DE9209701U1 - Arrangement for utilising the heat contained in the exhaust gas of a coal-fired boiler - Google Patents
Arrangement for utilising the heat contained in the exhaust gas of a coal-fired boilerInfo
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03.08.1992 XR/Mo03.08.1992 XR/Mon
Anordnung zur Nutzung der im Abgas eines kohlegefeuerten Kessels enthaltenen WärmeArrangement for utilising the heat contained in the exhaust gas of a coal-fired boiler
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.The invention relates to an arrangement for using the heat contained in the exhaust gas of a coal-fired boiler forming part of a power plant for preheating the boiler feed water and for preheating the primary air according to the features in the preamble of claim 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-Such an arrangement is considered to be state of the art according to the brochure of GEA Luftkühler GmbH, Dorstener Straße 18-29, 4690 Herne 2 "Power plant: flue gas heat for preheating air and condensate". In this arrangement, the heat transfer medium of the heat transfer unit, which flows in a closed circuit, is led over a heat exchanger supplied with primary air, which is tempered according to the ambient air, and over a heat exchanger which is supplied with another heat transfer medium, which also flows in a closed circuit.
Telefon (0234) 5 1957/58/59 ■ Telefax (0234) 51 05 12 - Telex 825361 swop d Commerzbank AG Bochum, Konto-Nr. 386478"? ■ Postgirokonto Essen. Konto-Nr. 7447-431Telephone (0234) 5 1957/58/59 ■ Fax (0234) 51 05 12 - Telex 825361 swop d Commerzbank AG Bochum, Account No. 386478"? ■ Postgiro account Essen. Account No. 7447-431
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.medium which is tempered by the exhaust gas coming out of the heat transfer system. This additional heat transfer medium also flows through a heat exchanger, which on the other hand is acted upon by the boiler feed water.
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.Although the exhaust gas from a brown coal-fired boiler has a temperature of around 290 0 C, the heat exchange in the rotating heat transfer system at the heat transfer unit means that the exhaust gas has a temperature of only around 180 0 C. Therefore, taking into account the heat losses in the heat transfer unit on the one hand and in the circuit of the heat transfer medium between the heat transfer unit and the boiler feed water on the other, the latter can be heated to a maximum of around 160 0 C. Consequently, a considerable amount of fuel must be burned in the boiler in order to further heat the boiler feed water, which is heated to around 160 0 C, then evaporate it and then feed the steam to a turbine to generate electrical energy.
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.Based on the arrangement described in the preamble of claim 1, the invention is based on the object of improving it with a view to significantly increasing the power plant efficiency.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.According to the invention, this problem is solved by the features set out in the characterizing part of claim 1.
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. DieThe invention is based, among other things, on the technical fact that boilers fired with brown coal in particular usually only receive about 75% of the combustion air required for the combustion of brown coal via the heat transfer system.
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.The remaining 25% of the combustion air enters the boiler via other routes, mostly through leaks. On the other hand, however, the entire mass flow of the exhaust gas leaving the boiler is currently routed via the heat transfer system.
Die Erfindung ist allerdings nicht auf Braunkohlenanlagen beschränkt. Auch andere Brennstoffe zur Befeuerung des Kessels sind denkbar.However, the invention is not limited to brown coal plants. Other fuels for firing the boiler are also conceivable.
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.According to the invention, the entire exhaust gas flow is no longer passed through the heat transfer system, but only the amount of exhaust gas that is required to heat the combustion air in the heat transfer unit from about 110 0 C to about 270 0 C when the temperature of the exhaust gas is reduced from about 290 0 C to 180 0 C. This is about two thirds of the total exhaust gas volume. The remaining amount of exhaust gas, in practical terms about a third of the total exhaust gas flow, is now passed in a bypass around the heat transfer system and through a heat exchanger integrated into the bypass, where it is also cooled to about 180 0 C.
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.The boiler feed water flowing in the heat exchanger is heated from about 160 0 C to about 260 0 C. As a result, very high-temperature boiler feed water can now be made available to the boiler.
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.The invention therefore creates an optimal exploitation of the additional heat extracted via the bypass and the heat exchanger integrated therein. The heat thus released to the boiler feed water can be converted into electrical power with a higher efficiency than with previous boiler feed water temperatures via the subsequent steam generation and the use of the steam in a turbine.
