DE1074805B

DE1074805B - Process and flue gas heater to avoid falling below the dew point in flue gas-heated heat exchangers, in particular air preheaters

Info

Publication number: DE1074805B
Application number: DENDAT1074805D
Authority: DE
Inventors: Edingen/ Neckar Dr.-Ing. Jakob Koch
Original assignee: Kraftanlagen AG
Current assignee: Kraftanlagen AG
Publication date: 1960-02-04

Description

Verfahren und Rauchgaserhitzer zur Vermeidung von Taupunkt-Unterschreitungen an rauchgasbeheizten Wärmetauschern, insbesondere Luftvorwärmern Die Erfindung bezieht sich auf Feuerungsanlagen, insbesondere Dampfkesselanlagen, mit rauchgasbeheizten Wärmetauschern, insbesondere Luftvorwärmern, beispielsweise umlaufenden Regenerativ-Luftvorwärmern nach dem System Ljungström. Bei solchen Anlagen wird erstrebt, ein schnelles Anfahren zu ermöglichen und die Wärmeaustauschflächen vor Schäden zu bewahren, wie sie bei früheren Anlagen beim Anfahren und bei Teillast infolge der niedrigeren Rauchgastemperatur auftreten können. Bei Abkühlung der Heizflächen unter den Taupunkt der Rauchgase, wie sie beim Anfahren des Kessels aus dem kalten Zustand und auch bei Teillast erfolgen kann, besteht nämlich eine starke Korrosionsgefahr.Process and smoke gas heater to avoid falling below the dew point on flue gas-heated heat exchangers, in particular air preheaters The invention relates on firing systems, especially steam boiler systems, with flue gas-heated Heat exchangers, in particular air preheaters, for example circulating regenerative air preheaters according to the Ljungström system. In such systems, the aim is to start up quickly to enable and to protect the heat exchange surfaces from damage, as they do with earlier systems when starting up and at partial load due to the lower flue gas temperature may occur. When the heating surfaces cool down below the dew point of the flue gases, as they occur when starting the boiler from a cold state and also at part load can, there is a strong risk of corrosion.

Es sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden, die darauf abzielen, den Wärmeaustauschflächen mindestens diejenigen Temperaturen zu sichern, die für einen einwandfreien Betrieb erforderlich sind, d. h. also Temperaturen, die über der Taugrenze der Rauchgase liegen. Beim Anfahren eines Kessels sollen also die Rauchgase am Kesselende möglichst schnell auf diese Temperaturen gebracht werden.Various proposals have already been made with the aim of to secure the heat exchange surfaces at least those temperatures that are suitable for correct operation is required, d. H. so temperatures that are about the dew limit of the flue gases. When starting up a boiler, the Flue gases at the end of the boiler are brought to these temperatures as quickly as possible.

Bei Anlagen, die mit Staubfeuerung arbeiten, muß außerdem angestrebt werden, daß sich möglichst schnell eine ausreichende Heißlufttemperatur einstellt, die es erlaubt, auf Mühlenbetrieb überzugehen. Auch bei Verwendung anderer Brennstoffe, die für einen einwandfreien Verbrennungsvorgang Frischluft von hoher Temperatur benötigen, ist eine möglichst schnelle Erreichung dieser Temperatur von Bedeutung.In systems that work with dust firing must also be aimed for that a sufficient hot air temperature is reached as quickly as possible, which makes it possible to switch to milling operations. Even when using other fuels, the fresh air at a high temperature for a perfect combustion process reach this temperature as quickly as possible is important.

