SE461421B

SE461421B - OPERATOR WITH CATALYTIC SMOKE GAS TREATMENT AND PROCEDURE FOR OPERATING THE BOILER

Info

Publication number: SE461421B
Application number: SE8602249A
Authority: SE
Inventors: B Stensboel
Original assignee: Burmeister & Wains As
Priority date: 1985-05-21
Filing date: 1986-05-16
Publication date: 1990-02-12
Also published as: SE8602249D0; DK154731C; DE3616095C2; DK225185D0; SE8602249L; DE3616095A1; DK154731B; DK225185A

Description

l0 15 20 25 30 35 40 461 421 2 ger föreliggande uppfinning möjlighet till upprätthållande av en konstant eller huvudsakligen konstant vattengenomströmning i hela det aktuella belaetningsomràdet. Denna möjlighet beror på att pumpen i den andra eller ytterligare förbindningsled- ningen, när den är i gång, cirkulerar en vattenmängd, som tillbaka till denna, varigenom vattentemperaturen vid inströmningen i förvärmarens redan tidigare är uppvärmd i förvärmaren, värmningsytor blir högre än matarvattentemperaturen i till- loppsledningen. Den minskade temperaturdifferansen mellan röken och vattnet i förvärmaren åstadkommer en mindre avkyl- ning av röken och därmed den önskade ökningen av katalysatorns arbetstemperatur. När man också vid lag pannbelastning kör med hög vattenmängd genom förvärmaren, undgàr man vidare risken för en ängbildning i förvärmaren. Av hänsyn till denna risk har det i den tidigare nämnda kända pannana frànloppsledning från förvärmaren varit nödvändigt att inmontera en angav- skiljare, varifrån den bildade ångan kan ledas förbi pannans I led- ningen fràn angavskiljaren till överhettaren har det varit föràngningsvärmningsytor direkt till en överhettare. nödvändigt att inmontera en styrd ventil för att förebygga risken för att matarvatten kan strömma genom ledningen till överhettaren. Det insee lätt att den kända lösningen är mer komplicerad än lösningen enligt föreliggande uppfinning. The present invention provides the possibility of maintaining a constant or substantially constant water flow throughout the current filling area. This possibility is due to the fact that the pump in the second or further connecting line, when it is running, circulates a quantity of water which returns to it, whereby the water temperature at the inflow into the preheater is already heated in the preheater, heating surfaces become higher than the feed water temperature in to - the race line. The reduced temperature difference between the smoke and the water in the preheater causes a smaller cooling of the smoke and thus the desired increase in the working temperature of the catalyst. When you also drive with a high amount of water through the preheater at low boiler load, you also avoid the risk of meadow formation in the preheater. In view of this risk, in the previously mentioned boiler drain line from the preheater it has been necessary to install a steam separator, from which the formed steam can be led past the boiler. In the pipe from the steam separator to the superheater, there have been evaporator heating surfaces directly to a superheater. necessary to install a controlled valve to prevent the risk of feed water flowing through the line to the superheater. It is readily appreciated that the known solution is more complicated than the solution of the present invention.

När avstängningsventilen 1 den förstnämnda förbindnings- ledningen är en modulerande ventil, är det möjligt att lata pumpen i den andra förbindningsledningen köra med konstant eller i det närmaste konstant avgivningsmängd i hela belast- ningsintervallet, där ventilen är öppen och pumpen igång.When the shut-off valve 1 of the first-mentioned connecting line is a modulating valve, it is possible to run the pump in the second connecting line with a constant or almost constant discharge amount throughout the load range, where the valve is open and the pump is running.

Anpassningen av förhållandet mellan den delström av det till- strömmande "kalla" vattnet, som leds förbi förvärmaren via ventilen, och den delström, som efter blandning med den "för- värmda“ recirkulationsströmmen fortsätter till förvärmaren, sker då enbart genom justering av ventilens öppningsgrad eller genomströmningstvärsnitt styrt, direkt eller indirekt av rökgastemperaturen efter förvärmaren. Styrningen av cirkula- tionspumpen kan vara den enklast möjliga, genom att pumpen enbart ska startas respektive stannas, när rökgaetemperaturen passerar ett i förväg bestämt minimivärde i nedåt- respektive uppàtgàende riktning.The adjustment of the ratio between the partial flow of the inflowing "cold" water, which is led past the preheater via the valve, and the partial current, which after mixing with the "preheated" recirculation stream continues to the preheater, then takes place only by adjusting the valve opening degree or flow cross-section controlled, directly or indirectly by the flue gas temperature after the preheater.The control of the circulation pump can be the simplest possible, by the pump only being started or stopped, when the flue gas temperature passes a predetermined minimum value in the downward or upward direction.

