EP0037858A1 - Dampfkraftwerk mit druckgefeuertem Dampferzeuger mit Fliessbettfeuerung - Google Patents

Dampfkraftwerk mit druckgefeuertem Dampferzeuger mit Fliessbettfeuerung Download PDF

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EP0037858A1
EP0037858A1 EP80200338A EP80200338A EP0037858A1 EP 0037858 A1 EP0037858 A1 EP 0037858A1 EP 80200338 A EP80200338 A EP 80200338A EP 80200338 A EP80200338 A EP 80200338A EP 0037858 A1 EP0037858 A1 EP 0037858A1
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steam
fluidized bed
steam generator
line
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    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
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    • F22B31/0007—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed
    • F22B31/0084—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/0007—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed
    • F22B31/0015—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed for boilers of the water tube type

Definitions

  • the present invention relates to a steam power plant with a pressure-fired steam generator with a fluidized bed fire according to the preamble of claim 1.
  • a major disadvantage of such steam generators is that, due to the high temperature, the tubes lying in the fluidized bed are exposed to the corrosive attack of the combustion gases and therefore have to be replaced in a relatively short time.
  • the combustion air is supplied to a steam generator 1 from a charging group 2 under pressure, for example 8-10 bar, via a main air line 3 in various ways.
  • the charging group 2 consists of a gas turbine 4 driven by the flue gases of the steam generator with an open circuit, a compressor 5 rigidly coupled to the gas turbine and a starting motor 6 which is used to start up and which is uncoupled after the stationary operating state of the system has been reached.
  • An air supply line 7 branches off from line 3, through which air is conveyed under a perforated inflow floor 8, which forms the moving bed grate.
  • the air flowing through acts as a carrier stream for the fuel particles, which are kept in suspension and form the fluidized bed.
  • Another part of the combustion air is branched off from the line 7 through a cooling air line 9 and directed at 10 into a cooling air space delimited by the outer shell 11 and inner shell 12 of the steam generator, from which it is provided in the inner shell 12 below the inflow base 8 Slots 13 exits under the inflow floor.
  • the ash discharge device 14, the coal feed device 15 and the additive feed device 16, with which an additive, such as limestone or dolomite, for admixing the sulfur compounds in a known manner, are symbolically indicated on the left side of the steam generator 1.
  • the fluidized bed is designated 17.
  • the flue gases flow in sequence in the boiler train through a pre-evaporator tube bundle 18, a superheater tube bundle 19 and an evaporator tube bundle 20.
  • the steam collector 21 is arranged outside the flue gas stream in the flow direction of the boiler water after the evaporator tube bundle 20.
  • the steam excreted in the steam collector 21 enters the superheater tube bundle 19 and further through a steam line 22 into a steam turbine 24 of a steam turbine generator group 23, the generator 25 of which supplies the mains current.
  • the exhaust steam from the turbine 24 passes into a condenser 26, from which a feed water pump 27 conveys the condensate into the pre-evaporator heating bundle 18.
  • a bypass flue gas duct is provided, which is separated from the flue gas duct by partitions 28, 29 and 30, which form three short ducts.
  • a bypass flow control flap 31, 32 and 33 in each of these channels enables the flue gas flow through the individual sections of the flue gas flue with the three steam heating surfaces 18, 19 and 20 individually or combined in fine stages to control or regulate and, in cooperation with other regulators described below, to fine-tune the steam output and the temperature of the flue gases after the boiler to the respective requirements.
  • the flue gases pass from the steam generator 1 through a flue gas discharge line 34 into a cyclone dust separator 35, in which a large part of the unburned dust-like components is separated out. These are discharged with part of the flue gases via a dust return line 36 into an injector 37, which blows them into the fluidized bed through a dust introduction line 38.
  • a part of the remaining, partially dedusted flue gas passes into a secondary flow control circuit, consisting of a flue gas bypass line 39, 40, a flue gas bypass flap 41, a flue gas cooler 42 and a fan 43:
  • a flue gas bypass line 39, 40 When the flap 41 is open, the flue gas from the fan 43 is partly mentioned in the injector 37 Dust injection is conveyed via line 38 into the fluidized bed and partly into a flue gas / air mixer 44.
