LU103188B1 - Avoiding pressure cycling of a steam generator in standby mode - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft die Vorrichtung mit einem Dampferzeuger 10, wobei der Dampferzeuger 10 eine erste Seite 11 und eine zweite Seite 12 aufweist, wobei die zweite Seite 12 zur Erzeugung von Dampf ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung eine erste Bypassleitung 20 aufweist, wobei die erste Bypassleitung 20 zur Umgehung der ersten Seite 11 des Dampferzeugers 10 angeordnet ist, wobei die erste Bypassleitung 20 ein erstes Bypassventil 22 aufweist, wobei die zweite Seite 12 mit einer Dampfabführleitung 30 verbunden ist, wobei die Dampfabführleitung 30 ein Dampfsperrventil 32 aufweist, wobei die zweite Seite 12 eine Druckmessvorrichtung 40 aufweist, wobei die Vorrichtung eine Steuerungsvorrichtung 50 aufweist, wobei die Steuerungsvorrichtung 50 mit der Druckmessvorrichtung 40 und dem ersten Bypassventil 22 verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung zur Steuerung des ersten Bypassventils 22 in Abhängigkeit des von der Druckmessvorrichtung 40 erfassten Drucks ausgebildet ist.The present invention relates to the device with a steam generator 10, wherein the steam generator 10 has a first side 11 and a second side 12, wherein the second side 12 is designed to generate steam, wherein the device has a first bypass line 20, wherein the first bypass line 20 is arranged to bypass the first side 11 of the steam generator 10, wherein the first bypass line 20 has a first bypass valve 22, wherein the second side 12 is connected to a steam discharge line 30, wherein the steam discharge line 30 has a steam check valve 32, wherein the second side 12 has a pressure measuring device 40, wherein the device has a control device 50, wherein the control device 50 is connected to the pressure measuring device 40 and the first bypass valve 22, wherein the control device is designed to control the first bypass valve 22 depending on the pressure detected by the pressure measuring device 40 is.
Description
thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 1/9thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 1/9
Vermeidung der Druckwechselbelastung eines Dampferzeugers im Standby-Avoiding pressure cycling of a steam generator in standby
BetriebOperation
Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger für eine Anlage zur Herstellung vonThe invention relates to a steam generator for a plant for the production of
Ammoniak, welche beispielsweise aufgrund der Verwendung von regenerativer EnergieAmmonia, which, for example, is produced through the use of renewable energy
Schwankungen unterliegt und dadurch zeitweise in den Standby-Betrieb versetzt wird.is subject to fluctuations and is therefore temporarily put into standby mode.
Ammoniak wird seit Jahrzehnten überwiegend nach dem Haber-Bosch-Verfahren hergestellt. Hierzu wird in den meisten Fällen aus Erdgas zunächst Wasserstoff erzeugt und dieser mit Stickstoff unter hohem Druck und bei hoher Temperatur an einemFor decades, ammonia has been produced primarily using the Haber-Bosch process. In most cases, hydrogen is first produced from natural gas and then mixed with nitrogen at high pressure and high temperature in a
Katalysator umgesetzt. Da es sich hierbei um eine Gleichgewichtsreaktion handelt, derencatalyst. Since this is an equilibrium reaction, the
Gleichgewicht eben nicht auf die Seite der Produkte verschoben ist, wird in einemEquilibrium is not shifted to the side of the products, is in a
Rezirkulationskreis der Ammoniak abgetrennt und nicht umgesetzter Wasserstoff undRecirculation circuit where ammonia is separated and unreacted hydrogen and
Stickstoff erneut dem Katalysator zugeführt. Durch die Verwendung von Erdgas wirdNitrogen is fed back into the catalyst. By using natural gas,
Jedoch eine entsprechende Menge an Kohlendioxid erzeugt.However, a corresponding amount of carbon dioxide is produced.
Um Ammoniak nachhaltig herzustellen, wird daher heutzutage auf die Elektrolyse vonIn order to produce ammonia sustainably, electrolysis of
Wasser mittels regenerativ erzeugter Energie gesetzt. Hierbei ergibt sich jedoch ein großer Unterschied zum bisherigen Prozess. Wird beispielsweise Solarstrom verwendet, ergibt sich aus dem Tag-Nacht-Zyklus ein Zeitraum, in dem keine regenerativ erzeugteWater is heated using renewable energy. However, this is a major difference to the previous process. If, for example, solar power is used, the day-night cycle results in a period in which no renewable energy is generated.
