DE964502C

DE964502C - Steam power plant with pre-heating by bleeding steam and by flue gases

Info

Publication number: DE964502C
Application number: DEF9039A
Authority: DE
Inventors: Julius H Bayard
Original assignee: Foster Wheeler Ltd
Current assignee: Amec Foster Wheeler Holdings Ltd
Priority date: 1952-05-13
Filing date: 1952-05-13
Publication date: 1957-05-23

Description

Dampfkraftanlage mit Vorwärmung durch Anzapfdampf und durch Rauchgase Es ist bei Dampfkraftanlagen üblich, das Speisewasser des Dampfkessels in einem Ekonomiser jorzuwärmen, der von den Rauchgasen beheizt wird. Die Rauchgase werden dadurch gekühlt, enthalten aber immer noch Wärme, die ausgenutzt werden kann.. Es ist daher üblich, die Rauchgase dadurch weiter abzukühlen, daß sie in einem Lufterhitzer, der außen dem Ekonomiser angeordnet wird, Wärme an Luft abgeben, die durch den Lufterhitzer geleitet wird. Dieser Lufterhitzer hat gewöhnlich große Abmessungen, und seine Anordnung ist für den Gesamtaufbau störend, insbesondere bei Schiffskesseln, wo es sehr wünschenswert ist, daß alle Teile so niedrig wie möglich ausgeführt sind.Steam power plant with pre-heating by extraction steam and by flue gases It is common in steam power plants to use the steam boiler's feed water in one To heat economizer, which is heated by the flue gases. The smoke gases are thereby cooled, but still contain heat that can be exploited .. It it is therefore common practice to further cool the flue gases by placing them in an air heater, which is placed outside the economizer, give off heat to air passing through the air heater is directed. This air heater is usually large in size and arrangement is disruptive to the overall structure, especially in ship boilers, where it is very desirable is that all parts are made as low as possible.

Die Entnahme einer großen Wärmemenge aus den Rauchgasen führt zu einem hohen Kesselwirkungsgrad. Um jedoch einen möglichst hohen Wirkungsgrad einer Dampfkraftmaschine zu erreichen, ist es wesentlich, daß der Verlust an latenter Wärme auf ein Minimum vermindert wird. Dies führt dazu, das wieder eingeleitete Speisewasser durch die latente Wärme von Anzapfdampf vorzuwärmen, d. h. Dampf, der nicht seine ganze Energie in der-Kraftmaschine abgegeben hat, Infolgedessen ist die Temperatur des Speisewassers am Einlaß des Ekonomisers hoch, und die Temperatur der Rauchgase beim Verlassen des Ekonomisers ist ebenfalls entsprechend hoch. Dies bedeutet also, daß das Ziel, sowohl einen hohen Dampfkesselwirkungsgrad und einen hohen Kraftmuschinenwirkungsgrad zu erreichen, von gegensätzlichen Faktoren abhängig ist.The extraction of a large amount of heat from the flue gases leads to a high degree of boiler efficiency. However, in order to achieve the highest possible efficiency of a steam engine, it is essential that the loss of latent heat is reduced to a minimum. This leads to the re-introduced feed water being preheated by the latent heat of the bleed steam, i.e. H. Steam that has not given up all of its energy in the engine. As a result, the temperature of the feed water at the inlet of the economizer is high, and the temperature of the flue gases when leaving the economizer is also correspondingly high. This means that the goal of achieving both high boiler efficiency and high power engine efficiency is dependent on opposing factors.

Es wurde nun gefunden, daß beide Bedingungen mit einer Anordnung erfüllt werden können, "venn der Ekonomiser aus zwei oder mehr Teilen besteht, die hintereinander im Fluß der Rauchgase liegen, und denen das Speisewasser in getrennten Strömen zufließt, wobei der Speisewasserstrom, der in den näher zur Feuerung liegenden Ekonomiserteil gelangt, durch Anzapfdampf aus der Dampfkraftmaschine vorgewärmt wird, so daß diesem Ekonomiserteil. Speisewasser von höherer Temperatur zufließt als dem Ekonomiserteil, der von der Feuerung entfernter liegt. It has now been found that both conditions can be met with an arrangement, "if the economizer consists of two or more parts which lie one behind the other in the flow of the flue gases and to which the feed water flows in separate flows, the feed water flow flowing into the The economizer part, which is closer to the furnace, is preheated by bleed steam from the steam engine, so that this economizer part.

