EP0278357A2 - Device for generating combustion gas for driving a gas turbine - Google Patents

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EP0278357A2
EP0278357A2 EP88101404A EP88101404A EP0278357A2 EP 0278357 A2 EP0278357 A2 EP 0278357A2 EP 88101404 A EP88101404 A EP 88101404A EP 88101404 A EP88101404 A EP 88101404A EP 0278357 A2 EP0278357 A2 EP 0278357A2
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EP
European Patent Office
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shaft
air
inlet opening
flue gas
combustion air
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EP88101404A
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German (de)
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EP0278357A3 (en
EP0278357B1 (en
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Eberhard Dipl.-Ing. Wittchow
Rudolf Dipl.-Phys. Pieper
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of EP0278357A2 publication Critical patent/EP0278357A2/en
Publication of EP0278357A3 publication Critical patent/EP0278357A3/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/006—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion
    • F23C3/008—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion for pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/02—Structural details of mounting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M9/00—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a device is known as a steam generator from German Offenlegungsschrift 31 32 659.
  • the inlet openings for combustion air of this known device open in the axial direction at the bottom of the shaft into the combustion chamber, in which a fluidized bed is generated with the combustion air and with the fine-grained coal supplied.
  • this fluidized bed in which there are also convection heating surfaces of the steam generator, the combustion of the supplied fine-grained coal takes place with a considerable overpressure in relation to the atmosphere.
  • Fine-grained limestone is also added to the fluidized bed in order to bind the sulfur dioxide produced during combustion.
  • the combustion temperature must not be higher than 850 ° C. Therefore, only relatively little nitrogen oxide is generated.
  • the consequence of the low combustion temperature is, however, a low flue gas inlet temperature for a gas turbine connected to the flue gas outlet port of the steam generator.
  • the invention has for its object to further develop the known device and to enable the flue gas temperature at the flue gas outlet connection to be increased, thereby increasing the efficiency of the power plant in which the device is integrated and nevertheless largely suppressing the formation of nitrogen oxides.
  • the combustion of the fine-grained coal with the coal dust burner takes place in this device at a combustion temperature higher than 850 ° C, since the sulfur dioxide formed is not integrated during the combustion but only afterwards.
  • the flue gas generated during combustion would be cooled by a convection heating surface within the shaft, but even then the flue gas at the flue gas outlet connection of the device would still have a significantly higher temperature than 850 ° C.
  • the inlet opening for combustion air may be axially directed, but a swirl of the combustion air generated by the arrangement or configuration of the inlet opening for combustion air even causes hot flue gas to be returned to the vicinity of the feed opening for fine-grained coal and thereby ensures the correct ignition of this fine-grained coal despite the short amount of time this coal has in the combustion chamber.
  • the heat release during combustion is distributed evenly in the combustion chamber.
  • the combustion can take place with a large excess of air and thus with a reduced combustion temperature, so that extensive suppression of nitrogen oxide formation is brought about.
  • the flue gas is mostly already dedusted within the device for generating this flue gas.
  • the steam generator according to FIG 1 has a hollow cylindrical housing 2, in which an elongated shaft 3 is arranged coaxially.
  • the shaft wall 4 of this elongated shaft 3 is formed by fin tubes welded to one another in a gastight manner.
  • the hollow cylindrical housing 2 and the shaft 3 are arranged vertically. At the end of the shaft, which represents the lower end of the shaft 3, the shaft 3 forms a combustion chamber 5, while a flue gas outlet connection 6 is arranged at the other end of the shaft, which represents the upper end of the shaft 3. There is an intermediate space 7 in the hollow cylindrical housing 2 between the shaft 3 or the flue gas outlet connection 6 and the hollow cylindrical housing 2.
  • a closing part 10 at the shaft end forming the lower end of the shaft 3 also consists of fin tubes welded to one another in a gastight manner.
  • a feed opening 11 for fine-grained coal is attached to it, which opens into the combustion chamber 5.
  • an inlet opening 12 for combustion air at the end part 10, which together with the feed opening 11 for fine-grained coal forms a coal dust burner.
  • the cross section of the combustion chamber 5 at the shaft end forming the lower end of the shaft 3 has the shape of a circle and widens conically in the direction of the flue gas flow to the flue gas outlet connection 6 to two additional inlet openings 13 for combustion air, which are provided in the shaft wall 4 of the shaft 3.
  • air nozzles 15 are also arranged in front of the convection heating surfaces 8, seen in the direction of the flue gas flow.
  • the feed opening 11 for fine-grained coal opens centrally and axially into the combustion chamber 5.
  • the inlet opening 12 for combustion air surrounds the feed opening 11 for fine-grained coal in a ring shape.
  • This feed opening 12 contains guide vanes 16 which give the combustion air fed into the combustion chamber 5 a swirl.
  • the additional inlet openings 13 for combustion air in FIG. 1 can open tangentially into the shaft 3 and be directed in such a way that the air supplied through them receives a swirl which has the same direction of rotation as the swirl of the combustion air supplied through the inlet opening 12.
  • One, several or all additional inlet openings 13 can also be directed radially.
  • the air nozzles 15 are also directed tangentially so that the air supplied through them has a swirl, the direction of rotation of which is equal to the direction of rotation of the combustion air supplied through the inlet opening 12.
  • these air nozzles 15 are to the end part 10, which is located at the shaft end forming the lower end of the shaft 3, i.e. inclined to the gradation 18 of the shaft wall 4.
  • helically rising guide plates 17 are attached, the spiral direction of which is selected such that they impart a swirl to the flue gas rising from the combustion chamber 5, which has the same direction of rotation as that through the air nozzles 15 supplied air.
  • These guide plates 17 can also consist of fin tubes which are welded together.
  • step 18 which is arranged between the additional inlet opening 13 for combustion air and the air nozzles 15 there are ash discharge openings 19 from which ashes fall downwards in the direction of arrow 19a into a collecting space 80 and can be discharged to the outside through an ash line 81.
  • the space 7 between the shaft wall 4 of the shaft 3 and the inside of the hollow cylindrical housing 2, the air nozzles 15, the inlet opening 12 for combustion air and the feed opening 11 for fine-grained coal are connected to the same air compressor 48 via connecting pipes, while the additional inlet openings 13 for combustion air are on Interspace 7 are connected.
  • a coal supply line 23 opens outside the housing 2 at a point which, seen in the flow direction of the air, is located behind the branching point of the connecting pipeline 22 from the other connecting pipelines.
  • the inlet opening 12 for combustion air can also open tangentially into the combustion chamber 5.
  • a tangential inlet opening 12 is directed such that the combustion air supplied through it has the same direction of rotation as the combustion air supplied through the supply opening 12 with the guide vanes 16 according to FIGS. 2 and 3.
  • the feed opening 11 and the additional inlet opening 14 for fine-grained coal are connected to a pipeline 23 with a liquid pump 24, through which a pumpable mixture of water and the fine-grained coal is fed.
  • the inlet opening 12 for combustion air can be designed either in accordance with FIGS. 2 and 3 or in FIGS. 4 and 5.
  • a mixture of water and fine-grained coal can be introduced particularly easily via the feed opening 11 and the additional inlet opening 14 into the combustion chamber 5 of the steam generator, which is under a considerable excess pressure on the flue gas side. Furthermore, the water evaporating in the combustion chamber 5 reduces and evenens the combustion temperature and carries it thereby reducing nitrogen oxide formation.
  • the cross section of the combustion chamber 5 in the form of a circle or a regular polygon promotes the swirl formation of the combustion air in the combustion chamber 5 through the combustion air supplied through the inlet opening 12 and thus also the ignition of the fine-grained coal supplied through the supply opening 11.
  • the flue gas rising from the combustion chamber 5 in the shaft 3 is kept away from the inside of the shaft wall 4 both by the combustion air entering tangentially through the additional inlet opening 13 and by the air supplied through the air nozzles 15, which is thereby protected against corrosion by carbon monoxide contained in the flue gas .
  • the flue gas rising from the combustion chamber 5 is further deflected by the baffles 17 rising in a spiral.
  • This and the air supplied through the air nozzles 15 increase the swirl of the flue gas, so that the ash carried by the flue gas collects near the shaft wall 4 and can to a large extent be discharged through the discharge opening 19.
  • the largely dedusted flue gas flows to the convection heating surfaces 8 and is cooled there. Because of its low dust content, this flue gas not only causes little contamination of the convection heating surface Chen 8, but a flue gas deduster connected to the flue gas outlet nozzle 6 need only have a relatively low separation efficiency.
  • the transport of the ash carried by the flue gas in the direction of the ash discharge slots 19 can be improved if the air flow supplied through the air nozzles 15 is increased at intervals and the air flow supplied through the additional inlet openings 13 is reduced in the same cycle.
  • the sum of the two air flows advantageously remains approximately constant.
  • the heating surface 20 which is advantageously cylindrical, is intended to reduce the flue gas temperature in the combustion chamber 5 and thereby simultaneously reduce the nitrogen oxide formation.
  • Their fin tubes are wound helically and welded together gas-tight. It can hang on the supports 9 with its outlet pipes 24. These outlet pipes 24 can also be vertical support pipes for the convection heating surfaces 8.
  • a high flue gas pressure is aimed for in shaft 3, which shortens the reaction time between the fine-grained coal and the combustion air.
  • the combustion chamber essentially consisting of the combustion chamber 5 can have a relatively small volume.
  • the heating surface 20 can nevertheless bring about sufficient cooling of the flue gas rising from the combustion chamber 5, so that the ash carried by the flue gas does not melt.
  • the shaft can also have the combustion chamber with the end part, the feed opening for fine-grained coal and the inlet opening for combustion air at the end of the shaft, which is the upper end of the shaft, and the flue gas outlet connection at the other, the lower end of the shaft, forming the shaft end, so that the flue gas flows from top to bottom in the shaft.
  • such a steam generator can be designed in the same way as in Figures 1 to 6, with the exception that the air nozzles are inclined towards the lower end with the flue gas outlet connection and the gradation in the shaft wall is designed such that the discharge openings for ash located there are used for the ashes discharge the bottom end of the shaft.
  • the combined gas / steam turbine power plant according to FIG. 7 has a steam generator 30 according to FIGS. 1 to 6, which is operated as a continuous steam generator, and a steam turbine with a high pressure part 31 and a medium and low pressure part 32, which are connected to a live steam line 33 coming from the steam generator 30 and which are connected to it an electrical generator 34 is coupled and which drives this generator 34.
  • a steam generator 30 according to FIGS. 1 to 6, which is operated as a continuous steam generator, and a steam turbine with a high pressure part 31 and a medium and low pressure part 32, which are connected to a live steam line 33 coming from the steam generator 30 and which are connected to it an electrical generator 34 is coupled and which drives this generator 34.
  • the supply line 23 for the fine-grained coal and a single connecting pipeline 35 for air are indicated instead of the connecting pipelines shown in FIG.
  • the medium and low pressure part 32 of the steam turbine is followed by a condenser 36 with a condensate pump 37 which pumps the condensate via a low pressure preheater 38 into a feed water tank 39, which is also effective as a degasser.
  • a feed water pump 40 with downstream feed water high-pressure preheaters 41 and 58 is connected to the feed water tank 39 and lies in the feed water supply line 42 to the high-pressure heating surfaces 43 in the steam generator 30.
  • This high pressure heating surfaces 43 are through the fin tubes of the conclusion Part 10, the shaft wall 4, the heating surface 20 and the baffles 17 and two of the convection heating surfaces 8 of the steam generator according to FIGS. 1 to 6 are formed, which represent economiser heating surfaces, evaporator heating surfaces and preheater and final superheater heating surfaces with live steam outlet to the live steam line 33 connected to one another on the water side.
  • a flue gas discharge line 44 which contains a dust separator 45, is connected to the steam generator 30 or to the flue gas outlet connection 6 of the steam generator according to FIG.
  • This dust separator 45 the walls of which can consist of fin tubes welded to one another in a gas-tight manner for the transmission of flue gas heat to the water-steam circuit of the power plant, is followed by a flue gas turbine 46, the drive unit of both an electric generator 47 and an air compressor 48 in the air supply line 35 Steam generator 30 is.
  • a further air compressor 49 is connected upstream of this air compressor 48 and is used as a drive unit e.g. has an electric motor 50, the speed of which is adjustable. Both air compressors 48 and 49 form the air compression device 21 according to FIG. 1.
  • the steam line 53 carrying the intermediate steam of the high pressure part 31 of the steam turbine is connected to the steam side of the finned tube heat exchanger 52, which in turn is connected to the feed line 54 to an intermediate superheater heating surface 55 in the steam generator.
  • This reheater heating surface 55 is one of the convection heating surfaces 8 of the steam generator according to FIGS. 1 to 6.
  • a steam discharge line 56 of the reheater heating surface 55 leads to the medium and low pressure part 32 of the steam turbine.
  • the steam flowing from the high pressure part 31 to the medium and low pressure part 32 of the steam turbine is thus heated in the finned tube heat exchanger 52 before it reaches the reheater heating surface 55 in the steam generator 30 and from there into the medium and low pressure part 32 of the steam turbine. This also increases the efficiency of the power plant shown in FIG. 7.
  • FIG. 8 shows a device for generating flue gas which differs from the device designed as a steam generator according to FIG. 1 in that it does not have any inside the shaft 3 in front of the flue gas outlet connection 6 Has convection heating surfaces and no hanging heating surface coaxial to the shaft 3 in the middle of the shaft 3.
  • the additional inlet opening 14 for fine-grained coal is also not between the baffle 17 and the combustion chamber 5, but between the baffle 17 made of steel or ceramic and the flue gas outlet 6 at approximately the same location as the air nozzles 15.
  • the shaft wall 4 consists of sheet steel.
  • a smoke gas turbine 46 which drives a first air compressor 48 and an electric generator 47, is connected to the flue gas outlet connection 6 with the interposition of a dust separator 45.
  • the first air compressor 48 is preceded by a second air compressor 49, which has an electric motor 50 with adjustable speed as the drive unit.
  • the air compressors 48 and 49 in FIG. 8 are operated like the corresponding air compressors 48 and 49 in FIG. 7.
  • the smoke gas turbine 46 is followed by a steam generator 43 on the exhaust gas side, the steam of which can feed a steam turbine (not shown).
  • the baffle 17 in FIG. 8 can also be formed from tubes welded together and be a convection heating surface, so that the steam generated in the steam generator 43 can be passed through the tubes of the baffle 17 and overheated on the way to the steam turbine (not shown).

