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Verfahren zum Betriebe von Gaserhitzern für Wärmekraftanlagen Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebe von Gaserhitzern für Wärmekraftanlagen,
in denen ein gasförmiges Arbeitsmittel, vorzugsweise Luft, nachdem es auf höheren
Druck gebracht worden ist, in einem Erhitzer durch indirekte äußere Wärmezufuhr
auf höhere Temperatur gebracht und hierauf unter Leistungsabgabe an mindestens einen
Nutzleistungsempfänger expandieren gelassen wird und ferner Rauchgase einen Vorwärmer
für die im Erhitzer benötigte Verbrennungsluft durchströmen.
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Zweck der Erfindung ist, die fühlbare Wärme der Abgase in solchen
Gaserhitzern soweit wie möglich Herabzudrücken, d. h. einen möglichst hohen Wirkungsgrad
des Erhitzers zu erzielen.
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Bekanntlich ist in bezug auf die Abgase der Verlust durch fühlbare
Wärme um so kleiner, je kleiner der Luftüberschuß und je kleiner die Temperatur
der in die Umgebung austretenden Rauchgase ist. Bei kleinem Luftüberschuß ist aber
die Rauchgasmenge verhältnismäßig größer als die Luftmenge, die im Vorwärmer durch
Wärmeaustausch mit den Rauchgasen zu erhitzen ist. Außerdem haben Rauchgase eine
höhere spezifische Wärme als Luft. Diese Umstände erschweren es, den Rauchgasen
die gevvünschte Wärmemenge zu entziehen, und zwar besonders dann, wenn der Heizwert
des Brennstoffes klein ist, weil bekanntlich die Rauchgasmenge im Verhältnis zu
der im Vorwärmer zu erhitzenden Frischluftmenge um so größer ist, je kleiner der
Heizwert des Brennstoffes ist. Bei den bisherigen Ausführungen ist demzufolge die
Temperaturdifferenz zwischen der in den Vorwärmer eintretenden Luft und den daraus
austretenden Rauchgasen wesentlich größer als die Temperaturdifferenz zwischen der
aus dem Vorwärmer austretenden Luft und den in denselben eintretenden Rauchgasen.
Je größer aber die erste Differenz im Verhältnis zur zweiten
ist,
um so schlechter ist der Wärmeinhalt der Rauchgase ausgenutzt worden, d. h. mit
um so höherer Temperatur gelangen die Rauchgase in die Umgebung. Das Verhältnis
der genannten zwei Temperaturdifferenzen fällt besonders groß aus, wenn die Brennstoffe
wasserhaltig sind, und es wirkt sich dann besonders ungünstig aus, wenn das Arbeitsmittel,
wie es in Wärmekraftanlagen der eingangs erwähnten Art der Fall ist, schon mit hoher
Temperatur, z. B. 3oo bis 4oo° C, in den Erhitzer eintritt, da dann die Rauchgastemperatur
beim Eintritt in,den Verbrennungsluftvorwärmer und damit auch beim Austritt aus
demselben verhältnismäßig hoch ist. Hohe Eintrittstemperaturen des Arbeitsmittels
in den Erhitzer bedingen eben im Interesse einer guten Wärmeausnutzung auch eine
hohe Vorwärmung der Verbrennungsluft, die um so höher getrieben werden muß, je höher
die Temperatur ist, mit welcher das Arbeitsmittel in den Gaserhitzer strömt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden nun bei Gaserhitzern der
erwähnten Art jene Wärmemengen ausgenutzt, die infolge der Verschiedenheit der spezifischen
Wärmen von Luft und Rauchgasen nicht zur Vorwärmung der Verbrennungsluft verwendet
werden können, d. h. es wird die fühlbare Abgaswärme herabgedrückt. Dies wird dadurch
erreicht, daß durch mindestens eine der Maßnahmen: i. Entnahme von Rauchgasen vor
dem Verbrennungsluftvorwärmer, 2. Zuführen von mehr Luft in diesen Vorwärmer, als
dem Brennstoff für die Verbrennung zugeführt wird, das Verhältnis zwischen den durch
den Vorwärmer strömenden. Rauchgas- und Verbrennungsluftmengenderart geändert wird,
daß das Verhältnis der Temperaturdifferenzen zwischen eintretender Luft und austretenden
Rauchgasen einerseits und austretender Luft und eintretenden Rauchgasen anderseits
eine Verkleinerung erfährt und daß die in der entnommenen Rauchgasmenge bzw. in
der erwärmten überschüssigen Luft enthaltene Wärme anderweitig verwertet wird.
