DE19644914C2 - Mühlenluftvorwärmer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen regenerativen konzentrisch aufgebauten Mühlenluftvor­ wärmer für eine Kraftwerksanlage mit Kohlenstaubfeuerung mit je einem Sektor und entsprechenden Anschlußstutzen für Primär- und Sekundärluft und mit je einem Pri­ mär- und Sekundärgasteil mit entsprechenden Anschlußstutzen, wobei im Anschluß­ stutzen für das Sekundärgas Klappen angeordnet sind.

Insbesondere betrifft die Erfindung einen konzentrischen Mühlenluftvorwärmer für Dampferzeuger mit Kohlenstaubfeuerung, bei dem die Einstellung der geforderten Mühlenheißlufttemperatur mit Hilfe eines Primärkaltluftbypasses erfolgt und die da­ durch bedingten unterschiedlichen Abgastemperaturen hinter Primär- und Sekundärteil ausgeglichen werden, indem der Anschlußstutzen für das Sekundärgas in mindestens zwei separate Strömungsbereiche unterteilt und wenigstens eine dieser Strömungsbe­ reiche mit einem Absperr- oder Drosselorgan versehen und mit Hilfe dieser Einrichtung die Rauchgasmenge zwischen Primär- und Sekundärgasteil verschoben wird.

In fossil beheizten Kraftwerksanlagen wird die zur Verbrennung benötigte Luft übli­ cherweise in Regeneratoren, sogenannten Luftvorwärmern, aufgeheizt. Bei Kohlen­ staubfeuerungen wird die zur Verbrennung vorgesehene Kohle zunächst in einer Mahlanlage gemahlen, bevor der so erzeugte Kohlenstaub zur Verfeuerung gelangt.

Üblicherweise wird ein als Primärluft bezeichneter Teilstrom der im Luftvorwärmer vorgewärmten Verbrennungsluft benutzt, um den Kohlenstaub in der Mahlanlage zu trocknen, zu sichten und von der Mahlanlage zu den Brennern zu transportieren, während die übrige Luftmenge als sogenannte Sekundärluft direkt zu den Brennern der Feuerung zugeführt wird. Regeneratoren, welche die getrennte Führung von Primär- und Sekundärluft ermöglichen, werden als Mühlenluftvorwärmer bezeich­ net.

Ein Überblick über die Möglichkeiten der konstruktiven Ausführung solcher tech­ nisch erprobter Mühlenluftvorwärmer in mehreren unterschiedlichen Bauarten ist aus der DE-Z VGB Kraftwerkstechnik 61, Heft 7 (Juli 1981) bekannt. Eine der hierin gezeigten Varianten ist als konzentrischer bzw. Zweistrom-Mühlenluftvorwärmer bekannt geworden.

Ein besonderes Ausführungsmerkmal der bei konzentrischen Mühlenluftvorwär­ mern entsprechend Bauart Ljungström üblichen Bauform ist, daß der Primär- und Sekundärteil im Rotor konzentrisch angeordnet sind. Dabei befinden sich der Pri­ märteil innen und der Sekundärteil außen. Die Abdichtung zwischen beiden Teilen wird durch eine einfache Ring-Labyrinth-Abdichtung bewirkt. Diese Ring-Labyrinth- Abdichtung ist an der Radialabdichtung angehängt. Sie wird mit dieser gemeinsam eingestellt und entsprechend der thermisch bedingten Verformung des Rotors nachgeführt.

Zur Abdichtung des Rotors gegenüber dem feststehenden Gehäuse des Mühlen­ luftvorwärmers ist jeweils ein den Rotor umfassender Stahlgürtel vorgesehen, wel­ cher zum einen in radialer und zum anderen in axialer Richtung ausgerichtet ist und entsprechend den thermisch bedingten Verformungen des Rotors mittels zuge­ ordneter Betätigungselemente nachgeführt wird

Die je nach Kessellast und damit entsprechend der Anzahl der in Betrieb befindli­ chen Mühlen und Kohlezusammensetzung hinsichtlich deren Feuchtegehalt, des Anteils an flüchtigen Bestandteilen sowie der Mahlfeinheit geforderte Mühlenluftmenge und Mühlenlufttemperatur wird bei konzentrischen oder Zweistrom- Luftvorwärmern, wie bei Mühlenluftvorwärmern allgemein üblich, mit Hilfe eines Pri­ märkaltluftbypasses geregelt. Dieser Regeleingriff verursacht naturgemäß Unterschie­ de in der Abgastemperatur hinter dem Primär- bzw. Sekundärteil des Luftvorwärmers.

