BE1028927B1

BE1028927B1 - PROCEDURE AND DEVICE FOR ENERGY RECOVERY AFTER COMBUSTION OF SOLID FLAMMABLE MATERIALS

Info

Publication number: BE1028927B1
Application number: BE20205962A
Authority: BE
Inventors: Wim Ooms; Nick Alderweireldt
Original assignee: Indaver Nv
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-07-18
Also published as: BE1028927A1; EP4030099A3; EP4030099B1; EP4030099A2

Abstract

De uitvinding betreft een werkwijze voor energierecuperatie na verbranding van vast brandbaar materiaal, bijvoorbeeld van vast afvalmateriaal. In de werkwijze wordt het koelen van rookgas, welk rookgas verkregen is door verbranding van vast brandbaar materiaal, in twee stappen uitgevoerd, waarin in een eerste stap het rookgas via stralingswarmteoverdracht gekoeld wordt tot een temperatuur van 620 tot 680 °C en in een tweede stap het rookgas door convectiewarmteoverdracht met water verder afgekoeld wordt tot een temperatuur van hoogstens 250°C, door welke convectiewarmteoverdracht tevens een opwarming van water tot verzadigde stoom en vervolgens tot oververhitte stoom uitgevoerd wordt, welke oververhitte stoom als dusdanig gebruikt wordt voor energie-vereisende processen en/of gebruikt wordt voor het omzetten van de oververhitte stoom in elektriciteit. De uitvinding betreft eveneens een inrichting voor energierecuperatie na verbranding van vast brandbaar materiaal.The invention relates to a method for energy recovery after incineration of solid combustible material, for example solid waste material. In the method, the cooling of flue gas, which flue gas is obtained by combustion of solid combustible material, is carried out in two steps, in which in a first step the flue gas is cooled to a temperature of 620 to 680 °C via radiant heat transfer and in a second step the flue gas is further cooled by convection heat transfer with water to a temperature of at most 250°C, by which convection heat transfer also carries out heating of water to saturated steam and subsequently to superheated steam, which superheated steam is used as such for energy-demanding processes and /or used to convert the superheated steam into electricity. The invention also relates to a device for energy recovery after combustion of solid combustible material.

Description

METHOD AND DEVICE FOR ENERGY RECOVERY AFTER COMBUSTION FROM SOLID FLAMMABLE MATERIAL

TECHNISCH DOMEIN De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor energierecuperatie na verbranding van vast brandbaar materiaal.TECHNICAL FIELD The invention relates to a method and a device for energy recovery after combustion of solid combustible material.

STAND DER TECHNIEK Door verbranding van vast brandbaar materiaal, bijvoorbeeld van brandbaar afvalmateriaal, wordt heet rookgas verkregen. Het rookgas dient nadien nog gezuiverd te worden om te voldoen aan emissierichtlijnen. De energie die het heet rookgas vertegenwoordigt hoeft niet verloren te gaan. Door bepaalde handelingen uit te voeren kan deze energie gerecupereerd worden om andere processen uit te voeren. Eén van deze handelingen is het vormen van stoom welke als dusdanig verder gebruikt kan worden of welke bijvoorbeeld gebruikt kan worden voor de productie van elektriciteit. Zo beschrijft US4882903A een afvalenergiecentrale met een gecombineerde cyclus die gebruikt wordt om gemeentelijk en industrieel vast afval thermisch om te zetten in in wezen complete verbrandingsproducten en de verbrandingswarmte te gebruiken om stoom en/of elektrische energie te produceren. De installatie omvat een gebouwomhulling met een afvalontvangstgebied, een afvalbrandstofscheidings- en verwerkingsruimte, een verbrandingsoven en een ruimte voor warmteterugwinning en energieopwekking. Verwerkte afvalbrandstof wordt afgeleverd aan een reeks verbrandingsovens door een geautomatiseerd transportband- en trechter-systeem, en de afvalbrandstof wordt in de verbrandingsovens verbrand door heet uitlaatgas dat daaraan wordt afgegeven door een of meer verbrandingsturbines die zich buiten het gebouw bevinden en aandrijvend verbonden zijn met elektrische generatoren.BACKGROUND ART Hot flue gas is obtained by burning solid combustible material, for example combustible waste material. The flue gas must subsequently be purified to comply with emission guidelines. The energy represented by the hot flue gas does not have to be lost. By performing certain actions, this energy can be recovered to carry out other processes. One of these operations is the generation of steam which can be used further as such or which can be used, for example, for the production of electricity. For example, US4882903A discloses a combined-cycle waste-to-energy plant used to thermally convert municipal and industrial solid waste into essentially complete combustion products and use the heat of combustion to produce steam and/or electrical energy. The installation comprises a building envelope with a waste reception area, a waste fuel separation and processing room, an incinerator and a room for heat recovery and power generation. Processed waste fuel is delivered to a series of incinerators through an automated conveyor and hopper system, and the waste fuel is burned in the incinerators by hot exhaust gas delivered thereto by one or more combustion turbines located outside the building and drivingly connected to electrical generators.

Inlaatlucht naar de turbines wordt samen met het gebouw aangezogen om het interieur op een onderdruk te houden, waardoor wordt voorkomen dat afvalgeuren en ziekteverwekkers uit het gebouw ontsnappen. Het hete uitlaatgas van de verbrandingsturbine dat aan de verbrandingsovens wordt geleverd, wordt door een oververhitter geleid, en een deel van het uitlaatgas dat de oververhitter verlaat, wordt door een verwarmingsketel voor afvalwarmte geleid. Heet verbrandingsgas dat uit elk van de verbrandingsovens wordt afgevoerd, wordt door een bijbehorende verbrandingswarmteterugwinningsketel geleid. Gaswarmte die wordt teruggewonnen in de oververhitter en de verschillende boilers wordt gebruikt om stoom te produceren die een stoomturbine aandrijft die aandrijvend is verbonden met een elektrische generator. Een deel van de gegenereerde stoom kan ook worden gebruikt voor procesdoeleinden. US4882903A toont het probleem dat het gebruik van de verbrandingswarmte voor de productie van stoom en/of elektrische energie nog verbeterd kan worden. De huidige uitvinding beoogt een oplossing te vinden voor ten minste bovenvermeld probleem.Intake air to the turbines is drawn in along with the building to keep the interior at a negative pressure, preventing waste odors and pathogens from escaping the building. The hot exhaust gas from the combustion turbine supplied to the incinerators is passed through a superheater, and part of the exhaust gas leaving the superheater is passed through a waste heat boiler. Hot combustion gas discharged from each of the incinerators is passed through an associated combustion heat recovery boiler. Gas heat recovered in the superheater and the various boilers is used to produce steam which drives a steam turbine which is drivingly connected to an electrical generator. Some of the steam generated can also be used for process purposes. US4882903A shows the problem that the utilization of the combustion heat for the production of steam and/or electric power can be further improved. The present invention aims to find a solution to at least the above-mentioned problem.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING In een eerste aspect betreft de uitvinding een werkwijze voor energierecuperatie na verbranding van vast brandbaar materiaal, bijvoorbeeld van vast afvalmateriaal, volgens conclusie 1. Voorkeursvormen van de werkwijze worden weergegeven in de conclusies 2 tot en met 7.SUMMARY OF THE INVENTION In a first aspect, the invention relates to a method for energy recovery after incineration of solid combustible material, for example solid waste material, according to claim 1. Preferred forms of the method are presented in claims 2 to 7.