Bei einer solchen Anordnung kann die Endtemperatur der Rauchgase auf die Temperatur des kälteren der beiden Speisewasserströme heruntergebracht werden, obwohl ein wesentlicher Teil des Speisewassers dem Ekonomiser mit einer erheblich höheren Temperatur zufließt. Mithin wird gemäß der Erfindung ein höherer Wirkungsgrad sowohl beim Dampfkessel als auch bei der Kraftmaschine erhalten.With such an arrangement, the final temperature of the flue gases can increase the temperature of the colder of the two feedwater streams is brought down, although a substantial part of the feed water goes to the economizer with a substantial amount higher temperature flows. Thus, according to the invention, there is a higher degree of efficiency preserved both in the steam boiler and in the engine.

Die Einzelheiten der Gesamtanordnung, nämlich die Vorwärmung des Speisewassers durch Anzapfdampf und durch Rauchgase, die Aufteilung des Ekonomisers in mehrere Teile hintereinander im Fluß der Rauchgase und die getrennte Speisung der Ekonomiserteile, sind an sich bekannt. jedoch wird die Kombinationswirkung der Erfindung erst durch die Vereinigung der einzelnen Maßnahmen erreicht.The details of the overall arrangement, namely the preheating of the feed water by extraction steam and by flue gases, the division of the economizer into several Parts one after the other in the flow of flue gases and separate feeding of the economizer parts, are known per se. however, the combination effect of the invention is only through the unification of the individual measures is achieved.

Der zwei- oder mehrteilige Ekonomiser kann im Sinne der Erfindung unter verschiedenen Betriebsbedingungen benutzt werden. Ein typischer Fall liegt vor, wenn ein Dampfkessel von zwei getrennten Quellen aus gespeist wird, wobei das Speisewasser zum Teil aus rückgeleitetem Konelensat einer Kraftmaschine und zum Teil aus Zusatzspeisewasser besteht. jeder Speisewasserteil oder beide können auf ihrem Weg zum Ekonomiser vofgewärmt werden, oder es kann Wärme aus ihnen abgezogen werden. In jedem Fall wird der kältere Speisewasserteil dem Ekonomiserteil zugeführt, der von der Feuerung entfernter liegt, und der wärmere Speisewasserteil gelangt in den Ekonomiser - teil, der sich näher zur Feuerung befindet. Im allgemeinen wird der Speisewasserteil, der durch den entfernteren Ekonomiserteil geht, auch noch durch den näheren Ekonomiserteil zusammen mit dem anderen Speisewasserteil geleitet, aber- dies ist nicht immer erforderlich.The two-part or multi-part economizer can be used in the context of the invention under different operating conditions. A typical case is when a steam boiler is fed from two separate sources, the feed water consisting partly of returned conelensate from a prime mover and partly of additional feed water. either part or both of the feed water can be pre-heated on its way to the economizer, or heat can be extracted from them. In either case, the colder feed water part is supplied to the economizer, the more distant from the furnace is located, and the warmer feed water enters the economizer part, which is closer to the furnace. In general, the feed water part that goes through the more distant economizer part is also passed through the closer economizer part together with the other feed water part, but this is not always necessary.

Zwei typische Anwendungsbeispiele der Erfindung bei einem Wasserrohrkessel, durch den eine Turbine gespeist wird, sind in Fig. i und :2 der Zeichnung mehr oder weniger schematisch dargestellt. Die in Fig. i dargestellte Anlage enthält einen Wasserrohrkessel, der eine Feuerung i o mit Brenner 12, eine Dampf-Wasser-Trommel 14, eine Wassertrommel 16, Siederohre iS und einen Überhitzer 2o hat.Two typical application examples of the invention in a water tube boiler, through which a turbine is fed, are in Fig. i and: 2 of the drawing more or shown less schematically. The system shown in Fig. I contains a Water tube boiler with a furnace i o with burner 12, a steam-water drum 14, a water drum 16, boiler pipes iS and a superheater 2o.

