NL8000404A

NL8000404A - INTERMEDIATE CIRCUIT FOR A PRESSURE FLUID BED.

Info

Publication number: NL8000404A
Application number: NL8000404A
Authority: NL
Original assignee: Neratoom
Priority date: 1980-01-22
Filing date: 1980-01-22
Publication date: 1981-08-17
Also published as: GB2068094A; FR2474146A1; DE3101051A1; JPS56113906A

Description

VO 8877 -1-VO 8877 -1-

Tussenkrihgloop voor een drukfluldebed.Intermediate flow for a pressure fluid bed.

De uitvinding heeft betrekking op een fluidebed verbran-dingssysteem omvattende een fluldebedketel met een toevoer- en een afvoerleiding voor fluïdum en een kringloop waarin vloeistof door verhitting omgezet kan worden in damp; het is bekend dat fluldebed-5 ketels een optimale verbranding van kolen kunnen verschaffen, waarbij het bij de verbranding van de kolen vrijkomende zwavel grotendeels gebonden wordt door in het fluidebed aanwezige kalksteen.The invention relates to a fluid bed combustion system comprising a fluid bed boiler with a supply and a discharge pipe for fluid and a circuit in which liquid can be converted into vapor by heating; It is known that fluidized bed boilers can provide optimum combustion of coal, the sulfur released during combustion of the coal being largely bound by limestone contained in the fluid bed.

Een groot voordeel van dit soort verbranding is dus, dat deze zeer milieuvriendelijk is. 3ij de bekende fluldebedketels is de 10 bij de verbranding vrijkomende warmte bestemd om water dat door een in het bed aangebrachte kringloop wordt toegevoerd, tot stoom te verhitten, welke stoom daarna b.v. voor het produceren van electriciteit benut kan worden.A major advantage of this type of combustion is therefore that it is very environmentally friendly. In the known fluid-bed boilers, the heat released during combustion is intended to heat water which is supplied by a circuit arranged in the bed to steam, which steam is then e.g. can be used to generate electricity.

. Een bezwaar van de bekende fluldebedketels is, dat deze 15 uitsluitend bij vollast gebruikt kunnen worden, bij een gedeeltelijke belasting is de hoeveelheid toegevoerd water kleiner en neemt de temperatuur daarvan derhalve toe. Voor een optimale binding van de vrijkomende zwavel moet de temperatuur van het bed 850°C zijn, terwijl in de praktijk bij de vollast de kooktemperatuur van het 20 onder druk staande water ongeveer 250°C is. Bij een gedeeltelijke belasting zou de gemiddelde temperatuur van het water sterk moeten toenemen, hetgeen tegelijkertijd een sterke drukverhoging tot gevolg zou hebben, deze druktoename is in combinatie met de temperatuurstijging niet alleen ontoelaatbaar voor het bedrijven van 25 een nageschakelde stoom/waterkringloop maar doet eveneens onoverkomelijke problemen ontstaan met betrekking tot de keuze van het materiaal voor de watervoerende warmtewisselaarpijpen in het bed. Andere praktisch toepasbare vloeistoffen die tengevolge van warmteopname een vloeistof/dampovergang bij lage temperaturen kennen, 30 doen met betrekking tot de materiaalkeuze dezelfde problemen ontstaan.. A drawback of the known fluidized bed boilers is that they can only be used at full load, at partial load the amount of water supplied is smaller and the temperature thereof therefore increases. For optimum bonding of the released sulfur, the temperature of the bed should be 850 ° C, while in practice at full load the boiling temperature of the pressurized water is about 250 ° C. At partial load the average temperature of the water should increase sharply, which at the same time would result in a strong pressure increase, this pressure increase in combination with the temperature increase is not only inadmissible for operating a downstream steam / water cycle but also does insurmountable Problems arise with regard to the choice of material for the water-carrying heat exchanger pipes in the bed. Other practically applicable liquids which have a liquid / vapor transition at low temperatures as a result of heat absorption, pose the same problems with regard to the choice of material.

