DE3012600C2 - Process for operating a steam power plant provided with a fluidized bed furnace - Google Patents
Process for operating a steam power plant provided with a fluidized bed furnaceInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben ·"> eines mit einer Wirbelschichtfeuerung versehenen Dampfkraftwerks, bei dem die Verbrennung in der Wirbelschicht unter Druck erfolgt, und ein Verdampfer, Dampfüberhitzer und Economiser vorgesehen sind, wobei die als Trägermedium für die Wirbelschicht ^ dienende Verbrennungsluft vor der Einführung in die Wirbelschichtfeuerung des Dampferzeugers verdichtet und die abgekühlten Rauchgase nach der Durchströmung eines Zyklonabscheiders in einer Abgasturbine auf Umgebungsdruck entspannt werden, wobei Verdichter und Abgasturbine auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und beide Strömungsmaschinen miteinander im Leistungsgleichgewicht stehen.The invention relates to a method for operating · "> a provided with a fluidized bed steam power plant, where combustion takes place in the fluidized bed under pressure, and an evaporator, steam superheater and economizer are provided, as a carrier medium for the fluidised bed ^ serving combustion air prior to Introduction to the fluidized bed combustion of the steam generator and compressed the cooled flue gases after flowing through a cyclone separator in an exhaust gas turbine to ambient pressure, whereby the compressor and exhaust gas turbine are arranged on a common shaft and both turbomachines are in power equilibrium with each other.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (GB-PS 10 973) wird die Verbrennungsluft auf einen Druck von etwa 8 bis 10 bar verdichtet und die Rauchgase durch den im Feuerraum angeordneten Verdampfer, Dampfüberhitzer und Economiser auf eine Temperatur im Zyklonabscheider v>n 400° Celsius eingestellt. Durch den hohen Druck der Rauchgase und die verhältnismä-Big hohe Temperatur bei der Reinigung der Rauchgase sind der Entstaubungsmöglichkeit der Rauchgase Grenzen gesetzt. Eine weitgehende Staubfreiheit ist für einen störungsfreien Turbinenbetrieb notwendig, andererseits jedoch sind hohe Rauchgastemperaturen und -drücke für eine möglichst große Turbinenleistung wünschenswert.In a known method of this type (GB-PS 10 973), the combustion air is at a pressure compressed by about 8 to 10 bar and the flue gases through the evaporator arranged in the combustion chamber, Steam superheater and economiser set to a temperature in the cyclone separator v> n 400 ° Celsius. By the high pressure of the flue gases and the relatively high temperature when cleaning the flue gases There are limits to the possibility of dedusting the flue gases. Extensive freedom from dust is for a trouble-free turbine operation is necessary, on the other hand, however, are high flue gas temperatures and -pressures are desirable for the greatest possible turbine output.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren derart auszugestalten, daß es mit einfachen und somit kostengünstigen Komponenten bei gleichzeitiger Berücksichtigung der Forderungen des Betriebs, -vie weitgehende Entstaubung der Rauchgase, Regelbarkeit sowie Umweltfreundlichkeit, wirtschaftlich durchgeführt werden kann und insbesondere für Heizkraftwerke zur gekoppelten Stromerzeugung und Fernwärmeversorgung geeignet istThe invention is therefore based on the object of designing the method mentioned at the outset in such a way that that it is made with simple and thus inexpensive components while taking into account the Requirements of the company, including extensive dedusting the flue gases, controllability and environmental friendliness, can be carried out economically and particularly suitable for combined heat and power plants for power generation and district heating is
Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß darin, daß die Rauchgase durch die zumindest teilweise Anordnung des Damipfüberhitzers in der Wirbelschicht und/oder durch eine entsprechende Auslegung des Economisers auf eine Temperatur von 280° Celsius bis 380° Celsius, vorzugsweise 330° Celsius, beim Austritt aus dem Dampferzeuger abgekühlt werden, daß die Rauchgase nach dem Zyklonabscheider durch ein Elektrofilter oder Gewebefilter der Abgasturbine zugeführt werden, daß als Abgasturbine und Verdichter mindestens ein serienmäßig hergestellter Turbolader des Verbrennungsmiotorenbaus zur Verdichtung der Verbrennungsluft auf einen Druck von 3 bis 'S bar, vorzugsweise 4 bis 4,5 bar eingesetzt wird und daß die Rauchgase nach der Entspannung im Turbolader in einem an einen Heizkreislauf angeschlossenen Abhitzekessel gekühlt werden.The solution to this problem is in a method of the type mentioned according to the invention that the flue gases by the at least partial arrangement of the steam superheater in the fluidized bed and / or by a corresponding design of the economizer to a temperature of 280 ° Celsius to 380 ° Celsius, preferably 330 ° Celsius, are cooled at the exit from the steam generator, that the flue gases are fed to the exhaust gas turbine after the cyclone separator through an electrostatic precipitator or fabric filter, that as exhaust gas turbine and compressor at least one mass-produced turbocharger of the combustion engine construction to compress the combustion air to a pressure of 3 to 'S bar, preferably 4 to 4.5 bar, is used and that the flue gases are cooled in a waste heat boiler connected to a heating circuit after the expansion in the turbocharger.
