DE3207781A1

DE3207781A1 - Steam boiler with combustion chamber

Info

Publication number: DE3207781A1
Application number: DE19823207781
Authority: DE
Inventors: Leif William Helsingfors Bengtsson; Edward 92014 Del Mar Calif. Sturrock Taylor
Original assignee: Pyropower Corp
Current assignee: Pyropower Corp
Priority date: 1981-03-03
Filing date: 1982-03-03
Publication date: 1982-12-16
Also published as: NL8200836A; CA1193924A; MX155228A

Abstract

A steam boiler is described which is suitable for the use of feedwater of low quality. A burning fluidised bed is circulated through an essentially vertical, elongate combustion chamber (1) on an upward path from the lower end of this combustion chamber to the upper end thereof. A single-ply or single-layer fluid line (15) surrounds the outer periphery of the combustion chamber (11). The pipe is formed in such a way that it provides an ascending helical flow path for the fluid flowing through. This configuration is designed in such a way that, or thereby, solids depositions or blockages, which can cause heat erosion of the pipe, are minimised.

Description

Dampfkessel mit Verbrennungsraum Steam boiler with combustion chamber

Die Erfindung betrifft generell Wärmetauscher und insbesondere einen Kessel mit Feuerung für die Verwendung von Speisewasser, das einen hohen Anteil gelöster Stoffe enthält.The invention relates generally to heat exchangers, and more particularly to one Fired boiler for the use of feed water that has a high percentage contains dissolved substances.

Kessel,mit Feuerung oder Verbrennungskessel werden u.a. in Verbindung mit vergrößerten Ölwiedergewinnungssystemen angewandt. Ein Gemisch aus Wasser und Dampf aus dem Kessel wird in öl tragende Schichten oder Lagen zum Entfernen des Öls eingeleitet. Da das für den Kessel verfügbare Speisewasser auf Ölfeldern normalerweise von schlechter Qualität mit einem hohen Anteil vollständig gelöster Stoffe ist, wird bei Kesseln für solche Zwecke oder Anwendungen im allgemeinen ein einziger, die ganze Einheit durchlaufender Rohrkreis verwendet. Außerdem ist die Dampfqualität am Kesselauslaß auf nicht mehr als 80 % Dampf begrenzt. Durch Verwendung dieser Menge übrigen Wassers am Auslaß zusammen mit einer hohen Fluidgeschwindigkeit im Rohrkreis werden Salze und andere gelöste Stoffe in Lösung gehalten, so daß ein Absetzen in den Kesselrohren verhindert wird.Boilers, with firing or combustion boilers are inter alia in connection applied with enlarged oil recovery systems. A mixture of water and Steam from the boiler is deposited in layers or plies for removal of the oil Oil introduced. Since the feed water available for the boiler is on oil fields normally is of poor quality with a high proportion of completely dissolved substances, in the case of boilers for such purposes or applications, there is generally a single pipe circuit used throughout the unit. Also is the steam quality limited to not more than 80% steam at the boiler outlet. By using this Amount of remaining water at the outlet along with a high fluid velocity in the Rohrkreis, salts and other solutes are kept in solution, so that a Settling in the boiler tubes is prevented.

Typische Kessel für die vergrößerte ölwiedergewinnung sind ölbefeuert und verwenden eine horizontale Brenn-oder Feuerkammer. Die Kammer wird durch Rohre oder Leitungen gekühlt, die um die Brennkammer herum in einer horizontalen Serpentinenkonfiguration angeordnet sind. Obwohl ein gewisser Erfolg anzutreffen ist, existiert bei solchen Konstruktionen ein Problem, das darin liegt, daß die Mischung aus Dampf und Wasser in den Rohren einer großen Variation in den Wärmeflüssen an verschiedenen Stellen oder Punkten im Rohrkreis unterworfen ist. Wenn ein großer Wärmefluß mit einem Bereich des Kreises zusammentrifft, der Dampf relativ hoher Qualität enthält, kann eine Überhitzung einen Rohrdefekt zur Folge haben.Typical boilers for enhanced oil recovery are oil fired and use a horizontal combustion or fire chamber. The chamber is made by pipes or conduits cooled around the combustion chamber in a horizontal serpentine configuration are arranged. Although some success has been found in such Constructions have a problem that is that the mixture of steam and water in the tubes a great variation in the heat fluxes in different places or points in the pipe circle. When a great heat flux with an area of the circle that contains relatively high quality vapor can be a Overheating can result in a pipe defect.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Kesselkonstruktion bereitzustellen, welche die Verwendung von Wasser mit einem sehr hohen Anteil vollständig gelöster Stoffe als das Wärmeübertragungsfluid ermöglicht.The object of the invention is to provide an improved boiler construction provide which completely the use of water with a very high proportion solutes than the heat transfer fluid allows.

