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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein von oben abgestütztes Kesselsystem
mit zirkulierender Wirbelschicht, das die Merkmale des Oberbegriffs
von Patentanspruch 1 aufweist. Solch ein System ist aus
US-A-6 039 008 bekannt.
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Solche
Systeme umfassen einen Feuerungsabschnitt, wo Luft durch ein Bett
von Partikelmaterial geleitet wird, um das Bett zu fluidisieren
und die Verbrennung von Brennstoff im Bett bei einer relativ niedrigen
Temperatur zu begünstigen.
Das Bett kann aus fossilem Brennstoff, etwa Kohle, Sand und einem
Sorbens für
die als Ergebnis der Verbrennung von Kohle erzeugten Schwefeloxide
bestehen. Verbrennungssysteme dieser Art werden oft in Dampferzeugern
eingesetzt, wo Wasser in ein Wärmetauschverhältnis mit
der Wirbelschicht geleitet wird, um Dampf zu erzeugen und einen
hohen Verbrennungswirkungsgrad und Brennstoffflexibilität, hohe
Schwefeladsorption und niedrige Stickstoffemissionen zu ermöglichen.
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In
zirkulierenden Wirbelschichtsystemen ist die Geschwindigkeit der
Fluidisierungsluft solch, dass die das Bett durchfließenden Gase
eine wesentliche Menge des feinen partikelförmigen Feststoffs mitführen. Externe
Feststoffrückführung wird
erreicht, indem ein Partikelabscheider, normalerweise ein Zyklonabscheider
am Feuerungsauslass zur Aufnahme der Rauchgase und des von ihnen
mitgeführten
Feststoffs aus der Wirbelschicht angeordnet wird. Der Feststoff
wird aus den Rauchgasen abgeschieden, und die Rauchgase werden in
einen Wärmerückgewinnungsabschnitt
geleitet, während
der Feststoff zur Feuerung zurückgeführt wird.
Diese Rückführung verlängert die
Brennstoffretention und verbessert den Wirkungsgrad bei der Verwendung
eines Schwefeladsorbens, wodurch der Verbrauch an sowohl Adsorbens
als auch Brennstoffs verringert wird.
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Zirkulierende
Wirbelschichten sind gekennzeichnet durch relativ intensive innere
und externe Feststoffrückführung, was
sie gegenüber
Brennstoff-Wärmefreisetzungsmustern
unempfindlich macht und somit Temperaturschwankungen minimiert und
Schwefelemissionen auf einem niedrigen Niveau stabilisiert. Wenn
Wirbelschichtsysteme zur Erzeugung von Dampf eingesetzt werden,
kann die bei den in der Feuerung ablaufenden exothermischen Reaktionen
freigesetzte Wärme
durch Wärmetauschflächen zurückgewonnen
werden, die an mehreren Stellen im System angeordnet sind. Die Wände des
Feuerungsabschnitts sind in der Regel so genannte Rohrwände, die
durch Verschweißen
von Rohren mit Rippen gefertigt sind. Ein Wärmeübertragungsfluid, normalerweise
Wasser oder Dampf, wird durch die Rohrwände geleitet, um die Feuerungswände abzukühlen und
um Wärme
daraus abzuleiten. Andere Wärmetauschflächen können innerhalb der
Feuerung angeordnet sein, etwa in den Wänden eines gekühlten Zyklons,
im Wärmerückgewinnungsabschnitt
stromabwärts
vom Zyklon oder in einer getrennten Wärmetauschkammer, die in Fliessverbindung
mit der inneren oder externen Feststoffrückführung stehen kann.
