DD301784A7 - Verfahren und anordnung zur beaufschlagung eines rotierenden waermetauschers, insbesondere eines luftvorwaermers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beaufschlagung eines rotierenden Luftvorwärmers, mit einem aus einem kalten und einem heißen Medium bestehenden, in einem Zuführungskanal geführten Medienstrom, wobei der Medienstrom im Zuführungskanal vor dem Luftvorwärmer in Teilströme aufgeteilt wird. Dabei sollen die Teilkanäle so ausgebildet und betrieben werden, daß kalte und warme Luftsträhnen an die gewünschten Stellen des Luftvorwärmerotors gesteuert gelangen. Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die Teilströme im Zentrum der Strömungsquerschnitte gedrosselt und einstufig verdrallt werden. Zur Realisierung ist der Zuführungskanal rechteckig ausgebildet und durch Stege in Teilkanäle geteilt. Im Zentrum der Strömungsquerschnitte sind Drosseleinrichtungen und an den Innenseiten der Teilkanäle sowie an den Stegen in gleicher Ebene Drahlleinrichtungen angeordnet.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beaufschlagung eines rotierenden Luftvorwärmers mit einem aus einem kalten und heißen Mediuni bestehenden, in einem Zuführungskanal geführten Medienstrom auf den Rotor des Wärmetauschers.

In einem Kohlekraftwerk kommt es seit Jahren zur Verschmutzung der kalten Pakete der Rotoren der Drehluftvorwärmer der Bauart Ljungström in ihrem Zentrum, währenddessen die Peripherie sauber bleibt. Durch Temperaturnetzmessungen wurde festgestellt, daß vor Eintritt in die Luftvorwärmer ein stark unausgeglichenes Temperaturprofil vorherrscht; und zwar ist in Richtung Rotormitte eine niedrige, in Richtung Rotorperipherie eine hohe Temperatur vorhanden. Dies hat zur Folge, daß die Metallpakete des Rotors an der Peripherie ebenfalls eine hohe Temperatur, im Rotorzentrum ebenfalls eine niedrige Temperatur haben.

Die niedrige Temperatur der Metallpakete im Rotorzentrum führen auf der Rauchgasseite des Luftvorwärmers zur Säuretaupunktunterschreitung und zu fest anhaftenden Verschmutzungen, die aus zementierter Asche aus dem Rauchgas gebildet werden.

Die Querschnittsfläche der Luftvorwärmerrotoren setzt sich bis zu 60% mit zementierter Asche zu. Dadurch wird der Betrieb der Luftvorwärmer und der Dampfkessel stark beeinträchtigt, insbesondere steigt der Druckverlust über den Luftvorwärmern rauchgasseitig und luftseitig stark an. Damit erhöht sich der elektrische Eigenbedarf der Frischlüfter, der Rezirkulationsgebläse und der Saugzüge. In besonderen Fällen des Dampfkesselbetriebes (Betrieb mit verkürzten Interimsschornsteinen) kam es an manchen Kraftwerksblöcken zu zusätzlichen Blockminderleistungen, da die Saugzüge voll ausgesteuert waren.

Zusätzlich wurde der Wärmetausch in den Luftvorwärmern stark reduziert und damit die Abgastemperatur des Dampfkessels angehoben. Damit fiel gleichzeitig der Wirkungsgrad des Dampfkessels.

Zur Vergleichmäßigung und Dur^mischung von Kalt- und Heißluft vor Luftvorwärmer ist schon vorgeschlagen worden, die Kalt- und Heißluft über verstellbare Führungseinrichtungen miteinander zu vermischen (DD-PS 233407). Dabei wird das Prinzip der abwechselnden schichtweisen Einführung der zu vermischenden Medienkompononten verwendet. Dieses bekannte Prinzip wird verbessert durch den Einbau von verstellbaren Leiteinrichtungen in die schichtenweise angeordneten Führungsvorrichtungen, die nun dsn Heißluftstrom in der Tiefe der Führungsvorrichtung wunschgemäß so verteilen, daß möglichst jedem Kaltluftteilvolumenstrom ein proportionaler Heißluftvolumenstrom zugeordnet bzw. dann auch zugemischt

Obwohl das angestrebte Ziel erreichbar erscheint, so wird jedoch ein hoher Material-, Fertigungs- und Versuchsaufwand zur Realisierung und Betriebsführung benötigt.