Diese Aufgabe wird bei einem Kessel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is achieved with a boiler according to the preamble of the patent claim 1 solved by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kessels gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 12 hervor.Preferred and advantageous embodiments of the invention Boilers emerge from the subclaims 2 to 12.

Ein Vorteil eines erfindungsgemäßen Kessels liegt darin, daß er die Verwendung von Wasser mit einem sehr hohen Anteil vollständig gelöster Stoffe als Wärrneübertragungsfluid ermöglicht, und die Wahrscheinlichkeit oder Möglichkeit eines Rohrdefektes minimiert, während er gleichzeitig die Wärmeubertragungsleistung maximiert.An advantage of a boiler according to the invention is that it has the Use of water with a very high proportion of completely dissolved substances as a Heat transfer fluid enables, and the likelihood or possibility of a pipe defect, while at the same time reducing the heat transfer performance maximized.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich einem Fachmann aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Figuren. Von den Figuren zeigen: Figur 1 eine Ansicht eines schematisch dargestellten Kesselsystems, welches einen erfindungsgemäßen Kessel verwendet; Figur 2 eine perspektivische Darstellung mit weggebrochenen Teilen eines Teils des. Systems nach Figur 1; Figur 3 eine Ansicht eines schematisch dargestellten Teils einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; Figur 4 einen Querschnitt durch die Ausführungsform - in Figur 3 entlang der Linie 4 - 4; und Figur 5 und 6 schematische Darstellungen von Teilen zweier verschiedener weiterer AusfUhrungsformen der Erfindung.Further advantages of the invention will become apparent to a person skilled in the art from following description with reference to the accompanying figures. From the figures show: figure 1 is a view of a schematically illustrated boiler system that includes a Boiler used; FIG. 2 is a perspective view with parts broken away part of the system of Figure 1; Figure 3 is a view of a schematically shown Part of another embodiment of the invention; Figure 4 is a cross section through the embodiment - in Figure 3 along the line 4-4; and FIGS. 5 and 6 are schematic Representations of parts of two different further embodiments of the invention.

Der erfindungsgemäße Kessel mit Feuerung oder Brennkessel 10 enthält ganz allgemein eine im wesentlichen vertikale, längliche Brennkammer 11. Zur Zirkulation eines brennenden fluidizierten Bettes durch die Brennkammer 11 vom unteren Ende nach oben zu deren oberem Ende ist eine Zirkulations- oder Umwälzeinrichtung 13 vorgesehen. Rund um den äußeren Umfang der Brennkammer 11 sind in einer Lage Rohre 15 angeordnet. Die Rohre 15 weisen eine Konfiguration auf, die einen schraubenförmig nach abwärts führenden Strömungsweg für ein durchfließendes Fluid bereitstellt.The boiler according to the invention with a furnace or combustion boiler 10 contains generally a substantially vertical, elongated combustion chamber 11. For circulation of a burning fluidized bed through the combustion chamber 11 from the lower end upwards to its upper end is a circulation or recirculation device 13 intended. Around the outer circumference of the combustion chamber 11 there are pipes in one layer 15 arranged. The tubes 15 have a configuration that is helical provides downstream flow path for a flowing fluid.

In der Figur 1 ist das ganze Schema des Kesselsystems dargestellt. Der Kessel verwendet für einen hohen Wärmeübertragungswirkungsgrad ein fluidiziertes Bett oder Fließbett. Brennkessel mit zirkulierendem Fließ-oder Wirbelbett ermöglichen die Verwendung einer großen Mannigfaltigkeit von Brennstoffen und Brennstoffgrößen. Verbrennungswirkungsgrade von 95 bis 98 76 bei einer inhärenten niedrigen Erzeugung von Stickstoffoxiden und Zuriickbehaltung von Schwefel im Brennstoff als Teil des festen Aschenaustrags in der Größenordnung von 95 % sind üblich. Dementsprechend entsteht vom Standpunkt der Luftverschmutzung ein beträchtlicher Nutzen.In the figure 1 the whole scheme of the boiler system is shown. The boiler uses a fluidized one for high heat transfer efficiency Bed or fluidized bed. Allow burning boiler with circulating fluidized bed or fluidized bed the use of a wide variety of fuels and fuel sizes. Combustion efficiencies from 95 to 98 76 with an inherently low generation of nitrogen oxides and retention of sulfur in the fuel as part of the Solid ash discharge in the order of 95% is common. Accordingly there is a considerable benefit from an air pollution standpoint.

