Das wtö-System The wtö-System

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Das
wtö-System
Befeuerte Erhitzer
mit zukunftsweisender Technik
und höchsten Wirkungsgraden
The
wtö-System
Fired heaters
with trendsetting technology
and highest efficiency
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Fired heaters are used wherever large outputs of heat with
economical energy costs are required. Whereas electrically fired
heaters are already built with a few kilowatts of heat output, the
smallest heater output of fired heaters is to be estimated at
around 80 kW rated output.
Abb. 2 Höchste Präzision und Qualität
bei der Rohrwendelfertigung in der HTT-Produktion.
Fig. 2 Highest precision and quality
for the production of boiler coils in the HTT-workshop.
Bauformen
Befeuerte Erhitzer bestehen in der Regel aus zwei zylindrischen
und konzentrisch zueinander angeordneten Rohrwendeln (3-ZugKessel), die in einem gemeinsamen Rauchgasmantel eingebaut
sind. Im 1. Zug, der Strahlungsbrennkammer, brennt die Flamme
und überträgt die Wärme aufgrund der relativ geringen
Rauchgasgeschwindigkeit primär durch Strahlung (Flammen- und
Gasstrahlung) an die mit dem Wärmeträger durchströmte
Rohrwendel. Danach wird das Rauchgas am Boden des Kessels in
den 2. Zug (1. Konvektionsheizfläche) umgelenkt, um dann anschließend am Kesseldeckel erneut in den 3. Zug (2. Konvektionsheizfläche) umgelenkt zu werden. Danach verlässt das Rauchgas
den Kessel über den Rauchgasstutzen (vgl. die schematische
Darstellung in Abb. 3).
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Fig. 1 Measurement, control and regulation devices
of a fired thermal oil plant according to DIN 4754.
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The decision on the type of heating should as a matter of
principle be subject to careful consideration, since it is alone
absurd from both the standpoints of energy and exergy to convert
the electrical power produced in thermal power stations at high
technical expenditure and with distinctly more than 60 % loss on
conversion back again into heat. This high loss on conversion
expresses itself of course also in the markedly higher energy costs
per kWh of electrical energy used in comparison to natural gas, for
example. The operating costs (energy costs) of fired heaters in
Germany amount to around only 20 to 25 % of the corresponding
value of electrically fired heaters, as a result of which decisive
advantages in terms of decisive economical advantages accrue
(compare here detailed calculations on page 8). These are, however, counterbalanced at the same time by the generally higher
investment, licensing and maintenance costs, since with fired heaters for example, a chimney is to be installed (planning permission
and operating licence, maintenance and cleaning). The energy
supply line (gas or oil supply piping) is also usually more costly to
lay than an electric power line and the burner requires regular
maintenance. In addition, construction of a combustion chamber
is absolutely essential with larger fired heaters (compare TRB 801,
heating room regulation).
Prinzipieller Aufbau eines 3-Zug-Kessels
Basic design of a 3-pass-boiler
With heating outputs of above 1 MW, the degree of thermal
efficiency can often once again be markedly increased via the use
of a combustion air preheater, so that the operating costs are
reduced still further. The complete safety equipment of a fired thermal oil plant according to the German Standard DIN 4754 (Heat
Transfer Plants) consists of a flow monitor FIZA- in the heater
inflow, a minimum oil level monitor LZA- on the expansion vessel,
an inflow and flue gas temperature monitor TZA+ and an inflow
temperature regulator TIC (Fig. 1).
Basic design
Fired heaters consist generally of two cylindrical sets of coiled tubing
arranged concentrically to each other (3-pass-boiler) built into a
common flue gas casing. In the 1st pass, the radiant burner chamber, the flame burns and transfers heat to the coiled tubing, through
which the heat transfer medium flows, primarily via radiation (flame
and gas radiation) owing to the relatively low flue gas speed. The
flue gas is then diverted at the bottom of the boiler into the 2nd pass
(1st convection heating surface) before finally being diverted again
into the 3rd pass (2nd convection heat surface). After this, the flue
gas leaves the boiler via the flue gas connection (refer to diagrammatic representation in Fig. 3).
The advantages of such a structure lie in the highly compact type of
construction, which distinguishes itself with both vertical and
horizontal erection by its low spatial requirements. One disadvantage to be mentioned is the ability to perform only limited
cleaning of the convection heating surfaces. This point is to be taken
into account with flue gases heavily laden with solid matter (heavy
oil or solid fuels). For such kind of fuels HTT provides special boilers
in 2-pass-design with automatic cleaning systems.
Die Vorteile einer solchen Konstruktion sind in der sehr kompakten Bauweise zu sehen, die sich sowohl bei der vertikalen als auch
bei der horizontalen Aufstellung durch einen geringen Platzbedarf auszeichnet.
Als nachteilig ist die nur begrenzt durchführbare Reinigung der
Konvektionsheizflächen anzuführen. Dieser Punkt ist bei stark feststoffbeladenen Rauchgasen (schweres Heizöl oder Feststoffe als
Brennstoff) zu beachten. HTT bietet für derartige Brennstoffe spezielle 2-Zug-Erhitzerkonstruktionen mit automatischen Reinigungssystemen an.
Abb. 1 Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen
einer befeuerten Thermoölanlage gemäß DIN 4754.
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Fields of application
of fired heaters
Einsatzgebiete von
befeuerten Erhitzern
Befeuerte Erhitzer finden überall dort Verwendung, wo größere
Heizleistungen bei wirtschaftlichen Energiekosten gefordert sind.
Während elektrisch beheizte Erhitzer bereits mit einigen wenigen
Kilowatt Heizleistung gebaut werden, ist die kleinste Erhitzerleistung von befeuerten Erhitzern bei rund 80 kW Nennleistung
anzusetzen.
Die Entscheidung über die Beheizungsart sollte grundsätzlich
sorgfältig geprüft werden, da es allein unter energetischen wie
exergetischen Gesichtspunkten unsinnig ist, den in Wärmekraftwerken mit hohem technischen Aufwand und bei einem
Umwandlungsverlust von deutlich mehr als 60 % erzeugten elektrischen Strom anschließend wieder in Wärme umzuwandeln.
Dieser hohe Umwandlungsverlust drückt sich selbstverständlich
auch in den deutlich höheren Energiekosten pro kWh bezogener
elektrischer Energie im Vergleich zu z. B. Erdgas aus.
So liegen die Betriebskosten (Energiekosten) von befeuerten
Erhitzern in Deutschland bei nur ca. 20 bis 25 % des entsprechenden Wertes von elektrisch beheizten Erhitzern, wodurch sich entscheidende betriebswirtschaftliche Vorteile ergeben (vgl. hierzu Seite
8).
Dabei sind jedoch die in der Regel höheren Investitions-, Genehmigungs- und Wartungskosten gegenzurechnen, da bei befeuerten Erhitzern beispielsweise ein Kamin zu installieren ist (Bau- und
Betriebsgenehmigung, Wartung bzw. Reinigung). Auch die
Energieversorgungsleitung (Gas- oder Ölleitung) ist zumeist aufwändiger zu verlegen als eine elektrische Versorgungsleitung und
der Brenner erfordert eine regelmäßige Wartung. Daneben ist bei
größeren befeuerten Erhitzern der Bau eines Heizraumes zwingend erforderlich (vgl. TRB 801, Feuerraumverordnung).
Bei Heizleistungen von mehr als 1 MW kann durch den Einsatz
eines Verbrennungsluftvorwärmers (LUVO) der feuerungstechnische Wirkungsgrad häufig noch einmal deutlich angehoben werden, so dass die Betriebskosten weiter sinken.
Die komplette sicherheitstechnische Ausrüstung einer befeuerten
Thermoölanlage gemäß DIN 4754 besteht aus Strömungsüberwachung FIZA- im Vorlauf, Ölmindeststand-Überwachung LZA- am
Ausdehnungsbehälter, Vorlauf- und Rauchgas Temperaturüberwachung TZA+ sowie aus der Vorlauftemperaturregelung TIC (Abb. 1).
