DD291803A5 - APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE OF INTERMEDIATE HEATING STEAM IN STEAM BOILERS WITH A CIRCULATING SWITCH LAYER - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Regelung der Temperatur von Zwischenueberhitzungsdampf bei Dampfkesseln mit zirkulierender Wirbelschicht fuer ein Kraftwerk und ist gekennzeichnet durch{Kraftwerk; Zwischenueberhitzungsdampf; Temperatur; Regelung; Dampfkessel; Wirbelschicht, zirkulierend; Zwischenueberhitzer; Gasabzug; Turbine}The invention relates to a plant and a method for controlling the temperature of Zwischenueberhitzungsdampf at steam boilers with circulating fluidized bed for a power plant and is characterized by {power plant; Zwischenueberhitzungsdampf; Temperature; Regulation; Steam boilers; Fluidized bed, circulating; Between superheater; Gas extraction; Turbine}
Description
Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftwerk, das eine zweistufige Dampfturbine und eine Dampferzeugeranlage mit einem Wirbelschicht-Feuerungssystem umfaßt, das eine Wirbelschicht-Feuerung, mindestens einen Abscheider und einen Gasabzug bestehend aus einem Zwischenüberhitzer und einem Überhitzer aufweist.The present invention relates to a power plant comprising a two-stage steam turbine and a steam generator plant with a fluidized bed combustion system comprising a fluidized bed combustor, at least one separator and a gas vent consisting of a reheater and a superheater.
Dio vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Regelung von Zwischenüberhitzertemperaturen in einem Dampferzeuger mit einem Wirbelschicht-Verbrennungssystem, das eine Wirbelschichtfeuerung, zumindest einen heißen Abscheider und einen Zwischenüberhitzer in einem Gasabzug aufweist.The present invention also relates to a method of controlling reheater temperatures in a steam generator having a fluidized bed combustion system including a fluidized bed combustor, at least one hot trap, and a reheater in a gas vent.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Es sind derzeit mehrere Verfahren zur Regelung von Zwischenüberhitzungs-Dampftemperaturen bekannt. Ein Verfahren zur Überwachung der Zwischenüberhitzertemperatur besteht darin, ein System zur Umleitung des Gases über den Zwischönüberhitzer zu benutzen. Im Konvektionskanal des Kessele sind zwei getrennte Rauchgaskanäle vorgesehen (einer für den Überhitzer und einer für den Zwischenüberhitzer), jeweils mit nachgeschalteten Vorrichtungen wie etwa Regelventilen zur Veränderung des Rauchgasdurchflusses durch einen jeden Abschnitt. Die Dampfaustrittstemperatur des Zwischenüberhitzers kann durch Veränderung des Rauchgasdurchflusses zwischen den Konvektionskanalabschnitten geregelt werden. Dor bedeutendste Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die Regelventile in einem staubbeladenen heißen Rauchgaskanal mit erhöhter Temperatur (260-3710C) positioniert sind, wodurch sie Erosion und mechanischen Fehlern ausgesetzt sind. Außerdem ist der Temperaturregelboreich bei diesem System beschränkt.Several methods for controlling reheat steam temperatures are currently known. One method of monitoring the reheater temperature is to use a system for bypassing the gas via the intermediate superheater. In the Kessele convection duct, two separate flue gas ducts are provided (one for the superheater and one for the reheater), each with downstream devices such as control valves for varying the flue gas flow through each section. The steam outlet temperature of the reheater can be controlled by changing the flue gas flow between the convection duct sections. Dor most significant disadvantage of this method is that the control valves are positioned in a dust-laden hot flue gas channel with elevated temperature (260-371 0 C), whereby they are exposed to erosion and mechanical errors. In addition, the temperature control range is limited in this system.
Ein zweites Verfahren, die Dampfaustrittstemperatur von Zwischenüberhitzern zu regeln besteht in der Benutzung von externen Wärmeaustauschern. Bei diesem Verfahren wird ein Teil der rückgeführten Feststoffpartikel innerhalb des Wirbelschichtsystems zu einem extern aufgestellten Wärmeaustauscher mit Wirbelschicht, d.h. einem externen Wärmetauscher (External Heat Exchanger = EHE) umgeleitet, in dem ein Teil- oder ein ganzer Zwischenüberhitzer angeordnet ist. Durch Veränderung des Feststoffpartikeldurchflusses zum EHE werden die Wärmeübergangsmenge zum Zwischenüberhitzer und die Dampfaustrittstemperatur des Zwischonüberhitzers reguliert. Die bedeutendsten Nachteile dieses Systems bestehen di ,in, daß das Regelventil zur Durchflußregelung von Feststoffpartikeln sehr wartungsaufwendig ist und daß die Zwischenüberhitzer-Rohrfläche innerhalb des EHE einer Erosion ausgesetzt ist. Dies beeinträchtigt die Verfügbarkeit der Einheit Man hat auch in dem US-Patent 4.748,940 vorgeschlagen, erste Zwischenüberhitzer-Heizflächen in einem Rauchgaskanal einer Wirbelschichtfeuerung zu arrangieren und an diesen ersten Zwischenüberhitzer einen zweiten Zwischenüberhitzer anzuschließen, der in einem externen Wärmeaustauscher (EHE) angeordnet ist. Eine einstellbare Bypassleitung ist parallel zu den Heizflächen des Zwischenüberhitzers verbunden. Die Austrittstemperatur des Zwischenüberhitzers wird durch eine Regulierung des Feststoffpartikeldurchflusses in den externen Wärmeaustauscher und durch eine Regulierung des Dampfdurchflusses in den beiden Zwischenüberhitzern mittels Bypassleitung geregelt.A second method of controlling the steam outlet temperature of reheaters is to use external heat exchangers. In this process, a portion of the recycled solid particles within the fluidized bed system become an externally-established fluidized bed heat exchanger, i. an external heat exchanger (EHE) diverted in which a partial or a whole reheater is arranged. By changing the solid particle flow to the EHE, the heat transfer rate to the reheater and the steam outlet temperature of the intermediate superheater are regulated. The most significant drawbacks of this system are that the control valve for controlling the flow of solid particles requires a great deal of maintenance and that the reheater pipe surface within the EHE is subject to erosion. This affects the availability of the unit It has also been proposed in US Patent 4,748,940 to arrange first reheater heating surfaces in a flue gas duct of a fluidized bed combustor and to connect to this first reheater a second reheater located in an external heat exchanger (EHE) , An adjustable bypass line is connected in parallel to the heating surfaces of the reheater. The exit temperature of the reheater is controlled by regulating the solid particle flow into the external heat exchanger and regulating the vapor flow in the two reheaters by means of a bypass line.