Das brennende Fließbett wird von dem unteren Ende der Brennkammer 11 vertikal nach oben zu deren oberem Ende 19 zirkuliert und wird von dort durch eine Leitung 21 entfernt und einem heißen Zyklonkollektor 13 zugeführt. Der Zyklonkollektor 13 kann beispielsweise ein Zyklon mit einem Durchmesser von 3,048 m (10 foot) sein, in welches das heiße Rauch- oder Abgas mit einer typischen Temperatur von 871 0C (16000F)und mit Asche, Kalkstein und unverbranntem festem Brennstoff beladen eintritt. Die Feststoffe werden von dem heißen Abgas getrennt und durch die Schwere oder Schwerkraft einer unteren Kammer 23 zugeführt, von wo sie in die Brennkammer 11 mittels eines nicht dargestellten geeigneten Systems zurückgeführt werden.The burning fluidized bed is from the lower end of the combustion chamber 11 circulates vertically upwards to its upper end 19 and is from there through a line 21 removed and fed to a hot cyclone collector 13. The cyclone collector For example, 13 may be a 10 foot diameter cyclone, in which the hot smoke or exhaust gas with a typical temperature of 871 0C (16000F) and with ash, limestone and unburned solid fuel laden enters. The solids are separated from and through the hot exhaust gas the gravity or gravity fed to a lower chamber 23, from where it enters the Combustion chamber 11 returned by means of a suitable system, not shown will.

Das heiße Abgas, welches in dem Heißzyklonkollektor 13 vorhanden ist, strömt durch einen oben angeordneten Kanal zu einer Sparanlage oder einem Vorwärmer 27. In dem Vorwärmer gibt das heiße Abgas seine Wärme an das Speisewasser ab.The hot exhaust gas that is present in the hot cyclone collector 13, flows through a duct at the top to an economy system or a preheater 27. In the preheater, the hot exhaust gas gives off its heat to the feed water.

Nach dem Verlassen des Dampfgenerators 27 wird das Abgas durch einen Kanal 33 einem Staubsammler 35 vom Zentrifugaltyp zugeführt. Der Sammler 35 kann zum Entfernen großer Teilchen aus dem Abgas von jeder geeigneten Konstruktion sein. Ein Kanal 37 führt dann das Abgas einem Staubsammler vom Beutelhaustyp einer geeigneten bekannten Konstruktion zu, um die feinen Teilchen entsprechend den veröffentlichten Auflagen oder Erfordernissen des Amtes für Umweltschutz (Environmental Protection Agency) zu entfernen. Das Abgas wird dann mittels eines angetriebenen Sauggebläses 41 in einen nicht dargestellten Schornstein abgegeben. Die Asche wird aus den Staubsammlern 35 und 39 durch einen Kanal 43 entfernt, und die Asche wird zum Ablagern in einem Flugaschenspeichersilo 47 in ein Flugaschengebläse 45 eingebracht.After leaving the steam generator 27, the exhaust gas is through a Channel 33 is fed to a dust collector 35 of the centrifugal type. The collector 35 can be of any suitable construction for removing large particles from the exhaust gas. A duct 37 then leads the exhaust gas to a bag house type dust collector of a suitable type known construction to the fine particles according to the published Conditions or requirements of the Office for Environmental Protection Agency). The exhaust gas is then powered by a suction fan 41 delivered into a chimney, not shown. The ashes come from the dust collectors 35 and 39 are removed through a channel 43, and the ashes are deposited in one Fly ash storage silo 47 placed in a fly ash blower 45.

Der Wasser-/Dampfweg beginnt bei einem Speisewassereinlaß 49, von wo das Speisewasser von oben durch einen Gegenstromwärmetauscher 51 und von dort in den Speisewasservorwärmabschnitt 31 zirkuliert. Von dort zirkuliert das Speisewasser durch den letzten Speisewasserabschnitt 29 und dann zurück durch die Rohrleitung 53 und den Gegenstromwärmetauscher 51 zum Hauptbrennkessel 10, wo das Wasser in Dampf von etwa 80iger Trockenheit umgewandelt wird. Der Dampf, der dann den Brennkessel 10 bei dem Auslaß 55 verläßt, wird zur vergrößerten Ölwiedergewinnung verwendet.The water / steam path begins at a feed water inlet 49, from where the feed water from above through a countercurrent heat exchanger 51 and from there circulates in the feedwater preheating section 31. From there circulates the feed water through the last feed water section 29 and then back through the pipeline 53 and the countercurrent heat exchanger 51 to the main boiler 10, where the water is converted into steam of about 80 degrees dryness. The steam that then exiting the boiler 10 at outlet 55 leads to increased oil recovery used.

