DE3638766C2

DE3638766C2 -

Info

Publication number: DE3638766C2
Application number: DE19863638766
Authority: DE
Inventors: Ernst 5220 Waldbroel De Krieger; Karl 5276 Wiehl De Ihne
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1986-11-13
Filing date: 1986-11-13
Publication date: 1989-09-14
Also published as: DE3638766A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit einer Wirbelschichtfeuerung mit einem von Kühlflächen begrenzten Reaktorraum mit Brennstoff- und Luftzufuhr im unteren Bereich und Rauchgasabzug im oberen Bereich, Berührungsheizflächen, einem Wirbelschichtmaterialumlaufsystem mindestens bestehend aus Reaktorraum, Abscheider und Rückführleitung und mit einem dem Abscheider nachgeschalteten Staubabscheider.The invention relates to a steam generator with a Fluidized bed firing with one limited by cooling surfaces Reactor room with fuel and air supply in the lower Area and flue gas discharge in the upper area, Touch heating surfaces, one Fluid bed material circulation system consisting at least of Reactor room, separator and return line and with one dust separator downstream of the separator.

Aus der DE-Z "Technische Mitteilungen" 6/7, Juni/Juli 1984, Seiten 296-300, insbesondere Bild 8 auf Seite 300 ist ein Dampferzeuger bekannt, bei dem vom feststoffbeladenen Rauchgas durchströmte Berührungsheizflächen im oberen Bereich des Reaktorraums selbst angeordnet sind und von den Rauchgasen von unten nach oben durchströmt werden, ehe sie in einen Abscheider eintreten. Bei diesem Dampferzeuger ist nachteilig, daß die Berührungsheizflächen infolge abweichender Rauchgasgeschwindigkeiten und Widerstände in den einzelnen Heizflächenabschnitten von Rauchgasen mit unterschiedlicher Feststoffbeladung beaufschlagt werden. Dies kann in Bereichen hoher Feststoffbeladung der aufwärts strömenden Rauchgase zu Schäden an den Heizflächen aufbauenden Rohren führen und macht eine genaue Auslegung der einzelnen Heizflächenabschnitte schwierig. From DE-Z "Technical Announcements" 6/7, June / July 1984, pages 296-300, especially Figure 8 on page 300 is known a steam generator, in which from flowed through the solid-laden flue gas Touch heating surfaces in the upper area of the reactor room themselves are arranged and from the smoke gases from below are flowed upwards before they enter a separator enter. The disadvantage of this steam generator is that the touch heating surfaces due to different Flue gas speeds and resistances in the individual Heating surface sections of flue gases with different solids loading can be applied. This can occur in areas with high solids loading Flue gases flowing upward damage the Pipes that build heating surfaces and make one precise design of the individual heating surface sections difficult.

Weiterhin ist aus der US-PS 44 70 255 ein Dampferzeuger mit Feststoffrezirkulation bekannt, bei dem dem einbaufreien oberen Ende des Reaktorraums zur Abscheidung von Feststoffen aus den Rauchgasen ein Abscheider nachgeschaltet ist. Diesem Abscheider sind in einem gesonderten von oben nach unten durchströmten Kesselzug mehrere Berührungsheizflächen nachgeschaltet. Die abgeschiedenen Feststoffe werden dem Reaktorraum wieder zugeführt, während die aus dem Abscheider austretenden und im wesentlichen nur noch Feinstaub enthaltenden Rauchgase die nachfolgenden Heizflächen durchströmen, die als Überhitzer-, Speisewasservorwärmer-, Verdampfer- und Luftvorwärmerheizflächen ausgebildet sind. Infolge der durch die Verbrennung in einer Wirbelschicht bedingten relativ niedrigen Rauchgastemperatur von 850°C am Austritt des Reaktorraumes kann unter Umständen das Wärmeangebot für die dem Abscheider nachgeschalteten Berührungsheizflächen nicht ausreichen. Daher werden zusätzliche Heizflächen in einem Aschefließkühler angeordnet.Furthermore, from US-PS 44 70 255 is a steam generator known with solids recirculation, in which the installation-free upper end of the reactor space Separation of solids from the flue gases Separator is connected. This separator are in a separate flow from top to bottom Boiler train connected several touch heating surfaces. The separated solids become the reactor room fed back while the from the separator escaping and essentially only fine dust containing smoke gases the following heating surfaces flow through as superheater, Feed water preheater, evaporator and Air preheater heating surfaces are formed. As a result of due to the combustion in a fluidized bed relatively low smoke temperature of 850 ° C on Under certain circumstances, the outlet of the reactor space can Heat supply for the downstream of the separator Touch heating surfaces are not sufficient. Therefore additional heating surfaces in an ash flow cooler arranged.

