DE976167C

DE976167C - Steam generator system with additional heating surfaces

Info

Publication number: DE976167C
Application number: DEK11536A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl-Ing Mudersbach
Original assignee: Kraftanlagen AG
Current assignee: Kraftanlagen AG
Priority date: 1951-10-06
Filing date: 1951-10-06
Publication date: 1963-04-11

Description

Dampferzeugeranlage mit Nachschaltheizflächen Die Erfindung befaßt sich mit Dampferzeugeranlagen, bei denen die die Feuerung verlassenden heißen Rauchgase durch Nachschaltheizflächen geleitet werden, damit sie dort die in ihnen noch enthaltene Wärme nutzbringend abgeben. Diese Verwertung der Abgaswärme erfolgt mit Hilfe von Speisewasservorwärmern und Luftvorwärmern. Hierbei kommt es darauf an, daß die Ausnutzung der Abgaswärme mit möglichst geringem Kostenaufwand, geringem Raumbedarf und großer Nutzwirkung erfolgt.Steam generator system with Nachschaltheizflächen The invention is concerned deal with steam generator systems in which the hot flue gases leaving the furnace are passed through Nachschaltheizflächen so that they are there still contained in them Giving off heat usefully. This utilization of the exhaust gas heat takes place with the help of Feed water preheaters and air preheaters. It is important that the utilization the exhaust gas heat with the lowest possible cost, small space requirement and large Beneficial effect takes place.

So sind Luftvorwärmer-Speisewasservorwärmer-Anordnungen vorgeschlagen. worden, die aus zwei in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden Heizflächenstufen eines Luftvorwärmers sowie aus einem Speisewasservorwärmer bestehen, und zwar wird bei diesen Anordnungen der heiße Rauchgasstrom zunächst in zwei Teilströme aufgeteilt, von denen der eine den Speisewasservorwärmer und der andere die erste Heizflächenstufe des Luftvorwärmers durchströmt. Hiernach werden die beiden Teilströme wieder miteinander vereinigt, und der gesamte Rauchgasstrom durchströmt alsdann die zweite Heizflächenstufe des Luftvorwärmers. Für die heiße Luftvorwärmerstufe werden dabei Rekuperativvorwärmer benutzt, während für die kalte Stufe sowohl Rekuperativ- als auch Regenerativ-Luftvorwärmer bekannt sind.Thus, air preheater feedwater preheater arrangements are proposed. which consist of two heating surface stages lying one behind the other in the direction of flow an air preheater and a feed water preheater, namely will In these arrangements, the hot flue gas flow is initially divided into two partial flows, one of which is the feedwater preheater and the other is the first heating surface level of the air preheater. After this, the two partial flows become one another again combined, and the entire flue gas flow then flows through the second heating surface stage of the air preheater. Recuperative preheaters are used for the hot air preheater used, while for the cold stage both recuperative and regenerative air preheaters are known.

Bei dem vorgenannten Vorschlag handelt es sich aber offensichtlich nicht um die Behandlung einer tatsächlich ausgeführten Anlage. Es ist vielmehr im Zuge einer theoretischen Überprüfung der verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten, die sich bei Luftvorwärmung und Speisewasservorwärmung schaffen ließen, unter anderem auch die vorgenannte Kombination erörtert worden, jedoch mit der Feststellung, daß diese Kombination keine Vorteile bringt, sondern nur Nachteile. Die Nachteile werden hauptsächlich in der verwickelten Bauweise, höheren Anlagekosten und auch in der erschwerten Bedienung gesehen. In die Praxis hat diese Kombination Eingang offenbar nicht finden können.The above proposal is obviously what it is not about treating one actually executed plant. It is rather in the course of a theoretical review of the various possible combinations, which could be created with air preheating and feed water preheating, among other things the aforementioned combination has also been discussed, but with the finding that this combination has no advantages, only disadvantages. The cons will be mainly in the intricate construction, higher investment costs and also in the seen difficult operation. This combination obviously has an impact in practice can not find.

