DE3312791A1 - Dampfkessel mit speisewasser- und verbrennungsluftvorwaermung - Google Patents

Dampfkessel mit speisewasser- und verbrennungsluftvorwaermung

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DE3312791A1
DE3312791A1 DE19833312791 DE3312791A DE3312791A1 DE 3312791 A1 DE3312791 A1 DE 3312791A1 DE 19833312791 DE19833312791 DE 19833312791 DE 3312791 A DE3312791 A DE 3312791A DE 3312791 A1 DE3312791 A1 DE 3312791A1
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combustion air
heat exchanger
air preheating
preheating system
steam boiler
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Rudolf Dr. 6800 Mannheim Wieser
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WIESER DR RUDOLF
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WIESER DR RUDOLF
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
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    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
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Description

  • Dampfkessel mit Speisewasser- und
  • Verbrennungsluftvorwärmung Die hohen Brennstoffkosten erfordern u.a. eine Steigerung der Wirkungsgrade von Dampfkesseln, auch von jenen Kesseln, die bereits in Betrieb sind.
  • Zu diesem Zweck wurden z.B. eine Reihe von Flammrohrkesseln nachträglich mit Speisewasservorwärmern ausgerüstet, die - bei Nennlast - eine zusätzliche Absenkung der Abgastemperatur von meist 240 OC auf 140 0C erreichen lassen und so eine Brennstoffeinsparung von ca. 5 Prozent bringen.
  • Eine tiefere Abkühlung der Rauchgase als auf ca. 140 OC ist bei schwerölgefeuerten Kesseln im Blick auf die Gefahr von Taupunktkorrosionen von den rauchgasberührten Heizflächen und Komponenten nicht ratsam.
  • Bei erdgasgefeuerten Kesseln, bei denen der Taupunkt tiefer liegt und wegen des sehr geringen Schwefelgehaltes des Brennstoffs die Gefahr von Taupunktkorrosionen nur sehr klein ist, wäre zwecks einer weiteren Steigerung des Wirkungsgrades eine Abkühlung der Rauchgase auf 100 OC - ggf. sogar auf 90 OC - erwünscht. Dies würde eine zusätzliche Brennstoffeinsparung von 2 bis 2,5 % bringen.
  • (Eine Rauchgasabkühlung um 20 OC ergibt eine Brennstoffersparnis von 1 %).
  • Diese Abgastemperatur von 100 OC (bzw. 90 OC) kann mit Speisewasservorwärmern jedoch nicht erreicht werden, da das vom Speisewasserbehälter kommende Speisewasser eine Temperatur von 102 bis 105 OC hat und die Abgastemperatur aus Gründen der Wärmeübertragung immer über der Speisewassereintrittstemperatur liegt.
  • Um bei erdgasgefeuerten Flammrohrkesseln eine Abgastemperatur von 100 OC (bzw. 90 OC) zu erreichen, wurde bereits vorgeschlagen, diese Kessel mit Verbrennungsluftvorwärmern (Röhrenluftvorwärmern) auszurüsten, mit denen diese Abgastemperaturen auch erreicht werden können. Dabei beträgt bei Nennlastbetrieb die Endtemperatur der Luftvorwärmung ca. 170 OC, wodurch sich das Volumen des benötigten Verbrennungsluftgewichtes um etwa 50 % vergrö-Bert.
  • Da diese Vergrößerung des Verbrennungsluftvolumens an den Brennern zu einer ebenfalls 50 %igen Steigerung der Luftaustrittsgeschwindigkeit führt, und eine solche Steigerung mit Rücksicht auf die Aufrechterhaltung des Verbrennungsablaufes nicht zulässig ist, müssen die Brenner bei der nachträglichen Ausstattung der Kessel mit Luftvorwärmern ausgetauscht werden. Dies bedingt merkliche Mehrkosten für den Umbau.
  • Weiters ist es bei den Röhrenluftvorwärmern von Nachteil, daß diese einen verhältnismäßig hohen verbrennungsluftseitigen und rauchgasseitigen Zugverlust aufweisen (bei Nennlast je ca.
  • 0,005 bar). Dadurch wird ein Austausch der Laufräder der Verbrennungsluftgebläse erforderlich und der elektrische Eigenbedarf des Kessels steigt an.