Durch die Abkühlung der Rauchgase auf den angegebenen Temperaturbereich ist die Anzahl der für eine Entstaubung in Frage kommenden Vorrichtungen wesentlich erhöht. Denn gerade bei hohen Betriebstemperaturen bringt oft eine nur geringfügige Absenkung von z. B. 20° Celsius, die Möglichkeit, weitere und oft einfachere Vorrichtungen einzusetzen. Im vorliegenden Fall können daher an sich bekannte Elektrofilter oder Gewebefilter für eine weitgehende Entstaubung benutzt werden, so daß staubbedingte Probleme des Abgasturbinenbetriebs sowie bezüglich des Umweltschutzes zumindest kleingehalten sind.By cooling the flue gases to the specified temperature range, the number of for a dedusting device in question significantly increased. Because especially at high operating temperatures often brings only a slight decrease of z. B. 20 ° Celsius, the possibility of further and often to use simpler devices. In the present case can therefore known electrostatic precipitator or Fabric filters are used for extensive dedusting, so that dust-related problems of exhaust gas turbine operation and are at least kept small in terms of environmental protection.
Die Entspannung der Rauchgase und die Verdichtung der Verbrennungsluft in einem serienmäßig hergestellten Turbolader trägt zu einem kostengünstigem Aufbau der Anlage bei. Turbolader sind in ihrer Konstruktion gegenüber Gasturbinen einfacher und robuster und erlauben einen Betrieb auch mit weniger reinen Rauchgas. Darüber hinaus sind Turbolader in äußerst weiten Bereichen regelbar. Turbolader bestehen aus einem einstufigen Verdichter und einer einstufigen Abgasturbine, die auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Beide Strömungsmaschinen befinden sich im Leistungs-Gleichgewicht, es wird also an der Welle des Turboladers weder Leistung nach außen abgegeben noch von außen eingeleitet. Diese drehzahlfreie, das heißt mit beliebiger Drehzahl arbeitende Ladeeinrichtung erlaubt eine verlustarme Regelung der Gesamtanlage, wobei ein Selbstregeleffekt bei von der Auslegung abweichenden Belastungsverhältnissen ausgenutzt werden kann. Bei z. B. zurückgehender Belastung wird entsprechend weniger Brennstoff der Feuerung zugeführt. Damit sinkt die Temperatur der Rauchgase vor der Abgasturbine und als Folge der Verdichtungsdruck und somit die angesaugte Luftmenge. Im Trend entspricht diese selbständige Änderung des Luftstromes bei von der Auslegung abweichenden Belastungsverhältnissen den Forderungen der Regelung der Verbrennungslufttemperatur im Dampferzeuger. Der mit Teilbelastung zurückgehende Druck der Verbrennungsluft nach dem Turbolader kommt derThe expansion of the flue gases and the compression of the combustion air in a series produced Turbocharger contributes to a cost-effective construction of the system. Turbochargers are in their design compared to gas turbines, they are simpler and more robust and also allow operation with less pure ones Flue gas. In addition, turbochargers can be regulated in an extremely wide range. Turbochargers consist of a single-stage compressor and a single-stage exhaust gas turbine running on a common shaft are arranged. Both flow machines are in power equilibrium, so it is at the Shaft of the turbocharger neither delivered power to the outside nor introduced from the outside. This speed-free, that is, the charging device operating at any speed allows low-loss control of the Complete system, whereby a self-regulating effect is used in the case of load conditions that differ from the design can be. At z. B. decreasing load is correspondingly less fuel Firing supplied. This decreases the temperature of the flue gases in front of the exhaust gas turbine and as a result of the Compression pressure and thus the amount of air drawn in. This independent change corresponds to the trend of the air flow in the case of load conditions deviating from the design, the requirements of the regulation the combustion air temperature in the steam generator. The decreasing pressure of the Combustion air comes after the turbocharger