Eine weitere Annäherungsweise, die Dampfaustrittstemperatur von Zwischenüberhitzern zu regulieren besteht darin, einen Sprüh-Heißdampfkühler einzusetzen. Bei diesem Verfahren wird eine Wassereinspritzung für die Heißdampfkühlung und damit zur Regelung der Dampfaustrittstemperatur des Zwischenüberhitzers eingebaut. Dies ist eine einfache aber nicht allgemein akzeptierte Annäherungsweise, weil es den zyklischen Wirkungsgrad verschlechtert.Another approach to regulating the steam outlet temperature of reheaters is to use a spray hot steam cooler. In this method, a water injection for the superheated steam cooling and thus to control the steam outlet temperature of the reheater is installed. This is a simple but not generally accepted approach because it degrades cyclic efficiency.
Eine noch weitere Annäherungsweise besteht in der Verwendung eines Luftüberschusses. Dem Kessel zugeführte überschüssige Luft kann zur Regelung der Dampftemperatur von Zwischenüberhitzern verwendet werden. Dieses Verfahren wird aber nicht bevorzugt wegen seiner negativen Auswirkungen auf den Wirkungsgrad des Kessels. Eine noch weitere Annäherungsweise besteht in der Rückführung von Gas. Bei diesem Verfahren werden große Rauchgasmengen zurückgeführt, um die Nenn-Dampfaustrittstemperatur des Zwischenüberhitzers zu erreichen. Dieses Verfahren setzt jedoch die Anwendung eines Gasrüokführgebläses zur Handhabung des heißen staubbeladenen Gases voraus und hat einen Anstieg des Stromverbrauchs zur Folge, was das Verfahren unvorteilhaft macht.Yet another approach is to use an excess of air. Excess air supplied to the boiler can be used to control the steam temperature of reheaters. However, this method is not preferred because of its negative effects on the efficiency of the boiler. Yet another approach is the recirculation of gas. In this process, large amounts of flue gas are recycled to reach the rated steam outlet temperature of the reheater. However, this method requires the use of a gas recirculation blower to handle the hot dust-laden gas and results in an increase in power consumption, which makes the process disadvantageous.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Lösungen zu überwinden.The aim of the invention is to overcome the disadvantages of the known solutions.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Anlage und ein Verfahren zur Regelung der Dampf(austritts-)· temperatur von Zwischenüberhitzern bei Dampferzeugern mit zirkulierender Wirbelschicht zu schaffen. Erfindungsgemäß ist ein Dampferzeuger mit einen. wu'uelschichtverbrennungssystem, das aus einei Wirbelschichtfeuerung, mindestens einem Abscheider und einem Zwischenüberhitzer in einem Rauchgaskanal besteht, gekennzeichnet durchThe object of the present invention is to provide an improved system and a method for controlling the steam (outlet) temperature of reheaters in circulating fluidized bed steam generators. According to the invention, a steam generator with a. Wu'uelschichtverbrennungssystem consisting of eini fluidized bed combustion, at least one separator and a reheater in a flue gas duct, characterized by
- eine erste Stufe des Zwischenüberhitzers und eine zweite oder Endstufe des Zwischenüberhitzers, die hintereinander in einem gemeinsamen Gasabzug angeordnet sind,a first stage of the reheater and a second or final stage of the reheater, which are arranged one behind the other in a common gas outlet,
- Mittel zur Aufteilung des Kaltdampfes aus einer Turbine in eine selektive erste und zweite Portion und zur Leitung der ersten Portion durch die erste Stufe des Zwischenüberhitzers,Means for dividing the cold steam from a turbine into a selective first and second portion and for directing the first portion through the first stage of the reheater,
- Mittel zur Wiedervereinigung der ersten und zweiten Portion und zur Leitung dorselben durch die zweite Stufe des Zwischenüberhitzers.- means for reuniting the first and second portions and for directing them through the second stage of the reheater.
Vorzugsweise enthält der Dampferzeuger Mittel zur Regelung der Temperatur der zweiten oder Endstufe des Zwischenüberhitzers und umfaßt Mittel zur Umleitung einer selektierten Portion des Kaltdampfes an der ersten Stufe des Zwischenüberhitzers vorbei direkt zur zweiten, d. h. der Endstufe des Zwisch onüberhitzers. Erfindungsgemäß ist der Überhitzer hinter der genannten zweiten Stufe des Zwischenüberhitzers angeordnet. Ein erfindungsgemäßer Dampferzeuger ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Aufteilung des Kaltdampfes aus einer Bypassleitung bestehen mit mindestens einem Durchflußregelventil, zur Umleitung einer selektierten Portion kalten Dampfes aus einer Turbine an der ersten Stufe des Zwischenüberhitzers vorbei direkt zur zweiten oder Endstufe des Zwischenüberhitzers.Preferably, the steam generator includes means for controlling the temperature of the second or final stage of the reheater and comprises means for diverting a selected portion of the cold steam past the first stage of the reheater directly to the second, d. H. the final stage of the intermediate oneheater. According to the invention, the superheater is arranged behind the said second stage of the reheater. A steam generator according to the invention is further characterized in that the means for dividing the cold steam from a bypass line with at least one flow control, for redirecting a selected portion of cold steam from a turbine to the first stage of the reheater over directly to the second or final stage of the reheater.
