DD297694A5 - fluidised bed combustion - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelschichtfeuerung, die auch fuer den Betrieb mit minderwertigen Brennstoffen, insbesondere Braunkohle, vorgesehen ist. Es ist vorgesehen, dasz die Abgase einer Hochtemperatur-Gasturbinenanlage, vorzugsweise auf Erdgasverbrennung basierend, in Verbindung mit Frischluft der Wirbelschichtfeuerung zufuehrbar sind. Dadurch erhoeht sich der Waermemengenstrom, ohne die Feuerung selbst zu vergroeszern. Dies ermoeglicht eine Steigerung der Waermeausbeute, speziell durch wesentlich mehr Nachschaltheizflaechen. Auch vermindert sich die Schadstoffemission. Zusaetzliche Anfahreinrichtungen werden ueberfluessig.{Wirbelschichtfeuerung; Braunkohlebetrieb; Abgase; Hochtemperatur-Gasturbinenanlage; Erdgasverbrennung; Frischluft; Waermemengenstrom erhoeht; Nachschaltheizflaechen; Schadstoffminderung, anfahren}The invention relates to a fluidized bed combustion, which is also intended for operation with low-grade fuels, especially lignite. It is envisaged that the exhaust gases of a high temperature gas turbine plant, preferably based on natural gas combustion, in combination with fresh air of the fluidized bed combustion are zuführbar. As a result, the Waermemengenstrom increases without Vergroeszern the firing itself. This allows an increase in the heat yield, especially by significantly more Nachschaltheizflaechen. Also reduces the emission of pollutants. Additional starting equipment becomes superfluous. {Fluid bed firing; Lignite operation; exhaust gases; High-temperature gas turbine plant; Natural gas combustion; Fresh air; Heat flow increases; downstream heating; Pollutant reduction, approach}
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
Mit Wirbelschichtfeuerungen besteht die Möglichkeit, auch minderwertige Kohlen bei verhältnismäßig geringem Schadstoffausstoß zu verbrennen, um Energie zu Heizzwecken oder anderen Formen in Verbindung mit Dampferzeugung zu gewinnen. Um ein zügiges Anfahren zu gewährleisten, machen sich zusätzliche Aufheizeinrichtungen erforderlich. Dies ist bekanntermaßen mittels einer Anfahrbrennkamrner möglich (DD-PS 269199), bei der noch glühende Kohlenstaubpartikel in Verbindung mit Freistrahlflamme und Rauchgas, letzteres sogar im Wiederholkreislauf, in den Feuerraum geleitet werden. Dadurch ergibt sich jedoch ein hoher Schadstoffausstoß in der Anfahrphase. Außerdem verlangen solche herkömmlichen Wirbelschichtfeuerungen für große Heizleistungen sehr große Dimensionierungen.With fluidized bed combustors, it is possible to burn even low-grade coals with relatively low pollutant emissions in order to obtain energy for heating purposes or other forms associated with steam generation. To ensure a quick start, additional heating devices are required. This is known to be possible by means of a Anfahrbrennkamrner (DD-PS 269199), are passed in the still glowing pulverized coal particles in conjunction with free-jet flame and flue gas, the latter even in the repeat cycle in the furnace. However, this results in a high pollutant emissions in the start-up phase. In addition, such conventional fluidized bed combustion for large heating requirements require very large dimensions.
