EP0068301B1 - Dampferzeuger mit zirkulierender atmosphärischer oder druckaufgeladener Wirbelschichtfeuerung - Google Patents

Dampferzeuger mit zirkulierender atmosphärischer oder druckaufgeladener Wirbelschichtfeuerung Download PDF

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EP0068301B1
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evaporator
fluidized bed
load
heating
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Deutsche Babcock Anlagen AG
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    • 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 of dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/0007—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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a steam generator with circulating atmospheric or pressure-charged fluidized bed combustion consisting of a fluidized bed combustion chamber, fluid bed cooler and waste heat steam generator, in which feed water preheater, evaporator, superheater and reheater heating surfaces are arranged, the entire evaporator heating surface being distributed over at least one of the partial areas, one of which being divided into several areas Fluid bed cooler and arranged in the fluidized bed combustion chamber and a method for its regulation.
  • Methods for performing processes in a circulating atmospheric fluidized bed are e.g. known from DE-B No. 2539546 and DE-A No. 2624302. They offer the advantage that in addition to the combustion smoke gases, a second heat transfer medium, the internally and externally circulating bed material, is available for heat transfer purposes.
  • the invention is based on a steam generator of the type mentioned at the outset. It is based on the task of improving this steam generator by means of a special design of the evaporator which permits advantageous regulation of the steam generator.
  • heating surfaces arranged in the fluidized bed coolers are subjected to an increasing amount as the load increases and with a decreasing amount of circulating solid matter from the fluidized bed as the load decreases.
  • the heating surfaces of the steam generator according to the invention can be flowed through according to the natural circulation, forced circulation or forced circulation principle.
  • the design and distribution of the evaporator heating surfaces is carried out in such a way that the cooling and the stability of the flow are ensured and that temperature imbalances due to unfavorable distribution of the water / steam mixture are avoided.
  • the advantages associated with the invention are that the lowest partial loads of the steam generator are possible.
  • the steam generator can be regulated well by dividing the entire evaporator heating surface into two or more heating surfaces. Any deviations in the heat absorption of the evaporator heating surfaces can be easily corrected either by subsequently changing the solids supply to the fluid bed cooler or by increasing or reducing the easily accessible heating surfaces in the fluid bed cooler.
  • FIG. 1 and 2 show the system diagram of a steam generator according to the invention with circulating fluidized bed combustion.
  • the steam generator comprises a vortex combustion chamber 1, to which a coal / lime mixture is supplied via a line 2 and primary combustion air is supplied via floor nozzles 3 or lateral injection.
  • the coal / lime mixture can also be blown in directly by means of a primary air stream.
  • secondary combustion air is added via side nozzles 18.
  • the solids discharged with the gas from the vortex combustion chamber 1, which is essentially ash, are separated off in a recycle cyclone 4.
  • the return cyclone 4 is followed by two parallel solid lines 5 and 6, which open into the fluidized bed combustion chamber 1.
  • a fluid bed cooler 7 is provided in the one solid line 6, and a control element 8 is arranged in front of the solid inlet.
  • the separated solids are fed to the fluidized-bed combustion chamber 1 either directly via the solid line 5 or via the fluidized bed cooler 7.
  • the amount of solid flowing through the fluidized bed cooler 5 can be adjusted via the control element 8.
  • the gas emerging from the recycle cyclone 4 is fed to a heat recovery steam generator 9 after flowing through a further separator (not shown).
  • feed water preheaters 10 and superheaters 11 are arranged as secondary heating surfaces.
  • the total evaporator heating surface of the steam generator is distributed over two partial areas according to FIG. one of which is housed as a heating surface 13 in the fluidized bed cooler 7 and the other as a heating surface 12 in the fluidized bed combustion chamber 1.
  • This heating surface 12 can be designed as a bundle heating surface which is immersed in the fluidized bed.
  • the heating surface 12 can be represented by the cooled tube walls of the swirl combustion chamber.
  • the heating surface 12 arranged in the vortex combustion chamber 1 is switched as the first evaporator and connected to the feed water preheater 10.