Der Brennstoff für das Fließbett oder Bett mit fluidisiertem Brennstoff in dem Feuerkessel 10 wird von einem Kohlebehälter 57 und einem Kalksteinbeälter 59 durch gravimetrische Förderer 61 bzw. 62 zu einem Schraubenförderer 65 geliefert. Der Förderer beschickt den Feuerkessel 10 mit der Kohle und dem Kalkstein an der gleichen Stelle, an der die heißen Feststoffe von dem Heißzyklonsammler 13 zurückgeführt werden Luft für die Verbrennung und Umwandlung von Feststoffen zur Erzeugung des Fließbettes wird aus einem Lufteinlaß 67 mittels eines ersten Luft gebläses 69 und eines zweiten Luftgebläses 71 zugeführt. Bodenasche wird durch eine Leitung 73 entfernt und einem geeigneten Abtransportförderer 75 zugeführt.The fuel for the fluidized bed or fluidized fuel bed in the boiler 10 is made of a coal container 57 and a limestone container 59 delivered to a screw conveyor 65 by gravimetric conveyors 61 and 62, respectively. The conveyor feeds the boiler 10 with the coal and limestone at the the same point at which the hot solids are returned from the hot cyclone collector 13 will be used for the combustion and conversion of solids to produce the air Fluidized bed is blower 69 and from an air inlet 67 by means of a first air a second air blower 71 is supplied. Bottom ash is removed through a line 73 and fed to a suitable removal conveyor 75.

Aus der Figur 2 gehen die speziellen Details der Konstruktion des Brennkessels 10 deutlicher hervor.From the figure 2 go the special details of the construction of the Boiler 10 more clearly.

Das untere Ende des Verbrennungskessels 10 ist mit einer Aschenentfernungskammer 77 versehen, die einen Behälter 78 umfaßt, der mit dem Aschenentfernungskanal 73 (Figur 1) in Verbindung steht, so daß die Bodenasche aus dem Brennkessel 10 entfernt werden kann.The lower end of the incinerator 10 is provided with an ash removal chamber 77 provided which comprises a container 78 which is connected to the ash removal channel 73 (Figure 1) is in connection, so that the bottom ash is removed from the boiler 10 can be.

Uber dem unteren Aschenkasten 77 ist eine feuerfeste Kammer 79 angeordnet, die mit einer Wand aus feuerfesten Steinen 81 oder einem anderen geeigneten Material, das Verbrennungsmaterialien hoher Temperatur widerstehen kann, ausgekleidet. Die rezirkulierten Feststoffe treten in die untere feuerfeste Kammer 79 durch einen Kanal 83 ein, der mit dem Sammler 23 in Verbindung steht.A fireproof chamber 79 is arranged above the lower ash pan 77, those with a wall of refractory bricks 81 or other suitable material, the combustion materials withstand high temperature can, lined. The recirculated solids enter the lower refractory chamber 79 through a channel 83 which is in communication with the collector 23.

Die Verbrennungskammer 10 ist mit einer äußeren Wand 85a bis c (Figur 2) versehen, welche jeweils die feuerfeste Kammer 79, die Brennkammer 11 und das oder die Rohre 15 sowie das obere Ende 19 umschließt.The combustion chamber 10 is provided with an outer wall 85a-c (FIG 2) which each have the refractory chamber 79, the combustion chamber 11 and the or the tubes 15 and the upper end 19 encloses.

Das Fließbett, welches aus zirkulierender Kohle oder aus anderen festen Brennstoffen und Kalkstein besteht, die von dem Schraubenförderer 65 (Figur 1) aufgefüllt oder ergänzt werden, tritt in die untere feuerfeste Kammer 79 an einer in der Figur 2 nicht dargestellten, aber auf einer Höhe mit dem Kanal 83 liegenden Stelle ein. Diese in die untere feuerfeste Kammer 79 eintretenden Feststoffe werden in die zirkulierenden Gase aufgenommen und strömen nach oben durch die Brennkammer 11. Eine natürliche Folge des Verbrennungsmusters ist, daß die 7Ermeübertragungskoeffizienten zur Dampfrohrleitung an dem unteren Ende der Verbrennungskammer 11 größer sind als an dem höher liegenden Ende dieser Kammer.The fluidized bed, which consists of circulating coal or other solid Fuel and limestone is made up of the screw conveyor 65 (Figure 1) or supplemented, enters the lower refractory chamber 79 at one in the figure 2, but not shown, but at the same level as the channel 83. These solids entering the lower refractory chamber 79 become the circulating Gases are absorbed and flow up through the combustion chamber 11. A natural one The consequence of the combustion pattern is that the 7 energy transfer coefficients to the steam pipeline at the lower end of the combustion chamber 11 are larger than at the higher end End of this chamber.