Eine Möglichkeit, energetische Effektivität zu steigern, besteht in der Anwendung von Koppelprozessen, wobei es bekannt ist, die aus der Wirbelschichtfeuerung ausströmenden Rauchgase einer Gasturbine zur Elektroenergieerzeugung zuzuführen und das Rauchgas wieder in die Feuerung zurückzuführen, wobei sich Wärmetauscher vor allem im Bereich der Rauchgasrückführung befinden (WO-OS 89/02 564). Damit sind jedoch insbesondere für Heizzwecke nur geringe Möglichkeiten der Wärmeausnutzung der Feuerung gegeben.One way to increase energy efficiency is the use of coupling processes, where it is known to supply the effluent from the fluidized bed flue gases of a gas turbine for electric power generation and return the flue gas back into the furnace, with heat exchangers are mainly in the field of flue gas recirculation (WO-OS 89/02 564). This, however, given only small opportunities for heat utilization of the furnace, especially for heating purposes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmeerzeugung durchgängig unter Ausnutzung von Möglichkeiten der Verbrennung minderwertiger Brennstoffe auch für größere Heizleistungen aufwandsärmer, insbesondere bezüglich der Größe der Feuerung, und mit geringerem Schadstoffausstoß zu gewährleisten. Zur erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Abgase einer vorzugsweise durch die Verbrennung von Erdgas betriebenen Hochtemperatur-Gasturbinenanlage in Verbindung mit Frischluft regelbar einer Wirbelschichtfeuerung zuführbar sind. Die Regelung erfolgt bedarfsgemäß entsprechend den jeweiligen Zustandsbedingungen in der Feuerung. Sie kann für jede Komponente bis auf Null herab erfolgen. So wird beispielsweise günstig erreichbar, daß die heißen Gasturbinenabgase direkt zum Anfahren derThe invention is based on the object, the heat generation consistently taking advantage of opportunities for combustion of low-grade fuels even for larger heating effort sparing, especially with respect to the size of the furnace, and to ensure with less pollutant emissions. To achieve this object according to the invention, it is provided that the exhaust gases of a high-temperature gas turbine plant, which is preferably operated by the combustion of natural gas, can be fed in a controllable manner to a fluidized bed combustion in conjunction with fresh air. The regulation is carried out as required according to the respective condition conditions in the furnace. It can be down to zero for each component. Thus, for example, low attainable that the hot gas turbine exhaust directly to start the
Wirbelschichtfeuerung verwendet werden können, um diese bis zur Eigenzündfähigkeit zu erhitzen. Konkret erfolgt hierzu die Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß eine Abgasleitung von der Gasturbine ausgehend verzweigt in einen Strang, der direkt in den Wirbelschichtfeuerraum führt, und in einen weiteren Strang, der zur Wirbelluftleitung unter dem Düsenboden führt. Gleichermaßen geht von einem Verdichter für Frischluft eine Luftleitung aus, die in zwei Stränge verzweigt, von denen einer direkt in den Wirbelschichtfeuerraum führt und der andere auch in die Wirbelluftleitung mündet. Alle diese Stränge sind mittels Ventilen schließ- und regelbar. Schließlich ist noch eine Notabgasleitung von der Gasturbine zum Abgasa.bzug vorgesehen. Damit ist in der Anfahrphase der Wirbelschichtfeuerung eine minimale Schadstoff belastung zu verzeichnen, da die Gasturbinenabgase aus der Erdgasverbrennung ohnehin äußerst gering schadstoffbelastet sind. Aber auch in der Phase des eigentlichen Wirbelschichtfeuerungsbetriebes wird die Schadstoffbelastung gering gehalten. Zum einen gewährleistet schon die Einhaltung des normalen Temperaturbereiches einer Wirbelschichtfeuerung, daß Schadstoffe nur geringfügig frei werden. Dies wird auch dadurch unterstützt, daß durch eine gestufte Zufuhr der Gasturbinenabgase mit Luft auch eine gestufte Verbrennung stattfindet und sich daraus stark reduzierte