Verfahren zum Anfahren eines Wärmetauschersystems zur Dampferzeugung sowie Wärmetauschersystem zur Dampferzeugung

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines in einer Heißgasleitung, insbesondere Abgasleitung, zweckmäßig in einem Abhitzekessel, beispielsweise nach einer Gasturbine, vorgesehenen Wärmetauschersystems zur Dampferzeugung, beispielsweise eines Umlauf- bzw. Durchlaufdampferzeugers, vorteilhaft eines Natur- bzw. Zwangsumlauf- bzw. Zwangsdurchlaufkessels, insbesondere eines Vorwärmer/Verdampfer/überhitzersystems, dem ein Startwärmetauscher vorgeschaltet ist, über den Speisemedium-, insbesondere Wasser-bzw. Dampfzufuhr erfolgt und der beim Anfahren zuerst Heißdampf und endlich Wasser an das Wärmetauschersystem abgibt, so daß das ursprünglich drucklose leere und im wesentlichen auf Heißgastemperatur erhitzte Wärmetauschersystem kontinuierlich in seinen Betriebszustand und auf seine Betriebstemperatur gebracht wird, sowie ein entsprechendes Wärmetauschersystem. Das Verfahren ist vornehmlich dadurch gekennzeichnet, daß der Startwärmetauscher im kalten Zustand mit Speisemedium gefüllt und anschließend mit Heißgas beaufschlagt wird. Die Vorrichtung ist vornehmlich dadurch gekennzeichnet, daß der Startwärmetauscher (2) zumindest teilweise, vorteilhaft weitestgehend, vom Heißgasstrom trennbar ist, wobei der Startwärmetauscher insbesondere als Hilfsdampferzeuger zum Anfahren der Gesamtanlage aus dem kalten Zustand dient.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines in einer Heißgasleitung, insbesondere Abgasleitung, zweckmäßig in einem Abhitzekessel, beispielsweise nach einer Gasturbine, vorgesehenen Wärmetauschersystems zur Dampferzeugung, beispielsweise eines Umlauf-bzw. Durchlaufdampferzeugers, vorteilhaft eines Natur- bzw. Zwangsumlaufkessels bzw. Zwangsdurchlaufkessels, insbesondere eines Vorwärmer/Verdampfer/Überhitzersystems, dem ein Startwärmetauscher vorgeschaltet ist, über den Speisemedium-, insbesondere Wasser- bzw. Dampfzufuhr erfolgt und der beim Anfahren zuerst Heißdampf und endlich Wasser an das Wärmetauschersystem abgibt, so daß das ursprünglich drucklose leere und im wesentlichen auf Heißgastemperatur erhitzte Wärmetauschersystem kontinuierlich in seinen Betriebszustand und auf seine Betriebstemperatur gebracht wird, sowie ein entsprechendes Wärmetauschersystem. Das Wärmetauschersystem kann auch nur einen einzigen oder zwei Wärmetauscher umfassen, dem bzw. denen ein Startwärmetauscher vorgeschaltet ist.

[0002] Ein derartiges Verfahren samt Vorrichtung ist in der DE-PS 3 741 882 beschrieben.

[0003] Der Startwärmetauscher steht bei dieser bekannten Vorrichtung stets mit dem Heißgas in Verbindung, hat also bei leerem Wärmetauschersystem ebenso wie dessen andere Wärmetauscher zumindestens im wesentlichen Heißgastemperatur. Er ist als Wärmespeicher mit hoher Speicherleistung als System konzentrischer Rohre konzipiert, die zum Ausgleich der unterschiedlichen Wärmedehnung beim Einspeisen von Wasser beim Anfahren der Dampferzeugungsanlage gegeneinander beweglich sind. In der Druckschrift ist erwähnt, daß es nicht schaden würde, wenn dabei z.B. das Innenrohr des Systems, wo die Wassereinspeisung erfolgt, reißt. Der Startwärmetauscher gemäß dieser DE-PS 3 741 882 hat den großen Nachteil, daß beim Anfahren das durchfließende Wasser wegen der beachtlichen Temperaturdifferenzen die Schutzschicht in der Eintrittszone beschädigt bzw. zerstört und dadurch insbesondere Eisen in das Kesselsystem eingetragen wird, wodurch auch das Wärmetauschersystem gefährdet wird.