  • the size of the evaporator partial heating surface, through which the heating surface 12 flows, is designed for the required low load of the steam generator in such a way that cooling and stability are ensured, and temperature imbalances due to unfavorable distribution of the water / steam mixture in the tubes of the heating surface 12 are avoided . In the case of light loads the necessary evaporation energy is transferred only via the heating surface 12.
  • the heat transfer surface required for full load beyond the low load is accommodated as heating surface 13 in the fluidized bed cooler 7.
  • the heating surface 13 can be designed as a tube bundle or as a gas-tight welded tube wall. The size of this heating surface 13 can be reduced or enlarged in a simple manner by removing or adding a heating surface.
  • the heating surface 13 flows through in the fluidized bed cooler 7 without heat being transferred.
  • bypass lines 19 the evaporator heating surfaces can be modified independently of one another.
  • the steam generated in the heating surface 12 of the fluidized bed combustion chamber 1 reaches the superheater 11 after flowing through the heating surface 13 of the fluidized bed cooler 7.
  • the steam thus overheated is fed to a high-pressure turbine (not shown).
  • the fluidized bed cooler 7 is provided in its bottom with a connection 14 for the supply of a fluidizing gas.
  • the solid entering the fluid bed cooler 7 when the control element 8 is open is fluidized by the gas and can transfer its heat to the heating surface 13.
  • the heat to be transferred to the heating surface 13 is regulated by the amount of the solid matter in such a way that the amount of solid matter increases as the load on the steam generator increases and decreases as the load decreases. This means that all areas between low load and full load can be set.
  • the heating surfaces 12, 13 of the evaporator are connected in series. This series connection is used when the steam generator is operated according to the forced flow principle.
  • FIG. 2 also shows the case in which a further partial evaporator heating surface is provided as heating surface 20 in the waste heat steam generator 9.
  • This possibility comes into consideration particularly when a low-calorific coal is burned in the swirl combustion chamber 1.
  • Another recycle cyclone 15 with fixed shock lines 5 and 6 is arranged symmetrically to the recycle cyclone 4 described.
  • the solid separated in the further recycle cyclone 15 is fed to a second fluid bed cooler 16, which is operated independently of the fluid bed cooler 7 described.
  • the heating surfaces can be arranged for single or double reheating 17.
  • the temperature of the reheated steam is regulated solely by the amount of the solid supplied. The temperature control required by conventional steam generators by injecting water into the steam can thus be dispensed with.
  • the invention has been explained on the basis of a circulating atmospheric fluidized bed combustion. However, it can also be used for a circulating, pressure-charged fluidized bed furnace.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit zirkulierender atmosphärischer oder druckaufgeladener Wirbelschichtfeuerung bestehend aus Wirbelbrennkammer, Fliessbettkühlern und Abhitzedampferzeuger, in denen Speisewasservorwärmer-, Verdampfer-, Überhitzer- und Zwischenüberhitzerheizflächen angeordnet sind, wobei die gesamte Verdampferheizfläche auf mehrere Teilflächen verteilt ist, von denen wenigstens eine in dem Fliessbettkühler und in der Wirbelbrennkammer angeordnet ist sowie ein Verfahren zu seiner Regelung.
  • Verfahren zur Durchführung von Prozessen in einer zirkulierenden atmosphärischen Wirbelschicht sind z.B. aus der DE-B Nr. 2539546 und der DE-A Nr. 2624302 bekannt. Sie bieten den Vorteil, dass neben den Verbrennungsrauchgasen ein zweites Wärmeträgermedium, das intern und extern umlaufende Bettmaterial, zu Wärmeübertragungszwecken zur Verfügung steht.
  • Bei einem Dampferzeuger mit einer zirkulierenden Wirbelschicht unter Atmosphärendruck sind in der Wirbelbrennkammer die gesamte Verdampferheizfläche, in dem sich an die Wirbelbrennkammer gasseitig anschliessenden Abhitzedampferzeugerdie Überhitzer, die Zwischenüberhitzer und die Speisewasservorwärmer sowie in den Fliessbettkühlern die weiteren Überhitzer und Zwischenüberhitzer untergebracht ("VGB Kraftwerkstechnik" (60), 1980, S. 366-376, Bild 12).