  • Zur Vermeidung dieser Nachteile wird ein Dampfkessel mit Speisewassers und Verbrennungsluftvorwärmung vorgeschlagen, der als Flammrohrkessel oder Industrie-Wasserrohrkessel (= kleinerer Wasserrohrkessel) ausgeführt und erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß außerhalb des Kessels im ein- oder mehrflutigen Abgaspfad desselben wenigstens ein Speisewasservorwärmer und ein primärer oder mehrere primäre Wärmetauscher einer ein- oder mehrteigigen, hydraulisch gekoppelten Verbrennungsluft-Vorwärmanlage angeordnet sind, und daß der bzw. die sekundäre(n) Wärmetauscher der hydraulisch gekoppelten Verbrennungsluft-Vorwärmanlage in an sich bekannter Weise im ein- oder mehrflutigen Verbrennungsluftpfad des Kessels angebracht ist bzw. sind.
  • Bei dieser Lösung wird das Rauchgas durch den Speisewasservorwarmer wieder auf ca. 140 OC abgekühlt und die zusätzliche Abkühlung der Rauchgase auf 100 OC (bzw. 90 OC) erfolgt durch die hydraulisch gekoppelte Verbrennungsluft-Vorwärmanlage.
  • Bei dieser Ausführung beträgt die Endtemperatur der Luftvorwärmung nur 60 bis 80 OC und bei der nachträglichen Anbringung von Speisewasservorwärmern und Verbrennungsluft-Vorwärmanlage brauchen die vorhandenen Brenner nicht ausgetauscht zu werden.
  • Da bei Endgasfeuerung eine Verschmutzungsgefahr für den Speisewasservorwärmer und den primären (= rauchgasbeheizten) Wärmetauscher der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage fast nicht gegeben ist, ist es möglich, für diese Geräte Rippenrohre zu verwenden, die einen sehr niedrigen rauchgasseitigen Zugverlust aufweisen. Auch für den sekundären (= verbrennungsluftgekühlten) Wärmetauscher der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage können Rippenrohre mit ihrem niedrigen Zugverlust verwendet werden.
  • Dadurch kann der gesamte Zugverlust von Speisewasservorwärmer und primären und sekundären Wärmetauscher der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage bei Nennlast auf ca. 0,002 bar reduziert werden, was den elektrischen Eigenbedarf vermindert und einen Austausch der Laufräder der Verbrennungsluftgebläse meist erübrigt.
  • Falls erforderlich - wenn es z.B. die Platzverhältnisse bestimmen oder wenn neben dem Erdgas auch Schweröl über längere Zeit verbrannt wird - können die genannten Wärmetausch-Geräte auch als Doppelrohr- oder als Glattrohr-Wärmetauscher (Schlangenrohr-Wärmetauscher) ausgebildet sein.
  • Die hydraulisch gekoppelte Verbrennungsluft-Vorwärmanlage besteht aus wenigstens einem primären (= rauchgasbeheizten) und einem sekundären (= verbrennungsluftgekühlten) Wärmetauscher, die durch Verbindungsleitungen zu einem Strömungskreis geschaltet sind, in dem durch eine Umwälzpumpe der flüssige Wärmeträger (Wärmeöl, Wasser) in Zirkulation gehalten wird.
  • Der flüssige Wärmeträger wird im primären Wärmetauscher durch Rauchgas aufgeheizt (z.B. von 70 OC auf 90 OC) und im sekundären Wärmetauscher durch Verbrennungsluft wieder abgekühlt (z.B.
  • von 90 OC auf 70 OC), wobei gleichzeitig sich die Verbrennungsluft erwärmt (z.B. auf 65 OC).
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der sekundäre Wärmetauscher bzw. werden die sekundären Wärmetauscher über der Bedienungsdecke des Kessels und im Bereich der bedienungsseitigen Kesselhälfte angeordnet, um die Verbrennungsluftleitungen kurz und den verbrennungsluftseitigen Zugverlust niedrig zu halten.
  • Falls ein Keller unter dem Kessel vorhanden ist, kann der sekundäre Wärmetauscher mit Verbrennungsluftgebläse bzw. können die sekundären Wärmetauscher mit Verbrennungsluftgebläsen vorteilhaft unter der Bedienungsdecke des Kessels angeordnet sein.
  • Dies reduziert vor allem den Lärmpegel über dem Heizerstand.