Forderung möglichst gleichbleibender Luftgeschwindigkeit in den Lufteinlaßdüsen der Wirbelschichtfeuerung in idealer Weise entgegen. Es ist eine Auslegung realisierbar, bei der mehrere Turbolader auf einen Dampferzeuger mit Wirbelschichtfeuerung geschaltet werden. Sieht man z. B. drei Turbolader mit einer Kapazität von jeweils 50% der erforderlichen Gesamtleistung vor, so kann die Verfügbarkeit der Einlage wesentlich verbessert werden. Ein weiterer Vorteil der Turbolader besteht darin, daß diese auch mit e;ner Staubentfernungseinrichtung ausgestattet sein können, so daß bei f-cdarf der von den Rauchgasen abgeschiedene Staub aus dem Turbolader entfernt werden kann. Darüber hinaus ergibt die mäßige Verdichtung der Verbrennungsluft im Turbolader einen entsprechend geringen Druck der Rauchgase in den Filtern, so daß deren Einsatz und sicherer Betrieb gewährleistet ist Dieser geringe Druck der Rauchgase und deren niedrige Temperatur ist vollkommen ausreichend, um einen Turbolader noch wirtschaftlich betreiben zu können.The ideal way to counter the demand for constant air speed in the air inlet nozzles of the fluidized bed furnace. A design can be implemented in which several turbochargers are switched to a steam generator with fluidized bed combustion. If you see z. B. before three turbochargers, each with a capacity of 50% of the required total output, the availability of the insert can be significantly improved. Another advantage of the turbocharger is that they can also be used with e ; ner dust removal device can be equipped so that at f-cdarf the dust separated from the flue gases can be removed from the turbocharger. In addition, the moderate compression of the combustion air in the turbocharger results in a correspondingly low pressure of the flue gases in the filters, so that their use and safe operation is guaranteed. This low pressure of the flue gases and their low temperature is completely sufficient to be able to operate a turbocharger economically .
In der Zeitschrift »VGB-Kraftwerksteci.nik«, August 1976, Seiten 509 bis 511, sind insbesondere in BiJd 2 der Seite 510 viele Möglichkeiten angedeutet, wie bei einer Wirbelschichtfeuerung Verdampfer, Überhitzer, Zentrifugalabscheider sowie Endgasreinigungen im Rauchgasstrom vorgesehen sein können. Auch ist dort zu entnehmen, daß solche Wirbelschichtfeuerungen für einen Betriebsdruck von 1 bis 25 bar vorgesehen sind. Spezielle Ausgestaltungen, wie sie das Verfahren gemäß der Erfindung lehrt, sind aus dieser Literaturstelle jedoch nicht abzuleiten.In the magazine "VGB-Kraftwerksteci.nik", August 1976, pages 509 to 511, are in particular in BiJd 2 of Page 510 indicated many possibilities, as with one Fluidized bed combustion, evaporators, superheaters, centrifugal separators and end gas cleaning in the flue gas flow can be provided. It can also be seen there that such fluidized bed furnaces for an operating pressure of 1 to 25 bar is provided. Special configurations, such as the method according to of the invention, but cannot be derived from this reference.
Um schließlich eine Verringerung des Prozeß'virkungsgrades durch die geringe Temperatur sowie den geringen Druck des Rauchgases beim Eintritt in den Turbolader mit Sicherheit auszuschließen, werden die im Turbolader entspannten Rauchgase in einem Abhitzekessel weiter gekühlt, der die aufgenommene Wärme an einen Heizkreislauf abgibt.Finally, a reduction in process efficiency due to the low temperature and the low pressure of the flue gas when entering the Ruling out turbochargers with certainty, the flue gases relaxed in the turbocharger are rolled into one Waste heat boiler is further cooled, which transfers the absorbed heat to a heating circuit.
Aus der Zeitschrift »Energie« Juli 1977, Seite 194, linke Spalte, ist es zwar bekannt, bei einer Wirbelschichtfeuerung der Abgasturbine einen Wärmetauscher nachzuschalten, jedoch sind dort keine Verfahrensschritte gemäß der Erfindung beschrieben.It is known from the journal "Energie" July 1977, page 194, left column, for fluidized bed combustion to connect a heat exchanger downstream of the exhaust gas turbine, but there are no process steps there described according to the invention.