  • Die Erfindung geht von einem Dampferzeuger der eingangs genannten Art aus. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Dampferzeuger durch eine besondere, eine vorteilhafte Regelung des Dampferzeugers zulassende Ausbildung des Verdampfers zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die rohrseitig zuerst durchströmte Teilfläche der Verdampferheizfläche auf die geforderte Schwachlast des Dampferzeugers ausgelegt ist und die über die Schwachlast bis zur Vollast hinausgehende Verdampfungsenergie durch die übrigen Teilflächen übertragen wird.
  • Bei einem derart ausgebildeten Dampferzeuger ist eine Regelung in der Weise möglich, dass die in den Fliessbettkühlern angeordneten Heizflächen bei steigender Last mit einer zunehmenden Menge und bei sinkender Last mit einer abnehmenden Menge an im Kreislauf geführten Feststoff aus der Wirbelschicht beaufschlagt werden. Die Heizflächen des erfindungsgemässen Dampferzeugers können nach dem Naturumiauf-, dem Zwangsumlauf- oder nach dem Zwangdurchlaufprinzip durchströmt sein. Die konstruktive Ausführung und Verteilung der Verdampferheizflächen wird derart vorgenommen, dass die Kühlung und die Stabilität der Strömung gewährleistet sind und dass Schieflagen der Temperatur durch ungünstige Verteilung des Wasser/Dampf-Gemisches vermieden werden.
  • Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile liegen darin, dass niedrigste Teillasten des Dampferzeugers möglich sind. Durch die Aufteilung der gesamten Verdampferheizfläche auf zwei oder mehr Teilheizflächen kann der Dampferzeuger gut geregelt werden. Etwaige Abweichungen in der Wärmeaufnahme der Verdampferheizflächen können leicht korrigiert werden, indem entweder nachträglich die Feststoffzufuhr zu dem Fliessbettkühler verändert wird oder indem die gut zugänglichen Heizflächen im Fliessbettkühler vergrössert oder verkleinert werden.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
  • Fig. 1 und 2 zeigen das Anlagenschema je eines erfindungsgemässen Dampferzeugers mit zirkulierender Wirbelschichtfeuerung.
  • Der Dampferzeuger umfasst eine Wirbelbrennkammer 1, der über eine Leitung 2 ein Kohle/Kalk-Gemisch und über Bodendüsen 3 oder seitliche Einblasung Primärverbrennungsluft zugeführt werden. Das Kohle/Kalk-Gemisch kann auch mittels eines Primärluftstromes direkt eingeblasen werden. Oberhalb der Gemischeinbringung erfolgt über Seitendüsen 18 die Zugabe von Sekundärverbrennungsluft.
  • Die mit dem Gas aus der Wirbelbrennkammer 1 ausgetragenen Feststoffe, das ist im wesentlichen Asche, werden in einem Rückführungszyklon 4 abgeschieden. An den Rückführungszyklon 4 schliessen sich zwei parallelgeschaltete Feststoffleitungen 5 und 6 an, die in die Wirbelschichtbrennkammer 1 münden. In der einen Feststoffleitung 6 ist ein Fliessbettkühler 7 vorgesehen, vor dessen Feststoffeintritt ein Regelorgan 8 angeordnet ist. Die abgeschiedenen Feststoffe werden entweder direkt über die Feststoffleitung 5 oder über den Fliessbettkühler 7 der Wirbelbrennkammer 1 zugeführt. Über das Regelorgan 8 kann die durch den Fliessbettkühler 5 fliessende Feststoffmenge eingestellt werden.
  • Das aus dem Rückführungszyklon 4 austretende Gas wird nach Durchströmen eines weiteren, nicht dargestellten Abscheiders einem Abhitzedampferzeuger 9 zugeführt. I n dem Abhitzedampferzeuger 9 sind als Nachschaltheizflächen Speisewasservorwärmer 10 und Überhitzer 11 angeordnet.