Bei der Inbetriebnahme des Brennkessels 10 wird mit einem nicht dargestellten, öl-oder gasgefeuerten Anfahrheizsystem, das im Zusammenhang mit Fließbetten bekennt ist, angefahren. Wenn das Bettmaterial einmal auf eine ausreichend hohe Temperatur, beispielsweise 5380C (10000F) aufgeheizt worden ist, wird mit der Zufuhr von Kohle und Kalkstein begonnen und die Einheit auf volle Last gebracht, wobei der feste Brennstoff benutzt wird. Die Öl- und Gasfeuerung zum Anlassen wird beendet, wenn sich eine stabile Verbrennung der Kohle bei einer geeigneten Strömungsrate, beispielsweise bei 33 % der vollen Strömungsrate, eingestellt hat. Typischerweise wird die Brennstoffzufuhr durch die gravimetrischen Förderer 61 und 62 nach Figur 1 in gewünschter Weise gesteuert.When commissioning the boiler 10 is with a not shown, oil- or gas-fired start-up heating system that professes in connection with fluidized beds is approached. Once the bed material has reached a sufficiently high temperature, for example 5380C (10000F) has been heated with the addition of coal and limestone started and the unit brought to full load, with the fixed Fuel is used. The oil and gas firing for starting is stopped when stable combustion of the coal at a suitable Flow rate, for example, at 33% of full flow rate. Typically the fuel supply is through the gravimetric conveyors 61 and 62 according to figure 1 controlled in a desired manner.

Das Verhältnis zwischen Kalkstein und Kohle kann über allen Last- oder Ladebereichen so beibehalten werden, wie es in Abhängigkeit von Änderungen im Inhalt von Schwefeloxidverbindungen in den Abgasen gewünscht wird.The relationship between limestone and coal can vary across all load or loading areas are retained as it is depending on changes is desired in the content of sulfur oxide compounds in the exhaust gases.

Aus der Figur 2 geht hervor, daß die Brennkammer 11 einen im allgemeinen rechteckförmigen oder quadratischen Querschnitt aufweist. Ein runder Querschnitt ist jedoch ebenfalls praktikabel. Der Fluß des Gemisches aus Wasser und Dampf durch die Brennkammer 11 zwecks Wärmeaustausches mit dem Fließbett wird durch die Rohrkonstruktion 15 bewerkstelligt. Die Rohrkonstruktion 15 umfaßt eine oder mehrere Rohrleitungen, die in einer einfachen Lage angeordnet sind und eine Spiral- oder Schraubenkonfiguration aufweisen, so daß die Mischung aus Wasser und Dampf auf einem schraubenförmigen Weg um die Brennkammer 11 herum nach oben in Richtung des oberen Endes der Brennkammer 11 strömt. Die Rohrkonstruktion 15 bildet eine Hülle, welche den äußeren Umfang der Brennkammer 11 umgibt und bildet eine Wand dadurch, daß Rohre tangential über im wesentlichen die ganze Länge der Rohrkonstruktion 15 aneinanderliegen, wie es aus der Figur 2 und auch aus dem rechts liegenden Teil der Brennkammer 11 in Figur 1 zu entnehmen ist. Alternativ können die Rohre durch ein Band 15a verbunden sein, wie es in dem links liegenden Teil der Brennkammer 11 in Figur 1 zu entnehmen ist. In jedem Fall bildet die Rohrkonstruktion eine Wand, die eine wassergekühlte Hülle darstellt, welche den Umfang oder die Peripherie der Brennkammer 11 umgibt.From Figure 2 it can be seen that the combustion chamber 11 is a general Has rectangular or square cross-section. A round cross-section however, it is also workable. The flow of the mixture of water and steam through the combustion chamber 11 for the purpose of heat exchange with the fluidized bed is provided by the pipe structure 15 accomplished. The pipe structure 15 comprises one or more pipelines, which are arranged in a simple layer and have a spiral or screw configuration have so that the mixture of water and steam on a helical Way up around the combustion chamber 11 towards the top of the combustion chamber 11 flows. The pipe structure 15 forms a shell which has the outer periphery the combustion chamber 11 surrounds and forms a wall in that tubes tangentially across substantially the entire length of the tubular structure 15 rest against one another, as it is from FIG. 2 and also from the part of the combustion chamber 11 on the right in FIG 1 can be found. Alternatively, the pipes can be connected by a band 15a, as can be seen in the part of the combustion chamber 11 on the left in FIG. In any case, the pipe construction forms a wall, which is a water-cooled shell which surrounds the circumference or the periphery of the combustion chamber 11.