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Abb. 3 Prinzipieller Aufbau eines 3-Zug-Kessels
mit Strahlungsbrennkammer (1. Zug) und nachgeschalteten
Konvektionsheizflächen (2. und 3. Zug).
Fig. 3 Principle construction of a 3-pass-boiler
with a radiant burner chamber (1st pass) and subsequently
connected convection heating surfaces (2nd and 3rd pass).
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Abb. 7 zeigt beispielhaft ein Erhitzerkennfeld für den Kesseltyp
wtö 1000 mit den Hauptgrößen absolute Filmtemperatur TF, max’
Druckverlust ΔpErh des Wärmeträgers beim Durchströmen des
Kessels bei einer kinematischen Viskosität von ν = 0,5 mm2 ⁄ s
und Filmtemperaturerhöhung ΔTF für die Brennstoffe Erdgas „L“
und leichtes Heizöl („EL“) als Funktion des Wärmeträger-Volumenstroms bzw. der daraus resultierenden Temperaturerhöhung des
Wärmeträgers ΔTErh.
Ein solches Erhitzerkennfeld ist für jeden HTT-Wärmeträgerkessel
berechnet und ermöglicht einen leichten Überblick über unterschiedliche Betriebszustände. So ist beispielsweise der Druckverlust ΔpErh als Funktion der Umwälzmenge (Volumenstrom
Wärmeträger) aufgetragen, hier für den Wärmeträger HT 22 mit
einer Viskosität von 0,5 mm2 ⁄ s bei 300°C Vorlauftemperatur.
Der sich bei der Verwendung eines Wärmeträgers anderer Viskosität (oder desselben bei einer anderen Temperatur) ergebende
Druckverlust lässt sich dann entsprechend der nachfolgenden
Beziehung umrechnen:
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Fundamental principles concerning
the design of fired heaters
Grundsätzliches zur Auslegung
von befeuerten Erhitzern
Bei der wärmetechnischen Auslegung und Konstruktion von
befeuerten Erhitzern sind als primäre Zielgrößen eine hohe
Brennstoffausnutzung (hoher feuerungstechnischer Wirkungsgrad), die Einhaltung der zulässigen Filmtemperatur des Wärmeträgers und eine zuverlässige und langlebige Konstruktion, die
auch häufige Lastwechsel (An- und Abfahren) problemlos zulässt,
zu nennen. Für den Betreiber ist daneben ein möglichst geringer
Druckverlust des Wärmeträgers beim Durchströmen des Kessels
von Interesse, um die notwendige Antriebsleistung der Kreislaufpumpe auf ein wirtschaftliches Maß zu beschränken (vgl. Seite 8).
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Beispielsweise ist dem Diagramm bei einem Volumenstrom von
54,5 m3 ⁄ h ein Druckverlust von 15 m Fl. S. bei einer Viskosität
0,5 mm2 ⁄ s zu entnehmen. Die Umrechnung auf eine andere Viskosität von z. B. 0,8 mm2 ⁄ s sieht dann folgendermaßen aus :
Fl. S.
Fl.S.
Fl.S.
Ebenso sind in dem Erhitzerkennfeld die Kurven für die absolute
Filmtemperatur TF sowohl für Heizöl „EL“ als auch für Erdgas „L“
und die jeweilige Filmtemperaturerhöhung ΔTF eingetragen.
Die wesentlich höhere Filmtemperatur und auch Filmtemperaturerhöhung bei leichtem Heizöl im Vergleich zu Erdgas ergibt sich
in erster Linie aus dem intensiveren Leuchten der Flamme, das zu
einer erhöhten Wärmestromdichte an der Rohrwand führt.
Ferner ist die in Abb. 6 ebenfalls eingetragene Obergrenze der
Filmtemperaturerhöhung von 60 K zu beachten. Da die maximale Filmtemperatur (und damit auch die maximale Rohrwandtemperatur) aufgrund der im 1. Zug wesentlich höheren Wärmestromdichte auf der Rohrinnenseite auftritt, ergeben sich Wärmespannungen in der Rohrlängsrichtung (Druckspannungen in der
wärmeren Rohrinnenseite und Zugspannungen in der kälteren
Rohraußenseite).
Überschreiten diese Spannungen die zulässigen Werte (plastische
Verformung), so bilden sich bereits nach kurzer Wechselbeanspruchung, die durch das An- und Abfahren hervorgerufen wird,
in Umfangsrichtung Risse im Rohr. Das daraus resultierende
Versagen des Kessels kann durch eine sorgfältige Kesselberechnung und -auslegung vermieden werden.
Wie wichtig eine sorgfältige Kesselauslegung und -konstruktion
ist, soll anhand einer Beispielrechnung für einen 3-Zug-Kessel
gezeigt werden, bei dem der innere und äußere Rohrkorb parallel
geschaltet sind (vgl. dazu Abb. 6).
The main aims to be mentioned in the thermal design and
construction of fired heaters are high fuel utilization (a high
degree of thermal efficiency), observance of the permitted film
temperature of the heat transfer medium and a reliable and
durable construction which also allows problem-free frequent
changes in load (start-up and shut-down). In addition, a pressure
loss of the heat transfer medium which is as low as possible when
flowing through the boiler is of interest to the operator, in order to
restrict the required power of the circulating pump to an
economical degree (comp. page 8).
Figure 7 shows for example heater performance characteristics for
the type wtö 1000 boiler with the principal dimensions, absolute
film temperature TF, max’ pressure loss ΔpErh of the heat transfer
medium when flowing through the boiler at a kinematic viscosity
of ν = 0,5 mm2 ⁄ s and film temperature increase ΔTF for natural
gas fuel „L“ and light oil „EL“ as function of the heat transfer
medium volume flow and the resulting temperature increase in
the heat transfer medium ΔTErh.
Such heater performance characteristics are calculated for every
HTT boiler and allow an easy overview of different operating statuses. Pressure loss ΔpErh is therefore applied for example as a
function of the circulating quantity (heat transfer medium flow
rate), here for the heat transfer medium HT 22 with a
viscosity of 0,5 m2 ⁄ s at 300 °C inflow temperature.
The resultant pressure loss during use of another heat transfer
medium with a different viscosity (or the same medium at a
different temperature) can be converted according to the
following ratio :
For example, it can be gathered from the diagram that with a
volume flow of 54.5 mm3 ⁄ h the pressure loss is 15 m l. c. with a
viscosity of mm2 ⁄ s. Conversion to another viscosity of, for
example, 0,8 mm2 ⁄ s therefore appears as follows :
Likewise the curves for the absolute film temperature TF both for
heating oil “EL” and also natural gas “L” and the corresponding
film temperature increase ΔTF are entered in the heater performance characteristics. The considerably higher film temperature
and also film temperature increase with light oil in comparison to
natural gas is primarily a result of the more intensive glow of the
flame, which results in increased heat flux density at the tube wall.
In addition, the upper limit of the film temperature increase of 60 K,
also given in figure 6 is to be observed. Since the maximum film
temperature (and therefore also the maximum tube wall temperature) occurs on the inner side of the piping owing to the considerably higher heat flux density in the 1st pass, the result is thermal
stresses in the longitudinal direction of the piping (pressure stresses in the warmer inner side of the piping and tensile stresses in
the colder outer side of the piping). If these stresses exceed the permitted values (plastic distortion), cracks in the piping occur after
only short periods of alternating stress, caused by start-ups and
shut-downs. The resulting failure of the boiler can be avoided by
careful calculation and design of the boiler. Just how important
careful boiler design and construction is, is to be shown on the
basis of a detailed calculation for a 3-pass-boiler, in which the
inner and outer piping basket is connected in parallel (see in this
connection figure 6).
