DE9320912U1

DE9320912U1 - Anordnung zur Wirkungsgradverbesserung eines Kraftwerkes o.dgl.

Info

Publication number: DE9320912U1
Application number: DE9320912U
Authority: DE
Inventors: Olivier Dr Brasseur; Martin Kienboeck
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1993-12-10
Filing date: 1993-12-10
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2003-12-11

Description

Stenger, Watzke & Ring ._{s ; #}*,K*i«r-Fxjed«*h-Ring ?o

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE

DIPL.-ING. HEINZ J. RING

DIPL.-ING. ULRICH CHRISTOPHERSEN

Unser Zeichen95 0117 DIPL.-ING. MICHAEL RAUSCH

BDAG Balcke-Dürr Aktiengesellschaft, dipl,ing. WOLFGANG BRINGMANN

Hornberger Straße 2, 40882 Ratingen ^"ent attorneys

Datum 13. März 1995

Anordnung zur Wirkunasqradverbesserung eines Kraftwerkes oder dergleichen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Wirkungsgradverbesserung eines durch Verbrennung fossiler Brennstoffe betriebenen Kraftwerkes oder dergleichen mit Vorwärmung der Verbrennungsluft durch Rückgewinn eines Teiles der im Rauchgas enthaltenen Wärme und mit einer im Bypass zur Vorwärmung der Verbrennungsluft betriebenen Übertragung eines Teiles der im Rauchgas und/oder in der vorgewärmten Verbrennungsluft enthaltenen Wärme auf das Prozeßmedium.

Bei durch Verbrennung fossiler Brennstoffe betriebenen Kraftwerken ist es üblich, die dem Dampferzeuger zugeführte Verbrennungsluft dadurch vorzuwärmen, daß ein Teil der im Rauchgas des Dampferzeugers enthaltenen Wärme rückgewonnen wird. Diese Rückgewinnung erfolgt durch rekuperative oder regenerative Wärmeübertrager, beispielsweise in Form von Rohr- oder Plattenwärmeübertragern oder drehend angetriebenen Luftvorwärmern. Durch die teilweise Nutzung der in den Rauchgasen enthaltenen Wärme zur Vorwärmung der Verbrennungsluft erfolgt eine Wirkungsgradverbesserung des Kraftwerkes.

Zusätzlich zu dieser Verbrennungsluftvorwärmung ist es bekannt, einen Teil der Rauchgase durch einen Bypass an der Verbrennungsluftvorwärmung vorbeizuführen und die in dieser Teilmenge des Rauchgases nutzbar enthaltene Wärme auf das Prozeßmedium zu übertragen, beispielsweise durch Aufheizung des Speisewassers oder durch Erzeugung von Dampf, der entweder zur externen Nutzung verwendet oder in den Kraftwerksprozeß eingespeist wird.

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Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung zur Wirkungsgradverbesserung eines durch Verbrennung fossiler Brennstoffe betriebenen Kraftwerkes oder dergleichen derart weiterzubilden, daß sich eine zusätzliche Erhöhung des Wirkungsgrades ergibt.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft vor Eintritt in den Luftvorwärmer durch Prozeßmedium mit niedrigem Druck vorgewärmt wird und daß die auf diese Weise der Verbrennungsluft zugeführte Wärme aus dem im Bypass zum Luftvorwärmer geführten Rauchgas bzw. der rezirkulierenden Verbrennungsluft zur Erwärmung von unter höherem Druck stehenden Prozeßmedium ausgekoppelt wird.

Da die technische Arbeitsfähigkeit (Exergie) der aus dem im Bypass zum Luftvorwärmer geführten Rauchgas bzw. der rezirkulierenden Verbrennungsluft auf das unter höherem Druck stehende Prozeßmedium übertragenen Wärmemenge wegen des höheren Druckniveaus größer ist als die technische Arbeitsfähigkeit der etwa gleich großen bzw. nur geringfügig größeren Wärmemenge, die aus dem unter geringerem Druck stehenden Prozeßmedium zuvor auf die Verbrennungsluft vor dem Luftvorwärmer übertragen worden ist, ergibt sich allein durch diesen erfindungsgemäßen Vorschlag eine Verbesserung des Kraftwerk-Gesamtwirkungsgrades von etwa 0,5 bis 1 %, d.h. eine Erhöhung der elektrischen Leistung des Kraftwerkes um etwa 1 bis 2 %. Die Ausnutzung der unterschiedlichen Exergien einerseits der zur Verbrennungsluftvorwärmung aus dem Prozeßmedium entnommenen Wärmemenge und andererseits der aus dem im Bypass zum Luftvorwärmer geführten Rauchgas bzw. der im Bypass zum Luftvorwärmer rezirkulierenden Verbrennungsluft rückgewonnenen Wärmemenge führt somit erfindungsgemäß zu einer beachtlichen Wirkungsgradverbesserung.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind luftseitig vor dem Verbrennungsluftvorwärmer mindestens ein mit Niederdruck-Speisewasser oder Niederdruckdampf beheizter Niederdruckvorwärmer und im Bypass zum Verbrennungsluftvorwärmer mindestens ein Hochdruck-Wärmeübertrager angeordnet, durch den eine der durch den Niederdruckvorwärmer zugeführten Wärmemenge entsprechende Wärmemenge an Hochdruck-Speisewasser oder

