DE3644083A1

DE3644083A1 - Dampferzeuger

Info

Publication number: DE3644083A1
Application number: DE19863644083
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Phys Dr Moellenhoff; Heiko Dipl Ing Dr Rehwinkel; Dirk Dipl Phys Dr Bunthoff
Original assignee: Deutsche Babcock Werke AG
Current assignee: Deutsche Babcock Werke Energie und Umwelttechnik AG
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1988-07-07
Also published as: DK676787D0; CA1314776C; JPS63220008A; EP0272410A2; DK676787A; EP0272410A3; US4790267A

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger und ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoffen in einem solchen Dampferzeuger nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.

Ein solcher Dampferzeuger zeichnet sich durch kurze An- und Abfahrzeiten, geringen Schadstoffausstoß, gute Ausbrandwerte und durch die Möglichkeit aus, beliebige Brennstoffe zu verarbeiten. Jedoch läßt sich der Dampferzeuger ab einer bestimmten Größe unter vertretbarem Aufwand nicht mehr vergrößern.

Es ist bekannt, daß die Leistung einer Wirbelschichtfeuerung unter Anwendung von Druck erhöht werden kann. Bekannte Druckwirbelschichtfeuerungen arbeiten mit einer rein stationären Wirbelschicht ohne Ascherückführung. Dabei ist die Brennkammer des Dampferzeugers einschließlich der Zyklone von einem Druckgehäuse umgeben. Da dieser Dampferzeuger Bestandteil eines kombinierten Gas-Dampf-Kraftwerkes ist, werden die Rauchgase mit dem Prozeßdruck und einer Temperatur von 850 Grad C abgezogen und der Gasturbine zugeführt. Ein solches kombiniertes Kraftwerk erfordert den Einsatz einer aufwendigen Heißgasfiltration unter Druck und hoher Temperatur sowie die Anordnung von innerhalb der Wirbelschicht liegenden und daher der Erosion ausgesetzten Heizflächen. Bei einer Gaseintrittstemperatur von 850 Grad C können korrosive Komponenten im Rauchgas zu Schäden an der Gasturbine führen. Schließlich ist die Lastregelung durch den Transport und die Zwischenlagerung von Bettmaterial verhältnismäßig aufwendig.

Weiterhin ist ein Dampferzeuger mit einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung bekannt, die unter Druck betrieben wird. Bei dieser Wirbelschichtfeuerung sind der Combustor, die Zyklone und der Konvektionsteil des Dampferzeugers jeweils in voneinander getrennten Druckgefäßen untergebracht. Aus verfahrenstechnischen Gründen sind außerdem Fließbettkühler zur Kühlung der umlaufenden Feststoffströme erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der gattungsgemäßen Art derart abzuwandeln, daß unter Beibehaltung seiner grundsätzlichen Eigenschaften seine Leistung erhöht wird, so daß er sowohl für Neuanlagen als auch zur Nachrüstung eines bestehenden Dampfkraftwerkes verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Dampferzeuger durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Dampferzeugers ist durch den Anspruch 2 gekennzeichnet.

Bei dem erfindungsgemäßen Dampferzeuger lassen sich alle zu seinem Betrieb notwendigen Einrichtungen innerhalb eines gemeinsamen Druckgefäßes unterbringen. Dabei ist der Dampferzeuger so aufgebaut, daß er Dampf für den Betrieb einer herkömmlichen Dampfturbine liefert. Durch die Anwendung des Druckes innerhalb der Brennkammer wird die Leistung des gattungsgemäßen Dampferzeugers erhöht. Die Temperatur des Rauchgases wird soweit abgebaut, daß das Rauchgas mit dem vorhandenen Druck in einer Gasturbine für den Antrieb des Luftverdichters entspannt werden kann. Heißgasfilter und Einrichtungen zur Abwärmenutzung sind dabei nicht erforderlich. Der Dampferzeuger kann daher sowohl für Neuanlagen als auch für den Ersatz eines bestehenden Kessels an den Wasserkreislauf einer vorhandenen Dampfkraftanlage eingesetzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung stellt schematisch den Längsschnitt durch einen Dampferzeuger gemäß der Erfindung dar.

Der Dampferzeuger umfaßt eine Brennkammer 1, die von gasdicht verschweißten Rohrwänden umschlossen ist. Der untere Teil der Brennkammer 1 läuft konisch zu und ist durch einen Düsenboden 2 für den Durchtritt von Verbrennungsluft geschlossen. Oberhalb des Düsenbodens 2 befindet sich eine Wirbelschicht mit einer begrenzten Oberfläche. In dem Freiraum 4 über der Wirbelschicht 3 sind innerhalb der Brennkammer 1 Konvektionsheizflächen 5 angeordnet, die als Economiser, Verdampfer oder Überhitzer geschaltet sind. An den oberen Teil der Brennkammer 1 sind Grobabscheider 6 in Form von nicht ausgemauerten Zyklonen angeschlossen, deren Gasaustritt mit einer zu einem nicht gezeigten Filter führenden Rauchgasleitung 7 verbunden sind.