- Teilung des Zwischenüberhitzers in eine erste und eine zweite oder Endstufe des Zwischenüberhitzers und durch die Anordnung der ersten und zweiten Stufe des Zwischenüberhitzers hintereinander in einem gemeinsamen Gasabzug,Dividing the reheater into a first and a second or final stage of the reheater and by arranging the first and second stages of the reheater in series in a common gas outlet,
- Aufteilung des dem Zwischenüberhitzer rückgeführten Kaltdampfes in eine selektive erste und zweite Portion und Leitung der ersten Portion durch die erste Stufe des Zwischenüberhitzers und- Division of the reheater recirculated cold steam into a selective first and second portion and line of the first portion through the first stage of the reheater and
- Wiedervereinigung der ersten und zweiten Portion und durch Leitung derselben durch die zweite oder Endstufe des Zwischenüberhitzers.- Reunification of the first and second portion and by the same through the second or final stage of the reheater.
Dabei ist es vorteilhaft, daß die zweite Portion des aufgeteilten Kaltdampfes durch eine Bypassleitung geleitet wird, die sich zwischen einem Eintritt und einem Austritt der ersten Stufe des Zwischenüberhitzers erstreckt, und daß die Dampftemperatur der zweiten oder Endstufe des Zwischenüberhitzers geregelt wird, zur Aufteilung der Kaltdampftemperatur entsprechend in eine erste und eine zweite Portion.It is advantageous that the second portion of the split cold vapor is passed through a bypass line extending between an inlet and an outlet of the first stage of the reheater, and that the steam temperature of the second or final stage of the reheater is regulated, for dividing the cold vapor temperature corresponding to a first and a second portion.
Letztlich ist vorgesehen, daß die Druckdifferenz zwischen dem Rückführungsdampfdruck und dem Austrittsdampfdruck des Zwischenüberhitzers der ersten Stufe geregelt wird, zur Aufteilung des Kaltdampfes in eine erste und zweite Portion.Finally, it is provided that the pressure difference between the recirculation vapor pressure and the outlet vapor pressure of the reheater of the first stage is regulated, for dividing the cold vapor into a first and second portion.
Die vorliegende Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen sowie den beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:The present invention will be explained in more detail with reference to embodiments and the accompanying drawings. Show it:
Erfindung;Invention;
Fig. 2: in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 3: in schematischer Darstellung eine Anordnung zweier typischer Kessel, die mit ein und derselben Turbine verbunden sind.Fig. 2: a schematic representation of a second embodiment of the present invention; Fig. 3: a schematic representation of an arrangement of two typical boiler, which are connected to one and the same turbine.
Fig. 1 stellt ein Kraftwerk dar, das einen typischen Kessel mit zirkulierender Wirbelschicht mit Überhitzer und Zwischenüberhitzer aufweist, wobei das System eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. Das Kesselsystem 10 umfaßt eine Wirbelschichtfeuerung 12 mit einer Brennkammer 14, in die brennendes Material, nichtbrennendes Material, möglicherweise Zusätze oder rückgeführtes Material, Primärluft und Sekundärluft eingegeben werden. In der Brennkammer 14 wird das Bett durch die richtige Zusammensetzung des Bettmaterials und des Luftstroms in fluidisiertem Zustand gehalten. Die Brennkammer 14 ist mit einem Boden 16 mit einer rostähnlichen Konstruktion versehen, durch die Fluidisierungsluft eingeführt wird. C:e Brennkammerwände sind vorzugsweise mit Rohrwänden des Membrantyps, mit oder ohne feuerfeste Auskleidung ausgeführt.Figure 1 illustrates a power plant having a typical circulating fluidized bed boiler with superheater and reheater, the system incorporating a preferred embodiment of the present invention. The boiler system 10 includes a fluidized bed combustor 12 having a combustor 14 into which combusting material, non-combustible material, possibly additives or recycled material, primary air and secondary air are input. In the combustor 14, the bed is kept in a fluidized state by the proper composition of the bed material and airflow. The combustion chamber 14 is provided with a bottom 16 having a rust-like construction through which fluidizing air is introduced. C : e combustion chamber walls are preferably designed with membrane-type tube walls, with or without refractory lining.
Die ersten und zweiten Stufen der Überhitzer 18 und 20 sind innerhalb der Brennkammer 14 angeordnet. Die Brennkammermaterialien werden aus der Brennkammer 14 durch Kesselzüge 22 einem heißen Abscheider 24 zugeführt, worin die Feststoffpartikel von den Rauchgasen abgeschieden werden, um über das Partikelrückgewinnungssystem 26; 28 und 30 zum Brennkammerboden 16 zwecks Rezirkulation zurückgeführt zu werden. Diese können durch Wirbelschichtkühler oder dgl. geleitet werden, bevor sie in die Brennkammer 14 rückgeführt werden.The first and second stages of the superheaters 18 and 20 are disposed within the combustion chamber 14. The combustor materials are supplied from the combustor 14 by boiler passes 22 to a hot separator 24 wherein the particulate matter is separated from the flue gases to pass through the particulate recovery system 26; 28 and 30 to be returned to the combustor bottom 16 for the purpose of recirculation. These may be passed through fluid bed coolers or the like before being returned to the combustor 14.
Die Einzelheiten des Speisewasser-Umlaufsystems und der primären Überhitzer sind nicht dargestellt, da sie keinen wesentlichen Teil der vorliegenden Erfindung ausmachen.The details of the feedwater recycle system and the primary superheaters are not shown because they do not constitute an essential part of the present invention.