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Der
Feuerungsabschnitt und der Zyklonabscheider können von unten abgestützt sein,
wobei die Konstruktion an ihrem unteren Teil starr abgestützt ist,
und die Wärmedehnung
hauptsächlich
vom Boden aufwärts
stattfindet. Wenn eine große
von unten abgestützte
Einheit konstruiert wird, müssen
die mechanischen Beanspruchungen der Rohrwände sorgfältig berücksichtigt werden, weil das
gesamte Gewicht des Feuerungsabschnitts über die Wände auf die unteren Teile des
Kessels übertragen
wird, wobei die Rohrwände
unter Druckbelastung stehen. Ein bedeutender Anteil der Belastung
muss möglicherweise
von der oberen Stahl konstruktion über Dauerlastfedern abgeleitet
werden, was die Kosten beachtlich erhöhen kann.
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Deshalb
ist es besonders bei großen
Einheiten konventionell, eine Feuerung und einen Zyklon von oben
abgestützt
zu konstruieren, d. h. sie an einer, auf und über dem System konstruierten
Stahlkonstruktion abzustützen,
wobei die hauptsächliche Wärmedehnung
nach unten erfolgt. Eine von oben abgestützte Einheit lässt sich
in der Regel leichter montieren als eine von unten abgestützte Einheit.
Bei oben abgestützten
Systemen müssen
die Feuerungswände
wegen des Gewichts des Kessels nicht versteift werden, weil die
Rohrwände
der durch die Last verursachten Zugbeanspruchung leicht standhalten
können.
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Die
typischste Weise, eine Wärmetauschkammer
zu fertigen, besteht darin, sie aus Stahlblechen auszuführen, die
wärmeisoliert
und durch eine relativ dicke Schicht Feuerfestmaterials vor Verschleiß geschützt sind.
Solche Gehäuse
lassen sich kosteneffektiv konstruieren, aber wegen unterschiedlicher
Wärmedehnungen
ist es schwierig, sie mit anderen Einheiten des Systems zu verbinden,
die aus Rohrwänden
konstruiert sind. Um diesem Problem beizukommen, müssen biegsame
Verbindungen benutzt werden, etwa Metall- oder Stofffaltenbälge, um die Relativbewegungen
zwischen den verschiedenen Teilen des Systems auszugleichen. Solche
Faltenbälge
sind jedoch teuer und verschleißanfällig.
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Es
ist allgemeine Praxis, eine externe Wärmetauschkammer als von unten
abgestützte
Konstruktion auszuführen.
Wenn der Feuerungsabschnitt und der Zyklonabscheider des Systems
ebenfalls von unten abgestützt
sind, können
die Relativbewegungen zwischen den verschiedenen Einheiten relativ
klein sein, und die Verbindungen dazwischen müssen keine großen Bewegungen
ausgleichen. Weil die Wärmetauschkammer
typisch nahe am Boden angeordnet ist, ist es bei größeren Einheiten
auch üblich, die
Wärmetauschkammer
von unten abgestützt
zu konstruieren, während
der Feuerungsabschnitt und der Zyklonabscheider von oben abgestützt sind.
Bei solch einer Konstruktion können
die relativen Wärmebewegungen
sehr groß sein,
und es werden spezielle Dehnungsfugen benötigt, um die Bewegungen zwischen
Zyklon und Wärmetauschkammer
und zwischen Wärmetauschkammer
und Feuerung auszugleichen. Typisch handelt es sich bei diesen Dehnungsfugen
um sehr teure Metallverbindungen.
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US-A-6 039 008 stellt
einen von oben abgestützten
Kessel mit zirkulierender Wirbelschicht mit konventioneller getrennter
Wärmetauschkammer dar.
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Ein
anderes Verfahren zur Konstruktion einer Wärmetauschkammer besteht darin,
ihr Gehäuse
als gekühlte
Rohrwandkonstruktion herzustellen. Das
US-Patent Nr. 5,911,201 beschreibt
eine hängende Einheit,
die eine gekühlte
Wärmetauschkammer
umfasst, die mit einem Zyklonabscheider integriert ist. Das
US-Patent Nr. 5,425,412 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung einer Feuerung, eines Zyklons und einer
Wärmetauschkammer
aus Rohrwänden
und zur Integration sämtlicher
davon eng miteinander. In solch einem System sind die Temperaturen
dieser Einheiten sehr nahe aneinander, und somit, aufgrund ähnlicher
Materialien und Konstruktionen, sind ihre Wärmedehnungen sehr ähnlich,
und zwischen den Einheiten werden keine biegsamen Verbindungen benötigt. Ein
Nachteil bei solchen gekühlten
Wärmetauschkammern
ist jedoch, dass die Konstruktion, besonders falls sie komplizierte
Strukturen und gekühlte
Einlass- und Auslaufstutzen umfasst, viel manuelles Biegen und Schweißen der
Rohre erfordert und in der Herstellung somit zeitraubend und teuer ist.