  • Wenn es die Platzverhältnisse erfordern, kann der sekundäre Wärmetauscher bzw. können die sekundären Wärmetauscher der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage auf oder über dem Kessel oder auf dessen Grundrahmen angeordnet sein. Eine Anordnung auf oder über dem Kessel reduziert die erforderliche Grundfläche der Anlage.
  • Um den verbrennungsluftseitigen Zugverlust möglichst niedrig zu halten, ist zwischen jedem sekundären Wärmetauscher der hydraulisch gekoppelten Verbrennungsluft-Vorwärmanlage und seinem zugehörigen Brenner ein gerader Luftkanal angeordnet, dessen Längsachse auf die Brennerachse senkrecht oder ungefähr senkrecht steht. Auch ist das Verbrennungsluftgebläse am Gehäuse des zugehörigen sekundären Wärmetauschers angeflanscht, wobei Krümmer vermieden sind.
  • Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung sind ein oder mehrere Speisewasservorwärmer und ein oder mehrere primäre Wärmetauscher der hydraulisch gekoppelten Verbrennungsluft-Vorwärmanlage in einem gemeinsamen Blechgehäuse angeordnet. Hierdurch reduzieren sich der Bauaufwand und der Platzbedarf und die benötigte Isolierung und der rauchgasseitige Zugverlust werden kleiner.
  • Bei jenen Dampfkesseln, die ausschließlich oder fast ausschließlich mit Erdgas befeuert sind, bestehen Speisewasservorwärmer, primäre(r) und sekundäre(r) Wärmetauscher aus Rippenrohren, da hier eine rauchgasseitige Verschmutzungsgefahr nicht gegeben ist.
  • Hingegen ist es bei jenen Kesseln, die abwechselnd mit Erdgas und Schweröl - und zwar je über längere Zeit - befeuert werden, wegen der erhöhten Verschmutzungsgefahr bei Schwerölfeuerung nicht ratsam, für den Speisewasservorwärmer und den primären Wärmetauscher Rippenrohre zu verwenden.
  • Bei diesen Kesseln bestehen diese Geräte aus Doppelrohren oder Glattrohren (Schlangenrohren) und nur der sekundäre Wärmetauscher besteht - wegen des geringen verbrennungsluftseitigen Zugverlustes und des kleineren Platzbedarfes - aus Rippenrohren.
  • Besteht der Speisewasservorwärmer aus Doppelrohren und einem länglichen Blechgehäuse, so ist er in an sich bekannter Weise seitlich des Kessels oder seitlich über dem Kessel angeordnet, wobei Kessellänge und Speisewasservorwärmerlänge ungefähr übereinstimmen.
  • Ein primärer Wärmetauscher der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage kann in an sich bekannter Weise auch im Kamin angeordnet sein, wobei er vorzugsweise aus Doppelrohren besteht.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Wärmetauscher der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage als Einrohr-Wärmetauscher ausgebildet, deren wärmeaustauschenden Rohre wärmeträgerseitig hintereinander geschaltet sind. Diese Ausführung vermeidet die Problematik paralleler Strömungswege und läßt eine einwandfreie Entlüftung der Rohrsysteme erreichen. Auch erreicht der flüssige Wärmeträger dann ausreichend hohe Geschwindigkeiten, was günstigere Wärmeübertragungsverhältnisse gibt.
  • Nach einem anderen Erfindungsmerkmal ist im System der Verbindungsleitungen der hydraulisch gekoppelten Verbrennungsluft-Vorwärmanlage wenigstens ein Blasenspeicher als Behälter zur Aufrechterhaltung des Druckes des flüssigen Wärmeträgers angeordnet Dieser Druck darf einen bestimmten Wert nicht unterschreiten, um Dampfblasenbildung im flüssigen Wärmeträger zu vermeiden. Bei der Festlegung dieses Minimaldruckes ist auch zu berücksichtigen, daß bei Ausfall des Speisewasservorwärmers (z.B. durch Ausfall der Speisewasserpumpen) der primäre Wärmetauscher der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage durch Rauchgas höherer Temperatur (Rauchgastemperatur vom Kesselaustritt) beaufschlagt wird. (Es steigt dann auch die Endtemperatur der vorgewärmten Verbrennungsluft an).
  • Die Umwälzpumpe(n) der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage ist bzw.
  • sind in an sich bekannter Weise zweckmäßig als In-Line-Pumpe(n) ausgeführt, was eine einfachere Rohrführung ermöglicht.
