EP0349765B1 - Wirbelschichtfeuerung - Google Patents
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- EP0349765B1 EP0349765B1 EP89109976A EP89109976A EP0349765B1 EP 0349765 B1 EP0349765 B1 EP 0349765B1 EP 89109976 A EP89109976 A EP 89109976A EP 89109976 A EP89109976 A EP 89109976A EP 0349765 B1 EP0349765 B1 EP 0349765B1
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- EP
- European Patent Office
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- protective shields
- strips
- tube panel
- fluidized bed
- fluidised
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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
- F22B31/0061—Constructional features of bed cooling
Definitions
- the invention relates to a fluidized bed combustion according to the preamble of claim 1.
- DE-A-3347083 is concerned with heat exchangers which have side surfaces on both sides parallel to the direction of flow of the vortex air.
- an upright bar is welded to each horizontal tube on both sides, the width of which corresponds to the tube diameter.
- the strips of tubes arranged one above the other form a flat, vertical side surface which has a gap between two strips.
- the tube sheets are embedded in erosion-resistant ramming compounds.
- the heat transfer tubes of a fluidized bed boiler are provided with wear protection devices at the points which are exposed to the fluidized bed material.
- wear protection devices for example in the form of semi-cylindrical shells which are attached to the undersides of the tubes.
- the wear is not limited to certain areas. It cannot be ruled out that erosion will occur in the unprotected areas.
- the invention has for its object to avoid the disadvantages of the prior art and to design and arrange the wear protection elements in a fluidized bed combustion of the type specified in such a way that the heat exchanger is better protected against erosion without impairing the heat transfer.
- a perforated intermediate floor 2 e.g. a nozzle bottom, an air chamber 3 separated, which is connected to a blower 4.
- the fluidized bed 5, consisting of a layer of granular material, is located above the intermediate floor 2.
- Several heat exchangers in the form of tube sheets 6 are immersed in this layer.
- Each tube plate 6 consists of several - in the embodiment shown in Figure 1 a total of six - horizontal tubes 7, the axes of which lie in a vertical plane.
- the tubes 7 of a tube plate 6 are, for example, connected in a conventional manner by mutually arranged hairpin-shaped elbows to form a continuous zigzag tube or connected at one end to a common distributor and at the other end to a common header.
- Protective shields 9, 10 are arranged on both sides of the tube plate 6, mirror-symmetrically with respect to the plane formed by the axes of the tubes 7, which are held on the tube plate 6 with the aid of fastening means, not shown, and with their upper and lower edges over the tube plate 6 protrude. There is a distance a between the tubes 7 and the protective shields 9, 10, which corresponds to approximately 0.5 to 1.5 times the tube diameter.
- strips 11, 12 are fastened on the side facing the tube plate 6. There is a gap between the strips 11, 12, the width of which is approximately 30 to 60% of the distance between the two protective shields 9, 10. In a corresponding manner, strips 13, 14 are also attached to the upper edges of the protective shields 9, 10.
- the protective shields 9, 10 together with the strips 11, 12, 13, 14 form a flat, upright box, which encloses the tubular panel 6 on all sides at a distance and has a narrow longitudinal slot on its top and bottom.
- the fluidized bed 5 is kept in a fluidized state by the air which is supplied by means of the fan 4.
- the upward airflow between the two protective shields 9, 10 is throttled by the strips 11, 12, 13, 14. Its speed is therefore not sufficient to fluidize the granular fluidized bed material that penetrates between the two strips 13, 14 in the space between the two protective shields 9, 10.
- the hot material therefore trickles down the tubes 7, optionally forms a loose, slipping bed in the lower part of the intermediate space and flows out through the gap between the strips 11, 12.
- the intensive contact of the hot material with the outer surfaces of the tubes 7 ensures good heat transfer. Since the flow velocity between the protective shields 9, 10 is significantly reduced, the erosion is reduced. If erosion damage occurs on the protective shields 9, 10, these can be easily replaced.
Landscapes
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Bei stationären Wirbelschichtfeuerungen sind die in die Wirbelschicht eintauchenden Wärmetauscher infolge der heftigen Bewegung und der hohen Konzentration der Feststoffteilchen einer außerordentlich starken Erosion ausgesetzt, die ihre Standzeit drastisch verkürzt.
- Die DE-A-3347083 befaßt sich mit Wärmetauschern, die beiderseits Seitenflächen parallel zur Strömungsrichtung der Wirbelluft aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist an jedes waagerechte Rohr zu beiden Seiten je eine hochkantstehende Leiste angeschweißt, deren Breite mit dem Rohrdurchmesser übereinstimmt. Die Leisten übereinander angeordneter Rohre bilden eine ebene, senkrecht stehende Seitenfläche, die zwischen je zwei Leisten einen Spalt aufweist. Hierdurch läßt sich zwar der Einfluß der Erosion durch Gleitverschleiß an den geschützten Seiten deutlich verkleinern. Es hat sich aber gezeigt, daß die ungeschützten Teile der Rohrwand ― wenn auch in verringertem Maße ― anfällig gegen Erosionsschäden sind. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Rohrtafeln in erosionsbeständige Stampfmassse eingebettet. Diese Ausführung bietet zwar sehr guten Erosionsschutz, hat aber den Nachteil, daß unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen keramischer Stampfmasse und metallischem Rohr zu schädlichen Spannungen führen; sie ist daher nur beschränkt einsatzfähig. Außerdem wird durch die Bestampfung die Wärmeübertragung verschlechtert.