Ferner können
bei einigen Anwendungen die mit der Feuerung eng integrierten Wärmetauschkammern
zu viel Raum um den unteren Teil der Feuerung beanspruchen. Dies
ist besonders der Fall bei großen
Ein heiten, wo eine sehr hohe Gesamt-Wärmetauschkapazität und auch
z. B. viele Brennstoffzufuhrkanäle
im unteren Teil der Feuerung erforderlich sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wirbelschichtverbrennungssystem
und eine darin benutzte Wärmetauschkammer
vorzusehen, wobei die oben erwähnten
Probleme minimiert oder behoben sind.
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Es
ist eine speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wirbelschichtverbrennungssystem
und eine darin genutzte Wärmetauschkammer vorzusehen,
das sich kosteneffektiv konstruieren lässt.
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Im
Besonderen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wirbelschichtverbrennungssystem
und eine darin genutzte Wärmetauschkammer
vorzusehen, wobei die Kosten der biegsamen Verbindungen an den Anschlüssen zur
Wärmetauschkammer
minimiert sind.
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Es
ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes
Wirbelschichtverbrennungssystem und eine darin genutzte Wärmetauschkammer
vorzusehen, bei dem viel freier Raum um den unteren Teil der Brennkammer
vorgesehen ist z. B. für
die Einspeisung von verschiedenen Materialien.
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Um
diese und andere Aufgaben zu erfüllen, sieht
die vorliegende Erfindung ein von oben abgestütztes Wirbelschichtkesselsystem
vor, das eine Feuerung mit Seitenwänden einer Rohrwandkonstruktion
umfasst zur Verbrennung von Brennstoff und Erzeugung von Verbrennungsprodukten,
einen mit der Feuerung verbundenen Partikelabscheider zur Abscheidung
von Partikeln aus den Verbrennungsprodukten aus der Feuerung, eine
mit dem Partikelabscheider verbundene externe Wärmetauschkammer zur Entfernung
von Wärme
aus den Verbrennungsprodukten, einen mit der Wärmetauschkammer verbundenen
Rückführkanal
zur Rückführung von
vom Abscheider getrennten Partikeln zur Feuerung, eine starre Stützkonstruktion
zur Abstützung
von Elementen des Systems, die aus
US-A-6 039 008 bekannt sind, und Aufhängungsmittel,
die zumindest eines aus Dampfrohren und Wasserrohren umfassen, zur
Aufhängung
der Wärmetauschkammer
von der starren Stützkonstruktion.
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Die
Wärmetauschkammer
kann eine einfache Kammer oder eine Einheit sein, die mehrere Kammern,
Ventile, usw. umfasst. Die abstützenden Heißdampf-
oder -wasserrohre, die im Betrieb des Kessels Wasser oder Dampf
nahe oder über
der Siedetemperatur von Wasser bei Hochdruck enthalten, haben somit
eine Temperatur von ungefähr
300 bis ungefähr
550°C. Deshalb
haben die Heißdampf- oder
-wasserrohre eine ähnliche
Wärmedehnung
wie die Feuerung. Die Aufhängung
der Wärmetauscheinheit
mit Heißdampf-
oder -wasserrohre umfassenden Aufhängungsmitteln, anstatt sie
auf dem Boden abzustützen
oder sie mittels starrer, kalter Hängestangen aufzuhängen, reduziert
bedeutend die relativen Wärmebewegungen
zwischen Feuerung und Wärmetauscheinheit.
