DE69013143T2

DE69013143T2 - Kraftwerk mit feuerung von brennstoffen in einem wirbelbett.

Info

Publication number: DE69013143T2
Application number: DE69013143T
Authority: DE
Inventors: Arne Jonsson
Original assignee: ABB Stal AB
Current assignee: ABB Stal AB
Priority date: 1989-02-10
Filing date: 1990-02-08
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2010-02-09
Also published as: AU626999B2; FI92522C; EP0457839B1; AU5156690A; FI92522B; DE69013143D1; SE8900461D0; ATE112619T1; WO1990009550A1; US5176089A; DK0457839T3; EP0457839A1; JPH04503245A; SE462445B; FI913784A0; CA2046616A1; ES2066195T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage mit Verbrennung von Brennstoff bei einem überatmosphärischen Druck in einem Wirbelbett aus partikelförmigem Material in einer Brennkammer, die in einem Druckgefäß angeordnet ist und von komprimierter Verbrennungsluft umgeben ist, die sich in dem Raum zwischen den Druckgefäß und dem Bettgefäß befindet, einer sogenannten PFBC-Kraftwerksanlage. PFBC sind die Anfangsbuchstaben des englischen Ausdruckes "Pressurized Fluidized Bed Combustion".

Stand der Technik und technisches Problem

Brennkammern zur Verbrennung von Brennstoff, gewöhnlich Kohle, in einem Wirbelbett sind vorteilhafterweise mit einem sogenannten offenen Boden versehen, der aus parallelen Luftverteilungsrohren für Verbrennungsluft für einen Verbrennungsraum oberhalb des Bodens besteht. Diese Brennkammern sind mit einer oder - bei großen Brennkammern - mit mehreren trichterförmigen Aschenkammern unterhalb der Rohre des Luftverteilungsbodens versehen. Rückstandsprodukte, nämlich Rückstände des Brennstoffes und verbrauchtes in Bettmaterial vorhandenes Absorbermaterial, passieren durch Spalte zwischen den Luftverteilerrohren zu der Aschenkammer oder den Aschenkammern. Die Spalte zwischen den Rohren sollten so bemessen sein, daß Schlackeklumpen, die sich während des normalen Betriebes bilden, frei durch die Spalte hindurchpassen, damit sie nicht die Verbrennung stören. Es ist erwünscht, daß der nach unten gerichtete Fluß in die Aschenkammer sich gleichmäßig über den Querschnitt der Brennkammer verteilt. Um eine geringe Gesamthöhe und einen gleichmäßigen Materialfluß zu erhalten, sind große Brennkammern daher mit einer Mehrzahl von Aschenkammern versehen, die an ihrer dem Brennkammerboden am nächsten gelegenen Stelle einen rechteckigen Querschnitt haben. Die Aschenkammern können die Gestalt einer auf den Kopf gestellten Pyramide haben oder die Gestalt eilnes Trichters mit einem rechteckigen Querschnitt, der in einen kreisförmigen Querschnitt übergeht, so daß sein unterster Teil die Form eines Konus hat. Eine Kraftwerksanlage mit einer Brennkammer dieser Art wird in detaillierterer Form in der EP-A-289 974 beschrieben.
Zwischen den Aschenkammern und dem umgebenden Raum innerhalb des Druckgefäßes kann die Druckdifferenz etwa 1 bar betragen, was bedeutet, daß auf die Aschenkammern große Kräfte wirken. Da die Temperatur auch in der Aschenkammer groß ist, besonders im obersten Teil, sind die Wände der Aschenkammer aus gekühlten Paneelwänden hergestellt, die von Kühlwasser durchflossen werden, um eine ausreichende Festigkeit zu erhalten. Eine Konstruktion der Aschenkammer mit wassergekühlten Paneelwänden in einer Brennkammer mit einer Mehrzahl von Aschenkammern kompliziert die Ausführung und hat hohe Herstellungskosten und Montagekosten zur Folge.

