WIRBELSCHICHT-FEUERUNGSSYSTEM MIT DAMPFERZEUGUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Wirbelschicht-Feuerungssystem mit Dampferzeugung zum Verbrennen fester Brennstoffe und zum, Erzeugen von Wasserdampf.

[0002] Derartige Systeme, die vor allem für kleinere Leistungen vorteilhaft sind, kennt man zum Beispiel aus EP-B-0365723, EP-A-0416238 sowie DE-A-3107356 und DE-A-4135582. Bei den bekannten Anlagen ist einer Wärmeaustauscherkammer stets nur eine Wirbelbrennkammer zugeordnet. Für große Anlagen, die eine große Menge an Wasserdampf erzeugen, der im Kraftwerk mit über 250 MW (elektrisch) verwendet wird, sind die bekannten Systeme nicht vorteilhaft.

[0003] Ein weiteres Wirbilschicht-Feuerungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in DE-A-2804073 offenbart.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Wirbelschicht-Feuerungssystem in kompakter Bauweise auszuführen, so daß es als Block mit geringem Platzbedarf gebaut werden kann. Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale in Anspruch 1 erreicht.

[0005] Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß jeder Wirbelbrennkammer mindestens ein Wirbelbettkühler zugeordnet ist, der sich unter einem Separator befindet und mit diesem durch eine Feststoffe führende Leitung verbunden ist, wobei jeder Wirbelbettkühler mit der zugeordneten Wirbelbrennkammer durch mindestens eine Feststoffe und/oder Gas führende Leitung verbunden ist.

[0006] Die erfindungsgemäße Anlage läßt sich als kompakter Block konzipieren und bauen. Gleizeitig ist es ohne Schwierigkeiten möglich, einen oder weitere Blöcke platzsparend nebeneinander mit oder ohne physische Trennung anzuordnen. Innerhalb eines Blocks erlaubt die zentrale Anordnung der Wärmeaustauscherkammer eine kostengünstige Bauweise durch kurze Leitungen für die in die Wirbelbrennkammern geführte Verbrennungsluft, die in der Wärmeaustauscherkammer oder in anderen geeigneten Einrichtungen vorgewärmt wird. Jede Wirbelbrennkammer kann mit dem zugehörigen Wirbelbettkühler zu einer statischen Einheit verbunden werden, wobei sich der Wirbelbettkühler in aufgestellter oder an der Wirbelbrennkammer aufgehängter Bauweise ausführen läßt. Eine besonders platzsparende Ausgestaltung des Feuerungssystems ergibt sich dadurch, daß der Abstand zwischen der ersten Wirbelbrennkammer und der ersten Außenwand sowie der Abstand zwischen der zweiten Wirbelbrennkammer und der zweiten Außenwand der Wärmeaustauscherkammer 0 bis 2 m beträgt.

[0007] Das erfindungsgemäße Feuerungssystem ist für Großanlagen gedacht. Im allgemeinen wird die Querschnittfläche jeder der beiden Wirbelbrennkammern, horizontal und auf halber Höhe des Innenraums der Kammer gemessen, 50 bis 300 m² und vorzugsweise mindestens 70 m² betragen. Üblicherweise wird der Innenraum der ersten und zweiten Wirbelbrennkammer im horizontalen Querschnitt etwa rechteckig ausgebildet sein. Für sehr große Anlagen kann man zwei oder mehrere Wärmeaustauscherkammern und mindestens drei Wirbelbrennkammern in abwechselnder Anordnung nebeneinander stellen.

[0008] Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1

eine erste Variante des Feuerungssystems in schematischer Darstellung im Längsschnitt, geschnitten nach der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2

ein Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3

eine zweite Variante der Feuerungsanlage in zu Fig. 1 analoger Darstellung und

Fig. 4

eine Großanlage mit zwei Wärmeaustauscherkammern in zu Fig. 2 analoger Darstellung.

