WO1995033159A1 - Verbrennungsanlage nach dem prinzip einer zirkulierenden wirbelschicht - Google Patents

Verbrennungsanlage nach dem prinzip einer zirkulierenden wirbelschicht Download PDF

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Paul Gilli
Werner HÖLBLINGER
Emmerich Seidelberger
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    • F23C10/10—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone characterised by the arrangement of separation apparatus, e.g. cyclones, for separating particles from the flue gases the separation apparatus being located outside the combustion chamber
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    • F23C2206/10—Circulating fluidised bed
    • F23C2206/101—Entrained or fast fluidised bed

Definitions

  • the invention relates to an incinerator based on the principle of a circulating vortex
  • Combustion chamber formed from fin tube walls, in particular in a standing or self-supporting manner
  • Cooling system is formed at least in part from flowed fin walls
  • the invention enables shorter ones
  • Cyclone separator designed as part of the downpipe system and in the cooling circuit for the
  • FIGS. 1 and 2 The invention is shown schematically, for example, in the attached FIGS. 1 and 2
  • FIG. 1 shows an elevation
  • Fig. 2 is a side view of a steam generator with circ
  • Fig. 1 shows a steam generator in a compact design in which the cyclone separator (1) in
  • the boiler body (2) is integrated and is designed as part of the supporting structure.
  • the cyclone separator (1) formed by fins tube walls, which among other things the
  • the front wall (7) is advantageously
  • the side walls (8) of the cyclone separator are also integrated into the riser pipe system
  • the dip tube (11) of the cyclone separator (1) is designed to be fire-proof and in a ring
  • the steam drum (9) of the boiler body (2) is on both ends on a standpipe (10)
  • Boiler body (2) is increased, so that the design increases the performance of the largest
  • Feed channel of the return a weir can be installed, which in the case of a
  • An essential characteristic of the invention is the rectangular or quadrati ⁇
  • Pipes form the front wall (7) after a corresponding curvature and the standpipes
  • Fig. 2 shows a side view of the construction of the return of the circulating fluidized bed.
  • the front wall (7) is part of the downpipe system, which is in the lower
  • Boiler drum (9) (Fig.1) are collected between, the connections to the downpipe

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Abstract

Bei einer Verbrennungsanlage nach dem Prinzip einer zirkulierenden Wirbelschicht mit Zyklonabscheider mit vertikaler Achse zur Rückführung des Bettmaterials in die Brennkammer, insbesondere in stehender oder selbsttragender Bauweise, wird der Zyklonabscheider (1) als Teil des Kesselkörpers (2) ausgebildet und damit in die tragende Konstruktion eingebunden, wobei Flossenrohrwände verwendet werden, die teilweise dem Steigrohr- bzw. Fallrohrsystem des Kühlsystems angehören, und der Zyklonabscheider selbst in vorteilhafter Weise einen rechteckförmigen oder quadratischen Querschnitt aufweist.