Demgegenüber ist die Erfindung von der an sich allerdings schon bekannt gewesenen Tatsache ausgegangen., daß eine zweistufige Luftvorwärmung zur Erzielung höherer Lufttemperaturen bedeutungsvoll sein könne. Die technische Entwicklung im Kesselbau, der Übergang nämlich von der Rostzur Staubfeuerung, steigerte das Bedürfnis nach höherer Luftaufwärmung. Die hohen Speisewassertemperaturen, die durch die weitgehende Verwendung von Regenerativdampf in den vergangenen Jahren erzielt wurden, förderten das Bestreben nach höherer Luftaufwärmung weiter. So war der Anstoß gegeben, trotz der erwähnten Nachteile die mehrstufigeLuftvorwärmungaufzugreifen und hierfür nach einer brauchbaren Lösung zu suchen. Die Lösung dieser Aufgabe ist beispielsweise für eine besondere Form der Staubfeuerung; die sogenannten Schmelzfeuerungen, sehr wichtig, die nicht nur bei Normalbetrieb, sondern auch bei abnehmender Belastung hohe Lufttemperaturen benötigen, damit die hohen Feuerraumtemperaturen, die zum Schmelzen der Schlacke notwendig sind, aufrechterhalten werden. Hohe Lufttemperaturen sind auch bei Ölfeuerungen anwendbar und gestatten auch hier z. B. den Vorteil auszunutzen, daß infolge der höheren Temperatur im Feuerraum kleinere Heizflächen ausreichen. In allen diesen Fällen ist andererseits aber aus wirtschaftlichen. Gründen eine möglichst niedrige Abgastemperatur anzustreben.In contrast, the invention is already known per se Assumed fact that a two-stage air preheating to achieve higher air temperatures could be meaningful. The technical development in the Boiler construction, namely the transition from grate to dust firing, increased the need after higher air heating. The high feed water temperatures caused by the extensive Use of regenerative steam achieved in the past few years has been promoted the quest for higher air warming continues. So the impetus was given, in spite of it to take up the mentioned disadvantages of the multi-stage air preheating and for this purpose to look for a usable solution. The solution to this problem is for example for a special form of dust firing; the so-called melt furnaces, very much important, not only during normal operation, but also with decreasing load need high air temperatures so that the high combustion chamber temperatures that are required for Melting the slag necessary to be sustained. High air temperatures are also applicable to oil firing and also allow here z. B. to take advantage of that due to the higher temperature in the furnace, smaller heating surfaces are sufficient. In all these cases, on the other hand, it is economic. Found a to aim for the lowest possible exhaust gas temperature.

Diese Tatsache, daß einerseits sehr hohe Lufttemperaturen und andererseits möglichst niedrige Abgastemperaturen angestrebt werden müssen, ließ erkennen, daß diesen einander entgegengerichteten Forderungen nicht mit einer einzigen Luftvorwärm-erstufe Rechnung getragen werden könnte. Somit stellte sich die Aufgabe, die Möglichkeit zu einer zweistufigen Luftvorwärmung zu schaffen und dabei die Nachteile der erwähnten, früher vorgeschlagenen Kombination zu vermeiden. Diese Aufgabe ist durch die Erfindung gelöst.This fact that on the one hand very high air temperatures and on the other hand The aim is to aim for the lowest possible exhaust gas temperatures, indicated that these opposing demands not with a single air preheating stage Could be taken into account. So the task arose, the possibility to create a two-stage air preheating and thereby the disadvantages of the mentioned, Avoid the combination suggested earlier. This object is achieved by the invention solved.