In een tweede aspect betreft de uitvinding een inrichting voor energierecuperatie na verbranding van vast brandbaar materiaal, bijvoorbeeld van vast afvalmateriaal, volgens conclusie 8. Voorkeursvormen van de inrichting worden weergegeven in de conclusies 9 tot en met 13.In a second aspect, the invention relates to a device for energy recovery after incineration of solid combustible material, for example solid waste material, according to claim 8. Preferred forms of the device are shown in claims 9 to 13.

BESCHRIJVING VAN DE FI GUREN Fig. 1 is een schematische voorstelling van rookgaszijdige componenten van een stoomketel volgens voorkeur dragende uitvoeringsvormen van de uitvinding.DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 is a schematic representation of flue gas side components of a steam boiler according to preferred embodiments of the invention.

Fig. 2 is een schematische voorstelling van water/stoomzijdige componenten van een stoomketel volgens voorkeur dragende uitvoeringsvormen van de uitvinding.fig. 2 is a schematic representation of water/steam side components of a steam boiler according to preferred embodiments of the invention.

Fig. 3 toont een schematische voorstelling van een inrichting voor energierecuperatie na verbranding van vast brandbaar materiaal volgens voorkeur dragende uitvoeringsvormen van de uitvinding.fig. 3 shows a schematic representation of an energy recovery device after combustion of solid combustible material according to preferred embodiments of the invention.

GEDETAI LLEERDE BESCHRIJVING Het citeren van numerieke intervallen door de eindpunten omvat alle gehele getallen, breuken en/of reële getallen tussen de eindpunten, deze eindpunten inbegrepen.DETAILED DESCRIPTION Citing numerical intervals through the endpoints includes all integers, fractions and/or real numbers between the endpoints, including these endpoints.

In een eerste aspect betreft de uitvinding een werkwijze voor energierecuperatie na verbranding van vast brandbaar materiaal, bijvoorbeeld van vast afvalmateriaal, volgens conclusie 1.In a first aspect, the invention relates to a method for energy recovery after combustion of solid combustible material, for example solid waste material, according to claim 1.

De specifieke koeling van het rookgas in de twee stappen volgens conclusie 1 zorgt voor een efficiënte en vlotte koeling van het rookgas en geeft tegelijk op een optimale manier energie voor opwarming van water tot verzadigde stoom en vervolgens tot oververhitte stoom.The specific cooling of the flue gas in the two steps according to claim 1 ensures an efficient and smooth cooling of the flue gas and at the same time provides energy in an optimal manner for heating water to saturated steam and subsequently to superheated steam.

Bij voorkeur heeft het rookgas verkregen door verbranding van het vast brandbaar materiaal initieel een temperatuur van minimum 850 °C. Volgens voorkeur dragende uitvoeringsvormen van de werkwijze volgens het eerste aspect van de uitvinding wordt in de eerste stap het rookgas via stralingswarmteoverdracht gekoeld tot een temperatuur van 630 tot 670 °C, nog meer bij voorkeur van 640 tot 660 °C en het meest bij voorkeur van 645 tot 655 °C.Preferably, the flue gas obtained by combustion of the solid combustible material initially has a temperature of at least 850°C. According to preferred embodiments of the method according to the first aspect of the invention, in the first step the flue gas is cooled via radiant heat transfer to a temperature of from 630 to 670°C, more preferably from 640 to 660°C and most preferably from 645 to 655°C.

Volgens een voorkeur dragende uitvoeringsvorm wordt het koelen van het rookgas via stralingswarmteoverdracht uitgevoerd middels één of meerdere verdamperpanelen.According to a preferred embodiment, the cooling of the flue gas via radiant heat transfer is carried out by means of one or more evaporator panels.

Bij voorkeur wordt een aldus afgekoeld rookgas afgevoerd naar een rookgasreinigingsinrichting ter reiniging van het rookgas.Preferably, a flue gas cooled in this way is discharged to a flue gas cleaning device for cleaning the flue gas.

Voorkeursvormen van de werkwijze worden weergegeven in de conclusies 2 tot en metPreferred forms of the method are presented in claims 2 to 2.

7.7.

De geprefereerde uitvoeringsvorm van de werkwijze zoals beschreven in conclusie 2 heeft het effect dat dergelijke temperaturen zeer geschikt zijn om het rookgas af te voeren en om het rookgas aan te bieden aan een rookgasreinigingsinrichting. In een meer voorkeur dragende uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens conclusie 2 wordt het rookgas gekoeld tot een temperatuur van 220 tot 240 °C en zelfs nog meer bij voorkeur van 225 tot 235 °C.The preferred embodiment of the method as described in claim 2 has the effect that such temperatures are very suitable for discharging the flue gas and for presenting the flue gas to a flue gas cleaning device. In a more preferred embodiment of the method according to claim 2, the flue gas is cooled to a temperature of from 220 to 240°C and even more preferably from 225 to 235°C.