Rauchgase vom heißen Abscheider 24 werden durch den Gasabzug 32 einem Konvektionsabschnitt 34 zugeführt. Ein einstufiger Überhitzer 38 ist im Konvektionsabschnitt angeordnet, wobei die Zwischenüberhitzer 40 und 42 dem Überhitzer 38 nach- und einer Ekonomizerfläche 44 vorgeschaltet sind. Der Zwischenüberhitzer ist zweistufig dargestellt, wobei 42 die erste und 40 die zweite oder Endstufe bildet. Der Zwischenüberhitzer kann mehr als zwei Stufen aufweisen, wobei die Endstufe direkt hinter dem Überhitzer 38 wie etwa 40 angeordnet ist. Diese sind als Gegenstrom-Wärmeaustauscher arrangiert, wobei der Gasstrom nach unten und der Zwischenüberhitzungsdampf nach oben fließt. Die Anordnung des Überhitzers 38 innerhalb dieses Abschnittes trägt dazu bei, die Temperatur des Gasstromes zum Zwischenüberhitzer 40 unterhalb der kritischen Temperatur zu halten. Diese Anordnung zusammen mit der unten beschriebenen Bypaß-Eigenschaft ermöglicht eine einmalige und wirksame Kontrolle von Temperaturen innerhalb der Zwischenüberhitzerabschnitte.Flue gases from the hot separator 24 are supplied to a convection section 34 through the flue 32. A single-stage superheater 38 is disposed in the convection section, with the reheaters 40 and 42 downstream of the superheater 38 and upstream of an economizer surface 44. The reheater is shown in two stages, with 42 forming the first and 40 the second or final stage. The reheater may have more than two stages, with the final stage located directly behind the superheater 38, such as 40. These are arranged as a countercurrent heat exchanger with the gas flow down and the reheat steam flowing up. The location of the superheater 38 within this section helps keep the temperature of the gas stream to the reheater 40 below the critical temperature. This arrangement, along with the by-pass feature described below, allows unique and effective control of temperatures within the reheater sections.
Wenn die Dampftemperatur beim Verlassen des betreffenden Abschnittes (in einer Gegenstrom-Wärmeaustauscher-Anordnung) nah der Temperatur des diesem Abschnitt zuströmenden Gases liegt, hat eine Reduzierung des Gasstromes zu diesem Abschnitt einen erheblichen Rückgang der Wärmeabsorption zur Folge. Wenn sich ·ϋβ Dampftemperatur der Gastemperatur nähert, wird die für den Wärmeübergang zur Verfügung stehende effektive (hermische Wärme vermindert. Dies schafft die Grundlage für das Prinzip, das beim Regelsystem für die Zwischenüberhitzungstemperatur entsprechend der vorliegenden Erfindung benutzt wird.When the steam temperature at leaving the section concerned (in a countercurrent heat exchanger arrangement) is close to the temperature of the gas flowing in that section, a reduction of the gas flow to this section results in a significant decrease in heat absorption. As steam temperature approaches the gas temperature, the effective thermal heat available for heat transfer is reduced, providing the basis for the principle used in the reheat temperature control system of the present invention.
Das in Fig. 1 dargestellte Dampferzeugungssystem versorgt eine zweistufige Turbine 52 mit Dampf. Bei der dargestellten Anordnung fließt der Dampf vom Überhitzer 38 über einen Austrittssammler 46 und eine Versorgungsleitung 48 mittels Ventil 50 zur Eintrittsseite der Hochdruckturbine (HPT) 52. Der die Turbine 52 verlassende Kaltdampf fließt über die Rückführleitung 53 zu den Zwischenüberhitzern 42 und 40 zurück. Am Zwischenüberhitzer 42 schließt sich eine Bypaßleitung 54 bei 55 an die Rückführleitung 53 und leitet eine Portion des Kaltdampfes um, während der restliche Kaltdampf über ein Differential-Regelventil 56 dem Eintrittsverteiler 58 der ersten Stufe des Zwischenüberhitzers 42 zufließt.The steam generating system shown in Fig. 1 supplies a two-stage turbine 52 with steam. In the illustrated arrangement, the steam from the superheater 38 flows via an outlet header 46 and a supply line 48 to the inlet side of the high pressure turbine (HPT) 52 via valve 50. The cold steam exiting the turbine 52 flows back to the reheaters 42 and 40 via the return line 53. At the reheater 42, a bypass line 54 closes at 55 to the return line 53 and redirects a portion of the cold vapor, while the remaining cold steam via a differential control valve 56 to the inlet manifold 58 of the first stage of the reheater 42 flows.
Der den Zwischenüberhitzer 42 durchfließende Dampf tritt über einen Sammler 60 aus und vereinigt sich wieder mit oder kehrt zurück zur Bypaßportion des Kaltdampfes an der Stelle 62. In der Bypassleitung 54 ist ein Durchflußregelventil 64 zur Regelung des Durchflusses zwischen dem Eintritte-Sammelrohr der ersten Stufe des Zwischenüberhitzers 42 und der Bypassleitung vorgesehen. Der wiedervereinigte Dampfstrom an der Stelle 62 fließt in den Eintrittsverteiler 66 der zweiten oder Endstufe des Zwischenüberhitzers 40, wo er weiter aufgeheizt wird und über einen Austrittssammler 68, Versorgungsleitung 70 und Ventil 72 der zweiten oder niedrigeren Stufe der Turbine (IPT) 74 zufließt. Die selektive Proponionierung des Kaltdampfes zwischen Bypassleitung 54 und der zweiten Stufe des Zwischenüberhitzers 42 bietet eine wirksame und leistungsfähige Methode zur Regelung der Temperatur in den Zwischenüberhitzerstufen.The steam flowing through the reheater 42 exits via a collector 60 and rejoins or returns to the by-pass portion of the cold steam at location 62. In the bypass line 54 is a flow control valve 64 for controlling the flow between the first stage inlet manifold Intermediate superheater 42 and the bypass line provided. The recombined vapor stream at location 62 flows into the inlet manifold 66 of the second or final stage of the reheater 40, where it is further heated and flows via an exit header 68, supply line 70, and second or lower stage valve 74 of the turbine (IPT) 74. The selective propionation of the cold vapor between the bypass line 54 and the second stage of the reheater 42 provides an effective and efficient method of controlling the temperature in the reheater stages.