Aus der US-PS 43 55 601 ist eine stationäre Wirbelschicht bekannt, bei der der Wirbelbrennkammer einer Feinstaubabscheider und diesem gasseitig eine Verdampferheizfläche nachgeschaltet ist.From US-PS 43 55 601 is a stationary fluidized bed known, in which the vortex combustion chamber Fine dust separator and this one on the gas side Evaporator heating surface is connected.

Während bei der stationären Wirbelschicht gemäß der US-PS 43 55 601 der Wirbelschichtfeuerraum einbautenfrei ist, sind bei der stationären Wirbelschicht des aus der US-Z "Power" Oktober 1985, Seiten 21 und 22 bekannten Dampferzeugers in der Wirbelschicht selbst noch Tauchheizflächen angeordnet.While with the stationary fluidized bed according to the US PS 43 55 601 the fluidized bed combustion chamber is free of built-in components, are in the stationary fluidized bed of the US-Z "Power" October 1985, pages 21 and 22 known Steam generator in the fluidized bed itself Immersion heating surfaces arranged.

Schließlich ist aus der DE-Z "VGB Kraftwerkstechnik" Oktober 1983, Heft 10, Seite 81 bzw. aus der DE-PS 25 39 546 ein Dampferzeuger bekannt, bei die Verbrennungswärme überwiegend mittels innerhalb des oberen freien Reaktorraums befindlichen Kühlflächen abgeführt wird. Diese Kühlflächen werden infolge des Feststoffgehaltes des 50-100fachen der eingesetzten Brennstoffmenge einem erhöhten Verschleiß unterliegen, so daß für solche Heizflächen zusätzliche Verschleißschutzmaßnahmen vorgesehen werden müssen. Dem Abscheider ist ein Abhitzkessel nachgeschaltet.Finally, from the DE-Z "VGB Kraftwerkstechnik" October 1983, issue 10, page 81 and from DE-PS 25 39 546 a steam generator known for the heat of combustion predominantly means within the upper free Reactor space located cooling surfaces is discharged. These cooling surfaces are due to the solid content of the 50-100 times the amount of fuel used subject to increased wear, so for such Heating surfaces additional wear protection measures must be provided. The separator is a Waste heat boiler downstream.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dampferzeuger anzugeben, bei dem den Berührungsheizflächen einerseits in ausreichender Weise Wärme angeboten wird und andererseits an den Heizflächen zumindest eine Verschleißverminderung zu verzeichnen ist.It is therefore the object of the present invention, one Specify steam generator where the touch heating surfaces on the one hand, sufficient heat is offered and on the other hand at least one on the heating surfaces Reduction in wear can be recorded.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Reaktorraum einbautenfrei ist und sein Querschnitt im oberen Bereich größer ist als im unteren Bereich, daß dem Reaktorraum ein Berührungsheizflächenzug mit abwärts führender Rauchgasströmung unmittelbar nachgeschaltet ist, in dem alle Berührungsheizflächen angeordnet sind, und daß dem unteren Ende des Berührungsheizflächenzuges der Abscheider nachgeschaltet ist.This object is achieved in that the reactor room is free of fittings and its cross section in the upper area is larger than in the lower area that the reactor room Touch heating surface train with downward leading Flue gas flow is immediately downstream in which all touch heating surfaces are arranged, and that the lower end of the touch heating surface train of the separators is connected downstream.

Durch die Querschnittserweiterung kann die Feststoffbeladung der den Reaktorraum verlassenden Rauchgase so eingestellt werden, daß sie ein Äquivalent der fehlenden Wärmemenge darstellt, die sich aus der Differenz des Wärmebedarfes der Berührungsheizflächen und der Wärme ergibt, die in den den Wirbelschichtreaktor verlassenden Rauchgasen enthalten ist. Die von dem Reaktorraum getrennte Anordnung der Berührungsheizflächen in einem Berührungsheizflächenzug mit abwärts führender Rauchgasströmung bewirkt eine konstante Feststoffbeladung über den gesamten Heizflächenbereich und bewirkt gleichzeitig eine Verringerung des Verschleißes an den Berührungsheizflächen. By expanding the cross-section, the Solid loading of those leaving the reactor space Flue gases can be adjusted so that they are equivalent represents the missing amount of heat resulting from the Difference in the heat requirement of the touch heating surfaces and of the heat generated in the fluidized bed reactor leaving smoke gases is included. The one from that Reactor room separate arrangement of the touch heating surfaces in a touch heating surface train with downward leading Flue gas flow causes constant solids loading over the entire heating area and causes at the same time a reduction in wear on the Touch heating surfaces.