De geprefereerde uitvoeringsvorm van de werkwijze zoals beschreven in conclusie 3 heeft het effect dat oververhitte stoom met dergelijke temperatuur- en drukwaarden optimaal geschikt is om als dusdanig te worden gebruikt of om te worden gebruikt voor elektriciteitsproductie. In een meer voorkeur dragende uitvoeringsvorm van de werkwijze zoals beschreven in conclusie 3 wordt de verzadigde stoom verwarmd tot oververhitte stoom met een temperatuur van 390 tot 410 °C, en meer bij voorkeur vanThe preferred embodiment of the method as described in claim 3 has the effect that superheated steam with such temperature and pressure values is optimally suited to be used as such or to be used for electricity production. In a more preferred embodiment of the method as described in claim 3, the saturated steam is heated to superheated steam having a temperature of 390 to 410°C, and more preferably of

395 tot 405 °C, en met een absolute druk van 33 bar tot 47 bar, meer bij voorkeur van 36 bar tot 44 bar en nog meer bij voorkeur van 38 bar tot 40 bar. De geprefereerde uitvoeringsvorm van de werkwijze zoals beschreven in conclusie 4 heeft het effect dat via een plaats besparende opstelling van de stralingswarmteoverdracht-middelen het rookgas in een bepaalde ruimte toch over een groot oppervlak van de stralingswarmteoverdracht-middelen kan koelen. De geprefereerde uitvoeringsvorm van de werkwijze zoals beschreven in conclusie 5 heeft het effect dat het rookgas zo optimaal verder gekoeld wordt aangezien het rookgas sequentieel elk van de naast elkaar opgestelde convectiewarmteoverdracht-middelen passeert. Bij voorkeur wordt in genoemde convectiewarmteoverdracht-middelen water als koelmiddel aangewend.395 to 405°C, and at an absolute pressure of from 33 bar to 47 bar, more preferably from 36 bar to 44 bar and even more preferably from 38 bar to 40 bar. The preferred embodiment of the method as described in claim 4 has the effect that, via a space-saving arrangement of the radiant heat transfer means, the flue gas in a specific space can still cool over a large surface area of the radiant heat transfer means. The preferred embodiment of the method as described in claim 5 has the effect that the flue gas is further cooled as optimally as the flue gas sequentially passes through each of the adjacent convection heat transfer means. Preferably, in said convection heat transfer means, water is used as coolant.

De geprefereerde uitvoeringsvorm van de werkwijze zoals beschreven in conclusie 6 heeft het effect dat zo een geleidelijke opwarming van het water tot verzadigde stoom en vervolgens tot oververhitte stoom kan plaatsvinden.The preferred embodiment of the method as described in claim 6 has the effect that a gradual heating of the water to saturated steam and subsequently to superheated steam can thus take place.

De geprefereerde uitvoeringsvorm van de werkwijze zoals beschreven in conclusie 7 heeft het effect dat zo opstapeling van assen vermeden wordt, aangezien een opstapeling van assen op termijn een negatief effect heeft op koeling van het rookgas door stralingswarmte- of convectiewarmteoverdracht.The preferred embodiment of the method as described in claim 7 has the effect of avoiding ash pile-up, since ash pile-up in the long run has a negative effect on cooling the flue gas through radiant heat or convection heat transfer.

In een tweede aspect betreft de uitvinding een inrichting voor energierecuperatie na verbranding van vast brandbaar materiaal, bijvoorbeeld van vast afvalmateriaal, volgens conclusie 8.In a second aspect, the invention relates to a device for energy recovery after combustion of solid combustible material, for example solid waste material, according to claim 8.

De opstelling van de verdamperpanelen, economizers, verdampers en oververhitters volgens conclusie 8 geeft de mogelijkheid aan het rookgas om maximaal zijn warmte af te geven ter opwarming van water tot verzadigde stoom en vervolgens tot oververhitte stoom, waarbij tevens een compacte opstelling van de stoomketel mogelijk gemaakt wordt.The arrangement of the evaporator panels, economizers, evaporators and superheaters according to claim 8 gives the possibility to the flue gas to give maximum heat for heating water to saturated steam and then to superheated steam, while also enabling a compact arrangement of the steam boiler. is becoming.

Bij voorkeur is de stoomketel in gebruik ter hoogte van de stralingswarmteoverdracht- middelen verbonden met een verbrandingsoven waarin in gebruik vast brandbaar materiaal verbrand wordt.Preferably, in use, the steam boiler is connected at the level of the radiant heat transfer means to an incinerator in which solid combustible material is burned in use.

Voorkeursvormen van de inrichting worden weergegeven in de conclusies 9 tot en metPreferred forms of the device are presented in claims 9 to inclusive

13.13.

De geprefereerde uitvoeringsvorm van de inrichting zoals beschreven in conclusie 9 heeft het effect dat de stoomafnemer, bijvoorbeeld een industriële verwerkingsinstallatie die ten minste deels energie verkrijgt vanuit stoom, onmiddellijk de oververhitte stoom kan gebruiken om arbeid te verrichten.The preferred embodiment of the device as described in claim 9 has the effect that the steam extractor, e.g. an industrial processing installation that at least partly obtains energy from steam, can immediately use the superheated steam to perform work.

De geprefereerde uitvoeringsvorm van de inrichting zoals beschreven in conclusie 10 heeft het effect dat de stoomconditioneringsstations de oververhitte stoom naar wens kunnen conditioneren om vervolgens de geconditioneerde stoom voor bepaalde gewenste toepassingen aan te wenden.The preferred embodiment of the apparatus as described in claim 10 has the effect that the steam conditioning stations can condition the superheated steam as desired and subsequently use the conditioned steam for certain desired applications.

De geprefereerde uitvoeringsvorm van de inrichting zoals beschreven in conclusie 11 heeft het effect dat via de stoomturbine bypass klep de oververhitte stoom zijn energie kwijt kan geraken wanneer de stoomturbine niet in werking is of plots uitvalt. Dit is van groot belang omwille van veiligheidsoverwegingen.The preferred embodiment of the device as described in claim 11 has the effect that the superheated steam can lose its energy via the steam turbine bypass valve when the steam turbine is not in operation or suddenly breaks down. This is very important for security reasons.

De geprefereerde uitvoeringsvorm van de inrichting zoals beschreven in conclusie 12 heeft het effect dat zodoende een eventuele overmaat aan oververhitte stoom ontspannen kan worden.The preferred embodiment of the device as described in claim 12 has the effect that any excess of superheated steam can thus be relaxed.