  • Ein weiterer, wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der primäre und der sekundäre Wärmetauscher der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage in an sich bekannter Weise durch ein oder mehrere Wärmerohre (Heat-pipes) miteinander verbunden sind.
  • Bei diesem modifizierten System der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage erfolgt der Wärmetransport durch Verdampfen und Kondensieren des flüssigen bzw. dampfförmigen Wärmeträgers in Verbindung mit kapillaren Wanderungen und/oder mit Schwerkraftwirkung. Die Umwälzpumpe(n) kann bzw. können entfallen und es ergibt sich ein sehr wartungsarmes System das keine Eigenbedarfsleistung benötigt.
  • Dabei ergeben sich hinsichtlich der Kondensatrückführung aus dem sekundären in den primären Wärmetauscher besonders sichere Verhältnisse, wenn der sekundäre Wärmetauscher der geodätischen Höhe nach über dem primären Wärmetauscher angeordnet ist.
  • Die Kondensatrückführung geschieht dann mittels Schwerkraft, wozu die Rückführleitung mit stetigem Gefälle zu verlegen ist.
  • Ist der Dampfkessel ein Zweiflammrohrkessel, so kann zweckmäßig jedem seiner zwei Brenner ein separates System zugeordnet sein, das aus einem Speisewasservorwärmer und einer Verbrennungsluft-Vorwärmanlage mit den vorbeschriebenen Kennzeichen besteht.
  • Ist der Kessel ein Heißwasserkessel, so wird der Speisewässervorwärmer durch einen Heißwasservorwärmer ersetzt, der während des Betriebes in an sich bekannter Weise vom rückkehrenden Strom des zirkulierenden Heißwassers - oder einem Teilstrom desselben - beaufschlagt ist.
  • Während des Nennlastbetriebes erfolgt die Abkühlung der Rauchgase durch den bzw. die Speisewasservorwärmer auf 1800 bis 120 OC und die weitere Abkühlung der Rauchgase auf 110 bis 90 OC im primären Wärmetauscher bzw. in den primären Wärmetauschern der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage.
  • Hierzu sind die Heizflächengrößen dieser Geräte entsprechend zu dimensionieren.
  • Die geringe Abkühlung der Rauchgase im primären Wärmetauscher bzw.
  • in den primären Wärmetauschern bewirkt auch nur eine geringe Aufwartung der Verbrennungsluft (auf 60 - 80 OC) und es können dadurch bei einer Kesselnachrüstung die vorhandenen Brenner beibehalten werden.
  • Ein weiterer Vorteil dieser stufenweisen Abkühlung der Rauchgase im Speisewasservorwärmer und im primären Wärmetauscher der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage besteht darin, daß die Umwälzrate des flüssigen Wärmeträgers der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage bei Vollast und Teillast konstant ist (wodurch auch die Drehzahl der Umwälzpumpe(n) konstant bleibt). (Würde die gesamte Rauchgasabkühlung nur in der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage erfolgen, so müßte die Umwälzrate des flüssigen Wärmeträgers bei Teillast des Kessels verkleinert werden).
  • Die Umwälzrate des flüssigen Wärmeträgers wird zweckmäßig so ausgelegt, daß während des Nennlastbetriebes die Aufwärmspanne (= Temperaturdifferenz zwischen Austrittstemperatur und Eintrittstemperatur) kleiner als 40 OC ist. Hierdurch ergeben sich auch bei niedrigen Kessel lasten keine allzugroßen Temperaturänderungen des Wärmeträgers im Vergleich zu den Nennlastverhältnissen.
  • Nach einem anderen, wesentlichen Merkmal der Erfindung wird bei der Umstellung der Kesselfeuerung von Gas auf Schweröl der sekundäre Wärmetauscher der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage vom flüssigen Wärmeträger im Teilstrom oder zur Gänze umströmt. Hierdurch wird die Eintrittstemperatur des Wärmeträgers in den primären Wärmetauscher angehoben und es steigt die Abgastemperatur des Kessels auf etwa 150 OC an. (Vermeidung der Taupunktgefahr).
  • Wir der sekundäre Wärmetauscher während der Feuerung mit Schweröl vom flüssigen Wärmeträger zur Gänze umströmt, so findet keine Vorwärmung der Verbrennungsluft mehr statt und der flüssige Wärmeträger nimmt jene Temperatur an, mit welcher die Rauchgase in den primären Wärmetauscher eintreten.