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Ein
großer
Wirbelschichtkessel kann mehrere zehn Meter hoch sein, und somit
können
die Wärmebewegungen
in der Größenordnung
eines Zehntelmeters sein. Beispielsweise eine 30 m lange Stahlwand,
wenn der Stahl einen Wärmedehnungskoeffizienten
von 12 × 10–6/°C hat, verlängert sich
bei einer Temperaturänderung
von 300°C
um ungefähr
11 cm. Somit, falls die oberen Teile eines Feuerungsabscheiders
und einer 30 m tiefer gelegenen Wärmetauschkammer fest sind,
braucht der Kanal von der Wärmetauschkammer
zum unteren Teil der Feuerung eine biegsame Verbindung, die im Stande
ist, sich vertikal um mehr als 11 cm zu verlängern.
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Der
vorliegenden Erfindung zufolge bestehen die Aufhängungsmittel der Wärmetauschereinheit
hauptsächlich
aus Heißdampf-
oder -wasserrohren, womit die erforderliche Elastizität der zur
Wärmetauschkammer
führenden
Kanäle
deutlich geringer als im vorausgehenden Beispiel ist. Einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zufolge wird die Wärmetauscheinheit an einer Stahlkonstruktion
oberhalb des Kesselsystems aufgehängt, und mehr als 60%, bevorzugter
sogar mehr als 80% von der Länge
der Aufhängungsmittel
der Wärmetauscheinheit
umfassen Heißdampf-
oder -wasserrohre.
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Der
Partikelrückführabschnitt
eines Wirbelschichtkessels umfasst typisch einen Abscheiderabschnitt
mit einem zylindrischen oberen Teil, einem konischen unteren Teil,
und einen Rückführkanal,
der mit einer Wärmetauschkammer
verbunden ist. Der Abscheiderabschnitt oder zumindest der obere
Teil desselben kann als gekühlte
Rohrwandkonstruktion ausgeführt
sein. Typisch ist der horizontale Querschnitt der Wärmetauschkammer
ungefähr
so groß wie
der des oberen Teils des Partikelabscheiders. In solch einem System
kann die Wärmetauschkammer einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zufolge auf solche Weise unter dem Abscheiderabschnitt
angeordnet sein, dass die Aufhängungsmittel
der Wärmetauschkammer
Hängevorrichtungen
umfassen, die mit einem gekühlten oberen
Teil des Partikelabscheiders verbunden sind.
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Einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zufolge umfassen die Aufhängungsmittel
einer Wärmetauscheinheit Hängemittel,
die aus Heißwasser-
oder Dampfrohren und kurzen starren Hängestangen bestehen. Solche gekühlte Hängevorrichtungen
sind bevorzugt zwischen der Wärmetauscheinheit
und dem oberen Teil eines Partikelabscheiders angeordnet. Einer
bevorzugten Ausführungsform
zufolge sind zumindest 50% und noch bevorzugter zumindest 70% der
Länge der
Hängevorrichtungen
zwischen dem oberen Teil des Partikelabscheiders und der Wärmetauscheinheit
aus Heißwasser-
oder Dampfrohren gefertigt. Die Heißwasser- oder die Dampfrohre
zwischen dem oberen Teil des Partikelabscheiders und der Wärmtauscheinheit
können
z. B. Dampf- oder Wasserversorgungsleitungen oder Verlängerungen
der Kühlrohre
im oberen Teil des Partikelabscheiders sein.
