DE4301107C2 - Dampfbeheizter Wärmetauscher zur Luftvorwärmung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine neue Schaltung für dampfbeheizte Luftvorwärmer, die die Heizregister auf eine neue Art in das Dampf- und Kondensatsystem einbindet. Dadurch sollen sich folgende Vorteile ergeben:

• - Vermeidung von Schäden an Kondensatpumpen
• - Energieeinsparung durch Abwärmenutzung
• - Kostensenkung durch Entfall von Systembauteilen der Verfahrens- und Leittechnik.

Beim Stand der Technik wird in der DE-PS 9 33 631 eine geregelte Kondensatabführung aus Apparaten beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß Verbesserungen in der Technik der Ablaufregelung erzielt werden und dadurch ein weitergehend konstantes Kondensatniveau im Apparat (Vorwärmer) gewährleistet wird.

In der DE-AS 10 56 146 wird ein dampfbeheizter Luftvorwärmer beschrieben, der konstruktiv so gestaltet ist, daß die Gesamtheizfläche in Gruppen aufgeteilt ist, die im Falle eines Schadens jeweils einzeln demontierbar und reparierbar sind.

In der Literaturstelle JP 54-43 331 Pat. Abstracts of Japan, 461, (Juni 1979), Vol 3/No. 65 wird für eine Abfallverbrennungsanlage die Verbrennungsluft im vorgewärmten Zustand nach dem luftgekühlten Abdampfkondensator einer Turbine abgesaugt, um einen Teil der Energie für die Verbrennungsluftvorwärmung zu nutzen.

Die vorgenannten Druckschriften befassen sich nicht mit den Problemen derVermeidung von Schäden an Kondensatpumpen bzw. der Abwärmenutzung im Zusammenhang mit dampfbeheizten Luftvorwärmern. Deshalb wird der derzeitige Stand in dem Anwendungsbereich, der die vorliegende Erfindung betrifft, nachfolgend noch kurz beschrieben.

Bei der derzeitigen Systemausführung für dampfbeheizte Luftvorwärmer wird vielen mit fossilen Brennstoffen betriebenen Verbrennungs- u. Wärmekraftanlagen die Verbrennungsluft mit Dampf vorgewärmt und anschließend 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 besseren Anpassung an Temperaturschwankungen oder unterschiedliche betriebliche 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 Druckänderungsgeschwindigkeiten können sehr hoch sein und führen dann häufig zu Ausdampfungen des Kondensates. Die Folgen sind: Schläge in den Rohrleitungen, Kavitation in den Kondensatpumpen, Unterbrechung der Kondensatförderung und mechanische Schäden an den Pumpen. Der Kondensatablauf muß dann ohne Pumpen in Systeme niedrigeren Druckes (atmosphär. Entspanner, Kondensator o. ä.) erfolgen. Dadurch ergeben sich Wärmeverluste, die den Gesamtwirkungsgrad verschlechtern.

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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die systembedingten Probleme dampfbeheizter Luftvorwärmer zu lösen.

• - Es sollen Schäden an den Kondensatpumpen verhindert und die auslegungsgemäße Förderung des Kondensates in das betreffende System (z. B. in den Speisewasserbehälter) unter allen Betriebsbedingungen gewährleistet und Wärmeverluste vermieden werden.
• - Es soll zwecks Energieeinsparung eine Abwärmenutzung durch Einleitung von Abdampf, Brüden, Kondensat u. ä. aus anderen Systemen der Wärmekraftanlage zur Vorwärmung der Luft möglich sein.
• - Die bisher üblichen Kondensatbehälter sollen entfallen und durch kleine Wasserstands-Regelgefäße (Standrohre) ersetzt werden.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

In der nachfolgenden Beschreibung wird an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Das nachfolgend abgebildete Schaltungsbeispiel zeigt einen dampfbeheizten Luftvorwärmer mit einer Gleitdruckstufe und einer mit der Atmosphäre verbundenen Festdruckstufe sowie Anschlüssen für eine Abwärmenutzung.