[0004] Es wurde nunmehr gefunden, daß man diese Nachteile ohne komplizierte Wärmetauscherkonstruktion sehr einfach dadurch vermeiden kann, daß man umgekehrt vorgeht, nämlich nicht den heißen wärmespeichernden Startwärmetauscher mit Wasser anfährt, sondern einen kalten Startwärmetauscher mit Heißgas anfährt.

[0005] Das erfindungsgemäße Verfahren ist demgemäß vor allem dadurch gekennzeichnet, daß der Startwärmetauscher im kalten Zustand mit Speisemedium gefüllt und anschließend mit Heißgas beaufschlagt wird. Das bedeutet in der Praxis, daß der Startwärmetauscher mit Wasser bzw. Dampf gefüllt wird, wobei die Temperatur wesentlich niedriger ist als z.B. die Temperatur des Abgases einer Gasturbine (meist über 500°C). Der Startwärmetauscher wird daher anschließend "in kaltem Zustand" mit Heißgas beaufschlagt.

[0006] Nach einem weiteren Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die dem Startwärmetauscher zugeführte Heißgas- und/oder Speisemedium-, insbesondere Wasser- bzw. Dampfmenge im Anfahrzustand so geregelt, daß beim Eintreten des Speisemediums, insbesondere Wassers bzw. Dampfes, in das auf Heißgastemperatur erhitzte Wärmetauschersystem keine Thermoschockwirkung auftritt. Unter Thermoschock wird die Beanspruchung des Materials des Wärmetauschersystems durch plötzliche Temperaturunterschiede an den druckführenden Bauteilen verstanden (siehe auch S. SCHWAIGERER "Festigkeitsberechnung von Bauelementen des Dampfkesssel-, Behälter- und Rohrleitungsbaues, 2. Auflage, 1970, Seiten 59/60). Als Speisemedium wird vor allem kaltes Wasser bevorzugt.

[0007] Dementsprechend ist das erfindungsgemäße, in einer Heißgasleitung, insbesondere Abgasleitung, zweckmäßig in einem Abhitzekessel, beispielsweise nach einer Gasturbine, angeordnete Wärmetauschersystem zur Dampferzeugung, beispielsweise ein Umlauf- bzw. Durchlaufdampferzeuger, vorteilhaft ein Natur- bzw. Zwangsumlauf- bzw. Zwangsdurchlaufkessel, insbesondere ein Vorwärmer-, Verdampfer- und Überhitzersystem, mit einem Startwärmetauscher, über den Speisemedium-, insbesondere Wasser- bzw. Damnfzufuhr erfolgt und der beim Anfahren des drucklosen, leeren und im wesentlichen auf Heißgastemperatur befindlichen Wärmetauschersystems zuerst Heißdampf und endlich Wasser an das Wärmetauschersystem abgibt, vor allem dadurch gekennzeichnet, daß der Startwärmetauscher zumindest teilweise, vorteilhaft weitestgehend, vom Heißgasstrom trennbar ist, wobei der Startwärmetauscher insbesondere als Hilfsdampferzeuger zum Anfahren der Gesamtanlage aus dem kalten Zustand dient.

[0008] Dabei ist insbesondere der Startwärmetauscher in der Heißgasleitung angeordnet und gegen den Heißgasstrom mittels Klappen od.dgl. abschirmbar; eine andere vorteilhafte Möglichkeit ist, daß der Startwärmetauscher in einer mittels Klappen od.dgl. öffen- und schließbaren Nebenleitung der Heißgasleitung angeordnet ist, die einen im Vergleich zur Heißgasleitung wesentlich kleineren Durchtrittsquerschnitt, z.B. von etwa 25 % des Gesamtquerschnitts, aufweist.

[0009] Günstig ist weiterhin, daß dem Startwärmetauscher eine zusätzliche Wasser-bzw. Dampf-Zuführung nachgeschaltet ist; auf diese Weise kann nach dem Anfahren der Startwärmetauscher außer Betrieb genommen werden.

[0010] Die Erfindung kann an jedem Wärmetauschersystem verwirklicht werden, bevorzugt wird ein geschlossenes System, wo also das aus dem erzeugten Dampf nach Arbeitsleistung und Abkühlung gebildete Kondensat als Speisewasser rückgeführt wird; weiterhin auch an jedem Dampferzeugungssystem (wie Zwangsdurchlauf, Naturumlauf, Zwangsumlauf).