[0009] Die Anlage der Figuren 1 und 2 weist zentral eine Wärmeaustauscherkammer (1) mit rechteckigem Querschnitt auf, vgl. Fig. 2. Die vier senkrechten Außenwände der Wärmeaustauscherkammer (1) sind mit den Bezugsziffern (1a), (1b), (1c) und (1d) versehen. An die erste Außenwand (1a) schließt sich eine erste Wirbelbrennkammer (2) an. An der gegenüberliegenden Wand (1c) befindet sich eine zweite Wirbelbrennkammer (3). An die linke Wirbelbrennkammer (2). sind zwei Separatoren (5) und (6) angeschlossen, in gleicher Weise gehören zur rechten Wirbelbrennkammer (3) die beiden Separatoren (7) und (8). Jeder Separater weist eine gasführende Ableitung (9) auf, die im oberen Bereich der Wärmeaustauscherkammer (1) mündet, vgl. Fig. 1. Die Zahl der Separatoren kann, abweichend von der Zeichnung, beliebig gewählt werden. Als Separatoren können z. B. an sich bekannte Zyklone oder auch Prallbleche verwendet werden.

[0010] Die in den Separatoren (5) bis (8) abgeschiedenen Feststoffe gelangen durch eine Leitung (11) in einen an sich bekannten Wirbelbettkühler (12) oder (12a). Einzelheiten des Wirbelbettkühlers ergeben sich zum Beispiel aus EP-B-0365723 und DE-A-4135582. Eine Bypassleitung (11a) kann, falls gewünscht, im Separator abgeschiedene Feststoffe direkt in die nächstliegende Wirbelbrennkammer leiten, wie das in der Zeichnung der besseren Übersichtlichkeit wegen nur zusammen mit der Kammer (3) dargestellt ist. Wenn man auf Wirbelbettkühler (12) und (12a) ganz verzichtet, werden die von den Separatoren kommenden Feststoffe über Bypassleitungen dieser Art in die Wirbelbrennkammern geleitet.

[0011] Jeder Wirbelbettkühler ist mit mindestens einer Leitung (13) für die Zufuhr von Fluidisierungsgas, z. B. Luft, ausgestattet, er weist Kühlelemente (14) und einen Abzug (15) für gekühlte Feststoffe auf. Ein Teil der gekühlten Feststoffe wird zusammen mit Gas durch den Kanal (16) in die Wirbelbrennkammer (2) geführt. Eine Variante wird zusammen mit dem Wärmeaustauscher (12a) und der Wirbelbrennkammer (3) dargestellt, wo die Leitung (16) gekühlte Feststoffe und die Leitung (17) erwärmtes Fluidisierungsgas in die Kammer (3) führen. Feste, körnige Brennstoffe führt man den Kammern (2) und (3) durch die Leitungen (18) zu und sauerstoffhaltiges Fluidisierungsgas, z. B. Luft, wird in der Leitung (19) herangeführt, tritt zunächst in eine Verteilkammer (20) ein und strömt dann durch einen Rost (21) aufwärts in der Kammer (2). Weitere Zufuhrstellen für Gase und Feststoffe sind ohne weiteres möglich.

[0012] Als Brennstoffe kommen insbesondere Antrazith-Kohle, Steinkohle, Braunkohle, Holz oder Ölschiefer in Frage. Zusätzlich zum festen Brennstoff können auch teigige, flüssige oder gasförmige Brennstoffe eingesetzt werden, z. B. Raffinerierückstände oder verschiedenartige Abfälle. Die Verbrennungstemperaturen in den Wirbelbrennkammern (2) und (3) liegen im Bereich vom 700 bis 950°C.

[0013] Eine heiße Gas-Feststoff-Suspension verläßt die Wirbelbrennkammer (2) oder (3) im oberen Bereich durch eine Öffnung (23) und gelangt in den zugehörigen Separator, in welchem die Feststoffe weitgehend abgetrennt werden. Die heißen Gase verlassen den Separator durch die Leitung (9) und werden in der Wärmeaustauscherkammer (1) gekühlt. Die Kammer (1) ist mit zahlreichen Wärmeaustauschelementen (24) zur indirekten Kühlung des heißen Gases ausgestattet, die in der Zeichnung nur schematisch dargestellt sind. Die Elemente (24) dienen zum einen der Erzeugung von Wasserdampf aus Kesselspeisewasser, wobei Hochdruckdampf mit einem Druck im Bereich von 70 bis 350 bar und Mitteldruckdampf mit einem Druck von 20 bis 80 bar gleichzeitig oder alternativ erzeugt werden kann. Eines oder mehrere der Elemente (24) kann auch der Luftvorwärmung dienen, die dann als Verbrennungsluft in eine der Wirbelbrennkammern (2) oder (3) geführt wird.