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Erzeugen von Rauchgas mit erhöhtem Wirkungsgrad und unterdrückter Bildung von Stickoxiden hat einen Schacht (3), in dem als Kohlenstaubbrenner eine Eintrittsöffnung (12) für Verbrennungsluft und eine Zuführöffnung (11) für feinkörnige Kohle münden; die Eintrittsöffnung (12) mündet tangential in eine Brennkammer (5) an einem Schachtende oder enthält Leitschaufeln (16), während eine in der Brennkammer (5) mündende Zusatzeintrittsöffnung (13) für Verbrennungsluft und mit Abstand von einem Abschlußteil (10) an dem Schachtende eine ebenfalls in die Brennkammer (5) mündende Zusatzeintrittsöffnung (14) für feinkörnige Kohle vorgesehen sind.A device for producing flue gas with increased efficiency and suppressed formation of nitrogen oxides has a shaft (3) in which an inlet opening (12) for combustion air and a feed opening (11) for fine-grained coal open as coal dust burners; the inlet opening (12) opens tangentially into a combustion chamber (5) at a shaft end or contains guide vanes (16), while an additional inlet opening (13) for combustion air and into the combustion chamber (5) opens at a distance from a closing part (10) at the shaft end an additional inlet opening (14) for fine-grained coal also opening into the combustion chamber (5) is provided.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of patent claim 1.

Eine derartige Vorrichtung ist als Dampferzeuger aus der deutschen Offenlegungsschrift 31 32 659 bekannt. Die Eintritts­öffnungen für Verbrennungsluft dieser bekannten Vorrichtung münden in Achsrichtung am Boden des Schachtes in die Brennkam­mer, in der mit der Verbrennungsluft und mit der zugeführten feinkörnigen Kohle eine Wirbelschicht erzeugt wird. In dieser Wirbelschicht, in der sich auch Konvektionsheizflächen des Dampferzeugers befinden, findet die Verbrennung der zugeführten feinkörnigen Kohle mit einem erheblichen Überdruck gegenüber der Atmosphäre statt.Such a device is known as a steam generator from German Offenlegungsschrift 31 32 659. The inlet openings for combustion air of this known device open in the axial direction at the bottom of the shaft into the combustion chamber, in which a fluidized bed is generated with the combustion air and with the fine-grained coal supplied. In this fluidized bed, in which there are also convection heating surfaces of the steam generator, the combustion of the supplied fine-grained coal takes place with a considerable overpressure in relation to the atmosphere.