Im Rauchabzug --2 der Feuerung befindet sich ein Ekonotniser, der aus zwei Teilen 24,26 besteht, die im Fluß der Rauchgase hintereinander liegen. Der weiter von der Feuerung entfernte Teil 24 hat eine Speiseleitung :28, und der näher zur Feuerung liegende Teil 26 hat ebenfalls eine Speiseleitung 3o. Der Teil 24 hat eine Auslaßleitung 32, die zur Speiseleitung 30 des Teiles 26 führt, und der letztere Teil hat eine Auslaßleitung 34, die zur Dampf-Wasser-Trommel 14 führt.In the smoke outlet -2 of the furnace there is an ekonotniser, which consists of two parts 24,26, which lie one behind the other in the flow of the smoke gases. The part 24 further away from the furnace has a feed line: 28, and the part 26 closer to the furnace also has a feed line 3o. The part 24 has an outlet line 32 which leads to the feed line 30 of the part 26 , and the latter part has an outlet line 34 which leads to the steam-water drum 14.

Der Dampf aus dem Überhitzer 2o gelangt durch Leitungen 3 8 und 15 zu einer Turbine 36. The steam from the superheater 2o passes through lines 3 and 8 1 5 to a turbine 36th

Das Kondensat aus der Turbine gelangt durch eine Leitung 40 und eine Sprüheinrichtung 42 in einen Speisewasservorwärmer 44, der auch Anzapfdampf aus der Turbine durch eine Leitung46 erhält. Zusatzspeisewasser gelangt ferner in die Kundensatleitung 4o durch eine Leitung 48.The condensate from the turbine passes through a line 40 and a Spray device 42 in a feed water preheater 44, which also draws off steam the turbine receives through a line46. Additional feed water also reaches the Customer satellite line 4o through a line 48.

Das im Vorwärmer 44 vorgewärmte Speisewasser strömt durch eine Leitung 5o ab und wird durch ein Verteilerventil 5.2 in zwei Ströme geteilt. Einer dieser Ströme fließt durch die Leitung 28 zum Ekonomiserteil 24, der andere gelangt durch die Leitung 56 in einen zweiten Vorwärmer 54 und dann durch die Leitung 30 in den Ekonorniserteil:26.The feed water preheated in the preheater 44 flows off through a line 5o and is divided into two flows by a distributor valve 5.2. One of these streams flows through line 28 to the economizer part 24, the other passes through line 56 into a second preheater 54 and then through line 30 into the economizer part: 26.

Im Vorwärmer 54 wird das Speistwasser durch Anzapfdampf aus der Turbine vorgewärmt, der durch eine Leitung 58 zuströmt und nach Durchgang durch den Vorwärmer durch eine Leitung 6o abstrdrnt.In the preheater 54, the feed water is preheated by bleed steam from the turbine, which flows in through a line 58 and, after passing through the preheater, is drained off through a line 6o.

Auf der Einlaßseite des Vorwärmers 54 hat die Dampfzuführungsleitung 58 einen Abzweig 62. Durch Steuerung des Ventils 64 kann Dampf zu einem Luftvorwärmer 66 gelangen, aus dem vorgewärmte Verbrennungsluft der Feuerung zugeführt wird.On the inlet side of the preheater 54, the steam feed line 58 has a branch 62. By controlling the valve 64, steam can reach an air preheater 66 , from which preheated combustion air is fed to the furnace.

Durch geeignete Einstellung der Ventile 52 und 64 kann die wirksamste Ausnutzung der verfügbaren Wärtne gesichert werden.By properly adjusting the valves 52 and 64, the most efficient use of the available kernels can be assured.