De geprefereerde uitvoeringsvorm van de inrichting zoals beschreven in conclusie 13 heeft het effect dat zodoende de stoom op een optimale manier nabehandeld kan worden.The preferred embodiment of the device as described in claim 13 has the effect that the steam can thus be post-treated in an optimum manner.

In wat volgt, wordt de uitvinding beschreven aan de hand van niet-limiterende figuren die de uitvinding illustreren, en die niet bedoeld zijn of geïnterpreteerd mogen worden om de omvang van de uitvinding te limiteren.In what follows, the invention is described with reference to non-limiting figures which illustrate the invention, and which are not intended or should be interpreted to limit the scope of the invention.

GEDETAI LLEERDE FI GUURBESCHRIJVING Fig. 1 is een schematische voorstelling van rookgaszijdige componenten van een stoomketel volgens voorkeur dragende uitvoeringsvormen van de uitvinding. Fig. 2 is een schematische voorstelling van water-stoomzijdige componenten van een stoomketel volgens voorkeur dragende uitvoeringsvormen van de uitvinding. Fig. 3 toont een schematische voorstelling van een inrichting voor energierecuperatie na verbranding van vast brandbaar materiaal volgens voorkeur dragende uitvoeringsvormen van de uitvinding. Voor voordelen en technische effecten van elementen hieronder beschreven in de gedetailleerde figuurbeschrijving wordt verwezen naar de voordelen en technische effecten van overeenkomende elementen hierboven beschreven in de gedetailleerde beschrijving.DETAILED FIGURE DESCRIPTION FIG. 1 is a schematic representation of flue gas side components of a steam boiler according to preferred embodiments of the invention. fig. 2 is a schematic representation of water-steam side components of a steam boiler according to preferred embodiments of the invention. fig. 3 shows a schematic representation of an energy recovery device after combustion of solid combustible material according to preferred embodiments of the invention. For advantages and technical effects of elements described below in the detailed figure description, reference is made to the advantages and technical effects of corresponding elements described above in the detailed description.

De rookgaszijdige componenten van de stoomketel 1 zoals getoond in Fig. 1 omvatten stralingswarmteoverdracht-middelen 2 en convectiewarmteoverdracht-middelen 3 de binnen in de stoomketel 1 opgesteld zijn. De stralingswarmteoverdracht-middelen 2 staan in verbinding met een verbrandingsoven 4, en de convectiewarmteoverdracht- middelen 3 staan op hun beurt in verbinding met de stralingswarmteoverdracht- middelen 2. De stralingswarmteoverdracht-middelen 2 zijn dus zo opgesteld dat ze hete rookgassen ontvangen, welke hete rookgassen verkregen zijn door verbranding van vast brandbaar materiaal, bij voorkeur vast afvalmateriaal, in de verbrandingsoven 4.The flue gas side components of the steam boiler 1 as shown in FIG. 1 comprises radiant heat transfer means 2 and convection heat transfer means 3 arranged inside the steam boiler 1. The radiant heat transfer means 2 communicate with an incinerator 4, and the convection heat transfer means 3 in turn communicate with the radiant heat transfer means 2. The radiant heat transfer means 2 are thus arranged to receive hot flue gases, which are hot flue gases. obtained by burning solid combustible material, preferably solid waste material, in the incinerator 4.

De stralingswarmteoverdracht-middelen 2 omvatten wanden 5 die zijn opgebouwd uit verdamperpanelen 5. Deze wanden 5 zijn dusdanig opgesteld dat drie staande stralingskamers 6-8, en in het bijzonder in de richting van de verbrandingsoven 4 naar de convectiewarmteoverdrachtmiddelen 3 een eerste 6, tweede 7 en een derde staande stralingskamer 8 gevormd worden. Wanneer de hete rookgassen de verbrandingsoven 4 verlaten hebben deze een hoge temperatuur van minimum 800 °C en bij voorkeur van minimum 850 °C. Door achtereenvolgens door genoemde eerste 6, tweede 7 en derde staande stralingskamers 8 te stromen, hetgeen ook een verticale trek genoemd kan worden, worden de gassen door stralingswarmteoverdracht met de wanden 5 afgekoeld tot een temperatuur van 645 tot 655 °C.The radiant heat transfer means 2 comprise walls 5 constructed from evaporator panels 5. These walls 5 are arranged such that three standing radiant chambers 6-8, and in particular in the direction from the incinerator 4 to the convection heat transfer means 3 a first 6, second 7 and a third standing radiation chamber 8 are formed. When the hot flue gases leave the incinerator 4, they have a high temperature of minimum 800°C and preferably of minimum 850°C. By successively flowing through said first 6, second 7 and third standing radiation chambers 8, which can also be called a vertical draft, the gases are cooled by radiation heat transfer with the walls 5 to a temperature of 645 to 655°C.

De convectiewarmteoverdracht-middelen 3 omvatten in een rij opgestelde aan een bovenwand 9 van de stoomketel 1 hangende convectieschermen 10-15. Vertrekkende van de stralingswarmteoverdracht-middelen 2 omvatten de aldus hangende convectieschermen 10-15 achtereenvolgens een eerste verdamper 10, een tweede oververhitter 11, een eerste oververhitter 12, een tweede verdamper 13, een eerste economizer 14 en een tweede economizer 15. De reden van de onderlinge plaatsing van de convectieschermen 10-15 wordt hieronder verduidelijkt bij de bespreking van Fig. 2. Na het stromen langsheen de achtereenvolgende convectieschermen 10-15, wat ook een horizontale trek genoemd wordt, zijn de rookgassen gekoeld tot een temperatuur van 210 tot 250 °C. De rookgassen worden vervolgens opgevangen door een rookgasreinigingsinrichting 25 voor reiniging van de rookgassen.The convection heat transfer means 3 comprise convection screens 10-15 suspended in a row from an upper wall 9 of the steam boiler 1. Starting from the radiant heat transfer means 2, the convection screens 10 to 15 thus suspended comprise successively a first evaporator 10, a second superheater 11, a first superheater 12, a second evaporator 13, a first economizer 14 and a second economizer 15. mutual arrangement of the convection shields 10-15 is elucidated below in the discussion of FIG. 2. After flowing through successive convection screens 10-15, which is also called a horizontal draft, the flue gases are cooled to a temperature of 210 to 250°C. The flue gases are then collected by a flue gas cleaning device 25 for cleaning the flue gases.

