DE3800863A1 - Verfahren zum regeln der wasserdampferzeugung in einer verbrennungsanlage - Google Patents
Verfahren zum regeln der wasserdampferzeugung in einer verbrennungsanlageInfo
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- F22B31/0084—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed with recirculation of separated solids or with cooling of the bed particles outside the combustion bed
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der
Erzeugung von Wasserdampf in einer Anlage zum Verbrennen
fester, feinkörniger und staubförmiger Brennstoffe mit
Luft in der Verbrennungszone einer zirkulierenden
Wirbelschicht, mit einem Wärmeaustauscher im oberen
Bereich der Verbrennungszone, mit einem mit dem
Wärmeaustauscher verbundenen Wasserdampfspeicher und mit
einer Wasserdampf-Speiseleitung vom Wasserdampfspeicher zu
einer Turbine.
Dampferzeugungsanlagen mit Verbrennung in der
zirkulierenden Wirbelschicht und mit Fließbettkühlern zum
Ausnutzen der im Verbrennungsrückstand enthaltenen
Wärmeenergie sind bekannt und z.B. im
Europa-Patent 00 46 406 sowie in der unter Nummer 00 33
713 veröffentlichten Europa-Anmeldung beschrieben.
Einzelheiten dieser Anlagen kennt man auch aus den
US-Patenten 36 72 069, 41 11 158 und 41 65 717.
Wenn man den in diesen Anlagen erzeugten Wasserdampf zur
Stromerzeugung im Kraftwerk nutzt, ist es wichtig, daß man
Veränderungen, welche die Dampfproduktion beeinflussen,
frühzeitig feststellt, um Regeleingriffe schnell vornehmen
zu können, damit man die Dampfproduktion möglichst
konstant hält. Die Turbine verlangt nämlich bei konstanter
Leistung die Zufuhr von Wasserdampf in einer Menge, die
praktisch konstant sein soll. Beim eingangs genannten
Verfahren wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
man die Menge des im Wärmeaustauscher erzeugten
Wasserdampfs laufend berechnet, mit dem von der Turbine
benötigten Sollwert vergleicht und die Zufuhr von
Brennstoff und Verbrennungsluft zur Verbrennungszone
danach einstellt.
Das Verfahren ist auch für eine Verbrennungsanlage
geeignet, zu der eine Fließbettkühlung mit mehreren
Kammern gehört, welcher man einen Teil des
Verbrennungsrückstandes zuführt. Die Menge des
Wasserdampfs, die in der Fließbettkühlung erzeugt wird,
addiert man der in der Verbrennungszone erzeugten Menge an
Wasserdampf hinzu.
Zweckmäßigerweise mißt man laufend den Druck und die
Temperatur oberhalb und unterhalb des Wärmeaustauschers in
der Verbrennungszone sowie die Temperatur in den zu
Verdampfern gehörenden Kammern, berechnet unter
Berücksichtigung dieser Messungen die
Wärmedurchgangskoeffizienten (K-Werte) der Verdampfer in
einem Leitsystem, mißt die Temperatur im
Wasserdampfspeicher und berechnet unter Berücksichtigung
der K-Werte zu den Verdampfern die zugehörigen Wärmeströme
und daraus die Gesamtmenge des momentan erzeugten
Wasserdampfs. Diese berechnete Gesamtmenge vergleicht man
in mindestens einem Regler mit dem Sollwert und verändert
die Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft der
Differenz entsprechend.
Einzelheiten des Regelungsverfahrens werden mit Hilfe der
Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Ausführungsform der zu regelnden Anlage in
schematischer Darstellung und
Fig. 2 die Verarbeitung der Meßwerte.
Die Anlage zum Erzeugen des Wasserdampfs besteht im
vorliegenden Fall aus einer zirkulierenden
Wirbelschicht (1) mit Abscheidezyklon (2),
Fließbettkühlung (3), Wärmeaustauscher (4) und
Wasserdampfspeicher (5). Der Wärmeaustauscher (4) befindet
sich im oberen Bereich der Verbrennungszone (7), er
besteht z.B. aus senkrechten, parallel angeordneten
Rohren (4 a). Die Rohre sind bevorzugt ringförmig an der
Innenseite der Wand der Verbrennungszone angeordnet.