Zusammenfassung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aschenkammer-Sektionen einer Brennkammer einfacher zu gestalten und weniger kostspielig zu machen. Gemäß der Erfindung ist die Brennkammer mit einer Mehrzahl von Aschenkammern versehen, die alle oder in Gruppen in Räumen eingeschlossen sind, die von dem Raum zwischen der Brennkammer und dem Druckgefäß getrennt sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Wände der Aschenkammern nicht Kräften ausgesetzt sind, die durch eine Druckdifferenz zwischen der Aschenkammer und der Umgebung verursacht werden. Durch die Anordnung von Druckausgleichsöffnungen in den Wänden der Aschenkammern wird ein Druckausgleich zwischen der Aschenkammer und dem umgebenden Raum erreicht, wenn der Betriebsdruck der Anlage bei Änderungen der Last sich verändert.
Die Wände der Aschenkammern tragen nur die durch das Bettmaterial und-der Rückstandsprodukte aus der Brennkammer verursachte Last, und es kann ihnen eine ausreichende Festigkeit verliehen werden, und zwar auch bei einer relativ hohen Wandtemperatur. Die Aschenkammern brauchen daher nicht mit gekühlten Wänden versehen zu werden, wodurch man eine einfache Konstruktion und geringe Kosten erreicht Die Druckdifferenz zwischen der Aschenkammer und dem Raum zwischen der Brennkammer und dem Druckgefäß wird von den Wänden aufgenommen, welche den Raum, in welchem die Aschenkammer angeordnet ist, umgeben. Diese Wände sind eben und einfach herzustellen, auch wenn sie als wassergekühlte Paneelwände ausgeführt werden. Die auf die Wände wirkenden Kräfte werden zum Teil durch die Ausbildung von Biegespannungen in den Wänden aufgenommen und zum Teil durch Stützvorrichtungen, welche die Wände miteinander verbinden, und/oder durch Stützvorrichtungen, welche die Wände mit einem Rahmenwerk verbinden.
Andere Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Figuren 1 und 2 schematisch zwei Ausführungsformen einer PFBC-Kraftwerksanlage, bei der die Erfindung angewendet ist,
Figur 3 einen Schnitt längs der Linie A-A in Figur 2,
Figur 4 einen Schnitt längs der Linie B-B in Figur 3,
Figur 5 einen Schnitt längs der Linie C-C in Figur 2 und
Figur 6 eine perspektivische Skizze, zum Teil im Schnitt, des unteren Teils einer Brennkammer.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