Zoals hierboven besproken bij de beschrijving van Fig. 1 doorlopen de hete rookgassen die de stoomketel 1 binnenkomen noodgedwongen vier zogenaamde trekken waarlangs ze afkoelen.As discussed above in the description of FIG. 1, the hot flue gases entering the steam boiler 1 are forced to pass through four so-called pulls along which they cool.

Een deel van het stof dat meegesleurd wordt met de rookgassen zal door het vele bochtenwerk neerslaan uit de rookgassen.Part of the dust that is entrained with the flue gases will precipitate out of the flue gases due to the many bends.

Een deel van het stof blijft echter op onderdelen van de stralingswarmteoverdracht-middelen 2 en convectiewarmteoverdracht-middelen 3 plakken.However, some of the dust sticks to parts of the radiant heat transfer means 2 and convection heat transfer means 3 .

Hierdoor vermindert de koelingscapaciteit van de stoomketel 1 omdat er als het ware een isolerende laag op genoemde onderdelen gevormd wordt.As a result, the cooling capacity of the steam boiler 1 decreases because an insulating layer is formed on said parts, as it were.

Om deze reden bedraagt de uitgangstemperatuur van stoom (zie verder bij de beschrijving van Fig. 2) bij opstart 210°C maar kan deze geleidelijk oplopen tot 250°C.For this reason, the exit temperature of steam (see further in the description of Fig. 2) at start-up is 210°C but can gradually increase to 250°C.

Er kunnen middelen voorzien worden om het stof te reinigen zodat de opstapeling van stof op genoemde onderdelen vermeden wordt.Means can be provided for cleaning the dust so that the accumulation of dust on said parts is avoided.

Stof dat op de stoomketel 1 zijn bodem 16 valt wordt ook ketelas genoemd.Dust that falls on the steam boiler 1 its bottom 16 is also called boiler ash.

Ketelas dat onder de stralingswarmteoverdracht-middelen 2 op de bodem 16 valt wordt opgevangen en afgevoerd door transportschroeven 17, 18. Ketelas dat onder de convectiewarmteoverdracht-middelen 3 naar de bodem 16 valt wordt opgevangen en afgevoerd door kettingtransporteurs 19-21. De verkregen stromen van ketelas worden bijgevolg bij voorkeur samen over een breker (niet getoond in Fig. 1) afgevoerd naar ketelasopslagsilo’s (niet getoond in Fig. 1). In Fig. 2 worden stromen van water/stoom doorheen de verschillende convectieschermen 10-15 (zie Fig. 1) getoond.Boiler ash which falls to the bottom 16 under the radiant heat transfer means 2 is collected and discharged by conveyor screws 17, 18. Boiler ash which falls to the bottom 16 under the convection heat transfer means 3 is collected and discharged by chain conveyors 19-21. The resulting streams of boiler ash are therefore preferably discharged together over a crusher (not shown in Fig. 1) to boiler ash storage silos (not shown in Fig. 1). In fig. 2 shows flows of water/steam through the various convection screens 10-15 (see Fig. 1).

Voor de eenvoud van presentatie zijn in Fig. 2 bepaalde onderdelen van de stoomketel 1 niet of maar deels afgebeeld.For simplicity of presentation, in FIG. 2 certain parts of the steam boiler 1 not or only partly shown.

De water/stoom-stromen worden middels pijlen aangegeven.The water/steam flows are indicated by arrows.

Verder toont Fig. 2 een keteldrum 22 als bijkomende water/stoomzijdige component.Furthermore, FIG. 2 a boiler drum 22 as an additional water/steam component.

In de tweede 15 en eerste economizers 14 wordt water of condensaat voorverwarmd vooraleer het naar de keteldrum 22 gaat.In the second 15 and first economizers 14, water or condensate is preheated before going to the boiler drum 22 .

Tegelijk zorgen deze economizers 14, 15 rookgaszijdig voor een laatste afkoeling van de rookgassen.At the same time, these economizers 14, 15 on the flue gas side ensure a final cooling of the flue gases.

In de tweede 13 en eerste 10 verdampers wordt voorverwarmd condensaat van de keteldrum 22 omgezet in verzadigde stoom die terug naar de keteldrum 22 stroomt.In the second 13 and first 10 evaporators, preheated condensate from the boiler drum 22 is converted to saturated steam which flows back to the boiler drum 22 .

De verzadigde stoom uit de keteldrum 22 wordt vervolgens door de eerste 12 en tweede 11 oververhitters geleid die de verzadigde stoom tot oververhitte stoom omzetten.The saturated steam from the boiler drum 22 is then passed through the first 12 and second 11 superheaters which convert the saturated steam to superheated steam.

Om de temperatuur van de oververhitte stoom van 395 tot 405 °C te regelen is er tussen de eerste 12 en tweede oververhitter 11 een waterinjector voorzien voor het injecteren van water.In order to control the temperature of the superheated steam from 395 to 405°C, a water injector is provided between the first 12 and second superheater 11 for injecting water.

De oververhitte stoom (absolute druk van 38 bar tot 40 bar, 395 tot 405 °C) wordt verzameld in een stoomheader 24 die de stoom naar een stoomturbine 28 en een stoomafnemer 29 brengt (zie Fig. 3).The superheated steam (absolute pressure from 38 bar to 40 bar, 395 to 405°C) is collected in a steam header 24 which carries the steam to a steam turbine 28 and a steam take-off 29 (see Fig. 3).

In Fig. 3 wordt in het bijzonder een schematische voorstelling gegeven van een inrichting voor energierecuperatie na verbranding van vast brandbaar materiaal volgens voorkeur dragende uitvoeringsvormen van de uitvinding, waarin drie dergelijke stoomketels zoals hierboven besproken voor Fig. 1-2 opgesteld zijn.In fig. 3 is a particular schematic representation of an apparatus for energy recovery after combustion of solid combustible material according to preferred embodiments of the invention, wherein three such steam boilers as discussed above for FIG. 1-2 are set up.