Die Plazierung der ersten Stufe des Zwischenüberhitzers 42 am Rauchgasweg ist so gewählt, daß die Umleitung der erforderlichen Kaltdampfportion direkt zur zweiten Stufe des Zwischenüberhitzers 40 die Dampftemperatur beim Verlassen der ersten Stufo des Zwischenüberhitzors nicht weiter erhöhen kann als bis zurzulässigen Metalltemperatur des Werkstoffes der Zwischenüberhitzerrohre. Durch Einstellung eines Grenzwertes werden dio Werkstoffe der ersten Stufe des Zwischenüberhitzers 40 vor einer Überschreitung ihrer zulässigen Metalltemperaturen geschützt. Der Wert 5660C ist ein typischer Grenzwert und kann abhängig von den jeweiligen Konstruktionsmerkmalen variieren. Der Zweck des Systems besteht darin, daß die maximale Außentemperatur an der Oberfläche der Rohre den zulässigen Metalltemperatur-Grenzwert für das gewählte Material nicht übersteigt.The placement of the first stage of the reheater 42 on the flue gas path is selected so that the diversion of the required cold steam portion directly to the second stage of the reheater 40, the steam temperature when leaving the first Stufo the reheater can not further increase up to the permissible metal temperature of the material of the reheater pipes. By setting a limit value, the materials of the first stage of the reheater 40 are protected from exceeding their permissible metal temperatures. The value 566 0 C is a typical limit and may vary depending on the particular design features. The purpose of the system is that the maximum outside temperature at the surface of the tubes does not exceed the allowable metal temperature limit for the chosen material.
Die Anordnung der Regelventile 56 und 64 ist so gewählt, daß durch den gesamten Regelbereich der Dampftemperatur eine Regelbarkeit erreicht wird und alle Zwischenüberhitzerflächen im Konvektionsab'schnitt des Kessels angeordnet werden können, wodurch auf Zwischenüberhitzerflächen in der Brennkammer 14 verzichtet werden kann. Dies erlaubt auch ein vereinfachtes Anfahrschema, wenn z. B. mehrere Kessel an eine gemeinsame Turbinenanlage angeschlossen sind. Bei dieser Anordnung bildet die Ventilgruppe ein Mittel, den Durchfluß von Zwischenüberhitzungsdampf unter verschiedenen Betriebsverhältnissen im Gleichgewicht zu halten.The arrangement of the control valves 56 and 64 is selected so that through the entire control range of the steam temperature controllability is achieved and all reheater surfaces in Konvektionsab'schnitt the boiler can be arranged, which can be dispensed reheater surfaces in the combustion chamber 14. This also allows a simplified Anfahrschema when z. B. several boilers are connected to a common turbine system. With this arrangement, the valve assembly provides a means to balance the flow of reheat steam under various operating conditions.
Im Kessel mit zirkulierender Wirbelschicht findet die Verbrennung in einem Fließbett aus inertem Material statt. Das die Feuerung verlassende fluidisierte Bettmaterial wird mit einem heißen Kolloktor (wie etwa einem heißen Zyklon) durch eine geeignete Absperrvorrichtung rückgeführt. Im Betriebwerden Luft und Brennstoff der Brennkammer 14 zugeführt, worin die Fluidisierung von Bettmatorial durch den richtigen Durchfluß von Luft und Bettmaterial aufrechterhalten wird. Die fluidisierende Luft wird durch ein rostähnliches Gitter oder Konstruktion im Boden 16 der Kammer eingegeben. Das Rauchgas und die Verbrennungsprodukte übergeben zusammen mit der mitgeführten Feststoffpartikeln zuerst Wärme auf die Überhitzer 18 und 20 und werden durch den Gasabzug 22 in den heißen Abscheider 24 befördert, worin die Feststoffpartikel abgeschieden und über das Rückführsystem 26; 28 und 30 der Brennkammer 14 rückgeführt werden. Danach werden die heißen Rauchgase vom (von den) heißen Abscheider(n) über den Gasabzug 32 zum Konvektionskanalabschnitt 34 geleitet, in dem die Endstufe des Überhitzers 38 und die Zwischenüberhitzerstufen 40 und 42 angeordnet sind.In the circulating fluidized bed boiler, combustion takes place in a fluidized bed of inert material. The fluidized bed material leaving the furnace is returned to a hot plug (such as a hot cyclone) through a suitable shut-off device. In operation, air and fuel are supplied to the combustor 14 wherein the fluidization of bed meteoric is maintained by the proper flow of air and bed material. The fluidizing air is introduced through a grate-like grid or structure in the bottom 16 of the chamber. The flue gas and combustion products, along with the entrained solid particles, first transfer heat to the superheaters 18 and 20 and are conveyed through the flue 22 into the hot trap 24 where the solid particles are separated and returned via the recirculation system 26; 28 and 30 of the combustion chamber 14 are returned. Thereafter, the hot flue gases are directed from the hot separator (s) via the flue 32 to the convection channel section 34 where the final stage of the superheater 38 and the reheater stages 40 and 42 are located.
Im beschriebenen System sind drei Überhitzerstufen, nämlich 18; 20 und 38 angeordnet, wobei sich die Überhitzerstufe 38 im Konvektionskanal für Rauchgas befindet. Bei Bedarf können zur Regelung der Dampftemperatur zwischen den Überhitzerstufen 18; 20; 38 Heißdampfkühler angeordnet werden. Die beiden Stufen 40 und 42 des Zwischenüberhitzers sind im Konvektionskanal 34 und in Verbindung mit den Regelventilen und der Verbindungsrohrleitung angeordnet, wodurch genaue Temperaturregelung des Austrittsdampfes des Zwischenüberhitzers ermöglicht wird. Das Rohrleitungssystem ist so ausgeführt, daß der Kaltdampf beim erneuten Eintritt ins System durch das Rohr 53 an der Verbindungsstelle 55 mit der Bypaßleitung 54 selektiv in zwei Ströme geteilt wird. Ein Strom durchfließt die erste Stufe des Zwischenüberhitzers 40 und wird durch den Eintrittsverteiler 58 verteilt. Der zweite Strom geht zur zweiten Stufe des Zwischenüberhitzers 40 und wird durch den Eintrittsverteiler 58 verteilt. Der zweite Strom geht zur zweiten Stufe des Zwischenüberhitzers 42 via Ventil 64 und Eintrittsverteiler 66. Die selektive Aufteilung des Stromes steht im Verhältnis zur erforderlichen Temperaturregelung, die mit den Ventilen 56 und 64 ergänzt wird.In the described system are three superheater stages, namely 18; 20 and 38 are arranged, wherein the superheater stage 38 is located in the convection channel for flue gas. If necessary, to control the steam temperature between the superheater stages 18; 20; 38 superheated steam cooler can be arranged. The reheater stages 40 and 42 are located in the convection passage 34 and in communication with the control valves and the connecting piping, allowing for accurate temperature control of the reheater steam. The piping system is designed so that the cold vapor is selectively divided into two streams through the tube 53 at the junction 55 with the bypass line 54 on re-entry into the system. A current flows through the first stage of the reheater 40 and is distributed through the inlet manifold 58. The second stream goes to the second stage of the reheater 40 and is distributed through the inlet manifold 58. The second stream passes to the second stage of the reheater 42 via valve 64 and inlet manifold 66. The selective distribution of the flow is in proportion to the required temperature control that is supplemented with the valves 56 and 64.