In den Figuren 3 und 4 ist ein Brenn- oder Dampfkessel dargestellt, welcher eine weitere Ausführungsform der Erfindung aufweist. Teile des Kessels, die eine ähnliche Funktion haben, wie Teile des Kessels der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 und 2, sind mit Bezugs zeichen versehen, die bis auf eine vorangestellte zusätzliche i mit den Bezugszeichen identisch sind, mit denen die Teile der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 und 2 versehen sind. In der Ausführungsform gemäß den Figuren 3 und 4 ist die Rohrkonstruktion 115 im Abstand von der Wand 185 des Brenn- oder Dampfkessels 110 angeordnet. Außerdem sind die Windungen der Rohrkonstruktion 115 axial voneinander beabstandet, so daß die Verbrennungsgase, beladen mit den Feststoffen,sowohl entlang der Außenseite als auch der Innenseite der Rohrspirale strömen können. Dadurch entsteht ein hoher Wärmeübertragungswirkungsgrad.In Figures 3 and 4, a combustion or steam boiler is shown, which comprises a further embodiment of the invention. Parts of the boiler, which have a similar function as parts of the boiler according to the embodiment Figures 1 and 2, are provided with reference characters that preceded by one additional i with the reference numerals with which the parts of the embodiment are identical according to Figures 1 and 2 are provided. In the embodiment according to the figures 3 and 4 is the tubular structure 115 at a distance from the wall 185 of the combustion or Steam boiler 110 arranged. In addition, the turns of the tubular structure are 115 axially spaced so that the combustion gases, laden with the solids, both can flow along the outside as well as the inside of the spiral tube. Through this a high heat transfer efficiency is created.

Zur Vermeidung von Störungen des Materialflusses im unteren Ende der Brennkammer 111 kann der vertikale oder axiale Abstand zwischen benachbarten Windungen der Rohrspirale in ihrem unteren Teil größer als in ihrem oberen Teil sein. Dadurch kann mehr Wärme durch das durch die Leitung im oberen Teil der Brennkammer strömende Fluid absorbiert werden.To avoid disruptions to the flow of material in the lower end of the Combustion chamber 111 can be the vertical or axial distance between adjacent turns of the spiral tube must be larger in its lower part than in its upper part. Through this can get more heat by flowing through the duct in the upper part of the combustion chamber Fluid to be absorbed.

Auf diese Weise kann der Abstand zwischen den Windungen der Rohrkonstruktion 115 so ausgewählt werden, daß er genau der Wärme- oder Hitzeverteilung in den strömenden Gasen und darin enthaltenen Feststoffen im Dampfkessel angepaßt ist.In this way, the distance between the turns of the pipe structure 115 can be selected so that it precisely matches the heat or heat distribution in the flowing Gases and solids contained therein is adapted in the steam boiler.

In der Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diejenigen Elemente in Figur 5, deren Funktion entsprechenden Elementen der Figur 1 ähnlich ist, sind mit Bezugszeichen versehen, die bis auf eine vorangestellte zusätzliche "2" mit den Bezugszeichen der entsprechenden Elemente in Figur 1 übereinstimmen. In der Ausführungsform nach Figur 5 ist die Rohrkonstruktion in drei Gruppen 215', 215" und 215"' angeordnet. Die Rohre der Gruppe-215' und der Gruppe 215" im unteren Teil der Brennkammer 211 umgeben den äußeren Umfang der Brennkammer, um eine geringere Störung des Flusses des Gases und der aufgenommenen Feststoffe zu erhalten.Another embodiment of the invention is shown in FIG. Those elements in FIG. 5 whose function corresponds to elements in the figure 1 is similar are provided with reference numerals that except for one preceding additional "2" with the reference symbols of the corresponding elements in Figure 1 match. In the embodiment of Figure 5, the tubular structure arranged in three groups 215 ', 215 "and 215"'. The pipes of the group-215 'and the Group 215 "in the lower part of the combustion chamber 211 surround the outer circumference of the combustion chamber, less disturbance of the flow of the gas and the absorbed solids to obtain.

Die Leitung der dritten Gruppe 21so'? ist an einer von der Wand der Brennkammer verschobenen Stelle angeordnet, so daß die Gase mit dem in ihnen transportierten oder aufgenommenen Feststoffen sowohl entlang der Außenseite als auch der Innenseite der Rohrspirale in diesem Bereich strömen können. Die Gruppen 215' und 215'' sind durch einen Abstand voneinander getrennt, der ausreichend groß ist, so daß das Einleiten sekundärer Luft durch einen Kanal 86 ermöglicht ist. In ähnlicher Weise ist die Gruppe 215"' von der Gruppe 215" durch einen Zwischenraum getrennt, der ausreichend groß ist, so daß das Einleiten sekundärer Luft durch ein Kanalpaar 87 ermöglicht ist.The leadership of the third group 21so '? is on one of the wall's Combustion chamber arranged shifted position, so that the gases with the transported in them or ingested solids along both the outside and the inside the spiral pipe can flow in this area. Groups 215 'and 215 "are separated by a distance which is sufficiently great that the initiation secondary air is made possible through a duct 86. Similarly, the Group 215 "'separated from group 215" by a space which is sufficient is large so that secondary air can be introduced through a pair of ducts 87 is.