  • flue gas is mixed with combustion air branched off from line 3 in such a ratio and introduced through line 45 under the fluidized bed that the fluidized bed temperature is kept at an optimal value in connection with the other control options.
  • the main coolant for the flue gas cooler 42 is water, which, because of the relatively high flue gas temperature, which can still be 500 ° C., for example, is used to generate steam, for example working or heating steam or else to overheat the turbine steam can be.
  • a secondary bypass line 46 branches off from the flue gas bypass line 39, 140 in front of the flue gas bypass flap 41, in which a secondary bypass control flap 47 is provided and which opens in front of the fan 43 into the bypass line 40, via which the majority of the flue gas bypass branched off for temperature control in the fluidized bed normally flows.
  • the steam output can be varied or varied within a wide range . be managed.
  • the means with which the objectives of the invention are achieved thus consist of the three control flaps 31, 32, 33 in the steam generator, the flue gas bypass lines 39, 40, 46 and the flaps 41, 47 provided in these lines, as well as the cooler 42 and the fan 43.
  • the coolant flow through the cooler and the delivery capacity of the fan, the fluidized bed can be kept at an allowable temperature by avoiding the disadvantages that are associated with cooling pipes laid in the fluidized bed by the heat dissipation in the cooler 42 and the heat transferred to the heating surfaces in the steam boiler Optimally adapt the heat to the required steam output.

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Abstract

Dampfkraftwerk mit druckgefeuertem Dampferzeuger (1) mit Fließbettfeuerung und durch die Rauchgase der Feuerung angetriebener Ladegruppe (2), wobei die Kesselheizflächen (18, 19, 20) ausschließlich außerhalb der Wirbelschicht (17) des Fließbettes angeordnet und im Dampferzeuger (1) Nebenstromregelklappen (31, 32, 33) zur Steuerung und Regelung der Dampfleistung vorgesehen sind. Zu diesem Zweck und zur Kühlung der Wirbelschicht ist außerdem eine Rauchgasnebenstromleitung (39, 40) mit mindestens einer Nebenstromregelklappe (41), einem Rauchgaskühler (42) und einem Ventilator (43) vorhanden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dampfkraftwerk mit druckgefeuertem Dampferzeuger mit Fliessbettfeueruhg nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei den bekannten druckgefeuerten Dampferzeugern mit Fliessbettfeuerung wird die Verbrennungswärme grösstenteils auf die in der Wirbelschicht der Fliessbettfeuerüng liegenden Wasserrohre übertragen; um eine Kühlung der Wirbelschicht und die optimale Verbrennungstemperatur zu erhalten.
  • Ein grosser Nachteil solcher Dampferzeuger liegt darin, dass infolge der hohen Temperatur die in der Wirbelschicht lie- 'genden Rohre dem korrosiven Angriff der Verbrennungsgase ausgesetzt sind und daher in verhältnismässig kurzer Zeit erneuert werden müssen.
  • Statt durch solche in die Wirbelschicht verlegte Kühlrohre kann die Verbrennungswärme der Wirbelschicht auch durch einen erhöhten Luftdurchsatz entzogen werden. Dies bringt aber den Nachteil mit sich, dass dann die Turbine ein grösseres Rauchgasvolumen zu verarbeiten hat und die Ladegruppe ebenso wie der Filter dementsprechend grösser dimensioniert werden muss. Mit der vorliegenden, im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierten Erfindung sollen diese Nachteile vermieden und darüber hinaus ein Dampfkraftwerk mit druckgefeuertem Dampferzeuger geschaffen werden, das hohe Ansprüche in Bezug auf guten Wirkungsgrad, gute Regelbarkeit und wirtschaftlichen Betrieb erfüllt.
  • Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
  • Einem Dampferzeuger l wird die Verbrennungsluft von einer Ladegruppe 2 unter Druck, beispielsweise 8 - 10 bar, über eine Lufthauptleitung 3 auf verschiedenen Wegen zugeführt. Die Ladegruppe 2 besteht aus einer von den Rauchgasen des Dampferzeugers angetriebenen Gasturbine 4 mit offenem Kreislauf, einem mit der Gasturbine starr gekuppelten Verdichter 5 und einem zum Anfahren dienenden Startmotor 6, der nach Erreichen des stationären Betriebszustandes der Anlage abgekuppelt wird.
