NO153273B

NO153273B - HVIRVELSJIKTFYRING.

Info

Publication number: NO153273B
Application number: NO812685A
Authority: NO
Inventors: Lothar Holl
Original assignee: Bergwerksverband Gmbh
Priority date: 1980-08-09
Filing date: 1981-08-07
Publication date: 1985-11-04
Also published as: NO153273C; NO812685L; EP0045890A1; DK353381A; DE3170277D1; EP0045890B1; DE3030215A1

Description

Oppfinnelsen vedrører en hvirvelsjiktfyring i henhold til in-gressen i kravet. The invention relates to a fluidized bed firing according to the preamble of the claim.

Spesielt finner hvirvelsjiktfyring anvendelse for forbrenning In particular, fluidized bed firing is used for combustion

av stykket, rørformede eller slamformede brennstoffer til damp- eller varmtvannfrembringelse. Ved hjelp av den over dyser i tilstrømningsbunnen tilførte forbrenningsluft oppnås på den ene side en jevn fordeling av luften, på den annen side bevirker denne luft en stadig gjennomhvirvling av hvirvelgodset. of the piece, tubular or slurry fuels for steam or hot water generation. By means of the combustion air supplied via nozzles in the inflow base, on the one hand an even distribution of the air is achieved, on the other hand this air causes a constant swirling of the swirling material.

Det er kjent at den termiske ytelse av en hvirvelsjiktfyring It is known that the thermal performance of a fluidized bed firing

ved innstilling av den minimalt mulige hvirvellufthastighet, altså i dellastområdet, begrenses ved forholdet mellom volumet av hvirvelsjiktet og den varmebortførende overflate. Denne nedre termiske ytelsesgrense ligger ved kjølte fyrromvegger ved høy-ere verdier enn ved uavkjølte, derfor er ved små hvirvelsjiktfyringer med de for det meste vanlige rujernrørvegger den ved kullforbrenningen tilførte varmemengde ikke tilstrekkelig til å holde hvirvelsjiktet i denne situasjon ved driftstemperatur. Ved den gode varmeovergang fra hvirvelsjikt til rujernrørvegger finner det nemlig sted stadig en for stor varmefjerning (Chem. Ing. Techn. 46 (1974), side 180 og Verfahrenstechnik 13 (1978), side 886). when setting the minimum possible swirl air speed, i.e. in the partial load area, is limited by the ratio between the volume of the swirl layer and the heat-dissipating surface. This lower thermal performance limit lies at higher values for cooled boiler walls than for uncooled ones, therefore, in small fluidized bed firings with the mostly common pig iron tube walls, the amount of heat added during coal combustion is not sufficient to keep the fluidized bed in this situation at operating temperature. With the good heat transfer from the fluidized bed to the pig iron pipe walls, too much heat is constantly removed (Chem. Ing. Techn. 46 (1974), page 180 and Verfahrenstechnik 13 (1978), page 886).

Det er videre kjent at hvirvelsjiktfyringer for dellastregulering oppdeles på luftkassesiden i segmenter og denne oppdeling fort-settes på hvirvelsjiktsiden ved innbygde murer eller via rør-vegger, idet gjennom hvert segment av tilstrømningsbunnen føres et trykkrør (stråleifyllingsrør) til tilførsel av brennstoffet. Det må imidlertid herved påses at ved deilast avkjøles ikke hvilende delsjikt for sterkt og således underskrides ved gjen-starting tenntemperaturen, derfor stoppes liktblivende deilast i drift befinnende delsjikt og taes i drift når det er stoppet (DE-OS 28 14 239). It is also known that fluidized bed firings for partial load regulation are divided on the air box side into segments and this division is continued on the fluidized bed side by built-in walls or via pipe walls, as a pressure pipe (jet filling pipe) is led through each segment of the inflow base for supplying the fuel. However, it must be ensured that with partial load the resting sub-layer does not cool down too much and thus fall below the ignition temperature when restarting, therefore a constant partial load in operating sub-layer is stopped and taken into operation when it has been stopped (DE-OS 28 14 239).

For å kunne gi forbrenning av kull i en hvirvelsjiktfyring for-trinn i forhold til gass- eller oljefyringer, må det nettopp ved små hvirvelsjiktfyringer kjente ugunstige dellastforhold løses. Dette er enda ikke tilfredsstillende løst ved de hittil kjente hvirvelsjiktfyringsanlegg (VGB-Kraftwerkstechnik 56, (1976) , In order to be able to give the combustion of coal in a fluidized bed firing an advantage compared to gas or oil firings, the unfavorable partial load conditions known precisely for small fluidized bed firings must be solved. This has not yet been satisfactorily solved by the hitherto known fluidized bed combustion plants (VGB-Kraftwerkstechnik 56, (1976) ,

side 509, Energie 31, (1979), side 236). page 509, Energie 31, (1979), page 236).

Dessuten krever utbrenning av kull hvirvelsjikt samt oppvar- In addition, the burning of coal requires a fluidized bed as well as

ming av hvirvelsj.ikt en forbedring (VDI-Bericht Nr. 322 (1978), side 37). ming of vortex shedding an improvement (VDI-Bericht No. 322 (1978), page 37).

Oppfinnelsens oppgave er med enkle midler å tilveiebringe en hvirvelsjiktfyring hvor det oppnås en større utbrenning og en lengre oppholdstid av kullet i hvirvelsjiktet hvor oppvarmingen forenkles til tross for nedsettelse av antall oppvarmingsbrennere og som dekker det samlede lasteområde i mindre trinn. The task of the invention is to provide, with simple means, a fluidized bed firing where a greater burnout and a longer residence time of the coal in the fluidized bed is achieved, where the heating is simplified despite the reduction in the number of heating burners and which covers the total loading area in smaller steps.

Denne oppgave løses ved en hvirvelsjiktfyring av den innlednings-vis nevnte type med hensyn til en innretning ifølge oppfinnelsen ved de karakteriserende trekk i kravet. This task is solved by a fluidized bed firing of the type mentioned at the outset with respect to a device according to the invention by the characterizing features in the claim.

Ved løsningen ifølge krav 1 er det altså mulig å starte et lite område av det samlede hvirvelsjikt, idet det inerte materialet opphvir^vles og ved oppvarmingsbrenner bringes til tenntemperatur. Etter innmating av kull og dens tenning skal driftstemper-aturen alene opprettholdes ved forbrenningsprosessen av kull. Dette er overraskende mulig ved at man holder det her aktuelle området av hvirvelsjiktet fritt for inndyppede varmeutvekslings-rør. Varmebortføringen fra det ovennevnte hvirvelsjiktområde kan videre minskes ved at dette området med minst to sider til-grenser til ytterligere hvirvelsjiktområder, dertil kommer at gren-sesjiktet i det hvirvlende og ikke hvirvlende material har en overraskende høy varmeoppdemningsvirkning, følgelig vil man for oppnåelse av en minst mulig varmebortføring velge et mest mulig sentralt liggende område av hvirvelsjiktet for starting. With the solution according to claim 1, it is thus possible to start a small area of the overall fluidized bed, as the inert material is stirred up and brought to ignition temperature by means of a heating burner. After the coal has been fed in and ignited, the operating temperature must only be maintained during the coal combustion process. This is surprisingly possible by keeping the area of the vortex layer in question here free of immersed heat exchange pipes. The heat removal from the above-mentioned eddy layer area can be further reduced by this area bordering on at least two sides to further eddy layer areas, in addition to that the boundary layer in the swirling and non-swirling material has a surprisingly high heat retention effect, consequently one wants to achieve at least possible heat transfer, choose the most centrally located area of the vortex layer for starting.

Dellastforholdet kan forbedres, fremfor alt i det nedre dellastområdet, lasttrinnene kan velges i relativt små trinn uten at The partial load ratio can be improved, above all in the lower partial load range, the load steps can be selected in relatively small steps without

det hertil nødvendiggjøres en oppdeling i spesielt mange enkelt drivbare hvirvelsjiktområder. this necessitates a division into a particularly large number of easily driven eddy layer areas.

Ved trekkene ifølge kravet, oppnås en sirkulasjon av det inerte hvirvelmaterial og kull som virker positivt så vel for forbedring av utbrenningen som også på askeutskillelsen, hvilket fremfor alt er av spesiell viktighet med hensyn til dellast-drift. With the drafts according to the requirement, a circulation of the inert swirling material and coal is achieved, which has a positive effect both on improving the combustion and also on the ash excretion, which above all is of particular importance with regard to part-load operation.

De i det minste delvis avkjølte vegger av beholderen, hvori hvirvelsjiktet drives/ , bevirker at i enkelte hvirvelsjiktområder i området av sideveggene, frontveggene og tilstrømnings-bunnen målrettet kan innrettes for oppgaven med en forbestemt termisk ytelse. The at least partially cooled walls of the container, in which the fluidized bed is operated/ , means that in certain fluidized bed areas in the area of the side walls, the front walls and the inflow bottom can be purposefully arranged for the task with a predetermined thermal performance.

Parallelt til tilstrømningsbunnen førte uttredelsesender av stråleiføringsrørene forlenger kullpartiklenes oppholdstid i nærheten av bunnen og understøtter deres sirkulasjon i hvirvelsjiktet, hvilket har til følge en forbedring av utbrenningen. Parallel to the inflow bottom, the exit end of the jet introduction tubes extends the residence time of the coal particles near the bottom and supports their circulation in the fluidized bed, which results in an improvement in burnout.

Ved enkelt eller gruppevis påkjenning av luftkassesegmentet med hvirvelluft er det mulig innstilling av konkrete dellastverdier, idet ikke de enkelte segmenter må drives med i og for seg sving-ende hvirvelmengder, men mer kan drives under optimale hvirvel-betingelser og finavtrinninger i dellasten oppnås ved at forskjellige hvirvelsjiktområder kombineres med hverandre med hver gnag forskjellige forbestemte ytelsesavgivelser. Starting av et nytt tilkoblet luftkassesegment og tilsvarende et ytterligere hvirvelsjiktområde kan foregå taktvis, dvs. at det tilkoblende segment i første rekke startes og ved synking av den derav frem-kommende blandingstémperatur i hvirvelsjiktet under en forutbe-stemt verdi, stoppes det nytilkoblede luftkassesegment i første rekke en gang for deretter igjen å kunne startes. Denne prosess kan også gjenta seg flere ganger, herved unngås bl.a. at hvirvelluftmengder må være varierbare i de enkelte luftkassesegmenter for å lette tilkobling av et nytt segment. When individual or group stressing of the air box segment with vortex air, it is possible to set specific partial load values, as the individual segments do not have to be operated with inherently fluctuating vortex quantities, but more can be operated under optimal vortex conditions and fine steps in the partial load are achieved by different vortex areas are combined with each other with different predetermined performance outputs. Starting a new connected air box segment and, correspondingly, a further fluidized bed area can take place step by step, i.e. the connecting segment is first started and when the resulting mixture temperature in the fluidized bed drops below a predetermined value, the newly connected air box segment is stopped in the first run once before being able to start again. This process can also be repeated several times, thereby avoiding i.a. that swirl air volumes must be variable in the individual air box segments to facilitate the connection of a new segment.

Ytterligere formål, trekk, fordeler og anvendelsesmuligheter ifølge oppfinnelsen fremgår av følgende omtale av et utførelses-eksempel under henvisning til tegningen. Derved danner alle om-talte og/eller bildemessig viste trekk alene eller i ønskelig hensiktsmessig kombinasjon oppfinnesens gjenstand også uavheng- Further purposes, features, advantages and application possibilities according to the invention appear from the following description of an embodiment with reference to the drawing. Thereby, all mentioned and/or pictorially shown features alone or in a desired and appropriate combination form the object of the invention, also independently

ig av deres sammenfatning i kravene eller deres tilbakere-feranse. ig of their summary in the requirements or their back-reference.

Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom hvirvelfyring i tcmtilstand. Fig. 2 viser tilstrømningsbunnens luftkasser i oppriss i segment-inndeling. Fig. 3 viser et lengdesnitt gjennom hvirvelsjiktfyringen (strøm-ningsforløp ved drift) tilsvarende fig. 1. Fig. 1 shows a longitudinal section through vortex firing in tcm condition. Fig. 2 shows the inflow bottom's air boxes in elevation in segmental division. Fig. 3 shows a longitudinal section through the fluidized bed firing (flow sequence during operation) corresponding to fig. 1.

Fig. 4 viser et tverrsnitt gjennom fyringens hvirvelsjikt. Fig. 4 shows a cross-section through the combustion's vortex layer.

Fig. 5 viser ytelsesdelene av luftkassesegmentene la-f. Fig. 5 shows the performance parts of the air box segments la-f.

På fig. 1 er det med 1 betegnet luftkassene av hvirvelsjiktfyringen i en beholder 14 som eksempelvis er oppdelt ved skillevegger 12 i luftkassesegmenter la-lf og dermed også tilstrømnings-bunnen 10 er oppdelt i tilstrømningsbunnsegmenter 10a-10f. In fig. 1, the air boxes of the fluidized bed firing in a container 14 are, for example, divided by partitions 12 into air box segments la-lf and thus also the inflow bottom 10 is divided into inflow bottom segments 10a-10f.

Over disse segmenter av tilstrømningsbunnen 10 befinner det Above these segments of the inflow bottom 10 is located

seg de tilsvarende seksjoner 2a-2f av hvirvelsjiktet (ikke vist på fig. 1). 7 betegner et varmevekslingsrør som er anordnet i den vannavkjølte frontvegg lia. I den under tiden likeledes vannavkjølte andre frontvegg 11 er det ovenfor varmeutveksler-røret 7 anbragt en oppvarmingsbrenner 8. 13 er de vannavkjølte rør av den med ikke viste luftdyser besatte tilstrømningsbunn 10, hvori gjennom de såkalte stråleifyllingsrør 9 for kull ra-ger igjennom som ved deres uttredelsesende 9a er avbøyet parallelt til tilstrømningsbunnen 10. separate the corresponding sections 2a-2f of the vortex layer (not shown in Fig. 1). 7 denotes a heat exchange pipe which is arranged in the water-cooled front wall 1a. In the meanwhile similarly water-cooled second front wall 11, above the heat exchanger tube 7, a heating burner 8 is placed. 13 are the water-cooled tubes of the inflow bed 10 equipped with air nozzles, not shown, in which through the so-called jet filling tubes 9 for coal protrudes through as in their exit end 9a is deflected parallel to the inflow bottom 10.

Fig. 2 viser oppdelingen av luftkassen i luftkassesegmentene la-f, idet segmentene la og lc samt ld og lf hver gang er omtrent halvparten så store som segmentene lb, resp. le. Varmeutveks-lingsrørene befinner seg over segmentene ld-lf, altså ved den fra oppvarmingsbrenneren 8 fjernede side. De fire stråleifør-ingsrør 9 befinner seg i segmentene lb og le. Sideveggene av beholderen 14 er betegnet med 3 resp. 4. Fig. 2 shows the division of the air box into the air box segments la-f, the segments la and lc as well as ld and lf each time being approximately half as large as the segments lb, resp. laugh. The heat exchange tubes are located above the segments ld-lf, i.e. on the side removed from the heating burner 8. The four beam introduction tubes 9 are located in segments lb and le. The side walls of the container 14 are denoted by 3 or 4.

På fig. 3 antydes i tillegg bevegelsen av partiklene i hvirvel-sj iktet. In fig. 3, the movement of the particles in the vortex layer is also indicated.

På fig. 4 er luftkassesegmentene la og lc på siden og det midtre luftkassesegment lb adskilt fra hverandre ved skilleveggene 12a resp. 12b. Med 2b er det betegnet det i bevegelse befinnende hvirvelsjikt over det med forbrenningsluft påkjente luftkassesegment lb og med 2a resp. 2c betegnet de to i ro befinnende hvirvelsjikt over luftkassesegmentene la' resp. lc som ikke påkjennes med luft. 5 og 6 betegner skilleflatene mellom de roli-ge sjikt og det bevegende sjikt. In fig. 4, the air box segments la and lc on the side and the middle air box segment lb are separated from each other by the partition walls 12a or 12b. With 2b is denoted the vortex layer in motion above the air box segment lb exposed to combustion air and with 2a respectively. 2c denoted the two stationary vortex layers above the air box segments la' or lc which is not stressed by air. 5 and 6 denote the separating surfaces between the still layers and the moving layer.

Fig. 5 viser de enkelte ytelsessteder av segmentene la-f som hver tilsvarer en flatedel på 25 % resp. 12,5 % av tilstrøm-ningsbunnen 10. Ved valgvis tilkobling av enkelte segmenter lar alle dellasttilfeller seg innstille med ytelsestrinn fra 10-100%. Fig. 5 shows the individual performance locations of segments la-f, each of which corresponds to a surface area of 25% or 12.5% of the inflow base 10. By optionally connecting individual segments, all partial load cases can be set with performance steps from 10-100%.

Utførelseseksempel Execution example

Hvirvelsjiktet består av et inert material, eksempelvis sand, aske eller kalkstein. Ved starting av fyringen taes alltid luftkassesegmentet lb i drift. Da de øvrige luftkassesegmenter ikke påkjennes med forbrenningsluft, danner det seg til dette sjiktgods en skråning som det f. eks. fremgår av fig. 4. Oppvarmingen av hvirvelgodset i området 2b av hvirvelsjiktet, foregår deretter med oppvarmingsbrenner 8. Ved mangelen på var-meutvekslingsrør 7 i dette området forkortes oppvarmingstiden av hvirvelgodset, da det ikke fjernes ekstra varme fra hvir-vels jiktet. The vortex layer consists of an inert material, for example sand, ash or limestone. When starting the firing, the airbox segment lb is always put into operation. As the other airbox segments are not stressed with combustion air, this layered material forms a slope that e.g. appears from fig. 4. The heating of the eddy material in area 2b of the eddy bed then takes place with heating burner 8. Due to the lack of heat exchange pipe 7 in this area, the heating time of the eddy material is shortened, as no extra heat is removed from the eddy bed.

Etter oppnåelse av brennstoffets tenntemperatur innføres gjennom de i området 2b befinnende stråletilføringsrør (fig.2) kull med et transportfluidum inn i hvirvelsjiktet og hvirvelgodset oppvarmes videre inntil det er oppnådd en driftstemperatur på ca. 850°C. Ved denne driftstilstand fjernes bare varme ved hjelp av de vannavkjølte tilstrømningsbunner (fig. 3 (10)) og den vannavkjølte frontvegg (fig. 3 (11)). Varmedemningen mot det hvilende godsmaterial i de andre hvirvelsjiktområder er så stort at det der ikke oppstår nevneverdige varmetap. I denne driftstilstand oppnås bare 10 % ytelse av den nominelle last (fig. 5 (lb)). After the fuel's ignition temperature has been reached, coal is introduced through the jet supply pipes in area 2b (fig.2) with a transport fluid into the fluidized bed and the fluidized bed is further heated until an operating temperature of approx. 850°C. In this operating condition, only heat is removed by means of the water-cooled inflow bottoms (fig. 3 (10)) and the water-cooled front wall (fig. 3 (11)). The heat barrier against the resting cargo material in the other vortex layer areas is so great that no significant heat loss occurs there. In this operating condition, only 10% performance of the nominal load is achieved (Fig. 5 (lb)).

For å øke ytelsen kan nå eksempelvis området la fluidiseres, hvorved det innstiller seg en blandingstemperatur. Synker temperaturen hverved under en fastlagt minimal verdi, inn-stilles fluidiseringen i området la forbigående og området lb videreoppvarmes ved kulltilførsel. Denne prosess gjentar seg inntil begge områder har den ønskede driftstemperatur. Da har hvirvelsjiktfyringen oppnådd 20 % (fig. 5) ytelse. Ved tilkobling av området lc på samme måte lar det seg oppnå en ytterligere ytelsesøkning på 30 % (fig. 5). Ved denne driftstilstand hvor områdene ld-lf ikke er fluidisert, forløper skrå-ningen på tvers gjennom midten av hvirvelsjiktet. To increase performance, the area can now, for example, be fluidized, whereby a mixing temperature is set. If the temperature therefore drops below a determined minimum value, the fluidization in the area 1a is temporarily stopped and the area 1b is further heated by coal supply. This process is repeated until both areas have the desired operating temperature. The fluidized bed firing has then achieved 20% (Fig. 5) performance. By connecting the area lc in the same way, a further performance increase of 30% can be achieved (fig. 5). In this operating condition where the areas ld-lf are not fluidized, the slope runs transversely through the middle of the vortex layer.

Ved de i områdene ld-lf innbygde varmeutvekslingsrør (fig. 3) lar det seg oppnå ytterligere ytelsesøkninger på hver gang 20 resp. 30% (fig. 5). Tilkoblingen av disse områder foregår på omtalt måte. Ved en ønsket ytelse på 80 % er f. eks. bare områdene lb, ld-lf i drift. I dette tilfellet tilføres også gjennom de i området if befinnende stråletilføringsrør (fig. 2) kull inn i hvirvelsjiktet. With the heat exchange tubes built into the areas ld-lf (fig. 3), it is possible to achieve further increases in performance each time 20 resp. 30% (Fig. 5). The connection of these areas takes place in the manner described. At a desired performance of 80%, e.g. only areas lb, ld-lf in operation. In this case, coal is also supplied through the jet supply pipes (fig. 2) located in the area if into the vortex bed.

Således kan det ved til- og utkobling av de enkelte seksjoner oppnås enhver ønsket ytelse av hvirvelsjiktfyringen mellom 10 Thus, by connecting and disconnecting the individual sections, any desired performance of the fluidized bed firing can be achieved between 10

og 100 % i belastningstrinn på 10 %. and 100% in load steps of 10%.

Claims

Fluidized bed combustion, where in a container (14) with an inflow bottom (10) above an air box (1) divided into several segments, a fluidized bed (2) consisting of an inert material is arranged above the inflow bottom (10) and the fuel can be filled in in the fluidized bed above several filling points (9) after heating the fluidized bed (2) by means of a heating burner (8) arranged above a single air box segment to the ignition temperature of the fuel and heat exchanger tubes (7) are only arranged in a partial area of the fluidized bed that excludes the area of the fluidized bed (2 ) with the heating burner (8), characterized by the fact that a) the starting area (2b) of the fluidized bed borders on three sides immediately to further connectable fluidized bed areas (2a, 2c, 2e), b) the fluidized bed itself is kept free of partitions, c) part of the connection areas (2a, 2c, 2d, 2e) are only about half as large as the starting area (2b) and a further connection area (2e), d) about half the vortex area t (2d, 2e, 2f) are equipped with submersible heat exchange tubes, e) the inflow bottom (10) is set at an angle to the ash outlet, f) at least the walls (3, 4, 11, 11a) of the container are cooled.