind, nachdem sie die Frischluftseite 10 durchlaufen haben. In dem Fall, daß die Kondensation und die Wasserbenetzung für einen solchen Vorgang unzureichend sein sollte, muß möglichst zusätzliches Wasser hinzugefügt werden, das man aus einer Wasserzuleitung 16 entnehmen kann, die mit einem Ventil und/oder einer Rücklaufleitung 18 versehen ist, welche über eine Pumpe 17 von einer Sammelrinne 19 überschüssigen Wassers in der unteren Trennplatte 8 verfügt, wobei die Leitung 18 mit Sprühöffnungen 20 im Abgas-Einlaßkanal 3 verbunden ist.
Durch dieses optimale Kondensieren und Anfeuchten auf der Abgasseite und die Wiederverdampfung auf der Frischluftseite kann wesentlich mehr Energie von den Abgasen auf die Verbrennungsluft übertragen werden, als dies bisher möglich war.
Zur Erläuterung der Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachstehend ein Beispiel eines solchen Verfahrens mit und ohne Zuleiten von Wasser auf die Wärmetauscherelemente beschrieben.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung werden der Abgasseite 101374 Nm³ Abgase/Stunde zugeführt und 92952 Nm³ Luft/Stunde verlassen die Frischluftseite. Jede Seite nimmt 165º des Gesamtumfangs ein und der Rotor dreht sich mit einer Drehzahl von vier Umdrehungen/Minute. Die Temperatur der Zufuhrluft beträgt 30º C. Die Kühlvorrichtung 15 ist so eingestellt, daß sie die Abgase auf eine Temperatur von 58º C herabkühlt, wobei das auf die Wärmetauscherelemente 13 herabtropfende oder -fließende Kondenswasser im wesentlichen die gleich Temperatur besitzt. Die zusätzliche Kondenswasserzufuhr von dem Kühler 15 ist ausreichend, um die Elemente 13 auf der Frischluftseite hinreichend naß zu halten. Die Temperatur der ausströmenden Abgase beträgt dann 33º C und die der ausströmenden Frischluft 55,5ºC.
Der Feuchtigkeitsgehalt des einströmenden Abgases beträgt 0,1336 kg/kg trockene Abgase, und der Feuchtigkeitsgehalt der ausströmenden Abgase beträgt 0,0328 kg/kg trockene Abgase. Die entsprechenden Werte für die Luft sind 0,0135 bzw. 0,1192 kg/kg trockene Luft. Damit beträgt die der Frischluftseite zugeführte Energie 9855 kW.
Falls der Kühler 15 in solcher Weise angeordnet wird&sub1; daß das von ihm ausgehende Kondenswasser nicht den Elementen 13 zugeführt wird, z. B. gemäß der SE-8703338-7, werden diese auf der Frischluftseite abgetrocknet, bevor sie diese durchlaufen haben. Die Temperatur der einströmenden Abgase verharrt bei 58º C und auch die Temperatur der einströmenden Frischluft verbleibt bei 30ºC. Ohne eine zusätzliche Kondenswasserzufuhr wird die Temperatur der ausströmenden Abgase bei 33,80 0 und die Temperatur der ausströmenden Frischluft bei 53,8º C liegen.
Der Feuchtigkeitsgehalt der einströmenden Gase bleibt ebenso wie der Freuchtigkeitsgehalt der einströmenden Frischluft unverändert bei 0,1336 kg/kg trockener Abgase bzw. 0,0135 kg/kg trockener Luft. Der Feuchtigkeitsgehalt der ausströmenden Abgase beträgt nun 0,0341 kg/kg trockener Abgase und der Feuchtigkeitsgehalt der ausströmenden Frischluft 0,1071 kg/kg trockene Luft. Damit beträgt die der Frischluftseite zugeführte Energie 8756 kW.
Aus dem vorstehenden wird ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine Energie überträgt, die im Vergleich zu einem Verfahren ohne eine zusätzliche Wasserzufuhr 12,6 % höher liegt.

Claims

1. Verfahren zum Erzielen eines optimalen Energieaustauschs beim regenerativen Wärmeaustausch zwischen der Verbrennungsluft und feuchten Abgasen, die in einer Kühlvorrichtung vorgekühlt wurden, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der wärmeübertragenden Elemente (13) des regenerativen Wärmetauschers auf der Abgasseite (9) mit Wasser benetzt werden, so daß auf den Oberflächen der Wärmetauscherelemente (13) ein Wasserfilm in solchem Ausmaß ausgebildet wird, daß die Elementoberf lächen während ihres gesamten Verweilens auf der Luftseite (10) im wesentlichen zu 100 % mit Wasser bedeckt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (15) zum Vorkühlen der Abgase über der Abgasseite (9) des Wärmetauschers angeordnet ist und die Abgase an dieser Stelle hinunter in den Wärmetauscher geleitet werden, so daß das in der Kühlvorrrichtung (15) entstehende Kondenswasser auf die Wärmetauscherelemente (13) fließen und/oder herabtropfen kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Benetzen der wärmeübertragenden Elemente (13) zugeführte Wasser so eingestellt ist, daß es am Einlaß des Abgas-Zuleitungskanals (3) zu dem Wärmetauscher eine Temperatur hat, die im wesentlichen gleich der oder etwas höher als die Temperatur des Abgases ist.