Dampferzeuger mit zirkulierender atmosphärischer oder druckaufgeladener Wirbelschichtfeuerung

Abstract

 Die gesamte Verdampferheizfläche eines Dampferzeugers mit zirkulierender atmosphärischer oder druckaufgeladener Wirbelschichtfeuerung ist auf mehrere Teilflächen verteilt, die in einer Wirbelbrennkammer (1) einem Fließbettkühler (7) oder einem Abhitzedampferzeuger (9) angeordnet sind. Die zuerst durchströmte Teilfläche ist auf die geforderte Schwachlast des Dampferzeugers ausgelegt. Der Dampferzeuger wird derart geregelt, daß dem Fließbettkühler (7) bei steigender Last des Dampferzeugers eine zunehmende Menge und bei sinkender Last eine abnehmende Menge an Feststoff zugeführt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit zirkulierender atmosphärischer oder druckaufgeladener Wirbelschichtfeuerung bestehend aus Wirbelbrennkammer, Fließbettkühlern und Abhitzedampferzeuger, in denen Speisewasservorwärmer-, Verdampfer- und überhitzer-und Zwischenüberhitzerheizflächen angeordnet sind, wobei die gesamte Verdampferheizfläche auf mehrere Teilflächen verteilt ist, von denen wenigstens eine in dem Fließkühler und/oder in der Wirbelbrennkammer angeordnet ist sowie ein Verfahren zu seiner Regelung.

[0002] Verfahren zur Durchführung von Prozessen in einer zirkulierenden atmosphärischen Wirbelschicht sind zum Beispiel aus der DE-AS 25 39 546 und der DE-OS 26 24 302 bekannt. Sie bieten den Vorteil, daß neben den Verbrennungsrauchgasen ein zweites Wärmeträgermedium, das intern und extern umlaufende Bettmaterial, zu Wärme- übertragungszwecken zur Verfügung steht.

[0003] Bei einem Dampferzeuger mit einer zirkulierenden Wirbelschicht unter Atmosphärendruck sind in der Wirbelbrennkammer die gesamte Verdampferheizfläche, in dem sich an die Wirbelbrennkammer gasseitig anschließenden Abhitzedampferzeuger die überhitzer, die Zwischenüber- hitzer und die Speisewasservorwärmer sowie in den Fließbettkühlern die weiteren Überhitzer und Zwischenüberhitzer untergebracht (VGB Kraftwerkstechnik (60) 1980, Seiten 366 - 376, Bild 12).

[0004] Die Erfindung geht von einem Dampferzeuger der eingangs genannten Art aus. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Dampferzeuger durch eine besondere, eine vorteilhafte Regelung des Dampferzeugers zulassende Ausbildung des Verdampfers zu verbessern.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die rohrseitig zuerst durchströmte Teilfläche der Verdampferheizfläche auf die geforderte Schwachlast des Dampferzeugers ausgelegt ist.

[0006] Bei einem derart ausgebildeten Dampferzeuger ist eine Regelung in der Weise möglich, daß die in den Fließbettkühlern angeordneten Heizflächen bei steigender Last mit einer zunehmenden Menge und bei sinkender Last mit einer abnehmenden Menge an im Kreislauf geführtem Feststoff aus der Wirbelschicht beaufschlagt werden. Die Heizflächen des erfindungsgemäßen Dampferzeugers können nach dem Naturumlauf-, dem Zwangsumlauf- oder nach dem Zwangdurchlaufprinzip durchströmt sein. Die konstruktive Ausführung und Verteilung der Verdampferheizflächen wird derart vorgenommen, daß die Kühlung und die Stabilität der Strömung gewährleistet sind und daß Schieflagen der Temperatur durch ungünstige Verteilung des Wasser-Dampf-Gemisches vermieden werden.

[0007] Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile liegen darin, daß niedrigste Teillasten des Dampferzeugers möglich sind. Durch die Aufteilung der gesamten Verdampferheizfläche auf zwei oder mehr Teilheizflächen kann der Dampferzeuger gut geregelt werden. Etwaige Abweichungen in der Wärmeaufnahme der Verdampferheizflächen können leicht korrigiert werden, indem entweder nachträglich die Feststoffzufuhr zu dem Fließbettkühler verändert wird, oder indem die gut zugänglichen Heizflächen im Fließbettkühler vergrößert oder verkleinert werden.

[0008] Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der-Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 das Anlagenschema je eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers mit zirkulierender Wirbelschichtfeuerung.