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Einer
fortschrittlichen, z. B. im
US-Patent
Nr. 5,281,398 beschriebenen Konstruktion zufolge kann der
Partikelabscheider einen rechteckigen oberen Teil und einen nichtsymmetrischen
unteren Teil haben, wo die Seitenwand des Abscheiders am nächsten zum
Feuerungsabschnitt sich nahezu vertikal hinunter bis zum unteren
Teil des Rückführkanals
erstreckt. Die Fertigung und Instandhaltung solch eines Abscheiders
ist sehr kosteneffektiv, und er kann auf kompakte Weise mit der
Feuerung verbunden werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die besonders auf nichtsymmetrische
Partikelabscheider anwendbar ist, wie oben beschrieben wurde, ist
eine Wärmetauschkammer über Hängemittel
aufgehängt,
wovon ein Teil mit dem Rückführkanal
oder dem unteren Teil des Partikelabscheiders und ein anderer Teil
mit dem oberen Teil des Partikelabscheiders verbunden ist.
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Bei
der oben erwähnten
Ausführungsform umfasst
der mit dem oberen Teil des Abscheiders verbundene Teil der Hängemittel
bevorzugt Heißwasser-
oder Dampfrohre und kurze starre Hängestangen. Entsprechend umfasst
der mit dem Rückführkanal
oder dem unteren Teil des Partikelabscheiders verbundene Teil der
Hängemittel
bevorzugt kurze starre Hängestangen,
die mit einem langen horizontalen Einlassverteiler verbunden sind,
der Heißwasser
oder Dampf in vertikale Rohre eines gekühlten Rückführkanals oder des unteren Teils
des Partikelabscheiders einspeist.
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In
der Regel werden Partikel von der Wärmetauscheinheit zurück zum unteren
Teil der Feuerung über
einen Kanal geleitet, der eine biegsame Verbindung hat. Weil die
gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgehängte
Wärmetauscheinheit
mehr oder weniger den Wärmebewegungen
der Feuerung folgt, muss auch die biegsame Verbindung am Kanal zwischen
Wärmetauscheinheit
und Feuerung keinen sehr großen
Bewegungen standhalten, und es genügt eine Verbindung mit mäßiger Flexibilität.
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Im
Vergleich zu der im
US-Patent
Nr. 5,425,412 beschriebenen Wärmetauscheinheit sieht die
vorliegende Konstruktion auch eine kompakte Lösung vor, erfordert aber nicht
so viel Raum im unteren Teil der Feuerung. Somit gibt es viel Platz
für verschiedene
Anschlüsse
zur Einspeisung von z. B. Brennstoff, Bettmaterial, Sorbens und
Sekundärluft in
das Bett.
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Die
Hauptidee der vorliegenden Erfindung ist, dass die Aufhängung der
Wärmetauscheinheit keine
konstante Temperatur hat, sondern stattdessen hauptsächlich aus
Heißwasser-
oder Dampfrohren besteht, die in etwa der Temperatur der Rohrwände des
Kesselsystems folgen. Diese Konstruktion verringert bedeutend die
Relativbewegungen zwischen der Wärmetauscheinheit
und dem restlichen Kesselsystem. Somit sind keine Dehnungsverbindungen notwendig,
die eine große
Bewegung erlauben. Die verringerten Bewegungen reduzieren auch die
Kosten der Dehnungsverbindungen und lassen die Verwendung von Gewebefaltenbälgen anstelle
von sehr teuren Metallfaltenbälgen
zu.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
obige Kurzbeschreibung sowie weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden
Erfindung gehen vollständiger
aus der folgenden detaillierten Beschreibung der derzeit bevorzugten
aber nichtsdestoweniger verdeutlichenden Ausführungsformen gemäss der vorliegenden
Erfindung hervor, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
betrachtet werden. Es zeigt:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines Wirbelschichtverbrennungssystems
gemäß einer
ersten beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
andere schematische Seitenansicht eines Wirbelschichtverbrennungssystems
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung; und
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4 eine
schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 und 2 zeigen
ein Wirbelschichtverbrennungssystem 10 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Verbrennungssystem 10 wird
zur Erzeugung von Dampf benutzt und umfasst einen Feuerungsabschnitt 12;
einen Abscheiderabschnitt 14 (etwa einen Zyklonabscheider)
und eine Wärmetauschkammer 16.
