DE4218016A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Rauchgastemperatur am Austritt eines Dampferzeugers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Regelung der Rauchgastemperatur am Austritt eines Dampferzeugers mit einer zur Wärmeübertragung zwischen dem Rauchgas und dem Speisewasser nutzbaren Heizfläche.

In einem Dampferzeuger wird durch indirekten Wärmetausch zwischen heißem Rauchgas und Speisewasser, das in einem Wasser-Dampf-Kreislauf geführten wird, Dampf für eine Dampfturbine erzeugt. Das Rauchgas wird durch Verbrennung eines fossilen Brennstoffs in einer Brennkammer, z. B. in einer Brennkammer einer Schwel-Brenn-Anlage oder einer Gasturbine, erzeugt. Das Speisewasser strömt innerhalb des Dampferzeugers entlang einer üblicherweise in Form von Rohren oder Rohrbündeln ausgebildeten Heizfläche und nimmt dabei Wärme vom Rauchgas auf. Das abgekühlte Rauchgas wird bei Austritt aus dem Dampferzeuger zunächst gereinigt und anschließend über einen Kamin an die Umgebung abgegeben.

Bei einer nassen Rauchgasreinigung wird die mit den Reaktionsprodukten versetzte Waschflüssigkeit mittels des den Dampferzeuger verlassenden Rauchgases verdampft, wobei die getrockneten Reaktionsprodukte abgeschieden werden. Um störende Ablagerungen in Komponenten der Reinigungsanlage zu vermeiden, darf die Rauchgastemperatur am Eintritt in die Reinigungsanlage einen vorgegebenen Wert nicht unter­ schreiten. Dabei stehen zwei Anforderungen an die Rauch­ gastemperatur am Austritt des Dampferzeugers konträr gegen­ über; während der Wirkungsgrad des Dampferzeugers mit Ab­ nahme der Rauchgastemperatur zunimmt, erhöht sich gleich­ zeitig die Gefahr einer Betriebsstörung der Reinigungs­ anlage. Deshalb wird üblicherweise die Rauchgastemperatur am Austritt des Dampferzeugers bei Vollastbetrieb möglichst niedrig über der minimal zulässigen Rauchgastemperatur für die Reinigungsanlage gehalten. Bei Teillastbetrieb sinkt allerdings die Rauchgastemperatur ab, so daß ohne spezielle Maßnahmen die Gefahr einer Betriebsstörung in der Reini­ gungsanlage besteht. Es ist daher erforderlich, insbesonde­ re bei Teillastbetrieb, die Rauchgastemperatur am Austritt des Dampferzeugers einzustellen oder zu regeln.

Dazu wird bei einem bekannten Verfahren der Brennstoff mit erhöhtem Luftüberschuß verbrannt, so daß die Wärmeübertra­ gung in den Konvektionszug des Dampferzeugers verlagert wird und die Rauchgastemperatur am Austritt des Dampferzeu­ gers steigt. Nachteilig ist dabei der Verlust an nutzbarer Wärme aufgrund des erhöhten Volumenstroms des Rauchgases.

Bei einem anderen Verfahren wird ein Teil des heißen Rauch­ gases unter Umgehung der Heizfläche am Austritt des Dampf­ erzeugers dem abgekühlten Rauchgas zugemischt, so daß eine vorgegebene Rauchgastemperatur eingehalten werden kann. Nachteilig ist dabei die Bereitstellung eines voluminösen Rauchgas-Bypasses. außerdem ist eine Temperaturregelung aufgrund von bei der Mischung sich bildenden Strähnen äußerst schwierig.

Bei einem häufig angewendeten Verfahren wird, insbesonde­ re bei Teillastbetrieb, das Speisewasser vor Eintritt in den Dampferzeuger durch indirekten Wärmetausch mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine entnommenem Dampf vorgewärmt. Dies führt allerdings dazu, daß der Gesamtwir­ kungsgrad nur begrenzt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung der Rauchgastemperatur anzugeben, bei dem eine Absenkung der Rauchgastemperatur am Austritt des Dampferzeugers, der gleichzeitig Eintritt einer Reini­ gungsanlage ist, unter einen Minimalwert sicher vermieden ist. Dies soll bei gleichzeitig hohem Gesamtwirkungsgrad mit einer möglichst einfachen Vorrichtung erreicht werden.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungs­ gemäß dadurch gelöst, daß die zur Wärmeübertragung jeweils wirksam genutzte Heizfläche verändert wird.