Der Wirbelschicht wird außerdem feinkörniger Kalkstein zuge­führt, um das bei der Verbrennung entstehende Schwefeldioxid zu binden. Mit Rücksicht auf diese chemische Reaktion darf die Verbrennungstemperatur nicht höher als 850 °C sein. Deshalb entstehen auch nur verhältnismäßig wenig Stickoxide. Die Folge der niedrigen Verbrennungstemperatur ist aber eine niedrige Rauchgaseintrittstemperatur für eine am Rauchgasaustritts­stutzen des Dampferzeugers angeschlossene Gasturbine.Fine-grained limestone is also added to the fluidized bed in order to bind the sulfur dioxide produced during combustion. In view of this chemical reaction, the combustion temperature must not be higher than 850 ° C. Therefore, only relatively little nitrogen oxide is generated. The consequence of the low combustion temperature is, however, a low flue gas inlet temperature for a gas turbine connected to the flue gas outlet port of the steam generator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrich­tung weiterzubilden und ein Anheben der Rauchgastemperatur am Rauchgasaustrittsstutzen zu ermöglichen, um dadurch den Wir­kungsgrad des Kraftwerkes, in das die Vorrichtung eingebunden ist, zu erhöhen und trotzdem die Bildung von Stickoxiden weit­gehend zu unterdrücken.The invention has for its object to further develop the known device and to enable the flue gas temperature at the flue gas outlet connection to be increased, thereby increasing the efficiency of the power plant in which the device is integrated and nevertheless largely suppressing the formation of nitrogen oxides.

Zur Lösung dieser Aufgabe hat eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1.To achieve this object, a device of the type mentioned at the outset has the features of the characterizing part of patent claim 1.

Die Verbrennung der feinkörnigen Kohle mit dem Kohlenstaub­brenner erfolgt in dieser Vorrichtung bei einer höheren Ver­brennungstemperatur als 850 °C, da das entstehende Schwefeldi­oxid nicht während der Verbrennung, sondern erst danach einge­bunden wird. Durch eine Konvektionsheizfläche innerhalb des Schachtes würde zwar das bei der Verbrennung entstehende Rauchgas abgekühlt werden, aber selbst dann hätte das Rauchgas am Rauchgasaustrittsstutzen der Vorrichtung immer noch eine wesentlich höhere Temperatur als 850 °C. Die Eintrittsöffnung für Verbrennungsluft kann zwar axial gerichtet sein, aber ein durch die Anordnung oder Ausbildung der Eintrittsöffnung für Verbrennungsluft erzeugter Drall der Verbrennungsluft bewirkt sogar ein Rückführen von heißem Rauchgas in die Nähe der Zu­fuhröffnung für feinkörnige Kohle und sichert dadurch die ein­wandfreie Zündung dieser feinkörnigen Kohle trotz der geringen Aufenthaltszeit, die diese Kohle in der Brennkammer hat. Durch die räumliche Trennung der Luftdüse von der Eintrittsöffnung für Verbrennungsluft bzw. der Zusatzeintrittsöffnung für fein­körnige Kohle von der Zufuhröffnung für feinkörnige Kohle wird die Wärmefreisetzung während der Verbrennung gleichmäßig in der Brennkammer verteilt. Außerdem kann die Verbrennung mit hohem Luftüberschuß und dadurch mit abgesenkter Verbrennungstempera­tur erfolgen, so daß eine weitgehende Unterdrückung von Stick­oxidbildung bewirkt wird. Ferner wird das Rauchgas zum über­wiegenden Teil bereits innerhalb der Vorrichtung zum Erzeugen dieses Rauchgases entstaubt.The combustion of the fine-grained coal with the coal dust burner takes place in this device at a combustion temperature higher than 850 ° C, since the sulfur dioxide formed is not integrated during the combustion but only afterwards. The flue gas generated during combustion would be cooled by a convection heating surface within the shaft, but even then the flue gas at the flue gas outlet connection of the device would still have a significantly higher temperature than 850 ° C. The inlet opening for combustion air may be axially directed, but a swirl of the combustion air generated by the arrangement or configuration of the inlet opening for combustion air even causes hot flue gas to be returned to the vicinity of the feed opening for fine-grained coal and thereby ensures the correct ignition of this fine-grained coal despite the short amount of time this coal has in the combustion chamber. Due to the spatial separation of the air nozzle from the inlet opening for combustion air or the additional inlet opening for fine-grained coal from the feed opening for fine-grained coal, the heat release during combustion is distributed evenly in the combustion chamber. In addition, the combustion can take place with a large excess of air and thus with a reduced combustion temperature, so that extensive suppression of nitrogen oxide formation is brought about. Furthermore, the flue gas is mostly already dedusted within the device for generating this flue gas.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung nach Patentanspruch 1 gerichtet.The subclaims are directed to advantageous developments of the device according to claim 1.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert:

  • FIG 1 zeigt stark schematisiert einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die als Dampferzeuger ausgebildet ist.
  • FIG 2 und FIG 3 zeigen im Längsschnitt bzw. in der Draufsicht eine Einzelheit aus FIG 1.
  • FIG 4 und FIG 5 zeigen im Längsschnitt bzw. in der Draufsicht eine Einzelheit einer abgewandelten Vorrichtung nach FIG 1.
  • FIG 6 zeigt stark schematisch im Längsschnitt eine weitere Abwandlung der Vorrichtung nach FIG 1.
  • FIG 7 zeigt ein stark vereinfachtes Schaltbild eines Kraft­werkes mit einer erfindungsgemäßen als Dampferzeuger ausge­bildeten Vorrichtung.
  • FIG 8 zeigt stark schematisiert einen Längsschnitt durch eine weitere Vorrichtung gemäß der Erfindung.
The invention and its advantages are explained in more detail with reference to the drawing using exemplary embodiments:
  • 1 shows a highly schematic longitudinal section through a device according to the invention, which is designed as a steam generator.
  • 2 and 3 show a detail from FIG. 1 in longitudinal section and in plan view.
  • 4 and 5 show in longitudinal section and in plan view a detail of a modified device according to FIG. 1.
  • 6 shows, in a highly schematic, longitudinal section, a further modification of the device according to FIG. 1.
  • 7 shows a greatly simplified circuit diagram of a power plant with a device according to the invention designed as a steam generator.
  • 8 shows a highly schematic longitudinal section through a further device according to the invention.

Der Dampferzeuger nach FIG 1 weist ein hohlzylinderförmiges Gehäuse 2 auf, in dem ein langgestreckter Schacht 3 koaxial angeordnet ist. Die Schachtwand 4 dieses langgestreckten Schachtes 3 ist durch gasdicht miteinander verschweißte Flos­senrohre gebildet.The steam generator according to FIG 1 has a hollow cylindrical housing 2, in which an elongated shaft 3 is arranged coaxially. The shaft wall 4 of this elongated shaft 3 is formed by fin tubes welded to one another in a gastight manner.

Das hohlzylinderförmige Gehäuse 2 und der Schacht 3 sind ver­tikal angeordnet. An dem Schachtende, das das Unterende des Schachtes 3 darstellt, bildet der Schacht 3 eine Brennkammer 5, während am anderen, das Oberende des Schachtes 3 darstellenden Schachtende ein Rauchgasaustrittsstutzen 6 angeordnet ist. Zwischen dem Schacht 3 bzw. dem Rauchgasaustrittsstutzen 6 und dem hohlzylinderförmigen Gehäuse 2 befindet sich ein Zwischen­raum 7 im hohlzylinderförmigen Gehäuse 2.The hollow cylindrical housing 2 and the shaft 3 are arranged vertically. At the end of the shaft, which represents the lower end of the shaft 3, the shaft 3 forms a combustion chamber 5, while a flue gas outlet connection 6 is arranged at the other end of the shaft, which represents the upper end of the shaft 3. There is an intermediate space 7 in the hollow cylindrical housing 2 between the shaft 3 or the flue gas outlet connection 6 and the hollow cylindrical housing 2.

Vor dem Rauchgasaustrittsstutzen 6 befinden sich innerhalb des Schachtes 3 Konvektionsheizflächen 8, die an Trägern 9 hängen.In front of the flue gas outlet connection 6 there are 3 convection heating surfaces 8 which hang from supports 9 within the shaft.