De uitvinding beoogt te voorzien in een fluldebedketelThe object of the invention is to provide a fluid bed kettle

OO

I 800 0 4 04 r- - -2- waarbij bij de optimale verbrandingstemperatuur van ongeveer 850°C de hoeveelheid afgevoerde warmte per volume-eenheid koelfluïdum toch over een groot traject gevarieerd kan worden.I 800 0 4 04 r- - -2- whereby at the optimum combustion temperature of about 850 ° C, the amount of heat dissipated per unit volume of cooling fluid can still be varied over a wide range.

De uitvinding wordt hiertoe gekenmerkt doordat voorzien 5 is in een tussenkringloop die enerzijds gekoppeld is met het fluidebed en anderzijds buiten het fluidebed gekoppeld is met de vloeistof-dampkringloop, waarbij voorzien is in middelen om een koelfluïdum door de tussenkringloop te doen circuleren. Doordat het in de tussenkringloop aanwezige koelfluïdum geen vloeistof-10 dampovergang kent, kan men als koelfluïdum een gas of een metaal met een zeer laag smeltpunt (b.v. Woods metaal) toepassen.To this end, the invention is characterized in that an intermediate circuit is provided which is coupled on the one hand to the fluid bed and on the other hand to the fluid-vapor cycle outside the fluid bed, wherein means are provided for circulating a cooling fluid through the intermediate circuit. Since the cooling fluid present in the intermediate circuit has no liquid-vapor transition, a gas or a metal with a very low melting point (for example Woods metal) can be used as the cooling fluid.

De uitvinding zal in het hiernavolgende nader beschreven worden aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld onder verwijzing naar de tekening. Hierin toont: 15 fig. 1 een schematische weergave van een fluïdebedver- brandingssysteem met een tussenkringloop volgens de uitvinding; en fig. 2 de schematische weergave volgens fig. 1, met een gemodificeerde tussenkringloop.The invention will be described in more detail below with reference to an exemplary embodiment with reference to the drawing. In the drawing: Fig. 1 shows a schematic representation of a fluid bed combustion system with an intermediate circuit according to the invention; and Fig. 2 shows the schematic representation according to Fig. 1, with a modified intermediate circuit.

20 Pig. 1 toont een fluidebedverbrandingssysteem omvattende een aantal gasturbines met daaraan gekoppelde compressoren en generatoren, in het uitvoeringsvoorbeeld 1, 2 en 3, welke ertoe dienen om de luchttoevoer naar het wervelbed te regelen, waarbij uit rendementsoverwegingen afhankelijk van de belasting van het 25 verbrandingssysteem een of meer gasturbines ingeschakeld worden om lucht aan het wervelbed toe te voeren. Deze lucht wordt toegevoerd aan de fluïdebedketel 8 met daarin het wervelbed van kalksteen met kolen, aan deze ketel is tevens een leiding verbonden voor het afvoeren van de verbrandingsgassen. Deze onder 30 hoge druk staande verbrandingsgassen worden via een aantal stof-reinigingssystenen 12 (b.v. cyclonen) toegevoerd aan de gasturbines 1 t/m 3, alwaar zij enerzijds de benodigde energie voor het comprimeren van de lucht leveren en anderzijds de resterende energie omgezet wordt in electriciteit met behulp van de generatoren.Pig. 1 shows a fluid bed combustion system comprising a number of gas turbines with coupled compressors and generators, in the exemplary embodiment 1, 2 and 3, which serve to regulate the air supply to the fluidized bed, one or more of which, for efficiency reasons, depends on the load of the combustion system. gas turbines are switched on to supply air to the fluidized bed. This air is supplied to the fluid bed boiler 8 containing the fluidized bed of limestone with coal, this boiler is also connected to a pipe for discharging the combustion gases. These high-pressure combustion gases are supplied via a number of dust-cleaning systems 12 (eg cyclones) to gas turbines 1 to 3, where on the one hand they supply the energy required for compressing the air and, on the other hand, the remaining energy is converted into electricity using the generators.