[0011] Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, die schematisch in einer Heißgasleitung angeordnete Wärmetauschersysteme zur Dampferzeugung, mit anderen Worten sogenannte Abwärmekessel, ohne den nachgeschalteten Energieumwandler (z.B. Dampfturbine) oder -verbraucher (z.B. Heizung) zeigen. In den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung besitzen gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen; die Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 sind Durchlaufdampferzeuger, die Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 Umlauferhitzer, wobei in einer kaminartigen Heißgasleitung 1 (Gaszufuhr Pfeil E′, Gasabfuhr Pfeil F′) übereinander ein übliches Vorwärmer/ Verdampfer/Überhitzersystem angeordnet ist, bei dem das Heißgas wie bekannt zuerst mit dem Überhitzer 6, dann mit dem Verdampfer 4 und endlich mit dem Vorwärmer 3, die übliche Kesselwärmetauscher sind, in Kontakt kommt. Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 ist in Dampfströmungsrichtung zwischen Verdampfer 4 und Überhitzer 6 ein Sammler S6, eine Abscheideflasche 5 und ein Sammler S7 vorgesehen; der den Überhitzer 6 verlassende Dampf geht über den Sammler S8 in Pfeilrichtung B′ zum Verbraucher. In der Zeichnung ist dargestellt, daß wahlweise einzelne oder alle Sammler etweder im oder außerhalb des Rauchgasstromes angeordnet sein können.

[0012] Die Anspeisung des Systems erfolgt in Pfeilrichtung A′ mit Wasser (oder Dampf) über einen Sammler S1 in einen Startwärmetauscher 2, der über Sammler S2 und S3 mit dem Vorwärmer 3 verbunden ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Startwärmetauscher 2 oberhalb des Vorwärmers 3 in der Heißgasleitung 1 angeordnet und gegenüber dem Heißgasstrom durch Klappen 9 od.dgl. abschirmbar. Man erkennt, daß das System nach Fig. 1 grundsätzlich über den Sammler S1 gespeist wird, wobei aber als weitere Besonderheit zwischen dem Sammler S2 und S3 eine weitere Einspeisestelle A˝ vorgesehen sein kann.

[0013] Beim Anfahren des leeren Systems wird zuerst der vom Heißgasstrom abgeschirmte kalte Startwärmetauscher mit Dampf oder Wasser beschickt und die Abschirmklappen werden geöffnet, so daß das Heißgas mit dem Startwärmetauscher in Berührung kommt. Die Abschirmklappenstellung bzw. die Anspeisung des Startwärmetauschers 2, bzw. beide, werden so aufeinander abgestimmt, daß der Startwärmetauscher zu Beginn der Anfahrphase Heißdampf und zum Ende der Anfahrphase Warmwasser an den Vorwärmer 3 abgibt, so daß sich das System vom heißen, leeren in seinen Betriebszustand abkühlt, wo Heißdampf eben erst im Überhitzer gebildet wird.

[0014] Im Betriebszustand können die Abschirmklappen 9 offen oder geschlossen bleiben; der Startwärmetauscher 2 wirkt dann als Vorwärmer; dementsprechend könnte die Heizfläche des ECO kleiner ausgeführt sein.

[0015] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Startwärmetauscher 2 in einer Abzweigleitung 10 der Heißgasleitung 1 vorgesehen. Die Abzweigleitung 10 ist durch Klappen 9 verschließbar. Als weitere Besonderheit kann wie gemäß Fig. 1 zwischen dem Sammler S2 und S3 eine weitere Einspeisestelle A˝ vorgesehen, über die z.B. beim Anfahren zusätzliches Speisemedium zudosierbar ist oder die im Betriebszustand die einzige Zufuhrstelle von Speisewasser ist; im zweiten Fall bleibt dann üblicherweise die Abzweigleitung 10 geschlossen, der Startwärmetauscher wird nicht angespeist.

[0016] Die Ausführungsformen nach den Fig. 3 bzw. 4 entsprechen im wesentlichen den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bzw. 2; der Unterschied ist lediglich deren Ausbildung als Umlaufsysteme mit einer Kesseltrommel 8.

[0017] Im Betriebszustand der Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 gelangt Wasser aus dem Vorwärmer 3 über den Sammler S4 in die Kesseltrommel 8, von wo es dem Sammler 6 zugeht, wofür gegebenenfalls eine Pumpe 7 vorgesehen ist, und von dort in den Verdampfer 4 und über den Sammler S5 in den Dampfraum der Kesseltrommel 8, von wo er über den Sammler S7 dem Überhitzer 6 zugeht und ihn als Brauchdampf über den Sammler S8 in Pfeilrichtung B′ zum Verbraucher verläßt.