In der Figur 6 ist eine noch andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, in welcher Elemente, die Elementen der Ausführungsform nach Figur 1 entsprechen und eine ähnliche Funktion ausüben, mit Bezugszeichen versehen, die bis auf eine vorangestellte "5" mit den Bezugszichen der entsprechenden Elemente nach Figur 1 übereinstimmen. In der Ausführungsform nach Figur 6 nimmt der Durchmesser der Rohrkonstruktion 315 mit zunehmender Höhe ab. Dementsprechend bildet die Hülle der Spirale im allgemeinen den Mantel eines Kegelstumpfes. Dadurch ergibt sich ein Strömungsweg für die Gase und der darin transportierten Feststoffe, der die Rohre vollständig umgibt, indem er zwischen benachbarten Windungen sowohl auf der Innenseite als auch der Außenseite der spiralförmig angeordneten Rohrkonstruktion vorbeifließt. In den Rohrkonstruktionen 15,115 usw. fließt das Gemisch aus Dampf und Wasser spiralförmig nach oben. Folglich ist die Dampfqualität der zirkulierenden Wasser-/Dampfmischung bei den relativ höheren Wärmeflussen in Richtung des unteren Endes der Brennkammer 11 niedriger. In Richtung des höheren Endes der Brennkammer, wo die Wärmeübertragungskoeffizienten zur Rohrkonstruktion in dem Fließbett niedriger sind, ist die Dampfqualität in der durch die Rohrkonstruktion fließenden Wasser-/Dampfmischung höher. Diese in einem einfachen Vorbeifluß bestehende Konfiguration wirkt mäßigend auf eine mögliche Uberhitzung des Dampfes und Wassers, durch die ein Absetzen der gelösten Feststoffe auf dem Rohr und folglich ein Rohrdefekt erzeugt wird. Eine typische aus dem Kessel austretende Dampfqualität ist auf etwa 80 % begrenzt und dies ist zusammen mit der Beibehaltung einer relativ hohen Störmungsgeschwindigkeit in der Rohrkonstruktion ausreichend, Feststoffe in Lösung zu halten und eine Absetzung oder Abscheidung in den Rohren zu vermeiden.In Figure 6 is yet another embodiment of the invention shown in which elements, the elements of the embodiment of Figure 1 and perform a similar function, are provided with reference numerals that except for a preceding "5" with the reference numerals of the corresponding elements match according to Figure 1. In the embodiment of Figure 6, the diameter increases the tubular structure 315 decreases with increasing height. The shell forms accordingly the spiral generally has the mantle of a truncated cone. This results in a Flow path for the gases and the solids transported in them, the completely surrounds the tubes by being both on between adjacent turns the inside as well as the outside of the spiral-shaped tube construction flows past. In the pipe structures 15, 115 etc. the mixture of steam flows and water spiraling upwards. Consequently, the steam quality is that of the circulating one Water / steam mixture at the relatively higher heat flows in the direction of the lower The end of the combustion chamber 11 is lower. Towards the higher end of the combustion chamber, where the heat transfer coefficient to pipe construction in the fluidized bed is lower is the steam quality in the water / steam mixture flowing through the pipe construction higher. This configuration, consisting of a simple by-flow, has a moderating effect on a possible overheating of the steam and water, through which a settling of the dissolved solids on the pipe and consequently a pipe defect is created. One typical steam quality emerging from the boiler is limited to about 80% and this is along with the maintenance of a relatively high failure rate in the pipe construction sufficient to keep solids in solution and cause sedimentation or to avoid deposition in the pipes.

Insbesondere können typische Dampf-/Wasserströmungsraten in dem erfindungsgemäßen Kessel zwischen 700 und 3000 kg pro Sekunde und Quadratmeter sein. Der Kessel kann mit Rohrabmessungen im Bereich von etwa 12,5 mm bis etwa 100 mm Ourchmesser konstruiert werden. Die Rohre mit dem größeren Durchmesser werden normalerweise in der Einfach- oder Einzelwegkonstruktion auf der Wasserseite benutzt. Rohre mit kleinerem Durchmesser werden normalerweise für Mehrwegkonstruktionen verwendet.In particular, typical steam / water flow rates in the inventive Boiler between 700 and 3000 kg per second and square meter. The kettle can constructed with tube dimensions ranging from about 12.5 mm to about 100 mm in diameter will. The tubes with the larger diameter are usually used in the single or single path construction used on the water side. Smaller diameter pipes are usually used for reusable constructions.

Für einen Doppelwegkessel mit einer Kapazität von 5,27 . 1010 Joule/Stunde (50 . 106 BTU/hour) beträgt der bevorzugte Durchmesserbereich 40 bis 65 mm Innendurchmesser bei einer Oberflächengeschwindigkeit von 2 m/s bis 20 m/s. Die Gastemperatur bei typischen Konstruktionsbedingungen beträgt 850 bis 9500C plus 0 oder minus 100 C in den meisten Fällen. Wo Schwefel vorhanden ist, kann eine niedrigere Temperatur verwendet werden.For a two-way boiler with a capacity of 5.27. 1010 joules / hour (50.106 BTU / hour) the preferred diameter range is 40 to 65 mm inside diameter at a surface speed of 2 m / s to 20 m / s. The gas temperature at typical design conditions is 850 to 9500C plus 0 or minus 100C in most cases. Where sulfur is present, a lower temperature can be used be used.