Der die erste Stufe des Zwischenüberhitzers d"rch den Austrittssammler 60 verlassende Heißdampf ß0 vermischt sich mit Kaltdampf aus der Bypassleitung 64 hinter oder stromabwärts vom Durchflußregelventil 64, und der gemischte Strom tritt durch den Eintrittsverteiler 66 in die zweite Stufe des Zwischenüberhitzers ein. Der Durchfluß durch die erste Stufe des Zwischenüberhitzers wird durch entsprechende Betätigung der beiden Regelventile 56 und 64 eingestellt, die wiederum die Austrittstemperatur des Dampfes beim Verlassen der zweiten Stufe des Zwischenüberhitzers 40 regeln. Heißdampf aus der zweiten oder Endstufe des Zwischenüberhitzers 42 wird durch die heiße Zwischenüberhitzungsdampfleitung 70 zurück zur Turbine 52 geleitet.Of the first stage of reheater d "r ch the outlet header 60 exiting steam SS0 mixes with cold steam from the bypass line 64 after or downstream of the flow control valve 64 and the blended stream enters the second stage of the reheater through the inlet manifold 66th of the flow through the first stage of the reheater is adjusted by respective actuation of the two control valves 56 and 64, which in turn regulate the exit temperature of the steam leaving the second stage of the reheater 40. Superheated steam from the second or final stage of the reheater 42 is returned through the hot reheat steam line 70 directed to the turbine 52.
Eine auf Differenzdruck ansprechende Regeleinheit 80 überwacht die Einstellung des Ventils 56, das die für Regelventil 64 erhältliche Druckdifferenz regelt. Die Regeleinheit 80 spricht auf die Druckdifferenz zwischen der Kaltdampf-Rückführleitung 53 und dem Austrittsdruck an der Verbindungsstelle 62 zwischen dem Austritt des Zwischenüberhitzers 42 und der Bypassleitung 54 an. Dies wird in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 84 angedeutet. Die Aufgabe der Regeleinheit 80 ist, das Ventil 56 als eine Funktion der Kessellast anzusteuern.A differential pressure responsive control unit 80 monitors the adjustment of valve 56, which controls the pressure differential available to control valve 64. The control unit 80 is responsive to the pressure difference between the cold vapor return line 53 and the discharge pressure at the junction 62 between the exit of the reheater 42 and the bypass line 54. This is indicated in FIG. 1 by the dashed line 84. The task of the control unit 80 is to control the valve 56 as a function of the boiler load.
Das Ventil 64 in der Bypassleitung 54 wird durch eine auf die Temperatur ansprechende Regeleinheit 82 gesteuert, die auf die Temperatur des Austrittsdampfes aus der zweiten oder Endstufe des Zwischenüberhitzers 40 anspricht. Dies wird in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 86 angedeutet. Bei der dargestellten Ausführungsform beispielsweise wird die Temperatur des Zwischenübernitzers 40 unter einem Grenzwert von 538°C ± 10°C gehalten. Wenn die Temperatur des den Zwischenüberhitzer 40 verlassenden Dampfes über 543°C zu steigen beginnt, wird das Ventil 64 geöffnet, um zusätzlichen Kaltdampf direkt zum Zwischenüberhitzer 40 umzuleiten. Wenn die Temperatur unter 532°C zu sinken beginnt, wird das Ventil 64 geschlossen, um den umgeleiteten Kaltdampfdurchfluß zur zweiten Stufe 40 zu reduzieren.The valve 64 in the bypass line 54 is controlled by a temperature responsive control unit 82 responsive to the temperature of the exit steam from the second or final stage of the reheater 40. This is indicated in FIG. 1 by the dashed line 86. For example, in the illustrated embodiment, the temperature of the interposer 40 is maintained below a threshold of 538 ° C ± 10 ° C. When the temperature of the steam leaving the reheater 40 begins to rise above 543 ° C, the valve 64 is opened to divert additional cold steam directly to the reheater 40. When the temperature begins to drop below 532 ° C, the valve 64 is closed to reduce the bypassed cold vapor flow to the second stage 40.