Wegen der sehr starken Temperaturabhängigkeit des elektrischen Staubwiderstandes und der dadurch beeinflußten Abscheideleistung der Elektrofilter muß mit Rücksicht auf den Abscheidegrad das Abgastemperaturprofil vor den Filtern möglichst gleichförmig sein. Es dürfen also einerseits keine großen Temperaturdifferenzen in der Abgastem­ peratur hinter Primär- und Sekundärteil der Mühlenluftvorwärmer auftreten und ande­ rerseits muß der Auslegungsbereich für die Rauchgastemperatur im Elektrofilter einge­ halten werden.

Weiterhin darf die Temperatur der Heizfläche am kalten Ende des Regenerators an keiner Stelle die Taupunkttemperatur des Rauchgases unterschreiten, um so Konden­ sation und damit einhergehende Verschmutzung zu vermeiden. Zum Ausgleich der durch den Primärkaltluftbypass bedingten unterschiedlichen Abgastemperaturen hinter Primär- und Sekundärteil muß eine zusätzliche Verschiebung der Rauchgasmengen zwischen Primär- und Sekundärteil erfolgen.

Entsprechend dem aus der DE-AS 12 52 349 bekannten Stand der Technik sind hierzu Rauchgasklappen zur Regelung der Abgastemperaturunterschiede zwischen Primär- und Sekundärteil und zusätzlich ein Kaltluftbypass zur Einstellung der Mühlenheißluft­ temperatur vorgesehen, welche mittels einer kombinierten Regelung betrieben werden.

Dabei erfolgt für den Betriebsfall hoher Kohlenfeuchte ein Verschieben der über den Primärteil geführten Rauchgasmenge und/oder eine Anhebung der Rauchgastempera­ tur vor dem Primärteil durch Abnahme eines Rauchgasteilstromes vor dem üblicher­ weise zwischen Kessel und Luftvorwärmer eingebauten Economizer.

Die im Stand der Technik bekannten Regelungskonzepte benötigen Drosselorgane, die meist als mehrzügige Jalousieklappen ausgebildet sind und die Rauchgaskanalquer­ schnittsflächen oder die rauchgasseitigen An- oder Abströmstutzenquerschnittsflächen komplett abdecken. Wegen der zu regelnden hohen Gasvolumenströme mit mehr als 1.000.000 Nm³/h und deshalb großen abzudeckenden Quer­ schnittsflächen braucht man entsprechend große und teuere Klappen. Hinzukommt, daß die Rauchgasklappen, insbesondere bei gedrosseltem Betrieb, einem hohen Verschleiß durch Stauberosion ausgesetzt und deshalb sehr wartungsintensiv sind, was sich wieder in erheblichen Kosten niederschlägt.

Zur Abdeckung von sicherheitstechnischen Anforderungen ist es zudem erforder­ lich, daß die einzelnen Klappenorgane umfangreich gegeneinander verschaltet sind und verriegelt werden können. Dies verursacht zusätzlichen Aufwand hinsicht­ lich der erforderlichen Hardware und Software.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, einen Mühlenluftvorwärmer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei wel­ chem die zur Regelung der Rauchgasmengen durch den Primär- und Sekundärteil erforderlichen Drossel- und/oder Absperrorgane einen geringeren Aufwand bei Herstellung, Transport, Montage und Betrieb sowie bei der Wartung verursachen als die seither eingesetzten Rauchgasklappen. Ferner soll ein Verfahren aufgezeigt werden, das einen leicht handhabbaren Betrieb des Mühlenluftvorwärmers gestat­ tet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung weist ein Anschlußstutzen, der den Rauchgaskanal mit dem Sekundärgassektor des Mühlenluftvorwärmers verbindet, wenigstens eine in Strö­ mungsrichtung ausgerichtete Trennwand auf, welche ihn in wenigstens zwei sepa­ rate Strömungsbereiche unterteilt, wobei wenigstens ein Strömungsbereich mit ei­ nem Drossel- und/oder Absperrorgan versehen ist. Bevorzugterweise werden die Drossel- und/oder Absperrorgane in die von benachbarten Trennwänden gebilde­ ten Strömungsbereiche eingebaut.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die wenig­ stens eine Trennwand in einem mit dem Rauchgaskanal verbundenen Anschluß­ stutzen für das Sekundärgas angeordnet. Dabei ist es entsprechend dem jeweiligen Einzelfall, das heißt abhängig von der konstruktiven Gestaltung des Luftvorwärmers als auch von den betriebsabhängigen Randbedingungen, günstig, daß die wenig­ stens eine Trennwand in dem anströmseitigen Sekundärgas-Anschlußstutzen, auf der sogenannten heißen Seite, angeordnet ist.