Die Auslegung des Querschnitts im oberen Bereich in seinen Abmessungen kann unabhängig von den Abmessungen im unteren Bereich so ausgelegt werden, daß bei Austritt aus dem Wirbelschichtreaktor die Rauchgase gerade die erforderliche Geschwindigkeit aufweisen. Um auch bei Teillast diese Geschwindigkeit erreichen zu können, ist eine Rauchgasrückführung für die Rückführung von Rauchgas nach dem Abscheider zum Reaktorraum vorgesehen, d. h. es wird nach dem Abscheider entnommenes Rauchgas rezirkuliert. Weiterhin ist es zweckmäßig, daß dem Abscheider eine Abhitzeeinrichtung nachgeschaltet ist, wie dies z. B. auch bei der DE-PS 25 39 564, Fig. 3 der Fall ist. Es ist jedoch auch möglich, daß zwischen dem Berührungsheizflächenzug und dem Abscheider eine Abhitzeeinrichtung eingeschaltet ist.The dimensions of the cross-section in the upper region can be designed independently of the dimensions in the lower region in such a way that the smoke gases have the required speed when they exit the fluidized bed reactor. In order to be able to reach this speed even at partial load, a flue gas recirculation is provided for the recirculation of flue gas after the separator to the reactor space, ie flue gas removed after the separator is recirculated. Furthermore, it is expedient that the separator is followed by a waste heat device, as is the case, for. B. is also the case in DE-PS 25 39 564, Fig. 3. However, it is also possible for a waste heat device to be switched on between the touch heating surface train and the separator.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figur näher erläutert werden. The invention will now be described with reference to the accompanying figure are explained.

Der Dampferzeuger weist einen im wesentlichen einbautenfreien Reaktorraum (1) mit einem unteren Bereich (1 a) und einem oberen Bereich (1 b) auf, dem bei (2 a) Brennstoff und bei (2 b) Fluidisierungsluft bzw. Sekundärluft zugeführt werden. Der Reaktorraum ist durch eine Wandverkleidung aus Kühlrohren (3) begrenzt.The steam generator has an essentially built-in reactor chamber ( 1 ) with a lower region ( 1 a ) and an upper region ( 1 b ), to which fuel is supplied at ( 2 a) and fluidizing air or secondary air at ( 2 b) . The reactor space is delimited by a wall covering made of cooling pipes ( 3 ).

Die Querschnittsvergrößerung zwischen den Bereichen (1 a) und (1 b) bewirkt, daß 650-800°C heißes Rauchgas mit einer solchen Feststoffbeladung dem oberen Ende eines nachgeschalteten Konvektionsheizflächenzuges (4) zugeführt wird, die dem Wärmebedarf der in dem Konvektionsheizflächenzug angeordneten Heizflächen (5) Rechnung trägt. Dieser bevorzugte Austrittstemperaturbereich für die aus dem Reaktorraum austretenden Rauchgase liegt deutlich unterhalb der bei der Verfahrensführung gemäß DE-PS 25 39 546 im gesamten Zirkulationssystem herrschenden Temperatur von 850°C (vgl. Sp. 8, Z. 63-64). Innerhalb dieses Temperaturbereiches wird wiederum eine Austrittstemperatur von 750°C bevorzugt. Die Heizflächen können üblicher Weise Speisewasservorwärm-, Verdampfer-, Überhitzer und Zwischenüberhitzerheizflächen sein. Diese Heizflächen werden in dem Konvektionszug (4) von oben nach unten von Rauchgasen durchströmt. Die das untere Ende des Konvektionsheizflächenzuges (4) mit einer Temperatur von 300-500°C, vorzugsweise 300-350°C verlassenden Rauchgase werden einer Abscheideeinrichtung (6), vorzugsweise einem nicht ausgemauerten Zyklon zugeführt. Der Feststoffaustrag der Abscheideeinrichtung (6) erfolgt über eine Rückführleitung (7), die in den unteren Bereich (1 a) des Reaktorraumes (1) einmündet, während die aus der Abscheideeinrichtung (6) austretenden Rauchgase über eine weitere Abhitzeeinrichtung (8) und einen Staubfilter (9) einem nicht gezeigten Kamin zugeführt werden. In der Figur ist die Abhitzeeinrichtung schematisch als Drehluftvorwärmer dargestellt. Es kann jedoch auch eine andere Abhitzeeinrichtung, wie z.B. ein Teil der Speisewasservorwärmung vorgesehen sein.The cross-sectional enlargement between the areas ( 1 a ) and ( 1 b ) causes 650-800 ° C hot flue gas with such a solid loading to be fed to the upper end of a downstream convection heating surface train ( 4 ) which meets the heat requirements of the heating surfaces arranged in the convection heating surface train ( 5 ) takes into account. This preferred outlet temperature range for the emerging from the reactor chamber flue gases is significantly below the prevailing in the process procedure in accordance with DE-PS 25 39 546 in the entire circulation system temperature of 850 ° C (see FIG. Sp. 8, Z. 63-64). An outlet temperature of 750 ° C. is again preferred within this temperature range. The heating surfaces can usually be feed water preheating, evaporator, superheater and reheater heating surfaces. Flue gases flow through these heating surfaces in the convection train ( 4 ) from top to bottom. The flue gases leaving the lower end of the convection heating surface train ( 4 ) with a temperature of 300-500 ° C, preferably 300-350 ° C are fed to a separating device ( 6 ), preferably a cyclone which is not bricked up. The solids discharge of the separating device ( 6 ) takes place via a return line ( 7 ) which opens into the lower area ( 1 a ) of the reactor chamber ( 1 ), while the flue gases emerging from the separating device ( 6 ) via a further waste heat device ( 8 ) and one Dust filter ( 9 ) are fed to a chimney, not shown. In the figure, the waste heat device is shown schematically as a rotary air preheater. However, another heat recovery device, such as part of the feed water preheating, can also be provided.