Uppfinningen förklaras här nedan närmare under hänvis- 10 15 20 25 30 35 40 3 461 421 ning till ritningen, där fig, 1 schematiskt och ytterst för- enklat åskådliggör en utföringsform av en som tvàngsgenom- strömningspanna (once-through boiler) konstruerad ângpanna enligt uppfinningen, fig, 2 i motsvarande helt schematisk form visar pannans förvärmare med tillhörande förbindningsledning- ar, fig, 3 är ett diagram för att belysa sammanhangen mellan röktemperatur och pannbelastning i en konkret utföringsform för arrangemanget enligt fíg. 2, fig, 4 en mot fig. 2 svarande avbildning med tillhörande driftdata vid cirka 70% pannbelast- ning, och fig, 5 en motsvarande avbildning med data svarande mot cirka 40% pannbelaetning.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which Fig. 1 schematically and extremely simplified illustrates an embodiment of a steam boiler constructed as a once-through boiler according to the invention, fig. 2 in a corresponding completely schematic form shows the boiler preheater with associated connecting lines, fig. 3 is a diagram to illustrate the relationship between smoke temperature and boiler load in a concrete embodiment of the arrangement according to fig. Fig. 2, Fig. 4 is a view corresponding to Fig. 2 with associated operating data at about 70% boiler load, and Fig. 5 is a corresponding view with data corresponding to about 40% boiler load.

En i fig. 1 echematiak visad Benson-panna 1 har ett lodrätt stràlningseldstadsrum 2, vars väggar är beklädda med föràngarrör, som enbart är antydde med en enkel skruvlindad rörslang 3. Den i föràngarrören 3 utvecklade och normalt också överhettade ångan avges från pannan genom en framàtledning 4 till en icke visad förbrukare, exempelvis en turbin. Efter energiavgivning och kondensering strömmar arbetemediet i form av vatten tillbaka genom en returledning 5 till en förvärmare 6, som i fig. 1 är visad inbyggd i en på eldstaderummet 2 följande konvektionsledning, där matarvattnet förvärmes genom upptagning av värmeenergi från rökgaserna. Fran förvärmaren 6 löper matarvattnet genom en ledning 8 till föràngarrören 3.A Benson boiler 1 shown in Fig. 1 has a vertical radiant fireplace space 2, the walls of which are lined with evaporator pipes, which are only indicated by a simple screw-wound pipe hose 3. The steam developed in the evaporator pipes 3 and normally also superheated is discharged from the boiler through a feed line 4 to a consumer (not shown), for example a turbine. After energy release and condensation, the working medium in the form of water flows back through a return line 5 to a preheater 6, which is shown in Fig. 1 built into a convection line following the fireplace room 2, where the feed water is preheated by absorbing heat energy from the flue gases. From the preheater 6 the feed water flows through a line 8 to the evaporator pipes 3.

Arbetsmediets cirkulation underetödes av en pump 9 i ledningen 5.The circulation of the working medium is supported by a pump 9 in the line 5.

I konvektionsledningen 7 är det efter förvärmaren 6 inbyggt en katalysatorenhet 10, som tjänar till ombildning av oönskade komponenter i rokgasen, speciellt till reduktion av kväveoxider, innan rökgasen släpps ut i atmosfären. Normalt kommer det också att vara inbyggt en luftförvärmare i rökgaa- ernae strömningepaesage efter katalysatorenheten 10, men da en aàdan förvärmare inte utgör någon del av föreliggande uppfin- ning är den inte visad pà ritningen.A catalyst unit 10 is built into the convection line 7 after the preheater 6, which serves to convert unwanted components in the flue gas, in particular to reduce nitrogen oxides, before the flue gas is released into the atmosphere. Normally, an air preheater will also be built into the flue gas flow passage after the catalyst unit 10, but since such a preheater does not form part of the present invention, it is not shown in the drawing.

I fig. 2 är själva förvärmaren 6, vara inre uppbyggnad är ovidkommande för uppfinningen, visad rent schematiekt som i fig. 1, och genomströmningsriktningen för rökgaserna är antydd med öppna pilar 11. Strömningsriktningen för matarvattnet i ledningen 5, som är tilloppeledning för förvärmaren, och franloppsledningen 8 från förvärmaren till förangarrören 3 samt i de två visade förbindningsledningarna 12 och 14 mellan 10 15 20 25 30 35 40 461 421 4 ledningarna 5 och 8 är angivna med fyllda pilar.In Fig. 2, the preheater 6 itself, its internal structure is irrelevant to the invention, is shown purely schematically as in Fig. 1, and the flow direction of the flue gases is indicated by open arrows 11. The flow direction of the feed water in the line 5, which is the supply line for the preheater, and the drain line 8 from the preheater to the evaporator pipes 3 and in the two connecting lines 12 and 14 shown between the lines 5 and 8 are indicated by filled arrows.