[0018] Zwischen dem Dampfraum der Kesseltrommel 8 und dem in Fließrichtung an den Startwärmetauscher 2 anschließenden Sammler S2 kann eine Überbrückungsleitung 11 zum geregelten Anwärmen der Trommel 8 vorgesehen sein. Diese Überbrückungsleitung 11 kann auch dazu dienen, Hilfsdampf in das Hilfsdampfsystem der Anlage zum Anfahren der Anlage einzuspeisen, sodaß dazu kein Fremdmedium nötig ist.

[0019] Es wurde bereits erwähnt, daß jedes Kesselsystem mit der erfindungsgemäßen Startwärmetauscheranordnung ausgerüstet werden kann, die Erfindung ist daher nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Auch kann der Wasser/Dampfkreislauf in bekannter Weise geschlossen vorgesehen sein, d.h. daß Abdampf und/oder Abwasser vom Verbraucher wieder zum Wärmetauschersystem zurückgeht.

Ansprüche

1. Verfahren zum Anfahren eines in einer Heißgasleitung, insbesondere Abgasleitung, zweckmäßig in einem Abhitzekessel, beispielsweise nach einer Gasturbine, vorgesehenen Wärmetauschersystems zur Dampferzeugung, beispielsweise eines Umlauf- bzw. Durchlaufdampferzeugers, vorteilhaft eines Natur- bzw. Zwangsumlauf- bzw. Zwangsdurchlaufkessels, insbesondere eines Vorwärmer/Verdampfer/Überhitzersystems, dem ein Startwärmetauscher vorgeschaltet ist, über den Speisemedium-, insbesondere Wasser- bzw. Dampfzufuhr erfolgt und der beim Anfahren zuerst Heißdampf und endlich Wasser an das Wärmetauschersystem abgibt, so daß das ursprünglich drucklose leere und im wesentlichen auf Heißgastemperatur erhitzte Wärmetauschersystem kontinuierlich in seinen Betriebszustand und auf seine Betriebstemperatur gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Startwärmetauscher (2) im kalten Zustand mit Speisemedium gefüllt und anschließend mit Heißgas beaufschlagt wird.

2. Wärmetauschersystem zur Dampferzeugung, das in einer Heißgasleitung, insbesondere Abgasleitung, zweckmäßig in einem Abhitzekessel, beispielsweise nach einer Gasturbine, angeordnet ist, beispielsweise Umlauf- bzw. Durchlaufdampferzeuger, vorteilhaft Natur-bzw. Zwangsumlauf- bzw. Zwangsdurchlaufkessel, insbesondere ein Vorwärmer-, Verdampfer- und Überhitzersystem, mit einem Startwärmetauscher, über den Speisemedium-, insbesondere Wasser- bzw. Dampfzufuhr erfolgt und der beim Anfahren des drucklosen, leeren und im wesentlichen auf Heißgastemperatur befindlichen Wärmetauschersystems zuerst Heißdampf und endlich Wasser an das Wärmetauschersystem abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Startwärmetauscher (2)zumindest teilweise, vorteilhaft weitestgehend, vom Heißgasstrom trennbar ist, wobei der Startwärmetauscher insbesondere als Hilfsdampferzeuger zum Anfahren der Gesamtanlage aus dem kalten Zustand dient.

3. Wärmetauschersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Startwärmetauscher(2)in der Heißgasleitung(1)angeordnet und gegen den Heißgasstrom mittels Klappen (9) od.dgl.abschirmbar ist.

4. Wärmetauschersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Startwärmetauscher (2) in einer mittels Klappen (9) od.dgl. öffen- und schließbaren Nebenleitung (10) der Heißgasleitung (1) angeordnet ist, die einen im Vergleich zur Heißgasleitung wesentlich kleineren Durchtrittsquerschnitt, z.B. von etwa 25 % des Gesamtquerschnitts, aufweist.

5. Wärmetauschersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Startwärmetauscher (2) und dem in der Einspeiserichtung folgenden Wärmetauscher (3) eine zusätzliche Wasser- bzw. Dampf- Zuführung (A˝) vorgesehen ist.

Zeichnung