Diese Erfordernisse sind bekannt, und es sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, um die genannte Aufgabe zu lösen. So ist es bekannt, in die Ansaugleitung des Frischluftgebläses oder zwischen das Frischluftgebläse und den rauchgasbeheizten Luftvorwärmer einen Lufterhitzer zu schalten, mit dessen Hilfe die Luft auf eine ausreichend hohe Temperatur gebracht wird. Solche Lufterhitzer wurden mittels Dampf oder elektrisch beheizt. Auch ist es bereits be-Icannt, die Luft während des Anfahrens in der Weise auf die erforderliche Temperatur zu erhitzen, daß man innerhalb des Luftkanals Heizöl über eine Brennerdüse mit sehr hohem Luftüberschuß verbrennt. Eine solche offene Verbrennung innerhalb des Luftkanals bringt aber Gefahren mit sich, und zwar insofern, als die Flamme oder unverbranntes Öl den rauchgasbeheizten Luftvorwärmer gefährden oder auch bis in die Mühlen durchschlagen und dort zu Bränden führen kann. Weiter ist bekannt, die . Verbrennungsluft durch Warmwasser vorzuwärmen. Auch die bereits im Lufterhitzer aufgeheizte Luft selbst kann zur Erhöhung der Lufteintrittstemperatur benutzt werden, indem ein Teil der Luft hinter dem Luftvorwärmer abgezweigt und mit der kalten Luft vermischt wird.These needs are known and various proposals have been made has been made to solve the said problem. So it is known in the suction line the fresh air blower or between the fresh air blower and the flue gas heated Air preheater to switch an air heater, with the help of which the air on a sufficiently high temperature is brought. Such air heaters were made using steam or electrically heated. It is also already known that the air during start-up in such a way to heat to the required temperature that one within the Air duct burns fuel oil through a burner nozzle with a very high excess of air. Such an open combustion within the air duct, however, brings with it dangers to the extent that the flame or unburned oil heated the flue gas Endanger air preheaters or even penetrate into the mills and cause fires there can lead. It is also known that. Preheat combustion air with hot water. The air itself, which has already been heated in the air heater, can also increase the air inlet temperature be used by diverting some of the air behind the air preheater and is mixed with the cold air.

Erwähnt sei schließlich noch das Prinzip der »lokalen Rauchgasbeimischung«. Dieses besteht darin, daß der kalten Luft heißes Rauchgas zugemischt wird.Finally, the principle of "local flue gas admixture" should be mentioned. This consists in adding hot flue gas to the cold air.

Alle diese Verfahren weisen jedoch Nachteile auf, deren Behandlung im einzelnen sich erübrigt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis der Schwierigkeiten und Nachteile der bekannten Verfahren. Sie zeigt einen neuen Weg, der diese Gefahren vermeidet und darüber hinaus ein wesentlich schnelleres Erreichen der für die Wärmeaustauschflächen erforderlichen hohen Temperaturen gestattet.However, all of these methods have disadvantages in their treatment in detail is superfluous. The invention is based on the recognition of the difficulties and disadvantages of the known methods. She shows a new way of dealing with these dangers avoids and also a much faster achievement of the heat exchange surfaces required high temperatures permitted.

Es handelt sich also ebenfalls um ein Verfahren zur Vermeidung von Taupunkt-Unterschreitungen an rauchgasbeheizten Wärmetauschern, insbesondere Luftvorwärmern. Ferner wird auch hier von dem bekannten Gedanken Gebrauch gemacht, beim Anfahren und bei Teillast die Temperatur der Wärmeaustauschflächen durch zusätzliche Beheizung zu erhöhen. Während aber sämtliche bisher bekanntgewordenen Verfahren zur Lösung der genannten Aufgabe die Beheizung im Luftkanal vornehmen, besteht im Unterschied hierzu das neue und wesentliche Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung darin, daß die Temperaturerhöhung auf dem Wege über die in den Wärmetauscher, eintretenden Rauchgase bewirkt wird, und zwar werden die Rauchgase mittels eines Erhitzers etwa auf diejenige Temperatur gebracht, die für einen einwandfreien Betrieb der Wärmeaustauschflächen erforderlich ist.So it is also a method of avoiding Falling below the dew point on flue gas heated heat exchangers, especially air preheaters. Furthermore, use is made here of the known idea of starting up and at part load the temperature of the heat exchange surfaces through additional heating to increase. But while all previously known methods of solution perform the heating in the air duct for the task mentioned, there is a difference to this end, the new and essential feature of the method according to the invention is that that the temperature increase on the way over in the heat exchanger, entering Flue gases is effected, namely the flue gases are about by means of a heater brought to the temperature required for proper operation of the heat exchange surfaces is required.