Abb. 4 Die Typenreihe wtö-h
in liegender Ausführung mit Brenner und Pumpen Kompaktausführung.
Abb. 5 Die Typenreihe wtö-v in stehender Ausführung
mit der integrierten digitalen Steuerung HTT-DCS.
Fig. 4 The series wtö-h in horizontal design
with burner and pump compact design.
Fig. 5 The series wtö-v in vertical design
with the HTT-DCS integrated digital control system.
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Randbedingungen ⁄ Given values
Netto-Erhitzerleistung ⁄ net heating capacity
Volumenstrom ⁄ flow rate
Temperaturdifferenz ⁄ temperature difference
Druckverlust ⁄ pressure loss
Wärmeträger ⁄ heat transfer media
Brennstoff ⁄ fuel
Erhitzertype HTT ⁄ heater type
Netto-Wärmeleistung ⁄ net heating output
Vorlauftemperatur ⁄ inflow temperature
Wärmeträger ⁄ heat carrier
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Example calculation for parallel
connection of the inner and outer basket
Beispielrechnung zur Parallelschaltung
des Außen- und Innenkorbes
Für die Innenwendel ist Rohr der Dimension 101,6 x 3,6 und für
die Außenwendel Rohr 88,9 x 3,2 verwendet worden. Die Kombination aus größerem Rohrquerschnitt bei kleinerer Rohrlänge
(innen 194 m und außen 282 m) führt hier zu einer starken
Ungleichverteilung des Wärmeträger-Volumenstroms, da sich bei
einer Parallelschaltung von Widerständen selbstverständlich gleiche Druckverluste in den Einzelsträngen ergeben müssen. Der
gesamte Volumenstrom von 130 m3 ⁄ h teilt sich so in 80,2 m3 ⁄ h
(Innenkorb) und 49,8 m3 ⁄ h (Außenkorb) auf. Gleichzeitig ist die
Wärmeaufnahme der Innenwendel aufgrund des hohen Strahlungsanteils im 1. Zug, in Kombination mit einem hohen konvektiven Wärmeübergang im 2. Zug, immer deutlich höher als in der
Außenwendel, so dass bei diesem Beispiel die Innenwendel mit
2.700 kW über 80 % der gesamten Leistung von 3.300 kW überträgt.
Entscheidend ist hierbei aber, dass der Anlagenbetreiber die starke Ungleichverteilung des Wärmeträger-Volumenstroms aufgrund
der fehlenden Einzelstrang-Strömungsüberwachung nicht erkennen kann. Dies gilt in gleichem Maße für die daraus resultierende Ungleichverteilung in der Temperatur: Obwohl die Vorlauftemperatur nur 300 °C beträgt, werden über 60 % des
Wärmeträgers stets bis auf 314 °C aufgeheizt. Die maximale
Filmtemperatur beträgt sogar 328 °C. Dies kann, je nach verwendetem Wärmeträger, zu einem unzulässigen Betriebszustand führen, der dem Betreiber gar nicht bewusst wird. Derartige
Erhitzerkonstruktionen sind also auf jeden Fall zu vermeiden !
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wtö 1000
1000 kW
300 °C
HT 22
.
= 3.300 kW
= 130 m3 ⁄ h
ΔϑErh= 45 K
ΔϑErh= 26 m Fl.S.⁄ l.c.
Esso Thermalöl T
Erdgas ⁄ natural gas
Q
.
V
Piping 101.6 x 3.6 is used for the inner coiled tubing and 88.9 x
3.2 for the outer coiled tubing. The combination of a large pipe
cross-section with a shorter pipe length (inner 194 m and outer
282 m) results here in marked unequal distribution of the heat
transfer medium volume flow, since with parallel connection of
resistances, the same pressure loss must result in the individual
stretches of piping.
The total volume flow of 130 m3⁄ h is therefore divided into
80.2 m3⁄ h (inner basket) and 49.8 m3⁄ h (outer basket). At the
same time, the heat uptake of the inner coiled tubing is always
markedly higher than in the outer coiled tubing, owing to the high
proportion of radiation in the 1st pass in combination with a relatively high convective heat transfer in the 2nd pass, so that in this
example, the inner coiled tubing with 2.700 kW transfers more
than 80 % of the total output of 3.300 kW. It is decisive here,
however, that the plant operator cannot recognize the marked
unequal distribution of heat transfer medium flow owing to the
lack of flow monitoring in single stretches of piping. This applies
equally to the resulting unequal distribution of temperature : although the inflow temperature is only 300 °C, more than 60 % of
the heat transfer medium is always heated to 314 °C. The maximum film temperature is even 328 °C. This can, according to the
heat transfer medium used, result in unpermissible operating
conditions of which the operator is completely unaware.
Such types of heater construction are therefore to be avoided in
any case !
Abb. 9 Kompaktausführung eines liegenden Kessels.
Ermöglicht kürzeste Installationszeiten. Komplett mit Pumpe,
Brenner, Steuerung. In einem Container montiert, verrohrt
(incl. Ausdehnungsbehälter) und anschlussfertig verdrahtet.
Fig. 9 Compact design for a horizontal boiler.
Makes the shortest installation times possible: complete with pump,
burner and control system installed in a container, equipped with
pipework (incl. expansion vessel) and wired out ready for connection.
Abb. 7 Erhitzerkenndatenblatt für einen 3-Zug-Kessel
mit 1000 kW Netto-Wärmeleistung.
Dargestellt sind die absolute Filmtemperatur, die Filmtemperaturerhöhung sowie der Druckverlust des Wärmeträgers beim Durchströmen des Kessels als Funktion des gewählten Volumenstroms
bzw. der daraus resultierenden Temperaturerhöhung des Wärmeträgers für die Brennstoffe Erdgas „L“ und leichtes Heizöl „EL“.
Abb. 6 Zur Beispielrechnung eines 3-Zug-Kessels mit einer
Parallelschaltung des inneren und äußeren Rohrkorbs.
6
Fig. 6 Concerning example calculation of a 3-pass-boiler with
parallel connection of the inner and outer piping basket.
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Fig. 7 Heater performance characteristics sheet for a
3-pass-boiler with a 1000 kW net heating output.
The absolute film temperature, film temperature increase and the
pressure loss of the heat transfer medium when flowing through
the boiler as a function of the selected volume flow and the
resulting increase in temperature of the heat transfer medium for
natural gas fuel “L” and light oil “EL”.
Abb. 8 Komplettlösungen im Anlagenbau:
Befeuerter Erhitzer wtö 1000 mit angebauter Wärmerückgewinnungseinheit und Energiezentrale
zur Übergabe der Prozesswärme an unterschiedliche Wärmeverbraucher-Kreisläufe.
Fig. 8 Complete solutions in plant construction:
Fired heater wtö 1000 with built-on waste heat recovery unit and energy station for transfer
of the process heat to various heat consumer circuits.
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Bei Investitionsentscheidungen wird leider immer noch häufig die
Betriebskostenbetrachtung vernachlässigt. Dabei kommt dem
Erhitzerdruckverlust eine entscheidende Bedeutung für die Höhe
der jährlichen elektrischen Betriebskosten zu. Beispielsweise bedeutet die Installation von zusätzlichen 10 kW Pumpenantriebsleistung im 3-Schichtbetrieb zusätzliche Stromkosten von mehr
als 7.600 a ⁄ Jahr.Die nachfolgende Betrachtung stellt dies nachvollziehbar heraus. Die notwendige Pumpenantriebsleistung Pel
lässt sich anhand der nachfolgenden Zahlenwertgleichung berechnen :
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Operating cost analysis
Betriebskostenanalyse
Erhitzerdruckverlust
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Betriebskostenersparnis
bei der Verwendung von befeuerten Erhitzern
zur Prozesswärmebereitstellung
Die nachfolgende Beziehung lässt einen einfachen Überschlag zu, inwieweit sich die Betriebskosten bei der Verwendung
eines befeuerten Erhitzers im Vergleich zu einer elektrischen
Beheizungseinrichtung reduzieren lassen. Die Betriebskostenersparnis ΔKq in [a⁄ a] errechnet sich wie folgt :
Pressure loss of the boiler
Economies in operating costs
in the use of fired heaters for provision of process heat
When making decisions on investments, consideration of operating costs is unfortunately still often neglected. Here, decisive
importance must be attached to pressure loss of the boiler for the
level of yearly electrical operating costs. For example, the installation of an additional 10 kW of pump power in 3-shift-operation
means additional electricity costs of more than 7.600 a ⁄ year. The
following observation emphasises this in a readily understandable manner. The requisite pump power Pel is calculated on the
basis of the following comparison of figures:
The following relationship allows a simple estimate of the extent
to which operating costs can be reduced by the use of a fired heater in comparison to an electric heating installation unit.