Bedingungen für beispielsweise NOx-Bildung in der eigentlichen Wirbelschichtfeuerung ergeben. Schließlich erfolgt durch den Gasturbinenabgaseintrag in die Wirbelschichtfeuerung eine wesentliche Erhöhung des Wärmemengenstromes, ohne dabei die zulässigen Temperaturgrenzen für die Wirbelschichtfeuerungsbedingungen zu überschreiten. Dies gewährleistet, daß die Anzahl der Nachschaltheuflächen beträchtlich erhöht werden kann, so daß ohne eine Vergrößerung der eigentlichen Feuerung die Heizwärmeausbeute erheblich erhöht wird.Fluidized bed combustion can be used to heat them to the auto-ignition ability. Specifically, for this purpose, the embodiment of the invention is characterized in that an exhaust pipe branched starting from the gas turbine in a strand which leads directly into the fluidized bed furnace, and in another strand, which leads to the fluidized air passage under the nozzle bottom. Similarly, from a fresh air compressor there is an air line branching into two strands, one leading directly into the fluidized bed combustion chamber and the other also discharging into the fluidized air duct. All of these strands can be closed and regulated by means of valves. Finally, an emergency exhaust gas from the gas turbine to Abgasa.bzug is still provided. This is in the start-up phase of the fluidized bed a minimum pollution load recorded as the gas turbine exhaust gases from natural gas combustion are already extremely low pollutant burden. But even in the phase of the actual fluidized bed combustion operation, the pollution is kept low. On the one hand already ensures compliance with the normal temperature range of a fluidized bed combustion that pollutants are only slightly free. This is also supported by the fact that a stepped supply of the gas turbine exhaust gases with air and a staged combustion takes place and resulting in greatly reduced conditions for example NOx formation in the actual fluidized bed combustion. Finally, the gas turbine exhaust gas entry into the fluidized bed combustion results in a substantial increase in the heat quantity flow, without exceeding the permissible temperature limits for the fluidized bed combustion conditions. This ensures that the number of Nachschaltheuflächen can be considerably increased, so that without an increase in the actual firing, the heating heat output is significantly increased.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles näher dargestellt und beschrieben. In der Zeichnung wird eine schematische Darstellung gegeben. Wie daraus hervorgeht, ist eine Wirbelschichtfeuerung 1 als stationäre Wirbelschichtfeuerung ausgeführt. Es wird der Düsenboden 1 a zum Eindringen der Wirbelluft angedeutet. In den Feuerraum der Wirbelschichtfeuerung 1 ragen Heizflächen 4 a eines oder mehrerer Wärmeübertragerkreisläufe 4, die zur Erwärmung für Dampferzeugung oder Heizwasserbetrieb vorgesehen sind. Der Rauchgasabgang führt von der Wirbelschichtfeuerung 1 über einen Zyklon 2 zur Feststoffabscheidung in einen Rauchgastrakt 3. Hier sind Nachschaltheizflächen 5a angeordnet, die zu einem Wärmeübertragerkreislauf 5 gehören, der auch zur Erwärmung in Verbindung mit Dampferzeugung oder Heizwasserbetrieb dient. Natürlich können auch hier mehrere solche Kreisläufe eingebettet sein. Von da aus ist ein Übergang des Rauchgastraktes 3 zu einem Staubfilter 6, hier dargestellt als Komplex von Filtereinheiten, vorgesehen und nach dessen Ausgang dann eine Ableitung, die über einen Verdichter 7, dessen Antrieb nicht näher dargestellt ist, in den Abzug 9 für Abgas führt. Sowohl von der Wirbelschichtfeuerung 1, in die auch eine Feststoffableitung vom Zylon 2 einmündet, als auch vom Rauchgastrakt 3 und dem Staubfilter 6 aus ist Asche abführbar, was hier mit der Entaschung 8 nur angedeutet ist. In die Wirbelschichtfeuerung 1 münden, wie hier auch nur angedeutet ist, eine Additivzufuhr 10 und eine Kohlezufuhr 11. Letztere ist natürlich auch für andere feste Brennstoffe