Den första förbindningsledningen 12 innehåller en ventil 13, som företrädesvis är modulerande, dvs. har kontinuerligt variabelt genomströmningstvärsnitt_ Den andra förbindningsled- ningen 14, som är ansluten till de tva ledningarna 5 och 8 mellan den första förbindningsledningen 12 och själva förvärm- aren, innehåller en pump 15, företrädesvis en centrifugalpump, som transporterar vatten fran ledningen 8 till ledningen 5 då den är i gäng.The first connecting line 12 contains a valve 13, which is preferably modulating, i.e. has a continuously variable flow cross section. The second connecting line 14, which is connected to the two lines 5 and 8 between the first connecting line 12 and the preheater itself, contains a pump 15, preferably a centrifugal pump, which transports water from the line 8 to the line 5. when it's in gang.

Pig. 3 omfattar tre kurvor l,II och III, av vilka kurvan I visar sambandet mellan pannbelastning (som abskissa) och temperaturen hos rökgaserna i gaspassagen 7 på förvärmarens 6 röktilloppssida (som ordinata). Kurvan II visar motsvarande belastningsberoende förlopp för rökgastemperaturen pà förvärm- arens rökfrànloppssida med arrangemanget enligt fig. 2 ur drift, dvs. med ventilen 13 stängd och pumpen 15 stillastå- ende. Slutligen visar kurvan III förloppet för rökgastempera- turen efter förvärmaren i belastningsomràdet mellan 40 och 70%, när pumpen 15 är igang och ventilen 13 ar öppen.Pig. 3 comprises three curves 1, II and III, of which curve I shows the relationship between boiler load (as abscissa) and the temperature of the flue gases in the gas passage 7 on the flue inlet side of the preheater 6 (as ordinate). Curve II shows the corresponding load-dependent course of the flue gas temperature on the flue side of the preheater with the arrangement according to Fig. 2 out of operation, ie. with valve 13 closed and pump 15 stationary. Finally, curve III shows the course of the flue gas temperature after the preheater in the load range between 40 and 70%, when the pump 15 is running and the valve 13 is open.

Under de konstruktiva och driftsmässiga förhållanden, som ligger till grund för kurvorna i fig. 3, avtager rökgas- temperaturen för förvärmaren 6 från cirka 425°C vid 100% belastning till cirka 365°C vid 40% belastning. Pà motsvarande sätt skulle rökgastemperaturen efter förvärmaren falla från drygt 360°C till lite över 290°C i ett konventionellt arrange- mang, dvs. utan de tvà i fig. 2 visade ledningarna 12 och 14.Under the structural and operational conditions underlying the curves in Fig. 3, the flue gas temperature of the preheater 6 decreases from about 425 ° C at 100% load to about 365 ° C at 40% load. Correspondingly, the flue gas temperature after the preheater would fall from just over 360 ° C to just over 290 ° C in a conventional arrangement, ie. without the two lines 12 and 14 shown in Fig. 2.

I belastningsomrádet ned till cirka 70% skulle detta tempera- turförlopp vara acceptabelt, eftersom rökens ingàngstemperatur i enheten 10 da ständigt skulle vara minst cirka 330°C, och i intervallet från 100% till 70% kan man därför köra pannan konventionellt, dvs. med ventilen 13 stängd och pumpen 15 stillastående.In the load range down to about 70%, this temperature course would be acceptable, since the inlet temperature of the smoke in the unit 10 da would constantly be at least about 330 ° C, and in the range from 100% to 70% one can therefore run the boiler conventionally, ie. with valve 13 closed and pump 15 stationary.