The economy in operating costs ΔKq in [a ⁄ a] is calculated in
the following manner :
c.
D. h. für V = 80 m3 ⁄ h und einer Förderhöhe von ΔH = 50 m FI.S.
sind rund 12,4 kW Antriebsleistung erforderlich. Die daraus resultierenden jährlichen Betriebskosten Ka errechnen sich mit der
Anzahl der Schichten (mit je 2.600 h⁄Jahr) wie folgt:
Dabei sind :
Pw
= durchschnittlich benötigte Wärmeleistung in [kW]
n
= Anzahl der Schichten [–]
Kw, el = Strombezugspreis in [a ⁄ kWh]
Kw, fossil = Bezugspreis für fossile Energie
(Erdgas, Heizöl...) in [a ⁄ kWh]
η Erh
= Erhitzerwirkungsgrad (z. B. η Erh = 0,85)
Anhand eines konkreten Zahlenbeispiels ergibt sich somit mit
einer Wärmeleistung Pw von 200 kW im 3-Schichtbetrieb und bei
Energiekosten von 0,10 a ⁄ kWh für Elektrizität bzw. 0,025 a⁄ kWh
für Erdgas und einem Erhitzerwirkungsgrad ηErh = 0,85 eine
Betriebskostenersparnis von 110.118,– M pro Jahr!
Dabei stellt der Faktor KW den Strombezugspreis pro kWh dar.
Anhand eines konkreten Zahlenbeispiels
bedeutet dies, dass bei
.
einer Erhitzeranlage mit V = 150 m3/ h und einem zusätzlichen
Druckverlust von ΔH = 15 m FI. S. mit zusätzlichen Betriebskosten von 5.433 a pro Jahr2) auszugehen ist. Ein solcher zusätzlicher Druckverlust lässt sich leicht durch eine sorgfältige Erhitzerauslegung vermeiden.
Let :
PW
=
n
=
Kw, el =
Kw, fossil =
.
I. e. for V = 80 m3 ⁄ h and a pump head of ΔH = 50 m l.c. approximately 12.4 kW power is required. The resulting yearly operating
costs Ka are calculated with the number of shifts (each with
2.600 h/year) in the following manner:
Erh
Here, the factor Kw represents the cost of electricity per kWh.
On this basis of a concrete. numerical example, this means that
with a heater plant with V = 150 m3 ⁄ h and an additional pressure loss of ΔH = 15 m l. c., one must assume additional operating costs of 5.433 a per year 2). Such an additional pressure
loss can be avoided easily by careful heater design.
be the average required heat output in [kW]
be the number of shifts [–]
be the cost of electric power in [a ⁄ kWh]
be the cost of fossil energy (natural gas,
heating oil...) in [a ⁄ kWh]
= thermal efficiency of the heater (i. e. Erh = 0,85)
On the basis of a concrete numerical example, the result therefore
with a heat output PW of 200 kW in 3-shift-operation and with
energy costs of 0.10 a ⁄ kWh for electricity and 0,025 a ⁄ kWh for
natural gas and a thermal efficiency of Erh= 0.85 a saving in
operating costs of 110.118 a per year are achieved!
Abb. 10b Pumpenkompaktausführung
mit 1 Betriebs- und 1 Stand-by-Pumpe (Spaltrohrmotor-Pumpen)
komplett verrohrt mit Absperrventilen, Schmutzfängern
und Kompensatoren.
Abb. 10a Beispiel Betriebskosteneinsparung durch
einen Verbrennungsluftvorwärmer :
Dieser LUVO für einen gasbefeuerten 10 MW Kessel spart pro
Jahr (8.000 Betriebsstunden) a 186.620 !
(Annahme 0,025 a ⁄ kWh).
Fig. 10b Pump compact design
with 1 operating and 1 standby pump (canned motor pumps)
fully equipped with piping and shut-off valves, strainer
and bellows.
Fig. 10a Example operating cost savings :
This combustion air preheater for a 10 MW gas fired thermal oil
boiler saves a186.620 per year!
(Assumption: 8.000 operating hours, energy price 0,025 a ⁄ kWh).
1)
8
Der Faktor 1 ⁄ 323 stellt hier den Einfluss der hier zugrunde gelegten Größen, wie Dichte
des Fördermediums (ρ = 850 kg ⁄ m3), der Erdbeschleunigung (g = 9,81 m ⁄ s2) sowie des
Pumpenwirkungsgrades (η = 0,75) dar.
2) 3-Schichtbetrieb und ein Strombezugspreis von 0,10 a ⁄ kWh.
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1)
The factor 1 ⁄ 323 represents here the influence of the base values, such as the
density of the pumping medium (r = 850 kg ⁄ m3), the acceleration due to
gravity (g = 9,81 m ⁄ s2) in addition to the degree of efficiency of the pump (h = 0,75).
2) 3-shift-operation and an electric power cost of 0,10 a ⁄ kWh.
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HTT-Thermoölkessel Typ wtö ...
... eine bewährte und durchdachte Konstruktion
Neben einem hohen feuerungstechnischen Wirkungsgrad, der
durch großzügig dimensionierte Heizflächen erzielt wird, gewährleistet die Kesselbaureihe wtö auch einen geringen Druckverlust
bei gleichzeitig geringer thermischer Beanspruchung des
Wärmeträgers. Doch viele wichtige Details, die auf der HTT-Erfahrung aus mehr als 3.000 gebauten Kesseln beruhen, bleiben
häufig „im Verborgenen“. Im Folgenden nur einige der wichtigsten Details :
HTT-Thermoölkessel in Sonderausführung
• Die Konstruktion für Deckel und Kesselboden stellt geringstmögliche wärmespeichernde Massen bei gleichzeitig guter
Wärmeisolierung sicher, wie dies auch die DIN 4754 fordert.
wtö-fs
Die Baureihe wtö-fs ist speziell für die Verbrennung unterschiedlichster fester Brennstoffe, wie z. B. Holzabfälle und -späne konzipiert: Komplettlösungen mit Beschickung, Vorfeuerung, Brennkammer, Thermoölkessel und Reinigungseinrichtung für die
Heizflächen.
• Der schwimmend aufgehängte Rohrkorb kann sich relativ
zum Rauchgasmantel frei bewegen, so dass eine gute
Abdichtung zwischen den Rauchgaszügen gewährleistet ist.
Mechanische Spannungen infolge thermischer Dehnung
werden so wirkungsvoll vermieden.
• Die sorgfältige wärme- und strömungstechnische Auslegung
der Kessel garantiert nicht nur stets eine geringe Grenzschichttemperaturerhöhung („Filmtemperaturerhöhung“)
und damit auch kleine Wärmespannungen in der Rohrwand
der Kesselwendel (auch bei Befeuerung mit Heizöl), sondern
es wird dadurch auch der maximale, physikalisch mögliche
Wirkungsgrad erreicht.
• Ein optimales Verhältnis zwischen Flammendurchmesser und
Kesselwendeldurchmesser ermöglicht äußerst geringe NOxWerte.
