DE4301107A1 - Dampfbeheizte Luftvorwärmer - Google Patents

Description

In vielen mit fossilen Brennstoffen betriebenen Verbrennungs- u. Wärme­ kraftanlagen wird die Verbrennungsluft mit Dampf vorgewärmt und anschlie­ ßend in rauchgasbeheizten Luftvorwärmern auf die Endtemperatur erhitzt. Als Dampf-/Luft-Wärmetauscher sind meist mehrere Heizregister eingesetzt. Die Luftvorwärmung wird häufig durch Dampfreduzierventile geregelt. Das Heizkondensat der Heizregister fließt in Kondensatsammelbehälter und wird durch Pumpen in den Kreislauf der Gesamtanlage zurückgeführt. Zur besse­ ren Anpassung an Temperaturschwankungen oder unterschiedliche betriebli­ che Lasten, werden zeitweise auch einzelne Heizregister kondensatseitig abgesperrt und geflutet.

Störungen in diesen Systemen der dampfbeheizten Luftvorwärmer resultieren vorwiegend aus der lastabhängigen Veränderung der Verbrennungsluftmenge, der Änderung von Luftein- und/oder Luftaustrittstemperaturen sowie aus der Stellungsänderung der Bedampfungsarmatur durch die Regelung oder Handsteuerung.

Die sich daraus im Dampf- und Kondensatsystem ergebenden Druckänderungs­ geschwindigkeiten können sehr hoch sein und führen dann häufig zu Aus­ dampfungen des Kondensates. Die Folgen sind: Schläge in den Rohrleitun­ gen, Kavitation in den Kondensatpumpen, Unterbrechung der Kondensatförde­ rung und mechanische Schäden an den Pumpen. Der Kondensatablauf muß dann ohne Pumpen in Systeme niedrigeren Druckes (atmosphär. Entspanner, Kon­ densator o. ä.) erfolgen. Dadurch ergeben sich Wärmeverluste, die den Ge­ samtwirkungsgrad verschlechtern.

Diese Nachteile vermeiden weitgehend warmwasserbeheizte Luftvorwärmer, die jedoch andererseits höhere Investitionskosten für zusätzliche Wasser­ vorwärmer, Umwälzpumpen, Druckhaltung, Rohrleitungen, größere Luvo-Heiz­ flächen sowie höhere Energiekosten erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die systembedingten Probleme dampfbeheizter Luftvorwärmer zu lösen. Insbesondere sollen Schäden an den Kondensatpumpen verhindert und die auslegungsgemäße Förderung des Konden­ sates in das betreffende System (z. B. in den Speisewasserbehälter) unter allen Betriebsbedingungen gewährleistet und Wärmeverluste vermieden wer­ den.

Weiterhin soll zur Energieeinsparung eine Abwärmenutzung durch Einleitung von Abdampf, Brüden, Kondensat u. ä. aus anderen Systemen der Wärmekraft­ anlage zur Vorwärmung der Luft möglich sein.

Die bisher üblichen Kondensatbehälter sollen entfallen und durch kleine Wasserstands-Regelgefäße ersetzt werden.

Die Lösung der Aufgabe ist in beiliegender Schaltung als ein mögliches Ausführungsbeispiel dargestellt:.

Die dampfbeheizten Wärmetauscher (1) werden in zwei Druckstufen aufge­ teilt.

Druckstufe 1 ist eine Gleitdruckstufe, die über das Regelventil (TC1) mit Dampf versorgt wird. Das Kondensat fließt in ein Wasserstandsregelgefäß (2). Über die Ausdampfleitung (3) erfolgt der Druckausgleich bei Änderun­ gen im System. Diese Gleitdruckstufe unterliegt den bereits bekannten Druckänderungen, die bis in den Vakuumbereich gehen können.

Die Druckstufe 2 ist eine atmosphärische Festdruckstufe. Dieser Stufe wird das in der Temperatur, Menge und im Druck schwankende Kondensat der Gleitdruckstufe über das Wasserstandsregelventil (LC1) zugeführt. Im Was­ serstandsregelgefäß (4) dampft das Kondensat aus, da der Druck in diesem Gefäß etwa dem Atmosphärendruck entspricht. Der Dampf wird über die Lei­ tung (5) in die Heizregister dieser Stufe geleitet und kondensiert dort. Der Kondensatablauf erfolgt über freie Abläufe, die mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung stehen. Das Kondensat fließt anschließend geodä­ tisch den Kondensatpumpen (7) zu.