När en pa ett lämpligt ställe i konvektioneledningen 7 placerad temperaturavkännare indikerar att temperaturen har sjunkit till i närheten av den undre gränsen för enhetens 10 funktionsduglighet, startas till att börja med pumpen 15, medan ventilen 13 tills vidare förblir stängd. Pumpen återcir- kulerar därvid en del av det från förvärmaren till ledningen 8 utströmmande vattnet tillbaka till förvärmarens ingång, varvid temperaturen här ökas gradvis, medan i överensstämmelse därmed w §4 10 15 20 25 d 5 4614 1 N) rökgasene värmeavgivning i förvårmaren faller och rökene utloppstemperatur stiger. Efter ett tidsintervall, som bestäm- mee av det för övrigt icke närmare beskrivna styrsystemet, börjar ventilen 13 att öppna, varvid en del av det från för- brukaren genom ledningen 5 tillbakaströmmande matarvattnet leds förbi förvärmaren via ledningen 12 till ledningen 8 och därifrån vidare till pannans förángarrör.When a temperature sensor placed at a suitable place in the convection line 7 indicates that the temperature has dropped to near the lower limit of the unit 10's functionality, the pump 15 is started initially, while the valve 13 remains closed for the time being. The pump then recirculates some of the water flowing out of the preheater to line 8 back to the inlet of the preheater, whereby the temperature here increases gradually, while accordingly w §4 10 15 20 25 d 5 4614 1 N) the flue gas heat dissipation in the preheater falls and the smoke outlet temperature rises. After a time interval, which is determined by the otherwise not described control system, the valve 13 begins to open, whereby a part of the feed water flowing back from the consumer through the line 5 is led past the preheater via line 12 to line 8 and from there on to boiler evaporator.

Styrningen kan vara utformad på så sätt att den med hjälp av pumpen 15 àtercirkulerade mängdströmmen är helt eller nästan konstant, oberoende av belastningsprocenten, och utgör en relativt hög andel av den totala mängdströmmen genom för- I motsats härtill varierar mängdströmmen genom I ett värmaren 6. förbindningsledningen 12 kraftigt med pannbelastningen. konkret, i fig. 4 och 5 askadliggjort exempel, med i relation till kurvorna i fig.-3 varierade mängdströmmen i ledningarna 5 och 8 mellan cirka 215 kg/sek. vid 70% belastning och cirka 120 kg/sek. vid 40% belastning. Vid bägge belastningstill- stànden var pumpens 15 avgivningemängd 150 kg/sek. och mängd- strömmen genom förvärmaren 6 var cirka 165 kg/sek. Svarande mot detta strömmade det per sek. cirka 200 kg genom ventilen 13 vid 70% och cirka 105 kg vid 40% belastning. Som framgår av kurvan III i fig. 3 och av delvärdena i fig. 4 och 5, uppnådde man härvid en röktemperatur mellan förvärmaren och katalysa- torenheten på cirka 370°C vid 70% belastning (mot bara.cirka 330° i ett konventionellt system) och knappt 330°C vid 40% belastning, alltsa ständigt pá lämpligt avstånd fran den nedre gränsen för katalysatorns verkningsomrads.The control can be designed in such a way that the quantity flow recirculated by means of the pump 15 is completely or almost constant, independent of the load percentage, and constitutes a relatively high proportion of the total quantity flow by contrast. The quantity flow varies through I in the heater 6. the connecting line 12 strongly with the boiler load. concretely, in Figs. 4 and 5, an ash-damaged example, with in relation to the curves in Figs. at 70% load and about 120 kg / sec. at 40% load. In both load conditions, the discharge volume of the pump 15 was 150 kg / sec. and the flow rate through the preheater 6 was about 165 kg / sec. Corresponding to this, it flowed per sec. about 200 kg through valve 13 at 70% and about 105 kg at 40% load. As can be seen from curve III in Fig. 3 and from the sub-values in Figs. 4 and 5, a smoke temperature between the preheater and the catalyst unit of about 370 ° C was achieved at 70% load (against only about 330 ° in a conventional system ) and just under 330 ° C at 40% load, ie constantly at a suitable distance from the lower limit of the range of action of the catalyst.

Claims

10 15 20 25 30 46 "! 421 6 Patent claims

A steam boiler of the type in which a device (10) for catalytic conversion of harmful substances, in particular nitrogen oxides, 1 the flue gas is built into a flue outlet passage (7) from the boiler room (2) on the downstream side of a preheater (5), the supply and outlet lines (5, 8) for feed water are connected by a connecting line (12) which can be switched off by means of a valve (13), characterized in that there is a gap between the supply and outlet lines (5, 8) of the preheater. there is a second connecting line (14) with a circulation pump (15), the suction and pressure side of which are connected to the off and resp. the supply line (8, 5) closer to the preheater than the first connecting line (12).

Boiler according to claim 1, characterized in that the shut-off valve (13) has a continuously variable flow cross-section

Boiler according to claim 1 or 2, characterized in that the circulation pump (15) is a centrifugal pump.

A method of operating a boiler according to any one of claims 1-3, characterized in that the circulation pump (15) is started and the shut-off valve (13) is opened when the flue gas temperature_ at the outlet from the preheater (6) falls below a predetermined value.

Method according to Claim 4, characterized in that the amount of water recirculated through the second connecting line (14) is kept completely or substantially constant in the load range where the circulation pump (15) is 1 Vi!