DE2903567C2

DE2903567C2 -

Info

Publication number: DE2903567C2
Application number: DE2903567A
Authority: DE
Inventors: Pehr Finspaang Se Boerjesgaard; Anders Dr.-Ing. Aaby Se Kullendorff; Jan Finspaang Se Wikner
Original assignee: Asea Stal AB
Current assignee: ABB Stal AB
Priority date: 1978-02-13
Filing date: 1979-01-31
Publication date: 1987-07-30
Also published as: DE2903567A1; JPS54152234A; US4237823A; SE7801616L; SE410341B; GB2016122B; JPS625241B2; GB2016122A; CH638287A5

Description

Die Erfindung betrifft eine unter Druck arbeitende Wirbelbettbrennkammer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Wirbelbettbrennkammer ist bekannt aus der DE- OS 20 60 609.

Brennkammern dieser Art haben vor allem große Bedeutung für Gasturbinen. Sie erlauben eine nahezu freie Wahl des Brennstoffes.

Der Vorteil der ringförmigen Ausbildung einer solchen Brennkammer besteht darin, daß der dadurch erzielte symmetrische Aufbau nicht zuletzt bei großen Leistungen konstruktiv wie auch betriebsmäßig günstig ist.

Aus der DE-OS 20 60 609 ist eine Wirbelbettbrennkammer bekannt, die im wesentlichen ein zylindrisches Wirbelbett hat. Im zentralen Bereich dieses Wirbelbettes ist eine Leitung mit einem Überlaufrohr vertikal durch das Wirbelbett geführt, durch welche aus den Verbrennungsgasen abgetrenntes Bettmaterial von oben nach unten abgeführt wird. Der Einlaß für die zum Wirbelbett geführte Luft befindet sich im oberen Teil des Außenmantels, von wo aus die Luft zum unteren vom Außenmantel gebildeten Raum strömen kann, und zwar durch einen Spalt, der zwischen dem Außenmantel und dem Wirbelbett vorhanden ist.

Aus der DE-OS 23 33 087 ist bereits eine Wirbelbettbrennkammer bekannt, bei der Vorrichtungen zur Regelung der Luftzufuhr zum Wirbelbett sowie Vorrichtungen zur Abscheidung von Feststoffen aus den Verbrennungsgasen vorhanden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelbettbrennkam mer der eingangs genannten Art zu entwickeln, die sich durch eine konstruktiv einfache Ausführung und eine gute Luftverteilung in der Brennkammer auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Wirbelbettbrennkammer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche die im kenn zeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran sprüchen der Erfindung genannt.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Brennkammer gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Brennkammer gemäß der Erfindung.

Die Brennkammer nach Fig. 1 besteht aus einem Außenmantel 1 und einem innerhalb des Außenmantels angeordneten ringförmigen Wirbel bett 2. In dem innerhalb des Wirbelbetts vorhandenen Raum befin det sich ein Behälter 3, der Vorrichtungen zur Reinigung der Ab gase des Wirbelbetts durch Abscheiden von festen Partikeln, Asche oder Wirbelbettmaterial enthält. Die Luft für das Wirbelbett tritt durch den Einlaß 4 im oberen Teil 6 des Außenmantels ein und ver teilt sich in diesem Raum, von wo aus sie einerseits durch den zwischen Außenmantel und Wirbelbett vorhandenen Spalt 7 und anderer seits durch den zwischen Wirbelbett und Behälter 3 vorhandenen Spalt 8 hinunter zum Boden strömt. Die einzelnen Teile sind so aus gebildet, daß man im wesentlichen die gleiche Luftgeschwindigkeit und somit eine gleichmäßige Kühlung auf beiden Seiten des Wirbel bettes erhält.

Das Wirbelbett 2 und der Behälter 3 stehen auf einem mit doppeltem Boden versehenen Luftverteilungskasten 9, der im unteren Boden eine Öffnung mit einer Ventilklappe 5 zum Einlassen der Luft hat. Um den Boden des ganzen Wirbelbettes herum sind Löcher 10 angebracht, die eventuell mit Mundstücken entsprechend der DE-OS 27 43 030 zum Einlassen der Luft vom Kasten 9 in das Wirbelbett versehen sind.

Der Kasten 9 steht seinerseits auf einem Fundament 11, das durch den Außenmantel 1 hindurchtritt und auch den Außenmantel trägt. Zwischen dem Außenmantel und dem Kasten hat das Fundament Löcher 13 für den Luftdurchtritt.

Mit dieser Konstruktion erreicht man einerseits, daß der Außenman tel den gesamten Überdruck in der Brennkammer aufnimmt, so daß die Wände im Wirbelbett und im Behälter 3 nur für den Druckabfall in diesen Teilen bemessen zu werden brauchen. Andererseits erreicht man, daß die gesamte Konstruktion von dem Kasten 9 und dem Fun dament 11 getragen wird, so daß sich die einzelnen Teile nicht gegenseitig zu beeinflussen brauchen, und zwar weder durch Schwer kräfte noch durch thermische Expansionskräfte.