Bei einer Abweichung der Rauchgastemperatur von einem Soll­ wert werden in vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens in Strömungsrichtung des Speisewassers hintereinander ange­ ordnete Abschnitte der Heizfläche zu- oder abgeschaltet. Dabei wird zweckmäßigerweise bei Absinken der Rauchgastem­ peratur, insbesondere bei Teillastbetrieb, bei in Gegen­ richtung zur Rauchgasströmung strömendem Speisewasser zu­ nächst der dem Austritt des Dampferzeugers nächstliegende Abschnitt der Heizfläche abgeschaltet. Mit zunehmender Ab­ senkung der Rauchgastemperatur werden in Gegenrichtung zur Strömungsrichtung des Rauchgases weitere Abschnitte nach­ einander abgeschaltet. Diese können bei wieder ansteigender Rauchgastemperatur in umgekehrter Reihenfolge nacheinander zugeschaltet werden.

Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Änderung der Rauchgastempera­ tur die vom strömenden Speisewasser genutzte Heizfläche veränderbar ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Vorrichtung umfaßt die Heizfläche eine Anzahl von einzeln zu- oder abschaltbaren Abschnitten, die in Strömungsrichtung des Rauchgases hin­ tereinander angeordnet und vom Speisewasser in Gegenrich­ tung nacheinander durchströmbar sind. Dabei kann jeder Ab­ schnitt eingangsseitig mit einem Stellglied verbunden sein. Außerdem kann jeder Abschnitt zweckmäßigerweise am Ein­ tritt einen Eintrittssammler zum Sammeln von Speisewasser aufweisen.

Die Vorrichtung umfaßt vorteilhafterweise einen ausgangs­ seitig mit mindestens einem Stellglied verbundenen Regler, dessen Eingangsgröße der Ist-Wert der Rauchgastemperatur ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert; darin zeigt

Fig. 1 schematisch einen Dampferzeuger mit vorgeschalte­ ter Brennkammer und nachgeschalteter Reinigunganlage und

Fig. 2 einen Ausschnitt II aus Fig. 1 in größerem Maßstab mit einzeln zu- oder abschaltbaren Abschnitten einer Heizfläche.

Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Der in Fig. 1 dargestellte Dampferzeuger 1 ist z. B. Teil einer nicht näher gezeigten Schwel-Brenn-Anlage. Er umfaßt eine Brennkammer 2, der über einen Rauchgaszug 3 ein Abhitzekessel 4 nachgeschaltet ist. Innerhalb des Abhitze­ kessels 4 sind Heizflächen 5 in Form von Rohren oder Rohr­ bündeln, z. B. hängend, angeordnet.

Der Dampferzeuger 1 ist ausgangsseitig über eine Rauchgas­ leitung 6 an eine Reinigungsanlage 7 angeschlossen. Die Reinigungsanlage 7 umfaßt einen Sprühtrockner 8, dem ein Abscheider 9, z. B. ein Elektro-Filter, und ein Naßreiniger 10 nachgeschaltet sind. Der Naßreiniger 10 ist über eine Leitung 11 mit dem Sprühtrockner 8 verbunden. Die Rauch­ gasleitung 6 mündet hinter der Reinigungsanlage 7 in einen Kamin 12.

Am Austritt des Dampferzeugers 1 ist ein Temperatursensor 13 vorgesehen, der mit einem Regler 14 verbunden ist. Der Regler 14 ist ausgangsseitig mit einer Anzahl von als Gan­ zes mit 15 bezeichneten Stellgliedern in Form von Ventilen 15a, 15b, 15c (Fig. 2) verbunden. Wie später näher erläu­ tert, wird mittels der Stellglieder 15 die Verteilung des in den Dampferzeuger 1 eintretenden Speisewassers S auf eine Economizer-Heizfläche, die zur Vorwärmung des Speise­ wassers S dient, beeinflußt.