Die Erfindung bezieht sich also auf eine Luftvorwärmer-Speisewasservorwärmer-Anordnung in Dampferzeugeranlagen, bestehend aus zwei in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden Heizflächenstufen eines Luftvorwärmers und einem Speisewasservorwärmer, bei welcher der heiße Rauchgasstrom zunächst in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen der eine den Speisewasservärwärmer und der ändere die erste Heizflächensttife' des Luftvorwätmerg durchströmt, und bei welcher hierauf nach Vereinigung der beiden Teilströme der gesamte Rauchgasstrom die zweite Heizflächenstufe des Luftvorwärmers durchströmt. Das wesentliche Merkmal der Luftvorwärmer-Speisew asservorwärmer-Anordnung gemäß der Erfindung, durch das diese sich gegenüber den bekannten, mit Rekuperatoren arbeitenden Anordnungen der vorgenannten Art unterscheidet, besteht darin, daß als Luftvorwärmer ein an sich bekannter Regenerativ-Luftvorwärmer zur Anwendung gelangt, dessen umlaufender Speicherkörper in zwei hintereinandergeschaltete und auf derselben Welle mit Abstand voneinander befestigte Heizflächenstufen aufgeteilt ist, und daß der Rauchgasstrom durch Überhitzer strömend zur ersten Luftvorwärmerstufe gelangt und ein Zweigstrom des Rauchgases durch einen der ersten Heizflächenstufe des Luftvorwärmers parallel geschalteten Speisewasservorwärmer strömend zwischen die Heizflächenstufen des Luftvorwärmers einmündet, wobei die Aufteilung des Rauchgasstromes in der Weise erfolgt, daß der Wasserwert des die heiße Luftvorwärmerstufe durchströmenden Teilstromes etwa ebenso groß ist wie derjenige des Luftstromes oder kleiner als dieser.The invention thus relates to an air preheater-feed water preheater arrangement in steam generator systems, consisting of two one behind the other in the direction of flow Heating surface stages of an air preheater and a feed water preheater, in which the hot flue gas flow is initially divided into two partial flows, of which the one of the feed water heater and the change the first Heizflächensttife 'of the Luftvorwätmerg flows through, and at which after the union of the two partial flows of the entire flue gas flow flows through the second heating surface level of the air preheater. The essential feature of the air preheater feed water preheater arrangement according to of the invention, through which this compared to the known, working with recuperators Arrangements of the aforementioned type differ, is that as an air preheater a known regenerative air preheater is used, its circulating Accumulator in two series-connected and spaced on the same shaft is divided from each other fastened heating surface stages, and that the flue gas flow flows through superheaters to the first air preheater stage and a branch flow of the flue gas through one of the first heating surface level of the air preheater in parallel switched feed water preheater flowing between the heating surface stages of the air preheater opens, wherein the division of the flue gas flow takes place in such a way that the The water value of the partial flow flowing through the hot air preheater stage is roughly the same is as large as or smaller than that of the air flow.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der Luftvorwärmer - Speisewasservorwärmer - Anordnung unter Verwendung der an sich anderweitig bekannten Luftvorwärmerkonstruktion mit unterteilter Speichermasse ergibt sich gegenüber der eingangs erwähnten bekannten Anordnung eine wesentliche Vereinfachung und Verbilligung. Auch wird der Raumbedarf geringer. Weiterhin wird hierbei von denjenigen vorteilhaften Eigenschaften Gebrauch gemacht, die an sich die Anordnung von zwei Heizflächenstufen auf einer gemeinsamen Drehachse in gemeinsamem Gehäuse gegenüber zwei selbständigen Luftvorwärmern mit sich bringt.This inventive design of the air preheater - feed water preheater - Arrangement using the otherwise known air preheater construction with subdivided storage mass results compared to the known one mentioned at the beginning Arrangement a substantial simplification and cheaper. Also the space requirement will be less. Furthermore, use is made here of those advantageous properties made the arrangement of two heating surface levels on a common Axis of rotation in a common housing opposite two independent air preheaters with brings itself.