Hochdruckdampf abgegeben wird. Bei dem Niederdruckvorwärmer und dem Hochdruck-Wärmeübertrager, die ein- oder mehrstufig ausgeführt sein können, handelt es sich um übliche Apparate; der Verbrennungsluft-Vorwärmer kann ebenfalls in bekannter Weise als rekuperativer oder regenerativer Wärmeübertrager ausgebildet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Verbrennungsluftvorwärmer mehrstufig ausgeführt werden, wobei nur die im höheren Temperaturbereich liegende Stufe bzw. liegenden Stufen durch den Bypass umgangen wird/werden.

Die Erfindung so!! nachfolgend anhand eines als Blockschaltbild dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden.

Das Blockschaltbild zeigt einen Dampferzeuger 1, dem die Verbrennungsluft durch einen Verbrennungsluftkanal 2 zugeführt und aus dem das Rauchgas durch einen Rauchgaskanal 3 abgeführt wird.

Um einen Teil der im Rauchgas enthaltenen Wärme zur Vorwärmung der Verbrennungsluft zu nutzen, ist ein Verbrennungsluftvorwärmer 4 vorgesehen, der als rekuperativer oder regenerativer "Wärmeübertrager ausgeführt sein kann. Weiterhin ist im Verbrennungsluftkanal 2 ein Niederdruckvorwärmer 5 angeordnet. Dieser Niederdruckvorwärmer 5 wird entweder durch warmes Speisewasser oder durch Niederdruckdampf beheizt, um die mit einer Temperatur von 30° bis 40° C in den Verbrennungsluftkanal 2 eintretende Verbrennungsluft auf eine Temperatur von 80° bis 150° C zu erwärmen, bevor die Verbrennungsluft in den Verbrennungsluftvorwärmer 4 eintritt. Das zur Beheizung des Niederdruckvorwärmers 5 verwendete Speisewasser steht unter einem Druck zwischen 5 und 30 bar; sofern Niederdruckdampf zur Beheizung des Niederdruckvorwärmers 5 verwendet wird, steht dieser unter einem Druck zwischen 1 und 10 bar.

Im Verbrennungsluftvorwärmer 4 wird die Verbrennungsluft durch das aus dem Dampferzeuger 1 mit 350° bis 250° C austretende Rauchgas auf eine zwischen 250° und 350° C liegende Temperatur aufgeheizt, mit der die Verbrennungsluft in den Dampferzeuger 1 eintritt.

Da die mit niedrigem Druckniveau mittels des Niederdruckvorwärmers 5 in die Verbrennungsluft eingetragene Wärmemenge Q-] auf höherem Druckniveau aus dem Rauchgas ausgekoppelt werden soll, ist parallel zum Rauchgaskanal 3 ein den Verbrennungsluftvorwärmer 4 umgehender Bypass 6 vorgesehen, in dem ein Hochdruck-Wärmeübertrager 7 angeordnet ist. Durch diesen Bypass

6 wird eine Teilmenge des Rauchgases am Verbrennungsluftvorwärmer 4 vorbeigeführt. Diese Teilmenge des Rauchgases ist darauf abgestimmt, daß dem Rauchgas im Hochdruck-Wärmeübertrager 7 eine Wärmemenge Q2 entzogen wird, die theoretisch gleich groß, aufgrund der unvermeidlichen Wirkungsgradverluste jedoch geringfügig kleiner als die Wärmemenge Q-] ist, die der Verbrennungsluft durch den Niederdruckvorwärmer 5 zugeführt wird. Die Übertragung dieser Wärmemenge Q2 erfolgt im Hochdruck-Wärmeübertrager

7 auf das unter erheblich höherem Druck stehende Prozeßmedium, beispielsweise auf Speisewasser mit einem Druck von 250 bar und/oder auf Hochdruckdampf mit einem zwischen 2 und 40 bar liegenden Druck.