Andererseits kann es statt dessen in bestimmten Fällen günstiger sein, daß die wenigstens eine Trennwand in dem abströmseitigen Anschlußstutzen, auf der so­ genannten kalten Seite, angeordnet ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es auch mög­ lich, mindestens eine Trennwand in den anströmseitigen und mindestens eine Trennwand in den abströmseitigen Anschlußstutzen für das Sekundärgas einzu­ bauen.

Entsprechend einer zweckmäßigen Ausbildung des erfindungsgemäßen Mühlen­ luftvorwärmers kann die mindestens eine Trennwand bei einem beliebigen Niveau oberhalb bez. und/oder unterhalb der Rotorstirnfläche beginnen, bei Anordnung auf der heißen Seite in Strömungsrichtung bzw. bei Anordnung auf der kalten Seite entgegen der Strömungsrichtung des Rauchgases entlang den Stutzenseitenwän­ den führen und vor den Rotorradialwänden enden.

Um die so gebildeten separaten Rauchgaswege im Anschlußstutzen für das Se­ kundärgas möglichst gut zum Rotor hin abzudichten, kann in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen konzentrischen Mühlenluftvorwärmers vor­ gesehen sein, daß die wenigstens eine im Sekundärgasanschlußstutzen befindli­ che Trennwand parallel zu den Radialwänden des Rotors angeordnet ist.

Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die wenigstens eine Trennwand einen möglichst geringen Abstand zu den stirnseitigen Kanten der Rotorradialwän­ de aufweist und in besonders vorteilhafter Weiterbildung mit Dichtelementen ver­ sehen ist.

Entsprechend einer günstigen Ausführungsform sind die in dem erfindungsgemä­ ßen Mühlenluftvorwärmer in den durch die wenigstens eine vorgesehene Trenn­ wand im Sekundärgasstutzen gebildeten separaten Strömungsbereichen angeordneten Drossel- und/oder Absperrorgane z. B. als Flügel- oder Jalousieklappen be­ ziehungsweise als Lamellenklappen ausgebildet.

Mit dem erfindungsgemäß ausgeführten konzentrischen Mühlenluftvorwärmer ist es erstmals möglich, die zum Ausgleich der durch den Primärkaltluftbypass verursach­ ten Rauchgastemperaturunterschiede hinter Primär- und Sekundärgasteil notwen­ dige Verschiebung der Rauchgasmengen nicht durch eine jeweilige Zwischenstel­ lung eines Drosselorganes im Rauchgaskanal zu erreichen, welches hierdurch ei­ nem besonders starken erosiven Verschleiß ausgesetzt ist, sondern dadurch, daß die Rauchgasmenge durch die separaten Strömungsbereiche im Sekundärgasstut­ zen mit Hilfe der dort installierten Drosselorgane geregelt wird.

Besonders vorteilhaft kann das Verschieben der Rauchgasmengen erreicht wer­ den, indem Rauchgasklappen in einem oder mehreren separaten Strömungsberei­ chen voll geöffnet oder komplett geschlossen werden. Damit können die hinsicht­ lich Verschleiß besonders nachteiligen Zwischenstellungen von Rauchgasklappen vermieden werden, in denen das staubhaltige Rauchgas an der einen Strömungs­ widerstand bildenden, schräg gestellten Klappenoberfläche mit erhöhter Ge­ schwindigkeit vorbeiströmt. Je mehr separate Strömungsbereiche durch Trennwän­ de gebildet und mit Absperrorganen versehen werden, um so feiner kann durch Schließen oder Öffnen eines oder mehrerer Absperrorgane der zwischen Primär- und Sekundärgasseite zu verschiebende Rauchgasstrom gere­ gelt werden.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung zeigt sich darin, daß beim maximalen Rege­ leingriff bezüglich der Primärheißgastemperatur, nämlich Primärkaltluftbypass ganz offen (100%) oder ganz geschlossen (0%), höchstens ein Drittel, das heißt ca. 20-­ 30%, der an- und /oder abströmseitigen Sekundärgasrotorfläche für Rauchgas mit Hilfe der Absperrklappen in den separaten Strömungsbereichen des Anschlußstut­ zens betätigt, nämlich geöffnet oder versperrt, werden müssen, um so durch Ver­ schieben der entsprechenden Rauchgasmengen zwischen Primär- und Sekundär­ gasteil und umgekehrt den notwendigen Temperaturausgleich im Rauchgas hinter dem Primär- und Sekundärgasteil zu bewirken.