35 Om te voorkomen dat bij een gedeeltelijke belasting de door de35 To prevent the partial load imposed by the

Ir ϋ - f' k' 80 0 0 4 04 ^ " * -3- verbrandingsgassen'geleverde energie onvoldoende zou zijn voor het aandrijven van één grote gasturbine met één compressor, is voorzien in een aantal kleinere gasturbines, die parallel geschakeld zijn en naar behoefte in- en uitgeschakeld kunnen worden. Bij 5 bestaande fluidebedverbrandingssystemen is in het fluidebed een water/stoomkringloop aangebracht, waarbij de stoom benut wordt voor electriciteitsproduktie. Dit systeem bezit de in het voorgaande beschreven nadelen.Ir ϋ - f 'k' 80 0 0 4 04 ^ "* -3- combustion gasses" The energy supplied would not be sufficient to power one large gas turbine with one compressor, some smaller gas turbines are connected in parallel and can be switched on and off as required In existing fluid bed combustion systems, a water / steam circuit is arranged in the fluid bed, whereby the steam is used for electricity production, which system has the disadvantages described above.

Het verbrandingssysteem volgens de uitvinding is voorzien 10 van een tussenkringloop 4, 5 die door het fluidebed geleid is en waarin als koelfluïdum een gas, zoals lucht of helium aanwezig is.The combustion system according to the invention is provided with an intermediate circuit 4, 5 which is passed through the fluid bed and in which a gas, such as air or helium, is present as cooling fluid.

Ook vloeibare metalen, zoals Woods metaal kunnen toegepast worden.Liquid metals, such as Woods metal, can also be used.

Het koelfluïdum wordt met behulp van een recirculatieventilator 6 door de leiding 5 in het bed gevoerd en neemt afhankelijk van de 15 hoeveelheid toegevoerd koelfluïdum per tijdseenheid' een meer of minder grote hoeveelheid warmte in het bed op. Dit verwarmde koelfluïdum stroomt via een uitgaande leiding van de tussenkringloop naar een stoomgenerator 9, waar met behulp van een warmtewisselaar de warmte overgedragen kan werden aan een water/stoom-20 leiding 11, voor het opwekken van stoom, welke weer voor het produceren van electriciteit benut kan worden. De fluïdebedketel en de stoomgenerator zijn tezamen aangebracht in een drukvat 10.The cooling fluid is fed through the pipe 5 into the bed by means of a recirculation fan 6 and, depending on the amount of cooling fluid supplied per unit time, absorbs a greater or lesser amount of heat in the bed. This heated cooling fluid flows via an outgoing pipe from the intermediate circuit to a steam generator 9, where with the aid of a heat exchanger the heat can be transferred to a water / steam pipe 11, for generating steam, which in turn produces electricity. can be utilized. The fluidized bed boiler and the steam generator are arranged together in a pressure vessel 10.

Zoals beschreven, wordt als koelmiddel voor de tussenkringloop bij voorkeur een gas, in het bijzonder helium of lucht 25 toegepast. Indien men lucht toepast kan voorzien zijn in een ver-effeningsleiding 7, welke in fig. 1 in een stippellijn aangegeven is. Deze leiding 7 zorgt er voor dat de druk in de tussenkringloop gelijk is aan de druk van de in het bed gevoerde verbrandingslucht. Zonder deze vereffeningsleiding zou bij de hoge temperatu-30 ren van de lucht (tot 700°C) voorzien moeten zijn in regeltechni-sche apparatuur om ontoelaatbaar hege drukverschillen binnen en buiten de pijpen te voorkomen; de vereffeningsleiaing kan gezien worden als een uiterst bedrijfszekere en voordelige regeltschnische voorziening. Bij het toepassen van helium is een dergelijke veref-35 feningsleiding vanzelfsprekend niet mogelijk en moeten duurdere i 80 0 0 4 04 -4- regeltechnische voorzieningen getroffen worden om genoemd drukverschil te vereffenen. Het toepassen van lucht als koelfluldum is dus regeltechnisch gezien aantrekkelijk, maar kan een relatief grote stoomgenerator en een grote recirculatieventilator noodzake-5 lijk maken, terwijl bij hoge verplaatsingssnelheden ook erosiepro-blemen op kunnen treden. Helium daarentegen vraagt een meer ingewikkeld drukvereffeningssysteem maar heeft een beter warmtegelei-dingsvermogen dan lucht waardoor kleinere verplaatsingssnelheden en dus een kleinere ventilator mogelijk is.As described, a gas, in particular helium or air, is preferably used as the intermediate circuit coolant. If air is used, a leveling pipe 7 can be provided, which is indicated in dotted line in Fig. 1. This line 7 ensures that the pressure in the intermediate circuit is equal to the pressure of the combustion air fed into the bed. Without this equalization line, control equipment should be provided at high air temperatures (up to 700 ° C) to prevent inadmissibly high pressure differences inside and outside the pipes; the liquidation line can be seen as an extremely reliable and economical regulatory solution. When using helium, such a equalization line is of course not possible and more expensive control measures must be taken to compensate for said pressure difference. The use of air as a cooling fluid is thus attractive from a control engineering point of view, but can make a relatively large steam generator and a large recirculation fan necessary, while erosion problems can also occur at high displacement speeds. Helium, on the other hand, requires a more complicated pressure equalization system but has a better thermal conductivity than air, allowing for slower displacement speeds and thus a smaller fan.