Der Feuerungsabschnitt 12 umfasst ein senkrechtes wassergekühltes Gehäuse mit
einer Vorderwand 18, einer Rückwand 20, zwei Seitenwänden 22 und 24,
einem Boden 26 und einer Decke 28.
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Ein
Kanal 30 ist im oberen Teil des Feuerungsabschnitts 12 vorgesehen,
damit im Feuerungsabschnitt 12 erzeugte Verbrennungsrauchgase vom
Feuerungsabschnitt 12 zum Abscheiderabschnitt 14 fließen können. Es
versteht sich, dass ein zweckentsprechendes Kanalsystem (nicht dargestellt)
vorgesehen ist, damit die abgeschiedenen Gase vom oberen Teil des
Abscheiderabschnitts 14 zu einem Wärmerückgewinnungsabschnitt, Staubabscheider
und Schornstein (nicht dargestellt) fließen können.
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Die
Wände 18, 20, 22 und 24 des
Feuerungsabschnitts 12 sowie die Wände 74, 76, 80 und 82 des
Abscheiderabschnitts 14 werden von einer Vielzahl Wärmetauschrohre
gebildet, die zur Leitung von zu erhitzendem Fluid, etwa Wasser
oder Dampf, auf parallele, gasdichte Art gebildet sind. Ebenfalls leuchtet
es ein, dass eine Vielzahl Verteiler, von denen nur Verteiler 72 dargestellt
ist, an den beiden Enden einer jeden Rohrwand angeordnet ist, die
zusammen mit zusätzlichen
Rohren und damit verbunden Strömungskreisen
zur Leitung von Wasser durch die Wasserrohre des Reaktors auf konventionelle Weise
dienen.
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Ein
Luftverteilersystem, das eine Vielzahl Luftverteilerdüsen (nicht
dargestellt) umfasst, ist in entsprechenden, in einem Rohrpaneel 32 ausgebildeten Öffnungen
montiert, das sich über
den unteren Teil des Gehäuses 12 erstreckt.
Das Rohrpaneel 32 ist vom Boden 26 beabstandet,
um einen Luftkasten 34 zu bilden, der zur Aufnahme von
Luft aus einer externen Quelle (nicht dargestellt) und zur Verteilung der
Luft durch die Düsen
in den Feuerungsabschnitt 12 geeignet ist.
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Der
Abscheiderabschnitt 14 umfasst einen geraden oberen Teil 36,
einen trichterförmigen
unteren Teil 38 und einen Rückführkanal 40. Das abgeschiedene
Partikelmaterial fließt
aus dem Abscheiderabschnitt 14 durch den Rückführkanal 40 in
die Wärmetauschkammer 16.
Die Wärmetauschkammer 16 ist
kosteneffektiv aus Metallblechen hergestellt, die mit einer relativ
dicken Isolierschicht bedeckt sind, um sowohl Erosion als auch Wärmeverlust
aus der Kammer zu verhindern. Somit sind die Außenwände der Kammer 16 nicht
gekühlt.
Das Innere der Wärmetauschkammer 16 umfasst
selbstverständlich
Wärmetauschflächen (nicht
dargestellt), um Wärme
aus dem umlaufenden Partikelmaterial in ein Fluid, etwa Wasser oder
Dampf, zurückzugewinnen,
die durch das Innere der Wärmetauschflächen in
der Wärmetauschkammer 16 fließen.
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Aus
der Wärmetauschkammer 16 wird
das ständig
zirkulierende Material über
einen Kanal 44 zurück
zum Feuerungsabschnitt 12 des Verbrennungssystems 10 geleitet.
An den Kanal 44 kann ein Brennstoffzuteiler 46 anschließen, mit
dem Brennstoff enthaltendes Partikelmaterial in den Feuerungsabschnitt 12 eingeführt werden
kann. Zusätzliche
Zuteiler 48 für
Brennstoff sowie für
inertes Bettmaterial, ein Schwefel-adsorbierendes Mittel, usw. können im unteren
Teil des Feuerungsabschnitts 12 angeordnet sein. Sekundärluft wird
durch Einlässe 50 in
den Feuerungsabschnitt 12 eingeführt.