Der feinkörnige und staubförmige Brennstoff, insbesondere
Kohle, wird über eine Zufuhreinrichtung (10) und die
Leitung (11) in den unteren Bereich der
Verbrennungszone (7) eingetragen und zwar bevorzugt
eingeblasen. Vorerhitzte Primärluft fördert das
Gebläse (13) in das untere Ende der Wirbelschicht und
Sekundärluft wird durch das Gebläse (14) zugeführt.
Feststoffe und Gase verlassen die Verbrennung durch den
Kanal (15) und werden im Zyklon (2) getrennt, wobei die
Gase in der Leitung (17) abziehen und einer nicht
dargestellten Gasreinigung zugeführt werden. Die
abgeschiedenen Feststoffe werden durch die Leitungen (18)
und (19) zum Teil in die Verbrennungszone (7)
zurückgeführt, die restlichen Feststoffe gibt man durch
die Leitung (20) der Fließbettkühlung (3) auf.
Die Fließbettkühlung (3) ist durch Zwischenwände (8) in
mehrere, nur teilweise geschlossene Kammern (3 a, 3 b, 3 c)
unterteilt. Feststoffe und Gase können von einer Kammer in
die andere gelangen. Durch ein Gebläse (22) wird jeder
Kammer Luft zugeführt, welche die Feststoffe in wirbelnder
Bewegung hält. Zu jeder Kammer gehören
Wärmeaustauscher (6 a, 6 b, 6 c). Wenn man in diese
Wärmeaustauscher Wasser einleitet, um es zu verdampfen,
werden sie nachfolgend "Verdampfer" genannt; der oder die
Wärmeaustauscher, denen man Wasserdampf zuführt, um ihn zu
überhitzen, seien "Überhitzer" genannt.
Die erwärmte Abluft aus der Fließbettkühlung (3) gibt man
in der Leitung (23) in die Verbrennungszone (7), ebenso
führt man einen Teil der gekühlten Feststoffe durch die
Leitung (24) zurück in die Verbrennungszone (7) ,
überschüssige Feststoffe zieht man in der Leitung (25) ab.
Aus dem Wasserdampfspeicher (5) gibt man Wasser durch die
Leitung (28) in das untere Ende des Wärmeaustauschers (4),
zieht den erzeugten Wasserdampf durch die Leitung (29) ab
und gibt sie dem Speicher (5) auf. Durch die Leitung (30)
führt man dem Speicher Speisewasser zu, das bevorzugt
vorgewärmt ist und zieht den erzeugten Wasserdampf durch
die Leitung (31) ab. In einem Überhitzer (32), der
mehrstufig ausgebildet sein kann, überhitzt man den
Wasserdampf und speist ihn durch die Leitung (33) in die
Entspannungsturbine (34) ein. Abgekühlter Wasserdampf bzw.
Kondensat verläßt die Turbine in der Leitung (35),
Kondensat kann nach einer nicht dargestellten Aufbereitung
durch die Leitung (30) in den Speicher (5) zurückgeführt
werden.
Es ist ersichtlich, daß Schwankungen in der Produktion des
Wasserdampfs nur mit großer Verzögerung in der zur
Turbine (34) führenden Speiseleitung (33) ankommen und
frühzeitig regulierend eingegriffen werden muß, wenn man
den Dampfstrom in der Leitung (33) dem Bedarf der Turbine
entsprechend konstant halten will. Zu diesem Zweck ist die
Anlage mit verschiedenen Meßeinrichtungen ausgerüstet,
nämlich:
T 1 mißt die Temperatur im oberen Bereich der
Verbrennungszone in der Nähe des Kanals (15),
T 2 mißt die Temperatur in der Verbrennungszone etwas unterhalb des unteren Endes des Wärmeaustauschers (4),
T 4 mißt die Sattdampf-Temperatur im Wasserdampfspeicher (5),
T 5 mißt die Temperatur des dem Speicher (5) in der Leitung (30) zufließenden Wassers,
p 1 mißt den Druck am oberen Ende der Verbrennungszone oberhalb des Wärmeaustauschers (4) und
p 2 mißt den Druck wenig unterhalb des Wärmeaustauschers (4) in der Verbrennungszone (7).