  • Wird der Kessel mit niedriger Teillast gefahren, so kann auch bei Gasfeuerung der sekundäre Wärmetauscher vom flüssigen Wärmeträger im Teilstrom umströmt werden, wodurch ein unerwünschtes Absinken der Abgastemperatur unter den Sollwert (ca. 100 OC) vermieden werden kann.
  • Durch diese Art der Regelung (bzw. Konstanthaltung) der Abgastemperatur kann auch der rauchgasseitige Bypaß des Speisewasservorwärmers und/oder des primären Wärmetauschers entfallen. Dadurch werden die bypaßseitigen Wärmeverluste vermieden, die sonst durch undichte Rauchgasklappen verursacht werden.
  • Es sei noch besonders darauf verwiesen, daß gasgefeuerte Flammrohr- oder Industriekessel, die bereits einen externen Speisewasservorwärmer besitzen, aber noch eine zu hohe Abgastemperatur aufweisen (z.B. 150 OC), mit einer Verbrennungsluft-Vorwärmanlage der vorbeschriebenen Art nachträglich ausgestattet werden können.
  • In den Zeichnungen sind drei beispielhafte Ausführungen der Erfindung und zwei Temperaturdiagramme über den Wärmetauschern der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage beispielhaft dargestellt.
  • Es zeigt: Figur 1 einen vertikalen Längsschnitt eines Flammrohrkessels mit der ersten Ausführungsform von Speisewasservorwärmer und Verbrennungsluft-Vorwärmanlage.
  • Figur 2 einen vertikalen Längsschnitt eines Flammrohrkessels mit der zweiten Ausführungsform von Speisewasservorwärmer und Verbrennungsluft-Vorwärmanl age Figur 3 einen vertikalen Längsschnitt eines Flammrohrkessels mit der dritten Ausführungsform von Speisewasservorwärmer und Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (mit zwei Wärmerohren).
  • Figur 4 ein erstes Temperatur-Diagramm über den Wärmetauschern einer Verbrennungsluft-Vorwärmanlage mit flüssigem Wärme träger.
  • Figur 5 ein zweites Temperatur-Diagramm über den Wärmetauschern einer Verbrennungsluft-Vorwärmanlage mit Wärmerohren (Heat-pipes) Bei der in Figur 1 im vertikalen Längsschnitt dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung besteht der Flammrohrkessel 1 aus dem drucktragenden Walzenkörper 2, dem Flammrohr 3, der inneren Wendekammer 4, den Heizrohren 5, der bedienungsseitigen Wendekammer 6 und der Abgaskammer 7.
  • An der bedienungsseitigen Stirnwand des Flammrohres 3 ist der Gas/ölbrenner 8 angeordnet.
  • Dem Flammrohrkessel 1 ist ein aus Rippenrohren bestehender Speisewasservorwärmer 9 und eine Verbrennungsluft-Vorwärmanlage 10 zugeordnet.
  • Die Verbrennungsluft-Vorwärmanlage 10 besteht aus dem primären (rauchgasbeheizten) Wärmetauscher 10a, dem sekundären (verbrennungsluftgekühlten) Wärmetauscher lOb sowie den Verbindungsleitungen 10c für den flüssigen Wärmeträger mit Umwälzpumpe 10d (In Line-Pumpe) und Blasenspeicher 10e für die Druckhaltung. Der primäre Wärmetauscher 10a und der sekundäre Wärmetauscher lOb bestehen ebenfalls aus Rippenrohren.
  • Der Speisewasservorwärmer 9 und der primäre Wärmetauscher 10a der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage 10 sind in einem gemeinsamen Blechgehäuse 11 angeordnet, das auf dem von der Abgaskammer 7 abzweigenden Abgasstutzen 7a aufgesetzt ist.
  • Vom gemeinsamen Blechgehäuse 11 führt ein Abgaskanal 12 zum Kamin 13.
  • Während des Betriebes fördert die Speisepumpe 14 über die Speiseleitung 14a mit Speisewasserregelventil 15 und den Speisewasservorwärmers 9 das Speisewasser in den Walzenkörper 2 des Flammrohrkessels 1.
  • Der sekundäre Wärmetauscher lOb mit angeflanschtem Verbrennungsluftgebläse 16 ist unter der Bedienungsdecke 17 des Kessels und zwar im Bereich der bedienungsseitigen Kesselhälfte angeordnet.
