DE2546469A1

DE2546469A1 - Wirbelbett-kohleverbrennung

Info

Publication number: DE2546469A1
Application number: DE19752546469
Authority: DE
Inventors: Albert Jubb
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1974-10-17
Filing date: 1975-10-16
Publication date: 1976-04-22
Also published as: JPS5165428A; FR2307133B1; CA1030817A; FR2332496A1; GB1495490A; IT1043450B; CH595552A5; FR2307133A1; US4080784A

Description

DIPL-ING. CURT WALLACH β München 2, 16. Oktober 1975

D.PL-ΙΝβ. GÜNTHER KOCH SSSiST'

DR. TINO HAIBACH ο r / η / ο λ UNSER ZEICHEN: 15 J27 -

ROLLS-ROYCE (1971) LIMITED - LONDON / ENGLAND

Wirbelbett - Kohleverbrennung

Die Erfindung bezieht sich auf die Wirbelbett-Kohleverbrennung und befaßt sich insbesondere mit dem Problem der Aufrechterhaltung einer ausreichenden Kohlemenge innerhalb des Bettes und zur Zuführung von Kohle nach dem Bett.

Wenn bei der Wirbelbettverbrennung zu wenig Brennstoff zugeführt wird, dann kann die Verbrennung nicht aufrechterhalten werden und plötzliche erhöhte Kohlezufuhr kann die Erzeugung großer Mengen von Kohlegas anfänglich zur Folge haben, das nicht vollständig verbrennt.

Dir Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Problem dadurch zu lösen, daß ein BrennstoffZuführungssystem geschaffen wird, das den Brennstoff nach dem Wirbelbett gemäß einer Punktion der im Bett herrschenden Bedingung zuführt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Wirbelbett-Kohleverbrennung dadurch gelöst, daß Temperaturfühler im Wirbelbett vorgesehen sind, die ein Signal erzeugen, welches von der Temperatur der Bettkohlezuführungseinrichtung abhängt, wobei Kohlezufuhrsteuermittel vorgesehen sind, die die Kohlezufuhr nach dem Wirbelbett gemäß dem Signal steuern, das vom Bett-Temperaturfühler geliefert wird.

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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Temperaturfühler aus einem Rohr aus rostfreiem Stahl, welches einen Quarzstab umschließt, wobei dieser Fühler in das Wirbelbett eingetaucht ist. Eine Relativbewegung zwischen dem Rohr und dem Stab tritt bei Temperaturänderungen im Bett auf, wodurch das Signal erzeugt wird, das die Kohlezufuhrsteuerung betätigt.

Die Kohlefördervorrichtung kann einen nach dem Bett führenden Kanal aufweisen, über den eine Suspension von Kohle in Luft in Intervallen eingeblasen wird und die Kohl ezuf uhr steuerungseinrichtung kann ein Ventil aufweisen, das gemäß dem vom Temperaturfühler gelieferten Signal einstellbar ist, wobei das Ventil die Suspension von Kohle in Luft entweder nach dem Wirbelbett oder zurück zu dem Kohlenspeicher gelangen läßt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Ende des Quarzstabes löffelartig gestaltet sein und das Ende kann sich in den Kanal hinein erstrecken, wobei das Ausmaß in dem die Schaufel in den Kanal einsteht, von dem Ausmaß der Relativbewegung zwischen Rohr und Quarzstab abhängt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht der Temperaturfühler für das Wirbelbett aus einem Thermoelement innerhalb einer keramischen Umhüllung, die in das Wirbelbett eingefügt ist, wobei das Ausgangssignal mit einem Bezugssignal verglichen und das jeweils auftretende Fehlersignal verstärkt und dazu benutzt wird, einen Motor der Kohlenfördereinrichtung zu steuern. Der Motor treibt das Ventil eines Kohlezuführungsrichters so, daß die Kohlezufuhr nach dem Kanal gesteuert wird, der nach dem Wirbelbett führt.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

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Pig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kohleverbrennungs-Wirbelbettes, welches in Verbindung mit einer Gasturbinenanlage benutzt wird;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Kohleverbrennungs-Wirbelbettes in Verbindung mit einer Gasturbinenanlage;

Fig. 3 eine weiter abgewandelte Ausführungsform eines Kohleverbrennungs-Wirbelbettes in Verbindung mit einer Gasturbinenanlage;

Fig. 4

und 5 Einzelheiten einer Kohlefördervorrichtung nach dem Wirbelbett gemäß Figur J>»

Gemäß Figur 1 besteht das Wirbelbett-Kohleverbrennungs-System 10 aus einem Wirbelbett 12 mit Kohlenasche und unverbrannter Kohle, das eine Wärmeübertragungsoberfläche 14 aufweist und komprimierte Luft vom Kompressor der Gasturbinentriebwerksanlage 15 erhält. Die Triebwerksanlage 15 weist einen von einer Turbine 15b angetriebenen Kompressor 15a und eine Nutzleistungsturbine 15c auf, die eine Last I5d antreibt, welche beispielsweise von einem elektrischen Generator oder einer Pumpe gebildet sein kann. Die komprimierte Luft strömt von dem Kompressor 15a durch das Wirbelbett in zwei Strömungen, von denen die eine Strömung 16 direkt durch das Bett führt und die Verbrennungsluft und die Wirbelluft durch eine Verteilerplatte If gelangen läßt, während die andere Strömung 18 durch die Wärmeübertragungsoberflächen 14 hindurchströmt. Die beiden Ströme erhitzter Luft strömen dann nach der Turbine 15b des Triebwerks, wobei die Verbrennungs- und Wirbelluft zunächst durch einen Reiniger 20 hindurchtritt um Schmutzsubstanzen zu entfernen.