• Alle HTT-Kessel der Typenreihe wtö 80-2.250 sind
Baumuster geprüft gemäß Modul B der Druckgeräterichtlinie 97⁄ 23 ⁄ EG.
• Die Reihenschaltung der inneren und äußeren Kesselrohrwendel stellt definierte Strömungsverhältnisse zum Schutz
des Wärmeträgers sicher.
Neben den Kesseln für Standardanwendungen wird die Typenreihe wtö auch in zahlreichen Sonderausführungen geliefert. Die
nachfolgende Auflistung gibt darüber einen ersten Überblick.
Weiter unten sind einige ausgeführte Anlagen detaillierter
beschrieben (vgl. den Abschnitt „Befeuerte Erhitzer für unterschiedliche Aufgabenstellung–Beispiele aus der Praxis“).
wtö-cs
Stehende, bodenbefeuerte Erhitzer in 1-Zug-Bauweise mit Verbrennungsluftvorwärmung und Rauchgasrezirkulation für höchste Wirkungsgrade bei gleichzeitig geringsten Schadstoffemissionen.
wtö-m
Thermoölkessel für den Einsatz auf Passagier- und Frachtschiffen,
wie beispielsweise Produktentanker, mit Leicht-, Mittel- oder
Schwerölbefeuerung. Abnahme (rechnerische Vorprüfung, Bauund Druckprüfung) nach allen Klassifikationsgesellschaften, z. B.
GL, LRS, ABS, DNV, RINA.
wtö-rg
Rauchgasbeheizter 3-Zug-Kessel für Rauchgastemperaturen
> 550...600 °C, auch als Kombination aus einem befeuerten
Erhitzer und einem Abhitzekessel lieferbar. Kostengünstige
Lösung für alle Anwendungsfälle, in denen die aus dem
Rauchgas zur Verfügung stehende Energie nicht ausreichend und
eine Zufeuerung notwendig ist. Lieferbar komplett mit Heißgaskanälen inkl. Regeleinrichtungen.
wah
Abhitzekessel für die Wärmenutzung, z. B. hinter Schiffsdieselmotoren. Mehrfach parallele, 1-gängige Strömungsführung des
Thermoöls. Kontinuierliche Leistungsregelung über ein Doppelklappensystem mit integriertem By-pass. Temperaturbereich
Abgas: 200... ca. 550 °C.
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HTT-Thermal oil boilers type wtö ...
... a tried and trusted and well thought-out design
In addition to the thermal efficiency achieved via generously
dimensioned heating surfaces, the wtö-series guarantees limited
pressure loss with simultaneously low thermal stress on the heat
transfer medium.
Many important details, however, based on HTT's experience gained with the construction of more than 3.000 boilers, remain
hidden. Below are only some of the most important details :
• The construction for the cover and boiler base guarantees
heat storage masses which are as limited as possible and at
the same time good heat insulation, as required also in
standards DIN 4754.
• The floating hanging basket is capable of free movement in
relation to the flue gas casing, thus ensuring a good seal
between the exhaust gas passes. Mechanical tensions as a
result of thermal expansion are therefore effectively avoided.
• The careful thermal and fluid-dynamic design of the boiler
not only always guarantees a low boundary temperature
increase (“film temperature increase”) and therefore also
low thermal tensions in the tube walls of the boiler piping
coil (even when firing with oil), but the maximum physically
possible thermal efficiency is achieved also.
• An optimum ratio between flame diameter and boiler piping
coil diameter allow extremely low NOx values to be
obtained.
• All HTT boilers of the series wtö 80-2.250 are EC-type
approved according to module B of the pressure equipment
directive PED 97⁄ 23 ⁄ EC.
• The serial connection of the inner and outer boiler piping
coil guarantees defined flow ratios in order to protect the
heat transfer medium.
HTT-thermal oil boilers in special designs
In addition to the boilers for standard applications, the wtö-series
is supplied also in a wide range of special designs. The following
list gives an initial overview. Some of the listed units are described
in more detail further on (refer to paragraph “fired heaters for
various types of task – examples based on practice”).
wtö-cs
Upright, bottom fired heater of 1-pass-construction with burner air
preheater and flue gas recirculation for the highest thermal
efficiency with simultaneously low pollutant emission.
wtö-fs
The wtö-fs-series is designed specially for the combustion of the
most diverse solid fuels, such as for example wood waste and
shavings. Complete solutions with charging, external combustion
chamber, heat transfer, combustion chamber, heat transfer oil
boiler and cleaning device for the heating surfaces.
wtö-m
Thermal oil boilers for use on passenger and freight vessels, such
as for example product tankers with light, medium or heavy oil
firing. Acceptance (preliminary testing, constructional and pressure testing) according to all classification societies, such as GL,
LRS, ABS, DNV, RINA.
wtö-rg
Waste gas heated boiler for exhaust gas temperatures >550...
600 °C, also available as a combination of a fired heater and a
waste heat boiler as an economical solution for all applications in
which the energy available from the flue gas is not sufficient and
additional firing is required. Supplied complete with hot gas control channels devices.
wah
Exhaust gas boiler for waste heat recovery, e. g. behind ship’s diesel engines. Multiple parallel singlethread flow of the thermo oil.
Continious power control by a double flapsystem with integrated
by-pass. Temperature range exhaust gas : 200...appr. 550 °C.
Abb. 11 HTT Thermoölkessel der Serie wtö 80-2.250
in vertikaler Ausführung.
Hier bis zu einer Leistung von 700 kW. Alle Kessel besitzen eine
EG Baumusterzulassung gemäß Druckgeräterichtlinie.
Abb. 12 Feststoffbefeuerter Thermoölkessel Typ wtö-fs
in liegender Ausführung
mit vorgeschalteter Schwelbrennkammer (links) zur Verfeuerung
von Holzspänen.
Fig.11 HTT thermal oil boilers series wtö 80-2.250
in vertical design.
Here up to 700 kW heating capacity. All HTT boilers are EC-type
approved according to PED 97⁄ 23 ⁄ EC.
Abb. 12 Solid fuel fired thermal oil boiler type wtö-fs
in horizontal design
with combustion chamber (left hand) for the combustion
of wood shavings.
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Zur Beheizung eines industriellen Trockners sind ca. 14 MW
Heizleistung bei einer Vorlauftemperatur von 290 °C bereitzustellen. Als Brennstoff stehen wahlweise Flüssiggas (Butan) und
Erdgas zur Verfügung. Da ein hoher feuerungstechnischer
Wirkungsgrad und eine deutliche Unterschreitung der Grenzwerte der TA-Luft primäres Ziel des Kunden ist, werden die drei
Erhitzer (3-Zug-Kessel in liegender Ausführung mit je 4,65 MW
Netto-Wärmeleistung) mit Luftvorwärmern ausgestattet. Weil die
Verbrennungsluftvorwärmung bekanntlich die Verbrennungstemperatur anhebt und damit die Bildung von Stickoxiden (NOx)
erheblich fördert, sind die Kessel zusätzlich mit einer RauchgasRezirkulation ausgerüstet. Abb. 14 zeigt das Blockschaltbild eines
Kessels mit den charakteristischen Daten für die Auslegung bzw.
die tatsächlich im Betrieb erzielten Werte.
Die in der Tabelle 1 eingetragenen Abgas-Werte zeigen, dass die
durch die TA-Luft geforderten Werte deutlich unterschritten werden. Gleichzeitig belegen TÜV-Messungen zum feuerungstechnischen Wirkungsgrad entsprechend DIN 4702, dass sowohl im Fall
von Butan als auch bei Erdgas der Wirkungsgrad deutlich über
94 % liegt. Angesichts der Tatsache, dass in diesem Fall 1 % Wirkungsgraderhöhung einer Einsparung von a 30.677 Brennstoffkosten pro Jahr entspricht, stellt dieses Erhitzerkonzept eine ausgezeichnete wirtschaftliche Lösung dar.