denkbar. Weiterhin ist eine Gasturbinenanlage, bestehend aus Verdichter 13 für angesaugte Luft, Brennkammer 15 mit Gaszufuhr 16 für Erdgas und Gasturbine 12 als Hochtemperaturgasturbine vorgesehen, wobei die Gasturbinenanlage turbinenabtriebsseitig mit einem Generator 14 zur Stromerzeugung gekoppelt ist. Die aus der Gasturbine 12 herausführende Abgasleitung 19 verzweigt sich, wobei ein Strang direkt in den Feuerraum der Wirbelschichtfeuerung 1 führt und mittels Ventil 23 verschließbar ist, während der andere Strang, verschließbar durch ein Ventil 24, in die Wirbelluftleitung 21 unter dem Düsenboden 1 a einmündet. Außerdem ist ein mit einem Motor 18 gekoppelter Verdichter 17 mit Zuführung aus atmosphärischer Luft vorgesehen. Die von ihm ausgehende Luftleitung 20 verzweigt auch, wovon ein mittels Ventil 25 verschließbarer Strang in die Wirbelluftleitung 21 einmündet, während der andere Strang, verschließbar durch ein Ventil 26, direkt in den Feuerraum der Wirbelschichtfeuerung 1 fuhrt. Von der Gasturbine 12 aus ist noch eine Notabgasführung 22 zum Abzug 9 vorgesehen, die mittels eines Ventiles 27 verschließbar ist und vor dem Abzug 9 noch eine Luftzuführung 28 aufweist. Sämtliche benannte Ventile sind sowohl als Verschluß wie auch als Durchflußmengensteuerorgan einsetzbar.The invention is illustrated and described in detail with reference to an embodiment. In the drawing, a schematic representation is given. As can be seen, a fluidized bed 1 is designed as a stationary fluidized bed combustion. It is the nozzle bottom 1 a indicated for the penetration of fluidized air. In the combustion chamber of the fluidized bed 1 fire heating surfaces 4 a of one or more heat exchanger circuits 4, which are provided for heating for steam generation or Heizwasserbetrieb. The flue gas outlet leads from the fluidized bed 1 via a cyclone 2 for solids separation in a flue gas tract 3. Here Nachschaltheizflächen 5a are arranged, which belong to a heat exchanger circuit 5, which also serves to heat in conjunction with steam generation or Heizwasserbetrieb. Of course, several such circuits can be embedded here as well. From there, a transition of the flue gas tract 3 to a dust filter 6, shown here as a complex of filter units, provided and after its output then a derivative, which leads via a compressor 7, whose drive is not shown in detail in the vent 9 for exhaust gas , Both of the fluidized bed 1, in which a solid discharge from the Cylon 2 opens, as well as the flue gas tract 3 and the dust filter 6 from ash is discharged, which is only hinted at here with the ash 8. In the fluidized bed furnace 1 open, as here also only indicated, an additive supply 10 and a coal feed 11. The latter is of course conceivable for other solid fuels. Furthermore, a gas turbine plant, consisting of compressor 13 for intake air, combustion chamber 15 is provided with gas supply 16 for natural gas and gas turbine 12 as a high-temperature gas turbine, the gas turbine plant is coupled turbinenabtriebsseitig with a generator 14 for generating electricity. The outgoing from the gas turbine 12 exhaust pipe 19 branches, with one strand leads directly into the combustion chamber of the fluidized bed 1 and closed by valve 23, while the other strand, closable by a valve 24, opens into the fluidized air passage 21 under the nozzle bottom 1 a , In addition, there is provided a compressor 17 coupled to a motor 18 with supply from atmospheric air. The air line 20 emanating from it also branches, of which a strand closable by means of a valve 25 opens into the fluidized air line 21, while the other strand, closable by a valve 26, leads directly into the combustion chamber of the fluidized bed combustion system 1. From the gas turbine 12 from a Notabgasführung 22 is still provided to the trigger 9, which is closed by means of a valve 27 and 9 still has an air supply 28 before the trigger. All named valves can be used both as a closure and as a flow control.
