EP0474622B1 - Verfahren zum Anfahren eines Wärmetauschersystems zur Dampferzeugung sowie Wärmetauschersystem zur Dampferzeugung - Google Patents

Verfahren zum Anfahren eines Wärmetauschersystems zur Dampferzeugung sowie Wärmetauschersystem zur Dampferzeugung Download PDF

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EP0474622B1 EP91890180A EP91890180A EP0474622B1 EP 0474622 B1 EP0474622 B1 EP 0474622B1 EP 91890180 A EP91890180 A EP 91890180A EP 91890180 A EP91890180 A EP 91890180A EP 0474622 B1 EP0474622 B1 EP 0474622B1
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heat exchanger
starting
hot gas
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steam
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Kurt Budin
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Austrian Energy and Environment SGP Waagner Biro GmbH
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Austrian Energy and Environment AG and Co KG
Austrian Energy and Environment SGP Waagner Biro GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/007—Control systems for waste heat boilers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1807—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
    • F22B1/1815—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines using the exhaust gases of gas-turbines

Definitions

  • the invention relates to a method for starting a heat exchanger system provided in a hot gas line with an upstream starting heat exchanger for steam generation, is supplied via the feed medium and which first releases hot steam and finally water to the heat exchanger system when starting, so that the originally unpressurized empty and essentially heated heat exchanger system is continuous is brought from the initial state to its operating state, and a heat exchanger system for performing the method.
  • the starting heat exchanger is always connected to the hot gas, and thus, when the heat exchanger system is empty, has at least essentially the same hot gas temperature as its other heat exchanger.
  • It is designed as a heat accumulator with a high storage capacity as a system of concentric pipes, which can move against each other to compensate for the different thermal expansion when feeding water when the steam generator is started.
  • it is mentioned that it would not hurt if z. B. the inner tube of the system, where the water feed takes place, tears.
  • the starting heat exchanger according to this DE-A-3 741 882 has the major disadvantage that when starting the water flowing through it damages or destroys the protective layer in the entry zone because of the considerable temperature differences, and in particular iron is thereby introduced into the boiler system, thereby also endangering the heat exchanger system becomes.
  • the method according to the invention is accordingly primarily characterized in that, for starting up the heat exchanger system, the starting heat exchanger of the heat exchanger system, which is shielded from the hot gas flow by flaps, is charged with feed medium and then hot gas is applied to the gas side by opening the shield.
  • the heat exchanger system according to the invention for carrying out the method is characterized in that the starting heat exchanger is arranged in the hot gas line and can be shielded against the hot gas flow by means of flaps, or that the starting heat exchanger is in a secondary line which can be opened and closed by means of flaps, the passage cross section of the secondary line being substantially smaller than that Passage cross section of the hot gas line is arranged and the starting heat exchanger serves as an auxiliary steam generator for starting up the entire system from the cold state.
  • the starting heat exchanger has an additional water or. Steam supply is downstream; in this way, the start-up heat exchanger can be taken out of operation after starting.
  • the invention can be implemented on any heat exchanger system; preference is given to a closed system, where the condensate formed from the steam generated after work and cooling is returned as feed water; also on any steam generation system (such as forced circulation, natural circulation, forced circulation).
  • FIGS. 1 and 2 are continuous steam generators, the embodiments according to FIGS.
  • the system is fed in the direction of the arrow A 'with water (or steam) via a collector S1 into a starting heat exchanger 2, which is connected to the preheater 3 via collectors S2 and S3.
  • the starting heat exchanger 2 is arranged above the preheater 3 in the hot gas line 1 and by means of flaps 9 or the like in relation to the hot gas flow. shieldable. It can be seen that the system according to FIG. 1 is fundamentally fed via the collector S1, but a further feed point A wie can be provided as a further special feature between the collectors S2 and S3.
  • the cold starting heat exchanger shielded from the hot gas flow is first charged with steam or water and the shielding flaps are opened so that the hot gas comes into contact with the starting heat exchanger.
  • the flap position or the feed of the start heat exchanger 2, or both, are coordinated so that the start heat exchanger emits hot steam at the start of the start-up phase and hot water at the end of the start-up phase to the preheater 3, so that the system from the hot, empty in its Operating state cools down, where hot steam is just being formed in the superheater.
  • the shielding flaps 9 can remain open or closed; the start heat exchanger 2 then acts as a preheater; Accordingly, the heating surface of the ECO could be made smaller.