De water/stoom- stromen worden in Fig. 3 middels pijlen aangegeven De oververhitte stoom van drie stoomketels 1, 26, 27, bijvoorbeeld een gecombineerd geproduceerde 160 tot 170 ton/uur oververhitte stoom van 40 bar absolute druk en 400 °C, komt samen in een gezamenlijke stoomheader 24 welke in wezen een pijpleiding is.The water/steam flows are shown in FIG. 3 indicated by arrows The superheated steam from three steam boilers 1, 26, 27, for example a combined produced 160 to 170 tons/hour superheated steam of 40 bar absolute pressure and 400 °C, comes together in a joint steam header 24 which is essentially a pipeline is.

Via de stoomheader wordt de stoom verdeeld over verschillende afnemers.The steam is distributed to various customers via the steam header.

Volgens de uitvoeringsvorm getoond in Fig. 3 zijn deze afnemers: — een stoomturbine 28 (bijvoorbeeld ongeveer 90 ton/uur oververhitte stoom); — stoomexport naar een stoomafnemer 29 voor gebruik van de oververhitte stoom als dusdanig (bijvoorbeeld 45 ton/uur oververhitte stoom); — eerste 30 en tweede stoomconditioneringsstations 31 (bijvoorbeeld 10 ton/uur oververhitte stoom); en — de overige oververhitte stoom wordt ontspannen in een bypass klep 32. De stoomturbine 28 produceert bijvoorbeeld ongeveer 21,5 MW elektrisch vermogen.According to the embodiment shown in FIG. 3, these customers are: — a steam turbine 28 (eg about 90 tons/hour of superheated steam); — steam export to a steam take-off 29 for use of the superheated steam as such (eg 45 tons/hour of superheated steam); — first 30 and second steam conditioning stations 31 (e.g. 10 tons/hour of superheated steam); and - the remaining superheated steam is expanded in a bypass valve 32. The steam turbine 28 produces, for example, about 21.5 MW of electrical power.

Na de stoomturbine 28 wordt verkregen ontspannen stoom gecondenseerd in een eerste luchtgekoelde condensor 33. Indien de stoomturbine 28 niet in werking is of plots uitvalt moet de stoom op een andere manier zijn energie kwijtraken.After the steam turbine 28, expanded steam is obtained and condensed in a first air-cooled condenser 33. If the steam turbine 28 is not in operation or suddenly breaks down, the steam has to lose its energy in another way.

In dat geval wordt de stoom over een stoomturbine bypass klep 34 die verbonden is met de stoomturbine 28 geleid die zorgt voor een reductie van de druk tot bijvoorbeeld 0,3 bar absolute druk.In that case, the steam is passed over a steam turbine bypass valve 34, which is connected to the steam turbine 28, which ensures a reduction of the pressure to, for example, 0.3 bar absolute pressure.

Tegelijk wordt de stoom gekoeld door middel van injectie van condensaat.At the same time, the steam is cooled by means of condensate injection.

Na de stoomturbine bypass klep 34 wordt de stoom in de eerste luchtgekoelde condensor 33 geleid.After the steam turbine bypass valve 34, the steam is fed into the first air-cooled condenser 33 .

Het tweede stoomconditioneringsstation 31 is opgebouwd als een middendruk (MD) station: de vereiste druk (bijvoorbeeld 15 bar absolute druk) wordt geregeld door een reduceerventiel 49, de vereiste temperatuur (bijvoorbeeld 210°C) door inspuiting met water afkomstig van ketelvoedingswaterpompen (niet getoond in Fig. 3). Het eerste stoomconditioneringsstation 30 is opgebouwd als een lagedruk (LD) station: de vereiste druk (bijvoorbeeld 5 bar absolute druk) wordt geregeld door een reduceerventiel 48, de vereiste temperatuur (bijvoorbeeld 160°C) door inspuiting met condensaat afkomstig van condensaatpompen en-/of condensaatinjectiepompen (niet getoond in Fig. 3). De overige oververhitte stoom wordt ontspannen in de bypass klep 32 en wordt vervolgens geleid naar een tweede luchtgekoelde condensor 33.The second steam conditioning station 31 is constructed as a medium pressure (MD) station: the required pressure (e.g. 15 bar absolute pressure) is controlled by a reducing valve 49, the required temperature (e.g. 210°C) by injection with water from boiler feed water pumps (not shown in Fig. 3). The first steam conditioning station 30 is constructed as a low pressure (LP) station: the required pressure (for example 5 bar absolute pressure) is regulated by a reducing valve 48, the required temperature (for example 160°C) by injection with condensate from condensate pumps and/or or condensate injection pumps (not shown in Fig. 3). The remaining superheated steam is expanded in the bypass valve 32 and is then fed to a second air-cooled condenser 33.

De luchtgekoelde condensoren 33, 35 koelen de stoom afkomstig van de stoomturbine 28 en de stoomturbine bypass klep 34 in geval van de eerste luchtgekoelde condensor 33 en afkomstig van de bypass klep 32 in geval van de tweede luchtgekoelde condensor 35, waardoor de stoom condenseert en er condensaat gevormd wordt dat door inwerking van de zwaartekracht respectievelijk naar de eerste condensaattank 36 en de tweede condensaattank 37 stroomt. De temperatuur van condensaat (bijvoorbeeld 46°C) is bepalend voor de onderdruk (bijvoorbeeld 0,1 bar absolute druk) in de eerste luchtgekoelde condensor 33. Voor de tweede luchtgekoelde condensor 35 van zijn deze parameters bijvoorbeeld 70°C en 0,3 bar absolute druk.The air-cooled condensers 33, 35 cool the steam from the steam turbine 28 and the steam turbine bypass valve 34 in the case of the first air-cooled condenser 33 and from the bypass valve 32 in the case of the second air-cooled condenser 35, causing the steam to condense and condensate is formed which flows to the first condensate tank 36 and the second condensate tank 37 respectively by the action of gravity. The temperature of the condensate (for example 46°C) determines the negative pressure (for example 0.1 bar absolute pressure) in the first air-cooled condenser 33. For the second air-cooled condenser 35 these parameters are for example 70°C and 0.3 bar absolute pressure.