Der Teil des Speisewassers, der in den von der Feuerung entfernt liegenden Ekonomiserteil 24 gelangt, hat eine verhältnismäßig geringe Temperatur und bestimmt damit die geringste Temperatur, mit der die Rauchgase in den Schornstein strömen. Der Teil des Speistwassers, der in den näher zur Feuer rung liegenden Ekonomiserteil:26 gelangt, hat eine verhältnismäßig hohe Temperatur und bestimmt die geringste Temperatur, mit der die Rauchgase den Teil:24 erreichen können. Durch genau abgestimmte Einstellung kann im Idealfall erreicht werden, daß das Speisewasser, das den Teil :24 durch die Leitung 32 verläßt, ferner das Speisewasser, das in den Teil 26 durch die Leitung 30 eintritt, und die Rauchgase, die aus dem Teil:26 in den Teil 24 übergehen, sämtlich im wesentlichen üie gleiche Temperatur haben. Auf diese Weise wird die wirksamste Wärmeübertragung über den ganzen Bereich des Ekonomisers erzielt. In der Praxis ist es allerdings nicht nötig, daß der erwähnte Idealfall immer vollkommen erreicht wird.The part of the feed water that reaches the economizer part 24, which is remote from the furnace, has a relatively low temperature and thus determines the lowest temperature at which the flue gases flow into the chimney. The part of the feed water that reaches the economizer part: 26, which is closer to the fire, has a relatively high temperature and determines the lowest temperature at which the flue gases can reach part: 24. With precisely coordinated settings, it can ideally be achieved that the feed water that leaves part: 24 through line 32 , furthermore the feed water that enters part 26 through line 30 , and the flue gases that leave part: 26 pass into part 24, all of which have essentially the same temperature. In this way the most efficient heat transfer is achieved over the entire area of the economizer. In practice, however, it is not necessary that the ideal case mentioned is always fully achieved.

D-e Verwendung von Anzapfdampf aus der Turbine 36 zur Vorwärm#ng des Speisewassers führt bekanntlich zu einem hohen Turbinenwirkungsgrad, schließt aber die Möglichkeit aus, das Speisewasser zu benutzen, um eine wesentliche Kühlung der Rauchgast zu bewirken, es #ei denn, daß, wie nach der Erfindung, dieses Speisewasser in einen kälteren und einen heißeren Strom aufgeteilt wird und diese beiden Ströme in verschiedene Ekonomiserteile gelangen, die in Flußrichtung der Rauchgase hintereinanderliegen.The use of bleed steam from the turbine 36 to preheat the feed water is known to lead to a high turbine efficiency, but excludes the possibility of using the feed water to bring about a substantial cooling of the flue gas, unless that, as after According to the invention, this feed water is divided into a colder and a hotter stream and these two streams pass into different economizer parts, which lie one behind the other in the flow direction of the flue gases.

Da die Rauchgase bis zu einer gewünschten niedrigen Temperatur abgekühlt werden, ist es nicht nötig, außer dem Ekonomiser noch einen Lufterhitzer vorzusehen. Bei dem beschriebenen Beispiel wird die Verhrennungsluft für die Feurung durch Anzapfdampf aus der Turbine vorge# wärmt. Die latente Wärme dieses Dainpfes wird auf diese Weise vorteilhaft ausgenutzt, und es ergibt sich dadurch ein weiterer Beitrag für einen hohen Turbinenwirkungsgrad. Auf diese Weise ist durch eine sehr einfache Maßnahme sowohl ein hoher Dampfkesselwirkungsgrad als auch ein hoher Turbinenwirkungsgrad erreicht.As the flue gases are cooled down to a desired low temperature it is not necessary to provide an air heater in addition to the economizer. In the example described, the combustion air for the firing is supplied by bleeding steam preheated from the turbine. The latent warmth of this steam becomes in this way exploited to advantage, and it results in a further contribution for one high turbine efficiency. This way it is by a very simple measure both high steam boiler efficiency and high turbine efficiency achieved.

Typische Temperaturen, die bei einem Versuch mit der beschriebenen Anlage erhalten wurden, sind folgende: Speisewasser Einlaß am Vorwärmer 44 ............ 380 Auslaß am Vorwärmer 44 bzw.Typical temperatures obtained in an experiment with the system described are as follows: Feed water inlet on preheater 44 ............ 380 outlet on preheater 44 or

Einlaß am Ekonomiserteil 24 ....... 16c' Auslaß am Ekonomiserteil 24 ......... 1990 Einlaß am Vorwärmer 54 ............ 1161 Auslaß am Vorwärmer 54 bzw.Inlet on economizer part 24 ....... 16c 'Outlet on economizer part 24 ......... 1990 Inlet on preheater 54 ............ 1161 Outlet on preheater 54 or