Beim Betrieb des Dampferzeugers 1 wird in der Brennkammer 2 erzeugtes Rauchgas R entlang der dargestellten Pfeile durch den Dampferzeuger 1 geführt. Dabei wird Wärme von dem heißen Rauchgas R über die Heizflächen 5 auf das in einem nicht näher dargestellten Wasser-Dampf-Kreislauf einer Dampfturbine strömende Speisewasser S übertragen. Das den Dampferzeuger 1 verlassende abgekühlte Rauchgas R wird in der Reinigungsanlage 7 gereinigt. Die Rauchgas­ temperatur am Austritt des Dampferzeugers 1 beträgt bei Vollastbetrieb noch etwa 220°C.

Die Reinigung erfolgt innerhalb des Naßreinigers 10 mittels einer Waschflüssigkeit, die alkalische Bestandteile, z. B. Natriumhydroxid, enthält. Die alkalischen Bestandteile bil­ den mit in dem Rauchgas R enthaltenen sauren, z. B. chlor­ haltigen, Stoffen als Reaktionsprodukte im wesentlichen Salze. Die Waschflüssigkeit wird zusammen mit den Reaktions­ produkten über die Leitung 11 dem Sprühtrockner 8 zuge­ führt. Dort wird die Waschflüssigkeit durch Kontakt mit dem Rauchgas R verdampft. Die gleichzeitig mit der Verdamp­ fung getrockneten Reaktionsprodukte, d. h. im wesentlichen die Salze, werden in dem Filter 9 abgeschieden. Das Rauch­ gas R wird in der Reinigungsanlage 7 auf eine Temperatur von etwa 70°C abgekühlt.

Wie Fig. 2 zeigt, ist die zur Vorwärmung des Speisewassers S dienende Economizer-Heizfläche 5 in eine Anzahl von Ab­ schnitten, vorzugsweise in drei Abschnitte 20 bis 22, unter­ teilt. Jeder der Abschnitte 20, 21 und 22 ist sowohl ein­ gangsseitig als auch ausgangsseitig mit einem Sammler 23, 24, 25 bzw. 26 verbunden. Außerdem ist jeder der Abschnit­ te 20 bis 22 über die Eintrittssammler 23, 24, 25 mit einem der Ventile 15a, 15b bzw. 15c verbunden. Die Ventile 15a, 15b, 15c sind an eine gemeinsame Speisewasserleitung 30 an­ geschlossen. Der Sammler 26 ist über eine Leitung 31 in nicht näher dargestellter Art und Weise mit den weiteren Heizflächen 5 des Dampferzeugers 1 verbunden.

Das Speisewasser S wird im Gegenstrom zur Strömungsrich­ tung des Rauchgases R durch mäanderförmig angeordnete Rohr­ bündel 35 geführt, deren Wände die Heizfläche 5 bilden. Dabei wird das Rauchgas R abgekühlt. Bei Absinken der Rauch­ gastemperatur T am Austritt des Dampferzeugers 1 wird die zur Wärmeübertragung wirksam genutzte Heizfläche 5 verrin­ gert. Dazu wird zunächst das Ventil 15b geöffnet und das Ventil 15a geschlossen. Das Ventil 15c bleibt dann weiter­ hin geschlossen. Sinkt die Rauchgastemperatur T weiter ab, z. B. wenn bei Teillastbetrieb die Rauchgastemperatur T den für eine störungsfreie Rauchgasreinigung gerade noch zuläs­ sigen Wert erreicht hat, so wird das Ventil 15c geöffnet und auch das Ventil 15b geschlossen. Die Abschnitte 20 und 21 der Heizfläche 5 sind dann abgeschaltet und somit vom Wasser-Dampf-Kreislauf getrennt. In den jeweils nicht durch­ strömten Rohren 35 der Abschnitte 20 und 21 bleibt das Spei­ sewasser stehen. Da bei den herrschenden Druckverhältnissen die Siedetemperatur des Wassers stets höher ist als die Rauchgastemperatur in diesem Bereich des Abhitzekessels 4, können die jeweils nicht durchströmten Abschnitte 20, 21 der Heizfläche 5 nicht ausdampfen.