Energie zur Verfügung steht. Beispielsweise durch die Kombination aus Solar undEnergy is available, for example through the combination of solar and
Windkraft lässt sich dieser Effekt etwas abmildern, das grundsätzliche Problem bleibt jedoch bestehen. Zwar kann in einigen Regionen theoretisch dann elektrische Energie aus dem allgemeinen Stromnetz bezogen werden, jedoch wird auch dieses zu diesenWind power can mitigate this effect somewhat, but the fundamental problem remains. Although in some regions it is theoretically possible to obtain electrical energy from the general power grid, this too is
Zeiten nur schwer mit regenerativ erzeugter Energie zu versorgen sein. Des Weiteren sind auch Anlagen geplant, welche an zur Energieerzeugung günstigen Orten aufgestellt und keinen Zugang zu einem elektrischen Versorgungsnetz haben. Die Elektrolyse vonIt will be difficult to supply the country with renewable energy in the long term. Furthermore, plants are also planned that will be located in locations favorable for energy production and have no access to an electrical grid.
Wasser zur Herstellung von Wasserstoff für eine Ammoniaksyntheseanlage ist beispielsweise aus US 9 463 983 B2 bekannt.Water for the production of hydrogen for an ammonia synthesis plant is known, for example, from US 9 463 983 B2.
Ein Konverter für die Synthese von Ammoniaksynthese kann nicht einfach ab- und angeschaltet werden. Beispielsweise ist eine Temperatur von wenigstens 350 °C notwendig, damit die Reaktion am Katalysator stattfinden kann. Im laufenden Betrieb wird thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 2/9 die notwendige Energie (zum Ausgleich thermischer Verluste und zur Erwärmung des abgekühlten Kreislaufgases auf Anspringtemperatur des Katalysators) durch die bei derA converter for the synthesis of ammonia cannot simply be switched on and off. For example, a temperature of at least 350 °C is necessary for the reaction to take place on the catalyst. During operation, the necessary energy (to compensate for thermal losses and to heat the cooled cycle gas to the catalyst light-off temperature) is provided by the
Reaktion freiwerdende Energie erzeugt. Der darüber hinausgehende Anteil an freigesetzter Energie wird üblicherweise zur Dampferzeugung verwendet.The energy released during the reaction is generated. The remaining energy released is usually used to generate steam.
Aus der DE 10 2022 204 103 sind daher Verfahren bekannt, um bei sinkender regenerativ erzeugter Energiemenge den Betrieb anzupassen und so mit einer geringeren Energiemenge auszukommen. Für den Fall eines längeren Ausbleibens der regenerativen Energie, beispielsweise bei einer länger anhaltenden Flaute wird ein sogenannter Hot Standby vorgenommen, bei dem alle Anlagenteile abgeschaltet werden und nur noch der Gaskreislauf des Konverters aufrecht erhalten wird und mittels einer elektrischen Heizung thermische Verluste ausgeglichen werden.DE 10 2022 204 103 therefore discloses methods for adapting operations when the amount of renewable energy generated decreases, thus managing with a lower amount of energy. In the event of a prolonged lack of renewable energy, for example, during a prolonged period of calm, a so-called hot standby is implemented, in which all plant components are shut down, leaving only the gas circuit of the converter running, and thermal losses are compensated for by means of an electric heater.
Die Synthese von Ammoniak ist ein exothermer Prozess, sodass bei normal ablaufenderThe synthesis of ammonia is an exothermic process, so that in normal
Synthese die entstehende Reaktionswärme aus dem Kreislauf entfernt werden muss.Synthesis the resulting reaction heat must be removed from the cycle.
Dieses geschieht üblicherweise mit einem Dampferzeuger, vorzugsweise mit einemThis is usually done with a steam generator, preferably with a
Dampfüberhitzer, um im Dampferzeuger beispielsweise Sattdampf von 261 °C und 48 bara zu erzeugen. Dieser kann vielfältig genutzt werden.Steam superheaters are used to generate saturated steam at 261 °C and 48 bara in steam generators, for example. This can be used in a variety of ways.
Sowohl beim Fahren in Teillast als auch beim partiellen Abschalten ergibt sich einBoth when driving at partial load and when partially switched off, there is a
Problem. Als erster Wärmetauscher wird üblicherweise ein Dampferzeuger eingesetzt, der die Reaktionswärme aus dem Kreislauf entfernt. Wird dieser über einen Bypass für das heiße Kreislaufgas abgeschaltet, so kühlt dieser aus, was wiederum zu einemProblem. A steam generator is usually used as the first heat exchanger to remove the reaction heat from the cycle. If this is switched off via a bypass for the hot cycle gas, it cools down, which in turn leads to a
Absinken des Drucks im Dampferzeuger führt. Somit muss der Dampferzeuger bei einer mit regenerativer Energie betriebenen Anlage auf hohe Druckwechselbelastungen ausgelegt werden.This leads to a drop in pressure in the steam generator. Therefore, the steam generator in a system powered by renewable energy must be designed to withstand high pressure cycling loads.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Wechselbelastung im Dampferzeuger zu verringern und so die Auslegung zu vereinfachen.The object of the invention is to reduce the alternating load in the steam generator and thus simplify the design.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenenThis object is achieved by the device with the features specified in claim 1
Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen.Features and by the method having the features specified in claim 7.
thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 3/9thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 3/9
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgendenAdvantageous further developments result from the subclaims, the following
Beschreibung sowie der Zeichnung.Description and drawing.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Dampferzeuger auf. Beispielsweise und bevorzugt dient die Vorrichtung zur Erzeugung von Ammoniak nach dem Haber-The device according to the invention comprises a steam generator. For example, and preferably, the device serves to produce ammonia according to the Haber
Boschverfahren, entsprechend ist der Dampferzeuger bevorzugt imBosch process, accordingly the steam generator is preferably in
Rezirkulationskreislauf einer Ammoniakanlage integriert. Die Vorrichtung unterliegt bevorzugt prozessbedingten Schwankungen, beispielsweise und insbesondere, da die notwendige Energie beispielsweise regenerativ gewonnen wird, also beispielsweiseThe device is preferably subject to process-related fluctuations, for example and in particular because the necessary energy is generated regeneratively, for example
Mittels Solar oder Windkraft. Im Falle einer Ammoniakanlage wird der Wasserstoff beispielsweise elektrolytisch mittels regenerativ erzeugter elektrischer Energie hergestellt. Bleibt die regenerativ erzeugte Energie aus, weil beispielsweise Nacht ist und/oder Flaute herrscht, so wird die Vorrichtung in einen Standby versetzt. DerUsing solar or wind power. In the case of an ammonia plant, for example, the hydrogen is produced electrolytically using renewable energy. If the renewable energy is not available, for example, because it is night and/or there is no wind, the device is put into standby mode.
Dampferzeuger weist eine erste Seite und eine zweite Seite auf. Die zweite Seite zurSteam generator has a first side and a second side. The second side for
Erzeugung von Dampf ausgebildet, es wird also Wasser zugeführt und verdampft. Durch die erste Seite wird das zu kühlende Medium, beispielsweise der Rezirkulationskreis nach einem Konverter zur Erzeugung von Ammoniak geleitet. Die Vorrichtung weist eine erste Bypassleitung auf. Die erste Bypassleitung ist zur Umgehung der ersten Seite desThe device is designed for steam generation, i.e., water is supplied and evaporated. The medium to be cooled, for example, the recirculation circuit after a converter for the production of ammonia, is passed through the first side. The device has a first bypass line. The first bypass line is designed to bypass the first side of the
Dampferzeugers angeordnet. Somit kann in einem Standby-Betrieb der Wärmeverlust minimiert werden, um beispielsweise die für eine elektrische Heizung zum Ausgleichen der Wärmeabstrahlung so gering wie möglich zu halten. Die erste Bypassleitung weist ein erstes Bypassventil auf. Im Regelbetrieb ist das erste Bypassventil geschlossen, dersteam generator. This allows heat loss to be minimized in standby mode, for example, to keep the amount of heat required for an electric heater to compensate for heat radiation as low as possible. The first bypass line has a first bypass valve. In normal operation, the first bypass valve is closed,
Strom geht durch den Dampferzeuger, es wird regulär Dampf erzeugt. Aus derElectricity passes through the steam generator, and steam is produced regularly.
DE 10 2022 204 103 ist beispielsweise eine solche erste Bypassleitung bekannt, die imDE 10 2022 204 103, for example, discloses such a first bypass line, which is
Standby-Betrieb geöffnet wird. Die zweite Seite ist mit einer Dampfabführleitung verbunden. Durch die Dampfabführleitung kann im Regelbetrieb der Dampf zu weiterenThe second side is connected to a steam discharge line. During normal operation, the steam can be used to further
Anlagenteilen geführt werden, wo diese Wärme benötigt wird, beispielsweise auch eineparts of the system where this heat is needed, for example a
Turbine zur Erzeugung elektrischer Energie. Die Dampfabführleitung weist einTurbine for generating electrical energy. The steam discharge line has a
Dampfsperrventil auf. Mit dem Dampfsperrventil kann der Dampferzeuger im Standby-Steam check valve. The steam check valve allows the steam generator to be switched on in standby
Betrieb verschlossen werden, um so einen Dampf- und damit Wärmeabfluss zu vermeiden. Die zweite Seite weist eine Druckmessvorrichtung auf. Damit kann der Druck im Inneren der zweiten Seite erfasst werden. Die Vorrichtung weist eineclosed during operation to prevent steam and thus heat loss. The second side has a pressure measuring device. This allows the pressure inside the second side to be measured. The device has a
Steuerungsvorrichtung auf. Die Steuerungsvorrichtung ist mit der Druckmessvorrichtung thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 4/9 und dem ersten Bypassventil verbunden. Die Steuervorrichtung ist zur Steuerung des ersten Bypassventils in Abhängigkeit des von der Druckmessvorrichtung erfasstenThe control device is connected to the pressure measuring device thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 4/9 and the first bypass valve. The control device is designed to control the first bypass valve depending on the pressure measured by the pressure measuring device.