Fig. 2 stellt ein zu Fig. 1 identisches System mit der Ausnahme dar, daß der Überhitzer 38 zwischen den Zwischenüberhitzern 40 und 42 angeordnet ist. Ein einstufiger Überhitzer 38 ist im Konvektionsabschnitt angeordnet, wobei die zweite Stufe des Zwischenüberhitzers 40 vor und die erste Stufe des Zwischenüberhitzers 42 nach dem Überhitzer angeordnet sind. Ein Ekonomizer 44 ist hinter dem Überhitzer 38 angeordnet. Dies steht im Gegensatz zu dem in Fig. 1 Gezeigten. Die Anordnung der zweiten Stufe des Zwischenüberhitzers 40 vor dem Überhitzer 38 erlaubt ihr, mehr Wärme bei kleineren BelastungenFIG. 2 illustrates a system identical to FIG. 1, except that the superheater 38 is interposed between the reheaters 40 and 42. A single-stage superheater 38 is disposed in the convection section with the second stage of the reheater 40 in front of and the first stage of the reheater 42 after the superheater. An economizer 44 is disposed behind the superheater 38. This is in contrast to that shown in Fig. 1. The arrangement of the second stage of the reheater 40 in front of the superheater 38 allows it to provide more heat at lower loads
aufzunehmen. Dadurch ist sie in der Lage, ihren Dampfte* nperaturregelbereich auszuweiten mit geringem oder gar ohne Einfluß auf den Regelbereich des Überhitzers. Diese potentielle Erweiterung des Regelbereiches des Zwlschonüberhitzungsdampfes erleichtert die Kopplung von zwei Einheiten mit einer Turbine in bezug auf die Temperatur-Anpassungsmöglichkeiten. Die vorliegende Anordnung mit der zweiten Stufe des Zwischenüberhitzers 40 vor dem Überhitzer 38 erlaubt auch eine genauere Überwachung der Temperatur in den Zwischenüberhitzerstufen. Wenn das Gas nun den Zwischenüberhitzer 40 vor dem Durchlaufen des Überhitzers 38 durchfließt, darf es bis zu einer gewissen Kessellast nicht unter der kritischen Temneratur für Zwischenüberhitzer 40 liegen. Wenn sich also der Überhitzer 38 im Kanal hinter Zwischenüberhitzer 40 befindet, lieyi die Gastemperatur unter der kritischen Temperatur des Zwischenüberhitzers 40 nur so lange, bis zirka 25 bis 30% der Last erreicht sind. Zu diesem Zeitpunkt steht Kaltdampf zur Temperaturregelung gemäß dieser Erfindung zur Verfügung. Wenn ein höherer Lastpunkt erforderlich ist, könnten die Rohrwerkstoffe verbessert werden, um eine Höchstlast von zirka 35 bis 40% zu erlauben. Die Tatsache, daß durch den Zwischenüberhitzer kein Durchfluß erforderlich wird, bis die Einheit 25 bis ca. 40% Last aufgenommen hat, ist ein zwei' ir Vorteil dieser Erfindung.take. As a result, it is able to expand its steam temperature control range with little or no influence on the control range of the superheater. This potential extension of the control range of the dual superheat steam facilitates the coupling of two units to a turbine with respect to the temperature adjustment capabilities. The present arrangement with the second stage reheater 40 upstream of the superheater 38 also permits more accurate monitoring of the temperature in the reheater stages. If the gas now flows through the reheater 40 before passing through the superheater 38, it must not be below the critical temperature for reheater 40 up to a certain boiler load. Thus, when the superheater 38 is located in the duct after reheater 40, the gas temperature below the critical temperature of the reheater 40 is only so long until about 25 to 30% of the load has been reached. At this time, cold steam for temperature control according to this invention is available. If a higher load point is required, the pipe materials could be improved to allow a maximum load of about 35 to 40%. The fact that no flow is required by the reheater until the unit has taken up to about 40% load is a two-fold advantage of this invention.
Fig. 3 zeigt ein zu Fig. 1 identisches System mit der Ausnahme, daß es einen Doppelkessel aufweist. Sei diesem System sind die Bauteile der ersten Kesselanlage durch dieselben Nummern gekennzeichnet wie in Fig. 1, wobei die zweite Kesselanlage durch dieselben anfangs gegebenen Nummern identifiziert wird. Daher ist bei dieser Anordnung ein Kessel-Turbine-System dargestellt, bei dem die beiden Kessel eine einzige Turbine mit Dampf versorgen. Ein wesentliches, für ein System dieser Art erforderliches Merkmal liegt darin, daß Mittel zur Regelung des Zwischenüborhitzungs-Dampfdurchflusscs zu einem jeden Kessel vorgesehen sein sollen, damit die Dampftemperatur am Zwischenüberhitzer-Austritt unter allen möglichen Betriebsverhältnissen innerhalb der Grenzwerte liegt. Beim dargestellten System sind für die beiden Kessel doppelte Regelanlagen und Rohrleitungssysteme vorgesehen.Fig. 3 shows an identical to Fig. 1 system except that it has a double boiler. In this system, the components of the first boiler plant are identified by the same numbers as in Fig. 1, the second boiler plant being identified by the same numbers given at the beginning. Therefore, in this arrangement, a boiler-turbine system is shown in which the two boilers supply a single turbine with steam. An essential feature required of a system of this type is that means for controlling the intermediate reheat steam flow rate to each boiler should be provided so that the steam temperature at the reheater outlet is within the limits under all possible operating conditions. In the illustrated system, double control systems and piping systems are provided for the two boilers.
Die Regelventile 58 und 64 zur Temperaturregelung des Zwischenüberhitzungsdampfes können zur Balancierung dos Durchflusses und Beibehaltung der Zwischenüberhitzer-Austrittstemperatur innerhalb der Grenzwerte sowohl unter normalen als anormalen Betriebsverhältnissen eingesetzt werden. Bei dieser Anordnung sorgen die Druckreduzierventile 80 und 82 zusammen mit den Heißdampfkühlern 76 und 78 für Flexibilität während des Kaltstartes, Warmstartes und auch wenn die zweite Einheit eingeschaltet werden soll, währer d die erste im Betrieb ist. Durch dieses einfache System kann auf ein verfeinertes Dampf-Mischungssystem verzichtet werden. Es bietet ein einfaches und effektives System und Verfahren zur Regelung der Zwischenüberhitzer-Austrittstemperatur unter variierenden Belastungsverhältnissen.The reheat steam temperature control valves 58 and 64 may be used to balance the flow and maintain the reheater outlet temperature within the limits under both normal and abnormal operating conditions. With this arrangement, the pressure reducing valves 80 and 82, together with the superheated steam coolers 76 and 78, provide flexibility during cold start, warm start and even when the second unit is to be turned on while the first is in operation. This simple system eliminates the need for a refined steam mixing system. It provides a simple and effective system and method for controlling the reheater exit temperature under varying load conditions.