Einlaß am Ekonomiserteil 26 ....... igg' Auslaß am Ekonorniserteil 26 ......... 215' Rauchgase Eintritt in den Ekonomiserteil 2,6 ...... 3150 Austritt aus dein Ekonomiserteil 24 .... 163' Dampf Einlaß am Vorwärmer 54 ............ 2050 Luft Einlaß am Lufterhitzer 66 ....... 380 Auslaß am Lufterhitzer 66 ........... 177' In Abänderung des beschriebenen Systems kann das vorgewärmte Speisewasser, das den Vorwärmer 54 verläßt, zur Vorwärmung der Luft im Luftvorwärmer 66 benutzt werden. Dieser Speisewasserteil kann dann den kühleren Speisewasserstrom darstellen, der durch den weiter von der Feuerung entfernt li-genden Ekonomiserteil 24 durchgeht. In diesem Fall kann der Dampf aus der Leitung 62 zur Vorwärmung des anderen Speisewasserstromes benutzt werden, der dadurch den heißeren Speisewasserstrom bildet und durch den näher zur Feuerung liegenden Ekonomiserteil 26 hindurchgeht.Inlet at the economizer part 26 ....... igg 'Outlet at the economizer part 26 ......... 215' Flue gases entry into the economizer part 2,6 ...... 3150 Exit from your economizer part 24 .. .. 163 'Steam inlet on preheater 54 ............ 2050 Air inlet on air heater 66 ....... 380 Outlet on air heater 66 ........... 177 ' In a modification of the system described, the preheated feed water which leaves the preheater 54 can be used to preheat the air in the air preheater 66. This feed water part can then represent the cooler feed water flow which passes through the economizer part 24 which is further away from the furnace. In this case, the steam from the line 62 can be used to preheat the other feed water flow, which thereby forms the hotter feed water flow and passes through the economizer part 26 which is closer to the furnace.

Eine andere Anordnung gemäß der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist ein Wasserrohrkessel ähnlich dem in Fig. i vorhanden, der jedoch keinen Überhitzer hat. Entsprechende Teile dieser Fig.:2 haben die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. i. Der Dampfkessel ist hier wieder mit zwei Ekonomiserteilen 24 und 26 ausgebildet.Another arrangement according to the invention is shown in FIG. Here is a water tube boiler similar to that in Fig. I, but which does not have a superheater. Corresponding parts in FIG. 2 have the same reference numerals as in FIG. The steam boiler is again designed with two economizer parts 24 and 26 .

Es sei angenommen, daß der Dampfkessel Dampf für eine Kraftmaschine liefert, beispielsweise eine nicht dargesteillte Turbine.Assume that the steam boiler is steam for an engine supplies, for example a turbine not shown.

Die Anordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von, der nach Fig. i hauptsächlich dadurch, daß das Speistwasser nach der Aufteilung in zwei Ströme nicht vorgewärmt wird.The arrangement of FIG. 2 differs from that of FIG mainly because the feed water is not split into two streams is preheated.

Das Speisewasser (das Kondensat sein kann) tritt durch eine Leitung 72 in einen Vorwärmer 70 ein, in dem es durch Dampf vorgewärmt wird, der durch eine Leitung 76 eintritt und durch eine Leitung 78 abströmt. Das vorgewärmte Speisewasser wird durch ein Verteilerventil 52 in zwei Ströme aufgeteilt. Einer dieser Ströme gelangt durch die Leitung 8o zu einem Lufterhitzer 66 und kommt dann durch den Wärmeentzug gekühlt durch die Leitung 82 zum Ekonomiserteil 24. Der andere Strom gelangt durch eine Leitung 84 direkt zum Ekonomiserteil 26. Die Ekonomiserteile 24, 26 sind durch die Leitung 32, wie im Fall der Fig. i, hintereinandergeschaltet. Aus dem Teil 26 strömt das Speisewasser durch die Leitung 29 in die Trommel 14.The feed water (which may be condensate) enters a preheater 70 through a line 72 , in which it is preheated by steam entering through a line 76 and flowing out through a line 78. The preheated feed water is split into two streams by a distribution valve 52. One of these streams passes through line 8o to an air heater 66 and then is cooled by the conduit 82 to the economizer by the heat extraction 24. The other stream passes through a line 84 directly to the economizer 26. The Ekonomiserteile 24, 26 through the conduit 32 , as in the case of FIG. i, connected in series. The feed water flows from the part 26 through the line 29 into the drum 14.