  • the starting heat exchanger 2 is provided in a branch line 10 of the hot gas line 1.
  • the branch line 10 can be closed by flaps 9.
  • a further feed point A ⁇ can be provided between the collectors S2 and S3, via which additional feed medium can be metered in, for example, when starting up, or in the operating state the only feed point is feed water; in the second case, the branch line 10 then usually remains closed and the starting heat exchanger is not supplied.
  • FIGS. 3 and 4 essentially correspond to the embodiments according to FIGS. 1 and 2; the only difference is their design as circulation systems with a boiler drum 8.
  • water comes from the preheater 3 via the collector S4 into the boiler drum 8, from where it goes to the collector 6, for which purpose a pump 7 is optionally provided, and from there into the evaporator 4 and via the collector S5 in the steam chamber of the boiler drum 8, from where it approaches the superheater 6 via the collector S7 and leaves it as service steam via the collector S8 in the direction of the arrow B 'to the consumer.
  • a bridging line 11 for controlled heating of the drum 8 can be provided between the steam space of the boiler drum 8 and the collector S2 connected in the flow direction to the starting heat exchanger 2.
  • This bypass line 11 can also be used to feed auxiliary steam into the auxiliary steam system of the system for starting up the system, so that no foreign medium is required for this.
  • each boiler system can be equipped with the starting heat exchanger arrangement according to the invention.
  • the water / steam cycle can also be provided in a known manner, i.e. that waste steam and / or waste water from the consumer returns to the heat exchanger system.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verfahren zum Anfahren eines in einer Heißgasleitung vorgesehenen Wärmetauschersystems mit vorgeschalteten Startwärmetauscher zur Dampferzeugung, über den Speisemedium zugeführt wird und der beim Anfahren zuerst Heißdampf und endlich Wasser an das Wärmetauschersystem abgibt, so daß das ursprünglich drucklose leere und im wesentlichen erhitzte Wärmetauschersystem kontinuierlich vom Anfangszustand auf seinen Betriebszustand gebracht wird, und ein Wärmetauschersystem zur Durchführung des Verfahrens.
  • Ein derartiges Verfahren samt Wärmetauschersystem ist in der DE-A-3 741 882 beschrieben.
  • Der Startwärmetauscher steht bei dieser bekannten Vorrichtung stets mit dem Heißgas in Verbindung, hat also bei leerem Wärmetauschersystem ebenso wie dessen andere Wärmetauscher zumindestens im wesentlichen Heißgastemperatur. Er ist als Wärmespeicher mit hoher Speicherleistung als System konzentrischer Rohre konzipiert, die zum Ausgleich der unterschiedlichen Wärmedehnung beim Einspeisen von Wasser beim Anfahren der Dampferzeugungsanlage gegeneinander beweglich sind. In der Druckschrift ist erwähnt, daß es nicht schaden würde, wenn dabei z. B. das Innenrohr des Systems, wo die Wassereinspeisung erfolgt, reißt. Der Startwärmetauscher gemäß dieser DE-A-3 741 882 hat den großen Nachteil, daß beim Anfahren das durchfließende Wasser wegen der beachtlichen Temperaturdifferenzen die Schutzschicht in der Eintrittszone beschädigt bzw. zerstört und dadurch insbesondere Eisen in das Kesselsystem eingetragen wird, wodurch auch das Wärmetauschersystem gefährdet wird.
  • Es wurde nunmehr gefunden, daß man diese Nachteile ohne komplizierte Wärmetauscherkonstruktion sehr einfach dadurch vermeiden kann, daß man umgekehrt vorgeht, nämlich nicht den heißen wärmespeichernden Startwärmetauscher mit Wasser anfährt, sondern einen kalten Startwärmetauscher mit Heißgas anfährt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist demgemäß vor allem dadurch gekennzeichnet, daß zum Anfahren des Wärmetauschersystems zuerst der vom Heißgasstrom durch Klappen abgeschirmte Startwärmetauscher des Wärmetauschersystems mit Speisemedium beschickt und dann durch Öffnen der Abschirmung gasseitig mit Heißgas beaufschlagt wird.
  • Das erfindungsgemäße Wärmetauschersystem zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Startwärmetauscher in der Heißgasleitung angeordnet und gegen den Heißgasstrom mittels Klappen abschirmbar ist oder daß der Startwärmetauscher in einer mittels Klappen öffen- und schließbaren Nebenleitung, wobei der Durchtrittsquerschnitt der Nebenleitung wesentlich kleiner ist als der Durchtrittsquerschnitt der Heißgasleitung, angeordnet ist und der Startwärmetauscher als Hilfsdampferzeuger zum Anfahren der Gesamtanlage aus dem kalten Zustand dient.