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Das Bett besitzt außerdem eine Kohlezuführeinrichtung 22 in Gestalt eines Kanals 24, in den eine Suspension von Kohle in Luft in Intervallen in das Bett eingeblasen werden kann. Der Kanal 24 weist ein Ventil 26 auf, das so gesteuert wird, daß der Brennstoff entweder in das Wirbelbett oder zurück nach dem nicht dargestellten Brennstoffspeicher längs eines Kanals 28 strömt.

Ein Temperaturfühler 30 für das Wirbelbett,bestehend aus einem Rohr 32 rostfreien Stahles, das einen Quarzstab 34 umschließt, ist in das Wirbelbett derart eingetaucht, daß Änderungen der Wirbelbett-Temperatur eine Relativbewegung zwischen dem Stab und dem Rohr bewirken. Diese Relativbewegung wird benutzt, um das Ventil 26 über ein Gestänge 30 zu betätigen, welches nur schematisch dargestellt ist, da irgendwelche geeigneten Übertragungssysteme benutzt werden können.

Im Betrieb wird eine Suspension von Kohle in Luft durch den Kanal in Abständen von etwa 10 Sekunden geblasen. Wenn das Wirbelbett auf der richtigen Temperatur steht, dann befindet sich das Ventil 26 in einer Stellung, in der die Kohle nach dem Speicher zurückgeblasen wird. Wenn sich die Wirbelbett-Temperatur verändert, dann wird die Relativbewegung zwischen dem Rohr und dem Stab benutzt um das Ventil derart zu betätigen, daß ein gewisser Anteil von Kohle in das Bett einströmt. Dadurch steigt die Temperatur an und das durch den Temperaturfühler erzeugte Signal betätigt das Ventil in der Weise, daß der nächste Brennstoffimpuls nach dem Speicher zurückgeblasen wird.

Gemäß einer nicht dargestellten abgewandelten Ausführungsform kann das Ende des Quarzstabes löffelartig ausgebildet sein, wobei dieser Löffel infolge der Relativbewegung zwischen Rohr und Stab in den Kanal,der die Suspension von Kohle in Luft führt,

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ausgefahren wird, wenn die Temperatur abfällt. Wenn der Löffel in Wirlcung tritt, dann werden Seitenbelastungen auf den Stab erzeugt, die den Löffel in seiner Stellung halten. Wenn das Wirbelbett demgemäß zu kalt ist, dann wird mehr Brennstoff zugeführt, bis die Wirbelbett-Temperatur auf den erforderlichen Wert angestiegen und der Löffel weggezogen ist.. Während Jener Periode, in der keine Kohle durch das Rohr geblasen wird, kann sich der Quarzstab frei unter den Expansionskräften bewegen und wird daher nicht durch Kräfte gestört, die mit dem Kohlezuführungssystem verknüpft sind.

Es kann jede Anzahl von Kohlezuführungskanälen vorgesehen werden, z.B. können 10 Kanäle vorgesehen werden, und diese können aufeinanderfolgend in Intervallen von einer Sekunde in einem 10-Sekundenzyklus durchblasen werden, so daß die Kohle den verschiedenen Teilen des Wirbelbettes gemäß den örtlichen Temperaturen des Bettes zugeführt werden kann, die durch individuelle Temperaturfühler gemessen werden.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 besteht der Temperaturfühler 30 des Wirbelbettes aus einem Thermoelement mit einer kalten Lötstelle 40 und einer heißen Lötstelle 42, die in einer Keramikumhüllung 44 des Wirbelbettes 12 liegt. Das vom Thermoelement ausgehende Signal wird mit einem Bezugssignal verglichen und jeder sich ergebende Fehler wird durch einen Verstärker 46 verstärkt. Das verstärkte Fehlersignal wird benutzt, um einen in der Drehrichtung umkehrbaren Elektromotor 48, z.B. einen Schrittmotor zu steuern, und der Motor betätigt den Absperrschieber 50 eines Kohleaufgabetrichters 52 über ein Untersetzungsgetriebe 54. Je größer das Fehlersignal wird, desto weniger Kohle wird gebraucht und demgemäß wird der Absperrschieber 50 abgesenkt, um die Kohlezufuhr längs des Kanals 28 nach dem Wirbelbett zu vermindern und umgekehrt.