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In der Zeichnung sind in vereinfachter Darstellungsweise zwei beispielsweise
Ausführungsformen von Gaserhitzern gezeigt, die das den Gegenstand der Erfindung
bildende Verfahren auszuführen gestatten. Es zeigt Fig. i einen Lufterhitzer mit
Verbrennungsluftvo:rwärmer, in welchem in den Vorwärmer mehr vorzuwärmende Luft
gelangt, als dem Brennstoff für die Verbrennung zugeführt wird, Fig. 2 einen Lufterhitzer
mit Verbrennungsluftvorwärmer, in welchem vor dem Vorwärmer Rauchgase entzogen und
zum Trocknen des im Erhitzer zu verfeuernden Brennstoffes verwendet werden.
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In Fig. i bezeichnet i den Brennraum und 2 einen diesem nachgeschalteten
Rauchgaszug eines Lufterhitzers 16, dem die darin zu erhitzende Luft durch eine
Leitung 3 zuströmt. Diese Luft durchströmt im Gleichstrom zu den Heizgasen ein Röhrensystem
q., das vor allem der Strahlungswärme des Brennraumes i ausgesetzt ist, und im Gegenstrom
zu den Rauchgasen ein Röhrensystem 5, das zum größten Teil im Zug 2 angeordnet ist.
Diesem Zug 2 ist, in der Strömungsrichtung der Rauchgase betrachtet, ein Vorwärmer
6 für Frischluft nachgeschaltet. Diese tritt durch eine Leitung 7 in den Vorwärmer
6 ein, und zwar in einer Menge, die größer ist als die, welche dem im Lufterhitzer
16 zu verbrennenden Brennstoff zugeführt wird. Die im Vorwärmer 6 erhitzte Luft
gelangt in eine Leitung 9, aus der die zum Verbrennen des Brennstoffes benötigte
Menge durch eine Leitung io in eine Brennstoffmühle i i strömt, während der Rest
in eine Mühle 12 gelangt, um dort den von einem Silo 13 kommenden Brennstoff zu
trocknen. Nachdem der Brennstoff gemahlen und getrocknet-worden ist, wird er in
einem Abscheider 14. von der zusätzlich im Vorwärmer 6 erhitzten Luft und dem entstandenen
Wasserdampf getrennt, wobei die letzteren, nachdem sie durch einen Filter 15 hindurchgegangen
sind, ins Freie gelangen, während der Brennstoff in die zweite, nachgeschaltete
Mühle i i rutscht, die zusammen mit dem Brennraum i des Lufterhitzers 16 eine übliche
Mühlenfeuerung bildet. Obgleich bei dem beschriebenen Lufterhitzer durch den Luftvorwärmer-6
eine größere Luftmenge strömt, als dem zu verfeuernden Brennstoff zugeführt wird,
wird der Luftüberschuß im Brennraum i nicht vergrößert. Anderseits bewirkt die dem
Vorwärmer 6 zugeführte größere Luftmenge eine stärkere Abkühlung der Rauchgase und,
zusammenhängend damit, die angestrebte Verkleinerung des Verhältnisses der Temperaturdifferenzen
zwischen der in den Vorwärmer 6 durch die Leitung 7 eintretenden Luftmenge und der
aus diesem Vorwärmer 6 strömenden Rauchgasmenge einerseits und der aus dem Vorwärmer
6 in die Leitung 9 überströmenden, erhitzten Frischluftmenge und der in den Vorwärmer
6 eintretenden Rauchgasmenge anderseits. Da bei dem beschriebenen Lufterhitzer der
bei der Trocknung des Brennstoffes entstehende Wasserdampf gar nicht als Ballaststoff
in den Brennraum i gelangt, ist er auch nicht in den aus dem Erhitzer 16 abziehenden
Rauchgasen enthalten, so daß deren Menge entsprechend kleiner ist, was in erwünschter
Weise sekundär dazu beiträgt, das erwähnte Verhältnis der Temperaturdifferenzen
zu verkleinern.