Drucks ausgebildet.pressure is formed.
Dadurch ist es nun nicht nur möglich, im Regelbetrieb das erste Bypassventil geschlossen und im Standby-Betrieb das erste Regelventil offen zu betreiben. Vielmehr kann nun im Standby-Betrieb immer, wenn der Druck im Dampferzeuger absinkt, was durch Auskühlen passiert, das erste Bypassventil gezielt zu schließen, um dieThis makes it possible not only to keep the first bypass valve closed during normal operation and the first control valve open during standby operation, but also to close the first bypass valve whenever the pressure in the steam generator drops, which happens due to cooling, in order to
Temperatur und damit den Druck im Dampferzeuger innerhalb eines vorgegebenTemperature and thus the pressure in the steam generator within a specified
Bereichs zu halten. Durch das Dampfsperrventil wird das Volumen konstant gehalten, sodass bei einer sinkenden Temperatur auch der Druck sinkt. Besonders stark wird dieser Effekt, wenn der Dampf kondensiert. Steigt der Druck, wird das erste Bypassventil geöffnet, sodass nur die Menge an Wärme dem Dampferzeuger zugeführt wird, die zurThe steam check valve keeps the volume constant, so that when the temperature drops, the pressure also drops. This effect is particularly strong when the steam condenses. If the pressure increases, the first bypass valve is opened, so that only the amount of heat required for the
Aufrechterhaltung des Druckes nötig ist. Dadurch ist eine Minimierung desMaintaining the pressure is necessary. This minimizes the
Energieverlustes beziehungsweise der elektrischen Heizleistung zu dessenEnergy loss or the electrical heating power to its
Kompensation möglich. Gleichzeitig werden aber häufige Druckwechsel imCompensation is possible. At the same time, however, frequent pressure changes in the
Dampferzeuger vermieden, sodass dieser einfacher ausgelegt werden kann.Steam generator is avoided so that it can be designed more simply.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Dampfabführleitung einIn a further embodiment of the invention, the steam discharge line has a
Druckablassventil auf. Das Druckablassventil kann hierbei als einfaches Überdruckventil ausgelegt sein. Bevorzugt aber ist das Druckablassventil steuerbar. Bevorzugt ist diePressure relief valve. The pressure relief valve can be designed as a simple pressure relief valve. However, the pressure relief valve is preferably controllable.
Steuerungsvorrichtung mit dem Druckablassventil verbunden. Die Steuervorrichtung ist zur Steuerung des Druckablassventils in Abhängigkeit des von derControl device connected to the pressure relief valve. The control device is designed to control the pressure relief valve depending on the
Druckmessvorrichtung erfassten Drucks ausgebildet. Steigt der Druck über einen oberenIf the pressure rises above an upper limit,
Druckschwellwert so kann die Steuervorrichtung das Druckablassventil öffnen und so gezielt durch Schließen und Öffnen des ersten Bypassventils und durch Öffnen undPressure threshold, the control device can open the pressure relief valve and thus selectively by closing and opening the first bypass valve and by opening and
Schließen des Druckablassventils gezielt den Druck im Inneren der zweiten Seite desClosing the pressure relief valve specifically releases the pressure inside the second side of the
Dampferzeugers regeln. Dadurch ist eine sehr einfache und effiziente Regelung möglich.steam generator. This allows for very simple and efficient control.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einenIn a further embodiment of the invention, the device comprises a
Dampfüberhitzer auf. Dampferzeuger und Dampfüberhitzer werden gewöhnlich in Reihe geschaltet und Dampf wird im Gegenstrom zu erwärmenden Medium geführt, um eine möglichst hohe Dampftemperatur zu erzielen und damit einen hohen Wirkungsgrad bei thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 5/9 der Nutzung der thermischen Energie des Dampfes zu erzielen. Der Dampfüberhitzer weist eine dritte Seite und eine vierte Seite auf. Die vierte Seite des Dampfüberhitzers ist mit der zweiten Seite Dampferzeugers verbunden. Der in der zweiten Seite desSteam superheater. Steam generator and steam superheater are usually connected in series, and steam is conducted in countercurrent to the medium to be heated in order to achieve the highest possible steam temperature and thus achieve high efficiency in the utilization of the thermal energy of the steam. thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 5/9 The steam superheater has a third side and a fourth side. The fourth side of the steam superheater is connected to the second side of the steam generator. The steam in the second side of the