Ein Abschlußteil 10 am das Unterende des Schachtes 3 bildenden Schachtende besteht ebenfalls aus gasdicht miteinander ver­schweißten Flossenrohren. An ihm ist eine Zufuhröffnung 11 für feinkörnige Kohle angebracht, die in die Brennkammer 5 mündet. Ferner befindet sich an dem Abschlußteil 10 eine Eintritts­öffnung 12 für Verbrennungsluft die gemeinsam mit der Zuführ­öffnung 11 für feinkörnige Kohle einen Kohlenstaubbrenner bil­det.A closing part 10 at the shaft end forming the lower end of the shaft 3 also consists of fin tubes welded to one another in a gastight manner. A feed opening 11 for fine-grained coal is attached to it, which opens into the combustion chamber 5. Furthermore, there is an inlet opening 12 for combustion air at the end part 10, which together with the feed opening 11 for fine-grained coal forms a coal dust burner.

Der Querschnitt der Brennkammer 5 am das Unterende des Schach­tes 3 bildenden Schachtende hat die Form eines Kreises und er­weitert sich konisch in Richtung des Rauchgasstromes gesehen zum Rauchgasaustrittsstutzen 6 bis vor zwei Zusatzeintritts­öffnungen 13 für Verbrennungsluft, die in der Schachtwand 4 des Schachtes 3 angebracht sind.The cross section of the combustion chamber 5 at the shaft end forming the lower end of the shaft 3 has the shape of a circle and widens conically in the direction of the flue gas flow to the flue gas outlet connection 6 to two additional inlet openings 13 for combustion air, which are provided in the shaft wall 4 of the shaft 3.

Mit Abstand vom Abschlußteil 10, jedoch in der Brennkammer 5 befindet sich ferner in der Schachtwand 4 eine Zusatzeintritts­öffnung 14 für feinkörnige Kohle.At a distance from the end part 10, but in the combustion chamber 5 there is also an additional inlet opening 14 for fine-grained coal in the shaft wall 4.

Mit Abstand von den für Verbrennungsluft vorgesehenen Zusatz­eintrittsöffnungen 13 und von der Zusatzeintrittsöffnung 14 für feinkörnige Kohle in Richtung des Rauchgasstromes zum Rauchgasaustrittsstutzen 6 gesehen befinden sich Luftdüsen 15. Sie sind ebenfalls in Richtung des Rauchgasstromes gesehen vor den Konvektionsheizflächen 8 angeordnet.At a distance from the additional inlet openings 13 provided for combustion air and from the additional inlet opening 14 for fine-grained coal in the direction of the flue gas flow to the flue gas outlet connection 6, there are air nozzles 15. They are also arranged in front of the convection heating surfaces 8, seen in the direction of the flue gas flow.

Wie FIG 2 und FIG 3 zeigen, mündet die Zufuhröffnung 11 für feinkörnige Kohle zentral und in axialer Richtung in die Brenn­kammer 5. Die Eintrittsöffnung 12 für Verbrennungsluft umgibt die Zufuhröffnung 11 für feinkörnige Kohle ringförmig. Diese Zufuhröffnung 12 enthält Leitschaufeln 16, die der in die Brennkammer 5 zugeführten Verbrennungsluft einen Drall geben.As FIG 2 and FIG 3 show, the feed opening 11 for fine-grained coal opens centrally and axially into the combustion chamber 5. The inlet opening 12 for combustion air surrounds the feed opening 11 for fine-grained coal in a ring shape. This feed opening 12 contains guide vanes 16 which give the combustion air fed into the combustion chamber 5 a swirl.

Die Zusatzeintrittsöffnungen 13 für Verbrennungsluft in FIG 1 können tangential in den Schacht 3 münden und so gerich­tet sein, daß die durch sie zugeführte Luft einen Drall erhält, der die gleiche Drehrichtung hat wie der Drall der durch die Eintrittsöffnung 12 zugeführten Verbrennungsluft. Eine, mehrere oder alle Zusatzeintrittsöffnungen 13 können aber auch radial gerichtet sein.The additional inlet openings 13 for combustion air in FIG. 1 can open tangentially into the shaft 3 and be directed in such a way that the air supplied through them receives a swirl which has the same direction of rotation as the swirl of the combustion air supplied through the inlet opening 12. One, several or all additional inlet openings 13 can also be directed radially.

Die Luftdüsen 15 sind ebenfalls so tangential gerichtet, daß die durch sie zugeführte Luft einen Drall hat, dessen Drehrich­richtung gleich der Drehrichtung der durch die Eintrittsöff­nung 12 zugeführten Verbrennungsluft ist. Außerdem sind diese Luftdüsen 15 zum Abschlußteil 10, das sich an dem das Unterende des Schachtes 3 bildenden Schachtende befindet, d.h. zu der Abstufung 18 der Schachtwand 4 hin geneigt.The air nozzles 15 are also directed tangentially so that the air supplied through them has a swirl, the direction of rotation of which is equal to the direction of rotation of the combustion air supplied through the inlet opening 12. In addition, these air nozzles 15 are to the end part 10, which is located at the shaft end forming the lower end of the shaft 3, i.e. inclined to the gradation 18 of the shaft wall 4.

Innerhalb des Schachtes 3 sind zwischen den Luftdüsen 15 und den Zusatzeintrittsöffnungen 13 für Verbrennungsluft wendel­artig steigende Leitbleche 17 angebracht, deren Wendelrich­tung so gewählt ist, daß sie dem von der Brennkammer 5 auf­steigenden Rauchgas einen Drall verleihen, der die gleiche Drehrichtung hat wie die durch die Luftdüsen 15 zugeführte Luft. Diese Leitbleche 17 können ebenfalls aus Flossenrohren bestehen, die miteinander verschweißt sind.Inside the shaft 3 between the air nozzles 15 and the additional inlet openings 13 for combustion air, helically rising guide plates 17 are attached, the spiral direction of which is selected such that they impart a swirl to the flue gas rising from the combustion chamber 5, which has the same direction of rotation as that through the air nozzles 15 supplied air. These guide plates 17 can also consist of fin tubes which are welded together.

Zwischen den Luftdüsen 15 und den Leitblechen 17 erweitert sich der Querschnitt des Schachtes 3 in Richtung des Rauchgasstromes gesehen zum Rauchgasaustrittsstutzen 6 unter Ausbildung einer Abstufung 18 in der Schachtwand 4. In dieser Abstufung 18, die zwischen der Zusatzeintrittssöffnung 13 für Verbrennungsluft und den Luftdüsen 15 angeordnet ist, befinden sich Ascheaus­tragsöffnungen 19, aus denen Asche in Richtung des Pfeiles 19a nach unten in einen Sammelraum 80 hinausfallen und nach außen durch eine Ascheleitung 81 abgeführt werden kann.Between the air nozzles 15 and the guide plates 17, the cross section of the shaft 3, viewed in the direction of the flue gas flow, widens to the flue gas outlet connection 6 with the formation of a step 18 in the shaft wall 4. In this step 18, which is arranged between the additional inlet opening 13 for combustion air and the air nozzles 15 there are ash discharge openings 19 from which ashes fall downwards in the direction of arrow 19a into a collecting space 80 and can be discharged to the outside through an ash line 81.

Am Träger 9 hängt ferner im Schacht 3 eine zylindrische Heiz­fläche 20 aus gasdicht miteinander verschweißten Flossenrohren. Diese Heizfläche 20 befindet sich zwischen den Zusatzeintritts­öffnungen 13 für Verbrennungsluft und den Konvektionsheizflä­chen 8 in der Mitte des Schachtes 3, zu dem sie koaxial ist.A cylindrical heating surface 20 made of fin tubes welded to one another in a gastight manner also hangs on the support 9 in the shaft 3. This heating surface 20 is located between the additional inlet openings 13 for combustion air and the convection heating surfaces 8 in the middle of the shaft 3, to which it is coaxial.

Der Zwischenraum 7 zwischen der Schachtwand 4 des Schachtes 3 und der Innenseite des hohlzylinderförmigen Gehäuses 2, die Luftdüsen 15, die Eintrittsöffnung 12 für Verbrennungsluft und die Zufuhröffnung 11 für feinkörnige Kohle sind über Verbin­dungsrohrleitungen an demselben Luftverdichter 48 angeschlos­sen, während die Zusatzeintrittsöffnungen 13 für Verbrennungs­luft am Zwischenraum 7 angeschlossen sind. In die Verbindungs­rohrleitung 22, die zur Zufuhröffnung 11 für feinkörnige Kohle führt, mündet eine Kohlezufuhrleitung 23 außerhalb des Gehäuses 2 an einer Stelle, die sich in Strömungsrichtung der Luft ge­sehen hinter der Abzweigstelle der Verbindungsrohrleitung 22 von den anderen Verbindungsrohrleitungen befindet.The space 7 between the shaft wall 4 of the shaft 3 and the inside of the hollow cylindrical housing 2, the air nozzles 15, the inlet opening 12 for combustion air and the feed opening 11 for fine-grained coal are connected to the same air compressor 48 via connecting pipes, while the additional inlet openings 13 for combustion air are on Interspace 7 are connected. In the connecting pipeline 22, which leads to the feed opening 11 for fine-grained coal, a coal supply line 23 opens outside the housing 2 at a point which, seen in the flow direction of the air, is located behind the branching point of the connecting pipeline 22 from the other connecting pipelines.