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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur ~*>_s 4 und 5 ist der Temperaturfühler J50 für das Wirbelbett wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ausgebildet, aber es wird hier das verstärkte Fehlersignal benutzt,um den Elektromotor 48 zu steuern, der in diesem Falle als Zweiphasenmotor oder als Schrittmotor ausgebildet sein kann. Der Motor treibt ein rotierendes Ventil 60 bekannter Bauart, welches eine oder mehrere abgedichtete Taschen 62 aufweist, in die Kohle von einem geeigneten unter Druck stehenden Aufgabetrichter 64 (Figur 3) zugeführt wird. Durch die Arbeitsweise des Ventils (Figur 5* Figur 4 zeigt eine Zwischenstellung) wird die Kohle veranlaßt, in den Förderkanal 28 zu gelangen, und dann wird die Kohle in das Wirbelbett durch einen Luftstrom eingeblasen. Die Drehzahl des Ventils steuert die Rate der Kohlenzufuhr und demgemäß wird das verstärkte Fehlersignal benutzt, um die Drehzahl des Ventils zu steuern und so die erforderliche Bett-Temperaturbedingung aufrecht zu erhalten.

Bei den Ausführungsbeispielen nach Figur 2 bis 5 sind keine Wärmeübertragungsoberflächen im Wirbelbett vorgesehen, die den Wärmeübertragungsoberflachen 14 gemäß Figur 1 entsprechen. Bei voller Leistung strömt im wesentlichen die gesamte Luft vom Kompressor 15a durch das Wirbelbett und enthält inerte Bestandteile und einen geringen Anteil von Kohle, und nach der Reinigung erzeugt die erhitzte Luft die Antriebsleistung für den Kompressor und die äußere Last. Von dieser Luftströmung wird nur ungefähr ein Viertel bis ein Drittel zur Verbrennung benötigt und es verbleibt daher ein beträchtlicher Anteil überschüssiger Luft, und die Auslaßgastemperatur liegt im Bereich zwisshen 800 und 1000⁰C. Wenn überschüssige Kohle dem Wirbelbett bei einer gegebenen Luftströmung zugeführt wird, dann steigt die Temperatur im Wirbelbett über die Grenzwerte an, die durch die Eigenschaften der Kohlenasche bestimmt sind, und dies führt zu einem Verschlacken oder zum Überschreiten der Grenzen des

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Kanals, des Heißgasreinigungssystems oder der Gasturbine
selbst. Die Rate des Temperaturanstiegs wird durch die Zufuhr überschüssiger Kohle und die thermische Energie des Battes
gesteuert und die aus Figur 2 bis 5 dargestellten Anordnungen steuern die Rate, mit der die Kohle dem Wirbelbett zugeführt
wird.

Patentansprüche :

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

\ 14 Wirbelbett-Kohleverbrennungs-Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler für das Wirbelbett vorgesehen ist, der ein von der Wirbelbett-Temperatur abhängiges Signal erzeugt, daß eine Kohlezufuhreinrichtung mit einer Kohlezufuhrsteuereinrichtung versehen ist, die die Zufuhr von Kohle nach dem Wirbelbett gemäß den Signalen steuert, die vom Temperaturfühler geliefert werden.
2. Wirbelbett-Kohleverbrennungs-Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler für das Wirbelbett aus einem Rohr rostfreien Stahles besteht, das einen Quarzstab umschließt.
3>. Wirbelbett-Kohleverbrennungs-Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler für das Bett aus einem Thermoelement besteht, dessen Ausgangssignal mit einem Bezugssignal verglichen wird, wobei jedes so erzeugte Fehlersignal durch einen Verstärker verstärkt wird und das verstärkte Signal dazu benutzt wird, einen Motor der Kohlenfördereinrichtung zu steuern.

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4. Wirbelbatt-Kohleverbrennungseinrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekenn ζ . eichnet, daß die Kohlefördereinrichtung einen Aufgabetrichter mit Kohle aufweist, dessen Auslaß durch die Kohlezufuhrsteuereinrichtung gesteuert wird, und daß ein Kanal nach dem Wirbelbett führt, in dem Kohle durch Zufuhr komprimierter Luft gefördert werden kann.
5. Gasturbinenanlage mit einem Kompressor,einer den Kompressor antreibenden Turbine und einer Nutzleistungsturbine, die eine Last antreibt, und mit einer Wärmequelle in Gestalt einer Kohleverbrennungs-Wirbelbettkammer gemäß den Ansprüchen 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen die gesamte vom Kompressor gelieferte Luft durch das Wirbelbett strömt und die so erhitzte Luft der den Kompressor antreibenden Turbine zugeführt wird, nachdem diese Luft gereinigt wurde.
6. Gasturbinenanlage nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler im Wirbelbett ein von der Bett-Temperatur abhängiges Signal erzeugt, und daß die Kohlezufuhr gemäß den Signalen des Temperaturfühlers gesteuert wird.

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