Dampferzeugers erzeugte Dampf wird in die vierte Seite des Dampfüberhitzers geleitet und dort weiter erhitzt. Die dritte Seite des Dampfüberhitzers ist stromungstechnisch für das Heizfluid vor der ersten Seite des Dampferzeugers angeordnet. Das Heizfluid strömt im Regelbetrieb zuerst durch den Dampfüberhitzer und gibt so das höchsteThe steam generated by the steam generator is fed into the fourth side of the steam superheater and heated there further. The third side of the steam superheater is located upstream of the first side of the steam generator in terms of flow of the heating fluid. In normal operation, the heating fluid flows through the steam superheater first, thus providing the highest
Temperaturniveau an den Dampf ab und strömt dann bereits etwas abgekühlt in dentemperature level to the steam and then flows already slightly cooled into the
Dampferzeuger. Die Vorrichtung weist eine zweite Bypassleitung auf. Die zweiteSteam generator. The device has a second bypass line. The second
Bypassleitung ist zur Umgehung der dritten Seite des Dampfüberhitzers angeordnet. Die zweite Bypassleitung weist ein zweites Bypassventil auf. Bevorzugt wird derBypass line is arranged to bypass the third side of the steam superheater. The second bypass line has a second bypass valve. The
Dampfüberhitzer entweder im Normalbetrieb mit geschlossenem zweiten Bypassventil oder im Standby-Betrieb mit geöffnetem Bypassventil betrieben. Da die zweite Seite desSteam superheater is operated either in normal operation with the second bypass valve closed or in standby operation with the bypass valve open. Since the second side of the
Dampferzeugers und die vierte Seite des Dampfüberhitzers miteinander verbunden sind, wird der Druck auch im Dampfüberhitzer durch den Dampferzeuger eingestellt, sodass eine aktive Regelung des zweiten Bypassventils nicht notwendig ist. Optional kann dennoch eine aktive Regelung auch des zweiten Bypassventils durch diesteam generator and the fourth side of the steam superheater are connected, the pressure in the steam superheater is also adjusted by the steam generator, so that active control of the second bypass valve is not necessary. Optionally, active control of the second bypass valve can also be achieved by the
Steuervorrichtung vorgesehen sein, um Beispielsweise Kondensation imA control device may be provided to prevent, for example, condensation in the
Dampfüberhitzer zu verringern. Bevorzugt ist das Dampfsperrventil stromabwärts vomsteam superheater. Preferably, the steam check valve is located downstream of the
Dampfüberhitzer angeordnet, da sich dann nur ein zu regelnder Bereich aus der zweitensteam superheater, since then only one area to be controlled from the second
Seite und der vierten Seite ergibt. Natürlich wäre es auch môglich, diese voneinander zu trennen und jeweils einzeln entsprechend der vorbeschriebenen Art für denside and the fourth side. Of course, it would also be possible to separate these and use each one individually in the manner described above for the
Dampferzeuger zu regeln und so den Druck im Dampferzeuger und Dampfüberhitzer jeweils getrennt voneinander konstant zu halten.To regulate the steam generator and thus keep the pressure in the steam generator and steam superheater constant separately.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung eine Anlage zurIn a further embodiment of the invention, the device is a system for
Erzeugung von Ammoniak. Der Dampferzeuger und ein optionaler und bevorzugterProduction of ammonia. The steam generator and an optional and preferred
Dampfüberhitzer sind im Rezirkulationskreis um den Konverter, bevorzugt strômungstechnisch direkt hinter dem Konverter, angeordnet. Besonders bevorzugt handelt es sich um eine mit regenerativer Energie betriebene Anlage zur Erzeugung vonSteam superheaters are arranged in the recirculation circuit around the converter, preferably directly behind the converter in terms of flow. Particularly preferred is a plant powered by renewable energy for the production of
Ammoniak, welche insbesondere eine Elektrolysevorrichtung zur Erzeugung desAmmonia, which in particular comprises an electrolysis device for producing the
Wasserstoffs aufweist.hydrogen.
thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 6/9thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 6/9
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuervorrichtung ein Split-In a further embodiment of the invention, the control device is a split
Range-Regler.Range control.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Insbesondere dient das Verfahren zum Betreiben einer mit regenerativ erzeugter Energie betriebenen Anlage zur Herstellung von Ammoniak nach dem Haber-Bosch-Verfahren. Die Vorrichtung kann im Regelbetrieb oder imIn a further aspect, the invention relates to a method for operating a device according to the invention. In particular, the method serves to operate a plant powered by regeneratively generated energy for producing ammonia according to the Haber-Bosch process. The device can be operated in regular operation or in
Standby-Betrieb betrieben werden. Im Standby-Betrieb ist das Dampfsperrventil geschlossen und üblicherweise das erste Bypassventil geöffnet. Das Schließen desStandby mode. In standby mode, the steam check valve is closed and usually the first bypass valve is open. Closing the
Dampfsperrventils sorgt dafür, dass kein Dampf und damit keine unnötige Energie aus dem Dampferzeuger entweicht und so die notwendige Heizleistung deutlich reduziert wird. Zusätzlich zum Standby-Betrieb kann das im Folgenden für den Standby-Betrieb beschriebene Verfahren auch für den Betrieb mit vermindertem Durchsatz verwendet werden, wie dieses in der DE 10 2022 204 103 beschrieben ist. Hier und im Folgenden wird auch der Betrieb mit vermindertem Durchsatz als Standby-Betrieb betrachtet, da derThe steam check valve ensures that no steam, and therefore no unnecessary energy, escapes from the steam generator, thus significantly reducing the required heating power. In addition to standby operation, the procedure described below for standby operation can also be used for operation with reduced throughput, as described in DE 10 2022 204 103. Here and in the following, operation with reduced throughput is also considered standby operation, since the
Dampferzeuger in den Standby-Betrieb geschaltet wird, auch wenn der Konverter selber noch auf verringertem Durchsatz betrieben wird. Das Verfahren wird somit während einesSteam generator is switched to standby mode, even if the converter itself is still operating at reduced throughput. The process is thus
Standby-Betriebs der Vorrichtung durchgeführt. Es wird ein Solldruckfenster für denStandby mode of the device. A target pressure window is set for the
Dampferzeuger festgelegt. Das Solldruckfenster ist eine für die Auslegung desThe target pressure window is a parameter for the design of the
Dampferzeugers wichtige Größe, da Druckwechsel eine Belastung darstellen. Somit ist für den Regelbetrieb neben einem Höchstdruck eben auch ein Mindestdruck festgelegt und in diesem Solldruckfenster soll der Dampferzeuger betrieben werden. DasThis is an important parameter for the steam generator, as pressure changes represent a stress. Therefore, in addition to a maximum pressure, a minimum pressure is also specified for normal operation, and the steam generator should be operated within this target pressure range.
Solldruckfenster weist einen unteren Druckschwellwert (Mindestdruck) und einen oberenTarget pressure window has a lower pressure threshold (minimum pressure) and an upper
Druckschwellwert (Höchstdruck) auf. Die Steuervorrichtung vergleicht den von derPressure threshold (maximum pressure). The control device compares the
Druckmessvorrichtung erfassten Druck mit dem Solldruckfenster. Die Steuervorrichtung schließt beim Erreichen oder Unterschreiten des unteren Druckschwellwertes das ersteThe control device closes the first pressure window when the lower pressure threshold is reached or undershot.
Bypassventil und Öffnet beim Erreichen oder Überschreiten des oberenBypass valve and opens when the upper
Druckschwellwertes das erste Bypassventil. Dadurch wird nur die im Standby-Betrieb zurpressure threshold, the first bypass valve. This means that only the pressure in standby mode
Aufrechterhaltung des Druckniveaus wirklich nötige Energie zugeführt und somit mit geringem energetischen Mehraufwand eine vereinfachte Auslegung desMaintaining the pressure level really requires the energy needed and thus a simplified design of the
Dampfererzeugers ohne starke beziehungsweise häufige Druckwechselbelastungen möglich.Steam generator without strong or frequent pressure changes.
thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 7/9thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 7/9
Ein einfaches Öffnen und Schließen mit nur den digitalen Zuständen offen oder zu ermöglicht eine sehr einfache Steuerung und ist daher sehr effizient umzusetzen. Zwar neigt ein solches System zum Überschwingen, dieses kann aber in einfachster Wiese durch ein Druckablassventil ausgeglichen werden und so eine Druckspitze in einfacherA simple opening and closing with only the digital states "open" or "closed" allows for very simple control and is therefore very efficient to implement. Although such a system tends to overshoot, this can be easily compensated for by a pressure relief valve, thus reducing a pressure peak in a simple manner.