Im Betrieb nach einem Kaltstart wird die Verbrennung in der Brennkammer 14 mit der Einführung von Brennstoff und Luft eingeleitet. Wenn als Folge der Verbrennung Wärme erzeugt wird, bewegen sich die heißen Verbrennungsgase in der Brennkammer 14 nach oben, wobei Wärme auf das Wasser in den Brennkammerwänden und auf die Überhitzer 18 und 20 übergeht. Das heiße Gas, die Verbrennungsprodukte und Feststoffpartikel fließen von der Brennkammer 14 durch den Gasabzug 22 in den heißen Abscheider 24, wo die Feststoffpartikel zwecks Rückführung in die Brennkammer abgeschieden werden. Das heiße Rauchgas fließt durch den Gasabzug 32 in den Konvektionsabschnitt 34, wo die Wärme der Reihe nach auf die Überhitzer 38, die zweite oder Endstufe des Zwischenüberhitzers 40 und die erste Stufe des Zwischenüberhitzers 42 übergeht. Die Strömung von Heißgas durch das System beginnt vor Strömung von Kaltdampf. Der Kessel wird erhitzt ur.d und Brennstoff brennt eine Zeitlang, wobei Heißgas, vor der Erzeugung von Dampf der die Turbine startet, erzeugt wird. Kalter Zwischenüberhitzungsdampf beginnt erst dann zu fließen, wenn die Turbine anläuft.In operation after a cold start, the combustion in the combustion chamber 14 is initiated with the introduction of fuel and air. As heat is generated as a result of the combustion, the hot combustion gases in the combustion chamber 14 move upwardly, transferring heat to the water in the combustion chamber walls and superheaters 18 and 20. The hot gas, combustion products, and solid particles flow from the combustor 14 through the gas vent 22 into the hot trap 24 where the solid particles are deposited for recirculation into the combustor. The hot flue gas flows through the flue 32 into the convection section 34 where the heat passes in sequence to the superheaters 38, the second or final stage of the reheater 40 and the first stage of the reheater 42. The flow of hot gas through the system begins before flow of cold vapor. The kettle is heated ur.d and fuel burns for a while, hot gas being generated prior to the generation of steam starting the turbine. Cold reheat steam begins to flow only when the turbine starts.
Wenn die Heißgase ihre Wärme an das Wasser und den Dampf in den Wasserwandungen, Überhitzern und Zwischenüberhitzern abgeben, sinkt die Temperatur so, daß sie in jeder aufeinanderfolgenden Stufe niedriger ist. Es soll beachtet werden, daß die Gastemperatur beim Verlassen des Brennkammer-Austritts bei Vollast im Bereich von 843 bis 9270C liegt. Je größer der Temperaturunterschied zwischen Gas und Wasser ist, desto größer ist der Wärmeübergang und desto kühler das Gas beim Durchfließen der betreffenden Heizvorrichtung.When the hot gases give off their heat to the water and the steam in the water walls, superheaters and reheaters, the temperature drops so that it is lower in each successive stage. It should be noted that the gas temperature when leaving the combustion chamber outlet at full load in the range of 843-927 0 C. The larger the difference in temperature between gas and water, the greater the heat transfer and the cooler the gas when flowing through the relevant heating device.
Beim Durchfließen des Überhitzers 38 ist das Gas daher unter der kritischen Temperatur des Zwischenüberhitzers 40 bis zu einer gewissen Kessellast. Damit liegt die Gastemperatur, wenn sich der Überhitzer 38 im Gaskanal gegenüber dem Zwischenüberhitzer 40 befindet, unter der kritischen Temperatur für den Zwischenüberhitzer 40, bis zirka 40% bis 50% der Last erreicht sind. Zu diesem Zeitpunkt steht Kaltdampf zur Regelung der Temperatur gemäß dieser Erfindung zur Verfügung. Die Tatsache, daß kein Durchfluß durch den Zwischenüberhitzer erforderlich wird, bis die Einheit 50% Last aufgenommen hat, ist ein weiterer Vorteil dieser Erfindung. Die meisten Standardsysteme setzten einen Durchfluß durch den Zwischenüberhitzer in den früheren Startphasen (warm oder kalt) voraus, um denselben vor dem Durchbrennen zu schützen. Deshalb soll ein teures Bypassystem verwendet werden. Mit dem physikalischen Layout dieses Systems wird ein Bypaß jedoch nicht benötigt, und die Startphasen des Systems können verkürzt werden.When flowing through the superheater 38, the gas is therefore below the critical temperature of the reheater 40 up to a certain boiler load. Thus, the gas temperature when the superheater 38 is in the gas passage opposite the reheater 40 is below the critical temperature for the reheater 40 until about 40% to 50% of the load is reached. At this time, cold steam is available for controlling the temperature according to this invention. The fact that no flow through the reheater is required until the unit has absorbed 50% load is another advantage of this invention. Most standard systems require a flow through the reheater in the earlier startup phases (hot or cold) to protect it from burnout. Therefore, an expensive bypass system should be used. However, with the physical layout of this system, a bypass is not needed and the startup phases of the system can be shortened.
Andere Modifikationen und Änderungen sind in der vorangehenden Beschreibung und in einigen Beispielen möglich, einiae Eigenschaften können ohne entsprechende Anwendung von anderen Eigenschaften eingesetzt werden. Während die vorliegende Erfindung in Hinsicht auf eine bestimmte Ausführungsform dargestellt und beschrieben ist, sollte es folglich selbstverständlich sein, daß darin zahlreiche Änderungen und Modifikationen im Rahmen des Erfindi'ngsgedankens und des Schutzumfanges vorgenommen werden können, die durch die beigefügten Ansprüche festgelegt sind.Other modifications and changes are possible in the foregoing description and in some examples, some properties may be substituted without appropriate application of other properties. Thus, while the present invention has been illustrated and described with respect to a particular embodiment, it should be understood that numerous changes and modifications can be made therein within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
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