In den Figuren bezeichnet 10 ein Druckgefäß. In diesem sind untergebracht eine Brennkammer 12, eine durch einen Zyklon symbolisierte Reinigungsanlage 14 zur Abscheidung von Staub aus den Verbrennungsgasen, die bei der Verbrennung von Brennstoff in einem Wirbelbett 16 im Verbrennungsraum der Brennkammer 12 erzeugt werden. Die Verbrennungsgase werden in dem Freiraum 20 gesammelt, in der Reinigungsanlage 14 gereinigt und über die Leitung 22 zur Turbine 24 geleitet. Die Turbine 24 treibt einen Generator 26 und einen Kompressor 28, welcher über die Leitung 30 den Raum 32 zwischen Druckgefäß 10 und Brennkammer 12 sowie die Reinigungsanlage 14 mit komprimierter Verbrennungsluft versorgt. In dem Verbrennungsraum 18 des Bettgefäßes sind Rohre 34 untergebracht zur Erzeugung von Dampf für eine nicht dargestellte Dampfturbine. Brennstoff wird der Brennkammer 12 über die Leitung 36 und nicht dargestellte Düsen zugeführt.
Die Brennkammer 12 ist mit einem offenen Boden 38 versehen, der aus einer Anzahl langgestreckter Luftverteilungsrohre 40 besteht, die mit Luftdüsen 42 versehen sind für die Zuführung von Verbrennungsluft zur Fluidisation des Bettes 16 und zur Verbrennung des zugeführten Brennstoffes. Dieser Boden unterteilt die Brennkammer in einen oberen Teil mit dem Verbrennungsraum und dem Freiraum 20 und einen unteren Teil, der aus einer Anzahl trichterförmiger Aschenkammern 44 besteht. In großen Brennkammern bedeutet die Anordnung einer Anzahl von Aschenkammern, daß keine komplizierten inneren Vorrichtungen in den Aschenkammern zur Steuerung des Ascheflusses zu einem Ausgang erforderlich sind. Die für einen guten Aschefluß erforderliche Höhe wird kleiner. Die Beanspruchungen der Wände der Aschenkammer werden geringer wegen eines kleineren Materialvolumens in jeder einzelnen Aschenkammer. Zwischen den Rohren 40 sind Öffnungen 46 vorhanden, durch welche Bettmaterial und Rückstandsprodukte in die Aschenkammern 44 passieren können, um dann durch Leitungen 48 und nicht dargestellte Abführvorrichtungen abgeführt werden. Die Aschekammern 44 sind trichterförmig ausgebildet mit einem oberen rechteckigen Teil, der an ein einziges konisches Teil angeschlossen ist.
Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform sind alle Aschenkammern 44 in einem gemeinsamen Raum 50 untergebracht, der von wassergekühlten Paneelwänden 52 und einem wassergekühlten Paneelboden 53 umgeben ist. Aus dem Raum 32 wird den Rohren 40 Luft durch den sich quer erstreckenden Kanal 54, dessen Wände 56 gekühlt werden, zugeführt. Zur Kühlung der Asche werden die Aschenkammern 44 mit spezieller gekühlter Luft über Rohre 58 mit Düsen 60 versorgt. Die Wände 62 der Aschenkammern 44 haben druckausgleichende Öffnungen 64, die den Druck zwischen den Aschenkammern 44 und dem umgebenden Raum 50 ausgleichen. Diese Öffnungen verhindern den Aufbau einer signifikanten Druckdifferenz zwischen der Aschenkammer 44 und dem Raum 50. Da die Wände 62 der Aschenkammer keine Kräfte infolge der Druckdifferenz aufzunehmen brauchen, sondern nur Kräfte durch das in ihnen befindliche Material, welches in einem gewissen Maße durch Luft gekühlt wird, ist es möglich, die Aschenkammern mit ungekühlten Wänden zu bauen. Dies ist von großem Wert, da sie eine komplizierte Form haben, so daß eine Ausführung mit wassergekühlten Paneelwänden eine viel teurere Konstruktion benötigen würden. Die Wände 52 um den Raum 50, welche anstelle der Wände 62 der Aschenkammern die Druckdifferenz aufnehmen, sind eben und leicht herzustellen und können leicht durch Rahmen zur Aufnahme von Kräften infolge der Druckdifferenz abgestützt oder mit solchen versehen werden. Sie können ohne Kühlung oder als wassergekühlte Paneelwände wie in Figur 1 ausgeführt werden. Die Öffnungen 64 in der Wand 62 der Aschenkammer sind als Aschenschlösser ausgeführt.
In dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 bis 5 sind die Aschenkammern 44 in zwei parallele Gruppen unterteilt. Jede dieser Gruppen befindet sich in einem Raum 50. Die sich gegenüberliegende Wände 52a bilden einen engen Kanal 66, der an seinen Enden von Endplatten 68 und durch einen Boden 70 mit Öffnungen 72 begrenzt wird. Die Luft aus dem Raum 32 wird den Rohren 40 über den Kanal 66 zugeführt. Anlaßbrenner oder Anlaßbrennkammer 74 können in den Öffnungen 72 angeordnet sein. Der Kanal 66 und die Luftrohre 40 stehen miteinander über Hülsen 76 (Thermohülsen) in Verbindung, die eine thermische Bewegung zwischen den Rohren 40 und dem Kanal 66 zulassen.
Die auf die ebenen Wände 52 zwischen dem Raum 50 und dem Raum 32 infolge der Druckdifferenz, welche bis etwa 1 bar beträgt, wirkenden Kräfte sind groß. Um die Biegebeanspruchungen in den Paneelwänden zu reduzieren, sind diese miteinander über lastaufnehmende Stützen 78 und/oder mittels lastaufnehmender nicht dargestellter Rahmenwerke verbunden.