  • Günstig ist weiterhin, daß dem Startwärmetauscher eine zusätzliche Wasser-bzw. Dampf-Zuführung nachgeschaltet ist; auf diese Weise kann nach dem Anfahren der Startwärmetauscher außer Betrieb genommen werden.
  • Die Erfindung kann an jedem Wärmetauschersystem verwirklicht werden, bevorzugt wird ein geschlossenes System, wo also das aus dem erzeugten Dampf nach Arbeitsleistung und Abkühlung gebildete Kondensat als Speisewasser rückgeführt wird; weiterhin auch an jedem Dampferzeugungssystem (wie Zwangsdurchlauf, Naturumlauf, Zwangsumlauf).
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, die schematisch in einer Heißgasleitung angeordnete Wärmetauschersysteme zur Dampferzeugung, mit anderen Worten sogenannte Abwärmekessel, ohne den nachgeschalteten Energieumwandler (z.B. Dampfturbine) oder -verbraucher (z.B. Heizung) zeigen. In den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung besitzen gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen; die Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 sind Durchlaufdampferzeuger, die Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 Umlauferhitzer, wobei in einer kaminartigen Heißgasleitung 1 (Gaszufuhr Pfeil E′, Gasabfuhr Pfeil F′) übereinander ein übliches Vorwärmer/ Verdampfer/Überhitzersystem angeordnet ist, bei dem das Heißgas wie bekannt zuerst mit dem Überhitzer 6, dann mit dem Verdampfer 4 und endlich mit dem Vorwärmer 3, die übliche Kesselwärmetauscher sind, in Kontakt kommt. Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 ist in Dampfströmungsrichtung zwischen Verdampfer 4 und Überhitzer 6 ein Sammler S6, eine Abscheideflasche 5 und ein Sammler S7 vorgesehen; der den Überhitzer 6 verlassende Dampf geht über den Sammler S8 in Pfeilrichtung B′ zum Verbraucher. In der Zeichnung ist dargestellt, daß wahlweise einzelne oder alle Sammler etweder im oder außerhalb des Rauchgasstromes angeordnet sein können.
  • Die Anspeisung des Systems erfolgt in Pfeilrichtung A′ mit Wasser (oder Dampf) über einen Sammler S1 in einen Startwärmetauscher 2, der über Sammler S2 und S3 mit dem Vorwärmer 3 verbunden ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Startwärmetauscher 2 oberhalb des Vorwärmers 3 in der Heißgasleitung 1 angeordnet und gegenüber dem Heißgasstrom durch Klappen 9 od.dgl. abschirmbar. Man erkennt, daß das System nach Fig. 1 grundsätzlich über den Sammler S1 gespeist wird, wobei aber als weitere Besonderheit zwischen dem Sammler S2 und S3 eine weitere Einspeisestelle A˝ vorgesehen sein kann.
  • Beim Anfahren des leeren Systems wird zuerst der vom Heißgasstrom abgeschirmte kalte Startwärmetauscher mit Dampf oder Wasser beschickt und die Abschirmklappen werden geöffnet, so daß das Heißgas mit dem Startwärmetauscher in Berührung kommt. Die Abschirmklappenstellung bzw. die Anspeisung des Startwärmetauschers 2, bzw. beide, werden so aufeinander abgestimmt, daß der Startwärmetauscher zu Beginn der Anfahrphase Heißdampf und zum Ende der Anfahrphase Warmwasser an den Vorwärmer 3 abgibt, so daß sich das System vom heißen, leeren in seinen Betriebszustand abkühlt, wo Heißdampf eben erst im Überhitzer gebildet wird.
  • Im Betriebszustand können die Abschirmklappen 9 offen oder geschlossen bleiben; der Startwärmetauscher 2 wirkt dann als Vorwärmer; dementsprechend könnte die Heizfläche des ECO kleiner ausgeführt sein.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Startwärmetauscher 2 in einer Abzweigleitung 10 der Heißgasleitung 1 vorgesehen. Die Abzweigleitung 10 ist durch Klappen 9 verschließbar. Als weitere Besonderheit kann wie gemäß Fig. 1 zwischen dem Sammler S2 und S3 eine weitere Einspeisestelle A˝ vorgesehen, über die z.B. beim Anfahren zusätzliches Speisemedium zudosierbar ist oder die im Betriebszustand die einzige Zufuhrstelle von Speisewasser ist; im zweiten Fall bleibt dann üblicherweise die Abzweigleitung 10 geschlossen, der Startwärmetauscher wird nicht angespeist.