Nach dem vorstehend Dargelegten stellt die Erfindung einen verbesserten Dampfkessel mit Verbrennungsraum bereit, der ein fluidiziertes Bett in Kombination mit einem vertikalen Bettfluß und einer spiralförmigen Aufwärtszirkulation eines Kühlmittels verwendet.In view of the foregoing, the invention provides an improved one Steam boiler with combustion chamber ready that combines a fluidized bed with a vertical bed flow and a spiral upward circulation one Coolant used.

Trotz eines hohen Gehalts aufgelöster Feststoffe in der Wasser-/Dampfmischung erfolgt eine wirksame Aufheizung bei minimalen internen Absetzungen oder Ablagerungen. Außerdem minimiert die Erfindung Voraussetzungen, die zu Rohrdefekten führen. Dies führt in Kombination mit dem fluidizierten Bett zu einem hohen Aufheizwirkungsgrad trotz der einmaligen Durchlaufbedingungen, die unter solchen Bedingungen erforderlich sind.Despite a high level of dissolved solids in the water / steam mixture effective heating takes place with minimal internal deposits or deposits. The invention also minimizes conditions that lead to pipe defects. this In combination with the fluidized bed, this leads to a high degree of heating efficiency despite the one-time pass conditions required under such conditions are.

Claims

Patent claims 1. Steam boiler, g e k e n n n z e i n e t d u r c h a substantially vertical, elongated combustion chamber (11, 111, 211, 311), a circulation device (13, 113, 213, 313). for circulating a burning, fluidized bed through the combustion chamber (11, 111, 211, 311) from the lower End to its upper end, a pipe construction (15, 115, 215, 315), the single layer or surrounds the interior of the combustion chamber (11, 111, 211, 311) in a single layer, and forms an ascending, spiral-shaped flow path for a flowing fluid, whereby the region of high steam quality in the pipe construction (15, 115, 215, 315) coincides with the region with the lowest heat transfer coefficient.

2. Steam boiler according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the pipe structure (15, 215) the outer periphery of the combustion chamber (11, 211) surrounds.

3. Steam boiler according to claim 1 or 2, since dur c h g e k e n n z e i c h n e t that the pipe structure (15, 115, 215, 315) defines a wall, which includes the combustion chamber (11, 111, 211, 311).

4. Steam boiler næh h claim 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the pipe structure (15, 115, 215, 315) is at least one spiral-shaped Has tube, the turns of which are tangential over substantially the entire length of the pipe lie against each other or touch each other.

5. Steam boiler according to claim 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c It should be noted that the tubular structure (15, 115, 215, 315) is at least one spiral-shaped Has tube, the turns of which by a web or strip (15a) over im are connected substantially the entire length of the pipe.

6. Steam boiler according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n e i c h n e t that the combustion chamber (11, 111, 211, 311) a has a substantially round or circular cross-section.

7. Steam boiler according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n e i c h n e t that the combustion chamber (11, 111, 211, 311) a has a substantially rectangular or square cross-section.

8. Steam boiler according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n n z e i c h n e t that for the pipe construction in the direction of the lower End of the combustion chamber (11, 111, 211, 311) an inlet and in the direction of the an outlet is arranged at the upper end of the combustion chamber.

9. Steam boiler according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n n e i c h n e t that the circulation device (13, 113, 213, 313) a device (21, 23) for removing gases laden with solids from the upper part of the combustion chamber (11, 111, 211, 311) and to return which has solids at its lower end.

10. Steam boiler according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the Tube construction (115, 215, 315) from the wall (185, 285, 385) of the combustion chamber (111, 211, 311) is by a sufficient distance so that the fluidized bed is also between the pipe construction and the wall of the combustion chamber can circulate.

11. Steam boiler according to claim 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the turns of the pipe structure are axially spaced from one another are.

12. Steam boiler according to one of the preceding claims, -d a d u r c h e k e n n n n z e i c h n e t that the turns of the pipe construction (215) in several groups (215 ', axially spaced apart along the combustion chamber (211)) 215 ", 215t ') are arranged, and that the circulation device (213) is a device (86, 87) for introducing gas into the areas between the groups.

13. Steam boiler according to one of the preceding claims, d a d u-r c h e k e k e n n n n e i n e t that the shell of the spiral tube construction (315) defines a truncated cone, and that the coils of this pipe construction are axially shifted or offset from one another.