- Gemäß DE-A-3428696 sind die Wärmeübertragungsrohre eines Wirbelschichtkessels an den Stellen, die dem Wirbelbettmaterial stark ausgesetzt sind, mit Verschleißschutzeinrichtungen versehen. beispielsweise in Gestalt von halbzylinderförmigen Schalen, die an den Unterseiten der Rohre befestigt sind. Da jedoch ― bedingt durch die Natur des Wirbelbettes ― nicht nur eine senkrecht nach oben gerichtete Bewegungskomponente der erosiven Feststoffpartikel vorhanden ist, sondern auch ein intensiver Queraustausch sowie ein Rückfluß nicht austragfähiger großer Teilchen stattfindet, ist der Verschleiß nicht auf bestimmte Flächen beschränkt. Es läßt sich daher nicht ausschließen, daß an den ungeschützten Stellen Erosion auftritt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die angegebenen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und bei einer Wirbelschichtfeuerung der eingangs angegebenen Gattung die Verschleißschutzelemente so auszubilden und anzuordnen, daß der Wärmetauscher ohne Beeinträchtigung des Wärmeübergangs besser gegen Erosion geschützt ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 2 angegeben.
- Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.
- Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine stationäre Wirbelschichtfeuerung.
- Figur 2 zeigt in größerem Maßstab eine Schnitt durch einen Wärmetauscher.
- Im unteren Teil eines Gehäuses 1 ist durch einen perforierten Zwischenboden 2, z.B. einen Düsenboden, eine Luftkammer 3 abgetrennt, die mit einem Gebläse 4 verbunden ist. Über dem Zwischenboden 2 befindet sich das Wirbelbett 5, bestehend aus einer Schicht von körnigem Material. Eingetaucht in diese Schicht sind mehrere Wärmetauscher in Gestalt von Rohrtafeln 6.
- Jede Rohrtafel 6 besteht aus mehreren ― bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt sechs ― waagerechten Rohren 7, deren Achsen in einer senkrecht stehenden Ebene liegen. Die Rohre 7 einer Rohrtafel 6 sind zum Beispiel in herkömmlicher Weise durch wechselseitig angeordnete haarnadelförmige Krümmer zu einem durchgehenden zickzackförmigen Rohrzug verbunden oder mit dem einen Ende an einen gemeinsamen Verteiler und mit dem anderen Ende an einen gemeinsamen Sammler angeschlossen.
- Beiderseits der Rohrtafel 6 sind ― spiegelsymmetrisch in bezug auf die von den Achsen der Rohre 7 gebildete Ebene ― Schutzschilde 9, 10 angeordnet, die mit Hilfe von nicht dargestellten Befestigungsmitteln an der Rohrtafel 6 gehalten sind und mit ihren Ober- und Unterkanten über die Rohrtafel 6 hinausragen. Zwischen den Rohren 7 und den Schutzschilden 9, 10 besteht eine Abstand a, der etwa dem 0,5 bis 1,5-fachen Rohrdurchmesser entspricht.
- An den Unterkanten der beiden Schutzschilde 9, 10 sind auf der Seite, die der Rohrtafel 6 zugekehrt ist, Leisten 11, 12 befestigt. Zwischen den Leisten 11, 12 besteht ein Spalt, dessen Breite etwa 30 bis 60% des Abstandes der beiden Schutzschilde 9, 10 beträgt. In entsprechender Weise sind auch an den Oberkanten der Schutzschilde 9, 10 Leisten 13, 14 angebracht.
- Die Schutzschilde 9, 10 bilden zusammen mit den Leisten 11, 12, 13, 14 einen flachen, hochkant stehenden Kasten, der die Rohrtafel 6 allseits mit Abstand umschließt und an seiner Unter- und Oberseite je einen schmalen Längsschlitz aufweist.
- Im Betrieb wird das Wirbelbett 5 durch die Luft, die mittels des Gebläses 4 zugeführt wird, in fluidisiertem Zustand gehalten. Durch die Leisten 11, 12, 13, 14 wird der nach oben gerichtet Luftstrom zwischen den beiden Schutzschilden 9, 10 gedrosselt. Seine Geschwindigkeit reicht daher nicht aus, um das körnige Wirbelbettmaterial, das zwischen den beiden Leisten 13, 14 in dem Zwischenraum zwischen den beiden Schutzschilden 9, 10 eindringt, zu fluidisieren. Das heiße Material rieselt daher an den Rohren 7 nach unten, bildet gegebenenfalls im unteren Teil des Zwischenraums eine lockere, nachrutschende Schüttnung und fließt durch den Spalt zwischen den Leisten 11, 12 aus.
- Durch den intensiven Kontakt des heißen Material mit den Außenflächen der Rohre 7 ist ein guter Wärmeübergang gewährleistet. Da die Strömungsgeschwindigkeit zwischen den Schutzschilden 9, 10 wesentlich verringert ist, wird die Erosion verkleinert. Falls Erosionsschäden an den Schutzschilden 9, 10 auftreten, lassen sich diese leicht auswechseln.
Claims (2)
daß die Verschleißschutzelemente als Schutzschilde (9, 10) ausgebildet sind, die beiderseits der Rohrtafel (6) mit Abstand angeordnet sind,
daß die beiden Schutzschilde (9, 10) an ihren Unterkanten je eine der Rohrtafel zugekehrte Leiste (11, 12) aufweisen und
daß zwischen den beiden Leisten (11, 12) ein Spalt besteht.
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