DE4340945A1

DE4340945A1 - Kombinationsanlage mit kegelstumpfartiger Kesseldecke

Info

Publication number: DE4340945A1
Application number: DE19934340945
Authority: DE
Inventors: Abdolhalim Besagh
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-01
Filing date: 1993-12-01
Publication date: 1995-06-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Kombianlage mit dem Kessel, in dem insbesondere Stein- oder Braunkohle verbrannt wird, der nachgeschalteten Gasturbine und den nachgeschalteten An lagenteilen, wobei der Kessel mit dem Kohle- und Kalkeintrag, sowie dem Ascheaustrag, dem Rost mit aufsteigendem Gasstrom und dem Austritt für das Brenngas ausgerüstet ist.

Derartige Kombinationsanlagen werden eingesetzt, um die Gewinnung von Strom aus Kohle möglichst wirtschaftlich zu gestalten. Dabei wird das den Kessel verlassende Brenngas oder auch Rauchgas zunächst verdichtet und dann einer Gastur bine zugeführt. Durch anschließende Weiterverwendung des Ga ses in nachgeschalteten Anlagenteilen wird die Wirtschaft lichkeit weiter gesteigert. Problematisch ist und bleibt, daß das den Kessel verlassende Gas zunächst einmal komprimiert werden muß, um dann in der Gasturbine zur Gewinnung von Strom herangezogen zu werden. Für mittlere und größere Anlagen hat sich die Wirbelschicht als vorteilhafte Verbrennungsform her ausgestellt. Sie ist gekennzeichnet durch die Überführung einer Schicht von festem körnigen Material durch einen auf steigenden Gasstrol in den Zustand der Suspension, wobei je doch Feststoffteilchen nicht ausgetragen werden, wenn der Gasstrom richtig eingestellt ist. Die Strömungsgeschwindig keit des Gaststroms muß unterhalb der Fallgeschwindigkeit der Feststoffteilchen liegen. Die Vorteile dieser Technologie liegen vor allem in der hohen Umweltfreundlichkeit, da durch niedrige Verbrennungstemperaturen die Stickoxidemissionen ge senkt werden und durch Kalksteinzugabe eine Schwefelverbin dung in der Asche erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kombian lage zur Kohleverbrennung zu schaffen, bei der die Brenngase ohne zusätzliche Verdichtung der Gasturbine zuzuführen sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Austritt für das Brenngas der Kesseldecke zugeordnet ist, die zum Austritt hin kegelstumpfartig ausgebildet ist und daß der Austritt die Spitze des Kegelstumpfes bildend positioniert und direkt mit der Gasturbine verbunden ist.

Bei einer derart ausgebildeten Kombianlage bzw. einem entsprechenden Kessel werden die Brenngase bzw. Rauchgase gezielt zur Spitze der Kesseldecke geführt, wobei durch die besondere Ausführung der Kesseldecke eine gleichmäßige Füh rung gesichert ist, ohne daß es zur Strahlablösung kommt. Damit wird erreicht, daß die Gase entsprechend verdichtet den Kessel verlassen und damit direkt der Gasturbine zugeführt werden können. Ein gesondertes Aggregat entfällt und damit nicht nur die entsprechende Investition, sondern auch die entsprechenden Betriebskosten.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kesseldecke einen Kegelstumpf mit kleiner 40° Neigung bildend ausgebaut ist, wodurch gezielt Strahlab lösungen verhindert werden. Das Gas wird vielmehr kontinuier lich von der Wirbelschicht aus weitergeführt, ohne daß eine Beeinträchtigung und damit Verwirbelung erfolgen kann. In der Spitze des Kegelstumpfes hat das Gas dann einen Druck er reicht, der für den Betrieb der Gasturbine ausreichend ist, wobei eine steilere Ausbildung der spitzkegeligen Kesseldecke möglich ist.

Über die entsprechende Bemessung der Neigung der spitz kegeligen Kesseldecke ist das Abreißen der Strömung sicherge stellt. Zur weiteren Optimierung ist nun vorgesehen, daß die Innenfläche des Kegelstumpfes strömungsgünstig ausgebildet ist. Hierzu können unterschiedliche Maßnahmen ergriffen wer den, wobei in der Regel allerdings die Innenfläche platt sein sollte, um die besagten Strahlablösungen zu verhindern. Um die Strömung zu begünstigen, kann es auch zweckmäßig sein, die Innenfläche des Kegelstumpfes entsprechend zu beschich ten. Schließlich ist noch die Möglichkeit gegeben, daß der Kegelstumpf mit Einbauten versehen ist, die eine Strahlablös ung verhindern bzw. einer solchen Strahlablösung entgegenwir ken.