[0009] Der Dampferzeuger umfaßt eine Wirbelbrennkammer 1, der über eine Leitung 2 ein Kohle-Kalk-Gemisch und über Bodendüsen 3 oder seitliche Einblasung Primärverbrennungsluft zugeführt werden. Das Kohle-Kalk-Gemisch kann auch mittels eines Primärluftstromes direkt eingeblasen werden. Oberhalb der Gemischeinbringung erfolgt über Seitendüsen 18 die Zugabe von Sekundärverbrennungsluft.

[0010] Die mit dem Gas aus der Wirbelbrennkammer 1 ausgetragenen Feststoffe, das ist im wesentlichen Asche, werden in einem Rückführungszyklon 4 abgeschieden. An den Rückführungszyklon 4 schließen sich zwei parallelgeschaltete Feststoffleitungen 5 und 6 an, die in die Wirbelschichtbrennkammer 1 münden. In der einen Feststoffleitung 6 ist ein Fließbettkühler 7 vorgesehen, vor dessen Feststoff-Eintritt ein Regelorgan 8 angeordnet ist. Die abgeschiedenen Feststoffe werden entweder direkt über die Feststoffleittung 5 oder über den Fließbettkühler 7 der Wirbelbrennkammer 1 zugeführt. Über das Regelorgan 8 kann die durch den Fließbettkühler 7 fließende Feststoffmenge eingestellt werden.

[0011] Das aus dem Rückführungszyklon 4 austretende Gas wird nach Durchströmen eines weiteren, nicht dargestellten Abscheiders einem Abhitzedampferzeuger 9 zugeführt. In dem Abhitzedampferzeuger 9 sind als Nachschaltheizflächen Speisewasservorwärmer 10 und überhitzer 11 angeordnet.

[0012] Die Gesamtverdampferheizfläche des Dampferzeugers ist nach Fig. 1 auf zwei Teilflächen verteilt, von denen eine als Heizfläche 13 in dem Fließbettkühler 7 und die andere als Heizfläche 12 in der Wirbelbrennkammer 1 untergebracht sind. Diese Heizfläche 12 kann als Bündelheizfläche ausgebildet sein, die in die Wirbelschicht eintaucht. Die Heizfläche 12 kann durch die gekühlten Rohrwände der Wirbelbrennkammer dargestellt sein.

[0013] Nach Fig. 1 ist die in der Wirbelbrennkammer 1 angeordnete Heizfläche 12 als erster Verdampfer geschaltet und mit dem Speisewasservorwärmer 10 verbunden. Die Größe der zuerst durchströmten Verdampferteilheizfläche also der Heizfläche 12 ist auf die geforderte Schwachlast des Dampferzeugers derart ausgelegt, daß Kühlung und Stabilität gewährleistet sind und Schieflagen der Temperatur durch ungünstige Verteilung des Wasser-Dampf-Gemisches in den Rohren der Heizfläche 12 vermieden werden. Im Schwachlastfall wird die notwendige Verdampfungsenergie allein über die Heizfläche 12 übertragen.

[0014] Die für Vollast über die Schwachlast hinaus notwendige Wärmeübertragungsfläche ist als Heizfläche 13 in dem Fließbettkühler 7 untergebracht. Die Heizfläche 13 kann als Rohrbündel oder als gasdicht verschweißte Rohrwand ausgebildet sein. Die Größe dieser Heizfläche 13 kann durch Entfernen oder durch Hinzufügen von Heizfläche in einfacher Weise verkleinert oder vergrößert werden. Bei Schwachlast ist die Heizfläche 13 im Fließbettkühler 7 durchströmt, ohne daß Wärme übertragen wird. Durch die Anordnung von Bypassleitungen 19 können die Verdampferheizflächen unabhängig voneinander modifiziert werden. Der in der Heizfläche 12 der Wirbelschichtbrennkammer 1 erzeugte Dampf gelangt nach Durchströmen der Heizfläche 13 des Fließbettkühlers 7 in den Überhitzer 11. Der so überhitzte Dampf wird einer nicht dargestellten Hochdruckturbine zugeführt.

[0015] Der Fließbettkühler 7 ist in seinem Boden mit einem Anschluß 14 für die Zuführung eines Fluidisierungsgases versehen. Der bei geöffnetem Regelorgan 8 in den Fließbettkühler 7 gelangende Feststoff wird durch das Gas fluidisiert und kann seine Wärme auf die Heizfläche 13 übertragen. Die auf die Heizfläche 13 zu übertragende Wärme wird durch die Menge des Feststoffes in der Weise geregelt, bei steigender Last des Dampferzeugers die Feststoffmenge erhöht und bei sinkender Last verringert wird. Damit können alle Bereiche zwischen Schwachlast und Vollast eingestellt werden.