Es sind Vorrichtungen zum Mischen von Fluida bekannt, deren Wirkprinzip darauf beruht, daß innerhalb von kreisrunden Rohren mittels Drallerzeugern ein Drall in dem durchströmenden Medium erzeugt wird und das Medium durch die Drallschaufeln mehrfach nacheinander wiederholt aufgeteilt und wieder zusammengeführt wird (DE-OS 3226420, 2343352).

Das Verhältnis von Höhe des Drallerzeugers zum Durchmesser des Mischrohres muß dabei > 0,7 sein, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Außerdem müssen mindestens mehrere Stufen hintereinander geschaltet sein, um die gewünschte Mischwirkung zu erzielen (DE-OS 3226420).

Würde man versuchen, die vorgeschlagenen Lösungen auf den Rechteckquerschnitt des Zuströmkanals eines Luftvorwärmers des betreffenden Dampfkessels zu übertragen und würde man statt des Durchmessers des Kreisrohres den gleichwertigen Durchmesser des Rechtecks verwenden

dge = 4F/U = 4 χ 4 χ 2/2 χ (4 + 2) es bedeuten: F = Querschnittsfläche

U = Umfang der Querschnittsfläche

so ergäben sich die Mindesthöhe einer Stufe eines solchen Drallerzeugers zu 1,87m.

Da das Wirkprinzip der Vermischung jedoch darauf berunt, daß mehrere solche Stufen hintereinander und zueinander versetzt so angeordnet sind, daß ein aus einem Teilkanal austretender Teilstrom durch die nächste Stufe wiederum in mindestens zwei Teilströme aufgeteilt wird, würde die erwünschte Wirkung am gegebenen Objekt nicht eintreten, da hier nur Platz für eine Stufe zur Verfügung stünde.

Aufgrund der fortwährenden Neuaufteilung der zu mischenden Stoffströme durch die Drallschaufeln werden diese bekannten Anordnungen auch als Teilungsflügel bezeichnet.

Solche Teilungsflügel lassen sich jedoch zur Lösung des vorliegenden Problems nicht anwenden (kreisrunder Querschnitt, verringerter Raum für Instandsetzungs- und Reinigungszwecke, hoher Druckverlust, holier Materialverbrauch und Bauaufwand, unzureichende Mischung und hoher Versuchsaufwand).

Um den Warmeinhalt von Gasen in zwei Drehspeicherluftvorwärmern in größtmöglichem Ausmaß zu nutzen, ist es bekannt, den Gasstrom mittels einer Klappenanordnung zu beeinflussen (DE-AS 2118107). Auch wenn die Rauchgase mit unterschiedlichen Temperaturen in die Luftvorwärmer einströmen und die Luftvorwärmer ungewollt unterschiedliche Eigenschaften haben (z.B.

unterschiedliche Strömungswiderstände wegen unterschiedlicher Verschmutzungen), sollten doch die abzukühlenden Rauchgase mit der gleichen niedrigstmöglichen Temperatur aus den Luftvorwärmern austreten. Dabei sind im wesentlichen zwei Regelvorrichtungen vorgesehen, die es ermöglichen, den beiden Luftvorwärmern jeweils unterschiedliche Rauchgasmengen (für den linken und rechten Luftvorwärmer) und beiden zusammen variable Luftmengen zuzuteilen. Die Variabilität der Rauchgas- und Luftströme wird durch drehbare Klappen erreicht, wobei eine drehbare Rauchgasklappe in oinom Rauchgaskanal zwei variable Teilströme für die zwei Luftvorwärmer schafft. Die zwei vorhandenen Luftklappen sind so angeordnet, daß die beiden Luftkanäle sich jeweils in einem Hauptluftkanal (durch den Luftvorwärmer gehend) und einen Bypaßkanal verzweigen. Jede Luftklappe führt dem Hauptkanal und dem Bypaßkanal die entsprechende Luftmenge zu. Beide Klappen arbeiten synchron. Die Einstellung dieser Klappen bestimmt die Höhe der gewünschten gemeinsamen Abgastomperatur für die beiden Luftvorwärmer.