Weiter vorne ist darauf hingewiesen worden, daß eine spitzkegelige Form der Kesseldecke von Vorteil ist, wobei der Kegelstumpf insgesamt eine Neigung von 20 bis 40° aufweisend ausgebildet sein sollte, d. h. noch steilere Ausführungen bringen dann keine Vorteile bzw. führen zu Abmessungen des Kessels, die in der Regel nicht vertretbar sind.

Das den Kessel verlassende Gas weist einen entsprechend hohen Druck auf, wobei Probleme bei der Weiterleitung dieses Gases zur Gasturbine dann nicht auftreten, wenn wie erfin dungsgemäß vorgesehen, die Verbindungsleitung zwischen Brenn gasaustritt und Gasturbine als Druckleitung ausgebildet ist. Die Länge dieser Druckleitung kann den jeweiligen Anlagenbe dingungen entsprechend gewählt werden. Die Gasturbine erhält damit das von ihr benötigte Gas ohne Zwischenschaltung weite rer Aggregate.

Die gesamte Kesseldecke ist so ausgebildet, daß die Gase gezielt geführt zum Brenngas-Austritt gelangen. Eine vorteil hafte Beeinflussung der Gase ist dabei auch für die Weiter führung gesichert, wenn der Übergang zwischen Brenngas-Aus tritt und Verbindungsleitung ebenfalls strömungsgünstig aus gebildet ist.

Der Brenngasstrom wird durch das Wirbelbett geführt, wobei er nach Verlassen des Wirbelbettes in den Bereich der kegelstumpfartigen Kesseldecke gelangt. Um diesen Brenngas strom durch Kohle und Kalkeintrag nicht negativ zu beeinflus sen, ist vorgesehen, daß der Kohle- und der Kalkeintrag den Brenngasstrom begünstigend, vorzugsweise in dessen Richtung angeordnet und ausgebildet sind. Damit ist gleichzeitig auch eine vorteilhafte Vermischung bzw. Eingliederung der Kohle und des Kalkes in das Wirbelbett sichergestellt.

Die kegelstumpfartige Kesseldecke ist quasi über den Kessel gestülpt. Die entsprechende Führung der Gase ist damit sichergestellt. Eine Optimierung ist erfindungsgemäß dadurch zu erreichen, daß das Wirbelschichtbett vorzugsweise der ge samte Rost die Grundfläche des Kegelstumpfes bildend geformt ist, wobei hier eben mit Kegelstumpf die Kesseldecke gemeint ist. Damit ist ausgehend vom Wirbelschichtbett die gleichmä ßige und strahlgünstige Führung des Gasstromes sicherge stellt.

Um die optimalen Querschnitte des Wirbelschichtbettes einerseits bzw. der Grundfläche des Kegelstumpfes und der Spitze des Kegelstumpfes richtig aufeinander abzustimmen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Querschnitte des Wir belschichtbettes und des Brenngas-Austrittes nach der Formel

berechnet sind. Diese Formeln ermöglichen es dem Fachmann, die unterschiedlichen Kesselabmessungen so zu berücksichti gen, daß die mit der erfindungsgemäßen Lösung angestrebten Vorteile auch möglichst optimal zu realisieren sind.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Kom bianlage geschaffen ist, mit der Steinkohle und auch Braun kohle vor allem in der Wirbelschicht verbrannt werden können und bei der die Wirbelschicht verlassenden heißen Gase prak tisch ohne zusätzliche Aggregate direkt der Gasturbine zuzu führen sind. Damit können erhebliche Investitions- und auch Betriebskosten gespart werden, ohne daß die Kosten für die besondere Ausbildung des Kessels nennenswert zu Buche schla gen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegen standes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbei spiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 den schematisch angegebenen Kesseln im Schnitt und

Fig. 2 einen Schaltplan der Kombianlage mit nachgeschalteten Aggregaten.

Fig. 1 zeigt den Teil der Kombianlage 1, der den Kern der Erfindung darstellt. Dies ist der Kessel 2, der der Gas turbine 3 vorgeschaltet ist. Die nachgeschalteten Anlagentei le 4 sind hinter die Gasturbine 3 geschaltet und hier nicht wiedergegeben.

Die Verbindungsleitung 5, die den Kessel 2 und die Gas turbine 3 verbindet, ist ebenso als Druckleitung ausgebildet wie die die Gasturbine 3 und die nachgeschalteten Anlagentei le 4 verbindende Leitung.

