CH656936A5

CH656936A5 - STEAM GENERATOR WITH FLUIDIZED BURN FIRING.

Info

Publication number: CH656936A5
Application number: CH251382A
Authority: CH
Inventors: Hans-Rudolf Schenk
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1982-04-26
Filing date: 1982-04-26
Publication date: 1986-07-31
Also published as: BE896568A; JPS5915709A; DE3218724A1; FR2525734B1; DE3218724C2; FR2525734A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit Wirbelschichtfeuerung, von der ein von gekühlten Wänden begrenzter Gaszug ausgeht, dessen Strömungsquerschnitt auf 30 bis 60% der Grundfläche der Wirbelschichtfeuerung eingezogen ist. The invention relates to a steam generator with fluidized bed combustion, from which a gas flue bounded by cooled walls emanates, the flow cross section of which is drawn in to 30 to 60% of the base area of the fluidized bed combustion.

Ein solcher Dampferzeuger entspricht dem internen Stand der Technik der Erfinderin. Je nach Art des in der Wirbelschichtfeuerung verwendeten Brennstoffes und seiner Korn-grössenverteilung werden - abhängig auch von der Menge der in die Wirbelschicht eingeblasenen Luft - feine Brennstoffteilchen aus der Wirbelschicht ausgetragen. Diese Brennstoffteilchen werden zum grossen Teil in einem Zyklon und/oder in einem im kalten Bereich der Rauchgase angeordneten Filter ausgeschieden, und es ist üblich, das ausgeschiedene Material wieder in die Wirbelschicht zurückzuführen. Für diese zurückgeführten Teilchen besteht eine verhältnismässig hohe Wahrscheinlichkeit, dass sie wiederum aus der Wirbelschicht ausgetragen werden. Dies hat zur Folge, dass der Filter höher belastet wird, was bedingt, dass die Filterfläche sehr gross ausgelegt werden muss oder dass sich der Druckabfall im Filter erhöht, was Energie kostet. Überdies werden die Filterrückstände wegen ihres verhältnismässig hohen Kohlegehaltes für verschiedene Anwendungen, z. B. für Bauzwecke, unbrauchbar. Statt dass sie nützlich verwendet werden könnten, schaffen sie ein Deponieproblem. Such a steam generator corresponds to the internal state of the art of the inventor. Depending on the type of fuel used in the fluidized bed combustion and its particle size distribution - depending on the amount of air blown into the fluidized bed - fine fuel particles are discharged from the fluidized bed. These fuel particles are largely separated out in a cyclone and / or in a filter arranged in the cold area of the flue gases, and it is customary to return the separated material back into the fluidized bed. These returned particles have a relatively high probability that they will in turn be discharged from the fluidized bed. As a result, the filter is subjected to higher loads, which means that the filter area has to be designed very large or that the pressure drop in the filter increases, which costs energy. In addition, the filter residues are due to their relatively high carbon content for various applications, e.g. B. for construction purposes, unusable. Instead of being useful, they create a landfill problem.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beheben und den schliesslich mit der Asche aus der Anlage ausgetragenen und verworfenen Brennstoffanteil erheblich zu vermindern. It is an object of the invention to remedy these disadvantages and to significantly reduce the amount of fuel ultimately discharged and discarded from the plant with the ash.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass s zum Zünden von aus der Wirbelschichtfeuerung stammenden, unverbrannten Brennstoffteilchen im Bereich des eingezogenen Strömungsquerschnitts des Gaszuges mindestens ein Nachbrenner für flüssigen und/oder gasförmigen Zündbrennstoff angeordnet ist. Diese Lösung muss dem io Fachmann zunächst als nicht sinnvoll erscheinen, weil das zusätzliche Verbrennen des Zündbrennstoffs in einem Nachbrenner verhältnismässig teuer ist und zusätzliche Lagerkapazität für den Zündbrennstoff bedingt. Es hat sich aber gezeigt, dass durch einen nur geringfügigen Aufwand an ls solchem teurem Zündbrennstoff der Verlust an festem Brennstoff aus der Wirbelschicht auf einen vernachlässigbaren Anteil herabgesetzt wird, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Anlage erhöht wird. This object is achieved according to the invention in that at least one afterburner for liquid and / or gaseous pilot fuel is arranged for igniting unburned fuel particles originating from the fluidized bed combustion in the region of the drawn-in flow cross section of the gas train. This solution must not initially appear to be sensible to the io specialist because the additional combustion of the pilot fuel in an afterburner is relatively expensive and requires additional storage capacity for the pilot fuel. However, it has been shown that the loss of solid fuel from the fluidized bed is reduced to a negligible proportion by means of only a minimal expenditure of such expensive pilot fuel, which increases the economy of the plant.