Weise vermeiden werden.way will be avoided.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Öffnen und Schließen partiell. Dieses bedeutet, dass das erste Bypassventil nicht nur zwei digitale Stellungen auf und zu kennt, sondern in partiellen Schritten dazwischen weiter geöffnet oder weiter geschlossen werden kann. Im Gegensatz zu einem rein digitalen Öffnen und Schließen ermöglicht dieses eine gezieltere Steuerung, was insbesondere ein Überschwingen beim dem Druck vermeiden hilft.In a further embodiment of the invention, opening and closing occurs partially. This means that the first bypass valve not only has two digital positions, open and closed, but can be opened or closed further in partial steps between them. In contrast to purely digital opening and closing, this allows for more targeted control, which particularly helps prevent pressure overshoot.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Öffnen und Schließen des ersten Bypassventils innerhalb des Solldruckfensters in Abhängigkeit vom erfasstenIn a further embodiment of the invention, the opening and closing of the first bypass valve takes place within the target pressure window depending on the detected
Druck, sodass sich der Öffnungsgrad des ersten Bypassventils mit steigendem Druck erhöht und mit abnehmenden Druck sinkt. Hierbei kann der Öffnungsgrad beispielsweise linear zwischen zu (unterer Druckschwellwert) und auf (oberer Druckschwellwert) eingeregelt wird, sodass der Öffnungsgrad im Idealfall so eingestellt ist, dass konstant genau die richtige Wärmemenge für einen konstanten Druck zugeführt wird.Pressure, so that the opening degree of the first bypass valve increases with increasing pressure and decreases with decreasing pressure. For example, the opening degree can be adjusted linearly between (lower pressure threshold) and (upper pressure threshold), so that the opening degree is ideally set so that exactly the right amount of heat is constantly supplied for a constant pressure.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung öffnet die Steuervorrichtung beimIn a further embodiment of the invention, the control device opens when
Erreichen oder Überschreiten des oberen Druckschwellwertes das ersteReaching or exceeding the upper pressure threshold, the first
Druckablassventil. Neben der Verwendung eines einfachen Sicherheitsüberdruckventils bietet die aktive Ansteuerung eine bessere, konstantere und genauere Druckeinstellung.Pressure relief valve. In addition to using a simple safety pressure relief valve, active control offers better, more consistent, and more precise pressure adjustment.
Es wird vermieden, dass eine unnötig hohe Dampfmenge abgeblasen wird, derenThis avoids the release of an unnecessarily high amount of steam, which
Energiegehalt dann vom Elektrovorwärmer zur Verfügung gestellt werden müsste.Energy content would then have to be provided by the electric preheater.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The device according to the invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the drawing.
Fig. 1 beispielhafte Vorrichtung thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 8/9Fig. 1 exemplary device thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 8/9
In Fig. 1 ist eine erste beispielhafte Vorrichtung gezeigt. Beispielsweise ist die VorrichtungA first exemplary device is shown in Fig. 1. For example, the device
Bestandteil eines Rezirkulationskreises einer Ammoniakanlage. Ein Heizfluid, im Falle einer Ammoniakanlage der aus dem Konverter kommende Gasstrom, wird imComponent of a recirculation circuit of an ammonia plant. A heating fluid, in the case of an ammonia plant the gas stream coming from the converter, is
Regelbetrieb über einen Heizfluidzufluss 90 zugeführt. Das erste Bypassventil 22 und das zweite Bypassventil 82 sind geschlossen, sodass das Heizfluid in die dritte Seite 71 des Dampfüberhitzer 70 und von dort in die erste Seite 11 des Dampferzeugers 10 geführt wird und dann abgekühlt über den Heizfluidabfluss 91 wieder abgegeben wird.In control operation, the heating fluid is supplied via a heating fluid inlet 90. The first bypass valve 22 and the second bypass valve 82 are closed, so that the heating fluid is fed into the third side 71 of the steam superheater 70 and from there into the first side 11 of the steam generator 10 and is then cooled and discharged again via the heating fluid outlet 91.
Auf der Gegenseite wird Wasser über die Wasserzufuhr 100 in die zweite Seite 12 desOn the opposite side, water is fed via the water supply 100 into the second side 12 of the
Dampferzeugers 12 eingebracht, verdampft und über die Dampfabführleitung 30 in die vierte Seite 72 des Dampfüberhitzers 70 und von dort weiter über die Dampfabführleitung 30 zu einem beliebigen Verbraucher geführt.Steam generator 12, evaporated and led via the steam discharge line 30 into the fourth side 72 of the steam superheater 70 and from there further via the steam discharge line 30 to any desired consumer.
Wird die Anlage nun beispielsweise aufgrund des Ausbleibens von regenerativer Energie heruntergefahren, so werden zur Vermeidung von Warmeverlusten das ersteIf the system is shut down, for example due to the lack of renewable energy, the first
Bypassventil 22 und das zweite Bypassventil 82 geöffnet, sodass der Heizfluidstrom nun vom Heizfluidzufluss 90 Uber die zweite Bypassleitung 80 und die erste Bypassleitung 20 zum Heizfluidabfluss 91 geführt wird. Dadurch würde nun aber der Druck imBypass valve 22 and the second bypass valve 82 are opened, so that the heating fluid flow is now led from the heating fluid inlet 90 via the second bypass line 80 and the first bypass line 20 to the heating fluid outlet 91. This would now, however, increase the pressure in the
Dampferzuger 10 und im Dampfüberhitzer 70 sinken, und somit zu einer Druck-Wechsel-Steam elevator 10 and in the steam superheater 70, and thus to a pressure change
Belastung führen.lead to stress.