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Eine
Vielzahl sich vertikal erstreckender stählerner Stützsäulen 52 erstreckt
sich vom Boden 54 bis zu einer Vielzahl beabstandeter sich
horizontal erstreckender Träger 56.
Eine Vielzahl Hängestangen 58 erstreckt
sich von den Trägern
abwärts 56 zur Abstützung des
Feuerungsabschnitts 12 und des Abscheiderabschnitts 14.
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Der
vorliegenden Erfindung zufolge ist die Wärmetauschkammer 16 durch
eine Vielzahl kurzer Hängestangen 60 und 62 abgestützt, die
durch Heißwasser-
oder Dampfrohre abgestützt
sind. Bei der in 1 und 2 dargestellten
Ausführungsform
sind die Hängestangen 60 am
horizontalen Einlassverteiler 72 abgestützt, der eine planare Wand 74 des
Abscheiderabschnitts 14 mit Heißwasser oder Dampf versorgt.
Auch wenn sich der Rückführkanal 40 nach unten
verjüngt,
wie es aus 2 ersichtlich ist, behält die Wand 74 ihre volle
Breite bis zum Verteiler 72 hinunter bei, wodurch die Hängestangen 60 auf
beiden Seiten des Rückführkanals 40 angeschlossen
werden können.
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Bei
der Ausführungsform
von 1 und 2 können die Hängestangen direkt am Verteiler 72 der
Rohre von Wand 74 befestigt werden, weil der Rückführkanal
des Zyklonabscheiders des Abscheiderabschnitts 14 nichtsymmetrisch,
als Fortsetzung der Wand 74 angeordnet ist. Auf der gegenüberliegenden „Außenbord”-Seite
erstreckt sich die entsprechende Seitenwand 76 des Abscheiderabschnitts 14 nicht
so weit nach unten wie auf der „Innenbord”-Seite, weshalb ein andersartiges
Stützsystem
benutzt werden muss. Würde
sich eine starre Verbindungsstange von der Wärmetauschkammer 16 bis
zum oberen Teil 36 des Zyklonabscheiders des Abscheiderabschnitts 14 erstrecken,
würden
die relativen Wärmebewegungen
zwischen Innenbord- und Außenbordseite
groß sein,
und eine besondere Anordnung wäre
erforderlich, um den Unterschied auszugleichen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wenn eine Wärmetauschkammer 16 am
oberen Teil des Zyklonabscheiders des Abscheiderabschnitts 14 abgestützt werden
soll, werden vertikale Abschnitte 68 von Wasser- oder Dampfversorgungsleitungen 66 als
Teil des Stützsystems
benutzt. Die Hauptfunktion der Leitungen 66 besteht darin,
Wasser oder Dampf den Rohrwänden des
Abscheiderabschnitts 14 oder eines anderen Teils des Kesselsystems
des Verbrennungssystems 10 zuzuführen. Bei der in 1 und 2 dargestellten
Ausführungsform
ist der untere Teil des Vertikalabschnitts 68 der Versorgungsleitung 66 über eine kurze
Hängestange 62 mit
dem Wärmetauschabschnitt 16 verbunden.
Entsprechend ist der obere Teil des Vertikalabschnitts 68 der
Versorgungsleitung 66 über
eine kurze Hängestange 64 mit
dem oberen Teil des Zyklonabscheiders 14 verbunden.
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Weil
die Wärmedehnung
der Hängemittel
auf „Innenbord”- und „Außenbord”-Seite
der Wärmetauschkammer 16,
den beschriebenen Konstruktionen zufolge, sehr ähnlich sein kann, sind keine
besonderen Anordnungen notwendig, um ihren Unterschied ausgleichen.
