DE202014100788U1

DE202014100788U1 - Dampferzeuger mit zirkulierender Wirbelschicht

Info

Publication number: DE202014100788U1
Application number: DE201420100788
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2015-02-24
Anticipated expiration: 2024-02-22

Abstract

Dampferzeuger mit zirkulierender Wirbelschicht, umfassend einen Kessel (3) mit einem Rauchgaszug (2), in dem ein oder mehrere Heizflächen (8) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rauchgaszug (2) eine Strömungsbegrenzungseinrichtung (9) angeordnet und den Heizflächen (8) in Durchströmrichtung des Rauchgases nachgeschaltet ist, wobei der Durchströmquerschnitt des Rauchgaszugs (2) im Bereich der Strömungsbegrenzungseinrichtung (9) kleiner oder maximal gleich dem Durchströmquerschnitt des Rauchgaszugs (2) im Bereich der Heizflächen (8) ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger mit zirkulierender Wirbelschicht.
Entsprechende Dampferzeuger sind beispielsweise aus DE 37 03 471 A1 und EP 1 565 688 B1 bekannt.
Bei einer Wirbelschichtfeuerungsanlage werden ein Brennstoff und ein Wirbelbettmaterial, zumeist inerte Feststoffpartikel, durch ein Fluidisierungsmedium wie z.B. Luft in der Schwebe gehalten und damit fluidisiert. Das Wirbelbett wird aus einem Brennraum ausgetragen und über eine Abscheidvorrichtung, in welcher eine Trennung von Rauchgas und Bettmaterial erfolgt, wieder zurückgeführt.
In der zirkulierenden Wirbelschicht eines Dampferzeugers bewegt sich eine Zweiphasenströmung aus Rauchgas und Feststoff aufwärts. Allerdings treten immer wieder Pulsationen im Brennraum auf, die einen negativen Einfluss auf den Betrieb des Dampferzeugers haben.
Ferner wird insbesondere bei Turmkesseln mit zirkulierender Wirbelschicht bei Verlassen der Heizflächenbündel durch Abkühlen des Rauchgases und die vergrößerte Querschnittsfläche die Zweiphasenströmung verzögert. Diese verzögerte Zweiphasenströmung neigt zur Entmischung. Dabei fällt ein Teil abgekühlter Feststoffpartikel im Dampferzeuger entgegen der Strömung zurück. Die abgekühlten Feststoffpartikel übertragen durch die geringere Temperaturdifferenz zur Heizfläche weniger Wärme an die Heizflächen. Außerdem verteilt sich die Rückströmung nicht gleichmäßig über den Kesselquerschnitt, so dass eine Asymmetrie in der Strömung über den Dampferzeugerquerschnitt auftritt.
Ferner kann die Entmischung und Rückströmung Pulsationen in der Feuerung und im Verbrennungsprozess verursachen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Dampferzeuger gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein solcher umfasst einen Kessel mit einem Rauchgaszug, in dem ein oder mehrere Heizflächen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rauchgaszug eine Strömungsbegrenzungseinrichtung angeordnet und den Heizflächen nachgeschaltet ist, wobei der Durchströmquerschnitt des Rauchgaszugs im Bereich der Strömungsbegrenzungseinrichtung kleiner oder maximal gleich dem Durchströmquerschnitt des Rauchgaszugs im Bereich der Heizflächen ist.
Hierdurch werden das Strömungsverhalten im Rauchgaszug und der Wärmeübergang an den Heizflächen verbessert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
Vorzugsweise umfasst die Strömungsbegrenzungseinrichtung mindestens ein in den Rauchgaszug eingebautes Blech. Solche Bleche können bei Erosion einfach repariert werden. Zudem wird durch einfach demontierbare Bleche die Zugänglichkeit erheblich verbessert. Erosion an Durchtrittsgittern wird vermieden.
Aerodynamisch geformte Bleche verringern oder verhindern eine Wirbelbildung und reduzieren Strömungsverluste und Erosion.
Durch die eingebrachten Bleche kann zudem auf eine wassergekühlte Kesseldecke verzichtet werden.
Weiterhin können Verdampferaustrittssammler, welche in Verdampferrohren der Kesselwände erwärmtes Wasser sammeln, im Unterschied zu herkömmlichen Turmkesseln mit zirkulierender Wirbelschicht auf dem Niveau der in Durchströmrichtung des Rauchgases letzten Heizfläche angeordnet werden. Hierdurch wird der Dampferzeuger leichter, billiger, einfacher zu fertigen und einfacher zu transportieren.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Ansicht eines Dampferzeugers nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Schnittansicht eines oberen Endabschnitts des Kessels von der Seite, und in
3 eine Schnittansicht des oberen Endabschnitts des Kessels von vorne.
Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Dampferzeuger 1 mit zirkulierender Wirbelschicht. Dieser ist vorliegend als Turmkessel mit mindestens einem Rauchgaszug 2 dargestellt. Der Dampferzeuger 1 umfasst einen Kessel 3 mit einem unter diesem angeordneten Brennraum 4. Der Rauchgaszug 2 erstreckt sich in Vertikalrichtung von dem Brennraum 4 zu einem Auslass 5 nach oben, welcher in einer Seitenwand 6 des Kessels 3 kurz unterhalb einer Kesseldecke 7 angeordnet ist. Die Kesseldecke 7 begrenzt den Rauchgaszug 2 in Vertikalrichtung.
In dem mindestens einem Rauchgaszug 2 sind ein oder mehrere Heizflächen 8 angeordnet, welche als Wärmetauscher zwischen dem Rauchgas und zu erwärmenden Wasser dienen und das Rauchgas-Partikelgemisch vorzugsweise unter 550°C abkühlen. Die Heizflächen 8 sind Bestandteil eines Verdampfers des Kessels 3 und gegebenenfalls weiterhin eines Überhitzers sowie eines Economizers.
In dem mindestens einem Rauchgaszug 2 ist ferner eine Strömungsbegrenzungseinrichtung 9 angeordnet und den Heizflächen 8 in Durchströmrichtung des Rauchgases nachgeschaltet. Dabei ist der Durchströmquerschnitt des Rauchgaszugs 2 im Bereich der Strömungsbegrenzungseinrichtung 9 kleiner oder maximal gleich dem Durchströmquerschnitt des Rauchgaszugs 2 im Bereich der Heizflächen 8. Hierdurch wird einer Verzögerung der Zweiphasenströmung der Wirbelschicht entgegengewirkt.
Die Wirbelbettpartikel werden von einer dem Rauchgaszug 2 nachgeschalteten Partikelabscheideinrichtung 10 aufgefangen und rezirkuliert. Die Partikelabscheideinrichtung 10 ist neben dem Kessel 3 angeordnet, so dass abgeschiedene Feststoffpartikel nicht direkt in die aufwärts gerichtete Strömung oder den Brennraum 4 zurückfallen können, sondern kontrolliert in die Feuerung eingebracht werden können. Die Partikelabscheideinrichtung 10 kann beispielsweise als Zyklon 11 ausgebildet sein, welcher aufgefangene Partikel entweder unmittelbar in den Brennraum 4 oder in einen Standrohr 19 leitet. Einem Rauchgaszug 2 können auch mehrere Zyklone 11 nachgeordnet sein, die jeweils über einen Auslass 5 angeschlossen sind.
Die Strömungsbegrenzungseinrichtung 9 ist in einem Abschnitt des Rauchgaszugs 2 angeordnet, welcher sich von den Heizflächen 8 zu der Kesseldecke 7 erstreckt. Insbesondere wird der Bereich des Rauchgaszugs 2 zwischen den in Durchströmrichtung letzten Heizflächen 8 und dem Auslass 5 durch die Strömungsbegrenzungseinrichtung 9 auf einen Durchströmquerschnitt begrenzt, welcher kleiner oder maximal gleich einem Durchströmquerschnitt zwischen den Heizflächen 8 ist.
Die Strömungsbegrenzungseinrichtung 9 kann ein oder mehrere in den Rauchgaszug 2 eingebaute Bleche 12 aufweisen. Diese Bleche 12 sind vorzugsweise aerodynamisch derart geformt, dass eine Wirbelbildung reduziert oder unterbunden wird. Vorzugsweise kommen Stahlbleche mit einer Wanddicke im Bereich von ca. 4 bis 8 mm zum Einsatz.
Weiterhin kann die Strömungsbegrenzungseinrichtung 9 in Form einer gewölbten Kuppel 13 ausgebildet werden, welche zu dem Auslass 5 in der Seitenwand 6 des Kessels 3 leitet. Sind mehrere Partikelabscheideinrichtungen 10, insbesondere Zyklone 11 vorgesehen, die über jeweils einen Auslass 5 angeschlossen sind, kann die Strömungsbegrenzungseinrichtung 9 für jede Partikelabscheideinrichtung 10 oder jeder Auslass 5 eine gewölbte Kuppel 13 unterhalb der Kesseldecke 7 aufweisen. Die Kuppeln 13 können mit in Richtung des jeweiligen Auslasses 5 ansteigender Scheitellinie 14 ausgeführt sein.
Die Seitenwände des Kessels 3 weisen Verdampferrohre 15 zur Erwärmung von Wasser auf oder werden durch solche Verdampferrohre 15 gebildet. Die Verdampferrohre 15 münden in einem oder mehreren Verdampferaustrittssammlern 16, 17, 18, welche auf dem Niveau der Oberkante 21 der in Durchströmrichtung des Rauchgases letzten Heizfläche 8 liegt.
Weiterhin können die Verdampferaustrittssammler 16, 17, 18 durch Abschirmbleche 20 vor Erosion durch Wirbelbettpartikel geschützt werden.
Die vorstehend erläuterte Strömungsbegrenzungseinrichtung 9 kann auch in andere Wirbelschicht-Dampferzeuger als vorliegend erläutert eingebaut werden. Beispielsweise kann eine solche Strömungsbegrenzungseinrichtung 9 in Kessel von Dampferzeugern gemäß DE 37 03 471 A1 und EP 1 565 688 B1 eingebaut werden, deren Offenbarungsgehalt in Bezug auf das Anlagenlayout vorliegend miteinbezogen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3703471 A1 [0002, 0028]
EP 1565688 B1 [0002, 0028]

