DE19822304C1 - Wirbelschicht-Feuerungssystem mit Dampferzeugung - Google Patents

Wirbelschicht-Feuerungssystem mit Dampferzeugung

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Abstract

Das Feuerungssystem für eine Großanlage arbeitet zumindest teilweise mit festem Brennstoff. Die Anlage weist eine Wärmeaustauscherkammer mit einer inneren Höhe von mindestens 10 m auf. Die Kammer besitzt vier senkrechte Außenwände, die einen im horizontalen Querschnitt etwa rechteckigen Raum umschließen. Vor einer ersten Außenwand der Wärmeaustauscherkammer und vor einer der ersten Außenwand gegenüberliegenden zweiten Außenwand sind jeweils eine Wirbelbrennkammer angeordnet, deren innere Höhe 10 bis 60 m beträgt. Jede der beiden Wirbelbrennkammern hat eine innere Höhe von 10 bis 60 m und Leitungen zum Zuführen von Brennstoff und Verbrennungsluft. Mit dem oberen Bereich jeder Wirbelbrennkammer ist mindestens ein Separator zum Abtrennen von Feststoffen aus einem Gasstrom verbunden, der eine gasführende Ableitung aufweist, die mit dem oberen Bereich der Wärmeaustauscherkammer verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wirbelschicht-Feuerungssystem mit Dampferzeugung zum Verbrennen fester Brennstoffe und zum Erzeugen von Wasserdampf, mit mindestens einer Wirbelbrennkammer, die Leitungen zum Zuführen von Brennstoff und Verbrennungsluft aufweist, und mit vier senkrechten Außenwänden, die einen im horizontalen Querschnitt etwa rechteckigen Raum umschließen, wobei mit dem oberen Bereich der Wirbelbrennkammer mindestens ein Separator zum Abtrennen von Feststoffen aus einem Gasstrom verbunden ist, der eine gasführende Ableitung aufweist, die mit dem oberen Bereich der Wärmeaustauscherkammer verbunden ist.
Ein solches System mit einer Wärmeaustauscherkammer, die mit einer Wirbelbrennkammer verbunden ist, kennt man aus US 5 181 481. In DE 31 07 356 A1 ist eine zentral angeordnete Wärmeaustauscherkammer beschrieben, die ringförmig von einer Wirbelbrennkammer umgeben ist. Derartige Systeme sind vor allem für kleinere Leistungen vorteilhaft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Wirbelschicht-Feuerungssystem in kompakter Bauweise auszuführen, so daß es als Block mit geringem Platzbedarf auch als Großanlage gebaut werden kann. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die innere Höhe der Wärmeaustauscherkammer mindestens 10 m beträgt und daß vor einer ersten Außenwand der Wärmeaustauscherkammer eine erste Wirbelbrennkammer und vor einer der ersten Außenwand gegenüberliegenden zweiten Außenwand der Wärmeaustauscherkammer eine zweite Wirbelbrennkammer angeordnet ist, wobei die innere Höhe der Wirbelbrennkammern 10 bis 60 m beträgt. Vorzugsweise beträgt die innere Höhe der Wirbelbrennkammern mindestens 20 m.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß jeder Wirbelbrennkammer mindestens ein Wirbelbettkühler zugeordnet ist, der sich unter einem Separator befindet und mit diesem durch eine Feststoffe führende Leitung verbunden ist, wobei jeder Wirbelbettkühler mit der zugeordneten Wirbelbrennkammer durch mindestens eine Feststoffe und/oder Gas führende Leitung verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Anlage läßt sich als kompakter Block konzipieren und bauen. Gleichzeitig ist es ohne Schwierigkeiten möglich, einen oder weitere Blöcke platzsparend nebeneinander mit oder ohne physische Trennung anzuordnen. Innerhalb eines Blocks erlaubt die zentrale Anordnung der Wärmeaustauscherkammer eine kostengünstige Bauweise durch kurze Leitungen für die in die Wirbelbrennkammern geführte Verbrennungsluft, die in der Wärmeaustauscherkammer oder in anderen geeigneten Einrichtungen vorgewärmt wird. Jede Wirbelbrennkammer kann mit dem zugehörigen Wirbelbettkühler zu einer statischen Einheit verbunden werden, wobei sich der Wirbelbettkühler in aufgestellter oder an der Wirbelbrennkammer aufgehängter Bauweise ausführen läßt. Eine besonders platzsparende Ausgestaltung des Feuerungssystems ergibt sich dadurch, daß der Abstand zwischen der ersten Wirbelbrennkammer und der ersten Außenwand sowie der Abstand zwischen der zweiten Wirbelbrennkammer und der zweiten Außenwand der Wärmeaustauscherkammer 0 bis 2 m beträgt.
Das erfindungsgemäße Feuerungssystem ist für Großanlagen gedacht. Im allgemeinen wird die Querschnittfläche jeder der beiden Wirbelbrennkammern, horizontal und auf halber Höhe des Innenraums der Kammer gemessen, 50 bis 300 m2 und vorzugsweise mindestens 70 m2 betragen. Üblicherweise wird der Innenraum der ersten und zweiten Wirbelbrennkammer im horizontalen Querschnitt etwa rechteckig ausgebildet sein.
Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine erste Variante des Feuerungssystems in schematischer Darstellung im Längsschnitt, geschnitten nach der Linie I-I in Fig. 2,
Fig. 2 ein Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 und
Fig. 3 eine zweite Variante der Feuerungsanlage in zu Fig. 1 analoger Darstellung.