Die Wirbelschichtfeuerung 1 soll zunächst angefahren werden. Zu diesem Zweck wird die Gasturbinenanlage bei geschlossenen Ventilen 25,26 und 27 und entsprechend den Anfahrbedingungen geöffneten Ventilen 23 und 24 betrieben. Dabei strömt im Verdichter 13 komprimierte Luft in die Brennkammer 15, wo sie sich mit dem aus der Gaszufuhr 16 einströmenden Erdgas vermischt und dieses Gemisch verbrannt wird. Die ausströmenden Verbrennungsabgase durchströmen die Gasturbine 12, durch die bereits in dieser Phase der Generator 14 zur zusätzlichen Energieerzeugung betrieben wird und außerdem der Antrieb des Verdichters 13 gewährleistet wird. Vom Ausgang der als Hochtemperaturgasturbine fungierenden Gasturbine 12 aus strömen die heißen Abgase durch die Abgasleitung 19 und bedingt durch deren Aufzweigung sowohl direkt in den Feuerraum der Wirbelschichtfeuerung 1 als auch durch die Wirbelluftleitung 21 in Form von Verwirbelungsgas und den Düsenboden 1 a passierend in die Wirbelschichtfeuerung 1. Dabei wird die Wirbelschichtfeuerung 1 so weit aufgeheizt, daß sie selbst zündfähig wird und ihr normaler Betrieb hergestellt werden kann. Hierzu werden die Ventile 25 und 26 geöffnet sowie der Verdichter 17 durch den Motor 18 in Betrieb gesetzt, wodurch atmosphärische Luft verdichtet und durch die Luftleitung 20 der Wirbelschicht 1 zugeführt wird. Dies geschieht auf zwei Wegen, wobei zum einen die verdichtete Luft sich in der Wirbelluftleitung 21 mit dem Abgas der Gasturbinenanlage vermischt und als Verwirbelungsgas durch den Düsenboden 1 a, in die Wirbelschicht 1 einströmt. Zum anderen gelangt der zweite Teil dieser Luft direkt durch den entsprechenden Strang der Luftleitung 20 in die Wirbelschicht 1. Mit dem nunmehr entsprechend den Wirbelschichtfeuerungsbedingungen geregelt eintretenden Verwirbelungsgas kann die Wirbelschicht betrieben werden. Außerdem werden, bereits beginnend in der Endphase des Anfahrvorganges, Brennstoffe durch die Kohlezufuhr 11 und Kalksteinmehl durch die Additivzufuhr 10zugegeben. Die heißen Ab- und Rauchgase werden nach Verlassen der Wirbelschichtfeuerung 1 durch den Zyklon 2 geleitet, wo eine erste Abscheidung von Feststoffen erfolgt, die der Wirbelschichtfeuerung 1 wieder zugeführt werden. Dann durchströmen diese Gase den Rauchgastrakt 3 und werden von da aus durch den Staubfilter 6 geleitet. Die dort frei werdenden Feststoffe sowie die sich am Boden des Rauchgastraktes 3 absetzenden Aschebestandteile und die Asche aus der Wirbelschichtfeuerung 1 selbst werden zusammengeführt und in der Entaschung 8 erfolgt in bekannter Weise die entsprechende Entsorgung. Die Rauch- und Abgase werden in den Abzug 9 abgeführt, wobei der Verdichter 7 den notwendigen Zug unterstützt. In der Wirbelschichtfeuerung 1 selbst läuft der übliche Verbrennungsvorgang in den hierzu spezifischen Temperaturgrenzen ab. Durch die Abgase der Gasturbine 12 wird zusätzliche Wärme eingebracht, die aber nicht die Temperatur erhöht, sondern nur den Wärmemengenstrom vergrößert. Diese Abgase sind, insbesondere dann,The fluidized bed 1 should be started first. For this purpose, the gas turbine plant with closed valves 25,26 and 27 and according to the starting conditions open valves 23 and 24 is operated. In this case, compressed air flows in the compressor 13 into the combustion chamber 15, where it mixes with the natural gas flowing in from the gas supply 16 and this mixture is burned. The effluent combustion gases flow through the gas turbine 12, through which the generator 14 is operated for additional power generation already in this phase, and also the drive of the compressor 13 is ensured. From the output of acting as a high-temperature gas turbine gas turbine 12, the hot exhaust gases flow through the exhaust pipe 19 and due to their branching both directly into the combustion chamber of the fluidized bed 1 and through the fluidized air line 21 in the form of turbulence and the nozzle plate 1 a passing into the fluidized bed 1 In this case, the fluidized bed 1 is heated to such an extent that it itself becomes flammable and their normal operation can be produced. For this purpose, the valves 25 and 26 are opened and the compressor 17 is put into operation by the motor 18, whereby atmospheric air is compressed and fed through the air line 20 of the fluidized bed 1. This is done in two ways, on the one hand the compressed air is mixed in the fluidized air passage 21 with the exhaust gas of the gas turbine plant and flows as a fluidizing gas through the nozzle bottom 1 a, in the fluidized bed 1. On the other hand, the second part of this air passes directly through the corresponding strand of the air line 20 into the fluidized bed 1. With the now according