Als Unterschied gegenüber einer anderen Anordnung, die Gegenstand eines älteren Patents (Patent 935 273) ist, nämlich mit zwei selbständigen Rotoren in Abstand voneinander auf gemeinsamer Drehachse, ist hervorzuheben, daß dort der Speisewasservorwärmer im Rauchgasstrom zwischen den beiden Rotoren angeordnet ist, also im Zuge des gesamten Rauchgasstromes, d. h. in Reihe zwischen den beiden Rotoren. Schaltungsmäßig ist es allerdings gleichgültig, ob er nun wirklich auch räumlich zwischen diesen beiden Rotoren liegt oder ob er aus Bemessungsgründen vielleicht nach außerhalb herausgezogen ist. Es findet also zwischen den beiden Rotoren eine Ausnutzung der Rauchgaswärme durch den Speisewasservorwärmer statt. Dadurch wird zwischen den beiden Rotoren ein erhebliches Wärmegefälle geschaffen, wie es ja auch als Grundgedanke des älteren Patents .ausdrücklich gefordert ist. Hierbei müssen entweder der Speisewasservorwärmer oder aber, zumindest seine Anschlüsse räumlich in der Trennzone zwischen den beiden Rotoren ruhend angeordnet sein. Bei dieser vorpatentierten-Anlage bedeutet die Vereinigung det beiden funktionell selbständigen Luft-' vorwärmer miteinander keine nennenswerte Ersparnis gegenüber zwei baulich selbständigen Luftvorwärmern.As a difference to another arrangement, the subject of an earlier patent (patent 935 273), namely with two independent rotors at a distance from one another on a common axis of rotation, it should be emphasized that there the The feed water preheater is arranged in the flue gas flow between the two rotors, so in the course of the entire flue gas flow, d. H. in series between the two rotors. In terms of circuitry, however, it does not matter whether it is really also spatially between these two rotors or whether it is perhaps for reasons of dimensioning is pulled out to the outside. So there is one between the two rotors Use of the flue gas heat by the feed water preheater takes place. This will A considerable heat gradient was created between the two rotors, as was the case as a basic idea of the earlier patent. is expressly required. Here must either the feed water preheater or at least its connections spatially be arranged resting in the separation zone between the two rotors. At this pre-patented system means the union of the two functionally independent ones Air-' preheaters do not make any significant savings compared to each other two structurally independent air preheaters.

Bei der Dampferzeugeranlage gemäß der Erfindung erfolgt die Aufteilung des Rauchgasstromes in die beiden Teilströme, die die erste Heizflächenstufe und den Speisewasservorwärmer parallel zueinander durchströmen, in der Weise, daß der Wasserwert des die heiße Luftvorwärmerstufe durchströmenden Teilstromes etwa ebenso groß ist wie derjenige des Luftstromes oder kleiner als dieser. Hierdurch wird ermöglicht, die Heißluft bei gleicher Abgastemperatur höher aufzuwärmen, als es bei einstufiger Vorwärmung aus physikalischen Gründen möglich ist. Es sind nämlich der Heißlufttemperatur nach oben nur dann keine physikalischen Grenzen gesetzt, wenn die Rauchgasabkühlung in ° C gleich oder größer ist als die Luftaufwärmung des Vorwärmers bzw. der betreffenden Vorwärmerstufe. Da nun aber die in dieser Stufe vom Rauchgas an die Luft zu übertragende Wärmemenge sowohl gleich ist dem Produkt aus dem Wasserwert dieses Rauchgasteilstromes und seiner Abkühlung in ° C als auch dem Produkt aus dem Wasserwert des aufzuwärmenden Luftstromes und dessen Aufwärmung in' C, so folgt daraus, daß die Rauchgasabkühlung nur dann gleich oder größer ist als die Luftaufwärmung in dieser Stufe, wenn der Wasserwert des Rauchgasteilstromes gleich oderkleiner ist als derjenige desLuftst.romes.Unter »Wasserwert« wird hierbei diejenige Wassermenge verstanden, die der je Zeiteinheit durchströmenden Menge an Luft bzw. Rauchgas hinsichtlich der Wärmekapazität äquivalent ist, so daß die Temperatur dieser gedachten Wassermenge sich also bei Zuführung einer bestimmten Wärmemenge um den gleichen Betrag erhöhen würde wie diejenige der betreffenden Gasmenge bei Zuführung der gleichen Wärmemenge.In the steam generator system according to the invention, the division takes place of the flue gas flow in the two partial flows, which are the first heating surface level and flow through the feedwater preheater parallel to each other, in such a way that the The water value of the partial flow flowing through the hot air preheater stage is roughly the same is as large as or smaller than that of the air flow. This enables to heat the hot air higher at the same exhaust gas temperature than with single-stage Preheating is possible for physical reasons. It is namely the hot air temperature upwards only then no physical limits set when the flue gas cooling in ° C is equal to or greater than the air heating of the preheater or the relevant Preheater stage. Since now, however, the amount to be transferred from the flue gas to the air in this stage The amount of heat is equal to the product of the water value of this flue gas partial flow and its cooling in ° C as well as the product of the water value of the to be heated Air flow and its warming up in 'C, it follows that the flue gas cooling is only equal to or greater than the air heating at this stage if the The water value of the flue gas partial flow is equal to or less than that of the air flow. Below "Water value" is understood to mean the amount of water that is used per unit of time The amount of air or flue gas flowing through is equivalent in terms of heat capacity is, so that the temperature of this imaginary amount of water is so when feeding a certain amount of heat would increase by the same amount as that of the relevant amount of gas when supplying the same amount of heat.