  • Von der Leitung 3 zweigt eine Luftzuführleitung 7 ab, durch die Luft unter einen gelochten Anströmboden 8 gefördert wird, der den Fliessbettrost bildet. Die durchströmende Luft wirkt als Trägerstrom für die Brennstoffpartikel, die damit in Schwebe gehalten werden und die Wirbelschicht bilden. Ein weiterer Teil der Verbrennungsluft wird aus der Leitung 7 durch eine Kühlluftleitung 9 abgezweigt und bei 10 in einen vom Aussenmantel 11 und Innenmantel 12 des Dampferzeugers begrenzten Kühlluftraum geleitet, aus dem sie durch unterhalb des Anströmbodens 8 im Innenmantel 12 vorgesehene Schlitze 13 unter dem Anströmboden austritt.
  • Symbolisch angedeutet sind an der linken Seite des Dampferzeugers 1 die Aschenaustrageinrichtung 14, die Kohlezuführeinrichtung 15 und die Additivzuführeinrichtung 16, mit der in bekannter Weise der Kohlenwirbelschicht ein Zusatz, wie beispielsweise Kalkstein oder Dolomit, zur Neutralisierung der Schwefelverbindungen beigemischt wird. Die Wirbelschicht ist mit 17 bezeichnet.
  • Die Rauchgase durchströmen im Kesselzug der Reihe nach ein Vorverdampferrohrbündel 18, ein Ueberhitzerrohrbündel 19 und ein Verdampferrohrbündel 20. Der Dampfsammler 21 ist ausserhalb des Rauchgaszuges in Flussrichtung des Kessel- - wassers nach dem Verdampferrohrbündel 20 angeordnet. Der im Dampfsammler 21 ausgeschiedene Dampf gelangt in das Ueberhitzerrohrbündel 19 und weiter durch eine Dampfleitung 22 in eine Dampfturbine 24 einer Dampfturbogeneratorgruppe 23, deren Generator 25 den Netzstrom liefert. Der Abdampf aus der Turbine 24 gelangt in einen Kondensator 26, aus dem eine Speisewasserpumpe 27 das.Kondensat in das Vorverdampferheizbündel 18 fördert.
  • Parallel zum Rauchgaszug, in dem sich die drei Dämpfheizflächen 18, 19, 20 befinden, ist ein Nebenstromrauchgaskanal vorgesehen, der gegenüber dem Rauchgaszug durch Trennwände 28, 29 und 30 separiert ist,die drei kurze Kanäle bilden. Je eine Nebenstromregelklappe 31, 32 und 33 in diesen Kanälen ermöglichen es, den Rauchgasstrom durch die einzelnen Abschnitte des Rauchgaszuges mit den drei Dampfheizflächen 18, 19 und 20 einzeln oder kombiniert feinstufig zu steuern oder zu regeln und damit im Zusammenwirken mit weiteren, im folgenden beschriebenen Regelorganen die Dampfleistung sowie die Temperatur der Rauchgase nach dem Kessel dem jeweiligen Bedarf feinstufig anzupassen.
  • Aus dem Dampferzeuger 1 gelangen die Rauchgase durch eine Rauchgasableitung 34 in einen Zyklonstaubabscheider 35, in dem ein grosser Teil der unverbrannten staubförmigen Bestandteile ausgeschieden wird. Diese werden mit einem Teil der Rauchgase über eine Staubrückführleitung 36 in einen Injektor 37 abgeführt, der sie durch eine Staubeinführleitung 38 in die Wirbelschicht einbläst.