Mit der beschriebenen Regelvorrichtung wird lediglich die oben formulierte Zielstellung erfüllt.

Ziel der Erfindung ist es, vor dem Eintritt des kalten Mediums, insbesondere in den Wärmetauscherrotor, ein solches Temperaturprofil der einströmenden kalten Medienströme zu schaffen, daß ein möglichst ausgeglichenes Temperaturprofil, insbesondere in den Blechpaketen der Kaltseite des drehenden Wärmetauscherrotors, zur Folge hat. Dieses Ziel soll erreicht werden mit möglichst geringem Materialaufwand, Bauaufwand, Versuchsaufwand, ohne Änderung der vorhandenen Kanalführung, bei geringem Druckverlust, ohne Einsatz einer zusätzlichen Energiequelle und unter Beachtung der Tatsache, daß für Instandhaltungs- und Reinigungszwecke ein genügend großer Raum unter dem Wärmetauscherrotor mit einer bestimmten Höhe fest bleiben muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Teilkanäle so auszubilden sowie zu betreiben, daß kalte und warme Luftsträhnen an die gewünschten Stellen des Luftvorwäimerrotors gesteuert gelangen.

Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die Teilströme im Zentrum der Strömungsquerschnitte gedrosselt und einstufig verdrallt werden.

Zur Realisierung is* erfindungsgemäß der Luftzuführungskanal rechteckig ausgebildet und durch Stege in Teilkanäle geteilt. Im Zentrum der Strömungsquerscnnitte sind Drosseleinrichtungen und an den Innenseiten der Teilkanäle sowie an den Stegen in gleicher Ebene Dralleinrichtungen angeordnet.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt

Fig. 1: den Luftzuführungskanal vor dem rotierenden Luftvorwärmer im Querschnitt Fig. 2: den Längsschnitt nach Fig. 1.

Der Rechteckquerschnitt des Luftzuführungskanals 1 wird durch den Steg 2 in zwei Teilkanäle 3; 4 mit quadratischen Querschnitten geteilt.

An den Kanalseitenwänden 5 und dem Steg 2, die die Teilkanäle 3; 4 begrenzen, sind gewölbte Schaufeln 6 so angebracht, daß die von unten nach oben strömende Luft eine gegenläufige Wirbelbewegung erteilt bekommt, dadurch wird die heiße Luft aus der Peripherie 7 in Richtung Zentrum 8 und die Kaltluft aus dem Zentrum 8 an die Peripherie des Luftvorwärmerrotors gefördert.

In der Mitte des rechteckigen Kanaiquerschnittes längs des Steges 2 entsteht ein Heißluftstrom von außen nach innen, und an den Rändern des Rechteckes entstehen jeweils zwei Kaltluftströme von innen nach außen.

Längs des Steges 2 entsteht somit ein linienhaftes Temperaturmaximum, längs der kürzeren Seitenwände des Rechteckes entstehen linienhafte Temperaturfelder.

Es wird eine Mittelwertbildung der Temperaturmeßwerte längs der kmisringsektorförrnigen Flächen des Rotors vorgenommen.

Diese Mittelwerte su!!«en möglichst gleich oder angenähert gleiche Zahlen ergeben. Is'. das der Fall, so ist auch gewährleistet, daß die Kaltendpakete des Luftvorwärmerrotors wegen der Drehung des Rotors eine gleichmäßige Temperatur erhalten. Eine Feinoptimierung diest s Ziels wird erreicht durch eine zweckmäßige Feineinstellung der Anstellwinkel der gewölbten Schaufeln 6, die versuchsmäßig ermittelt wird.

Die in der Mitte jedes Teilkanals 3; 4 freibleibenden quadratischen Flächen 9 sind mit der Drosselvorrichtung 10 ausgefüllt, die aus Winkeln besteht, die dachfirstartig angeordnet sind. Diese Drosselvorrichtung 10 soll verhindern, daß ein großer Teil der Luft in der Mitte des Strömungsquerschnittes unverdrallt durch die Zentren der Teilkanäle strömt.

