DE4327476A1 - Verfahren zum Betrieb eines mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeugers und Dampferzeugungsanlage zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Dampferzeugers mit Erwärmung von als Verbrennungsluft eingesetzter Luft durch die Abgase des Dampferzeugers und Vorwärmung des Speisewassers für den Dampferzeuger durch Ab- oder Zwischendampf.

Bei konventionellen Dampferzeugern dient der Abgas- Frischluft-Wärmetauscher, der im allgemeinen die abgasseitig letzte Nachschaltheizfläche ist, der Erwärmung der zur Verbrennung benötigten Luftmenge. Die für die Verbrennung benötigte Luftmenge reicht aber nicht in allen Fällen aus, die Rauchgase auf die durch den Schwefeltaupunkt bzw. Wassertaupunkt vorgegebene Grenztemperatur abzukühlen, so daß ein entsprechend hoher Abgasverlust erzeugt wird.

Ein Dampferzeuger mit Luftvorwärmung ist aus Bild 1 des Aufsatzes "Besonderheiten der wärmetechnischen Berechnung von Abhitzedampferzeugern" aus der DE-Z VGB Kraftwerkstechnik 72 (1992), Heft 1, Seiten 29-32 bekannt. Die dort gezeugte Dampferzeugungsanlage weist nicht nur einen mit fossilen Brennstoffen befeuerten Hauptdampferzeuger, sondern zusätzlich einen einer Gasturbine nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger auf, dessen abgasseitig letzte Heizfläche dazu dient, im ND- Speisewasservorwärmerstrang Speisewasser vorzuwärmen, wobei die Heizfläche im Dampferzeuger einer ND-Vorwärmstufe parallel geschaltet ist.

Weiterhin ist es bekannt (vgl. Jahrbuch der Dampferzeugungstechnik Band 1, 5. Ausgabe, 1985/86, Seiten 471-472), Luftvorwärmer mit Heißluft-Rückführung zu betreiben, wobei ein Teil der im Luftvorwärmer erwärmten Luft nicht als Verbrennungsluft dem Feuerraum des Dampferzeugers zugeführt, sondern auf den Eingang des dem Luftvorwärmer vorgeschalteten Frischlüfters zurückgeführt wird, um dort die Temperatur der angesaugten Frischluft zu erhöhen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren so zu gestalten, daß die Abgasverluste, insbesondere bei mit Braunkohle gefeuerten Kesseln, verringert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Wärme aus zusätzlich zur Verbrennungsluft durch die Abgase des Dampferzeugers erwärmter Luft auf das Speisewasser übertragen wird, wobei die zusätzliche Luft gemeinsam mit der Verbrennungsluft oder getrennt von ihr erwärmt wird.

Durch das Rauchgas wird also eine größere Luftmenge als die zur Verbrennung erforderliche Luftmenge erwärmt, so daß die Wärme des Dampferzeugerabgases im wesentlichen vollständig ausgenutzt werden kann.

Nach der Übertragung von Wärme auf das Speisewasser kann zumindest ein Teil der zusätzlichen Luft als Heißluft rückgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, daß die durch die Übertragung von Wärme auf das Speisewasser abgekühlte zusätzliche Luft ganz oder teilweise an die Umgebung abgeführt wird.

Wenn die Speisewasservorwärmung in an sich bekannter Weise in eine ND-Speisewasservorwärmung und eine nachfolgende HD- Speisewasservorwärmung unterteilt ist, ist es sinnvoll, allerdings auch apparativ aufwendiger, möglichst viel Wärme aus der erwärmten Luft auf das Speisewasser im Bereich der HD-Speisewasservorwärmung zu übertragen, da so kostbare Dampfanzapfungen an der dem Dampferzeuger nachgeschalteten Dampfturbine reduziert werden können. Apparativ weniger aufwendig ist es, wenn Wärme aus der erwärmten zusätzlichen Luft im Bereich der ND-Speisewasservorwärmung übertragen wird. Es ist auch denkbar - und in der Figurenbeschreibung dargestellt -, Wärme sowohl im Bereich der HD- Speisewasservorwärmung als auch im Bereich der ND- Speisewasservorwärmung zu übertragen.

Es ist nicht nur möglich, daß Rauchgas bis in die Nähe oder auf Schwefeltaupunkt abzukühlen, sondern auch bis auf den Wassertaupunkt, wenn die entsprechenden Rauchgaskanalbereiche korrosionsgeschützt sind, indem z. B. gummierte Rauchgaskanäle hinter E-Filter eingesetzt werden. Die gemeinsame Erwärmung der Verbrennungsluft und der zusätzlichen Luft erfolgt dann zweistufig, wobei das Abgas vorzugsweise nach der in Strömungsrichtung des Abgases gesehen ersten Wärmetauscherstufe entstaubt wird.