Brennstoff
Fuel
Emissionswert
Emission value
Erdgas
gefordert
Natural gas required
erreicht
achieved
Flüssigas
Liquid gas
gefordert
required
erreicht
achieved
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Fired heaters for various types of task –
examples based on practice
Befeuerte Erhitzer für unterschiedliche
Aufgabenstellungen – Beispiele aus der Praxis
Befeuerter Erhitzer mit höchstem Wirkungsgrad
und geringsten Schadstoff-Emissionen
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CO
[mg ⁄ Nm3]
[mg ⁄ Nm3]
Staub [mg ⁄ Nm3]
dust [mg ⁄ Nm3]
≤ 120
≤ 50
<5
55
22
<5
≤ 150
≤ 60
<5
122
12
<5
NOx
Tabelle 1 Abgaswerte (TÜV-Messung) für die Brennstoffe Erdgas
und Flüssiggas jeweils bei 100 % Heizleistung.
Fired heaters with the highest thermal
efficiency and lowest pollutant emission
For the heating of an industrial drier, approximately 14 MW heating output with an inflow temperature of 290 °C is to be provided. A choice of liquid gas (butane) and natural gas is available as fuel. Since the customer's main aim is a high thermal
efficiency while remaining markedly below the TA air limit values,
the three heaters (3-pass-boiler with a horizontal design, each
with 4.65 MW net heating output) are equipped with air preheaters. Given that combustion air preheating is well known to raise
the combustion temperature and therefore encourage consider-
ably the formation of nitrogen oxides (NOx), the boiler is equipped
in addition with flue gas recirculation. Figure 14 shows the block
diagram of a boiler with the characteristic data for design and the
values actually achieved during operation.
The exhaust gas values in table 1 show that the values lie markedly below those required by TA air. At the same time, TÜV
measurements relating to the thermal efficiency according to
standards DIN 4702, that both in the case of butane and also
natural gas, the thermal efficiency lies distinctly above 94 %. In
view of the fact that in this case, a 1 % increase in efficiency
corresponds to a saving in fuel costs of a 30.677 per year, this
heater design represents an excellent economic solution.
Table 1 Exhaust gas values (TÜV measurement) for natural gas
and liquid gas fuels respectively with 100 % heat output.
Abb. 13b Heizzentrale für einen Industrietrockner :
3 x 4,65 MW Nettofeuerungsleistung. Wirkungsgrad
mit Luftvorwärmer > 94%.
Fig. 13b Heating station for an industrial drier :
3 x 4.65 MW net heating output. Thermal efficiency
with air preheater > 94%.
Zweistoff-gasbefeuerter Thermoölkessel für Industrietrockner
gas fired thermal oil boiler for industrial dryer
Abb. 13a Verladung eines von drei 10 MW Thermoölkesseln mit Luftvorwärmern. Erhitzergewicht ca. 15 to.
Fig. 13a Shipping of a thermal oil boiler with a heating capacity of 10 MW. Weight appr. 15 to.
Fig. 14 Block diagram of a boiler with air preheater and flue gas recirculation.
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Abb. 14 Blockschaltbild eines Kessels mit LUVO und Rauchgas-Rezirkulation.
Die hinter den Auslegungswerten in Klammern eingetragenen Werte stellen die unter Betriebsbedingungen erzielten Werte dar.
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Befeuerte Erhitzer für unterschiedliche
Aufgabenstellungen – Beispiele aus der Praxis
Fired heaters for various types of task –
examples based on practice
Feststoffbefeuerte Erhitzer wtö-fs
Solid fuel fired heaters wtö-fs
“Chemistry design” fired heaters wtö-cs
A further example of a fired heater which is interesting precisely
for the timber processing industry can be explained with the help
of a wood shavings boiler. In figure 15, the main components of
such a plant are recognizable : solid fuel storage, external combustion chamber, thermal oil boiler with auxiliary burner, dust
removal device, suction draft flue gas fan and chimney.
Hot gas from the combustion chamber at a temperature of
approx. 1.250 °C is supplied to the thermal oil boiler and cooled
to approx. 360 °C. With a volume flow of thermal oil of
51 m3 ⁄ h and an inflow ⁄ return flow temperature of 300 °C or
260 °C the boiler achieves a net heating output of 1.100 kW. In
order to ensure 100 % availability of the plant, provision is made
in addition to hot gas firing for the possibility of heating the boiler with a conventional oil burner. For this purpose, an auxiliary
burner is fitted to the base of the heater. The wood shavings supplied to the combustion chamber accumulate continuously during
a procedural step in wood processing. Since wood processing
requires simultaneously process heat for the heating of coating
press at a further stage, one can speak here of an ideal case of
heat produced almost “free of charge”. Actually, however, not only
is there a considerable saving in fuel linked to such a plant, but
also disposal costs are also reduced at the same time.
The heater type wtö-cs presented below of vertical, single pass and
bottom-fired construction is used often in the chemical industry.
The boiler involved here has a 3.6 MW net output, designed for
350 °C, 20 bar operating overpressure and a mixture of 60 %
Diphyl and 40 % Santotherm 66 as the heat transfer medium.
The return flow temperature is 310 °C with a heat transfer medium
volume flow of 180 m3 ⁄ h. The main construction is apparent from
figure 16.
Ein weiteres, gerade für die holzverarbeitende Industrie interessantes Beispiel für einen befeuerten Erhitzer lässt sich anhand
eines Spänekessels erläutern. In Abb. 15 sind die Hauptkomponenten einer solchen Anlage erkennbar : Brennstoffbunker, Vorfeuerung (Brennkammer), Thermoölerhitzer mit Substitutionsbrenner, Entstaubungseinrichtung, Saugzugabgasventilator und
Kamin. Dem Thermoölkessel wird Heißgas aus der Brennkammer
mit einer Temperatur von ca.1.250 °C zugeführt, das im 3. Zug
auf ca. 360 °C abgekühlt wird. Bei einem Thermoöl-Volumenstrom von 51 m3 ⁄ h und einer Vor-⁄ Rücklauftemperatur von 300 °C
bzw. 260 °C erreicht der Kessel eine Netto-Wärmeleistung von
1.100 kW. Um eine 100-prozentige Verfügbarkeit der Anlage
sicherzustellen, ist neben der Heißgasfeuerung die Möglichkeit
zur Beheizung des Kessels mit einem herkömmlichen Heizölbrenner vorgesehen.
Dazu ist am Erhitzerboden eine Brennerschwenkeinrichtung angebracht, mit deren Hilfe nach Herausnahme eines Verschlusssteines der Substitutionsbrenner in den Kessel eingeschwenkt
werden kann. Die der Brennkammer zugeführten Späne fallen
kontinuierlich bei einem Verfahrensschritt der Holzver- bzw.
-bearbeitung an. Da die Holzbearbeitung gleichzeitig in einem
weiteren Schritt Prozesswärme für die Beheizung einer
Beschichtungspresse benötigt, kann hier von einem idealen Fall
quasi „kostenlos“ erzeugter Wärme gesprochen werden.
Tatsächlich jedoch ist mit einer solchen Anlage nicht nur eine
erhebliche Brennstoffeinsparung verbunden, sondern es werden
gleichzeitig auch noch die Entsorgungskosten minimiert.
Befeuerte Erhitzer wtö-cs
in „Chemie-Ausführung“
Der nachfolgend vorgestellte Erhitzertyp wtö-cs in stehender, 1zügiger Bauweise mit Bodenbefeuerung wird häufig in der chemischen Industrie eingesetzt. Es handelt sich hier um einen Kessel
mit 3,6 MW Nettoleistung, ausgelegt für 350 °C, 20 bar Betriebsüberdruck und für eine Mischung aus 60 % Diphyl und 40 %
Santotherm 66 als Wärmeträger. Die Rücklauftemperatur beträgt
310°C bei einem Volumenstrom des Wärmeträgers von 180 m3 ⁄ h.