  • Vom restlichen, teilentstaubten Rauchgas gelangt ein Teil weiter in einen Nebenstromregelkreis, bestehend aus einer Rauchgasnebenstromleitung 39, 40, einer Rauchgasnebenstromklappe 41, einem Rauchgaskühler 42 und einem Ventilator 43: Bei offener Klappe 41 wird das Rauchgas vom Ventilator 43 teils in den Injektor 37 zur erwähnten Staubeinblasung über die Leitung 38 in die Wirbelschicht und teils in einen Rauchgas/Luft-Mischer 44 gefördert. In letzterem wird Rauchgas mit aus der Leitung 3 abgezweigter Verbrennungsluft in einem solchen Verhältnis gemischt und durch eine Leitung 45 unter das Fliessbett eingeführt, dass die Wirbelschichttemperatur in Verbindung mit den anderen Regelüngsmöglichkeiten auf einem jeweils optimalen Wert gehalten wird.
  • Als Kühlmittel für den Rauchgaskühler 42 kommt hauptsächlich Wasser in Frage, wobei dieses wegen der verhältnismässig hohen Rauchgastemperatur, die z.B. noch 500°C betragen kann, zur Erzeugung von Dampf, z.B. Arbeits- oder Heizdampf oder aber auch zur Ueberhitzung des Turbinendampfes, verwendet werden kann.
  • Von der Rauchgasnebenstromleitung 39, 140 zweigt vor der Rauchgasnebenstromklappe 41 eine sekundäre Nebenstromleitung 46 ab, in der eine sekundäre Nebenstromregelklappe 47 vorgesehen ist und die vor dem Ventilator 43 in die Nebenstromleitung 40 mündet, über die normalerweise der Hauptteil des für die Temperaturregelung im Wirbelbett abgezweigten Rauchgasnebenstromes fliesst.
  • Mit den zwei vorerwähnten Nebenstromregelkreisen und den drei Nebenstromregelklappen 31, 32 und 33 im Dampferzeuger 1 sowie durch entsprechende Dosierung der in den Injektor 37 und in den Rauchgas/Luft-Mischer 44 abzuzweigenden abgekühlten Rauchgase bzw. Verbrennungsluft kann die Dampfleistung in einem weiten Bereich variiert bzw. geregelt werden.
  • Der Teil der Rauchgase, der hinter dem Zyklonabscheider 35 nach der Abzweigung der Leitung 39 noch übrigbleibt, naturgemäss der Hauptteil der im Dampferzeuger 1 gebildeten Rauchgase, gelangt nach Passieren eines Elektrofilters 48, aus dem der dort abgeschiedene Reststaub durch eine Staubableitung 49 entfernt wird, über eine Turbinenrauchgaszuleitung 50 zur Arbeitsleistung in die Gasturbine 4.
  • Wie bei allen Dampferzeugern mit Fliessbettfeuerung werden die Heizflächen des Dampfsystems infolge des hohen Staubgehalts der Rauchgase nach der Wirbelschicht verhältnismässig rasch verschmutzen, so dass auch für diese Anlage eine Reinigungseinrichtung, beispielsweise nach dem Prinzip des Abklopfens oder Kugelstrahlens, vorgesehen werden muss. Die Mittel, mit denen die Ziele der Erfindung erreicht werden, bestehen also aus den drei Regelklappen 31, 32, 33 im Dampferzeuger, den Rauchgasnebenstromleitungen 39, 40, 46 und den in diesen Leitungen vorgesehenen Klappen 41, 47 sowie dem Kühler 42 und dem Ventilator 43. Durch die Stellung der . Klappen, den Kühlmitteldurchfluss durch den Kühler und die Förderleistung des Ventilators lässt sich die Wirbelschicht unter Vermeidung der Nachteile, die in der Wirbelschicht verlegte Kühlrohre mit sich bringen, durch die Wärmeabfuhr im Kühler 42 auf einer zulässigen Temperatur halten und die auf die Heizflächen im Dampfkessel übertragene Wärme der jeweils erforderlichen Dampfleistung optimal anpassen.