  • In dem System der Verbindungsleitungen 10c ist wärmeträgerseitig eine Bypaßleitung 10f zum sekundären Wärmetauscher lOb angeordnet.
  • Über diese Bypaßleitung lOf und die Bypaßarmatur 10a kann der flüssige Wärmeträger im Teilstrom oder zur Gänze am sekundären Wärmetauscher lOb vorbeigeleitet und so die Abgastemperatur am Kamineintritt beeinfluß werden. (Dies besonders bei Umstellung der Kesselfeuerung von Gas auf Schweröl oder bei niedriger Kessel last) Vom sekundären Wärmetauscher lOb zum Brenner 8 führt ein gerader Luftkanal 18, dessen Längsachse auf die Brennerachse senkrecht steht. Dadurch wird der verbrennungsluftseitige Zugverlust klein gehalten.
  • Der primäre Wärmetauscher 10a und der sekundäre Wärmetauscher lOb sind je als Einrohr-Wärmetauscher ausgebildet, deren wärmeaustauschenden Rohre wärmeträgerseitig hintereinander geschaltet sind. Dies erleichtert ihre Entlüftung.
  • Während des Nennlastbetriebes erfolgt die Abkühlung der Rauchgase durch den Speisewasservorwärmer 9 auf 1800 bis 120 "C und die weitere Abkühlung der Rauchgase auf 110 bis 90 OC durch die Verbrennungsluft-Vorwärmanlage 10.
  • Während des Kesselbetriebes wird die Umwälzrate des flüssigen Wärmeträgers bei hoher und niedriger Last konstant gehalten, wodurch deren Regelung entfällt.
  • Während des Nennleastbetriebes beträgt die Aufwärmspanne des flüssigen Wärmeträgers weniger als 40 °C, vorzugsweise ca. 10 OC.
  • Dadurch ist es erforderlichenfalls möglich, den primären Wärmetauscher 1Oa und/oder den sekundären Wärmetauscher lOb - abweichend von der Normal ausführung - als Gleichstromwärmetauscher auszubilden, was für deren einwandfreie Entlüftung vorteilhaft sein kann.
  • Bei der in Figur 2 im vertikalen Längsschnitt dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung ist der zeitliche Anteil der Schwerölfeuerung größer als bei der Ausführung nach Figur 1.
  • Um der dadurch gegebenen größeren Verschmutzungsgefahr besser zu begegnen, ist der Speisewasservorwärmer 9' als Glattrohrkonstruktion (Schlangenrohrkonstruktion) und der primäre Wärmetauscher 10a' der Verbrennungsluft-Vorwärmeranlage 10' als Doppelrohrkonstruktion ausgeführt. Letzterer ist im Kamin 13 angeordnet und wird während des Betriebes - zwecks besserer Entlüftung - vom flüssigen Wärmeträger im Gleichstrom zu den Rauchgasen von unten nach oben durchströmt.
  • Der sekundäre Wärmetauscher lOb' ist stirnseitig am bzw. auf dem Flammrohrkessel 1 angebracht.
  • Die übrigen Komponenten in Figur 2 stimmen mit jenen in Figur 1 dann überein, wenn die Positionsnummern dieselben sind.
  • Bei der in Figur 3 im vertikalen Längsschnitt dargestellten dritten Ausführungsform der Erfindung weist die Verbrennungsluft-Vorwärmanlage 10X zwei Wärmerohre lOhX und lOjX auf, die den primären Wärmetauscher lOaX mit dem sekundären Wärmetauscher lObX verbinden. Letzterer ist bezüglich der geodätischen Höhe über dem primären Wärmetauscher lOaX angeordnet.
  • Der Wärmetransport vom primären Wärmetauscher lOaX zum sekundären Wärmetauscher lObX erfolgt in der Weise, daß der flüssige Wärme träger im primären Wärmetauscher lOaX verdampft und über das Wärmerohr lOhX zum sekundären Wärmetauscher lObX strömt.
  • In diesem kondensiert der Dampf und das Kondensat strömt durch Schwerkraftwirkung über das Wärmerohr lOjX zum primären Wärmetauscher lOaX zurück.
  • Die Temperatur des flüssigen bzw. dampfförmigen Wärmeträgers bleibt dabei konstant.
