DE9209701U1

DE9209701U1 - Anordnung zur Nutzung der im Abgas eines kohlegefeuerten Kessels enthaltenen Wärme

Info

Publication number: DE9209701U1
Application number: DE9209701U
Authority: DE
Original assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Current assignee: GEA Luftkuehler GmbH
Priority date: 1992-03-06
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 1992-12-24
Anticipated expiration: 2002-04-14

Description

PATE IV TA N! WÄLT E

OIDTMANN ■ BOCKERMANN · STUHLMANN

WILLERT

NR. 1069./35516-001

Ihr Zeichen PATENTANWÄLTE

DR.-ING. P. H. OIDTMANN DIPL.-ING. R. BOCKERMANN DR-ING. W. STUHLMANN f DIPL.-ING. R. WILLERT f

EUROPEAN PATENTATTORNEYS

JUR. MITARBEITERIN RECHTSANWÄLTIN E. ZIEMANN

Bergstraße 1 59 Postfach 10 24 50 463O BOCHUM 1

03.08.1992 XR/Mo

GEA Luftkühler GmbH, 4630 Bochum

Anordnung zur Nutzung der im Abgas eines kohlegefeuerten Kessels enthaltenen Wärme

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Nutzung der im Abgas eines Bestandteil eines Kraftwerks bildenden kohlegefeuerten Kessels enthaltenen Wärme für die Vorwärmung des Kesselspeisewassers und für die Primärluftvorwärmung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Eine derartige Anordnung zählt durch den Prospekt der GEA Luftkühler GmbH, Dorstener Straße 18-29, 4690 Herne 2 "Kraftwerk: Rauchgaswärme für die Vorheizung von Luft und Kondensat" zum Stand der Technik. Bei dieser Anordnung wird das im geschlossenen Kreislauf strömende Wärmeträgermedium der Wärmeverschiebungseinheit über einen von der entsprechend der Umgebungsluft temperierten Primärluft beaufschlagten Wärmeaustauscher sowie über einen Wärmeaustauscher geführt, der von einem weiteren, ebenfalls im geschlossenen Kreislauf srömenden Wärmeträger-

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medium beaufschlagt wird, das von dem aus der Wärmeübertragungsanlage tretenden Abgas temperiert wird. Dieses weitere Wärmeträgermedium strömt außerdem über einen Wärmeaustauscher, welcher andererseits von dem Kesselspeisewasser beaufschlagt wird.

Obwohl das aus einem mit Braunkohle befeuerten Kessel tretende Abgas eine Temperatur von etwa 290 ⁰C hat, steht durch den Wärmetausch in der rotierenden Wärmeübertragungsanlage an der Wärmeverschiebungseinheit ein Abgas mit einer Temperatur von nur noch etwa 180 ⁰C zur Verfügung. Mithin kann unter Berücksichtigung der Wärmeverluste einerseits in der Wärmeverschiebungseinheit und andererseits in dem Kreislauf des Wärmeträgermediums zwischen der Wärmeverschiebungseinheit und dem Kesselspeisewasser dieses maximal bis auf etwa 160 ⁰C temperiert werden. Demzufolge muß im Kessel eine erhebliche Brennstoffmenge verfeuert werden, um das auf etwa 160 ⁰C temperierte Kesselspeisewasser weiter zu erhitzen, dann zu verdampfen und den Dampf anschließend einer Turbine zur Erzeugung von elektrischer Energie zuzuführen.

Der Erfindung liegt ausgehend von der im Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 beschriebenen Anordnung die Aufgabe zugrunde, diese im Hinblick auf eine deutliche Steigerung des Kraftwerkswirkungsgrads zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Die Erfindung basiert u.a. auf den technisch bedingten Sachverhalt, daß den mit insbesondere Braunkohle befeuerten Kesseln üblicherweise nur etwa 75 % der für die Verbrennung der Braunkohle erforderlichen Verbrennungsluft über die Wärmeübertragungsanlage zugeführt wird. Die

restlichen 25 % der Verbrennungsluft gelangen über andere Wege, zum größten Teil durch Leckagen in den Kessel. Auf der anderen Seite wird jedoch bislang der gesamte Massenstrom des den Kessel verlassenden Abgases über die Wärmeübertragungsanlage geführt.