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. In this way, the amount of heat or fuel corresponding to the increase in temperature or the generation of steam is saved. The efficiency of the power plant can therefore be significantly increased.
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.An advantageous embodiment of the invention, in which the exhaust gas leaving the heat transfer unit is led into a chimney via a flue gas desulphurisation system, is seen in the features of claim 2. In this way, the heat still contained in the exhaust gas leaving the heat transfer system can additionally be used to bring the exhaust gas leaving the flue gas desulphurisation system from about 50 0 C to a temperature of about 85 0 C. This makes it possible to take into account the temperatures of the emissions in the chimney, which are required in particular for reasons of environmental protection.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using embodiments shown in the drawings. They show:
Figurencharacters
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.1 and 2 each show an arrangement for using the heat contained in the exhaust gas of a coal-fired boiler for preheating the boiler feed water and for preheating the primary air.
Mit 1 ist in der Figur 1 ein mit Braunkohle befeuerter Kessel als Bestandteil eines elektrische Energie erzeugenden, ansonsten nicht näher veranschaulichten Kraftwerks bezeichnet.In Figure 1, 1 designates a brown coal-fired boiler as part of a power plant that generates electrical energy and is otherwise not shown in detail.
Das durch die Verfeuerung von Braunkohle entstehende Abgas AG wird über eine Leitung 2 einer rotierenden Wärme-The exhaust gas AG produced by the combustion of brown coal is fed via a line 2 to a rotating heat
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.Transfer system 3, namely a so-called Ljungström heat exchanger, or LUVO for short. The exhaust gas AG emerging from boiler 1 has a temperature of around 290 0 C.
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.In the LUVO 3, heat is extracted from the exhaust gas AG, so that the exhaust gas AGl leaving the LUVO 3 via line 4 has a temperature of approximately 180 ° C.
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.The exhaust gas AG1 is then passed through a heat exchanger 6 forming part of a heat displacement unit 5, in which the exhaust gas AG1 releases further heat so that the exhaust gas AG2 leaving the heat exchanger 6 via the line 7 has a temperature of approximately 110 0 C. At this temperature, the exhaust gas AG2 can be fed, for example, to a flue gas desulphurisation plant.
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.The heat extracted from the exhaust gas AG1 in the heat exchanger 6 of the heat transfer unit 5 is fed to a heat exchanger 8 by means of a heat transfer medium flowing in the heat transfer unit 5 in a closed circuit, which is integrated into a line 9 in which primary air PL is present at a temperature corresponding to the ambient air of approximately 20 0 C. The heat transfer medium in the heat transfer unit 5 is kept in the circuit by a pump 10.
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.The heat extracted from the exhaust gas AGl heats the primary air PL to a temperature of around 110 0 C. This preheated combustion air WL is then passed through the LUVO 3. This protects the LUVO 3 from corrosion. In the LUVO 3, the preheated combustion air WL achieves a further increase in temperature using the heat extracted from the exhaust gas AG in the LUVO 3.
Dem Kessel 1 wird dann über eine Leitung 11 Verbrennungsluft VL mit einer Temperatur von etwa 270 0C zugeführt.Combustion air VL at a temperature of approximately 270 ° C is then supplied to the boiler 1 via a line 11.
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.The exhaust line 2 leading to the LUVO 3 and the exhaust line 4 between the LUVO 3 and the heat transfer unit 5 are connected by a bypass 13 that can be controlled by means of a flap 12. A heat exchanger 14 is integrated into the bypass 13, through which boiler feed water KSW flows.
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.Of the exhaust gases leaving the boiler 1, approximately two thirds are led via the LUVO 3 and approximately one third via the bypass 13. The heat given off by the exhaust gas AG to the heat exchanger 14 in the bypass 13 is absorbed by the boiler feed water KSW and this is heated from approximately 160 0 C to approximately 260 0 C.
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.The boiler feed water KSW leaving the heat exchanger 14 is then heated to an even higher temperature in a known manner (not shown in detail) and is ultimately fed to a coil system 15 in the boiler 1. The boiler feed water KSW evaporates in this system. The steam D is then fed to a turbine (not shown in detail) for the purpose of generating electrical energy.