Steigt die Rauchgastemperatur T am Austritt des Dampferzeu­ gers 1 wieder an, z. B. bei erneutem Vollastbetrieb, so wird die zur Wärmeübertragung wirksam genutzte Heizfläche 5 zu­ nehmend vergrößert. Dazu werden die Abschnitte 20 und 21 der Heizfläche 5 in Abhängigkeit von der Rauchgastemperatur T am Austritt des Dampferzeugers 1 durch entsprechende Um­ schaltung der Ventile 15a, 15b, 15c in umgekehrter Reihen­ folge nacheinander in den Wasser-Dampf-Kreislauf wieder eingeschaltet. Die Regelung erfolgt über den Regler 14, der entsprechende Steuersignale an die Ventile 15a, 15b, 15c abgibt. Die Steuersignale sind von einem Vergleichswert ab­ geleitet, der aus einer Abweichung der gemessenen Rauchgas­ temperatur T ist von einem Soll-Wert T_soll gebildet wird.

Bei einem üblicherweise eingesetzten Dampferzeuger 1 sind bereits sogenannte Entlüftungssammler vorhanden, die bei einer Nachrüstung in einfacher Weise zu Eintrittssammlern 23 bis 25 umgebildet werden können. Die Vorrichtung zur Temperaturregelung umfaßt demnach auf der Speisewasserseite nur kurze Verbindungsleitungen zwischen der Speisewasser­ leitung 30 und mindestens zwei oder mehreren Ventilen 15a, 15b, 15c.

Claims (8)

1. Verfahren zur Regelung der Rauchgastemperatur am Austritt eines Dampferzeugers mit einer zur Wärmeübertra­ gung zwischen dem Rauchgas (R) und dem Speisewasser (S) nutzbaren Heizfläche (5), dadurch gekennzeichnet, daß die zur Wärmeübertragung jeweils wirksam genutzte Heizfläche (5) verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Abweichung der Rauchgastemperatur (T) von einem Soll­ wert (T_soll) in Strömungsrichtung des Speisewassers (S) hintereinander angeordneten Abschnitten (20, 21, 22) der Heizfläche (5) zu- oder abgeschaltet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Absinken der Rauchgastemperatur (T) bei in Gegenrichtung zur Rauchgasströmung strömendem Speisewasser (S) zunächst der dem Austritt des Dampferzeugers (1) nächstliegende Ab­ schnitt (20) der Heizfläche (5) abgeschaltet wird.

4. Vorrichtung zur Regelung der Rauchgastemperatur am Austritt eines Dampferzeugers mit einer zur Wärmeübertra­ gung zwischen dem Rauchgas (R) und dem Speisewasser (S) nutzbaren Heizfläche (5), dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Änderung der Rauchgastemperatur (T) die vom strömen­ den Speisewasser (S) genutzte Heizfläche (5) veränderbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizfläche (5) in eine Anzahl von Abschnitten (20, 21, 22) unterteilt ist, wobei jeder Abschnitt (20, 21, 22) einzeln zu- oder abschaltbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (20, 21, 22) in Strömungsrichtung des Rauchgases (R) hintereinander angeordnet und vom Speisewasser (S) in Gegenrichtung nacheinander durchströmbar sind, wobei jeder Abschnitt (20, 21, 22) eingangsseitig mit einem Stellglied (15a, 15b, 15c) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abschnitt (20, 21, 22) am Eintritt einen Eintrittssammler (23, 24 bzw. 25) zum Sammeln von Speisewasser (S) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen ausgangs­ seitig mit mindestens einem Stellglied (15) verbundenen Regler (14), dessen Eingangsgröße der Ist-Wert der Rauch­ gastemperatur (T) ist.