    • B e z e i c h n u n g s l i s t e
    • 1 Dampferzeuger
    • 2 Ladegruppe
    • 3 Lufthauptleitung
    • 4 Gasturbine
    • 5 Verdichter
    • 6 Startmotor
    • 7 Luftzuführleitung
    • 8 Anströmboden
    • 9 Kühlluftleitung
    • 10 Eintrittsstelle der Kühlluft
    • 11 Aussenmantel des Dampferzeugers
    • 12 Innenmantel des Dampferzeugers
    • 13 Schlitze im Innenmantel 12
    • 14 Aschenaustrageinrichtung
    • 15 Kohlezuführeinrichtung
    • 16 Additivzuführeinrichtung
    • 17 Wirbelschicht
    • 18 Vorverdampferrohrbündel
    • 19 Ueberhitzerrohrbündel
    • 20 Verdampferrohrbündel
    • 21 Dampfsammler
    • 22 Dampfleitung
    • 23 Dampfturbogeneratorgruppe
    • 24 Dampfturbine
    • 25 Generator
    • 26 Kondensator
    • 27 Speisewasserpumpe
    • 28 Trennwand
    • 29 Trennwand
    • 30 Trennwand
    • 31 Nebenstromregelklappe
    • 32 Nebenstromregelklappe
    • 33 Nebenstromregelklappe
    • 34 Rauchgasableitung
    • 35 Zyklonstaubabscheider
    • 36 Staubrückführleitung
    • 37 Injektor
    • 38 Staubeinführleitung
    • 39, 40 Rauchgasnebenstromleitung
    • 41 Rauchgasnebenstromklappe
    • 42 Rauchgaskühler
    • 43 Ventilator
    • 44 Rauchgas/Luft-Mischer
    • 45 Leitung
    • 46 Sekundäre Rauchgasnebenstromleitung
    • 47 Sekundäre Rauchgasnebenstromregelklappe
    • 48 Elektrofilter
    • 49 Staubableitung
    • 50 Turbinenrauchgaszuleitung

Claims (2)

1. Dampfkraftwerk mit druckgefeuertem Dampferzeuger mit Fliessbettfeuerung, mit einer von den Rauchgasen des Dampferzeugers angetriebenen, aus einer Gasturbine und einem Verdichter bestehenden Ladegruppe, die die verdichtete Verbrennungsluft unter das Fliessbett fördert, um auf diesem eine Wirbelschicht zu bilden, mit Einrichtungen zur Abscheidung, Filterung und Abführung der im Rauchgas enthaltenen staubförmigen Verunreinigungen sowie zur Steuerung und Regelung der Dampfleistung für die Dampfturbogeneratorgruppe, dadurch gekennzeichnet, dass alle Kesselheizflächen (18, 19, 20) ausserhalb der Wirbelschicht (17) des Fliessbettes angeordnet sind und dass die Einrichtungen zur Steuerung und Regelung der Dampfleistung aus im Dampferzeuger (1) angeordneten Nebenstromregelklappen (31, 32, 33) für das Rauchgas und aus einer nach dem Dampferzeuger (1) aus der Rauchgasableitung (34) abzweigenden Rauchgasnebenstromleitung (39, 40) bestehen, in der eine Rauchgasnebenstromklappe (41), ein Rauchgaskühler (42) und ein Ventilator (43) angeordnet sind und die unter dem Fliessbett in den.Dampferzeuger (1) einmündet.
2. Dampfkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine sekundäre Rauchgasnebenstromleitung (46) vorgesehen ist, die eine Stelle der Rauchgasnebenstromleitung (39, 40) vor der Rauchgasnebenstromklappe (41) mit einer Stelle der Rauchgasnebenstromleitung (39, 40) nach dem Rauchgaskühler (42) verbindet und eine sekundäre Rauchgasnebenstromklappe (47) enthält, dass aus der .Rauchgasnebenstromleitung (39, 40) nach dem Ventilator . (43) eine Rauchgasabzweigung in einen Injektor (37) zur Einblasung von aus der Rauchgasableitung (34) abgeschiedenen festen unverbrannten Bestandteilen in das Wirbelbett vorhanden ist, und dass in der Rauchgasnebenstromleitung (39, 40) vor ihrer Einführung unter das Fliessbett des Dampferzeugers (1) ein Rauchgas/Luft-Mischer (44) vorgesehen ist, der mit einer Abzweigung aus der Lufthauptleitung (3) in Verbindung steht.
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