Die prinzipielle Konstruktion wird in Abb. 16 ersichtlich.
Die Strahlungsbrennkammer besteht aus einer 2-gängig gewikkelten, zylindrischen Rohrschlange, der Brennereinbau erfolgt am
Erhitzerboden mittig. Der nachfolgende, rechteckige Konvektionsteil ist mit Rippenrohren ausgestattet, wobei die Register zur
Reinigung ausgezogen werden können. Der Erhitzer ist mit einem
modulierenden Gebläsebrenner ausgestattet, der wahlweise mit
Erdgas oder mit leichtem Heizöl betrieben werden kann.
Die Hauptmerkmale dieser Erhitzerkonstruktion sind :
• 1-Zug-System mit zylindrischer, senkrecht angeordneter
Brennkammer (1. Zug).
• Bodenbefeuerung mit zweigängig gewickelter Strahlungsbrennkammer.
• Konvektionsheizflächen als querangeströmtes Rohrregister,
ausziehbar.
• Rohre am Eintritt in den Konvektionsteil wegen des noch
relativ hohen Strahlungsanteils am Wärmeübergang unberippt (sog. Schildrohre).
• Nachgeschaltete Rohre berippt.
• Luftvorwärmer als Glattrohrregister mit Kondensatentwässerung und Aschekasten (ziehbar).
• Geringer wärmeträger- und rauchgasseitiger Druckverlust.
• Anfahren der Anlage ist auch bei Außentemperaturen von
bis zu –15 °C möglich.
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The radiant combustion chamber consists of a dual wound, cylindrical tube system and the burner is installed on the bottom of the
heater. The following rectangular convection section is fitted with
finned tubes, and the register can be pulled out for cleaning. The
heater is equipped with a modulating fan burner, which can be
operated alternatively with natural gas or light oil.
The main characteristics of this heater construction are :
• 1-pass-system with a cylindrical, vertically arranged
combustion chamber (1st pass).
• Bottom firing with dual pass radiant combustion chamber.
• Convection heat surfaces as transverse flow tubing register,
pull-out.
• Tubing on entry into the convection section non-finned
owing to the still relatively high heat radiation
(so-called shield piping).
• Subsequently connected finned tubes.
• Air preheater with condensate water extraction and ash box
(pull-out).
• Low pressure loss on heat transfer medium and flue gas side.
• Plant start-up is possible at outside temperatures of
up to –15 °C.
Abb. 16 1-zügiger, stehender Erhitzer in „Chemie-Ausführung“
mit Luftvorwärmer und Rauchgasrezirkulation.
Kenndaten: 3,6 MW Nettoleistung bei 350 °C Vorlauftemperatur, Auslegungsdruck 20 barü’ Wirkungsgrad > 90 %.
Fig. 16 1-pass, bottom fired heater in “chemistry design”
with air preheater and flue gas recirculation. Rating:
3.6 MW net output with 350 °C inflow temperature, design
pressure 20 barg thermal efficiency > 90 %.
14
Abb. 15 Feststoffbefeuerter Thermoölkessel
Fig. 15 Solid fuel fired thermal oil boiler
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Befeuerte Erhitzer für unterschiedliche
Aufgabenstellungen – Beispiele aus der Praxis
Fired heaters for various types of task –
examples based on practice
Befeuerte Erhitzer wtö-m in „Schiffsausführung“ und Abhitzekessel wah
Abgasbeheizte Erhitzer wtö-rg
in Kombi-Ausführung
“Marine design” fired heaters wtö-m
and waste gas boilers wah
Combined design
waste gas heated heaters wtö-rg
Die Typenreihe wtö-m ist speziell im Hinblick auf die Anforderungen konzipiert, die sich aus dem Einsatz auf Passagier- und
Frachtschiffen ergeben. Hierzu zählen eine besonders vibrationsunempfindliche Konstruktion, die Möglichkeit der Befeuerung mit
Leicht-, Mittel- oder Schweröl, oder auch Reinigungssysteme zum
diskontinuierlichen Abblasen der Heizflächen. Die Kesselbaureihe
wtö-m wird durch die Abhitzekessel vom Typ wah ergänzt, die zur
Restwärmenutzung z.B. hinter Schiffsmotoren, eingesetzt werden
(Abb. 17).
Solche Anlagen dienen in erster Linie der Beheizung von Bitumentanks, aber auch zur Versorgung unterschiedlichster Verbraucher, wie z. B. Raumluftheizungs-Systemen oder Dampferzeugern
mit Prozesswärme. Die befeuerten Erhitzer wtö-m, die Abhitzekessel wah sowie weitere Ausrüstungen (Schaltschrank, Brenner
und Pumpen) können mit einer Abnahme nach fast allen
Klassifikationsgesellschaften, wie z. B. GL, LRS, ABS, DNV oder
RINA geliefert werden.
Eine äußerst wirtschaftliche Lösung zur Beheizung der Trockner
einer Mehrfarben-Druckmaschine stellt die Kombination aus
einem befeuerten Kessel und einem Abhitzekessel in 3-ZugBauweise dar (vgl. das vereinfachte Verfahrensschema in Abb.
18). Die Trockner haben einen Wärmebedarf von rund 2.000 kW
und werden mit Thermoöl auf einer Temperatur von 250 °C
gehalten. Die in den Trocknern der Druckmaschine ausgetriebenen Lösungsmittel werden aus der Maschine abgesaugt und in
einem Reaktor einer thermischen Nachbehandlung unterzogen.
Die bei diesem Prozess freigesetzte Energie kann größtenteils
genutzt werden, in dem die Abgase an der heißesten Stelle im
Reaktor (T = 900 °C) abgezogen und in den 2. Zug des Thermoölkessels eingespeist werden. Auf diese Weise werden 1.250 kW
der gesamten Trocknerleistung von 2.000 kW dem Prozess regenerativ zur Verfügung gestellt. Lediglich für die Aufheiz- bzw.
Anfahrphase wird die gesamte Leistung über den Brenner bereitgestellt. Die Leistungsregelung erfolgt über eine spezielle
Heißgasregelklappe mit pneumatischem Stellantrieb zwischen
Reaktor und Thermoölkessel sowie über die nachgeschaltete, konventionelle Brennerregelung. Neben den betriebswirtschaftlichen
Vorteilen stellt diese Lösung auch einen sehr umweltfreundlichen
Ansatz dar. Die Kombination eines befeuerten Erhitzers und eines
3-zügigen Abhitzekessels in einem einzigen Kessel bedeutet aber
auch gleichzeitig geringste Investitionskosten, da eine ansonsten
notwendig werdende Doppelung von Anlagenkomponenten vermieden wird.
The wtö-m-series is designed specially with regard to the requirements resulting from use in passenger and freight vessels.
The features here include a construction which is particularly
insensitive to vibrations, the possibility of firing with light,
medium or heavy oil, or also a cleaning system for discontinuous
blowing of the heating surfaces. The boiler series wtö-m is supplemented with the waste gas boiler type wah which is employed to
use waste heat behind marine engines (Fig. 17). Such kind of thermal oil plants are used primarily to heat bitumen tanks, but also
to supply the most diverse heat consumers, such as room air heating systems, for example, with process heat. The fired heaters
wtö-m, waste gas boilers wah and further equipment (switchboard, burners and pumps) can be supplied with an inspection
according to all classification societies, e. g. GL, LRS, ABS, DNV or
RINA.
The combination of a fired boiler and a waste gas boiler of 3-passdesign represents an extremely economical solution for the
heating of the dryers of a multiple colour printing machine (refer
to the simplified diagram in Fig. 18). The dryers have a heat requirement of around 2.000 kW and are maintained at a temperature of 250 °C. The solvents expelled in the dryers of the printing
machine are aspirated from the machine and undergo subsequent
heat treatment in a reactor. A major part of the energy released in
this process can be used by drawing the exhaust gases from the
hottest point in the reactor (T = 900 °C) and feeding these into
the 2nd pass of the thermal oil boiler. In this manner, 1.250 kW
of the overall dryer output of 2.000 kW is regenerated and made
available again to the process. It is only for the heating in the
start-up phase that the entire output is provided by the burner.