Um dieses zu vermeiden, wird zunächst das Dampfsperrventil 32 geschlossen. Es wird ein Solldruckfenster definiert, beispielsweise mit einen unteren Druckschwellwert 45 bara und einen oberen Druckschwellwert von 48 bara. Der Druck in der zweiten Seite 12 desTo avoid this, the steam check valve 32 is first closed. A target pressure window is defined, for example with a lower pressure threshold of 45 bara and an upper pressure threshold of 48 bara. The pressure in the second side 12 of the
Dampferzeugers 10 wird mit der Druckmessvorrichtung 40 erfasst und an diesteam generator 10 is detected by the pressure measuring device 40 and transmitted to the
Steuerungsvorrichtung 50 übergeben. Fällt der Druck unter den unterencontrol device 50. If the pressure falls below the lower
Druckschwellwert von 45 bara, so schließt die Steuervorrichtung 50 das erstepressure threshold of 45 bara, the control device 50 closes the first
Bypassventil 22. Dadurch strömt wieder Heizfluid durch die erste Seite 11 desBypass valve 22. This allows heating fluid to flow through the first side 11 of the
Dampferzeugers 10, erzeugt somit Dampf auf der zweiten Seite 12 und lässt den Druck somit wieder ansteigen. Steigt der Druck auf oder über den oberen Druckschwellwert von 48 bara, so öffnet die Steuervorrichtung 50 das erste Bypassventil 22. Zusätzlich kann die Steuervorrichtung 50 das Druckablassventil 60 öffnen, bis der Druck wieder unter den oberen Druckschwellwert von 48 bara gefallen ist und dann das Druckablassventil 60 wieder schließen. So wird nur die Wärme dem Heizfluid entzogen, die benötigt wird, den thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 9/9Steam generator 10, thus generating steam on the second side 12 and allowing the pressure to rise again. If the pressure rises to or above the upper pressure threshold of 48 bara, the control device 50 opens the first bypass valve 22. In addition, the control device 50 can open the pressure relief valve 60 until the pressure has fallen below the upper pressure threshold of 48 bara and then close the pressure relief valve 60 again. This way, only the heat required to heat the heating fluid is extracted. thyssenkrupp Uhde GmbH 230291P00LU thyssenkrupp AG 25.08.2023 LU103188 9/9
Druck im Dampferzeuger und somit auch im Dampfüberhitzer 70 innerhalb desPressure in the steam generator and thus also in the steam superheater 70 within the
Solldruckfensters zu halten.target pressure window.
Soll die Anlage wieder hochgefahren werden, wird das Dampfsperrventil 32 wieder geöffnet und das erste Bypassventil 22 und das zweite Bypassventil 82 wieder geschlossen. Somit kann der normale Betrieb wieder aufgenommen werden.If the system is to be restarted, the steam check valve 32 is opened again and the first bypass valve 22 and the second bypass valve 82 are closed again. This allows normal operation to resume.
BezugszeichenReference symbol
Dampferzeuger 1011 erste Seite 12 zweite Seite 20 erste Bypassleitung 22 erstes Bypassventil 30 Dampfabführleitung 32 Dampfsperrventil 40 Druckmessvorrichtung 50 Steuerungsvorrichtung 60 Druckablassventil 70 Dampfüberhitzer 71 dritte Seite 72 vierte Seite 80 zweite Bypassleitung 82 zweites Bypassventil 90 Heizfluidzufluss 91 Heizfluidabfluss 100 WasserzufuhrSteam generator 1011 first side 12 second side 20 first bypass line 22 first bypass valve 30 steam discharge line 32 steam check valve 40 pressure measuring device 50 control device 60 pressure relief valve 70 steam superheater 71 third side 72 fourth side 80 second bypass line 82 second bypass valve 90 heating fluid inlet 91 heating fluid outlet 100 water inlet
Claims (11)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LU103188A LU103188B1 (en) | 2023-08-25 | 2023-08-25 | Avoiding pressure cycling of a steam generator in standby mode |
| PCT/EP2024/073160 WO2025045615A1 (en) | 2023-08-25 | 2024-08-19 | Preventing varying pressure loading of a steam generator in standby mode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LU103188A LU103188B1 (en) | 2023-08-25 | 2023-08-25 | Avoiding pressure cycling of a steam generator in standby mode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LU103188B1 true LU103188B1 (en) | 2025-02-25 |
Family
ID=88068566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LU103188A LU103188B1 (en) | 2023-08-25 | 2023-08-25 | Avoiding pressure cycling of a steam generator in standby mode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| LU (1) | LU103188B1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2023
- 2023-08-25 LU LU103188A patent/LU103188B1/en active IP Right Grant
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20250225 |