Das Verfahren gemäß der Erfindung schließt zunächst einmal grundsätzlich die Gefahr eines Durchschlagens der Flamme zu den Mühlen und damit die Brandgefahr aus. Wesentlich ist ferner, daß diese Erhitzung der Wärmeaustauschflächen, beispielsweise des Ljungström-Vorwärmers, von der heißen Seite her mit den normalen Betriebsbedingungen übereinstimmt, unter denen die Erwärmung ja ebenfalls von der heißen Seite her erfolgt. Hierdurch wird, was das Entscheidende ist,.erreicht, daß die Erhitzung der Wärmeaustäuschflächen unmittelbar in demjenigen Teil erfolgt, der als erster durch kalte Rauchgase gefährdet wird, und daß das Erreichen der erforderlichen Temperaturen wesentlich schneller erfolgt als bei Anordnung des Erhitzers in der bekannten Weise im Luftkanal.The method according to the invention initially closes in principle the risk of bottoming out the flame to the mills and with it the fire hazard. It is also essential that this heating of the heat exchange surfaces, for example the Ljungström preheater, from the hot side with the normal ones Operating conditions agrees, under which the heating is also of the hot side takes place. In this way, what is decisive is. Achieved that the heating of the heat exchange surfaces takes place directly in that part, who is the first to be endangered by cold smoke gases, and that achieving the required Temperatures takes place much faster than when the heater is arranged in the known way in the air duct.

Für die Beheizung des Erhitzers können die an sich bekannten Wege beschritten werden, beispielsweise die Verwendung einer elektrischen Beheizung oder auch Dampfbeheizung. In vielen Fällen ist diese Möglichkeit aber nicht gegeben. Bei Blockkraftwerken beispielsweise steht Fremddampf zur Beheizung eines solchen Rauchgaserhitzers während der Anfahrperiode nicht zur Verfügung. Andererseits ist auch eine elektrische Beheizung nicht in allen Fällen durchführbar oder wirtschaftlich vertretbar. Infolgedessen ist in der Regel die Beheizung durch Verbrennungswärme vorzuziehen, wobei man zweckmäßigerweise den gleichen Brennstoff verwendet, der zur Befeuerung der Kesselanlage benutzt wird und daher in jedem Falle zur Verfügung steht.The methods known per se can be used for heating the heater be trodden, for example, the use of electrical heating or also steam heating. In many cases, however, this is not possible. In the case of block power plants, for example, external steam is used to heat them The flue gas heater is not available during the start-up period. On the other hand is electrical heating is also not feasible or economical in all cases justifiable. As a result, the heating is usually by combustion heat to be preferred, expediently using the same fuel that is used to fire the boiler system and is therefore always available stands.

Die Verbrennung kann mit offener Flamme innerhalb des Rauchgaskanals erfolgen, da ja Brandgefahr grundsätzlich nicht besteht. Sofern es für erforderlich gehalten wird, kann man in den Zug der Verbrennungsgase Schutzvorrichtungen einschalten, insbesondere solche zur Abscheidung schädlicher Beimengungen (unverbrannter Brennstoffreste) und zur Verhinderung von Flammendurchschlag, beispielsweise Drahtgitter. Diese Möglichkeit ist in besonders einfacher Form dann gegeben, wenn man den Brenner nicht innerhalb des Rauchgaskanals anordnet, sondern seitlich von diesem in einer Verbrennungskammer, die in den Rauchgaskanal einmündet. Diese seitliche Anordnung ist aus konstruktiven Gründen vorzuziehen.The combustion can take place with an open flame inside the flue gas duct because there is basically no risk of fire. If necessary protection devices can be switched on in the flue gas flue, especially those for the separation of harmful additions (unburned fuel residues) and to prevent flame penetration, for example wire mesh. This possibility is given in a particularly simple form when the burner is not inside of the flue gas duct, but to the side of this in a combustion chamber, which opens into the flue gas duct. This lateral arrangement is from constructive Preferable for reasons.