Claims

Dampferzeuger mit zirkulierender Wirbelschicht, umfassend einen Kessel (3) mit einem Rauchgaszug (2), in dem ein oder mehrere Heizflächen (8) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rauchgaszug (2) eine Strömungsbegrenzungseinrichtung (9) angeordnet und den Heizflächen (8) in Durchströmrichtung des Rauchgases nachgeschaltet ist, wobei der Durchströmquerschnitt des Rauchgaszugs (2) im Bereich der Strömungsbegrenzungseinrichtung (9) kleiner oder maximal gleich dem Durchströmquerschnitt des Rauchgaszugs (2) im Bereich der Heizflächen (8) ist.
Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (3) eine Kesseldecke (7) aufweist, welche den Rauchgaszug (8) in Vertikalrichtung begrenzt, und die Strömungsbegrenzungseinrichtung (9) in einem Abschnitt des Rauchgaszugs (2) zwischen den Heizflächen (8) und der Kesseldecke (7) angeordnet ist.
Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbegrenzungseinrichtung (9) ein oder mehrere in den Rauchgaszug (2) eingebaute Bleche (12) umfasst.
Dampferzeuger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bleche (12) aerodynamisch derart geformt sind, um eine Wirbelbildung zu reduzieren oder zu unterbinden.
Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Rauchgaszug (2) ein Auslass (5) anschließt und der Bereich des Rauchgaszugs (2) zwischen den in Durchströmrichtung letzten Heizflächen (8) und dem Auslass (5) durch die Strömungsbegrenzungseinrichtung (9) auf einen Durchströmquerschnitt begrenzt wird, welcher kleiner oder maximal gleich einem Durchströmquerschnitt zwischen den Heizflächen (8) ist.
Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Rauchgaszug (2) ein Auslass (5) anschließt und der Bereich des Rauchgaszugs (2) zwischen den in Durchströmrichtung letzten Heizflächen (8) und dem Auslass (5) durch die Strömungsbegrenzungseinrichtung (9) auf einen Durchströmquerschnitt begrenzt wird, welcher kleiner oder maximal gleich dem kleinsten Durchströmquerschnitt zwischen den Heizflächen (8) ist.
Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbegrenzungseinrichtung (9) eine gewölbte Kuppel (13) aufweist, welche zu einem Auslass (5) in einer Seitenwand (6) des Kessels (3) leitet.
Dampferzeuger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gewölbte Kuppel (13) eine in Richtung des Auslasses (5) ansteigende Scheitellinie (14) aufweist.
Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (6) des Kessels (3) Verdampferrohre (15) zur Erwärmung von Wasser aufweisen, die in einen oder mehrere Verdampferaustrittssammler (16, 17, 18) münden, welche auf dem Niveau der Oberkante (21) der in Durchströmrichtung des Rauchgases letzten Heizfläche (8) liegen.
Dampferzeuger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferaustrittssammler (16, 17, 18) durch Abschirmbleche (20) vor Erosion durch Wirbelbettpartikel geschützt sind.