Die HD- und/oder die ND-Speisewasservorwärmung mit Dampf erfolgt üblicherweise mehrstufig. Es ist dann vorzugsweise vorgesehen, daß die Übertragung von Wärme von der erwärmten Luft in das Speisewasser jeweils in Reihe mit mindestens einer dampfbeheizten Vorwärmstufe oder parallel zu mindestens einer dampfbeheizten Vorwärmstufe erfolgt.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Dampferzeugungsanlage mit einem Dampferzeuger, mindestens einem dem Dampferzeuger abgasseitig nachgeschalteten Luft- Dampferzeugerabgas-Wärmetauscher für die Erwärmung von über einen Frischlüfter herangeführter Frischluft und einem Strang zur Vorwärmung des dem Dampferzeuger zuzuführenden Speisewassers.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß in dem Speisewasservorwärmstrang mindestens ein Luft-Wasser- Wärmetauscher angeordnet ist, der mit in einem Luft- Dampferzeugerabgas-Wärmetauscher erwärmter Luft beaufschlagbar ist.

Weitere Unteransprüche richten sich auf bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Dampferzeugungsanlage.

Mehrere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Dampferzeugungsanlage soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anlage für gemeinsame Erwärmung der Verbrennungsluft und der zusätzlichen Luft und

Fig. 2 eine Anlage für getrennte Erwärmung der Verbrennungsluft und der zusätzlichen Luft.

Ein Dampferzeuger 1 wird mit Braunkohle 2 befeuert. Das Dampferzeugerabgas 3 durchströmt einen vorzugsweise als Drehwärmetauscher ausgestalteten Luftvorwärmer 4 und wird danach in einem Elektrofilter 5 entstaubt. Frischluft 6 wird über einen Frischlüfter 7 dem Luftvorwärmer zugeführt und in diesem erwärmt. Ein Teilstrom 6a der erwärmten Frischluft wird dem Dampferzeuger 1 als Verbrennungsluft zugeführt.

Dem Dampferzeuger 1 wird Speisewasser 8 (Kondensat von der nicht gezeigten Dampfturbine) zugeführt und zunächst einer mehrstufigen ND-Vorwärmung 9 unterzogen. Die Vorwärmung erfolgt in einem dampfbeheizten Vorwärmer 10, einem Luftvorwärmer 11 und einem dampfbeheizten Vorwärmer 12. Das so vorgewärmte Speisewasser wird einem auch als Speisewasserbehälter dienenden Mischvorwärmer 13 zugeführt und aus diesem mittels einer Speisewasserpumpe 14 einer mehrstufigen HD-Vorwärmung 15 mit einem dampfbeheizten Vorwärmer 16, einem Luftvorwärmer 10 und einem nachfolgenden dampfbeheizten Vorwärmer 18 unterzogen. Bei der gezeigten Ausführungsform liegen die Luft-Speisewasser-Wärmetauscher in Reihe mit den dampfbeheizten Vorwärmern. Es ist jedoch auch möglich sie parallel zu dampfbeheizten Vorwärmern zu schalten, z. B. den Luft-Wasser-Wärmetauscher im ND-Strang parallel zum zweiten dampfbeheizten Vorwärmer zu schalten. Die beiden Luft-Speisewasser-Wärmetauscher 17 und 11 werden nacheinander von dem Teilstrom 6b des aus dem Luftvorwärmer 4 austretenden Luftstroms 6 beaufschlagt. Nach Abgabe der Wärme kann der abgekühlte Luftstrom 6b je nach Stellung der Klappen 19 und 20 ganz oder teilweise in die Umgebung abgegeben werden bzw. ganz oder teilweise als Heißluft auf die Ansaugseite des Frischlüfters 7 zurückgeführt werden. Bei einem konventionellen mit Braunkohle gefeuerten Kessel, bei dem der Frischluftstrom 6 nur die Größe des Teilstroms 6a hat, liegt z. B. die Temperatur des mit 336°C eintretenden Abgases hinter dem Luftvorwärmer 4 bei 170°C, obwohl z. B. die durch den Schwefeltaupunkt vorgegebene Rauchgastemperatur im Luftvorwärmer bei ca. 150°C liegt. Hier wird also ein 17°K Abgastemperatur entsprechender Kesselwirkungsgrad nicht ausgenutzt. Durch die dem Teilstrom 6b entsprechende erhöhte Luftbeaufschlagung des Luftvorwärmers kann dem Rauchgas 3 zumindest ein Teil dieser Temperaturdifferenz entsprechende Wärme entzogen werden und auf das Speisewasser übertragen werden, so daß das Abgas den Luftvorwärmer mit ca. 150°C verläßt und der Kesselwirkungsgrad angehoben wird.

Falls eine Abkühlung bis in die Nähe des Wassertaupunktes angestrebt wird, kann der in der Fig. 1 gestrichelte zweite Luftvorwärmer 21 eingesetzt werden, der rauchgasseitig dem E-Filter 5 nachgeschaltet und luftseitig dem Luftvorwärmer 4 vorgeschaltet ist.