to the fluidized bed conditions controlled entering turbulence gas, the fluidized bed can be operated. In addition, fuels are fed through the coal feed 11 and limestone powder through the additive feed 10 already beginning in the final phase of the startup process. The hot waste and flue gases are passed after leaving the fluidized bed 1 through the cyclone 2, where a first separation of solids takes place, which are fed back to the fluidized bed 1. Then these gases flow through the flue gas tract 3 and are guided from there through the dust filter 6. The released there solids and the settling at the bottom of the flue gas tract 3 ash components and the ash from the fluidized bed 1 itself are merged and in the ash removal 8 takes place in a known manner, the appropriate disposal. The smoke and exhaust gases are discharged into the trigger 9, wherein the compressor 7 supports the necessary train. In the fluidized bed 1 itself, the usual combustion process takes place in the specific temperature limits. By the exhaust gases of the gas turbine 12 additional heat is introduced, but does not increase the temperature, but only increases the heat flow. These exhaust gases are, in particular,
wenn sie aus der Verbrennung von Erdgas resultieren, äußerst schadstoffarm. In Verbindung mit den Rauchgasen aus der Wirbelschichtverbrennung, die auch einen verhältnismäßig geringen Schadstoffanteil aufweisen, vermindern sie durch die Vermischung den Schadstoffanteil der Rauchgase noch weiter. Hinzu kommt noch, daß durch die gestufte Zufuhr der Abgase der Gasturbine 12 auch eine gestufte Verbrennung in der Wirbelschicht stattfindet, so daß eine weitere Schadstoffreduzierung, speziell bezogen auf ΝΟ,-Bildung, erfolgen kann. Insgesamt werden nur geringe Additivzugaben erforderlich und es führt komplex zu einer niedrigen Schadstoffemission aus dem Gesamtprozeß der Koppelung Gasturbinenabgas-/WSF-Rauchgasentwicklung.if they result from the combustion of natural gas, extremely low in pollutants. In conjunction with the flue gases from the fluidized bed combustion, which also have a relatively low pollutant content, they reduce the pollutant content of the flue gases even further by the mixing. In addition, by the stepped supply of the exhaust gases of the gas turbine 12 and a staged combustion takes place in the fluidized bed, so that a further pollutant reduction, especially with respect to ΝΟ, formation can take place. Overall, only small additive additions are required and it leads complex to a low pollutant emission from the overall process of coupling gas turbine exhaust / WSF flue gas development.
Aus dem Kontakt der dabei frei werdenden Wärme mit den Heizflächen 4a des Wärmeübertragerkreislaufes 4 in der Wirbelschichtfeuerung wird Energie für Heizzwecke oder die Dampferzeugung mit ihren Folgestufen gewonnen. Dies erfolgt auch im Rauchgastrakt 3 mittels der Nachschaltheizflächen 5a des Wärmeübertragerkreislaufes 5. Infolge des hohen Gesamtwärmemengenstromes kann bei verhältnismäßig klein ausgeführter Wirbelschichtfeuerung 1 ein voluminöser Rauchgastrakt 3 mit großen Nachschaltheizflächen 5 a für eine hohe Wärmeausbeute ausgenutzt werden.From the contact of the thus liberated heat with the heating surfaces 4a of the heat exchanger circuit 4 in the fluidized bed combustion energy for heating purposes or steam generation is obtained with their subsequent stages. This is also the case in the flue gas tract 3 by means of the secondary heating surfaces 5a of the heat exchanger circuit 5. Due to the high total heat flow, a voluminous flue gas tract 3 with large secondary heating surfaces 5a can be utilized for a high heat yield in the case of a relatively small fluidized bed furnace 1.
Claims (5)
Priority Applications (1)
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DD34376990A DD297694A5 (en) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | fluidised bed combustion |
Applications Claiming Priority (1)
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DD34376990A DD297694A5 (en) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | fluidised bed combustion |
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DD297694A5 true DD297694A5 (en) | 1992-01-16 |
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ID=5620360
Family Applications (1)
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DD34376990A DD297694A5 (en) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | fluidised bed combustion |
Country Status (1)
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1990
- 1990-09-03 DD DD34376990A patent/DD297694A5/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
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