Durch die thermische Isolation nach Anspruch 2 erfüllt 20 der Nachbrenner, dank verminderter Strahlungsverluste, seine Aufgabe bei herabgesetztem Aufwand an in ihm verfeuertem Zündbrennstoff. Due to the thermal insulation according to claim 2, the afterburner, thanks to reduced radiation losses, fulfills its task with reduced expenditure of pilot fuel fired in it.

Die Strahlungsverluste lassen sich weiter herabsetzen und damit auch der Aufwand für die Zündbrennstoffmenge 25 durch die ungekühlten Strahlungsschilder gemäss Anspruch 3. The radiation losses can be reduced further and thus also the effort for the amount of pilot fuel 25 by the uncooled radiation shields according to claim 3.

Die Ausbildung des Strahlungsschildes als Flammenhalter nach Anspruch 4 bildet einen weiteren Schritt zum Herabsetzen des Aufwandes für die Zündbrennstoffmenge, indem 30 diese nicht wegen der Gefahr des Ausblasens der Flamme des Nachbrenners gegen unten limitiert werden muss. The formation of the radiation shield as a flame holder according to claim 4 forms a further step to reduce the effort for the amount of pilot fuel by 30 this does not have to be limited due to the risk of blowing out the flame of the afterburner towards the bottom.

Die Temperaturregelung gemäss Anspruch 5 leistet Gewähr dafür, dass im Bereich des Nachbrenners - unabhängig vom Heizwert des aus der Wirbelschichtfeuerung 35 zuströmenden Rauchgases - die Zündtemperatur für den in den Rauchgasen enthaltenen Restkohlenstoff aufrechterhalten wird. The temperature control according to claim 5 ensures that the ignition temperature for the residual carbon contained in the flue gases is maintained in the area of the afterburner - regardless of the calorific value of the flue gas flowing from the fluidized bed furnace 35.

Das Zuordnen von Mitteln für die Zufuhr von Verbrennungsluft gemäss Anspruch 6 vermeidet im Betrieb der 40 Anlage einen unnötigen Abgasverlust, indem dem Nachbrenner nur so viel Verbrennungsluft wie nötig zugeführt wird. The allocation of means for the supply of combustion air according to claim 6 avoids unnecessary waste gas loss in the operation of the system by only supplying the afterburner with as much combustion air as necessary.

Durch das Einrichten des Nachbrenners zum Verbrennen von Abfallbrennstoff wird an teurem Zündbrennstoff 45 gespart. Setting up the afterburner to burn waste fuel saves on expensive pilot fuel 45.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch einen Vertikalschnitt durch einen Dampferzeuger zeigt. An embodiment of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing, which schematically shows a vertical section through a steam generator.

Ein Dampferzeuger 1 weist eine Wirbelschichtfeuerung 2 so mit rechteckiger Grundfläche, einen gegenüber dieser Grundfläche eingeschnürten vertikalen Steigzug 4 und einen vertikalen Fallzug 6 auf. Die Feuerung 2 ist am Boden 8, auf der Vorderseite 10, der Rückseite 12, den beiden anderen Seite 14 sowie an der von der Rückseite 12 zum Steigzug 4 55 schräg verlaufenden Seite 16 durch sogenannte Membranrohrwände aus parallelen, zusammengeschweissten Rohren begrenzt. Auch die Wände und die Decke des Steigzug es 4 und des Fallzuges 6 bestehen aus Membranrohrwänden. Im Steigzug 4 ist ein Überhitzer 22 aus mehreren vertikalen 60 Rohrtafeln aufgehängt, und im Fallzug 6 sind ein Zwischenüberhitzer 26 und darunter ein Economiser 24 angeordnet. Der Boden 8 der Brennkammer 2 ist mit Luftöffnungen 28 versehen. An seinem Umfang ist ein Luftkasten 30 gasdicht angeschlossen, der durch zwei vertikale Trennwände 32 mit 65 je einer Klappe 34 in drei Zonen 36,38 und 40 unterteilt ist. Mittels der Klappen 34 lassen sich die drei Zonen miteinander verbinden. An der mittleren Zone 36 ist über eine Verbindungsleitung 42 ein Verdichter 44 angeschlossen. A steam generator 1 has a fluidized bed combustion 2 with a rectangular base area, a vertical riser 4 constricted with respect to this base area and a vertical fall train 6. The furnace 2 is delimited on the floor 8, on the front side 10, the rear side 12, the other two sides 14 and on the side 16 which slopes obliquely from the rear side 12 to the riser 4 55 by so-called membrane tube walls made of parallel, welded tubes. The walls and the ceiling of the riser 4 and the fall train 6 consist of membrane tube walls. A superheater 22 comprising a plurality of vertical 60 tube sheets is suspended in the rising train 4, and an intermediate superheater 26 and an economizer 24 are arranged in the falling train 6. The bottom 8 of the combustion chamber 2 is provided with air openings 28. At its periphery, an air box 30 is connected in a gastight manner, which is divided into three zones 36, 38 and 40 by two vertical partition walls 32 with 65 one flap 34 each. The three zones can be connected to one another by means of the flaps 34. A compressor 44 is connected to the central zone 36 via a connecting line 42.