Wie die Figuren 4 und 5 zeigen, kann die Eintrittsöffnung 12 für Verbrennungsluft auch tangential in die Brennkammer 5 münden. Eine tangentiale Eintrittsöffnung 12 ist so gerichtet, daß die durch sie zugeführte Verbrennungsluft die gleiche Drehrichtung hat wie die durch die Zuführöffnung 12 mit den Leitschaufeln 16 nach den Figuren 2 und 3 zugeführte Ver­brennungsluft.As FIGS. 4 and 5 show, the inlet opening 12 for combustion air can also open tangentially into the combustion chamber 5. A tangential inlet opening 12 is directed such that the combustion air supplied through it has the same direction of rotation as the combustion air supplied through the supply opening 12 with the guide vanes 16 according to FIGS. 2 and 3.

Nach FIG 6 sind die Zufuhröffnung 11 und die Zusatzeintritts­öffnung 14 für feinkörnige Kohle an einer Rohrleitung 23 mit einer Flüssigkeitspumpe 24 angeschlossen, durch die ein pump­fähiges Gemisch aus Wasser und der feinkörnigen Kohle zugeführt wird. Die Eintrittsöffnung 12 für Verbrennungsluft kann ent­weder entsprechend den Figuren 2 und 3 oder den Figuren 4 und 5 ausgeführt sein.According to FIG. 6, the feed opening 11 and the additional inlet opening 14 for fine-grained coal are connected to a pipeline 23 with a liquid pump 24, through which a pumpable mixture of water and the fine-grained coal is fed. The inlet opening 12 for combustion air can be designed either in accordance with FIGS. 2 and 3 or in FIGS. 4 and 5.

Ein Gemisch aus Wasser und feinkörniger Kohle kann besonders leicht über die Zufuhröffnung 11 und die Zusatzeintrittsöffnung 14 in die Brennkammer 5 des Dampferzeugers eingetragen werden, die unter einem erheblichen rauchgasseitigen Überdruck steht, Ferner reduziert und vergleichmäßigt das in der Brennkammer 5 verdampfende Wasser die Verbrennungstemperatur und trägt da­durch zur Senkung der Stickoxidbildung bei.A mixture of water and fine-grained coal can be introduced particularly easily via the feed opening 11 and the additional inlet opening 14 into the combustion chamber 5 of the steam generator, which is under a considerable excess pressure on the flue gas side. Furthermore, the water evaporating in the combustion chamber 5 reduces and evenens the combustion temperature and carries it thereby reducing nitrogen oxide formation.

Der Querschnitt der Brennkammer 5 in Form eines Kreises oder eines regelmäßigen Vieleckes fördert die Drallbildung der Ver­brennungsluft in der der Brennkammer 5 durch die durch die Eintrittsöffnung 12 zugeführte Verbrennungsluft und damit auch die Zündung der durch die Zuführöffnung 11 zugeführten feinkör­nigen Kohle. Das Einblasen eines Teiles des der Brennkammer 5 zugeführten Gesamtkohlestromes durch die Zusatzeintrittsöffnung 14, die sich zwischen den Zusatzeintrittsöffnungen 13 für Ver­brennungsluft und den Luftdüsen 15 befindet, führt zu einer weiteren Reduzierung der Stickoxidbildung.The cross section of the combustion chamber 5 in the form of a circle or a regular polygon promotes the swirl formation of the combustion air in the combustion chamber 5 through the combustion air supplied through the inlet opening 12 and thus also the ignition of the fine-grained coal supplied through the supply opening 11. The blowing in of a part of the total coal flow fed to the combustion chamber 5 through the additional inlet opening 14, which is located between the additional inlet openings 13 for combustion air and the air nozzles 15, leads to a further reduction in nitrogen oxide formation.

Das aus der Brennkammer 5 im Schacht 3 aufsteigende Rauchgas wird sowohl durch die tangential durch die Zusatzeintrittsöff­nung 13 eintretende Verbrennungsluft als auch durch die durch die Luftdüsen 15 zugeführte Luft von der Innenseite der Schacht­wand 4 ferngehalten, die dadurch vor Korossion durch im Rauch­gas enthaltenes Kohlenmonoxid geschützt wird.The flue gas rising from the combustion chamber 5 in the shaft 3 is kept away from the inside of the shaft wall 4 both by the combustion air entering tangentially through the additional inlet opening 13 and by the air supplied through the air nozzles 15, which is thereby protected against corrosion by carbon monoxide contained in the flue gas .

Das aus der Brennkammer 5 aufsteigende Rauchgas wird ferner durch die wendelartig steigenden Leitbleche 17 umgelenkt. Da­durch und durch die durch die Luftdüsen 15 zugeführte Luft wird der Drall des Rauchgases verstärkt, so daß sich die vom Rauchgas mitgeführte Asche in der Nähe der Schachtwand 4 sam­melt und zu einem großen Teil durch die Austragsöffnung 19 ausgetragen werden kann. Das so weitgehend entstaubte Rauchgas strömt zu den Konvektionsheizflächen 8 und wird dort abgekühlt. Dieses Rauchgas verursacht wegen seines geringen Staubgehaltes nicht nur eine geringe Verschmutzung der Konvektionsheizflä­ chen 8, sondern ein am Rauchgasaustrittsstutzen 6 angeschlos­sener Rauchgasentstauber braucht auch nur einen verhältnismäßig niedrigen Abscheidewirkungsgrad zu haben.The flue gas rising from the combustion chamber 5 is further deflected by the baffles 17 rising in a spiral. This and the air supplied through the air nozzles 15 increase the swirl of the flue gas, so that the ash carried by the flue gas collects near the shaft wall 4 and can to a large extent be discharged through the discharge opening 19. The largely dedusted flue gas flows to the convection heating surfaces 8 and is cooled there. Because of its low dust content, this flue gas not only causes little contamination of the convection heating surface Chen 8, but a flue gas deduster connected to the flue gas outlet nozzle 6 need only have a relatively low separation efficiency.

Der Transport der vom Rauchgas mitgeführten Asche in Richtung der Ascheaustragsschlitze 19 kann verbessert werden, wenn der durch die Luftdüsen 15 zugeführte Luftstrom intervallartig verstärkt und der durch die Zusatzeintrittsöffnungen 13 zu­geführte Luftstrom im gleichen Takt reduziert wird. Die Summe der beiden Luftströme bleibt dabei günstigerweise annähernd konstant.The transport of the ash carried by the flue gas in the direction of the ash discharge slots 19 can be improved if the air flow supplied through the air nozzles 15 is increased at intervals and the air flow supplied through the additional inlet openings 13 is reduced in the same cycle. The sum of the two air flows advantageously remains approximately constant.

Die Heizfläche 20, die ja vorteilhafterweise zylindrisch ausgeführt ist soll die Rauchgastemperatur in der Brennkammer 5 und dadurch gleichzeitig die Stickoxidbildung senken. Ihre Flossenrohre sind wendelförmig gewickelt und gasdicht mitein­ander verschweißt. Sie kann mit ihren Austrittsrohren 24 an den Trägern 9 hängen. Diese Austrittsrohre 24 können zugleich auch senkrechte Tragrohre für die Konvektionsheizflächen 8 sein.The heating surface 20, which is advantageously cylindrical, is intended to reduce the flue gas temperature in the combustion chamber 5 and thereby simultaneously reduce the nitrogen oxide formation. Their fin tubes are wound helically and welded together gas-tight. It can hang on the supports 9 with its outlet pipes 24. These outlet pipes 24 can also be vertical support pipes for the convection heating surfaces 8.

Im Schacht 3 wird ein hoher Rauchgasdruck angestrebt, dadurch wird die Reaktionszeit zwischen der feinkörnigen Kohle und der Verbrennungsluft verkürzt. Dadurch kann der im wesentlichen aus der Brennkammer 5 bestehende Verbrennungsraum ein verhältnis­mäßig kleines Volumen haben. Die Heizfläche 20 kann trotzdem eine genügende Abkühlung des aus der Brennkammer 5 aufstei­genden Rauchgases bewirken, so daß die vom Rauchgas mitgeführte Asche nicht schmilzt.A high flue gas pressure is aimed for in shaft 3, which shortens the reaction time between the fine-grained coal and the combustion air. As a result, the combustion chamber essentially consisting of the combustion chamber 5 can have a relatively small volume. The heating surface 20 can nevertheless bring about sufficient cooling of the flue gas rising from the combustion chamber 5, so that the ash carried by the flue gas does not melt.