In Abweichung von der dargestellten Schaltung ist es auch möglich, den Abscheider (6) zwischen der Abhitzeeinrichtung (8) und dem Staubfilter (9) (vorzugsweise Elektrofilter) anzuordnen.In deviation from the circuit shown, it is also possible to arrange the separator ( 6 ) between the waste heat device ( 8 ) and the dust filter ( 9 ) (preferably an electrostatic filter).

Mit dem vorstehend beschriebenen Dampferzeuger wird das Verbrennungsverfahren vorzugsweise so geführt, daß der Ascheumlauf über den Konvektionsheizflächenzug das 20-fache, vorzugsweise das 5- bis 20-fache, der eingesetzten Brennstoffmenge beträgt. Weiterhin kann das Verfahren atmosphärisch oder unter Druck geführt werden. Die Beladung des das obere Ende des Konvektionsheizflächenzuges (4) eintretenden Rauchgases liegt im Bereich bis 2,0 kg/Nm³ und ändert sich beim Durchströmen der Heizflächen (5) nicht.With the steam generator described above, the combustion process is preferably carried out in such a way that the ash circulation via the convection heating surface train is 20 times, preferably 5 to 20 times, the amount of fuel used. Furthermore, the process can be carried out atmospheric or under pressure. The loading of the flue gas entering the upper end of the convection heating surface train ( 4 ) is in the range up to 2.0 kg / Nm ³ and does not change when it flows through the heating surfaces ( 5 ).

Um die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit auch bei mit Teillast betriebenen Dampferzeugern erreichen zu können, ist vorzugsweise - wie in der Figur dargestellt - eine an sich bekannte Rauchgasrezirkulation über ein Rauchgasgebläse (10) vorgesehen. Dabei wird das Rauchgas entweder der hinter dem Abscheider (6) (ausgezogene Linie) oder hinter dem Staubfilter (9) (gestrichelte Linie) entnommen.In order to be able to achieve the required flow rate even with steam generators operated at partial load, a flue gas recirculation known per se via a flue gas blower ( 10 ) is preferably provided, as shown in the figure. The flue gas is removed either from behind the separator ( 6 ) (solid line) or behind the dust filter ( 9 ) (dashed line).

Claims

1. Steam generator with a fluidized bed firing with a reactor space delimited by cooling surfaces with fuel and air supply in the lower area and flue gas discharge in the upper area, contact heating surfaces, a fluidized bed material circulation system consisting at least of the reactor room, separator and return line and with a dust separator connected downstream of the separator, characterized in that the reactor chamber ( 1 ) is free of installation and its cross-section in the upper region ( 1 b) is larger than in the lower region, that the reactor chamber is immediately followed by a touch heating surface train ( 4 ) with a downward flowing flue gas flow in which all touch heating surfaces ( 5 ) are arranged, and that the separator ( 6 ) is connected downstream of the lower end of the contact heating surface train ( 4 ).

2. Steam generator according to claim 1, characterized in that a flue gas recirculation ( 10 ) for the recirculation of flue gas after the separator ( 6 ) to the reactor chamber ( 1 ) is provided.

3. Steam generator according to claim 1 or 2, characterized in that the separator ( 6 ) is followed by a waste heat device ( 8 ).

4. Steam generator according to claim 1 or 2, characterized in that between the contact heating surface train ( 4 ) and the separator ( 6 ), a waste heat device ( 8 ) is switched on.