Eine andere Lösung ist die, daß man gemäß weiterer Erfindung die Verbrennungsgase nicht unmittelbar in den Rauchgaskanal einführt, sondern den Rauchgaserhitzer als vom Rauchgaskanal luftdicht getrennten Wärmetauscher ausbildet, der die Wärme der Verbrennungsgase mittelbar durch seine Wände hindurch auf den Rauchgas strom überträgt. Auch hier bestehen wieder die beiden Möglichkeiten, daß man den Wärmetauscher des Erhitzers unmittelbar innerhalb des Rauchgaskanals anordnet oder aber in einer seitlichen Kammer, wobei im zweiten Falle die Verwendung einer Hilfsströmung eines gasförmigen Mittels durch diese Kammer und den Wärmetauscher des Erhitzers hindurch zwecks Abführung der Wärme in den Rauchgaskanal hinein vorteilhaft sein kann.Another solution is that, according to a further invention, the combustion gases does not introduce directly into the flue gas duct, but rather the flue gas heater as from the flue gas duct forms airtight separated heat exchanger that absorbs the heat of the Transferring combustion gases indirectly through its walls to the flue gas stream. Here, too, there are two possibilities that you can use the heat exchanger of the Heater arranged directly within the flue gas duct or in a side Chamber, in the second case the use of an auxiliary flow of a gaseous Means through this chamber and the heat exchanger of the heater for the purpose of discharge the heat into the flue gas duct can be advantageous.

Für die Weiterleitung der den Wärmetauscher des Erhitzers in abgekühlten Zustand verlassenden Verbrennungsgase bestehen ebenfalls verschiedene Möglichkeiten. Bemißt man diesen Wärmetauscher so, daß die Wärme der Verbrennungsgase dort bereits weitestgehend nutzbar gemacht wird, so kann man den die Verbrennungsgase abführenden Kanal einfach hinter den Wärmeaustauschflächen (Luftvorwärmer) in den Rauchgaskanal einmünden lassen. Da aber die abgeführten Verbrennungsgase in der Regel doch noch immer nennenswerte Wärmemengen enthalten werden, läßt man den Kanal besser vor dem Erhitzer in den Rauchgaskanal einmünden. Es werden dabei die vom Kessel ankommenden Rauchgase an dieser Stelle durch die Restwärme bereits vorgewärmt, um dann anschließend durch den Erhitzer weiter erhitzt zu werden.For the conduction of the heat exchanger of the heater in cooled down There are also various possibilities for the combustion gases leaving the state. If you dimension this heat exchanger so that the heat of the combustion gases is already there is made usable as far as possible, so one can remove the combustion gases Channel simply behind the heat exchange surfaces (air preheater) into the flue gas channel let flow into. As a rule, however, the exhausted combustion gases are still there always contain significant amounts of heat, it is better to leave the channel in front of the The heater opens into the flue gas duct. There are those arriving from the boiler Flue gases at this point already preheated by the residual heat, and then afterwards to be further heated by the heater.

Es kann der die abgekühlten Verbrennungsgase vom Rauchgaserhitzer abführende Kanal aber auch in den Luftkanal eingeleitet werden, und zwar entweder auf der kalten oder auf der heißen Seite.The cooled combustion gases from the flue gas heater can be used discharging channel can also be introduced into the air channel, either on the cold or on the hot side.

In allen Fällen, in denen der die Verbrennungsgase abführende Kanal in den Rauchgaskanal oder in den Luftkanal einmündet, können - wie schon vorher in Zusammenhang mit offen brennenden Erhitzern erwähnt - Schutzvorrichtungen zur Abscheidung schädlicher Beimengungen und zur Verhinderung von Flammendurchschlag vorgesehen werden.In all cases in which the duct leading off the combustion gases opens into the flue gas duct or into the air duct, can - as before mentioned in connection with open-burning heaters - protective devices for Separation of harmful additions and to prevent flame propagation are provided.

Zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens stellt die Zeichnung- zwei Ausführungsbeispiele dar. Fig. 1 zeigt eine Anlage mit offen brennendem Rauchgaserhitzer und Fig. 2 eine Anlage, bei der der Rauchgaserhitzer als luftdicht getrennter Wärmetauscher ausgebildet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 handelt es sich darum, einen Ljungström Luftvorwärmer 1, der in einen Luftkanal 2 und einen Rauchgaskanal 3 eingeschaltet ist, mittels eines Brenners 4 auf die erforderlichen Temperaturen zu erwärmen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Brenner 4 nicht unmittelbar innerhalb des Rauchgaskanals 3 angeordnet, sondern innerhalb einer seitlich angebrachten Verbrennungskammer 5, die in den Kanal 3 offen einmündet. Eine Schutzvorrichtung 6, wie sie möglicherweise in Betracht kommen kann, ist durch gestrichelte Linien angedeutet.To illustrate the idea of the invention, the drawing two exemplary embodiments. Fig. 1 shows a system with an open-burning flue gas heater and FIG. 2 shows a system in which the flue gas heater is an airtight separate heat exchanger is trained. In the embodiment of Fig. 1 it is a matter of a Ljungström air preheater 1, which is in an air duct 2 and a flue gas duct 3 is switched on, by means of a burner 4 to the required temperatures to warm up. In the illustrated embodiment, this burner 4 is not arranged directly within the flue gas duct 3, but within a side Attached combustion chamber 5, which opens into the channel 3 open. A protective device 6, as it may possibly be eligible, is indicated by dashed lines indicated.

Die Strömungsrichtungen in den beiden Kanälen sind durch Pfeile kenntlich gemacht. Der Luftstrom L wird mittels eines Gebläses 7 erzeugt. Der Gasstrom G verläuft hierzu im Gegenstrom.The directions of flow in the two channels are indicated by arrows made. The air flow L is generated by means of a fan 7. The gas flow G runs this in countercurrent.

Durch die . Verbrennungsgase des Brenners 4, der also beispielsweise mit Öl oder mit Kohlenstaub beheizt werden möge, wird hierbei der Luftvorwärmer 1 sehr schnell erwärmt, so daß mit Drehung des Rotors auch der Luftstrom L mittelbar erwärmt wird. Entscheidend für die Schonung des Luftvorwärmers ist aber die bereits hervorgehobene Tatsache, daß der in erster Linie gefährdete Teil, nämlich der Teil innerhalb des Rauchgaskanals 3, unverzüglich - und nicht erst mittelbar wie nach den bekannten Verfahren - auf die erforderliche Temperatur gebracht wird.Through the. Combustion gases from the burner 4, which is for example The air preheater is used for heating with oil or coal dust 1 heated up very quickly, so that with the rotation of the rotor the air flow L is also indirect is heated. However, this is crucial for protecting the air preheater highlighted fact that the primarily endangered part, namely the part within the flue gas duct 3, immediately - and not indirectly as after the known method - is brought to the required temperature.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Brenner 4 wieder in einer besonderen Verbrennungskammer 5 angeordnet. Diese Kammer 5 mündet aber in den Rauchgaskanal nicht unmittelbar ein, sondern es werden die heißen Verbrennungsgase einem vom Rauchgaskanal luftdicht getrennten Wärmetauscher 8 zugeführt, der in diesem Fall innerhalb des Rauchgaskanals 3 angeordnet ist. Die abgekühlten Verbrennungsgase verlassen den Wärmetauscher 8 des Erhitzers durch einen Kanal 9, der in Strömungsrichtung vor dem Erhitzer in den Rauchgaskanal 3 einmündet, so daß diese Verbrennungsgase, die immer noch gewisse Wärmemengen enthalten, den - Rauchgasstrom dort bereits etwas vorwärmen.In the embodiment according to FIG. 2, the burner 4 is again arranged in a special combustion chamber 5. However, this chamber 5 does not open directly into the flue gas duct, but rather the hot combustion gases are fed to a heat exchanger 8 which is airtightly separated from the flue gas duct and which, in this case, is arranged inside the flue gas duct 3. The cooled combustion gases leave the heat exchanger 8 of the heater through a channel 9, which opens into the flue gas channel 3 in the flow direction upstream of the heater, so that these combustion gases, which still contain certain amounts of heat, already preheat the flue gas flow a little there.