Die gewölbten Schaufeln 6 sind zunächst- um ihre Achsen 11 dreh- und feststellbar- an den Wänden 5 und am Steg 2 befestigt.

Nach Auffinden des Einstellungsoptimums durch Versuche werden die Schaufeln festgeschweißt.

An weiteren Luftvorwärmkanälen des gleichen Dampfkesseltyps werden die Schaufeln nach dem Einstellungsergebnis an der Pilotanlage sofort angeschweißt.

Die Schaufeln in jedem Teilkanal 3; 4 sind so angebracht, daß in diesen Teilkanälon je ein Wirbel entsteht, wobei es möglich ist, die Schaufeln so auszurichten, daß entgegengesetzt drehende Wirbol oder gleichsinnig drehende Wirbel entstehen.

Unterhalb der gewölbton Schaufeln 6 im Einlaufkanal für die heiße Rezirkulationsluft sind streifenförmige Elemente 12, winkelförmige Elemente 13 oder U-förmige Elemente 14 angeordnet.

Diese Bauteile sind vorteilhaft beim Vorhandensein mehrerer Rezirkulationsgebläse und mehrerer Luftvorwärmer bei bestimmten Kombinationen von in Betrieb befindlichen Luftvorwärmern und in Betrieb befindlichen Rezirkulationsgebläsen.

Damit kann die Unterbeaufschlagung bestimmter Luftvorwärmer mit Heißluft gegenüber anderon Luftvorwärmern verhindert werden.

Im Luftzuführungskanal 1 sind in bekannter Weise die Absperrklappen 15 angeordnet.

Die Erfindung bringt folgende Vorteile:

1. Am kalten Ende des Luftvorwärmerrotors entsteht eine gleichmäßige Temperaturverteilung,

2. Verschmutzungen eines Teils des Luftvorwärmerrotors entfallen,

3. geringer Druckverlust wird damit geringer Energieaufwand,

4. geringer Materialaufwand,

5. geringer Bauaufwand,

C. geringer Versuchsaufwand,

7. keine Änderung der vorhandenen Kanalfüliiung,

8. keine zusätzliche Energiequelle,

9. der für Instandhaltungs- und Reinigungszwecke erforderliche freie Raum unter dem Luftvorwärmerrotor bleibt erhplten, 10. der Dampfkesselbetrieb wird nicht mehr beeinträchtigt, insbesondere wird Minderleistung im Dampfkesselbetrieb, hohe

Abgastemperatur des Dampfkessels und hoher Eigenbedarf der Dampfkesselgebläse (Saugzüge, Frischlüfter, Rezirkulationsgebläse) vormieden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Beaufschlagung eines rotierenden Luftvorwärmers durch Verdrallen mit einem aus kaltem und heißem Medium bestehenden, in einem Zuführungskanal geführten Medienstrom, wobei der Medienstrom im Zuführungskanal vor dem Luftvorwärmer in Teilströme aufgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme im Zentrum der Strömungsquerschnitte gedrosselt und einstufig verdrallt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme gleich- oder gegensinnig verdrallt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Medienstrom und/oder die unvermischtenTeüströme vor Ablenkung und Verdrallung im Luftzuführungskanal vergleichmäßigt wird.

4. Vorrichtung zur Beaufschlagung eines rotierenden Luftvorwärmers durch Verdrallen mit einem aus kaltem und heißem Mouium bestehenden, in einem Zuführungskanal geführten Medienstrom, wobei der Zuführungskanal vor Luftvorwärmer in Teilkanäle geteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungskanal rechteckig ausgebildet und durch Stege in Teilkanäle geteilt ist, im Zentrum der Strömungsquerschnitte Drosseleinrichtungen und an den Innenseiten der Teilkanäle sowie an den Stegen in gleicher Ebene Dralleinrichtungen angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dralleinrichtung schaufeiförmig ausgebildet und an den Innenwandungen und den Stegen in gleicher oder ungleicher Anzahl angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dralleinrichtungen dreh- und feststellbar und/oder fest mit den Stegen und/oder Wänden verbunden angeordnet sind.