Die Zeichnung stellt einige Anlagen gemäß der Erfindung dar.The drawing shows some systems according to the invention.

Fig. i zeigt in vereinfachter Form eine Gesamtanlage gemäß der Erfindung; Fig. 2 und 3 stellen in Seitenansicht bzw. Aufsicht, zum Teil im Schnitt, den zweistufigen umlaufenden Regenerativ-Luftvorwärmer für sich allein dar; Fig. q. und 5 zeigen eine andere Ausführungsform eines solchen Vorwärmers, und zwar mit angebautem Speisewasservorwärmer.Fig. I shows in simplified form an overall system according to the invention; Fig. 2 and 3 represent in side view and plan view, partly in section, the two-stage circulating regenerative air preheater on its own; Fig. Q. and 5 show another embodiment of such a preheater, with an attached feed water preheater.

Bei der Dampfkesse,lanlage gemäß Fig. i strömen die heißen Rauchgase aus dem Feuerraum F zunächst durch einen Überhitzer U und einen Speisewasservorwärmer E i. Dann erfolgt die Aufteilung in die beiden Teilströme. Der eine Teilstrom führt unmittelbar zum Luftvorwärmer, und zwar zur Heizflächenstufe L2, der andere zum Speisewasservorwärmer E2. Diese beiden Zweige werden zweckmäßigerweise so bemessen, daß der Widerstandsbeiwert in dem durch die heiße Luftvorwärmerstufe L 2 führenden Zweig des Rauchgasstromes größer ist als in dem parallel dazu durch den Speisewasservorwärmer E 2 führenden Stromzweig. In diesen zweiten Kanal ist, und zwar vor dem Speisewasservorwärmer E2, die Drosselklappe D eingebaut, die zur wahlweisen Regelung des Verhältnisses der beiden Teilströme zueinander dient.The hot flue gases flow in the steam boiler, oil system according to FIG from the furnace F first through a superheater U and a feed water preheater E i. Then the division into the two partial flows takes place. One part of the stream leads directly to the air preheater, namely to the heating surface level L2, the other to the Feed water preheater E2. These two branches are expediently dimensioned in such a way that that the drag coefficient in the leading through the hot air preheater stage L 2 Branch of the flue gas flow is larger than in the parallel through the feed water preheater E 2 leading branch. This second channel is upstream of the feedwater preheater E2, the throttle valve D installed, which is used to optionally regulate the ratio of the two partial flows to each other.

Der den Speisewasservorwärmer E 2 verlassende Rauchgas-Teilstrom wird hinter der Stufe L2 wieder dem Luftvorwärmer zugeführt, so daß er sich dort mit dem anderen Teilstrom vereinigt. Der gesamte Rauchgasstrom strömt dann durch die Luftvorwärmerstufe I_ i weiter, um in dieser anderen Heizflächenstufe auf die gewünschte niedrige Abgastemperatur abgekühlt zu werden.The flue gas partial flow leaving the feed water preheater E 2 is fed back to the air preheater behind the stage L2, so that it is there with combined with the other substream. The entire flue gas flow then flows through the Air preheater level I_ i continues to reach the desired level in this other heating surface level low exhaust gas temperature to be cooled.