Da die gesamte, den Dampferzeugern nach den Figuren 1 bis 6 zu­geführte Luft aus demselben Luftverdichter 48 stammt, ist der Luftdruck im Zwischenraum 7 zwischen der Schachtwand 4 und der Innenseite des hohlzylinderförmigen Gehäuses 2 stets größer als der Druck des Rauchgases innerhalb des Schachtes 3. Deshalb kann durch ein Leck in der Schachtwand 4 kein Rauchgas aus dem Schacht 3 hinaus in den Zwischenraum 7 gelangen.Since all of the air supplied to the steam generators according to FIGS. 1 to 6 comes from the same air compressor 48, the air pressure in the intermediate space 7 between the shaft wall 4 and the inside of the hollow cylindrical housing 2 is always greater than the pressure of the flue gas inside the shaft 3. Therefore due to a leak in the shaft wall 4, no flue gas can get out of the shaft 3 into the intermediate space 7.

Der Schacht kann auch die Brennkammer mit dem Abschlußteil, der Zufuhröffnung für feinkörnige Kohle und der Eintrittsöffnung für Verbrennungsluft an dem Schachtende aufweisen, das das Oberende des Schachtes ist, und den Rauchgasaustrittsstutzen am anderen, das Unterende des Schachtes darstellenden Schacht­ende bilden, so daß das Rauchgas im Schacht von oben nach unten strömt.The shaft can also have the combustion chamber with the end part, the feed opening for fine-grained coal and the inlet opening for combustion air at the end of the shaft, which is the upper end of the shaft, and the flue gas outlet connection at the other, the lower end of the shaft, forming the shaft end, so that the flue gas flows from top to bottom in the shaft.

Im übrigen kann ein solcher Dampferzeuger genauso ausgeführt sein wie in den Figuren 1 bis 6 mit der Ausnahme, daß die Luft­düsen zum Unterende mit dem Rauchgasaustrittsstutzen hin ge­neigt sind und die Abstufung in der Schachtwand so ausgebildet ist, daß die dort befindlichen Austragsöffnungen für Asche diese zum das Unterende bildenden Schachtende austragen.Otherwise, such a steam generator can be designed in the same way as in Figures 1 to 6, with the exception that the air nozzles are inclined towards the lower end with the flue gas outlet connection and the gradation in the shaft wall is designed such that the discharge openings for ash located there are used for the ashes discharge the bottom end of the shaft.

Das kombinierte Gas/Dampfturbinenkraftwerk nach FIG 7 weist einen als Durchlaufdampferzeuger betriebenen Dampferzeuger 30 nach den Figuren 1 bis 6 sowie eine Dampfturbine mit einem Hochdruckteil 31 und einem Mittel- und Niederdruckteil 32 auf, die an einer vom Dampferzeuger 30 abgehenden Frischdampfleitung 33 angeschlossen und die mit einem elektrischen Generator 34 gekoppelt ist und die diesen Generator 34 antreibt. Am Dampf­erzeuger 30 ist die Zufuhrleitung 23 für die feinkörnige Kohle und eine einzige Verbindungsrohrleitung 35 für Luft anstelle der in FIG 1 dargestellten, von dem Luftverdichter 48 abgehen­den Verbindungsrohrleitungen angedeutet.The combined gas / steam turbine power plant according to FIG. 7 has a steam generator 30 according to FIGS. 1 to 6, which is operated as a continuous steam generator, and a steam turbine with a high pressure part 31 and a medium and low pressure part 32, which are connected to a live steam line 33 coming from the steam generator 30 and which are connected to it an electrical generator 34 is coupled and which drives this generator 34. At the steam generator 30, the supply line 23 for the fine-grained coal and a single connecting pipeline 35 for air are indicated instead of the connecting pipelines shown in FIG.

Dem Mittel- und Niederdruckteil 32 der Dampfturbine ist ein Kondensator 36 mit einer Kondensatpumpe 37 nachgeschaltet, die das Kondensat über einen Niederdruckvorwärmer 38 in einen Speisewasserbehälter 39 pumpt, der zugleich als Entgaser wirk­sam ist. Am Speisewasserbehälter 39 ist eine Speisewasserpumpe 40 mit nachgeschalteten Speisewasserhochdruckvorwärmern 41 und 58 angeschlossen, der in der Speisewasserzuleitung 42 zu den Hochdruckheizflächen 43 im Dampferzeuger 30 liegt. Diese Hoch­druckheizflächen 43 sind durch die Flossenrohre des Abschluß­ teiles 10, der Schachtwand 4, der Heizfläche 20 sowie der Leit­bleche 17 und zwei der Konvektionsheizflächen 8 des Dampfer­zeugers nach den Figuren 1 bis 6 gebildet, die zueinander was­serseitig in Serie geschaltete Economiserheizflächen, Ver­dampferheizflächen und Vor- und Endüberhitzerheizflächen mit Frischdampfaustritt zur Frischdampfleitung 33 darstellen.The medium and low pressure part 32 of the steam turbine is followed by a condenser 36 with a condensate pump 37 which pumps the condensate via a low pressure preheater 38 into a feed water tank 39, which is also effective as a degasser. A feed water pump 40 with downstream feed water high-pressure preheaters 41 and 58 is connected to the feed water tank 39 and lies in the feed water supply line 42 to the high-pressure heating surfaces 43 in the steam generator 30. This high pressure heating surfaces 43 are through the fin tubes of the conclusion Part 10, the shaft wall 4, the heating surface 20 and the baffles 17 and two of the convection heating surfaces 8 of the steam generator according to FIGS. 1 to 6 are formed, which represent economiser heating surfaces, evaporator heating surfaces and preheater and final superheater heating surfaces with live steam outlet to the live steam line 33 connected to one another on the water side.

Am Dampferzeuger 30 bzw. am Rauchgasaustrittsstutzen 6 des Dampferzeugers nach FIG 1 ist eine Rauchgasableitung 44 ange­schlossen, die einen Staubabscheider 45 enthält. Diesem Staub­abscheider 45, dessen Wände zur Übertragung von Rauchgas­wärme an den Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerkes aus gas­dicht miteinander verschweißten Flossenrohren bestehen können, ist eine Rauchgasturbine 46 nachgeschaltet, die Antriebs­aggregat sowohl eines elektrischen Generators 47 als auch eines Luftverdichters 48 in der Luftzufuhrleitung 35 zum Dampferzeu­ger 30 ist. Diesem Luftverdichter 48 ist ein weiterer Luftver­dichter 49 vorgeschaltet, der als Antriebsaggregat z.B. einen Elektromotor 50 hat, dessen Drehzahl regelbar ist. Beide Luft­verdichter 48 und 49 bilden die Luftverdichtungsvorrichtung 21 nach FIG 1.A flue gas discharge line 44, which contains a dust separator 45, is connected to the steam generator 30 or to the flue gas outlet connection 6 of the steam generator according to FIG. This dust separator 45, the walls of which can consist of fin tubes welded to one another in a gas-tight manner for the transmission of flue gas heat to the water-steam circuit of the power plant, is followed by a flue gas turbine 46, the drive unit of both an electric generator 47 and an air compressor 48 in the air supply line 35 Steam generator 30 is. A further air compressor 49 is connected upstream of this air compressor 48 and is used as a drive unit e.g. has an electric motor 50, the speed of which is adjustable. Both air compressors 48 and 49 form the air compression device 21 according to FIG. 1.