Bezüglich der Ausführung der ganzen Brennkammer hat es sich als praktisch erwiesen, den Außenmantel, wie dargestellt, sphärisch oder zumindest annähernd sphärisch, beispielsweise mit einem kurzen zylindrischen Mantel und stark gewölbten Böden, auszubilden. Mit einer solchen Form erzielt man eine gute Raumaufteilung in der Brennkammer. Gleichzeitig wird das Wirbelbett vorzugsweise konisch oder annähernd konisch ausgebildet, was eine abnehmende Strömungs geschwindigkeit der Luft durch das Bett nach oben und somit eine gut definierte Oberfläche auf dem Bett zur Folge hat.

Von dem inneren Behälter 3 werden die heißen Druckgase durch ein Rohr 12 abgeführt, welches vorzugsweise koaxial im Einlaß 4 ange ordnet ist.

Um in den Wänden der einzelnen Teile der Brennkammer eine gleich mäßige Temperaturverteilung sicherzustellen, wird auf der Außen seite des Außenmantels 1 und auf der Innenseite der Wände des Wir belbettes 2 zweckmäßigerweise eine Isolierung 14 bzw. 15 angebracht. Hierdurch nehmen diese genannten Wände und der Außenmantel im wesentlichen die gleiche Temperatur wie die eintretende Druck luft an.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Brennkammer nach Fig. 1, wobei das Wirbelbett 2 nach oben offen ist, während die obere äußere Wand des Wirbelbettes im Punkt 20 an den Außenmantel 1 angeschlossen ist. Der Lufteinlaß 4 ist unterhalb dieses Punktes plaziert. Gleich zeitig ist die Außenwand des Wirbelbettes in noch stärkerem Maß konisch ausgebildet.

Um thermische Spannungen in der Konstruktion zu vermeiden, sind zwischen dem Fundament 11 und dem Verteilerkasten 9 federnde Ele mente 16 angebracht.

In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform enthält der obere Raum 6′ heiße Gase. Aus diesem Grunde ist im oberen Teil der Außenmantel auf der Innenseite mit einer Isolierung 15′ versehen. Ferner sind Inspektionsluken 17 und 18 vorhanden. Im Wirbelbett befindet sich außerdem ein Bündel radial gerichteter Kühlrohre 19.

Wie bereits erwähnt, ist die gezeigte Brennkammer vor allem für den Betrieb von großen Gasturbinen von Bedeutung. Dadurch, daß Kühl- oder Siederohre in oder über dem Wirbelbett angebracht wer den, kann die Brennkammer für kombinierte Dampf-Gas-Turbinenanlagen verwendet werden. In dem ringförmigen Wirbelbett werden derar tige Rohre vorzugsweise radial angeordnet, um eine gute Wärme symmetrie in dem System zu erzielen. Als Beispiel für die in Betracht kommenden Drücke und Abmessungen kann ein Arbeitsdruck von 10-15 Bar und ein Durchmesser des Außenmantels von 10-15 m genannt werden.

Claims

1. Unter Druck arbeitende Wirbelbettbrennkammer mit einem ring förmigen Wirbelbett, das von einem druckaufnehmenden Außenmantel umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelbett (2) von einem mit doppeltem Boden versehenen Luftverteilerkasten (9) getragen wird, der auf einem Fundament (11) ruht, dessen tra gende Teile durch den Außenmantel (1) hindurchtreten, der seiner seits auf demselben Fundament (11) befestigt ist.

2. Wirbelbettbrennkammer nach Anspruch 1, wobei der Einlaß zum Wirbelbett (2) im oberen Teil (6) des Außenmantels (11) angeordnet ist, von wo aus die Luft zum unteren vom Außenmantel (1) gebildeten Raum strömen kann, da durch gekennzeichnet, daß in der Unterseite des Luftverteilerkastens (9) eine regelbare Öffnung (5) vorhanden ist.

3. Wirbelbettbrennkammer nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß innerhalb des ringförmigen Wirbelbettes (2) ein innerer Raum (3) vorhanden ist, der an die Abgasaustrittsleitung des Bettes angeschlossen ist und Vorrichtungen zur Reinigung der Abgase der Brennkammer von festen Partikeln enthält.

4. Wirbelbettbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen dem Außenmantel (1) und dem Wirbelbett (2) ein Spalt (7) für den Luftstrom vom oberen zum unteren vom Außenmantel gebildeten Raum vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch zwischen dem Wirbelbett und dem inneren Raum (3) ein entsprechender Spalt (8) für den Luftstrom vom oberen zum unteren vom Außenmantel gebildeten Raum vorhanden ist und daß die Spalte (7, 8) so ausgebildet ist, daß eine gleichmäßige Luftkühlung der Außen- und Innenseite des Wirbelbettes erreicht wird.

5. Wirbelbettbrennkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen einer gleichmäßigen Temperaturverteilung im Außenmantel (1) und in den Wänden des Wirbelbettes (2) der Außen mantel auf der Außenseite isoliert ist und die Wände des Wirbel betts auf der Innenseite isoliert sind (14, 15).

6. Wirbelbettbrennkammer nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß das Wirbelbett (2) nach oben offen ist und daß der obere Teil des Außenmantels (1) auch auf der Innenseite iso liert ist (15′).

7. Wirbelbettbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (1) im wesentlichen eine sphärische Form hat.

8. Wirbelbettbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelbett (2) im wesentlichen konisch oder trichterförmig ist.

9. Wirbelbettbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Fundament (11) und dem Verteilerkasten (9) federnde Elemente (16) angebracht sind.