T 2 mißt die Temperatur in der Verbrennungszone etwas unterhalb des unteren Endes des Wärmeaustauschers (4),
T 4 mißt die Sattdampf-Temperatur im Wasserdampfspeicher (5),
T 5 mißt die Temperatur des dem Speicher (5) in der Leitung (30) zufließenden Wassers,
p 1 mißt den Druck am oberen Ende der Verbrennungszone oberhalb des Wärmeaustauschers (4) und
p 2 mißt den Druck wenig unterhalb des Wärmeaustauschers (4) in der Verbrennungszone (7).
Da im vorliegenden Fall auch die Verdampfer in der
Fließbettkühlung (3) zur Dampfproduktion beitragen, muß
auch hier in jeder Kammer, welche einen Verdampfer
enthält, die Temperatur überwacht werden. Kammern mit
Überhitzer werden nicht überwacht. Im Beispiel der Fig. 1
wird angenommen, daß die Kammer (3 a) einen
Wärmeaustauscher (6 a) aufweist, der als Überhitzer
arbeitet, wogegen die Wärmeaustauscher (6 b) und (6 c) der
Kammern (3 b) und (3 c) der Verdampfung von Wasser dienen.
Die Kammer (3 c) weist deshalb die Temperaturüberwachung
TV (1) auf und die Kammer (3 b) enthält die
Temperaturüberwachung TV (2). In der Praxis kann die Zahl
der Kammern in der Fließbettkühlung (3) schwanken, auch
können eine oder mehrere dieser Kammern Verdampfer
enthalten. Beträgt die Zahl der Verdampfer-Kammern n, so
gibt es die Temperatur-Meßstellen TV (1), TV (2), ... und
TV(n). Die Beiträge dieser verschiedenen Verdampfer zur
Dampferzeugung müssen in den nachfolgend beschriebenen
Berechnungen aufsummiert werden. Die von den Meßstellen
erhaltenen Informationen (Druck oder Temperatur) werden
nachfolgend der Einfachheit halber genauso wie die
jeweilige Meßstelle bezeichnet.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie die verschiedenen
Meßstellen, die in Fig. 1 gezeigt sind, nämlich T 1, T 2,
T 4, T 5, p 1, p 2, TV (1) und TV (2), ihre Informationen über
Signalleitungen einem Leitsystem (40) zuführen. Dieses
Leitsystem kann speziell auf die nachfolgend beschriebenen
Berechnungen zugeschnitten sein, es kann sich aber auch um
einen Rechner handeln. Das Leitsystem (40) berechnet
laufend die momentan erzeugte Menge an Wasserdampf in der
Anlage und gibt diese Information als Ist-Wert den
Reglern (41) und (42) auf. Den Reglern gibt man auch den
Sollwert m der von der Turbine (34) benötigten, in der
Leitung (33) herangeführten Wasserdampfmenge ein. Der
Ausgang des Reglers (41) führt über die Signalleitung (45)
zur Brennstoffzufuhreinrichtung (10) und sorgt dafür, daß
bei zu geringer Dampfproduktion mehr Brennstoff in die
Verbrennung (7) geführt wird. Der Regler (42) steuert das
Gebläse (13) über die Signalleitung (46) und das
Gebläse (14) über die Signalleitung (47). Er sorgt dafür,
daß bei erhöhtem Brennstoffbedarf in der Verbrennung (7)
genügend Verbrennungsluft herangeführt wird.
Im Leitsystem (40) werden durch Rechenschaltungen oder ein
Rechenprogramm die K-Werte (Wärmedurchgangskoeffizienten)
des Wärmeaustauschers (4) und der Verdampfer (6 b) und
(6 c), die Wärmeströme in diesen Anlagenteilen und daraus
dann die Gesamtmenge des tatsächlich erzeugten Dampfes
berechnet. Dabei benutzt man folgende Formeln, in welche
die Temperatur in °C und der Druck in mbar einzusetzen
sind:
Für den Wärmeaustauscher (4):
K-Wert: K = a · (p 2-p 1) - b + c · (T 1 + T 2) + d · T 4
Wärmestrom: W = K · F · (0,5 . (T 1 + T 2) - T 4)
Wärmestrom: W = K · F · (0,5 . (T 1 + T 2) - T 4)
Es bedeuten:
F = Wärmeaustauschfläche des Wärmeaustauschers (4) in m².