Auf diese Weise kann durch die erfindungsgemäß verminderten Strömungsquer­ schnitte, welche mittels Drossel- bzw. Absperrorganen zu kontrollieren sind, demzu­ folge der Aufwand für diese Organe deutlich verringert werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei der erfindungsgemäßen Ausführung auf Klappen mit stetigem Stellverhalten verzichtet werden kann und statt dessen einfa­ che Auf-Zu-Klappen genügen, was den mit der Herstellung der Klappen verbun­ denen Aufwand und den Aufwand für die Regelungstechnik im Betrieb deutlich re­ duziert.

Anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie be­ sondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht eines konzentrischen Mühlenluftvorwärmers und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Rauchgasstutzen.

In Fig. 1 ist eine Ansicht der Stirnseite eines konzentrischen Mühlenluftvorwärmers 10 mit einem ersten Anschlußstutzen 12 für primäres Rauchgas und mit einem zweiten Anschlußstutzen 14 für sekundäres Rauchgas sowie mit einem ersten Auslaß 16 für Primärluft und mit einem zweiten Auslaß 18 für Sekundärluft darge­ stellt. Dabei zeigt diese Darstellung die Anströmseite für das Rauchgas und die Abströmseite für die Luft. Diese Seite wird auch als 'Heiße Seite' des Luftvorwär­ mers 10 bezeichnet.

Die erfindungsgemäße Ausführung sieht vor, daß in den Sekundärgaskanalan­ schlußstutzen 14, und zwar an- und/oder abströmseitig, vorzugsweise jedoch an­ strömseitig, das heißt auf der sogenannten heißen Seite, mindestens eine Trenn­ wand 20, vorzugsweise zwei oder mehrere Trennwände 20 angeordnet sind.

Diese wenigstens eine Trennwand 20 ist bei einem beliebigen Niveau oberhalb bzw. und/oder unterhalb der Stirnfläche 22 eines zentral angeordneten Rotors 24 angeordnet. Sie führt in Strömungsrichtung des Gases entlang den Seitenwänden 26 des betreffenden Stutzens 14 und endet vor den Radialwänden 28 des Rotors 24.

Mit Hilfe der Trennwand 20 wird also der Rauchgasweg im Sekundärstutzen 14 in mindestens zwei separate An- oder Abströmbereiche 30 unterteilt. Um die so gebil­ deten separaten Gaswege mit der Rotorstirnfläche 22 möglichst gut abzudichten, ist/sind die Trennwand/-wände 20 vorteilhafterweise parallel zu den Rotorradial­ wänden 28 ausgerichtet und enden mit möglichst geringem Abstand vor den stirn­ seitigen Kanten dieser Rotorradialwände 28. Zusätzlich können sie noch mit hier nicht im einzelnen dargestellten bekannten Abdichtsystemen ausgestattet werden.

Zwischen der Trennwand 20 und einer Stutzenseitenwand 26, vorzugsweise zwi­ schen zwei Trennwänden 20 oder noch vorteilhafter zwischen jeweils benachbarten Trennwänden 20 wird ein an sich bekanntes Drosselorgan bzw. werden Drosselor­ gane eingebaut, z. B. Flügelklappen, Jalousieklappen usw. Mit einem solchen Dros­ selorgan kann nun die Rauchgasmenge durch das von diesem Organ bedienten Sekundärgas-Rotorsegment variiert werden. Drosselt man so die Rauchgasmenge durch ein Sekundärgassegment oder sperrt dieses ganz ab, nimmt die Gasmenge und damit die Gasgeschwindigkeit durch den unversperrten Bereich des Rotors 24 im Sekundärgassektor zu, was zur Folge hat, daß der Druckverlust hier ansteigt und deshalb eine Teilmenge des Sekundärgases den Weg über den Primärgassek­ tor nimmt, und zwar so viel, bis sich der Druckverlust über beiden Gassektoren an­ geglichen hat.