De eerste luchtgekoelde condensor 33 omvat een eerste condensaatafscheider 38 en een eerste luchtkoeler 39. De te condenseren stoom afkomstig van de stoomturbine 28 komt eerst in de eerste condensaatafscheider 38. De eerste condensaatafscheider 38 fungeert als laagste punt, verzamelplaats voor het gevormde condensaat, dit vooral om de stoomturbine 28 (lage druk gedeelte) te beschermen tegen teruglopende vloeistof. Dit condensaat wordt door inwerking van de zwaartekracht afgevoerd naar de eerste condensaattank 36 Vanuit de eerste condensaatafscheider 38 gaat de stoom naar de eerste luchtkoeler 39, welke laatste omwille van praktische overwegingen en omwille van koelingsoverwegingen op een gebouw zijn dak opgesteld kan zijn. Net na de eerste condensaatafscheider 38 komt de stoom van de stoomturbine bypass klep 34 in een hoofdleiding en is er een balansleiding (niet getoond in Fig. 3) van de eerste luchtkoeler 39 naar de eerste condensaattank 36. De eerste luchtkoeler 39 bestaat uit twee hoofddelen 42, 43. De mogelijkheid bestaat om bij lage capaciteit een gedeelte buiten dienst te nemen. Elk deel bestaat bij voorkeur uit twee identieke modules, elk voorzien van een regelbare ventilator (niet getoond in Fig. 3). De regeling van de eerste luchtkoeler 39 houdt rekening met de uitgangstemperatuur van de verschillende modules, de druk aan de ingang, temperatuur van de niet-condenseerbare gassen en de buitentemperatuur. Op een gelijkaardige manier omvat de tweede luchtgekoelde condensor 35 een tweede condensaatafscheider 40 en een tweede luchtkoeler 41. De tweede luchtkoeler 41 omvat maar één compartiment en omvat bij voorkeur twee of drie regelbare ventilatoren (niet getoond in Fig. 3).The first air-cooled condenser 33 comprises a first condensate separator 38 and a first air cooler 39. The steam to be condensed from the steam turbine 28 first enters the first condensate separator 38. The first condensate separator 38 functions as the lowest point, collecting point for the condensate formed, especially to protect the steam turbine 28 (low pressure section) from liquid backflow. This condensate is discharged by the action of gravity to the first condensate tank 36. From the first condensate separator 38 the steam goes to the first air cooler 39, the latter of which may be installed on a building's roof for practical reasons and for cooling reasons. Just after the first condensate separator 38, the steam from the steam turbine bypass valve 34 enters a main line and there is a balance line (not shown in Fig. 3) from the first air cooler 39 to the first condensate tank 36. The first air cooler 39 consists of two main parts 42, 43. It is possible to take a part out of service at low capacity. Each part preferably consists of two identical modules, each provided with an adjustable fan (not shown in Fig. 3). The regulation of the first air cooler 39 takes into account the exit temperature of the various modules, the pressure at the entrance, temperature of the non-condensable gases and the outside temperature. In a similar manner, the second air-cooled condenser 35 comprises a second condensate separator 40 and a second air cooler 41. The second air cooler 41 comprises only one compartment and preferably comprises two or three controllable fans (not shown in Fig. 3).

De eerste 36 en tweede condensaattanken 37 verzamelen alle condensaatstromen van het stoomcircuit. De belangrijkste condensaatstromen zijn uiteraard deze van de luchtkoelers 39, 41. De andere stromen zijn afkomstig van de condensaatafscheiders 38, 40, maar ook van ejectorcondensors (niet getoond in Fig. 3), en condensaatvoorverwarmers 46, 47. Condensaat van de eerste 36 en tweede condensaattanken 37 wordt met condensaatpompen (niet getoond in Fig. 3) respectievelijk naar eerste 44 en tweede ontgassers 45 gepompt. Vanuit de condensaattanken 36, 37 worden ook twee ontoververhittingsstations gevoed (niet getoond in Fig. 3) middels condensaatinjectiepompen (niet getoond in Fig. 3) die dienen voor de ontoververhitting van LD-stoom (bijvoorbeeld met een absolute druk van 5 bar) in een LD-reduceerventiel 48 en vacuümstoom (bijvoorbeeld met een absolute druk van 100 tot 600 mbar) in de stoomturbine bypass klep 34.The first 36 and second condensate tanks 37 collect all condensate streams from the steam circuit. The main condensate flows are, of course, those from the air coolers 39, 41. The other flows come from the condensate separators 38, 40, but also from ejector condensers (not shown in Fig. 3), and condensate preheaters 46, 47. Condensate from the first 36 and second condensate tanks 37 is pumped to first 44 and second degassers 45 with condensate pumps (not shown in Fig. 3), respectively. Two desuperheating stations (not shown in Fig. 3) are also fed from the condensate tanks 36, 37 by means of condensate injection pumps (not shown in Fig. 3) which serve to desuperheat LP steam (for example with an absolute pressure of 5 bar) in a LP pressure reducing valve 48 and vacuum steam (e.g. with an absolute pressure of 100 to 600 mbar) in the steam turbine bypass valve 34.

Tussen de eerste condensaattank 36 en de eerste ontgasser 44 zijn er in serie twee condensaatvoorverwarmers 46, 47 opgesteld. Condensaatvoorverwarming vindt zo plaats in de gevormde cascade van twee condensaatvoorverwarmers 46, 47, welke in wezen warmtewisselaars zijn, waar men stoom condenseert afkomstig van de stoomturbine zijn hogere druk aftap en lagere druk aftap (niet getoond in Fig. 3). De voorverwarming is noodzakelijk om de ontgassing in de eerste ontgasser 44 mogelijk te maken, aangezien daarvoor voedingswater moet koken. Het voedingswater moet hierbij bij voorkeur tot 140°C voorverwarmd worden zodat een wandtemperatuur in een economizer boven het zuurdauwpunt blijft. Dit om corrosie te vermijden. Het gevormde condensaat vloeit trapsgewijze van de hoogste druk tot laagste druk via een ingebouwde onderkoeler (niet getoond in Fig. 3) om flashstoom-vorming te verminderen. Stoomvoeding naar elke condensaatvoorverwarmer 46, 47 is bij voorkeur constant. De temperatuur wordt bij voorkeur geregeld door een niveauregeling van het condensaat in elke condensaatvoorverwarmer 46, 47. Het niveau bepaalt de warmteoverdracht. Het setpunt van de niveauregeling wordt aangepast in functie van de temperatuur van het voedingswater. Als het niveau stijgt, daalt de temperatuur (en omgekeerd). Bij lagere capaciteit (vanaf 15% uitsturing) of bij stoomturbine bypass kan men de aftappen niet meer gebruiken. Deze sluiten dan zelf. Men gebruikt dan alleen oververzadigde stoom in de condensaatvoorverwarmer 47 die verbonden is met de eerste condensaattank 36.Between the first condensate tank 36 and the first degasser 44, two condensate preheaters 46, 47 are arranged in series. Condensate preheating thus takes place in the formed cascade of two condensate preheaters 46, 47, which are essentially heat exchangers, where steam is condensed from the steam turbine's higher pressure tap and lower pressure tap (not shown in Fig. 3). The preheating is necessary to enable the degassing in the first degasser 44, since feed water has to boil for this. The feed water should preferably be preheated to 140°C, so that a wall temperature in an economizer remains above the acid dew point. This is to avoid corrosion. The formed condensate flows stepwise from highest pressure to lowest pressure through a built-in subcooler (not shown in Fig. 3) to reduce flash steam generation. Steam feed to each condensate preheater 46, 47 is preferably constant. The temperature is preferably controlled by a level control of the condensate in each condensate preheater 46, 47. The level determines the heat transfer. The set point of the level control is adjusted according to the temperature of the feed water. As the level rises, the temperature falls (and vice versa). At lower capacity (from 15% control) or with steam turbine bypass, the taps can no longer be used. These then close themselves. Only supersaturated steam is then used in the condensate preheater 47 which is connected to the first condensate tank 36.