Die Anlage der Fig. 1 und 2 weist zentral eine Wärmeaustauscherkammer (1) mit rechteckigem Querschnitt auf, vgl. Fig. 2. Die vier senkrechten Außenwände der Wärmeaustauscherkammer (1) sind mit den Bezugsziffera (1a), (1b), (1c) und (1d) versehen. An die erste Außenwand (1a) schließt sich eine erste Wirbelbrennkammer (2) an. An der gegenüberliegenden Wand (1c) befindet sich eine zweite Wirbelbrennkammer (3). An die linke Wirbelbrennkammer (2) sind zwei Separatoren (5) und (6) angeschlossen, in gleicher Weise gehören zur rechten Wirbelbrennkammer (3) die beiden Separatoren (7) und (8). Jeder Separator weist eine gasführende Ableitung (9) auf, die im oberen Bereich der Wärmeaustauscherkammer (1) mündet, vgl. Fig. 1. Die Zahl der Separatoren kann, abweichend von der Zeichnung, beliebig gewählt werden. Als Separatoren können z. B. an sich bekannte Zyklone oder auch Prallbleche verwendet werden.
Die in den Separatoren (5) bis (8) abgeschiedenen Feststoffe gelangen durch eine Leitung (11) in einen an sich bekannten Wirbelbettkühler (12) oder (12a). Einzelheiten des Wirbelbettkühlers ergeben sich zum Beispiel aus EP-B-0365723 und DE-A-41 35 582. Eine Bypassleitung (11a) kann, falls gewünscht, im Separator abgeschiedene Feststoffe direkt in die nächstliegende Wirbelbrennkammer leiten, wie das in der Zeichnung der besseren Übersichtlichkeit wegen nur zusammen mit der Kammer (3) dargestellt ist. Wenn man auf Wirbelbettkühler (12) und (12a) ganz verzichtet, werden die von den Separatoren kommenden Feststoffe über Bypassleitungen dieser Art in die Wirbelbrennkammern geleitet.
Jeder Wirbelbettkühler ist mit mindestens einer Leitung (13) für die Zufuhr von Fluidisierungsgas, z. B. Luft, ausgestattet, er weist Kühlelemente (14) und einen Abzug (15) für gekühlte Feststoffe auf. Ein Teil der gekühlten Feststoffe wird zusammen mit Gas durch den Kanal (16) in die Wirbelbrennkammer. (2) geführt. Eine Variante wird zusammen mit dem Wärmeaustauscher (12a) und der Wirbelbrennkammer (3) dargestellt, wo die Leitung (16) gekühlte Feststoffe und die Leitung (17) erwärmtes Fluidisierungsgas in die Kammer (3) führen. Feste, körnige Brennstoffe führt man den Kammern (2) und (3) durch die Leitungen (18) zu und sauerstoffhaltiges Fluidisierungsgas, z. B. Luft, wird in der Leitung (19) herangeführt, tritt zunächst in eine Verteilkammer (20) ein und strömt dann durch einen Rost (21) aufwärts in der Kammer (2). Weitere Zufuhrstellen für Gase und Feststoffe sind ohne weiteres möglich.
Als Brennstoffe kommen insbesondere Antrazith-Kohle, Steinkohle, Braunkohle, Holz oder Ölschiefer in Frage. Zusätzlich zum festen Brennstoff können auch teigige, flüssige oder gasförmige Brennstoffe eingesetzt werden, z. B. Raffinerierückstände oder verschiedenartige Abfälle. Die Verbrennungstemperaturen in den Wirbelbrennkammern (2) und (3) liegen im Bereich vom 700 bis 950°C.
Eine heiße Gas-Feststoff-Suspension verläßt die Wirbelbrennkammer (2) oder (3) im oberen Bereich durch eine Öffnung (23) und gelangt in den zugehörigen Separator, in welchem die Feststoffe weitgehend abgetrennt werden. Die heißen Gase verlassen den Separator durch die Leitung (9) und werden in der Wärmeaustauscherkammer (1) gekühlt. Die Kammer (1) ist mit zahlreichen Wärmeaustauschelementen (24) zur indirekten Kühlung des heißen Gases ausgestattet, die in der Zeichnung nur schematisch dargestellt sind. Die Elemente (24) dienen zum einen der Erzeugung von Wasserdampf aus Kesselspeisewasser, wobei Hochdruckdampf mit einem Druck im Bereich von 70 bis 350 bar und Mitteldruckdampf mit einem Druck von 20 bis 80 bar gleichzeitig oder alternativ erzeugt werden kann. Eines oder mehrere der Elemente (24) kann auch der Luftvorwärmung dienen, die dann als Verbrennungsluft in eine der Wirbelbrennkammern (2) oder (3) geführt wird.
Die Anlage ist für große Durchsätze bestimmt, dementsprechend weisen die einzelnen Anlagenteile große Dimensionen auf. Die Querschnittsfläche des Innenraums der Wärmeaustauscherkammer (1), horizontal bei halber Höhe der Kammer (1) gemessen, liegt im Bereich von 150 bis 500 m2. Für jede der Wirbelbrennkammern (2) oder (3) beträgt die innere horizontale Querschnittsfläche, gemessen auf halber Höhe oberhalb des Rostes (21), 50 bis 300 m2. Die Höhe einer Kammer (2) oder (3), gemessen oberhalb des Rostes (21), liegt im Bereich von 20 bis 60 m. Die horizontale Breite (a) der gemeinsamen Wände (1a) und (1c), vgl. Fig. 2, beträgt 10 bis 40 m.
An das Feuerungssystem kann ein Kraftwerk mit einer elektrischen Leistung von 200 MW oder mehr angeschlossen werden. Um die fühlbare Wärme im Feuerungssystem möglichst optimal auszunutzen, können alle heißen Wände als Membranrohrwände ausgebildet werden, die von Kühlfluid durchflossen werden. Gekühltes Gas, das die Wärmeaustauscherkammer (1) durch den Auslaß (25) verläßt, wird einer nicht dargestellten Gasreinigung zugeführt.
Die Anlage der Fig. 3 weist, wie bereits zusammen mit Fig. 1 und 2 erläutert, eine zentrale Wärmeaustauscherkammer (1), zwei Wirbelbrennkammern (2) und (3) und Separatoren (5) und (7) auf. Die Leitungen (23a) verbinden die Wirbelbrennkammern (2) bzw. (3) mit den Separatoren (5) bzw. (7). Gleiche Bezugsziffern wie in den Fig. 1 und 2 haben die dort gegebene Bedeutung. Die Wirbelbrennkammern der Fig. 3 sind nach unten keilförmig ausgebildet.
Bei der Anlage der Fig. 3 besteht zwischen der Außenwand (1a) der Wärmeaustauscherkammer (1) und der Wirbelbrennkammer (2) ein Abstand von höchstens 2 m, in welchem die Leitung (11) zum Wirbelbettkühler (12) hindurch geführt ist. Der gleiche Abstand besteht auch zwischen der Wand (1c) und der Wirbelbrennkammer (3). Durch die oberhalb der Kammern (2) und (3) angeordneten Separatoren (5) und (7) ergibt sich eine hohe Bauweise des Blocks mit geringem Bedarf an Bodenfläche.