Der feststoffseitige Austrag der Grobabscheider 6 ist mit einem Rückführsystem verbunden. Das Rückführsystem besteht aus einer Falleitung 8, die zu einem Aschesiphon 9 führt. Der Aschesiphon 9 ist mit einer Austragsleitung 10 und einer in die Wirbelschicht 3 führenden Verbindungsleitung 11 versehen. Im dargestellten Fall wird die Kohle zusammen mit Kalk über eine Kohleleitung 12 als Suspension in die Wirbelschicht 3 eingespeist. Die Kohle kann auch auf andere Weise zum Beispiel in stückiger Form in die Verbindungsleitung 11 zwischen dem Aschesiphon 9 und der Wirbelschicht 3 aufgegeben werden. Der Düsenboden 2 ist mit einem Ascheablauf 13 versehen. Der Ascheablauf 13 ist ebenso wie die Austragsleitungen 10 mit einem aus zwei Bunkern 14 bestehenden Schleusensystem verbunden.

Die Brennkammer 1 mit den darin angeordneten Konvektionsheizflächen 5, die Grobabscheider 6 und das Rückführsystem 8, 9, 10 sind von einem zylindrischen, auf einen Druck von zum Beispiel 12 bar ausgelegten Druckgefäß 15 umgeben. Das Druckgefäß 15 ist an einem Gerüst 16 aufgehängt. Die Rauchgasleitung 7, die Austragsleitungen 10 und der Ascheablauf 13 sind aus dem Druckgefäß 15 herausgeführt. In das Druckgefäß 15 mündet eine Luftleitung 17, über die Luft mit einem Druck von beispielsweise 12 bar in das Druckgefäß 15 eingespeist wird. Die Luft tritt durch den Düsenboden 2 in die Wirbelschicht 3 und über Sekundärdüsen 18, die oberhalb der Wirbelschicht 3 angebracht sind, in den Freiraum 4 der Brennkammer 1 ein. Die Luft wird vor dem Eintritt in das Druckgefäß 15 in einem nicht gezeigten Verdichter komprimiert.

Der Verdichter ist durch eine Gasturbine angetrieben, die von dem die Brennkammer 1 und das nachgeschaltete Filter verlassenden Rauchgas beaufschlagt wird.

Der in die Brennkammer 1 eingebrachte Brennstoff verbrennt mit der Luft unter Druck. Die durch den Düsenboden 2 in die Wirbelschicht 3 eingebrachte Luft dient gleichzeitig als Fluidisierungsmedium. Es werden Fluidisierungsgeschwindigkeiten von 1 bis 5 m/s eingehalten, so daß sich eine Wirbelschicht ausbildet, die sich durch einen deutlichen Dichtesprung von der Atmosphäre unterscheidet, die in dem über der Wirbelschicht 3 vorhandenen Freiraum 4 herrscht. Hier stellt sich eine Staubbeladung von 0,5 bis 5 kg Feststoff pro kg Rauchgas ein. Durch die Wandheizflächen der Brennkammer 1 und die Konvektionsheizflächen 5 in dem Freiraum 4 der Brennkammer 1 wird das durch die Verbrennung des Brennstoffes gebildete Rauchgas auf eine Temperatur von 300 bis 500 Grad C abgekühlt. Ein Teil des in den Grobabscheidern 6 abgetrennten Feststoffes wird in die Wirbelschicht 3 zurückgeführt, um die Bettemperatur konstant auf zum Beispiel 850 Grad C zu halten und die Leistung zu regeln. Im übrigen erfolgt die Leistungsregelung über eine Veränderung der eingebrachten Brennstoff- und Luftmenge.

Claims

1. Dampferzeuger mit einer Brennkammer (1) aus gasdichten Rohrwänden, in deren unterem Teil eine Wirbelschicht (3) vorgesehen ist, oberhalb der ein Freiraum (4) mit einer sprunghaft niedrigeren Feststoffdichte vorhanden ist, in dem Konvektionsheizflächen (5) angeordnet sind, wobei an den oberen Teil der Brennkammer (1) Grobabscheider (6) zum Abscheiden von Feststoffen angeschlossen sind, deren Feststoffaustrag jeweils über ein Rückführsystem (8, 9, 10) mit der Wirbelschicht (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (1) mit den Konvektionsheizflächen (5), die Grobabscheider (6) und das Rückführsystem (8, 9, 10) von einem auf Druck ausgelegten Druckgefäß (15) umschlossen sind.

2. Verfahren zum Verbrennen von Brennstoffen in einer Wirbelschicht mit einem erhöhten Feststoffumlauf in der Brennkammer eines Dampferzeugers gemäß Anspruch 1, in dem die Rauchgase auf 300 bis 500 Grad C abgekühlt und in Grobabscheidern (6) vorgereinigt werden, wobei die anfallenden Feststoffe zumindest teilweise in die Wirbelschicht (3) zurückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung in der Wirbelschicht (3) unter Druck durchgeführt wird, daß durch Fluidisierungsgeschwindigkeiten von 1 bis 5 m/s in dem Freiraum (4) oberhalb der Wirbelschicht (3) Feststoffgehalte von 0,5 bis 5 kg Feststoff pro kg Rauchgas eingehalten werden und daß die Temperatur in der Wirbelschicht und die Last über die Menge der in die Wirbelschicht (3) rückgeführten Feststoffe geregelt werden.