Aangezien de condensaatvoorverwarmers 46, 47 aansluiten op de stoomturbine 28 (niet getoond in Fig. 3) worden bij voorkeur maatregelen genomen om te voorkomen dat het condensaat naar de stoomturbine 28 gaat in geval van defect in de condensaatvoorverwarmers 46, 47. Hiervoor wordt bij hoog niveau in één van de condensaatvoorverwarmers 46, 47 de bijbehorende aftap van de stoomturbine 28 afgesloten.Since the condensate preheaters 46, 47 connect to the steam turbine 28 (not shown in Fig. 3), measures are preferably taken to prevent the condensate from going to the steam turbine 28 in case of failure of the condensate preheaters 46, 47. For this purpose, at high level in one of the condensate preheaters 46, 47, the associated drain of the steam turbine 28 is closed.

Claims

CONCLUSIONS

1. Method for energy recovery after combustion of solid combustible material, for example of solid waste material, in which flue gas obtained by combustion of the solid combustible material with a temperature of at least 800 °C is converted into steam for such use or for electricity production, by carrying out following steps: — cooling the flue gas to a temperature of up to 250 °C by heat exchange with water, whereby the water is first heated to saturated steam and then the saturated steam is further heated to superheated steam, after which the flue gas is discharged; — the use of the superheated steam as such for energy-requiring processes and/or the conversion of the superheated steam into electricity, characterized in that the cooling of the flue gas is carried out in two steps, in which in a first step the flue gas is radiant heat transfer is cooled to a temperature of 620 to 680 °C and in a second step the flue gas is further cooled by convection heat transfer with water to a temperature of at most 250°C, which convection heat transfer also heats water to saturated steam and subsequently to superheated steam is output.

A method according to claim 1, wherein the flue gas is cooled to a temperature of 210 to 245°C.

Process according to claim 1 or 2, wherein the saturated steam is heated to superheated steam having a temperature of 380 to 420°C and an absolute pressure of 30 bar to 50 bar.

A method according to any one of claims 1 to 3, wherein the flue gas during radiant heat transfer is forced into a vertical flow through an arrangement of radiant heat transfer means (2), said arrangement being such that the vertical flows are directed one or more times. is changed.

A method according to any one of claims 1 to 4, wherein the flue gas is forced during convection heat transfer into a horizontal flow along convection heat transfer means (3) arranged side by side.

A method according to any one of claims 1 to 5, wherein the heating of water by means of convection heat transfer to saturated steam and subsequently to superheated steam takes place at least partly in countercurrent to a flow of the flue gas.

A method according to any one of claims 1 to 6, wherein the flue gas comprises ashes released during cooling of the flue gas, and wherein the thus released ashes are collected and discharged.

Apparatus for energy recovery after combustion of solid combustible material, for example of solid waste material, comprising a steam boiler (1), steam header (24) and a steam turbine (28), wherein in use inside the steam boiler (1) radiant heat transfer means (2 ), convection heat transfer means (3) and a boiler drum (22), the radiant heat transfer means (2) comprising a plurality of evaporator panels (5) for cooling flue gas obtained by combustion of solid combustible material, the convection heat transfer means (3) comprising one or more economizers (14, 15), one or more evaporators (10, 13), and one or more superheaters (11, 12) for further cooling the flue gas by means of convection heat transfer and for heating water from the boiler drum ( 22) to saturated steam and then to superheated steam, the steam header (24) being arranged to distribute the superheated steam and connected in use to the steam turbine (28) in use converting the superheated steam into electricity, characterized in that the plurality of evaporator panels (5) are arranged in use to form two or more vertical walls which force the flue gas into a vertical flow during radiant heat transfer, and wherein in use the one or more economizers (14, 15), evaporators (10, 13) and superheaters (11, 12) are suspended side by side from a top wall (9) of the steam boiler (1), wherein cooling of the flue gas is carried out in two steps, in which in a first step the flue gas is cooled to a temperature of 620 to 680 °C by means of radiant heat transfer and in a second step the flue gas is further cooled by convection heat transfer with water to a temperature of at most 250°C, by which convection heat transfer also involves heating water to saturated steam and then to superheated steam.

Apparatus according to claim 8, further comprising a steam extractor (29) for direct use of steam as such, the steam header (24) being connected to the steam extractor (29) in use.

An apparatus according to claim 8 or 9, further comprising one or more steam conditioning stations (30, 31) connected in use to the steam header (24).

An apparatus according to any one of claims 8 to 10, further comprising a steam turbine bypass valve (34) connected in use to the steam turbine (28).

Apparatus according to any one of claims 8 to 11, comprising an additional separate bypass valve (32) connected in use to the steam header (24).

Apparatus according to any one of claims 8 to 12, comprising one or more air-cooled condensers (33, 35) condensate tanks (36, 37) and degassers (44, 45), wherein in use subsequent to said steam turbine bypass valve (34) and/or additional separate bypass valve (32) successively at least one air-cooled condenser (33, 35), condensate tank (36, 37) and degasser (44, 45) are arranged.