Claims (6)

1. Wirbelschicht-Feuerungssystem mit Dampferzeugung zum Verbrennen fester Brennstoffe und zum Erzeugen von Wasserdampf, mit mindestens einer Wirbelbrennkammer, die Leitungen zum Zuführen von Brennstoffen und Verbrennungsluft aufweist, und mit einer Wärmeaustauscherkammer mit vier senkrechten Außenwänden, die einen im horizontalen Querschnitt etwa rechteckigen Raum umschließen, wobei mit dem oberen Bereich der Wirbelbrennkammer mindestens ein Separator zum Abtrennen von Feststoffen aus einem Gasstrom verbunden ist, der eine gasführende Ableitung aufweist, die mit dem oberen Bereich der Wärmeaustauscherkammer verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Höhe der Wärmeaustauscherkammer mindestens 10 m beträgt und daß vor einer ersten Außenwand der Wärmeaustauscherkammer eine erste Wirbelbrennkammer und vor einer der ersten Außenwand gegenüberliegenden zweiten Außenwand der Wärmeaustauscherkammer eine zweite Wirbelbrennkammer angeordnet ist, wobei die innere Höhe der Wirbelbrennkammern 10 bis 60 m beträgt.
2. Wirbelschicht-Feuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wirbelbrennkammer mindestens ein Wirbelbettkühler zugeordnet ist, der sich unter einem Separator befindet und mit diesem durch eine Feststoffe führende Leitung verbunden ist, wobei jeder Wirbelbettkühler mit der zugeordneten Wirbelbrennkammer durch mindestens eine Feststoffe und/oder Gas führende Leitung verbunden ist.
3. Wirbelschicht-Feuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der ersten Wirbelbrennkammer und der ersten Außenwand sowie der Abstand zwischen der zweiten Wirbelbrennkammer und der zweiten Außenwand der Wärmeaustauscherkammer 0 bis 2 m beträgt.
4. Wirbelschicht-Feuerungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche jeder der beiden Wirbelbrennkammern, horizontal und auf halber Höhe des Innenraums der Kammer gemessen, 50 bis 300 m2 beträgt.
5. Wirbelschicht-Feuerungssystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der ersten und zweiten Wirbelbrennkammer im horizontalen Querschnitt etwa rechteckig ausgebildet ist.
6. Wirbelschicht-Feuerungssystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscherkammer und die Wirbelbrennkammern eine Breite a von 10 bis 40 m aufweisen.
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