Die gleichen Vorteile werden hier genau wie im Fall der Fig. i erhalten. Die Rauchgase werden bis auf eine wünschenswert niedrige Temperatur heruntergekühlt, ohne daß es nötig ist, im Rauchgasabzug einen Luiterhitzer vorzusehen.The same advantages are obtained here exactly as in the case of Fig. I. The flue gases are cooled down to a desirably low temperature, without it being necessary to provide a Luiterheater in the flue gas exhaust.

Die bei einem Versuch mit der Anordnung nach Fig. 2 erhaltenen typischen Temperaturen sind folgende-Speisewasser Auslaß am Vorwärmer 70 bzw.The typical temperatures obtained in an experiment with the arrangement according to FIG. 2 are as follows - feed water outlet on preheater 70 or

Einlaß am Ekonomiserteil 26 bzw.Inlet on economizer part 26 resp.

Einlaß am Luftvorwärmer 66 ...... #. 199' Auslaß am Lufterhitzer 66 bzw.Inlet on air preheater 66 ...... #. 199 'outlet on air heater 66 resp.

Einlaß am Ekonomiserteil 24 ........ 8:2' Auslaß am Ekonomiserteil:24 ......... 238' Rauchgase Eintritt in den Ekonomiserteil 26 ...... 3150 Austritt aus dem Ekonomiserteil:24 .... 16o' Luft Einlaß am Lufterhitzer 66 ........... 38' Auslaß am Lufterhitzer 66 .......... 171 ' In beiden beschriebenen und dargestellten Anordnungen wird der übliche Lufterhitzer, der im Rauchgasabzug außer dem Ekonomiser liegt, entbehrlich. Es ist jedoch klar, daß, trotzdem die Erfindung die Anordnung eines solchen Lufterhitzers überflüssig macht, ein Lufterhitzer gewünschtenfalls vorgesehen sein kann, und zwar beispielsweise dann, wenn eine noch weitere Ab- kühlung der Rauchgase wünschenswert erscheint.Inlet at the economizer part 24 ........ 8: 2 ' Outlet at the economizer part: 24 ......... 238' Flue gases entry into the economizer part 26 ...... 3150 Exit from the economizer part: 24 .... 16o 'air inlet on air heater 66 ........... 38' outlet on air heater 66 .......... 171 ' In both of the arrangements described and shown, the usual Air heater, which is located in the flue gas exhaust except for the economizer, is dispensable. It is clear, however, that, although the invention makes the arrangement of such an air heater unnecessary, can optionally be provided an air heater, namely for example when a further exhaust cooling of the flue gases desirable appears.

Die Angab-en »Dampf«, »Dampfkessel« und »Wasser« bedeuten nicht, daß die Erfindung auf Anlagen zur Erzeugung und Verwendung von Wasserdampf beschränkt ist. Die Erfindung kann selbstverständlich `bei Anlagen zur Erzeugung von Dämpfen beliebiger Flüssigkeiten angewendet werden.The details "steam", "steam boiler" and "water" do not mean that the invention is limited to systems for the generation and use of water vapor is. The invention can of course `in systems for the production of Steaming any liquids can be applied.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Steam power plant with preheating of the feed water by tap steam and by flue gases, characterized in that the economizer consists of two or more parts (: 24,26) which lie one behind the other in the flow of the flue gases and to which the feed water flows in separate streams, the feed water flow, which is reached in the nearer to the furnace economizer part (26), pre-heated by bled steam from the steam engine, so that this economizer part flows (26), feed water of a higher temperature than the economizer part (24) remote from the Feuergng located.

2. Steam power plant according to claim i, characterized. characterized in that the economizer parts (24, 26) are connected in series in a manner known per se, so that the feed water flow at a lower temperature passes through both parts. 3. Steam power plant according to claim i, with the modification that all of the feed water is preheated by tapping steam before it is divided into individual flows and the feed water flow that reaches the economizer part (24) located further away from the furnace is placed in an air heater (66, Fig. 2) Warmth is withdrawn in a manner known per se.

Documents considered: German Patent No. 8: 2149: 2; . USA. Patent No. - 1,795,317: 2,635,587; British Patent No. 2o6 2 11.