Auf diese Weise lassen sich einfach die über den Primär- und Sekundärteil geführ­ ten Gasmengen verschieben und so die Gastemperaturen hinter dem Primär- und Sekundärteil regeln. Um auch die extremen Betriebszustände sicher mit diesem Regelkonzept abdecken zu können, reicht es aus, maximal 20-30% der Sekun­ därgasrotorfläche für das Rauchgas zu versperren. Das bedeutet, daß im Vergleich zum Stand der Technik, wo die Drosselorgane 100% der Rauchgaskanalquer­ schnittsfläche einnehmen, beim hier vorgelegten Konzept sehr viel kleinere Klap­ pensysteme ausreichen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der erfinderischen Art sieht vor, mehrere Trennwände 20 in den Sekundärgasstutzen 14 einzubauen und die so gebildeten Kanalbereiche mit Absperrorganen zu versehen. Je mehr Teilsektoren durch die Trennwände 20 gebildet und mit Absperrorganen versehen werden, um so feiner und einfacher kann durch Schließen oder Öffnen eines oder mehrerer Absperror­ gane die zwischen Primär- und Sekundärgasstrom zu verschiebende Rauchgas­ menge geregelt werden. Es bedarf also keiner Klappen mit stetigem Stellverhalten, sondern es genügen Auf-Zu-Organe, was zum einen eine preiswerte, regelungs­ technisch einfachere und zum anderen eine verschleißarme Lösung darstellt.

Claims (9)

1. Regenerativer, konzentrisch aufgebauter Mühlenluftvorwärmer (10) für eine Kraftwerksanlage mit Kohlenstaubfeuerung

• a) mit je einem Sektor und entsprechenden Anschlussstutzen (16, 18) für Primär- und Sekundärluft und
• b) mit je einem Primär- und Sekundärgasteil mit entsprechenden Anschlussstutzen (12, 14),
• c) wobei im Anschlußstutzen (14) für das Sekundärgas Klappen angeordnet sind,
• d) dadurch gekennzeichnet,
• e) dass der Anschlußsstutzen (14) für das Sekundärgas wenigstens eine in Strömungsrichtung und in radialer Richtung ausgerichtete Trennwand (20) aufweist,
• f) welche ihn in wenigstens zwei Strömungsbereiche (30) unterteilt, und
• g) dass wenigstens ein Strömungsbereich (3) mit einem Drossel- oder Absperrorgan versehen ist.

2. Mühlenluftvorwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen für das Sekundärgas (14) mit mehreren in Strömungsrichtung aus­ gerichteten Trennwänden (20) versehen ist, welche eine entsprechende Anzahl von Strömungsbereichen (30) im Sekundärgasanschlußstutzen (14) bilden.

3. Mühlenluftvorwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Trennwand (20) im abströmseitigen Anschlußstutzen (15) für das Sekundärgas angeordnet ist.

4. Mühlenluftvorwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Trennwand (20) im anströmseitigen Anschlußstutzen für das Sekun­ därgas angeordnet ist.

5. Mühlenluftvorwärmer nach einem der vorherigen Ansprüche, der als kon­ zentrischer Mühlenluftvorwärmer (10) der Bauart Ljungström ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine im Sekundärgasanschlußstutzen vorgese­ hene Trennwand (20) parallel zu Radialwänden (28) des Rotors (24) angeordnet ist.

6. Mühlenluftvorwärmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Trennwand (20) zur Stirnfläche des Rotors (24) hin mit Dichtelemen­ ten versehen ist.

7. Mühlenluftvorwärmer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in den durch die wenigstens eine vorgesehene Trennwand (20) gebildeten Strömungsbereichen (30) angeordneten Drossel- und/oder Absperrorgane als Jalousieklappen ausgebildet sind.

8. Mühlenluftvorwärmer nach einem der Ansprüche 5 oder 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Jalousieklappen als Radialklappen mit Radiallamellen aus­ gebildet sind.

9. Mühlenluftvorwärmer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in jedem der durch die wenigstens eine vorgesehene Trennwand (20) gebildeten Strömungsbereichen (30) Drossel- und/oder Absperrorgane angeord­ net sind.