Auch ist die Wärmedehnung
der Hängemittel
nahe der des Rückführkanals 40 und des
unteren Teils 38 des Abscheiderabschnitts 14, und
folglich reicht ein relativ kurzer Faltenbalg 70 zum Ausgleich
ihrer relativen Wärmebewegungen aus.
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Das
Aufhängungssystem
der Wärmetauschkammer 16 folgt
dicht der Wärmebewegung
des restlichen von oben abgestützten
Wirbelschichtreaktorsystems 10.
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Deshalb
kann die Verbindung zwischen der Wärmetauschkammer 16 und
dem unteren Teil der Feuerungsabschnitt 12 auch einfach
hergestellt werden, indem ein hauptsächlich geneigtes Rohr 44 benutzt
wird, das einen vertikalen Teil mit einem kurzen Faltenbalg 78 umfasst.
Die beschriebene Konstruktion ist kompakt insofern, als die Wärmetauschkammer 16 nahe
am Abscheiderabschnitt 14 und Feuerungsabschnitt 12 angeordnet
ist. Die Wärmetauschkammer 16 beansprucht
jedoch keinen Platz nahe dem unteren Teil des Feuerungsabschnitts 12 oder
in der Nähe
des Bodens 54. Deshalb bleibt viel Raum übrig, um
andere mögliche
Kanäle
und Behälter
nahe dem unteren Teil des Feuerungsabschnitts 12 anzuordnen.
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3 stellt
schematisch das Aufhängungssystem
einer Wärmetauschkammer 16 gemäß einer anderen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Tatsächlich zeigt 3 eine
Modifikation eines Teils von 1, wo Heißdampf oder
-wasser über
horizontale Eintrittsverteiler 84 den Wandrohren der Seitenwand 80 und
der Seitenwand 82 (die in dieser Figur nicht dargestellt
ist) des Abscheiderabschnitts 14 zugeführt wird. Die Wärmetauschkammer 16 ist mittels
starrer Hängestangen 86 abgestützt, die an
den Eintrittsverteilern 84 befestigt sind. 3 zeigt
drei Hängestangen,
aber ihre Anzahl kann bei praktischen Anwendungen variieren. Bei
Bedarf können
auch die in 1 und 3 dargestellten
Typen von Aufhängungsmitteln
kombiniert werden. Es ist auch möglich,
einen Teil, z. B. jedes fünfte
Rohr der Wandrohre von Wand 76 in 1 hinunter,
z. B. bis auf das Niveau des Eintrittsverteilers 84 zu
verlängern
und diese Rohre als Teil des Aufhängungssystems der Wärmetauschkammer 16 zu
nutzen.
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4 zeigt
schematisch ein Aufhängungssystem
einer Wärmetauschkammer 16 in
Verbindung mit einem symmetrischen Abscheiderabschnitt 14 gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 4 umfassen
alle Hängemittel der
Wärmetauschkammer 16 Vertikalabschnitte 68 von
Heißwasser-
oder Dampfrohren 66. Diese Vertikalabschnitte 68 sind
mit der Wärmetauschkammer 16 und
mit der Unterkante des zylindrischen oberen Teils 36 des
Abscheiderabschnitts 14 über kurze starre Hängestangen 62,
beziehungsweise 64, verbunden. Somit entspricht die Wärmedehnung
der Hängemittel
fast der im unteren Teil 38 des Abscheiderabschnitts 14 und
dem Rückführkanal 40,
und zum Ausgleich ihrer relativen Wärmebewegungen genügt ein kurzer
Faltenbalg 70.
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Während die
Erfindung hierin anhand von Beispielen im Zusammenhang mit den derzeit
für die bevorzugtesten
gehaltenen Ausführungsformen
beschrieben wurde, sollte es einleuchten, dass die Erfindung nicht
auf die beschriebenen Ausführungsformen
begrenzt ist, sondern verschiedene Kombinationen oder Modifikationen
ihrer Merkmale und mehrere andere Anwendungen abdecken soll, wie
sie in den beigefügten
Patentansprüchen
definiert sind.