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.The exhaust gas AG3 leaving the heat exchanger 14 in the bypass 13 has a temperature of approximately 180 ° C. It is conveyed via a line section 16 of the bypass into the line 4 between the LUVO 3 and the heat displacement unit 5 and mixed here with the exhaust gas AG1 leaving the LUVO 3.
Die Ausführungsform der Figur 2 stimmt hinsichtlich der Bauteile Kessel 1, LUVO 3, Bypass 13 mit Wärmeaustauscher 14 und Wärmeverschiebungseinheit 5 mit der Ausführungs-The design of Figure 2 corresponds to the design with regard to the components boiler 1, LUVO 3, bypass 13 with heat exchanger 14 and heat displacement unit 5.
farm der Figur 1 überein. Eine nochmalige Beschreibung dieser Bauteile ist mithin entbehrlich.farm in Figure 1. A further description of these components is therefore unnecessary.
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.However, it can also be seen that the heat transfer unit 5 is connected to a heat exchanger 18 via a closed circuit system 17. A heat transfer medium flows in the circuit system 17 and is moved by a pump 19.
Der Wärmeaustauscher 18 befindet sich in einer Leitung 20 zwischen einer nicht näher beschriebenen Rauchgasentschwefelungsanlage 21 und einem nur schematisch veranschaulichten Kamin 22.The heat exchanger 18 is located in a line 20 between a flue gas desulphurisation system (not described in detail) 21 and a chimney 22 (shown only schematically).
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.The exhaust gas AG2 leaving the heat transfer unit 5 via line 7 at a temperature of approximately 110 0 C is fed to the flue gas desulphurisation system 21, cleaned therein and cooled down to approximately 50 0 C. The exhaust gas AG4 leaving the flue gas desulphurisation system 21 is then reheated in the heat exchanger 18 and brought to a temperature of approximately 85 0 C, at which the exhaust gas AG5 is then transferred to the chimney 22 in compliance with the prescribed emissions.
- 9 Bezugszeichenaufstellung - 9 List of reference symbols
1 - Kessel1 - Boiler
2 - Leitung2 - Management
3 - Wärmeübertragungsanlage3 - Heat transfer system
4 - Leitung4 - Management
5 - Wärmeverschiebungseinheit5 - Heat displacement unit
6 - Wärmeaustauscher6 - Heat exchanger
7 - Leitung7 - Management
8 - Wärmeaustauscher8 - Heat exchanger
9 - Leitung9 - Management
10 - Pumpe10 - Pump
11 - Leitung11 - Management
12 - Klappe12 - Flap
13 - Bypass13 - Bypass
14 - Wärmeaustauscher14 - Heat exchanger
15 - Rohrschlangensystem15 - Coil system
16 - Leitungsabschnitt v.16 - Line section v.
17 - Kreislaufsystem17 - Circulatory system
18 - Wärmeaustauscher18 - Heat exchanger
19 - Pumpe19 - Pump
20 - Leitung20 - Line
21 - Rauchgasentschwefelungsanlage21 - Flue gas desulphurisation plant
22 - Kamin22 - Fireplace
AG - Abgas AGl - Abgas AG2 - Abgas AG3 - Abgas AG4 - Abgas AG5 - Abgas D - Dampf KSW - Kesselspeisewasser PL - Primärluft VL - VerbrennungsluftAG - exhaust gas AGl - exhaust gas AG2 - exhaust gas AG3 - exhaust gas AG4 - exhaust gas AG5 - exhaust gas D - steam KSW - boiler feed water PL - primary air VL - combustion air
WL - vorgewärmte VerbrennungsluftWL - preheated combustion air
Claims (2)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2733317A3 (en) * | 2012-11-19 | 2016-07-20 | Clausthaler Umwelttechnik-Institut Gmbh (Cutec - Institut) | Cogeneration plant and method for operation of a cogeneration plant |
-
1992
- 1992-04-13 DE DE9209701U patent/DE9209701U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2733317A3 (en) * | 2012-11-19 | 2016-07-20 | Clausthaler Umwelttechnik-Institut Gmbh (Cutec - Institut) | Cogeneration plant and method for operation of a cogeneration plant |
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