Description

Verbrennunαsanlaαe nach dem Prinzip einer zirkulierenden Wirbelschicht
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsanlage nach dem Prinzip einer zirkulierenden Wirbel¬
schicht mit einem oder mehreren Zyklonabscheidern zur Rückführung des Bettmateriales in die
aus Flossenrohrwänden gebildete Brennkammer, insbesondere in stehender oder selbsttragen¬
der Bauweise mit einem Steig- und Fallrohrsystem, bei der der Zyklonabscheider als Teil des
Kühlsystems zumindest zum Teil aus durchströmten Flossenwänden gebildet ist
Derartige Anlagen sind aus der DE-A1 -3517987 bekannt, wobei der Zyklonabscheider horizontal
liegend angeordnet ist. Diese Bauweise ist im Teillastbereich störungsanfällig und benötigt eine
große Bauhöhe, die wieder durch die verwendeten Rohre begrenzt ist. Um diesen Nachteilen zu
begegnen offenbart die DE-A1 -3640377 die Abkehr von Zyklonen und die Verwendung von Abscheidebalken bzw. die DE-A1-4101916 die Anordnung des Zyklons innerhalb der Brenn¬
kammer, wobei durch die beheizte Rückführung der abgeschiedenen Rückstände Schwierig¬
keiten erwartet werden und die Heizflächen schlecht ausgenützt werden.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, den erwähnten Nachteilen zu begegnen, den
Raumbedarf zu verringern und durch die Integration in den tragenden Teil der Dampfkessel¬
konstruktion die Baugrößen desselben vorzugsweise in selbsttragender Bauweise zu ver¬
größern. Durch die Einbindung des Zyklonabscheiders in den Kühlkreislauf des Dampferzeugers
ergibt sich weiters ein geringerer Wärmeverlust, sodaß auch der Wirkungsgrad infolge der
geringeren Oberfläche verbessert werden kann. Weiters möglicht die Erfindung kürzere
Anfahrzeiten.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklonabscheider mit vertikaler Achse
ausgebildet und an der Außenseite einer Wand des Kesselkörpers angeordnet ist, wobei die
Seitenwände des Zyklonabscheiders als Teil des Steigrohrsystems und die Vorderwand des
Zyklonabscheiders als Teil des Fallrohrsystems ausgebildet sowie in den Kühlkreis für die
Brennkammervorder- und -rückwand eingebunden sind. Wesentliche Ausgestaltungen der Er¬
findung sind in den Unteransprüchen 2 - 10 angegeben.
Die Erfindung ist in den angeschlossenen Figuren 1 und 2 beispielsweise und schematisch dar¬
gestellt. Fig. 1 zeigt einen Aufriß und Fig. 2 eine Seitenansicht eines Dampferzeugers mit zirku¬
lierender Wirbelschicht.
Die Fig. 1 zeigt einen Dampferzeuger in Kompaktbauweise bei der der Zyklonabscheider (1 ) in
den Kesselkörper (2) integriert ist und als Teil der Tragkonstruktion ausgebildet ist. Zu diesem Zweck ist der Zyklonabscheider (1 ) von Flossen rohrwänden gebildet, die unter anderem die
Vorderwand (7) und die Seitenwände (8) bilden. In vorteilhafter Weise ist die Vorderwand (7)
als Teil des Fallrohrsystems ausgebildet und dient damit der Kühlwasserversorgung der Brenn¬
kammer (6) die im wesentlichen das Steigrohrsystem des Dampferzeugers darstellt. In diesem
Sinn sind auch die Seitenwände (8) des Zyklonabscheiders in das Steigrohrsystem eingebun¬
den. Das Tauchrohr (11) des Zyklonabscheiders (1) ist feuerfest ausgebildet und in einer Ring-
sammelkammer (12) eingehängt und gegebenenfalls über am Kühlsystem angeschlossenen
Leitungen (13) gehalten.
Die Dampftrommel (9) des Kesselkörpers (2) ist an beiden Enden auf einem Standrohr (10)
bzw. auf einer Standrohrgruppe angeordnet, wobei die Standrohre gemäß dem Ausführungs¬
beispiel mit der Vorderwand verschweißt bzw. in die Vorderwand (7) integriert sind. Es ergibt
sich der statische Vorteil, daß dadurch die Tragfähigkeit der Vorderwand bzw. des gesamten
Kesselkörpers (2) erhöht wird, sodaß die Bauweise eine Vergrößerung der Leistung des größten
nach der selbsttragenden Bauweise zu errichtenden Dampferzeugers ermöglicht, wodurch die
Wirtschaftlichkeit besonders angehoben wird.
Für die Rückführung des Bettmateriales, welches im wesentlichen aus Sand besteht, ist der
untere Teil des Zyklonabscheiders (1 ) trichterförmig ausgebildet, wobei bei der Ausführung als
Flossenwand zuerst die Vorderwand (7) in Richtung zur Brennkammer abgebogen wird und erst
weiter unten durch Schrägstellung der Seitenwände der endgültige Trichteraustritt erreicht
wird. Die eigentliche Rückführung (5) in die Brennkammer (6) erfolgt über einen Syphon oder
ein L-Valve oder ein Wehr durch welche das rückgeführte Bettmaterial in das Wirbelbett
rückgeführt wird und schließlich zusammen mit dem Brennstoff verwirbelt wird, wobei der Brennstoff verbrennt und das Bettmaterial nach einer Abtrennung vom Rauchgasstrom wieder
in das Bett rückgeführt wird. Statt dem Syphon bzw. L-Valve kann auch im horizontalen
Zuführungskanal der Rückführung ein Wehr eingebaut werden, welches im Falle einer
Überflutung die Rückführung ermöglicht aber einen Rückstrom aus der Brennkammer unter¬
bindet. Der Rauchgasstrom ist in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet, während die Rück¬
führung des Bettmateriales durch strichlierte Pfeile angedeutet ist.
Diese Bauweise ermöglicht auf wirtschaftliche Weise die gekühlte Ausführung von Zyklonab¬
scheider (1 ) und allenfalls der Bettrückführung in Flossenrohrbauweise. Hiebei werden die
Sammler (4) möglichst in den Verschneidungslinien der einzelnen Rohrwände angeordnet (Fig.
2), wobei die Anschlüsse durch schräg gestellte Rohrstutzen oder Rohrkrümmer knapp vor