  • Die Ausführungsformen nach den Fig. 3 bzw. 4 entsprechen im wesentlichen den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bzw. 2; der Unterschied ist lediglich deren Ausbildung als Umlaufsysteme mit einer Kesseltrommel 8.
  • Im Betriebszustand der Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 gelangt Wasser aus dem Vorwärmer 3 über den Sammler S4 in die Kesseltrommel 8, von wo es dem Sammler 6 zugeht, wofür gegebenenfalls eine Pumpe 7 vorgesehen ist, und von dort in den Verdampfer 4 und über den Sammler S5 in den Dampfraum der Kesseltrommel 8, von wo er über den Sammler S7 dem Überhitzer 6 zugeht und ihn als Brauchdampf über den Sammler S8 in Pfeilrichtung B′ zum Verbraucher verläßt.
  • Zwischen dem Dampfraum der Kesseltrommel 8 und dem in Fließrichtung an den Startwärmetauscher 2 anschließenden Sammler S2 kann eine Überbrückungsleitung 11 zum geregelten Anwärmen der Trommel 8 vorgesehen sein. Diese Überbrückungsleitung 11 kann auch dazu dienen, Hilfsdampf in das Hilfsdampfsystem der Anlage zum Anfahren der Anlage einzuspeisen, sodaß dazu kein Fremdmedium nötig ist.
  • Es wurde bereits erwähnt, daß jedes Kesselsystem mit der erfindungsgemäßen Startwärmetauscheranordnung ausgerüstet werden kann. Auch kann der Wasser/Dampfkreislauf in bekannter Weise geschlossen vorgesehen sein, d.h. daß Abdampf und/oder Abwasser vom Verbraucher wieder zum Wärmetauschersystem zurückgeht.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Anfahren eines in einer Heißgasleitung vorgesehenen Wärmetauschersystems mit vorgeschalteten Startwärmetauscher zur Dampferzeugung, über den Speisemedium zugeführt wird und der beim Anfahren zuerst Heißdampf und endlich Wasser an das Wärmetauschersystem abgibt, so daß das ursprünglich drucklose leere und im wesentlichen auf Heißgastemperatur erhitzte Wärmetauschersystem kontinuierlich vom Ausgangszustand auf seinen Betriebszustand gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anfahren des Wärmetauschersystems zuerst der vom Heißgasstrom durch Klappen abgeschirmte Startwärmetauscher des Wärmetauschersystems mit Speisemedium beschickt und dann durch Öffnen der Klappen gasseitig mit Heißgas beaufschlagt wird.
  2. Wärmetauschersystem zur Dampferzeugung, das in einer Heißgasleitung (1) angeordnet ist, mit einem Startwärmetauscher (2), über den die Speisemediumzufuhr erfolgt und der beim Anfahren des drucklosen, leeren und im wesentlichen auf Heißgastemperatur befindlichen Wärmetauschersystems zuerst Heißdampf und dann Wasser an das Wärmetauschersystems abgibt, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Startwärmetauscher (2) in der Heißgasleitung (1) angeordnet und gegen den Heißgasstrom mittels Klappen (9) abschirmbar ist oder daß der Startwärmetauscher (29) in einer mittels Klappen (9) öffen- und schließbaren Nebenleitung (10), wobei der Durchtrittsquerschnitt der Nebenleitung wesentlich kleiner ist als der Durchtrittsquerschnitt der Heißgasleitung, angeordnet ist und der Startwärmetauscher (2) als Hilfsdampferzeuger zum Anfahren der Gesamtanlage aus dem kalten Zustand dient.
  3. Wärmetauschersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Startwärmetauscher (2) und dem in der Einspeiserichtung folgenden Wärmetauscher (3) eine zusätzliche Wasser- bzw. Dampf-Zuführung (A˝) vorgesehen ist.
EP91890180A 1990-08-27 1991-08-13 Verfahren zum Anfahren eines Wärmetauschersystems zur Dampferzeugung sowie Wärmetauschersystem zur Dampferzeugung Expired - Lifetime EP0474622B1 (de)

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