  • In Figur 4 sind über den Heizflächen des primären Wärmetauschers 10a und des sekundären Wärmetauschers lOb von Figur 1 die Temperaturen des Abgases, des flüssigen Wärmeträgers und der Verbrennungsluft aufgetragen. Aus diesem Diagramm sind die Temperaturdifferenzen zu entnehmen, die für die Berechnung der Größen der Wärmetauscher 10a und lOb erforderlich sind.
  • In analoger Weise sind in Figur 5 über den Heizflächen der Wärmetauscher 1OaX und lObX von Figur 3 die Temperaturen des Abgases, des verdampfenden und kondensierenden Wärmeträgers und der Verbrennungsluft aufgetragen. Bei dieser Art von Verbrennungsluft-Vorwärmanlage 10X ist die Temperatur des Wärmeüberträgers konstant.

Claims (23)

  1. Patentansprüche: Dampfkessel mit Speisewasser- und Verbrennungsluftvorwärmung, ausgeführt als Flammrohrkessel oder Industrie-Wasserrohrkessel, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Kessels im ein- oder mehrflutigen Abgaspfad desselben wenigstens ein Speisewasservorwärmer (9, 9 9X) und ein primärer oder mehrere primäre Wärmetauscher (iOa, lO'a, x lOa) einer ein- oder mehrteiligen hydraulisch gekoppelten Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10, 10', 10X) angeordnet sind, und daß der bzw. die sekundäre(n) Wärmetauscher (lOb, lOb1, lObX) der hydraulisch gekoppelten Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10, 10', 10X) in an sich bekannter Weise im ein- oder mehrflutigen Verbrennungsluftpfad des Kessels angebracht ist bzw. sind.
  2. 2. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die sekundäre(n) Wärmetauscher (lOb, mob', lObX) x der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10, 10', 10X) über der Bedienungsdecke (17) des Kessels und im Bereich der bedienungsseitigen Kesselhälfte angeordnet ist bzw. sind.
  3. 3. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die sekundEre(n) Wärmetauscher (lOb, lOb', lObX) x der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10, 10', 10X) mit Verbrennungsluftgebläsefn) (16) unter der Bedienungsdecke (17) des Kessels angeordnet ist bzw. sind.
  4. 4. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die sekundäre(n) Wärmetauscher (10b, lOb', lObX) der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10, 10', 10X) auf oder über dem Kessel oder auf dessen Grundrahmen angeordnet ist bzw. sind.
  5. 5. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem sekundären Wärmetauscher (lOb, lOb', lObX) der hydraulisch gekoppelten Verbrennungsluft-Vorwärmanl age x (10, 10', 10X) und seinem zugehörigen Brenner (8) ein gerader Luftkanal (18) angeordnet ist, dessen Längsachse auf die Brennerachse senkrecht oder ungefähr senkrecht steht.
  6. 6. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsluftgebläse (16) am Gehäuse des sekundären Wärmetauschers (lOb, lOb', lObX) der hydraulisch gekoppelten Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10, 10', 1OX) angeflanscht ist bzw. daß die Verbrennungsluftgebläse an den Gehäusen der sekundären Wärmetauscher der hydraulisch gekoppelten Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10, 10', 10X) angeflanscht sind.
  7. 7. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Speisewasservorwärmer (9, 9., 9X) und ein oder mehrere primäre Wärmetauscher (1Oa, 10a', lOaX) der hydraulisch gekoppelten Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10, 10', 10X) in einem gemeinsamen Blechgehäuse (11) angeordnet sind.
  8. 8. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (10a, lOb) der hydraulisch gekoppelten Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10) und/oder der bzw. die Speisewasservorwärmer (9) in an sich bekannter Weise als Rippenrohr-Wärmetauscher und/oder als Doppelrohr-Wärmetauscher und/oder als Glattrohr-Wärmetauscher (Schlangenrohr-Wärmetauscher) ausgeführt sind.
  9. 9. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Speisewasservorwärmer (9) und der bzw. die primäre(n) und sekundäre(n) Wärmetauscher (1Oa, lOb) der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10) in an sich bekannter Weise aus Rippenrohren bestehen.
  10. 10. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Speisewasservorwärmer (9) und/oder der bzw.
    die primären Wärmetauscher (10a) der Verbrennungsluftvorwärmanlage (10) aus Doppelrohren und/oder Glattrohren (Schlangenrohren) und der bzw. die sekundäre(n) Wärmetauscher (lOb) der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10) aus Rippenrohren bestehen.