dem Sammler erfolgen. Um die Flossenrohrwände insbesondere des Zyklonabscheiders (1 ) den
Erfordernissen des Zyklons anzupassen, werden die Flossenrohrwände, gegebenenfalls um
schwierig zu kühlende Teile in die Zirkulation einzubinden, ausgebogen, bzw. manchmal mit
Gabelungen versehen.
Ein wesentliches Kennzeichen der Erfindung besteht in der rechteckförmigen bzw. quadrati¬
schen Ausbildung des Zyklonabscheiders, wodurch die Eingliederung in den Kesselkörper (2)
ermöglicht wird. Bei dieser Konstruktion ist es möglich, daß mehrere Zyklone nebeneinander
angeordnet werden. In diesem Falle setzen sich die nebeneinander liegenden Trichterseitenwän¬
de, z. B. über Gabelstücke in der allfällig notwendigen Trennwand (15) zwischen den Zyklonen
fort. im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Kesseltrommel (9) in der Verlängerung der
Zwischenwand zwischen Zyklon (1) und Brennkammer (6) anzuordnen, wobei dann die Fall¬
rohre nach einer entsprechenden Krümmung die Vorderwand (7) bilden und die Standrohre
(10) an den Enden der Kesseltrommel außerhalb der Rauchgase also unbeheizt angeordnet
werden.
Fig. 2 zeigt in Seitenansicht die Konstruktion der Rückführung der zirkulierenden Wirbelschicht.
Man erkennt die parallele Anordnung mehrer Zyklonabscheider (1) mit ihrem Tauchrohr (11),
die nebeneinander angeordnet sind, in welchen das Abgas vom Bettmaterial getrennt wird,
welches in einer trichterförmigen Wandanordnung gesammelt und der eigentlichen Rückfüh¬
rung (5) zugeführt wird. Die Vorderwand (7) ist Teil des Fallrohrsystems, welches im unteren
Teil strichliert dargestellt ist und in Sammlern (4) endet, in welchen die flüssige Phase aus der
Kesseltrommel (9) (Fig.1 ) zwischengesammelt werden, wobei die Anschlüsse an die Fallrohr¬
flossenwand schräg angeordnet sind. Die Sammler (4) münden dann in den unteren Trichter
(14) mit den schrägen Flächen in der Zwischenebene und führen so an die tiefste Stelle des
Dampferzeugers.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verbrennungsanlage nach dem Prinzip einer zirkulierenden Wirbelschicht mit einem oder
mehreren Zyklonabscheidern zur Rückführung des Bettmateriales in die aus Flossenrohr-
wänden gebildete Brennkammer, insbesondere in stehender oder selbsttragender Bauweise
mit einem Steig- und Fallrohrsystem, bei der der Zyklonabscheider als Teil des Kühlsystems
zumindest zum Teil aus durchströmten Flossenwänden gebildet ist, dadurch gekenn¬
zeichnet, daß der Zyklonabscheider (1) mit vertikaler Achse ausgebildet und an der Außen¬
seite einer Wand des Kesselkörpers angeordnet ist, wobei die Seitenwände (8) des Zyklon¬
abscheiders (1 ) als Teil des Steig rohrsystems und die Vorderwand (7) des Zyklon¬
abscheiders (1 ) als Teil des Fallrohrsystems ausgebildet sowie in den Kühlkreis für die
Brennkammervorder- und -rückwand eingebunden sind.
2. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklonabscheider
(1) im Grundriß einen quadratischen Querschnitt und einen sich nach unten verjüngenden
Unterteil (3) aufweist, der insbesondere mit der Rückführung (5) in die Brennkammer (6)
gegebenenfalls teilweise oder zur Gänze in Blechkonstruktion mit innenliegender Ver¬
schleißschicht und Isolierung oder auch in Flossenrohrwandkonstruktion ausgebildet ist.
3. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die die Flossenwand
des Zyklonabscheiders (1) versorgenden Sammlern (4) an den Verschneidungskanten der
Flossenwände angeordnet sind und über schräge Stutzen mit den Flossenwänden ver¬
bunden sind.
4. Verbrennungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung (5)
für das Bettmaterial aus einer Wasser/Dampf gekühlten Flossenwand gebildet ist und als
Syphon oder als L-Valve oder mit einem Wehr ausgebildet ist.
5. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklonabscheider
(1 ) ein in einem Sammler (12) eingehängtes feuerfestes Tauchrohr (11 ) aufweist und
vorzugsweise über Wasser/Dampf führende Leitungen (13) gehalten ist.
6. Verbrennungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der trichterförmige
Unterteil (3) des Zyklonabscheiders (1 ) von oben nach unten zuerst durch Schrägstellung
der Vorderwand (7) in einer Richtung und weiter unten durch Schrägstellung der Seiten¬
wände (8) in der anderen Richtung gebildet ist.
7. Verbrennungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rohrgruppe der
Vorderwand (7) ausgebogen und insbesondere gegabelt ist um die inneren Seitenwände (8)
des Trichters des Zyklonabscheiders (1) und gegebenenfalls die Rückführung (5) zu bilden.
8. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Dampftrommel (9)
des Kesselkörpers (2) auf einem Standrohr (10), insbesondere einer Standrohrgruppe
angeordnet ist und daß das Standrohr, bzw. die Standrohrgruppe mit dem Kesselkörper (2),
insbesondere im Bereich der Vorderwand (7), verbunden ist.
9. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Seiten¬
wände (8) der Rückführung (5) teilweise durch Ausbiegung und insbesondere durch Gabe¬
lung zumindest einen Teil der Trennwand zur Brennkammer (6) bilden.
10. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Rückführung
(5), insbesondere in der Ausführung als Syphon, als Flossenwände ausgebildet sind und
vorzugsweise von leicht beheizten Fallrohren versorgt werden, die anschließend weitere
Bauteile des Kesselkörpers (2) mit Wasser/Wasserdampfgemisch versorgen.
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