[0014] Die Anlage ist für große Durchsätze bestimmt, dementsprechend weisen die einzelnen Anlagenteile große Dimensionen auf. Die Querschnittsfläche des Innenraums der Wärmeaustauscherkammer (1), horizontal bei halber Höhe der Kammer (1) gemessen, liegt im Bereich von 150 bis 500 m². Für jede der Wirbelbrennkammern (2) oder (3) beträgt die innere horizontale Querschnittsfläche, gemessen auf halber Höhe oberhalb des Rostes (21), 50 bis 300 m². Die Höhe einer Kammer (2) oder (3), gemessen oberhalb des Rostes (21), liegt im Bereich von 20 bis 60 m. Die horizontale Breite (a) der gemeinsamen Wände (1a) und (1c), vgl. Fig. 2, beträgt 10 bis 40 m.

[0015] An das Feuerungssystem kann ein Kraftwerk mit einer elektrischen Leistung von 200 MW oder mehr angeschlossen werden. Um die fühlbare Wärme im Feuerungssystem möglichst optimal auszunutzen, können alle heißen Wände als Membranrohrwände ausgebildet werden, die von Kühlfluid durchflossen werden. Gekühltes Gas, das die Wärmeaustauscherkammer (1) durch den Auslaß (25) verläßt, wird einer nicht dargestellten Gasreinigung zugeführt.

[0016] Die Anlage der Fig. 3 weist, wie bereits zusammen mit Fig. 1 und 2 erläutert, eine zentrale Wärmeaustauscherkammer (1), zwei Wirbelbrennkammern (2) und (3) und Separatoren (5) und (7) auf. Die Leitungen (23a) verbinden die Wirbelbrennkammern (2) bzw. (3) mit den Separatoren (5) bzw. (7). Gleiche Bezugsziffern wie in den Figuren 1 und 2 haben die dort gegebene Bedeutung. Die Wirbelbrennkammern der Fig. 3 sind nach unten keilförmig ausgebildet.

[0017] Bei der Anlage der Fig. 3 besteht zwischen der Außenwand (1a) der Wärmeaustauscherkammer (1) und der Wirbelbrennkammer (2) ein Abstand von höchstens 2 m, in welchem die Leitung (11) zum Wirbelbettkühler (12) hindurch geführt ist. Der gleiche Abstand besteht auch zwischen der Wand (1c) und der Wirbelbrennkammer (3). Durch die oberhalb der Kammern (2) und (3) angeordneten Separatoren (5) und (7) ergibt sich eine hohe Bauweise des Blocks mit geringem Bedarf an Bodenfläche.

[0018] Bei der in Fig. 4 schematisch im Horizontalschnitt dargestellten Großanlage sind zwei Wärmeaustauscherkammern (1) und drei Wirbelbrennkammern (2), (3) und (4) abwechselnd nebeneinander gestellt. Die Separatoren sind mit den Bezugsziffern (5) bis (8) versehen. Abweichend von der in Fig. 4 dargestellten

[0019] Reihenanordnung können die Kammern auch so zusammengestellt und durch weitere Wärmeaustauscherkammern und/oder Wirbelbrennkammern ergänzt werden, wobei die Gesamtanordnung im Horizontalschnitt eine Kreuz-, L- oder T-Form ergibt.