  11. 11. Dampfkessel nach Anspruch 1, mit einem aus Doppelrohren und einem länglichen Blechgehäuse bestehenden Speisewasservorwärmer, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisewasservorwärmer (9) in an sich bekannter Weise seitlich des Kessels oder seitlich über dem Kessel angeordnet ist, wobei Kessel länge und Speisewasservorwärmerlänge ungefähr übereinstimmen.
  12. 12. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein primärer Wärmetauscher (10a') der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10) in an sich bekannter Weise im Kamin (13) angeordnet ist und vorzugsweise aus Doppelrohren besteht.
  13. 13. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (1Oa, lOb) der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10) als Einrohr-Wärmetauscher ausgebildet sind, deren wärmeaustauschenden Rohre wärmeträgerseitig hintereinander geschaltet sind.
  14. 14. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im System der Verbindungsleitungen (10c) der hydraulisch gekoppelten Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10) wenigstens ein Blasenspeicher (lote) als Behälter zur Aufrechterhaltung des Druckes des flüssigen Wärmeträgers angeordnet ist.
  15. 15. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe(n) (tod) der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10) in an sich bekannter Weise als In-Line-Pumpe(n) ausgeführt ist bzw. sind.
  16. 16. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die primäre(n) Wärmetauscher (lOaX) und der bzw.
    die sekundäre(n) Wärmetauscher (lObX) der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (1ob) in an sich bekannter Weise durch ein oder mehrere Wärmerohre (lOhX, lOjX) (Heat-pipes) miteinander verbunden sind.
  17. 17. Dampfkessel nach Anspruch 1 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundäre Wärmetauscher (1ObX) den Verbrennungsx luft-Vorwärnanlage (10X) der geodätischen Höeh nach über dem primären Wärmetauscher (lOaX) angeordnet ist bzw. daß x die sekundären Wärmetauscher (lOb ) der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10X) der geodätischen Höhe nach über den primären Wärmetauschern (IOaX) angeordnet sind.
  18. 18. Dampfkessel, ausgeführt als Zweiflammrohrkessel, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der zwei Brenner (8) ein separates System zugeordnet ist, das aus wenigstens einem Speisewasservorwärmer (9) und einer Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10) mit den Kennzeichen des Hauptanspruches 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 17 besteht.
  19. 19. Kessel nach Anspruch 1, sowie einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 18, ausgeführt als Heißwasserkessel, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisewasservorwärmer (9) durch einen Heißwasservorwärmer ersetzt ist, der während des Betriebes in an sich bekannter Weise vom rückkehrenden Strom des zirkulierenden Heißwassers - oder einem Teilstrom desselben -beaufschlagt ist.
  20. 20. Verfahren zum Betrieb eines Dampfkessels nach Anspruch 1, sowie nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 19, mit Gasfeuerung oder Leichtölfeuerung, dadurch gekennzeichnet, daß im Nennlastbetrieb die Abkühlung der Rauchgase durch den bzw. die Speisewasservorwärmer (9) auf 1800 bis 120 °C erfolgt und die weitere Abkühlung der Rauchgase auf 1100 bis 90 OC im primären Wärmetauscher (10a) bzw. in den primären Wärmetauschern der Verbrennungsluft-Vorwärmanl age (10) geschieht.
  21. 21. Verfahren zum Betrieb eines Dampfkessels nach Anspruch 1, sowie einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzrate des flüssigen Wärmeträgers der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10) bei Vollast und Teil last konstant ist.
  22. 22. Verfahren zum Betrieb eines Dampfkessels nach Anspruch 1, sowie nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß während des Nennlastbetriebes die Aufwärmspanne (= Temperaturdifferenz zwischen Austrittstemperatur und Eintrittstemperatur) des flüssigen Wärmeträgers kleiner als 40 OC ist.
  23. 23. Verfahren zum Betrieb eines Dampfkessels nach Anspruch 1, sowie nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Umstellung seiner Feuerung vom Brennstoff Gas auf Schweröl oder bei niedriger Kessel last der sekundäre bzw. die sekundären Wärmetauscher (lOb) der Verbrennungsluft-Vorwärmanlage (10) vom flüssigen Wärmeträger im Teilstrom oder zur Gänze umströmt ist bzw. sind.
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