F = Wärmeaustauschfläche des Wärmeaustauschers (4) in m².
Die Koeffizienten a, b, c und d haben je nach Anlage Werte
in folgenden Bereichen:
a = 4 bis 6
b = 75,9 bis 121
c = 0,082 bis 0,123
d = 0,104 bis 0,157
b = 75,9 bis 121
c = 0,082 bis 0,123
d = 0,104 bis 0,157
Der genaue Wert eines Koeffizienten ist während des
Probebetriebs der Anlage zu ermitteln.
Für die Verdampfer enthaltende Kammer i (i = 1, 2, . . ., n)
gelten folgende Formeln:
K-Wert: K(i) = a(i) + c(i) · TV(i) + d(i) · T 4
Wärmestrom: W(i) = K(i) · F(i) · (TV(i)-T 4)
Wärmestrom: W(i) = K(i) · F(i) · (TV(i)-T 4)
Es bedeuten:
F(i) = Wärmeaustauschfläche des Verdampfers der Kammer (i) in m².
F(i) = Wärmeaustauschfläche des Verdampfers der Kammer (i) in m².
Bereiche der Koeffizienten:
a(i) = 170 bis 285
c(i) = 0,162 bis 0,205
d(i) = 0,124 bis 0,156
c(i) = 0,162 bis 0,205
d(i) = 0,124 bis 0,156
Die Gesamtmenge M (in kg/sec) des in allen Verdampfern
erzeugten Wasserdampfes ergibt sich aus der Formel:
M = X : Y
mit
und Y = 1000 · (3448 - 1,89 · T 4-4,86 · T 5).
Die Formeln gelten für verschiedene Anlagengrößen mit und
ohne Fließbettkühlung.
Claims (3)
1. Verfahren zum Regeln der Erzeugung von Wasserdampf in
einer Anlage zum Verbrennen fester, feinkörniger und
staubförmiger Brennstoffe mit Luft in der
Verbrennungszone einer zirkulierenden Wirbelschicht,
mit einem Wärmeaustauscher im oberen Bereich der
Verbrennungszone, mit einem mit dem Wärmeaustauscher
verbundenen Wasserdampfspeicher und mit einer
Wasserdampf-Speiseleitung vom Wasserdampfspeicher zu
einer Turbine, dadurch gekennzeichnet, daß man die
Menge des im Wärmeaustauscher erzeugten Wasserdampfs
laufend berechnet, mit dem von der Turbine benötigten
Sollwert vergleicht und die Zufuhr von Brennstoff und
Verbrennungsluft zur Verbrennungszone danach einstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, mit einer zur
Verbrennungsanlage gehörenden, mehrere Kammern
aufweisenden Fließbettkühlung für einen Teil des
Verbrennungsrückstands, wobei die Kammern
Wärmeaustauscher für die Verdampfung von Speisewasser
oder für die Überhitzung von Wasserdampf enthalten, mit
Zufuhr von Wirbelluft zu den Kammern der
Fließbettkühlung, wobei aus der Fließbettkühlung Abluft
und ein Teil des gekühlten Feststoffrückstands in die
Verbrennungszone geleitet werden, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Gesamtmenge des in den
Wasser verdampfenden Wärmeaustauschern (Verdampfern) in
der Verbrennungszone und der Fließbettkühlung erzeugten
Wasserdampfs laufend berechnet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
man Druck und Temperatur oberhalb und unterhalb des
Wärmeaustauschers in der Verbrennungszone sowie die
Temperatur in den zu Verdampfern gehörenden Kammern
laufend mißt, unter Berücksichtigung dieser Messungen
die Wärmedurchgangskoeffizienten (K-Werte) der
Verdampfer in einem Leitsystem berechnet, daß man die
Temperatur im Wasserdampfspeicher mißt und unter
Berücksichtigung der K-Werte zu den Verdampfern die
zugehörigen Wärmeströme und daraus die Gesamtmenge des
momentan erzeugten Wasserdampfs berechnet, die
berechnete Gesamtmenge in mindestens einem Regler mit
dem Sollwert vergleicht und bei einer Abweichung die
Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zur
Verbrennungszone verändert.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |