NL8000404A

NL8000404A - Tussenkringloop voor een drukfluidebed.

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: DE3101051A1; GB2068094A; JPS56113906A; FR2474146A1

Description

VO 8877 -1-

Tussenkrihgloop voor een drukfluldebed.

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.

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.

. 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.

De uitvinding beoogt te voorzien in een fluldebedketel

O

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.

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.

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.

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.

35 Om te voorkomen dat bij een gedeeltelijke belasting de door de

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.

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.

Ook vloeibare metalen, zoals Woods metaal kunnen toegepast worden.

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.

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.

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.

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.

O

80 0 0 4 04

Claims

1. Fluldebedverbrandingssysteen omvattende een fluldebed ketel net een toevoer- en een afvoerleiding voor fluïdum en een kringloop vaarin vloeistof door verhitting vordt omgezet in damp, met het kenmerk, dat 5 voorzien is in een tussenkringloop die enerzijds gekoppeld is met het fluxdebed en anderzijds buiten het fluldebed gekoppeld is net de vloei-stof-dampkringloop, waarbij voorzien is in middelen on een koelfluldua door de tussenkringloop te doen circuleren.

2. Fluldumverbrandingssysteem volgens conclusie 1, net het kenmerk, 10 dat de tussenkringloop is uitgevoerd als een kringloop waarin lucht het koelfluldum is, waarbij tussen de fluïduntoevcerleiding en de leiding voor het toevoeren van koelfluldum naar het fluldebed van de tussenkringloop voorzien is in een vereffeningsleiding.

3. Fluldebedverbrandingssysteen volgens conclusie . 1, net het ken-15 merk, dat de tussenkringloop is uitgevoerd als een kringloop waarin het koelfluldum helium is. k. Fluldebedverbrandingssysteen volgens een der voorgaande conclu sies, net het kenmerk, dat voorzien is in een verbindingsleiding tussen de leiding voor het afvoeren van koelfluldum uit hst fluldebed van de tus-20 senkringloop en de leiding voor het toevoeren van koelfluldum naar het fluldebed van de tussenkringloop, een en ander zodanig dat een tevoren bepaalde hoeveelheid verhit koelfluldum aan de circulatieniddelen tcege-voerd kan worden, zonder dat dit fluïdum gekoppeld is geweest net de vloeistof-dampkringloop. £ Ά \ \ 80 0 0 4 04