Claims

1. Kraftwerksanlage mit Verbrennung von Brennstoff, vorzugsweise Kohle, bei einem überatmosphärischen Druck in einem Wirbelbett (16) aus partikelförmigem Material

- mit einer Brennkammer (12), die in einem Druckgefäß (10) eingeschlossen ist und von komprimierter Verbrennungsluft in einem Raum (32) zwischen der Brennkammer (12) und dem Druckgefäß (10) umgeben ist,

- mit einer Anzahl von parallelen Luftverteilerrohren (40) mit Düsen (42), die einen Bettboden (38) bilden und die Brennkammer in einen oberen Teil mit einem Verbrennungsraum (18) und einem Freiraum (20) über dem Wirbelbett (16) und in einen unteren Teil unterteilen, welcher erste Wände (62) hat, die mindestens zwei Aschenkammern (44) zur Abführung von Asche und verbrauchtem Bettmaterial abgrenzen,

- mit Spalten (46) zwischen den Luftverteilerrohren (40), durch welche Asche und Bettmaterial aus dem Verbrennungsraum (18) in die Aschenkammer (44) passieren können,

- mit einem unter dem Bettboden (38) vorhandenen Kanal (66) zwischen den Aschenkammern (44), von welchem Kanal aus die Luftverteilerrohre (40) mit Verbrennungsluft aus dem Raum (32) zwischen der Brennkammer (12) und dem Druckgefäß (10) versorgt werden, zur Fluidisation des Bettes (16) und zur Verbrennung von Brennstoff in Bett (16),

dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Aschenkammern (44) in einem Raum (50) angeordnet sind, der durch umgebende zweite Wände (52, 52a, 53) von dem genannten Raum für komprimierte Verbrennungsluft in den Druckgefäß (10) abgegrenzt sind.

2. Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Räumen (50) vorhanden ist, welche Räume von dem Raum (32) für komprimierte Luft in dem Druckgefäß (10) getrennt sind und daß jeder dieser Räume (50) eine oder mehrere Aschenkammer/n (44) umgibt.

3. Kraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Brennkammer (12) rechteckig ist,

- daß die Brennkammer (12) eine Mehrzahl getrennter Aschenkammern (44) hat, die durch die genannten ersten Wände (62) definiert werden und in zwei oder mehr parallelen Reihen angeordnet sind,

- daß jede der parallelen Reihen aus Aschenkammern (44) in einem langgestreckten Raum (50) eingeschlossen ist, der von umgebenden gekühlten zweiten Wänden (52, 52a, 53) definiert wird, und

- daß die Luftverteilungsrohre mit einem Kanal (66) in Verbindung stehen, der zwischen zwei langgestreckten Räumen gebildet wird.

4. Kraftwerksanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß der genannte Kanal (66) zwischen den langgestreckten Räumen (50), die von den genannten umgebenden gekühlten zweiten Wänden (52, 52a, 53) definiert werden, gegenüber dem Raum (32) zwischen dem Druckgefäß (10) und der Brennkammer (12) durch einen Boden (70) und Endwände (68) abgegrenzt ist,

- daß Öffnungen in dem genannten Boden (70) vorhanden sind und

- daß Anfahrbrenner oder Anfahrbrennkammern in oder neben den genannten Öffnungen angeordnet sind.

5. Kraftwerksanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kräfte aufnehmende Elemente (78) vorhanden sind, welche die gekühlten zweiten Wände (52, 53) der Räume (50), welche die Aschenkammern (44) umgeben, miteinander verbinden.

6. Kraftwerksanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (62) der Aschenkammern (44) mit Öffnungen (64) zum Ausgleich des Druckes zwischen den Aschenkammern (44) und dem umgebenden Raum (50) versehen sind.