In der von der Rauchgasturbine 46 abgehenden Rauchgasableitung 51 ist ein Rippenrohrwärmetauscher 52 und der Speisewasserhoch­druckvorwärmer 41, die beide in der Rauchgasableitung 51 in Serie geschaltet sind, der Rauchgasturbine 46 nachgeschaltet. Die den Zwischendampf des Hochdruckteils 31 der Dampfturbine führenden Dampfleitung 53 ist an der Dampfseite des Rippen­rohrwärmetauschers 52 angeschlossen, die ihrerseits wieder an die Zufuhrleitung 54 zu einer Zwischenüberhitzerheizfläche 55 im Dampferzeuger angeschlossen ist. Diese Zwischenüberhitzer­heizfläche 55 ist eine der Konvektionsheizflächen 8 des Dampf­erzeugers nach den Figuren 1 bis 6. Eine Dampfabführleitung 56 der Zwischenüberhitzerheizfläche 55 führt zum Mittel- und Nie­derdruckteil 32 der Dampfturbine.A finned tube heat exchanger 52 and the feed water high-pressure preheater 41, both of which are connected in series in the flue gas duct 51, are connected downstream of the flue gas turbine 46 in the flue gas duct 51 leading from the flue gas turbine 46. The steam line 53 carrying the intermediate steam of the high pressure part 31 of the steam turbine is connected to the steam side of the finned tube heat exchanger 52, which in turn is connected to the feed line 54 to an intermediate superheater heating surface 55 in the steam generator. This reheater heating surface 55 is one of the convection heating surfaces 8 of the steam generator according to FIGS. 1 to 6. A steam discharge line 56 of the reheater heating surface 55 leads to the medium and low pressure part 32 of the steam turbine.

Der vom Hochdruckteil 31 zum Mittel- und Niederdruckteil 32 der Dampfturbine strömende Dampf wird also im Rippenrohrwärmetau­scher 52 aufgeheizt, bevor er in die Zwischenüberhitzerheiz­fläche 55 im Dampferzeuger 30 und von dort in den Mittel- und Niederdruckteil 32 der Dampfturbine gelangt. Dadurch wird der Wirkungsgrad des in FIG 7 dargestellten Kraftwerkes ebenfalls erhöht.The steam flowing from the high pressure part 31 to the medium and low pressure part 32 of the steam turbine is thus heated in the finned tube heat exchanger 52 before it reaches the reheater heating surface 55 in the steam generator 30 and from there into the medium and low pressure part 32 of the steam turbine. This also increases the efficiency of the power plant shown in FIG. 7.

Während die Rauchgasturbine 46, die den Luftverdichter 48 an­treibt, mit konstanter Drehzahl betrieben wird, wird bei Teil­last des Kraftwerkes die Drehzahl des den Luftverdichter 49 antreibenden Elektromotors 50 reduziert. Dadurch wird der vom Verdichter 49 geförderte Luftmassenstrom verringert, und der Luftdruck vor dem Luftverdichter 48 wird ebenfalls ge­ringer. Das bedeutet, daß auch der Gasdruck im Dampferzeuger 30 bzw. im Schacht 3 des Dampferzeugers nach den Figuren 1 bis 6 absinkt, so daß die effektiven Luft- und die Rauchgasgeschwin­digkeiten in diesem Schacht 3, die maßgebend für den Staub­transport, den Verbrennungsablauf und den Ascheaustrag durch die Austragsöffnung 19 sind, nicht proportional mit der Last sinken.While the smoke gas turbine 46, which drives the air compressor 48, is operated at a constant speed, the speed of the electric motor 50 driving the air compressor 49 is reduced at part load of the power plant. As a result, the air mass flow delivered by the compressor 49 is reduced, and the air pressure upstream of the air compressor 48 is also lower. This means that the gas pressure in the steam generator 30 or in the shaft 3 of the steam generator according to Figures 1 to 6 also drops, so that the effective air and flue gas speeds in this shaft 3, which are decisive for the dust transport, the combustion process and the ash discharge through the discharge opening 19 are not proportional to the load.

FIG 8, in der gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in FIG 1 bis 6 haben, zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen von Rauchgas, die sich von der als Dampferzeuger ausgebildeten Vorrichtung nach FIG 1 dadurch unterscheidet, daß sie innerhalb des Schachtes 3 vor dem Rauchgasaustrittsstutzen 6 keine Konvek­tionsheizflächen und keine hängende, zum Schacht 3 koaxiale Heizfläche in der Mitte des Schachtes 3 aufweist. Die Zusatz­eintrittsöffnung 14 für feinkörnige Kohle befindet sich ferner nicht zwischen dem Leitblech 17 und der Brennkammer 5, sondern zwischen dem Leitblech 17 aus Stahl oder Keramik und dem Rauch­gasaustrittsstutzen 6 etwa an gleicher Stelle wie die Luftdüsen 15. Die Schachtwand 4 besteht aus Stahlblech.8, in which the same parts have the same reference numerals as in FIGS. 1 to 6, shows a device for generating flue gas which differs from the device designed as a steam generator according to FIG. 1 in that it does not have any inside the shaft 3 in front of the flue gas outlet connection 6 Has convection heating surfaces and no hanging heating surface coaxial to the shaft 3 in the middle of the shaft 3. The additional inlet opening 14 for fine-grained coal is also not between the baffle 17 and the combustion chamber 5, but between the baffle 17 made of steel or ceramic and the flue gas outlet 6 at approximately the same location as the air nozzles 15. The shaft wall 4 consists of sheet steel.

Am Rauchgasaustrittsstutzen 6 ist unter Zwischenschaltung eines Staubabscheiders 45 eine Rauchgasturbine 46 angeschlossen, die einen ersten Luftverdichter 48 und einen elektrischen Generator 47 antreibt. Dem ersten Luftverdichter 48 ist ein zweiter Luft­verdichter 49 vorgeschaltet, der als Antriebsaggregat einen Elektromotor 50 mit regelbarer Drehzahl hat. Die Luftverdich­ter 48 und 49 in FIG 8 werden wie die entsprechenden Luftver­dichter 48 und 49 in FIG 7 betrieben.A smoke gas turbine 46, which drives a first air compressor 48 and an electric generator 47, is connected to the flue gas outlet connection 6 with the interposition of a dust separator 45. The first air compressor 48 is preceded by a second air compressor 49, which has an electric motor 50 with adjustable speed as the drive unit. The air compressors 48 and 49 in FIG. 8 are operated like the corresponding air compressors 48 and 49 in FIG. 7.

Der Rauchgasturbine 46 ist abgasseitig ein Dampferzeuger 43 nachgeschaltet, dessen Dampf eine nicht dargestellte Dampf­turbine speisen kann.The smoke gas turbine 46 is followed by a steam generator 43 on the exhaust gas side, the steam of which can feed a steam turbine (not shown).

Das Leitblech 17 in FIG 8 kann auch aus miteinander ver­schweißten Rohren gebildet und Konvektionsheizfläche sein, so daß der im Dampferzeuger 43 erzeugte Dampf auf dem Weg zur nicht dargestellten Dampfturbine durch die Rohre des Leitble­ches 17 geführt und überhitzt werden kann.The baffle 17 in FIG. 8 can also be formed from tubes welded together and be a convection heating surface, so that the steam generated in the steam generator 43 can be passed through the tubes of the baffle 17 and overheated on the way to the steam turbine (not shown).