  • Die Gesamtverdampferheizfläche des Dampferzeugers ist nach Fig. 1 auf zwei Teilflächen verteilt, . von denen eine als Heizfläche 13 in dem Fliessbettkühler 7 und die andere als Heizfläche 12 in der Wirbelbrennkammer 1 untergebracht sind. Diese Heizfläche 12 kann als Bündelheizfläche ausgebildet sein, die in die Wirbelschicht eintaucht. Die Heizfläche 12 kann durch die gekühlten Rohrwände der Wirbelbrennkammer dargestellt sein.
  • Nach Fig. 1 ist die in der Wirbelbrennkammer 1 angeordnete Heizfläche 12 als erster Verdampfer geschaltet und mit dem Speisewasservorwärmer 10 verbunden. Die Grösse der zuerst durchströmten Verdampferteilheizfläche, also der Heizfläche 12, ist auf die geforderte Schwachlast des Dampferzeugers derart ausgelegt, dass Kühlung und Stabilität gewährleistet sind, und Schieflagen der Temperatur durch ungünstige Verteilung des Wasser/Dampf-Gemisches in den Rohren der Heizfläche 12 vermieden werden. Im Schwachlastfall wird die notwendige Verdampfungsenergie allein über die Heizfläche 12 übertragen.
  • Diefür Vollast über die Schwachlast hinaus notwendige Wärmeübertragungsfläche ist als Heizfläche 13 in dem Fliessbettkühler 7 untergebracht. Die Heizfläche 13 kann als Rohrbündel oder als gasdicht verschweisste Rohrwand ausgebildet sein. Die Grösse dieser Heizfläche 13 kann durch Entfernen oder durch Hinzufügen von Heizfläche in einfacher Weise verkleinert oder vergrössert werden. Bei Schwachlast ist die Heizfläche 13 im Fliessbettkühler 7 durchströmt, ohne dass Wärme übertragen wird. Durch die Anordnung von Bypassleitungen 19 können die Verdampferheizflächen unabhängig voneinander modifiziert werden. Der in der Heizfläche 12 der Wirbelschichtbrennkammer 1 erzeugte Dampf gelangt nach Durchströmen der Heizfläche 13 des Fliessbettkühlers 7 in den Überhitzer 11. Der so überhitzte Dampf wird einer nicht dargestellten Hochdruckturbine zugeführt.
  • Der Fliessbettkühler 7 ist in seinem Boden mit einem Anschluss 14 für die Zuführung eines Fluidisierungsgases versehen. Der bei geöffnetem Regelorgan 8 in den Fliessbettkühler 7 gelangende Feststoff wird durch das Gas fluidisiert und kann seine Wärme auf die Heizfläche 13 übertragen. Die auf die Heizfläche 13 zu übertragende Wärme wird durch die Menge des Feststoffes in der Weise geregelt: bei steigender Last des Dampferzeugers wird die Feststoffmenge erhöht und bei sinkender Last verringert. Damit können alle Bereiche zwischen Schwachlast und Vollast eingestellt werden.
  • Nach Fig. 1 sind die Heizflächen 12, 13 des Verdampfers hintereinander geschaltet. Diese Serienschaltung wird dann angewendet, wenn der Dampferzeuger nach dem Zwangsdurchlaufprinzip betrieben wird.
  • In der Fig. 2 ist der gleiche Dampferzeuger dargestellt, jedoch sind in diesem Fall die Verdampferteilheizflächen parallel geschaltet. Diese Parallelschaltung wird insbesondere bei einem Betrieb des Dampferzeugers nach dem Naturumlauf- oder dem Zwangsumlaufprinzip vorzusehen sein.