Die Erfindung ist allerdings nicht auf Braunkohlenanlagen beschränkt. Auch andere Brennstoffe zur Befeuerung des Kessels sind denkbar.

Erfindungsgemäß wird jetzt nicht mehr der gesamte Abgasstrom über die Wärmeübertragungsanlage geleitet, sondern nur noch diejenige Abgasmenge, die bei einer Temperatursenkung des Abgases von etwa 290 ⁰C auf 180 ⁰C für die Erwärmung der Verbrennungsluft in der Wärmeverschiebungseinheit von etwa 110 ⁰C auf etwa 270 ⁰C erforderlich ist. Hierbei handelt es sich um etwa zwei Drittel der gesamten Abgasmenge. Die restliche Abgasmenge, im praktischen Fall also etwa ein Drittel des gesamten Abgasstroms, wird nunmehr im Bypass um die Wärmeübertragungsanlage sowie über einen in den Bypass integrierten Wärmeaustauscher geführt und hierbei ebenfalls auf etwa 180 ⁰C gekühlt.

Das in dem Wärmeaustauscher strömende Kesselspeisewasser wird dabei von etwa 160 ⁰C auf ca. 260 ⁰C erhitzt. Demzufolge kann jetzt dem Kessel ein sehr hoch temperiertes Kesselspeisewasser zur Verfügung gestellt werden.

Die Erfindung schafft mithin eine optimale Ausbeutung der über den Bypass und den darin integrierten Wärmeaustauscher zusätzlich ausgekoppelten Wärme. Die so an das Kesselspeisewasser abgegebene Wärme läßt sich mit einem höheren Nutzungsgrad als bei den bisherigen Kesselspeisewassertemperaturen über die nachfolgende Dampferzeugung und die Nutzung des Dampfs in einer Turbine in elektrischen Strom umwandeln.

Auf diese Weise wird direkt die der Temperaturerhöhung bzw. die der Dampferzeugung entsprechende Wärmemenge bzw. die entsprechende Brennstoffmenge eingespart. Der Kraftwerkswirkungsgrad kann folglich deutlich gesteigert werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das die Wärmeverschiebungseinheit verlassende Abgas über eine Rauchgasentschwefelungsanlage in einen Kamin geführt ist, wird in den Merkmalen des Schutzanspruchs 2 gesehen. Auf diese Weise kann die in dem aus der Wärmeübertragungsanlage tretenden Abgas noch enthaltene Wärme zusätzlich dazu genutzt werden, um das die Rauchgasentschwefelungsanlage verlassende Abgas von etwa 50 ⁰C auf eine Temperatur von etwa 85 ⁰C zu bringen. Dadurch kann den insbesondere aus Gründen des Umweltschutzes geforderten Temperaturen der Emissionen im Kamin Rechnung getragen werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figuren

1 und 2 jeweils eine Anordnung zur Nutzung der im Abgas eines kohlegefeuerten Kessels enthaltenen Wärme für die Vorwärmung des Kesselspeisewassers und für die Primärluftvorwärmung.

Mit 1 ist in der Figur 1 ein mit Braunkohle befeuerter Kessel als Bestandteil eines elektrische Energie erzeugenden, ansonsten nicht näher veranschaulichten Kraftwerks bezeichnet.

Das durch die Verfeuerung von Braunkohle entstehende Abgas AG wird über eine Leitung 2 einer rotierenden Wärme-

Übertragungsanlage 3, und zwar einem sogenannten Ljungström-Wärmeaustauscher, kurz LUVO genannt, zugeführt. Das aus dem Kessel 1 tretende Abgas AG hat eine Temperatur von etwa 290 ⁰C.