Ansprüche

1. Wirbelschicht-Feuerungssystem mit Dampferzeugung zum Verbrennen fester Brennstoffe und zum Erzeugen von Wasserdampf, mit einer Wärmeaustauscherkammer (1), in welcher von Kühlfluid durchströmte Wärmeaustauschelemente (24) angeordnet sind, wobei die Wärmeaustauscherkammer vier senkrechte Außenwände (1a, 1b, 1c, 1d) aufweist, die einen im horizontalen Querschnitt etwa rechteckigen Raum umschließen, mit einer ersten Wirbelbrennkammer (2), welche vor einer ersten Außenwand (1a) der Wärmeaustauschkammer angeordnet ist, und mit einer zweiten Wirbelbrennkammer (3), welche vor einer der ersten Außenwand gegenüberliegenden zweiten Außenwand (1c) der Wärmeaustauscherkammer angeordnet ist, wobei jede Wirbelbrennkammer Leitungen zum Zuführen von Brennstoff und Verbrennungsluft aufweist, und mit mindestens einem Separator (5,6,7,8) zum Abtrennen von Feststoffen (2) aus einem Gasstrom, der mit dem oberen Bereich jeder Wirbelbrennkammer verbunden ist, wobei der Separator eine gasführende Ableitung (9) aufweist, die mit dem oberen Bereich der Wärmeaustauscherkammer verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wirbelbrennkammer mindestens ein Wirbelbettkühler (12, 12a) zugeordnet ist, der sich unter einem Separator befindet und mit diesem durch eine Feststoffe führende Leitung verbunden ist, wobei jeder Wirbelbettkühler mit der zugeordneten Wirbelbrennkammer durch mindestens eine Feststoffe und/oder Gas führende Leitung (16,17) verbunden ist, und daß die innere Höhe der Wärmetauscherkammer (1) mindestens 10 m und die innere Höhe der Wirbelbrennkammern (2,3) 10 bis 60 m beträgt.

2. Wirbelschicht-Feuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der ersten Wirbelbrennkammer (2) und der ersten Außenwand (1a) sowie der Abstand zwischen der zweiten Wirbelbrennkammer (3) und der zweiten Außenwand (1c) der Wärmeaustauscherkammer 0 bis 2 m beträgt.

3. Wirbelschicht-Feuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche jeder der beiden Wirbelbrennkammern (2,3), horizontal und auf halber Höhe des Innenraums der Kammer gemessen, 50 bis 300 m² beträgt.

4. Wirbelschicht-Feuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der ersten und. zweiten Wirbelbrennkammer (2,3) im horizontalen Querschnitt etwa rechteckig ausgebildet ist.

5. Wirbelschicht-Feuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscherkammer (1) und die Wirbelbrennkammern (2,3) eine Breite a von 10 bis 40 m aufweisen.

6. Wirbelschicht-Feuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Wärmeaustauscherkammern (1) mindestens drei Wirbelbrennkammern (2,3,4) zugeordnet sind.

Claims

1. A fluidised-bed furnace system with steam generation for the combustion of solid fuels and for producing steam, with a heat-exchanger chamber (1) in which are arranged heat-exchange elements (24) through which cooling fluid flows, the heat-exchanger chamber having four vertical outer walls (1a, 1b, 1c, 1d) which surround a space which is approximately rectangular in horizontal cross-section, with a first fluidised combustion chamber (2) which is arranged in front of a first outer wall (1a) of the heat-exchange chamber, and with a second fluidised combustion chamber (3) which is arranged in front of a second outer wall (1c) of the heat-exchanger chamber which lies opposite the first outer wall, each fluidised combustion chamber having lines for supplying fuel and combustion air, and with at least one separator (5, 6, 7, 8) for separating off solids (2) from a gas stream, which is connected to the upper region of each fluidised combustion chamber, the separator having a gas-carrying discharge line (9) which is connected to the upper region of the heat-exchanger chamber, characterised in that at least one fluidised-bed cooler (12, 12a) is associated with each fluidised combustion chamber, which cooler is located beneath a separator and is connected thereto by a solids-carrying line, each fluidised-bed cooler being connected to the associated fluidised combustion chamber by at least one line (16, 17) carrying solids and/or gas, and that the internal height of the heat-exchanger chamber (1) is at least 10 m and the internal height of the fluidised combustion chambers (2, 3) is 10 to 60 m.