Durch den freien Kondensatablauf dieser Stufe wird der Druck im Wasser­ standsregelgefäß (4) weitgehend konstant gehalten. Zweckmäßigerweise wird die Festdruckstufe am Wärmetauscher (1) der kalten Luftseite, also ein­ trittsseitig, angeordnet, um unter allen Betriebsbedingungen eine voll­ ständige Kondensation zu gewährleisten.

Die Wärmetauscherfläche der Festdruckstufe wird, abhängig von den jewei­ ligen Bedampfungs-Verhältnissen auf der Dampf-/Kondensatseite mehr oder weniger mit Luft beaufschlagt. Die Luft ventiliert jeweils bis zu dem Punkt der Heizfläche, an dem der Wasserdampf vollständig kondensiert ist. Die Trennung von Luft und Dampf ergibt sich durch den Dichteunterschied.

Da dampfbeheizte Luftvorwärmer innen und außen korrosionsgeschützt (meist verzinkt) sind, ist diese Teilbelüftung für die Heizfläche unschädlich. Durch die offenen Heizregister der Festdruckstufe haben die am Wasser­ standsregelgefäß (4) angeschlossenen Kondensatpumpen unter allen Be­ triebsbedingungen praktisch konstante Zulaufverhältnisse, da keine Druck- und Temperaturänderungen mehr auftreten können.

Damit wird eine hohe Verfügbarkeit der Pumpen erreicht, der Reparaturauf­ wand verringert und die auslegungsgemäße, wärmetechnisch optimale Konden­ satförderung gewährleistet.

Bei Neuplanungen werden die bisher eingesetzten Kondensatbehälter nicht mehr benötigt. Das Volumen der relativ kleinen Wasserstandsregelgefäße wird nur noch entsprechend der Pumpenfördermenge, der Stellgeschwindig­ keit der Regelarmatur und dem Regelbereich ermittelt. Die Kondensatspei­ cherung entfällt.

Bei Umbau bestehender Anlagen können jedoch die vorhandenen Kondensatbe­ hälter als Wasserstandsregelgefäße weiterverwendet werden.

Das Schaltungsbeispiel wurde durch einen Frostschutzregler (TC2) ergänzt, der bei Einfriergefahr des ablaufenden Kondensates eine zusätzliche Di­ rektbedampfung der Festdruckstufe ermöglicht.

Über die Anschlüsse (9) und (10) kann der Festdruckstufe beim Anfahren und während des Betriebes Abwärme in Form von Dampf oder Kondensat aus anderen Systemen der Wärmekraftanlage zugeführt werden. Durch die Nutzung der Abwärme erhöht sich die Luftvorwärmung in der Festdruckstufe. Die Be­ dampfungsmenge der Gleitdruckstufe verringert sich. Durch diese Abwärme­ nutzung wird Energie, besonders auch bei Anfahren der Anlagen, gespart.

Das nachfolgend abgebildete Schaltungsbeispiel zeigt einen dampfbeheizten Luftvorwärmer mit einer Gleitdruckstufe und einer mit der Atmosphäre ver­ bundenen Festdruckstufe sowie Anschlüssen für eine Abwärmenutzung.
Im Schaltbild bedeuten:
 1 Dampf-/Luft-Wärmetauscher (Luftvorwärmer - Heizregister)
 2 Wasserstandsregelgefäß der Gleitdruckstufe
 3 Druckausgleichsleitung Gleitdruckstufe
 4 Wasserstandsregelgefäß der Festdruckstufe
 5 Ausdampf- und Druckausgleichsleitung Festdruckstufe
 6 freier Kondensatablauf der Festdruckstufe
 7 Kondensatpumpen
 8 Luft
 9 Abwärme von Fremdkondensaten
10 Abwärme von Fremddampf
TC1 Bedampfungsventil für die Gleitdruckstufe
TC2 Frostschutzregler für die Festdruckstufe
LC1 Kondensatablauf-Regelventil der Gleitdruckstufe
LC2 Kondensatablauf-Regelventil der Festdruckstufe

Claims (3)

1. Dampfbeheizte Luftvorwärmer dadurch gekennzeichnet, daß die Heizfläche des Wärmetauschers auf der Seite des wärmeabgebenden Mediums mit der Atmosphäre in Verbindung steht und der Kondensatablauf drucklos er­ folgt.

2. Dampfbeheizte Luftvorwärmer in mehrstufiger Ausführung dadurch gekenn­ zeichnet, daß die niedrigste Druckstufe eine Festdruckstufe nach An­ spruch 1 ist, die den Zulaufdruck für die Kondensatpumpen weitgehend konstant hält.

3. Dampfbeheizte Luftvorwärmer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Abwärme aus anderen Systemen in Form von Dampf oder Heißkondensat in die Festdruckstufe eingeleitet und zwecks Energieeinsparung zur Luftvorwärmung genutzt werden kann.