Bei der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird die für die Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft alleine in dem Luftvorwärmer 4 erwärmt, während die zusätzliche Luft in einem Luftvorwärmer 22 erwärmt wird, der rauchgasseitig wiederum dem Luftvorwärmer 4 bzw. dem E-Filter 5 nachgeschaltet ist, luftseitig jedoch in einem gesonderten Luftstrang 23 angeordnet ist, der vorzugsweise wiederum zumindest teilweise als Kreislauf ausgestaltet sein kann. Aus diesem Grunde sind in der Fig. 2 die Klappen 19 und 20 beibehalten worden.

Der Luftvorwärmer 11 ist in diesen Luftstrang 23 und im ND- Vorwärmstrang 9 eingeschaltet. Im HD-Vorwärmstrang 15 ist bei der gezeigten Ausführungsform ein zusätzlicher HD- Speisewasservorwärmer 24 eingeschaltet, falls dies erforderlich ist. Zur Beaufschlagung des Vorwärmers 22 mit Luft ist getrennt von dem Frischlüfter 7 ein gesondertes Gebläse 25 vorgesehen. Die Anordnung gemäß Fig. 2 eignet sich insbesondere für das Nachrüsten von bestehenden Dampferzeugeranlagen, deren Luftvorwärmer 4 nur auf die Menge der erforderlichen Verbrennungsluft ausgelegt ist.

Außer den Regelklappen und sind ggf. erforderliche andere Regel- und Meßeinrichtungen nicht mit dargestellt, da ihre Anordnung und ihr Betrieb im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims (14)

1. Verfahren zum Betrieb eines mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Dampferzeugers mit Erwärmung von als Verbrennungsluft eingesetzter Luft durch die Abgase des Dampferzeugers und Vorwärmung des Speisewassers für den Dampferzeuger durch Ab- oder Zwischendampf, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme aus zusätzlich zur Verbrennungsluft durch die Abgase des Dampferzeugers erwärmter Luft auf das Speisewasser übertragen wird, wobei die zusätzliche Luft gemeinsam mit der Verbrennungsluft oder getrennt von ihr erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Übertragung von Wärme auf das Speisewasser zumindest ein Teil der zusätzlichen Luft als Heißluft rückgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Übertragung von Wärme auf das Speisewasser abgekühlte zusätzliche Luft ganz oder teilweise an die Umgebung abgeführt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme aus der erwärmten zusätzlichen Luft das Speisewasser im Bereich der HD-Speisewasservorwärmung übertragen wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme aus der erwärmten zusätzlichen Luft im Bereich der ND-Speisewasservorwärmung übertragen wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Erwärmung der Lüfte zweistufig erfolgt.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die HD- und/oder die ND-Speisewasservorwärmung mehrstufig erfolgt und die Übertragung von Wärme von der erwärmten Luft in das Speisewasser jeweils in Reihe mit mindestens einer dampfbeheizten Vorwärmstufe oder parallel zu mindestens einer dampfbeheizten Vorwärmstufe erfolgt.

8. Dampferzeugungsanlage mit einem Dampferzeuger, mit dem Dampferzeuger abgasseitig nachgeschalteten Luft- Dampferzeugerabgas-Wärmetauscher für die Erwärmung von über einem Frischlüfter herangeführter Frischluft und einem Strang zur Vorwärmung des dem Dampferzeuger zuzuführenden Speisewassers, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Speisewasservorwärmstrang (9; 15) mindestens ein Luft-Wasser-Wärmetauscher (11; 17) angeordnet ist, der mit in einem Luft-Dampferzeugerabgas-Wärmetauscher (4; 21; 22) erwärmter Luft beaufschlagbar ist.

9. Dampferzeugungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Luft-Dampferzeugerabgas-Wärmetauscher (11; 17; 22) und dem Frischlüfter (7) eine Heißluft-Rückführung (6b, 20; 23, 25) zugeordnet ist und daß der Luft- Wasser-Wärmetauscher (17; 11) in der Heißluft- Rückführung (6b; 23) angeordnet ist.

10. Dampferzeugungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem HD-Vorwärmstrang ein Luft-Wasser- Wärmetauscher (15) angeordnet ist.

11. Dampferzeugungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ND-Vorwärmestrang (9) ein Luft-Wasser- Wärmetauscher (11) angeordnet ist.

12. Dampferzeugungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Luft-Rauchgas-Wärmetauscher (4) rauchgasseitig ein E-Filter (5) und ein weiterer Luft-Rauchabgas- Wärmetauscher (21; 22) nachgeschaltet sind.

13. Dampferzeugungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Luft-Abgas-Wärmetauscher (21) dem ersten Luft-Abgas-Wärmetauscher Luft (4) luftseitig vorgeschaltet ist.

14. Dampferzeugungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Luft-Abgas-Wärmetauscher (22) luftseitig in einem gesonderten Luftstrang (23, 25) angeordnet ist.