Zusammenfassend kann somit festgehalten werden, daß durch die Auswahl bzw. Ausgestaltung der einzelnen Merkmale unserer Erfindung aus einer Vielzahl von zum Teil an sich bekannten Möglichkeiten sowie durch deren Kombination die Erfindungsaufgabe gelöst wird.In summary, it can thus be stated that the selection or configuration of the individual features of our invention from a multitude of possibilities, some of which are known per se as well as their combination solves the task of the invention.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der schematischen Zeichnung hervor, die eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anlage zeigt.Further advantages of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment in Relation to the schematic drawing shows the one to carry out the invention Process suitable plant shows.
Der Dampferzeuger 1 des Dampfkraftweikss ist mit einer Wirbelschichtfeuerung versehen, in deren Wirbelschicht 2 Kohle in bekannter Weise verfeuert wird. Der Verdampfer 3 und der Dampfüberhitzer 4 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel innerhalb der Wirbelschicht 2 angeordnet. Das in den Verdampfer 3 eingeleitete Speisewasser wird im rauchgasbeheizten Economiser 6 vorgewärmt. Die Zuführung des Speisewassers vom Economisers 6 zum Verdampfer 3 erfolgt über die Leitung 5. Der Economiser 6 selbst liegt im Rauchgasbereich des Dampferzeugers 1.The steam generator 1 of the Dampfkraftweikss is with provided a fluidized bed furnace, in the fluidized bed 2 coal is burned in a known manner. Of the In the present exemplary embodiment, the evaporator 3 and the steam superheater 4 are within the fluidized bed 2 arranged. The feed water introduced into the evaporator 3 is heated in the flue gas Economiser 6 preheated. The feed water is supplied from the economizer 6 to the evaporator 3 via line 5. The economiser 6 itself is located in the flue gas area of the steam generator 1.
Die Anordnung bzw. Ausbildung des Dampfüberhitzers 4 und des Economisers 6 er/olgt nun so, daß die
Rauchgase am Austritt aus dem Dampferzeuger 1 eine Temperatur von 330° Celsius haben. Die Rauchgase
werden dann vom Dampferzeuger 1 über einen Kanal 7 zu einem Zyklonabscheider 57 und von dort zum
Elektrofilter 8 bzw. zu einem Gewebefilter geleitet und weitgehend vom mitgerissenen Staub befreit Durch die
Leitung 9 werden die Rauchgase anschließend zur ίο Abgasturbine 10 des Turboladers 22 geführt Ihre
Eintrittstemperatur am Turbolader beträgt 325° Celsius, die Austrittstemperatur liegt im Normalbetrieb bei etwa
199° Celsius.
Zur weiteren Ausnutzung dieser noch beträchtlichenThe arrangement or formation of the steam superheater 4 and the economizer 6 is now such that the flue gases at the outlet from the steam generator 1 have a temperature of 330 ° Celsius. The flue gases are then passed from the steam generator 1 via a channel 7 to a cyclone separator 57 and from there to the electrostatic precipitator 8 or to a fabric filter and are largely freed from the dust that has been entrained The inlet temperature at the turbocharger is 325 ° Celsius, the outlet temperature is around 199 ° Celsius in normal operation.
To further exploit this still considerable
π Wärmeenergie der Rauchgase, werden diese über die Leitung 11 in den Abhitzekessel 12 geführt und dort bis auf eine Temperatur von ca. 90° Celsius abgekühlt Anschließend gelangen die Rauchgase über die Leitung 13 in ein nicht dargestelltes Kamin.π heat energy of the flue gases, these are over the Line 11 passed into the waste heat boiler 12 and up there cooled to a temperature of approx. 90 ° Celsius. The flue gases then pass through the pipe 13 in a chimney, not shown.