  • In die Fig. 2 ist auch der Fall eingezeichnet, bei dem eine weitere Verdampferteilheizfläche als Heizfläche 20 in dem Abhitzedampferzeuger 9 vorgesehen ist. Diese Möglichkeit kommt insbesonderedann in Betracht, wenn eine heizwertarme Kohle in der Wirbelbrennkammer 1 verbrannt wird. Unter Einschluss dieser Heizfläche 20 können beim Vorhandensein von zwei Verdampferteilheizflächen diese zusätzlich zu der in Fig. 1 dargestellten Möglichkeit auch in der Wirbelbrennkammer 1 und dem Abhitzedampferzeuger 9 oder in dem Kühler 7 und dem Abhitzedampferzeuger 9 angeordnet sein. Es ist auch möglich, drei Verdampferteilheizflächen vorzusehen und je eine in der Wirbelbrennkammer 1, dem Kühler 7 und dem Abhitzedampferzeuger 9 anzuordnen.
  • Symmetrisch zu dem beschriebenen Rückführungszyklon 4 ist ein weiterer Rückführungszyklon 15 mit Feststossleitungen 5 und 6 angeordnet. Der in dem weiteren Rückführungszyklon 15 abgeschiedene Feststoff wird einem zweiten Fliessbettkühler 16 zugeführt, der unabhängig von dem beschriebenen Fliessbettkühler 7 betrieben wird. In dem zweiten Fliessbettkühler 16 können die Heizflächen für eine einfache oder zweifache Zwischenüberhitzung 17 angeordnet sein. Die Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes wird allein durch die Menge des zugeführten Feststoffes geregelt. Die bei herkömmlichen Dampferzeugern notwendige Temperaturregelung durch Wassereinspritzung in den Dampf kann dadurch entfallen.
  • Die Erfindung ist an Hand einer zirkulierenden atmosphärischen Wirbelschichtfeuerung erläutert worden. Sie kann aber auch für eine zirkulierende druckaufgeladene Wirbelschichtfeuerung angewendet werden.

Claims (7)

1. Dampferzeuger mit zirkulierender atmosphärischer oder druckaufgeladener Wirbelschichtfeuerung bestehend aus Wirbelbrennkammer (1), Fliessbettkühlern (7, 16) und Abhitzedampferzeuger (9), in denen Speisewasservorwärmer- (10), Verdampfer- (12, 13), Überhitzer-(11) und Zwischenüberhitzerheizflächen (17) angeordnet sind, wobei die gesamte Verdampferheizfläche (12,13) auf mehrere Teilflächen verteilt ist, von denen wenigstens eine in dem Fliessbettkühler (7) und in der Wirbelbrennkammer (1 ) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrseitig zuerst durchströmte Teilfläche der Verdampferheizfläche auf die geforderte Schwachlast des Dampferzeugers ausgelegt ist und die über die Schwachlast bis zur Vollast hinausgehende Verdampfungsenergie durch die übrigen Teilflächen (13) übertragen wird.
2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Teilfläche (20) der Verdampferheizfläche in dem Abhitzedampferzeuger (9) angeordnet ist.
3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betrieb des Dampferzeugers nach dem Zwangsdurchlaufprinzip die Teilflächen der Verdampferheizfläche rohrseitig hintereinander geschaltet sind.
4. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betrieb des Dampferzeugers nach dem Naturumlauf- oder Zwangsumlaufprinzip die Teilflächen der Verdampferheizfläche rohrseitig parallel geschaltet sind.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu jeder der Teilflächen (12, 13, 20) der Verdampferheizflächen eine absperrbare Bypassleitung (19) vorgesehen ist.
6. Dampferzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Fliessbettkühler (16) ausschliesslich Heizflächen für eine einfache bzw. zweifache Zwischenüberhitzung (17) angeordnet ist.
7. Verfahren zum Regeln eines Dampferzeugers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Fliessbettkühlern angeordneten Heizflächen bei steigender Last mit einer zunehmenden Menge und bei sinkender Last mit einer abnehmenden Menge an im Kreislauf geführtem Feststoff aus der Wirbelschicht beaufschlagt werden.
EP82105260A 1981-07-01 1982-06-16 Dampferzeuger mit zirkulierender atmosphärischer oder druckaufgeladener Wirbelschichtfeuerung Expired - Lifetime EP0068301B2 (de)

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