Die schon erwähnten Möglichkeiten der Einführung der Verbrennungsgase in den Luftkanal 2 sind durch gestrichelte Linien 10 und 11 angedeutet. An der Einmündung dieser Kanäle 9 bzw. 10 bzw. 11 oder auch im weiteren Zuge der Verbrennungsgase können wieder die erwähnten Schutzvorrichtungen vorgesehen werden.The already mentioned possibilities of introducing the combustion gases into the air duct 2 are indicated by dashed lines 10 and 11. At the confluence of these channels 9 or 10 or 11 or also in the further course of the combustion gases, the protective devices mentioned can again be provided.

Wenngleich in der Zeichnung zu beiden Ausführungsbeispielen als Wärmeaustauschfläche nur ein Ljungström Luftvorwärmer gezeichnet ist, um den Grundgedanken der Erfindung in möglichst einfacher Form zu veranschaulichen, so treffen die Überlegungen aber doch auf Wärmeaustauschflächen beliebiger Art zu. Ist dem Luftvorwärmer beispielsweise ein Speisewasservorwärmer vorgeschaltet, der bei zu niedrigen Rauchgastemperaturen ja ebenfalls rauchgasgefährdet ist, so ist der Rauchgaserhitzer zweckmäßigerweise bereits vor diesem anzuordnen.Although in the drawing for both exemplary embodiments as a heat exchange surface only a Ljungström air preheater is drawn to the basic idea of the invention To illustrate in the simplest possible form, however, the considerations but on heat exchange surfaces of any kind. Is the air preheater for example a feed water preheater is connected upstream, which is used if the flue gas temperatures are too low yes is also endangered by smoke gas, the smoke gas heater is appropriate to be arranged before this.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A method to avoid falling below the dew point in flue gas-heated heat exchangers, in particular air preheaters, according to which the temperature of the heat exchange surfaces is increased by additional heating during start-up and at partial load, characterized in that this temperature increase occurs on the way via the heat exchanger entering Flue gases is caused, which are brought by means of a heater to approximately the temperature that is required for proper operation of the heat exchange surfaces.

2. Flue gas heater for performing the method according to claim 1, characterized in that it is in an is heated in a known manner by the heat of combustion, preferably using the same fuel that is available for firing the boiler system.

3. Flue gas heater according to claim 2, characterized in that the burner (4) in a side of the flue gas duct (3) which opens openly into the duct Combustion chamber (5) is arranged so that the combustion gases of the heater flow into the channel, while the combustion flame is not or only insignificantly hits the canal.

4. Flue gas heater according to claim 2, characterized in that that it is designed as a heat exchanger (8) which is airtightly separated from the flue gas duct is that the heat of the combustion gases indirectly through its walls transfers to the flue gas flow.

5. Flue gas heater according to claim 4, characterized in that that the channel discharging the cooled combustion gases from the flue gas heater (8) (9) opens into the flue gas duct in front of the flue gas heater.

6. Flue gas heater according to claim 4, characterized in that the cooled combustion gases The duct (10 or 11) leading away from the flue gas heater opens into the air duct (2).

7. Flue gas heater according to one of claims 4 to 6, characterized in that in the course of the channel or the channel discharging the combustion gases from the flue gas heater The flue gas or air ducts conveying the combustion gases are protective devices (6), in particular for the separation of harmful additions and / or for prevention of flame penetration, are arranged. Publications considered: communications the Association of Large Boiler Owners, 1951, Issue 12/13, pp. 259/260; magazine BWK, 1955, No. 1, pp. 10 to 13; Archives for heat management and steam boiler beings, 1931, p. 369; Gumz: "Air preheating in steam boiler operation", 1933, p. 281 bis 289 (especially pp. 285, 287, 289).