[0016] Nach Fig. 1 sind die Heizflächen 12, 13 des Verdampfers hintereinander geschaltet. Diese Serienschaltung wird dann angewendet, wenn der Dampferzeuger nach dem Zwangsdurchlaufprinzip betrieben wird.

[0017] In der Fig. 2 ist der gleiche Dampferzeuger dargestellt, jedoch sind in diesem Fall die Verdampferteilheizflächen parallel geschaltet. Diese Parallelschaltung wird insbesondere bei einem Betrieb des Dampferzeugers nach dem Naturumlauf- oder dem Zwangsumlaufprinzip vorzusehen sein.

[0018] In die Figur 2 ist auch der Fall eingezeichnet, bei dem eine weitere Verdampferteilheizfläche als Heizfläche 20 in dem Abhitzedampferzeuger 9 vorgesehen ist. Diese Möglichkeit kommt insbesondere dann in Betracht, wenn eine heizwertarme Kohle in der Wirbelbrennkammer 1 verbrannt wird. Unter Einschluß dieser Heizfläche 20 können beim Vorhandensein von zwei Verdampferteilheizflächen diese zusätzlich zu der in Fig. 1 dargestellten Möglichkeit auch in der Wirbelbrennkammer 1 und dem Abhitzedampferzeuger 9 oder in dem Kühler 7 und dem Abhitzedampferzeuger 9 angeordnet sein. Es ist auch möglich, drei Verdampferteilheizflächen vorzusehen und je eine in der Wirbelbrennkammer 1, dem Kühler 7 und dem Abhitzedampferzeuger 9 anzuordnen.

[0019] Symmetrisch zu dem beschriebenen Rückführungszyklon 4 ist ein weiterer Rückführungszyklon 15 mit Feststoffleitungen 5 und 6 angeordnet. Der in dem weiteren Rückführungszyklon 15 abgeschiedene Feststoff wird einem zweiten Fließbettkühler 16 zugeführt, der unabhängig von dem beschriebenen Fließbettkühler 7 betrieben wird. In dem zweiten Fließbettkühler 16 können die Heizflächen für eine einfache oder zweifache Zwischenüberhitzung 17 angeordnet sein. Die Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes wird allein durch die Menge des zugeführten Feststoffes geregelt. Die bei herkömmlichen Dampferzeugern notwendige Temperaturregelung durch Wassereinspritzung in den Dampf kann dadurch entfallen.

[0020] Die Erfindung ist an Hand einer zirkulierenden atmosphärischen Wirbelschichtfeuerung erläutert worden. Sie kann aber auch für eine zirkulierende druckaufgeladene Wirbelschichtfeuerung angewendet werden.

Ansprüche

1. Dampferzeuger mit zirkulierender atmosphärischer oder druckaufgeladener Wirbelschichtfeuerung bestehend aus Wirbelbrennkammer (1) Fließbettkühlern (7, 16) und Abhitzedampferzeuger (9), in denen Speisewasservorwärmer- (10), Verdampfer- (12, 13), Überhitzer- (11) und Zwischenüberhitzerheizflächen (17) angeordnet sind, wobei die gesamte Verdampferheizfläche (12, 13) auf mehrere Teilflächen verteilt ist, von denen wenigstens eine in dem Fließbettkühler (7) und/oder in der Wirbelbrennkammer (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß die rohrseitig zuerst durchströmte Teilfläche der Verdampferheizfläche auf die geforderte Schwachlast des Dampferzeugers ausgelegt ist.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine weitere Teilfläche (20) der Verdampferheizfläche in dem Abhitzedampferzeuger (9) angeordnet ist.

3. Dampferzeuger nach den Ansprüchen 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß bei Betrieb des Dampferzeugers nach dem Zwangsdurchlaufprinzip die Teilflächen der Verdampferheizfläche rohrseitig hintereinander geschaltet sind.

4. Dampferzeuger nach den Ansprüchen 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß bei Betrieb des Dampferzeugers nach dem Naturumlauf-oder Zwangsumlaufprinzip die Teilflächen der Verdampferheizfläche rohrseitig parallelgeschaltet sind.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß parallel zu jeder der Teilflächen (12, 13, 20) der Verdampferheizflächen eine absperrbare Bypassleitung (19) vorgesehen ist.

6. Dampferzeuger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß in einem der Fließbettkühler (16) ausschließlich Heizflächen für eine einfache bzw. zweifache Zwischenüberhitzung (17) angeordnet ist.

7. Verfahren zum Regeln eines Dampferzeugers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die in den Fließbettkühlern angeordneten Heizflächen bei steigender Last mit einer zunehmenden Menge und bei sinkender Last mit einer abnehmenden Menge an im Kreislauf geführtem Feststoff aus der Wirbelschicht beaufschlagt werden.

Zeichnung