Die dampfbeheizten Wärmetauscher (1) werden auf der Dampf- und Kondensatseite in zwei Druckstufen aufgeteilt.

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 Änderungen im System. Diese Gleitdruckstufe unterliegt den bereits bekannten Druckänderungen.

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 Wasserstandsregelgefäß (4) dampft das Kondensat aus, da der Druck in diesem Gefäß etwa dem Atmosphärendruck entspricht. Der Dampf wird über die Leitung (5) in die Heizregister dieser Stufe geleitet und kondensiert dort. Der Kondensatablauf erfolgt über freie Abläufe, die mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung stehen. Dieses Kondensat fließt anschließend zusammen mit dem Kondensat aus dem Wasserstandsregelgefäß (4) geodätisch den Kondensatpumpen (7) zu.

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

Die Wärmetauscherfläche der Festdruckstufe wird, abhängig von den jeweiligen 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 Wasserstandsregelgefäß (4) angeschlossenen Kondensatpumpen unter allen Betriebsbedingungen praktisch konstante Zulaufverhältnisse, da keine Druck- und Temperaturänderungen mehr auftreten können.

Damit wird eine hohe Verfügbarkeit der Pumpen erreicht, der Reparaturaufwand verringert und die auslegungsgemäße, wärmetechnisch optimale Kondensatförderung gewährleistet.

Bei Neuplanungen werden die bisher eingesetzten Kondensatbehälter nicht mehr benötigt. Das Volumen der relativ kleinen Wasserstandsregelgefäße (Standrohre) wird nur noch entsprechend der Pumpenfördermenge, der Stellgeschwindigkeit der Regelarmatur und dem Regelbereich ermittelt. Die Kondensatspeicherung entfällt.

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

Das Schaltungsbeispiel wurde durch einen Frostschutzregler (TC2) ergänzt, der bei Einfriergefahr des ablaufenden Kondensates eine zusätzliche Direktbedampfung 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 Bedampfungsmenge der Gleitdruckstufe verringert sich. Durch diese Abwärmenutzung wird Energie, besonders auch bei Anfahren der Anlagen, gespart.

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 (2)

1.Dampfbeheizter Wärmetauscher mit Heizregister zur Luftvorwärmung, die mit einem Dampfeinlaß und einem Kondensatauslaß versehen sind und von Luft durchströmt werden, wobei die Wärmeübertragung von der einen Seite der Wärmetauscherfläche der Heizregister vom kondensierenden Dampf auf die andere Seite zur vorzuwärmenden Luft erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Heizregister auf der Dampf- bzw. Kondensatseite in zwei Druckstufen aufgeteilt sind,
• b) ein oder mehrere der Heizregister auf der Dampf- bzw. Kondensatseite mit variablem Druck (Gleitdruckstufe) und
• c) die restlichen Heizregister dampf- bzw. kondensatseitig mit annähernd konstantem Druck (Festdruckstufe) betreibbar sind, der im Druckniveau unter dem Druck der Gleitdruckstufe liegt,
• d) das Kondensat aus der Gleitdruckstufe des Wärmetauschers (1) über ein Wasserstandsregelgefäß (2) und Wasserstandsregelventil (LC1) einem weiteren Wasserstandsregelgefäß (4) und nach anteilmäßiger Ausdampfung des Kondensats bei annähernd Atmosphärendruck im Wasserstandsregelgefäß (4) der entstandene Brüdendampf über eine Leitung (5) der Festdruckstufe des Wärmetauschers (1) zur Kondensation zugeführt wird,
• e) die Heizflächen der Heizregister der Festdruckstufe des Wärmetauschers auf der Seite des wärmeabgebenden Mediums (kondensierender Dampf) über den Kondensatablauf mit der Atmosphäre in Verbindung stehen und der Kondensatablauf aus den Heizregistern über einen freien Ablauf drucklos erfolgt, wodurch der Zulaufdruck für die Kondensatpumpen (7) annähernd konstant ist.

2. Wärmetasucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abwärme (9, 10) aus anderen Systemen in Form von Dampf oder Heißkondensat in die Festdruckstufe zur Luftvorwärmung einleitbar ist.