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Indem der vom Vorwärmer 6 in die Mühle 12 gelangende Teil der in jenem
erhitzten Frischluft den Brennstoff weitgehend trocknet, läßt sich der Heizwert
des im Lufterhitzer 16 verfeuerten Brennstoffes erhöhen und damit -die Gesamtheizfläche
dieses Erhitzers verkleinern, was sich günstig auf den Herstellungspreis des Erhitzers
auswirkt. Die Trocknung in der Mühle i i kann gegebenenfalls so weit getrieben werden,
daß sich die Aufstellung einer zweiten Mühle erübrigt. In diesem Falle ist es möglich,
im beschriebenen Lufterhitzer 16 selbst stark wasserhaltige Brennstoffe, wie sie
bisher nur in Spezialfeuerungen verbrannt werden konnten, auch in sogenannten Schmelzkammerfeuerungen
zu verfeuern. Das ermöglicht, den weiteren Vorteil zu erzielen, daß die Asche in
einer Form anfällt, in der sie sich leicht wegschaffen und gegebenenfalls weiter
wirtschaftlich verwerten läßt. Auch lassen
sich in Schmelzkammerfeuerungen
im allgemeinen höhere Wirkungsgrade erzielen. So ermöglicht ein Vortrocknen von
Braunkohle in der beschriebenen Weise diesen Brennstoff auch in Gaserhitzern von
Wärmekraftanlagen der hier in Betracht kommenden Art mit hohem Wirkungsgrad zu verbrennen,
was insofern vorteilhaft ist, ereil dieser Brennstoff im allgemeinen tiefe Aschenschmelzpunkte
hat und daher besonders geeignet ist, um in Schmelzkammerfeuerungen verfeuert zu
werden.
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Der in Fig. 2 gezeigte Lufterhitzer 2o unterscheidet sich von dem
in Fig. I veranschaulichten vor allem dadurch, daß zur Trocknung des Brennstoffes
in der ersten Mühle, 17, Rauchgase verwendet werden, die an der Stelle 18
vor dem Verbrennungsluftv orwärmer 19 dem Rauchgasstrom des Erhitzers 2o entzogen
werden. Hier wird also das Verhältnis zwischen den durch den Vorwärmer 19 strömenden
Rauchgas- und Verbrennungsluftmengen dadurch geändert, daß die durchströmende Rauchgasmenge
verkleinert wird, was sich ebenfalls in einer Verkleinerung des Verhältnisses der
Temperaturdifferenzen zwischen der in -den Vorwärmer 19 eintretenden Frischluft
und der aus diesem ausströmenden Rauchgase einerseits und der aus dem Vorwärmer
19 .austretenden erhitzten Frischluft und der in diesen eintretenden Rauchgase anderseits
auswirkt. Die zum Trocknen des Brennstoffes verwendeten Rauchgase werden auch in
diesem Falle, nachdem sie zusammen mit dem entstandenen Wasserdampf vom Brennstoff
getrennt worden sind, zwischen der ersten Mühle, 17, und einer damit in Reihe geschalteten
zweiten Mühle, 21, nach außen ins Freie abgeleitet.
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Um die gewünschte Verkleinerung des Verhältnisses der hier in Betracht
kommenden zwei Temperaturdifferenzen zu erreichen, können auch beide Maßnahmen:
Entnahme von Rauchgasen vor dem Verbrennungsluftvorwärmer und Zuführen von mehr
Luft in diesen Vorwärmer, als dem Brennstoff für die Verbrennung zugeführt wird,
gleichzeitig verwendet werden.
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Die im Vorwärmer erhitzte, aber nicht für die Verbrennung des Brennstoffes
verwendete Luft läßt sich nicht nur zum Trocknen von Brennstoff, sondern auch für
Heizzwecke, Fabrikationszwecke u. dgl. verwenden. Auch die entnommenen Rauchgase
lassen sich für andere Zwecke als nur für die Trocknung des zu verfeuernden Brennstoffes
verwenden, so z. B. in einem Abhitzeverwerter.