DE4218016A1 - Method and device for controlling the flue gas temperature at the outlet of a steam generator - Google Patents
Method and device for controlling the flue gas temperature at the outlet of a steam generatorInfo
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Abstract
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.The invention relates to a method and a front direction for controlling the flue gas temperature at the outlet of a Steam generator with a heat transfer between the Flue gas and the feed water usable heating surface.
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.In a steam generator through indirect heat exchange between hot flue gas and feed water, all in one Water-steam cycle is conducted, steam for one Steam turbine generated. The flue gas is generated by combustion a fossil fuel in a combustion chamber, e.g. B. in a combustion chamber of a smoldering furnace or one Gas turbine. The feed water flows inside the Steam generator along a usually in the form of Pipes or tube bundles trained heating surface and takes thereby heat from the flue gas. The cooled flue gas will when leaving the steam generator, first cleaned and then released into the environment via a fireplace.
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.In the case of wet flue gas cleaning, the one with the Reaction products added washing liquid using the the flue gas leaving the steam generator evaporates, whereby the dried reaction products are separated. Around disturbing deposits in components of the cleaning system to avoid, the flue gas temperature at the entrance to the cleaning system does not fall below a specified value stride. There are two requirements for the smoke gas temperature at the outlet of the steam generator contrary to about; while the efficiency of the steam generator with Ab increase in the flue gas temperature increases immediately the risk of a malfunction in cleaning investment. Therefore, the flue gas temperature is usually at the steam generator outlet at full load if possible low above the minimum permissible flue gas temperature for the cleaning system kept. Sinks at partial load however, the flue gas temperature decreases, so that without special Measures the risk of a malfunction in the Reini system exists. It is therefore necessary, in particular right at partial load, the flue gas temperature at the outlet of the steam generator to adjust or regulate.
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.For this purpose, the fuel is used in a known method increased excess air burned, so that the heat transfer moved to the convection train of the steam generator and the flue gas temperature at the outlet of the steam generator gers rises. The disadvantage is the loss of usable Heat due to the increased volume flow of the flue gas.
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.Another method uses part of the hot smoke gases bypassing the heating surface at the steam outlet producer mixed with the cooled flue gas, so that a specified smoke gas temperature can be maintained. The disadvantage here is the provision of a voluminous Flue gas bypasses. there is also a temperature control due to strands forming during the mixing extremely difficult.
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.One of the most common procedures is, in particular re at partial load operation, the feed water before entering the steam generator by indirect heat exchange with the Water-steam cycle of steam taken from the steam turbine preheated. However, this means that the overall we degree of efficiency is only limited.
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.The invention is therefore based on the object Specify methods for controlling the flue gas temperature, a decrease in the flue gas temperature at the outlet of the steam generator, which simultaneously enters a Reini system is safely avoided below a minimum value is. This is supposed to be combined with a high overall efficiency can be achieved with the simplest possible device.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungs gemäß dadurch gelöst, daß die zur Wärmeübertragung jeweils wirksam genutzte Heizfläche verändert wird.With regard to the method, this task is fiction solved according to that for heat transfer each effective heating surface is changed.
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.If the flue gas temperature deviates from a target be worth in an advantageous further development of the method in the direction of flow of the feed water one behind the other assigned sections of the heating surface switched on or off. It is useful if the smoke gas drops temperature, especially in part-load operation, in in counter direction of the feed water flowing to the flue gas flow closest to the outlet of the steam generator Section of the heating surface switched off. With increasing Ab lowering the flue gas temperature are in the opposite direction to Direction of flow of the flue gas further sections switched off each other. These can increase as the Flue gas temperature in reverse order one after the other be switched on.
Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Änderung der Rauchgastempera tur die vom strömenden Speisewasser genutzte Heizfläche veränderbar ist.With regard to the device, the object is achieved according to the invention solved in that when the flue gas temperature changes the heating surface used by the flowing feed water is changeable.
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.In an advantageous embodiment of the device, the Heating surface a number of individually switchable or switchable Sections pointing in the direction of flow of the flue gas arranged one above the other and from the feed water in opposite direction device can be flowed through in succession. Every Ab cut on the input side to be connected to an actuator. In addition, each section can be conveniently on enters an entry collector for collecting feed water exhibit.
Die Vorrichtung umfaßt vorteilhafterweise einen ausgangs seitig mit mindestens einem Stellglied verbundenen Regler, dessen Eingangsgröße der Ist-Wert der Rauchgastemperatur ist.The device advantageously comprises an outlet controllers connected on the side to at least one actuator, whose input variable is the actual value of the flue gas temperature is.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert; darin zeigtEmbodiments of the invention are based on a Drawing explained in more detail; in it shows
Fig. 1 schematisch einen Dampferzeuger mit vorgeschalte ter Brennkammer und nachgeschalteter Reinigunganlage und Fig. 1 shows schematically a steam generator with upstream combustion chamber and downstream cleaning system and
Fig. 2 einen Ausschnitt II aus Fig. 1 in größerem Maßstab mit einzeln zu- oder abschaltbaren Abschnitten einer Heizfläche. Fig. 2 shows a section II of FIG. 1 on a larger scale with sections of a heating surface that can be switched on or off individually.
Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are shown in both figures provided with the same reference numerals.
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.The steam generator 1 shown in FIG . B. Part of a smoldering plant not shown. It comprises a combustion chamber 2 , which is followed by a waste heat boiler 4 via a flue gas duct 3 . Within the waste heat boiler 4 are heating surfaces 5 in the form of tubes or tube bundle, for. B. hanging, arranged.
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. The steam generator 1 is connected on the output side via a flue gas line 6 to a cleaning system 7 . The cleaning system 7 comprises a spray dryer 8 , which a separator 9 , for. B. an electric filter, and a wet cleaner 10 are connected downstream. The wet cleaner 10 is connected to the spray dryer 8 via a line 11 . The smoke gas line 6 opens into a chimney 12 behind the cleaning system 7 .
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.At the outlet of the steam generator 1 , a temperature sensor 13 is provided, which is connected to a controller 14 . The controller 14 is connected on the output side to a number of actuators designated as Gan zes with 15 in the form of valves 15 a, 15 b, 15 c ( FIG. 2). As explained in more detail later, by means of the actuators 15, the distribution of the feed water S entering the steam generator 1 is influenced on an economizer heating surface, which serves to preheat the feed water S.
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.When the steam generator 1 is operating, the flue gas R generated in the combustion chamber 2 is guided through the steam generator 1 along the arrows shown. In this case, heat is transferred from the hot flue gas R via the heating surfaces 5 to the feed water S flowing in a water-steam cycle (not shown) of a steam turbine. The cooled flue gas R leaving the steam generator 1 is cleaned in the cleaning system 7 . The flue gas temperature at the outlet of the steam generator 1 is still about 220 ° C at full load.
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.The cleaning takes place within the wet cleaner 10 by means of a washing liquid, the alkaline components, for. B. sodium hydroxide contains. The alkaline components bil with the acid contained in the flue gas R, z. B. chlorine-containing substances as reaction products essentially salts. The washing liquid is fed to the spray dryer 8 together with the reaction products via line 11 . There the washing liquid is evaporated by contact with the flue gas R. The reaction products dried at the same time as the evaporation, ie essentially the salts, are separated in the filter 9 . The smoke gas R is cooled in the cleaning system 7 to a temperature of about 70 ° C.
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.As shown in FIG. 2, the economizer heating surface 5 serving for preheating the feed water S is cut into a number of sections, preferably in three sections 20 to 22 , under divides. Each of the sections 20 , 21 and 22 is connected to a collector 23 , 24 , 25 and 26 both on the aisle side and on the outlet side. In addition, each of the sections 20 to 22 is connected via the inlet header 23 , 24 , 25 to one of the valves 15 a, 15 b and 15 c. The valves 15 a, 15 b, 15 c are closed to a common feed water line 30 . The collector 26 is connected via a line 31 in a manner not shown to the other heating surfaces 5 of the steam generator 1 .
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.The feed water S is guided in countercurrent to the direction of flow of the flue gas R through meandering tube bundle 35 , the walls of which form the heating surface 5 . The flue gas R is cooled down. When the smoke gas temperature T drops at the outlet of the steam generator 1 , the heating surface 5 effectively used for heat transfer is reduced. For this purpose, valve 15 b is first opened and valve 15 a is closed. The valve 15 c then remains closed. If the flue gas temperature T drops further, e.g. B. If the flue gas temperature T has just reached the permissible for trouble-free flue gas cleaning at partial load, the valve 15 c is opened and the valve 15 b is closed. The sections 20 and 21 of the heating surface 5 are then switched off and thus separated from the water-steam cycle. The feed water remains in the pipes 35 of the sections 20 and 21 which do not flow through. Since the boiling temperature of the water is always higher than the flue gas temperature in this area of the waste heat boiler 4 under the prevailing pressure conditions, the sections 20 , 21 of the heating surface 5 which are not flowed through cannot evaporate.
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 Tsoll gebildet wird.Raises the flue gas temperature T at the outlet of the steam generator 1 again, z. B. at full load again, the heating surface 5 effectively used for heat transfer is increased to increasing. For this purpose, the sections 20 and 21 of the heating surface 5 , depending on the flue gas temperature T at the outlet of the steam generator 1 by appropriate order switching of the valves 15 a, 15 b, 15 c in the reverse order, are successively switched on again in the water-steam cycle. The regulation takes place via the controller 14 , which emits corresponding control signals to the valves 15 a, 15 b, 15 c. The control signals are passed to a comparison value, the temperature of a deviation of the measured flue gas T is of a desired value T desired is formed.
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.In a steam generator 1 that is usually used, so-called ventilation collectors are already present, which can be converted into inlet collectors 23 to 25 in a simple manner when retrofitted. The device for temperature control accordingly comprises on the feed water side only short connecting lines between the feed water line 30 and at least two or more valves 15 a, 15 b, 15 c.
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