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Rauchgas zum Antreiben einer Gasturbine, insbesondere Dampferzeuger oder Dampfüberhitzer, mit einem geschlossenen hohlzylinderförmigen Gehäuse und einem in diesem Gehäuse befindlichen langgestreckten Schacht, dessen Schachtwand einen Zwischenraum zum Gehäuse bildet und der an einem Schachtende eine Brennkammer, ein Abschlußteil sowie eine in die Brennkammer mündende Eintrittsöffnung für Verbrennungs­luft und eine Zufuhröffnung für feinkörnige Kohle aufweist und der am anderen Schachtende einen Rauchgasaustrittsstutzen auf­weist, der mit Zwischenraum in einem Lufteintrittsstutzen des hohlzylinderförmigen Gehäuses angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zufuhröffnung (11) für feinkörnige Kohle und die Ein­trittsöffnung (12) für Verbrennungsluft einen Kohlenstaub­brenner bilden,
daß zum Erzeugen eines Dralls der Verbrennungsluft die Ein­trittsöffnung (12) für Verbrennungsluft tangential in die Brennkammer (5) mündet oder Leitschaufeln (16) enthält, daß eine in die Brennkammer (5) im Schacht (3) mündende Zu­satzeintrittsöffnung (13) für Verbrennungsluft vorgesehen ist,
daß mit Abstand vom Abschlußteil (10) eine in die Brennkammer (5) im Schacht (3) mündende Zusatzeintrittsöffnung (14) für feinkörnige Kohle in der Schachtwand (4) vorgesehen ist, daß mit Abstand von der Zusatzeintrittsöffnung (13) für Ver­brennungsluft in Strömungsrichtung des Rauchgases gesehen eine Luftdüse (15) in der Schachtwand angebracht ist, die in der­jenigen Richtung tangential in den Schacht (3) mündet, in der sie einen Drall der zugeführten Luft erzeugt, der gleiche Dreh­richtung wie die durch die Eintrittsöffnung (12) für Verbren­nungsluft zugeführte Verbrennungsluft hat, und die in Richtung zum ein Unterende bildenden Schachtende in den Schacht (3) mündet,
daß innerhalb des Schachtes (3) zwischen Zusatzeintrittsöff­ nung (13) für Verbrennungsluft und Luftdüse (15) ein wendel­artig geformtes Leitblech (17) für Rauchgas an der Schacht­wand (4) angeordnet ist, dessen Wendelrichtung so gewählt ist, daß das Rauchgas einen Drall erhält mit der gleichen Drehrich­tung wie die durch die Luftdüse (15) zugeführte Luft, daß sich in der Schachtwand (4) zwischen Leitblech (17) für Rauchgas und Luftdüse (15) oder zwischen Luftdüse (15) und Rauchgasaustritts­stutzen (6) eine durch Änderung des Querschnittes des Schachtes (3) gebildete Abstufung (18) befindet und daß in der Abstufung (18) eine Austragsöffnung (19) für Asche vorgesehen ist.1. Apparatus for generating flue gas for driving a gas turbine, in particular steam generator or steam superheater, with a closed hollow cylindrical housing and an elongated shaft located in this housing, the shaft wall of which forms an intermediate space to the housing and which has a combustion chamber, a closing part and a shaft end has an inlet opening for combustion air opening into the combustion chamber and a feed opening for fine-grained coal and which has a flue gas outlet connection at the other end of the shaft, which is arranged with an intermediate space in an air inlet connection of the hollow cylindrical housing,
characterized by
that the feed opening (11) for fine-grain coal and the inlet opening (12) for combustion air form a coal dust burner,
that for generating a swirl of the combustion air, the inlet opening (12) for combustion air opens tangentially into the combustion chamber (5) or contains guide vanes (16), that an additional inlet opening (13) for combustion air opening into the combustion chamber (5) in the shaft (3) is provided is
that at a distance from the end part (10) in the combustion chamber (5) in the shaft (3) opening additional inlet opening (14) for fine-grained coal in the shaft wall (4) is provided that at a distance from the additional inlet opening (13) for combustion air in the flow direction seen the flue gas an air nozzle (15) is mounted in the shaft wall, which opens tangentially into the shaft (3) in the direction in which it generates a swirl of the supplied air, the same direction of rotation as that through the inlet opening (12) for combustion air has supplied combustion air, and which opens into the shaft (3) towards the shaft end forming a lower end,
that within the shaft (3) between the additional inlet tion (13) for combustion air and air nozzle (15) a helically shaped baffle (17) for flue gas on the shaft wall (4) is arranged, the spiral direction is selected so that the flue gas receives a swirl with the same direction of rotation as that through the air nozzle (15) supplied air that in the shaft wall (4) between the guide plate (17) for flue gas and air nozzle (15) or between the air nozzle (15) and flue gas outlet connection (6) a gradation formed by changing the cross section of the shaft (3) ( 18) and that a discharge opening (19) for ashes is provided in the gradation (18). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schachtwand (4) durch gasdicht miteinander verschweißte Rohre gebildet ist.2. Device according to claim 1,
characterized by
that the shaft wall (4) is formed by gas-tight welded tubes. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abschlußteil (10) aus gasdicht miteinander verschweiß­ten Rohren besteht.3. Device according to claim 1,
characterized by
that the end part (10) consists of gas-tight welded tubes. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzeintrittsöffnung (13) für Verbrennungsluft mit Abstand vom Abschlußteil (10) vorgesehen ist.4. The device according to claim 1,
characterized by
that the additional inlet opening (13) for combustion air is provided at a distance from the end part (10). 5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schacht (3) am Schachtende mit dem Rauchgasaustritts­stutzen (6) eine Konvektionsheizfläche (8) enthält und daß sich die Zufuhröffnung (11) für feinkörnige Kohle und die Eintrittsöffnung (12) für Verbrennungsluft für den Kohlestaub­brenner in Strömungsrichtung des Rauchgases gesehen vor der Konvektionsheizfläche (8) befinden.5. The device according to claim 1,
characterized by
that the shaft (3) at the end of the shaft with the flue gas outlet connection (6) contains a convection heating surface (8) and that the inlet opening (11) for fine-grained coal and the inlet opening (12) for combustion air for the coal dust burner in the flow direction of the flue gas are seen in front of the convection heating surface (8). 6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die durch Änderung des Querschnittes des Schachtes (3) gebildete Abstufung (18) zwischen Luftdüse (15) und Konvektionsheizfläche (8) befindet.6. The device according to claim 1,
characterized,
that the step (18) formed by changing the cross section of the shaft (3) is between the air nozzle (15) and the convection heating surface (8). 7. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Kohlenstaubbrenner eine Flüssigkeitspumpe (24) zum Zuführen eines pumpfähigen Gemisches aus Wasser und der fein­körnigen Kohle zugeordnet ist.7. The device according to claim 1,
characterized,
that the coal dust burner is assigned a liquid pump (24) for supplying a pumpable mixture of water and the fine-grained coal. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Querschnitt der Brennkammer (5) die Form eines Kreises oder eines regelmäßigen Vieleckes hat.8. The device according to claim 1,
characterized,
that the cross section of the combustion chamber (5) has the shape of a circle or a regular polygon. 9. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzeintrittsöffnung (13) für Verbrennungsluft in derjenigen Richtung tangential in die Brennkammer (5) im Schacht (3) mündet, in der sie einen Drall der zugeführten Verbrennungsluft erzeugt, der die gleiche Drehrichtung wie die durch die Eintrittsöffnung (12) für Verbrennungsluft zugeführte Verbrennungsluft hat.9. The device according to claim 4,
characterized,
that the additional inlet opening (13) for combustion air opens tangentially into the combustion chamber (5) in the shaft (3) in that direction in which it generates a swirl of the supplied combustion air, which has the same direction of rotation as that through the inlet opening (12) for combustion air Has combustion air. 10. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzeintrittsöffnung (13) für Verbrennungsluft radial in die Brennkammer (5) im Schacht (3) mündet.10. The device according to claim 4,
characterized,
that the additional inlet opening (13) for combustion air opens radially into the combustion chamber (5) in the shaft (3). 11. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Querschnitt der Brennkammer (5) in Strömungsrich­tung des Rauchgases gesehen vor der Zusatzeintrittsöffnung (13) für Verbrennungsluft ausgehend vom Schachtende mit dem Abschlußteil (10) vergrößert.11. The device according to claim 4,
characterized,
that the cross section of the combustion chamber (5) seen in the flow direction of the flue gas in front of the additional inlet opening (13) for combustion air starting from the shaft end with the end part (10) enlarged. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Leitblech (17) für Rauchgas aus miteinander verschweiß­ten Rohren gebildet und eine Konvektionsheizfläche ist.12. The device according to claim 1,
characterized,
that the baffle (17) for flue gas is formed from tubes welded together and is a convection heating surface. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Zwischenraum (7) zwischen hohlzylinderförmigem Gehäuse (2) und Schachtwand (4) sowie an der Luftdüse (15) derselbe Luftverdichtunger (48) angeschlossen ist und daß die Ein­trittsöffnung (12) für Verbrennungsluft und/oder die Zusatz­eintrittsöffnung (13) für Verbrennungsluft versorgungsmäßig an dem Zwischenraum (7) oder an dem Luftverdichter (48) ange­schlossen sind.13. The apparatus of claim 1,
characterized,
that the same air compressor (48) is connected to the intermediate space (7) between the hollow cylindrical housing (2) and shaft wall (4) and to the air nozzle (15) and that the inlet opening (12) for combustion air and / or the additional inlet opening (13) for combustion air are connected to the intermediate space (7) or to the air compressor (48). 14. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Mitte des Schachtes (3) zwischen Zusatzeintritts­öffnung (13) für Verbrennungsluft und Konvektionsheizfläche (8) eine Heizfläche (20) aus gasdicht miteinander verschweißten Rohren angeordnet ist.14. The apparatus according to claim 5,
characterized,
that in the middle of the shaft (3) between the additional inlet opening (13) for combustion air and convection heating surface (8) a heating surface (20) of gas-tight welded tubes is arranged. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Luftverdichter (48) ein weiterer Luftverdichter (49) vorgeschaltet ist, der ein Antriebsaggregat (50) hat, dessen Drehzahl regelbar ist.15. The apparatus according to claim 13,
characterized,
that the air compressor (48) is preceded by a further air compressor (49) which has a drive unit (50), the speed of which can be regulated.
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