Bei der Darstellung des Kessels 2 ist eine Wirbel schichtanlage wiedergegeben, wobei das Wirbelschichtbett 7 mit dem Rost 8 die Grundfläche der einen Kegel darstellenden Kesseldecke 10 bilden. Mit 9 ist der Ascheaustrag bezeichnet, über den die Asche aus dem Wirbelschichtbett ausgetragen wer den kann.

Die Kesseldecke 10 bildet einen Kegelstumpf 12, wobei in der Spitze 13 dieses Kegelstumpfes 12 der Brenngas-Austritt 11 vorgesehen ist. Abweichend von der Darstellung nach Fig. 1 ist dieser Brenngas-Austritt 11 strömungsgünstig ausgebildet, um das hier austretende Gas kontinuierlich in die Verbin dungsleitung 5 überführen zu können.

Oberhalb des Wirbelschichtbettes 7 ist der Kohleeintrag und der Kalkeintrag 15 vorgesehen, wobei der Brenngasstrom 16 senkrecht von unten das Wirbelschichtbett 7 durchströmt. Der Kohleeintrag 14 und der Kalkeintrag 15 werden zweckmäßiger weise so ausgebildet und angeordnet, daß sie den Brenngas strom 16 ausnutzend in der Wirbelschicht gehalten werden, ohne den Brenngasstrom 16 dabei jenseits des Wirbelschicht bettes 7 negativ zu beeinflussen.

Dementsprechend ist die Innenfläche 18 des Kegelstumpfes 12 so ausgebildet, daß eine Strahlablösung nicht zu befürch ten ist. Auch die Schräge des Kegelstumpfes 12 bzw. der Kes seldecke 10 ist mit kleiner 40° so gewählt, daß eine Strahl ablösung nicht erfolgen kann. Auch der Übergang 19 zwischen Kesseldecke 10 und Verbindungsleitung 5 bzw. Brenngasaustritt 11 und Verbindungsleitung 5 ist so geformt, daß hier der gleichmäßige Fluß des Gases sichergestellt ist.

Mit 20 und 21 sind bei Fig. 1 der Brenngaseintritt und der Brenngasaustritt an der Gasturbine 3 bezeichnet.

Bei der Darstellung nach Fig. 2 entspricht die Darstel lung des Kessels 2 der soeben wiedergegebenen Beschreibung. Der Gasturbine 3 sind die eine Kombianlage 1 ergebenden An lagenteile 4 nachgeschaltet, wobei auf Einzelheiten hier nicht eingegangen werden soll.

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfin dungswesentlich angesehen.

Claims

1. Kombianlage mit dem Kessel, in dem insbesondere Stein- oder Braunkohle verbrannt wird, der nachgeschalteten Gasturbine und den nachgeschalteten Anlagenteilen, wobei der Kessel mit dem Kohle- und Kalkeintrag, sowie dem Ascheaus trag, dem Rost mit aufsteigendem Gasstrom und dem Austritt für das Brenngas ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt (11) für das Brenngas der Kesseldecke (10) zugeordnet ist,. die zum Austritt hin kegelstumpfartig ausge bildet ist und daß der Austritt die Spitze (13) des Kegel stumpfes (12) bildend positioniert und direkt mit der Gastur bine (3) verbunden ist.

2. Kombianlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kesseldecke (10) einen Kegelstumpf (12) mit kleiner 40° Neigung bildend ausgebaut ist.

3. Kombianlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (18) des Kegelstumpfes (12) strömungsgün stig ausgebildet ist.

4. Kombianlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (18) des Kegelstumpfes (12) die Strömung begünstigend beschichtet ist.

5. Kombianlage nach Anspruch 1 bis Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelstumpf (12) mit Einbauten versehen ist, die eine Strahlablösung verhindern.

6. Kombianlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelstumpf (12) eine Neigung von 20 bis 40° aufwei send ausgebildet ist.

7. Kombianlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (5) zwischen Brenngas-Austritt (11) und Gasturbine (3) als Druckleitung ausgebildet ist.

8. Kombianlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang (19) zwischen Brenngas-Austritt (11) und Verbindungsleitung (5) strömungsgünstig ausgebildet ist.

9. Kombianlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohle- und der Kalkeintrag (14, 15) den Brenngasstrom (16) begünstigend, vorzugsweise in dessen Richtung angeordnet und ausgebildet sind.

10. Kombianlage nach Anspruch 1 bis Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelschichtbett (7) vorzugsweise der gesamte Rost (8) die Grundfläche des Kegelstumpfes (12) bildend geformt ist.

11. Kombianlage nach Anspruch 1 bis Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte des Wirbelschichtbettes (7) und des Brenngas-Austrittes (11) nach der Formel oder berechnet sind.