10 Er bestaat geen lineair verband tussen de snelheid van de recirculatieventilator 6 en de deelbelasting van het fluïdebed, een verdubbeling van de ventilatorsnelheid leidt b.v. niet tot een verdubbeling van de belasting. Om dit verband wel lineair te doen zijn of om de ventilator met een constante snelheid te 15 kunnen laten draaien, hetgeen regeltechnisch aantrekkelijk is, kan voorzien zijn in een shuntleiding, die in fig. 2 aangegeven is met 14. Via deze shuntleiding kan een deel van het in het fluïde-bed verhitte koelfluldum rechtstreeks via een driewegkraan 13 weer aan de ventilator toegevoerd worden, zonder de warmtewisselaar 20 in de stoomgenerator te passeren. Door de stand van de driewegkraan te koppelen aan de snelheid van de ventilator kan naar keuze een lineair verband tussen de ventilatorsnelheid en de deelbelasting of een constante ventilatorsnelheid worden verkregen.There is no linear relationship between the speed of the recirculation fan 6 and the partial load of the fluid bed, doubling the fan speed leads e.g. not to double the taxation. In order to make this relationship linear or to be able to run the fan at a constant speed, which is attractive from a control point of view, a shunt line can be provided, which is indicated by 14 in fig. 2. of the cooling fluid heated in the fluid bed can be fed directly back to the fan via a three-way cock 13, without passing the heat exchanger 20 in the steam generator. By linking the position of the three-way valve to the speed of the fan, a linear relationship between the fan speed and the partial load or a constant fan speed can optionally be obtained.

Uit het voorgaande zal duidelijk zijn dat de uitvinding 25 voorziet in een bedrijfszeker systeem, dat het mogelijk maakt om de belasting en dus de hoeveelheid geproduceerde electriciteit bij een fluldebedverbrandingssysteem over een groot gebied te regelen.From the foregoing it will be clear that the invention provides a foolproof system which makes it possible to control the load and thus the amount of electricity produced in a wide-bed combustion system over a large area.

OO

80 0 0 4 0480 0 0 4 04

Claims

1. Fluid-bed combustion system comprising a fluid-bed boiler with a supply and an outlet pipe for fluid and a cycle for converting liquid into heat by heating, characterized in that an intermediate circuit is connected on the one hand to the flux bed and on the other hand outside the fluid bed is coupled to the liquid vapor cycle, whereby means are provided for circulating a cooling fluid through the intermediate cycle.

2. Fluid combustion system according to claim 1, characterized in that the intermediate circuit is designed as a circuit in which air is the cooling fluid, wherein an equalizing line is provided between the fluid supply line and the line for supplying cooling fluid to the fluid bed of the intermediate circuit.

3. Fluid bed combustion system according to claim. 1, which is characterized in that the intermediate circuit is designed as a circuit in which the cooling fluid is helium. k. Fluid bed combustion system according to any one of the preceding claims, characterized in that a connecting pipe is provided between the pipe for discharging cooling fluid from the intermediate bed of the intermediate cycle and the pipe for supplying cooling fluid to the fluid bed of the intermediate circuit, all this in such a way that a predetermined amount of heated cooling fluid can be supplied to the circulation means without this fluid having been coupled to the liquid-vapor circuit. £ Ά \ \ 80 0 0 4 04