2. A fluidised-bed furnace system according to Claim 1, characterised in that the distance between the first fluidised combustion chamber (2) and the first outer wall (1a) and the distance between the second fluidised combustion chamber (3) and the second outer wall (1c) of the heat-exchanger chamber is 0 to 2 m.

3. A fluidised-bed furnace system according to Claim 1, characterised in that the cross-sectional surface area of each of the two fluidised combustion chambers (2, 3), measured horizontally and at half the height of the inner space of the chamber, is 50 to 300 m².

4. A fluidised-bed furnace system according to Claim 1, characterised in that the inner space of the first and second fluidised combustion chambers (2, 3) is approximately rectangular in horizontal cross-section.

5. A fluidised-bed furnace system according to Claim 1, characterised in that the heat-exchanger chamber (1) and the fluidised combustion chambers (2, 3) have a width a of 10 to 40 m.

6. A fluidised-bed furnace system according to Claim 1, characterised in that at least two heat-exchanger chambers (1) are associated with at least three fluidised combustion chambers (2, 3, 4).

Revendications

1. Système de combustion en lit fluidisé avec production de vapeur pour la combustion de combustibles solides et pour la production de vapeur d'eau, comprenant une chambre (1) formant échangeur de chaleur, dans laquelle sont disposés des éléments d'échange de chaleur dans lesquels passe du fluide de refroidissement, la chambre formant échangeur de chaleur comportant quatre parois (1a, 1b, 1c, 1d) extérieures verticales, qui entourent un espace à peu près rectangulaire en section transversale horizontale, une première chambre (2) de combustion à turbulence qui est disposée devant une première paroi (1a) extérieure de la chambre formant échangeur de chaleur, et une deuxième chambre (3a) de combustion à turbulence qui est disposée devant l'une des deuxièmes parois (1c) extérieures de la chambre formant échangeur de chaleur, qui est opposée à la première paroi, chaque chambre de combustion à turbulence comportant des conduits d'apport de combustible et d'air de combustion, et au moins un séparateur (5, 6, 7, 8) de séparation des matières (2) solides d'un courant gazeux, qui communique avec la partie supérieure de chaque chambre de combustion à turbulence, le séparateur comportant un conduit (9) d'évacuation des gaz qui communique avec la partie supérieure de la chambre formant échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'à chaque chambre de combustion à turbulence est associé au moins un dispositif (12, 12a) de refroidissement en lit fluidisé, qui se trouve sous un séparateur et qui communique avec celui-ci par un conduit de passage de matières solides, chaque dispositif de refroidissement en lit fluidisé communiquant avec la chambre de combustion à turbulence associée, par au moins un conduit (16, 17) de passage de la matière solide et/ou du gaz et en ce que la hauteur intérieure de la chambre (1) formant échangeur de chaleur est d'au moins 10 m et la hauteur intérieure des chambres (2, 3) de combustion à turbulence est de 10 à 60 m.

2. Système de combustion en lit fluidisé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la distance entre la première chambre (2) de combustion à turbulence et la première paroi (1a) extérieure ainsi que la distance entre la deuxième chambre (3) de combustion à turbulence et la deuxième paroi (1c) extérieure de la chambre formant échangeur de chaleur, est comprise entre 0 et 2 m.

3. Système de combustion suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de section transversale de chacune des deux chambres (2, 3) de combustion à turbulence est, mesurée horizontalement et à mi-hauteur de l'intérieur de la chambre, de 50 à 300 m².

4. Système de combustion suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'intérieur de la première et de la deuxième chambre (2, 3) de combustion à turbulence sont en section transversale horizontale à peu près rectangulaire.

5. Système de combustion suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre (1) formant échangeur de chaleur et les chambres (2, 3) de combustion à turbulence, ont une largeur a de 10 à 40 m.

6. Système de combustion suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est associé au moins trois chambres (2, 3, 4) de combustion à turbulence à au moins deux chambres (1) formant échangeur de chaleur.

Zeichnung