Der in, dieser Gesamtdarstellung in vereinfachter Form veranschaulichte, mit zwei Heizflächenstufen ausgestattete Luftvorwärmer ist in den folgenden Figuren genauer dargestellt.The in, this overall representation illustrated in simplified form, Air preheater equipped with two heating surface stages is shown in the following figures shown in more detail.

Fig. 2 und 3 zeigen einen solchen Vorwärmer in Seitenansicht bzw. in Aufsicht, und zwar teilweise im Schnitt. Aus diesen Darstellungen ist die Anordnung des Rotors, der die beiden Heizflächenstufen L i und L 2 enthält, auf einer gemeinsamen Drehachse A erkennbar. Die Strömungsrichtung der Luft von unten nach oben ist auf der linken Seite der Fig. 2 durch Pfeile angedeutet. Der eine Rauchgas-Teilstrom wird der oberen Heizflächenstufe L2 unmittelbar zugeführt. Die von rechts ankommende Leitung stellt die den Speisewasservorwärmer E2 (Fig. i) verlassende Zweigleitung dar und mündet zwischen beiden Stufen Li und L2 ein, so daß die Heizflächenstufe L i wieder die beiden miteinander vereinigten Rauchgas-Teilströme führt.2 and 3 show such a preheater in a side view and in a plan view, namely partially in section. The arrangement of the rotor, which contains the two heating surface stages L i and L 2 , on a common axis of rotation A can be seen from these representations. The direction of flow of the air from bottom to top is indicated by arrows on the left-hand side of FIG. 2. One of the flue gas substreams is fed directly to the upper heating surface stage L2. The line arriving from the right represents the branch line leaving the feedwater preheater E2 (Fig. I) and opens between the two stages Li and L2, so that the heating surface stage L i again carries the two combined flue gas substreams.

In den Fig. q. und 5 ist eine andere Ausführungsform eines mit zwei Heizflächenstufen ausgestatteten, umlaufenden Regenerativ-Luftvorwärmers dargestellt, und zwar ebenfalls in Seitenansicht bzw. Aufsicht, teilweise im Schnitt. In seinen Grundzügen stimmt dieser Vorwärmer mit demjenigen nach Fig. 2 und 3 überein. Der Hauptunterschied besteht darin, daß hier der Speisewasservorwärmer E2 gleich an den Ljungström-Luftvorwärmer angebaut ist, so daß V orwärmer und Speisewasservorwärmer ein einheitliches Gesamtaggregat bilden.In Fig. Q. and Figure 5 is another embodiment of one with two Circulating regenerative air preheater equipped with heating surface steps, namely also in side view or top view, partly in section. In his Basically, this preheater agrees with that according to FIGS. 2 and 3. Of the The main difference is that the feed water preheater E2 is on at the same time the Ljungström air preheater is attached, so that the preheater and feed water preheater form a uniform overall unit.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Air preheater-feed water preheater arrangement in steam generator systems, consisting of two heating surface stages of an air preheater and a feed water preheater, in which the hot flue gas flow is first divided into two partial flows, one of which flows through the feed water preheater and the other the first heating surface stage of the air preheater , and in which, after the two partial flows have been combined, the entire flue gas flow flows through the second Heizflächenstu.fe of the air preheater, characterized in that a known regenerative air preheater is used as the air preheater, the surrounding storage body in two consecutive and on the same shaft with Heating surface stages (L2, L i) fixed at a distance from one another are divided, and d'ass the flue gas flow, flowing through superheater (U), reaches the first air preheater (L2) and a branch flow of the flue gas passes through one of the e In the first heating surface stage of the air preheater, the feedwater preheater (E2) connected in parallel flows between the heating surface stages of the air preheater, whereby the flue gas flow is divided in such a way that the water value of the partial flow flowing through the hot air preheater stage is approximately as large as that of the air flow or less than this .

2. Arrangement according to claim i, characterized in that in the flue gas duct in which a feed water preheater is arranged, throttle valves (D), preferably upstream of the feed water preheater (E2), are provided. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 455 104, 390 334; British Patent No. 540,797; Magazine "fuel-heat-power (BWK)", 195r, issue S, p. 262; G umz: "Air preheating in steam boiler operation", 1933, p. -, o6. Older patents considered: German Patent No. 935: 273.