Im LUVO 3 wird dem Abgas AG Wärme entzogen, so daß das den LUVO 3 über die Leitung 4 verlassende Abgas AGl eine Temperatur von etwa 180 ⁰C aufweist.

Anschließend wird das Abgas AGl über einen Bestandteil einer Wärmeverschiebungseinheit 5 bildenden Wärmeaustauscher 6 geführt, in welchem das Abgas AGl weitere Wärme abgibt, so daß das den Wärmeaustauscher 6 über die Leitung 7 verlassende Abgas AG2 eine Temperatur von etwa 110 ⁰C besitzt. Mit dieser Temperatur kann das Abgas AG2 beispielsweise einer Rauchgasentschwefelungsanlage zugeführt werden.

Die im Wärmeaustauscher 6 der Wärmeverschiebungseinheit 5 dem Abgas AGl entzogene Wärme wird mittels eines in der Wärmeverschiebungseinheit 5 im geschlossenen Kreislauf strömenden Wärmeträgermediums einem Wärmeaustauscher 8 zugeführt, der in eine Leitung 9 eingegliedert ist, in welcher Primärluft PL mit einer der Umgebungsluft entsprechenden Temperatur von etwa 20 ⁰C ansteht. Das Wärmeträgermedium in der Wärmeverschiebungseinheit 5 wird durch eine Pumpe 10 im Kreislauf gehalten.

Durch die dem Abgas AGl entzogene Wärme wird die Primärluft PL auf eine Temperatur von etwa 110 ⁰C erhitzt. Diese vorgewärmte Verbrennungsluft WL wird anschließend über den LUVO 3 geführt. Dadurch ist der LUVO 3 vor Korrosionen geschützt. Im LUVO 3 erlangt die vorgewärmte Verbrennungsluft WL eine weitere Temperaturerhöhung mittels der dem Abgas AG im LUVO 3 entzogenen Wärme.

Dem Kessel 1 wird dann über eine Leitung 11 Verbrennungsluft VL mit einer Temperatur von etwa 270 ⁰C zugeführt.

Die zum LUVO 3 führende Abgasleitung 2 und die Abgasleitung 4 zwischen dem LUVO 3 und der Wärmeverschiebungseinheit 5 sind durch einen mittels Klappe 12 regelbaren Bypass 13 verbunden. In den Bypass 13 ist ein Wärmeaustauscher 14 integriert, der von Kesselspeisewasser KSW durchströmt ist.

Von der aus dem Kessel 1 tretenden Abgasmenge werden etwa zwei Drittel über den LUVO 3 und etwa ein Drittel über den Bypass 13 geführt. Die von dem Abgas AG an den Wärmeaustauscher 14 im Bypass 13 abgegebene Wärme wird von dem Kesselspeisewasser KSW aufgenommen und dieses von etwa 160 ⁰C auf etwa 260 ⁰C gebracht.

Das den Wärmeaustauscher 14 verlassende Kesselspeisewasser KSW wird anschließend in bekannter und nicht näher dargestellter Weise temperaturmäßig noch höher gespannt und letztlich einem Rohrschlangensystem 15 im Kessel 1 zugeleitet. In diesem verdampft das Kesselspeisewasser KSW. Der Dampf D wird dann zu einer nicht näher dargestellten Turbine zwecks Erzeugung elektrischer Energie geleitet.

Das den Wärmeaustauscher 14 im Bypass 13 verlassende Abgas AG3 hat eine Temperatur von etwa 180 ⁰C. Es wird über einen Leitungsabschnitt 16 des Bypasses in die Leitung 4 zwischen dem LUVO 3 und der Wärmeverschiebungseinheit 5 gefördert und hier mit dem den LUVO 3 verlassenden Abgas AGl vermischt.

Die Ausführungsform der Figur 2 stimmt hinsichtlich der Bauteile Kessel 1, LUVO 3, Bypass 13 mit Wärmeaustauscher 14 und Wärmeverschiebungseinheit 5 mit der Ausführungs-

farm der Figur 1 überein. Eine nochmalige Beschreibung dieser Bauteile ist mithin entbehrlich.

Es ist aber ferner zu sehen, daß die Wärmeverschiebungseinheit 5 über ein geschlossenes Kreislaufsystem 17 an einen Wärmeaustauscher 18 angeschlossen ist. In dem Kreislaufsystem 17 strömt ein Wärmeträgermedium, das durch eine Pumpe 19 bewegt wird.

Der Wärmeaustauscher 18 befindet sich in einer Leitung 20 zwischen einer nicht näher beschriebenen Rauchgasentschwefelungsanlage 21 und einem nur schematisch veranschaulichten Kamin 22.

Das die Wärmeverschiebungseinheit 5 über die Leitung 7 mit einer Temperatur von etwa 110 ⁰C verlassende Abgas AG2 wird der Rauchgasentschwefelungsanlage 21 zugeführt, in dieser gereinigt sowie auf etwa 50 ⁰C heruntergekühlt. Das die Rauchgasentschwefelungsanlage 21 verlassende Abgas AG4 wird dann im Wärmeaustauscher 18 wieder erwärmt und auf eine Temperatur von etwa 85 ⁰C gebracht, mit der das Abgas AG5 dann unter Beachtung der vorgeschriebenen Emissionen in den Kamin 22 überführt wird.

- 9 Bezugszeichenaufstellung

1 - Kessel

2 - Leitung

3 - Wärmeübertragungsanlage

4 - Leitung

5 - Wärmeverschiebungseinheit

6 - Wärmeaustauscher

7 - Leitung

8 - Wärmeaustauscher

9 - Leitung

10 - Pumpe

11 - Leitung

12 - Klappe

13 - Bypass

14 - Wärmeaustauscher

15 - Rohrschlangensystem

16 - Leitungsabschnitt v.

17 - Kreislaufsystem

18 - Wärmeaustauscher

19 - Pumpe

20 - Leitung

21 - Rauchgasentschwefelungsanlage

22 - Kamin

AG - Abgas AGl - Abgas AG2 - Abgas AG3 - Abgas AG4 - Abgas AG5 - Abgas D - Dampf KSW - Kesselspeisewasser PL - Primärluft VL - Verbrennungsluft

WL - vorgewärmte Verbrennungsluft

Claims

Schutzansprüche

1. Anordnung zur Nutzung der im Abgas (AG) eines Bestandteil eines Kraftwerks bildenden kohlegefeuerten Kessels (1) enthaltenen Wärme für die Vorwärmung des Kesselspeisewassers (KSW) und für die Primärluftvorwärmung, welche eine einerseits von dem den Kessel (1) verlassenden Abgas (AG) und andererseits von der vorgewärmten Verbrennungsluft (WL) beaufschlagbare rotierende Wärmeübertragungsanlage (3) sowie in Parallelschaltung eine einerseits von Primärluft (PL) und andererseits von dem aus der Wärmeübertragungsanlage (3) tretenden gekühlten Abgas (AGl) beaufschlagbare Wärmeverschiebungseinheit (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Wärmeübertragungsanlage (3) führende Abgasleitung (2) und die Abgasleitung (4) zwischen der Wärmeübertragungsanlage (3) und der Wärmeverschiebungseinheit (5) durch einen die Wärmeübertragungsanlage (3) überbrückenden Bypass (13) verbunden sind und in den Bypass (13) ein von dem Kesselspeisewasser (KSW) durchströmter Wärmeaustauscher (14) eingegliedert sind.

2. Anordnung nach Schutzanspruch 1, bei welcher das die Wärmeverschiebungseinheit (5) verlassende Abgas (AG2) über eine Rauchgasentschwefelungsanlage ^21) in einen Kamin (22) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeverschiebungseinheit (5) mit einem in eine Abgasleitung (20) zwischen der Rauchgasentschwefelungsanlage (21) und dem Kamin (22) eingegliederten Wärmeaustauscher (18) verbunden ist.