Das Ausführungsbeispiel zeigt einen weiteren Hochdruck-Wärmeübertrager 7a, der in einem Bypass 6a zum Verbrennungsluftvorwärmer 4 angeordnet ist und der mit rezirkulierender Verbrennungsluft beheizt wird, die durch ein Rezirkulationsgebläse 8 umgewälzt wird. Dieser Hochdruck-Wärmeübertrager 7a kann zusätzlich oder alternativ zum Hochdruck-Wärmeübertrager 7 angeordnet sein und dient ebenso wie dieser dem Rückgewinn einer Wärmemenge Q2a auf höherem Druckniveau. Beide Hochdruck-Wärmeübertrager 7,7a können ein- oder mehrstufig ausgeführt sein.

Durch den Rückgewinn eines Teiles der im Rauchgas enthaltenen Wärme mit Hilfe des Verbrennungsluftvorwärmers 4 und der Wärmemenge Q2 mit Hilfe des Hochdruck-Wärmeübertragers 7 ergeben sich am Ende des Rauchgaskanals 3 Rauchgastemperaturen zwischen 180° und 110° C.

Da die technische Arbeitsfähigkeit (Exergie) der dem Teilstrom des Rauchgases im Hochdruck-Wärmeübertrager 7 entnommenen Wärmemenge Q2 bzw. der der rezirkulierenden Verbrennungsluft im Hochdruck-Vorwärmer 7a entnommenen Wärmemenge Q2a größer ist als die Exergie der der Verbrennungsluft im Niederdruckvorwärmer 5 zugeführten Wärmemenge Q-j, ergibt sich durch die im Blockschaltbild dargestellte Anordnung eine Verbesserung des Kraftwerk-Gesamtwirkungsgrades um ca. 0,5 bis 1 %. Die mit der be-

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schriebenen Anordnung erzeugbare elektrische Leistung des Kraftwerkes steigt hierdurch um ca. 1 bis 2 %, und zwar aliein durch Ausnutzung der Exergie-Differenz zwischen der bei hohem Druckniveau rückgewonnenen Wärmemenge Q2 bzw. Q2a und der bei niedrigerem Druckniveau eingespeisten Wärmemenge Q-j.

Bezuaszeichenliste:

1 Dampferzeuger

2 Verbrennungsluftkanal

3 Rauchgaskanal

4 Verbrennungsluftvorwärmer

5 Niederdruckvorwärmer

6 Bypass
6a Bypass

7 Hochdruck-Wärmeübertrager 7a Hochdruck-Wärmeübertrager

8 Rezirkulationsgebläse

Qi eingespeiste Wärmemenge

Q2 rückgewonnene Wärmemenge rückgewonnene Wärmemenge

Claims

nsprüche:

1. Anordnung zur Wirkungsgradverbesserung eines durch Verbrennung fossiler Brennstoffe betriebenen Kraftwerkes oder dergleichen mit Vorwärmung der Verbrennungsluft durch Rückgewinn eines Teiles der im Rauchgas enthaltenen Wärme und mit einer im Bypass zur Vorwärmung der Verbrennungsluft betriebenen Übertragung eines Teiles der im Rauchgas und/oder in der vorgewärmten Verbrennungsluft enthaltenen Wärme auf das Prozeßmedium,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Verbrennungsluft vor Eintritt in den Luftvorwärmer (4) durch Prozeßmedium mit niedrigem Druck vorgewärmt wird und daß die auf diese Weise der Verbrennungsluft zugeführte Wärme aus dem im Bypass (6,6a) zum Luftvorwärmer (4) geführten Rauchgas bzw. der rezirkulierten Verbrennungsluft zur Erwärmung von unter höherem Druck stehenden Prozeßmedium ausgekoppelt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß iuftseitig vor dem Verbrennungsluftvorwärmer (4) mindestens ein mit Niederdruck-Speisewasser oder Niederdruckdampf beheizter Niederdruckvorwärmer (5) und im Bypass (6,6a) zum Verbrennungsluftvorwärmer (4) mindestens ein Hochdruck-Wärmeübertrager (7,7a) angeordnet ist, durch den eine der durch den Niederdruckvorwärmer (5) zugeführten Wärmemenge (Q-|) entsprechende Wärmemenge (Q2) an Hochdruck-Speisewasser oder Hochdruckdampf abgegeben wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsiuftvorwärmer (4) mehrstufig ausgeführt ist, wobei nur die im höheren Temperaturbereich liegende(n) Stufe(n) durch den Bypass (6 bzw. 6a) umgangen wird(werden).