-'" Die Abgasturbine 10 des Turboladers ist über die Welle 14 mit dem zugeordneten Verdichter 16 verbunden, der zur Verdichtung der Verbrennungsluft für die Wirbelschicht 2 dient. Diese Verbrennungsluft wird über den Kanal 15 angesaugt und über die Leitung- '"The exhaust gas turbine 10 of the turbocharger is on the Shaft 14 connected to the associated compressor 16, which is used to compress the combustion air for the fluidized bed 2 is used. This combustion air is sucked in through channel 15 and through the line
^ 17 der Wirbelschicht zugeführt. Hierbei wird die Wirbelschichtfeuerung als Fließbettfeuerung betrieben. Der Brennstoff in Form von Kohle sowie ein Absorbent werden kontinuierlich über eine entsprechende Fördereinrichtung 19 über den Anströmboden 18 verteilt. Die ^ 17 fed to the fluidized bed. Here the fluidized bed combustion is operated as a fluidized bed combustion. The fuel in the form of coal and an absorbent are continuously distributed over the inflow base 18 via a corresponding conveying device 19. the
JO Anlage wird entweder mit Druckluft oder mit einem nicht dargestellten motorgetriebenen Hilfsgebläse angefahren. JO system is operated either with compressed air or with a not shown motor-driven auxiliary fan started.
Der erzeugte Dampf wird über eine Leitung 20 zum Antrieb eines elektrischen Generators 23 zur Gegen-The generated steam is via a line 20 to drive an electric generator 23 to the counter
sr> druck-Heizturbine 21 geleitet Über die beiden Anzapfstellen 24 und 25 der Heizturbine 21 wird über die Leitungen 28,29 entspannter Dampf zu den Wärmetauschern 32 und 33 geführt. Diese Wärmetauscher sind Bestandteil eines Heizkreislaufs mit den Anschlußleitungen 51 und 56. Für die Einschaltung des Abhitzekessels 12 in den Heizkreislauf sind die Anschlußleitungen 51, 56 bis zu diesem weitergeführt. Der Heizkreislauf dient vorzugsweise zur Fernversorgung von Verbrauchern. Das in der Zeichnung dargestellte Dampfkraftwerk dient somit zur gekoppelten Stromerzeugung von Fernwärmeversorgung.s r > pressure heating turbine 21 conducted Via the two taps 24 and 25 of the heating turbine 21, expanded steam is conducted to the heat exchangers 32 and 33 via the lines 28, 29. These heat exchangers are part of a heating circuit with the connection lines 51 and 56. For the connection of the waste heat boiler 12 in the heating circuit, the connection lines 51, 56 are continued up to this. The heating circuit is preferably used for the remote supply of consumers. The steam power plant shown in the drawing is used for the coupled generation of electricity from district heating.
Ferner sind in der Zeichnung noch die üblichen Bestandteile eines Dampfkraftwerkes zu erkennen wie z. B. ein dampfbeheizter Vorwärmer 40, ein Entgaser-Mischvorwärmer 47 sowie die Speisewasserleitung 50. Bei der Auslegung der Anlage wird Leistungsgleichgewicht zwischen der Abgasturbine 10 und dem Verdichter 16 des Turboladers vorausgesetzt, das heißt, daß bei entsprechender Berücksichtigung der auftretenden Druckverluste der Verbrennungsluft vom Verdichter bis zur Abgasturbine eine Temperatur der Rauchgase beim Eintritt in die Abgasturbine zu wählen ist, bei der dieses Leistungsgleichgewicht eintritt. Bei einem Druck der Verbrennungsluft am Verdichter von 4 bis 4,5 bar entsteht bis zur Abgasturbine 10 des Turboladers 22 ein Druckverlust von etwa 10%. Die entsprechende Temperatur der Rauchgase beim Eintritt in den Turbolader beträgt dann etwa 320 bis 330° Celsius. Die gesamte Energie der Abgasturbine wirdThe drawing also shows the usual components of a steam power plant, such as z. B. a steam-heated preheater 40, a degasser mixing preheater 47 and the feed water line 50. When designing the system is power balance between the exhaust gas turbine 10 and the Assuming compressor 16 of the turbocharger, that is, with appropriate consideration of the occurring Pressure losses in the combustion air from the compressor to the exhaust gas turbine have a temperature of Flue gases on entry into the exhaust gas turbine is to be selected in which this power equilibrium occurs. at a pressure of the combustion air at the compressor of 4 to 4.5 bar arises up to the exhaust gas turbine 10 des Turbocharger 22 a pressure loss of about 10%. The corresponding temperature of the flue gases when entering in the turbocharger is then around 320 to 330 ° Celsius. All of the energy from the exhaust turbine will
f>5 dann zum Antrieb des Verdichters benutzt.f> 5 then used to drive the compressor.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8331 | Complete revocation |