Output is adjusted via a special flue gas adjustment valve with a
pneumatic drive between the reactor and the thermal oil boiler
and via the subsequently connected conventional burner adjustment. In addition to the advantages in terms of business management, this solution represents also a very environmentally
friendly approach. The combination of a fired heater and a waste
gas boiler in a single boiler means however also the lowest possible investment costs, since otherwise necessary duplication of
plant components is avoided.
Abb. 18 Schematische Darstellung
Abgasbeheizter Erhitzer wtö-rg in Kombiausführung.
Abb. 19 Thermoöl-Energiezentrale auf einer Ölplattform :
4 x 4 MW befeuerte Thermoölkessel und 4 x 12 MW Abhitzekessel hinter Gasturbinen zur Energieversorgung einer FPSO (off-shore).
Fig. 18 Diagrammatic view
Combined design waste gas heated heater wtö-rg
Fig. 19 Central thermal oil energy system of a FPSO :
4 x 4 MW fired thermal oil boilers and 4 x 12 MW waste heat recovery units after gas turbines for the energy supply of a FPSO (off-shore).
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Abb. 17 : Abhitzekessel wah als 1-zügige, mehrfach parallele
Erhitzerkonstruktion zur Nutzung der Rauchgasrestwärme.
Eintrittstemperatur rauchgasseitig bis ca. 550 °C. Auch mit
Einfach- und Doppelklappenregelung auf der Rauchgasseite
lieferbar (integrierter By-pass). Diese Bauart erlaubt bis zu 6
parallele Rohrkörbe mit einer Wärmeübertragungsfläche von
bis zu 800 m2.
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Fig. 17 Waste gas boiler wah as 1-pass, multiple parallel heater
construction for utilisation of waste gas heat. Input temperature
on waste gas side approx. up to 550 °C. Also available with single and double flap control system on the flue gas side (integrated by-pass). This type of construction allows up to 6 parallel
piping baskets with a heat transfer surface of up to 800 m2.
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Die HTT-Kesselfertigung
HTT Boiler Manufacturing
cyan
in heat transfer
technology. Worldwide.
Wärmetechnische Auslegung, Konstruktion,
Bau und Abnahme …
Ihre Garantie für eine einzigartige, zuverlässige Konstruktion,
präzise gefertigt und termingerecht geliefert.
Thermodynamical and mechanical design,
manufacturing and final acceptance …
Your guarantee for a unique and reliable product. Manufactured
precisely and delivered on time.
… alles aus einer Hand
Dank eigener, umfangreicher Fertigungsmöglichkeiten kontrolliert HTT die gesamte Fertigungskette, beginnend bei der wärmeund strömungstechnischen Auslegung des Kessels über die Konstruktion, Materialauswahl und Einkauf, ferner Rohrverformung
und Schweißprozesse bis hin zum Zusammenbau und zur Abnahme.
… all out of one hand
Thanks to extended manufacturing facilities (tube bending
machines, tube-to-tube automatic TIG welding machine etc.), HTT
controls the entire production chain: Design, selection of materials, tube bending and welding, manufacturing and assembly up
to the final acceptance.
Abb. 21 Vollautomatische Rohr-an-Rohr
WIG-Orbitalschweißanlage.
Sämtliche Schweißparameter für unterschiedliche Rohrabmessungen und -materialien sind in der elektronischen
Steuerung abgelegt und garantieren eine zuverlässige
Reproduzierbarkeit aller Schweißvorgänge.
Abb. 22 HTT verfügt über eine der größten
Rohrbiegemaschinen in Europa :
Hier kann Rohr bis DN 200 (8“) mit einem Widerstandsmoment
von max. 115 cm3 verformt werden.
Abb. 20 Fertigung eines Rohrwendels
von einem 12,8 MW Thermoölkessel für eine PET-Produktionsanlage eines koreanischen Chemiekunden.
Korbgeometrie : 5-fach parallel gewickelt aus 159,0 x 4,5 mm.
Stückgewicht ca. 23 to.
Fig. 20 Manufacturing of a tube coil
for a 12,8 MW thermal oil boiler. This boiler supplies process
heat for a PET production plant of a Korean chemical company.
Coil dimensions : 5-fold parallel bended tube of 159,0 x 4,5 mm.
Weight approx. 23 to.
Fig. 21 Full automatic tube-to-tube
TIG welding machine.
The electronic control system stores all welding parameters and
ensures 100 % reproducibility of different welding processes.
Fig. 22 The HTT tube bending machine is one of
the largest in Europe :
The machine is strong enough to bend tubes of 8“ with a
section modulus of 115 cm3.
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The
No.
in Wärmeträgertechnik.
Weltweit.
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Fired heaters
Befeuerte Erhitzer
Das wtö -System
The wtö-system
Heißöl-Erhitzer mit zukunftsweisender Technik und höchsten
Wirkungsgraden in 3-Zug- und 2-Zug-Bauweise zur Verfeuerung
unterschiedlichster gasförmiger und flüssiger Brennstoffe.
Leistungsbereich 80 kW bis 30.000 kW.
Hot oil heaters with trendsetting technology and
highest thermal efficiencies in 3-pass and 2-pass-design
for the combustion of various gaseous and liquid fuels.
Range of capacity 80 kW to 30.000 kW.
Das wtö-fs-System
The wtö-fs-system
Thermoöl-Kessel für unterschiedliche feste Brennstoffe.
Thermal oil boilers for a large variety of solid fuels.
Das wtö-cs-System
The wtö-cs-system
Thermoöl-Kessel in „Chemie-Ausführung” (1-Zug-Bauweise).
Special design thermal oil boilers for the chemical industry.
Electric heaters and
temperature control units
Elektroerhitzer und
Temperiergeräte
Das wte ⁄ cps-System
The wte ⁄ cps-system
Elektroerhitzer und Temperiergeräte von 3 kW bis 3.000 kW.
Auch in Ex-Ausführung lieferbar.
Electric heaters and temperature control units from 3 kW
to 3.000 kW. Available also in explosion-proof design.
Das wtd-System
The wtd-system
Indirekt und direkt beheizte Dampferzeuger und ThermoölVerdampfer in betriebsbereiter Kompaktausführung.
Indirectly and directly heated steam generators and
re-boilers in shop-assembled compact design.
Das rap-System
The rap-system
Sekundärkreisläufe zur unabhängigen
Einzeltemperierung von Verbrauchern.
Secondary control circuits for independent
temperature control of heat consumers.
Heiz-Kühl-Tiefkühlanlagen
Heating-cooling-chilling plants
Das hkt-System
The hcc-system
Heiz-Kühl-Tiefkühlanlagen zur Reaktortemperierung.
Mit CRYOTEMP ®-Anlagen bis –120 °C.
Heating-cooling-chilling plants for reactor temperature
control, with CRYOTEMP ®-plants down to –120 °C.
Engineering
Engineering
Prozessoptimierung
Process optimization
Das umfangreiche Produktprogramm und die Erfahrung der HTTIngenieure stellen die optimale Lösung für Ihre Aufgabenstellung
sicher.
The complete product range and the experience of HTT’s
engineers provide the optimum solution for your tasks.
Anlagenbau
Engineering
Schlüsselfertig und weltweit.
Turn-key and worldwide.
HTT-DCS
HTT-DCS
Messen. Steuern. Regeln.
Measuring. Controlling. Regulating.
H T T energy systems GmbH
Postfach 1922
· 32009 Herford ⁄ Germany
Füllenbruchstr. 183 · 32051 Herford ⁄ Germany
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