3 3rd

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Im unteren Bereich des Steigzuges 4 sind sechs Nachbrenner 50, d.h. drei in jeder Seitenwand 14, so angeordnet, dass ihre Flammen den Querschnitt des Steigzuges 4 gleich-mässig bestreichen. Im Bereich dieser sechs Nachbrenner 50 sind die vier Wände des Steigzuges mit einer Schicht Stampfmasse 52 bekleidet, die diese Wände gegen die Flammenwärme der Nachbrenner isoliert. Rauchgasseitig stromoberhalb der Nachbrenner 50 sind im Steigzug 4 drei Strahlungsschilde 54 vorgesehen, die gleichzeitig als Flammenhalter ausgebildet sind und sich über die ganze Breite des Steigzuges 4 erstrecken. Rauchgasseitig stromunterhalb der Nachbrenner 50 sind weitere, ebenfalls ungekühlte Strahlungsschilde 56 angebracht, die in zwei Reihen gegeneinander versetzt angeordnet sind und sich ebenfalls über die ganze Breite des Steigzuges 4 erstrecken. Die Strahlungsschilde 54 und 56 sind aus dünnem, hitzebeständigem Blech gefertigt und zur Erzielung hoher Steifigkeit im Querschnitt gewölbt. In the lower area of the ascent 4 there are six afterburner 50, i.e. three in each side wall 14, arranged so that their flames evenly cover the cross section of the ascent 4. In the area of these six afterburner 50, the four walls of the ascent are clad with a layer of ramming compound 52, which insulates these walls against the flame heat of the afterburner. On the flue gas side upstream of the afterburner 50, three radiation shields 54 are provided in the riser 4, which are simultaneously designed as flame holders and extend over the entire width of the riser 4. On the flue gas side, downstream of the afterburner 50, there are further, likewise uncooled radiation shields 56 which are arranged offset in two rows with respect to one another and likewise extend over the entire width of the riser 4. The radiation shields 54 and 56 are made of thin, heat-resistant sheet metal and are curved in cross-section in order to achieve high rigidity.

Der Dampferzeuger funktioniert wie folgt: The steam generator works as follows:

Im Betrieb wird Luft, die durch nicht dargestellte Mittel vorgeheizt ist, mittels des Verdichters 44 in die mittlere Zone 36 des Luftkastens 30 eingeblasen. Die Klappen 34 sind dabei geöffnet, so dass sich die Luft auch in die Zonen 38 und 40 ausbreitet. Durch die Luftöffnungen 28 hindurch steigt die Luft in die Wirbelschichtfeuerung 2, die eine aus Körnern inerten Materials und wenig Kohle gebildete Wirbelschicht 20 enthält. In der Wirbelschicht 20 verbrennt die Kohle bei etwa 800°C, wobei ein Gleichgewicht zwischen der freiwerdenden Wärme und der intensiven Wärmeabfuhr an den Boden 8 und an die die Wirbelschicht umgebenden Wände 10,12und 14besteht. Von der Wirbelschicht 20 aus strömt das bei der Verbrennung entstandene Rauchgas - feinste Kohle- und Ascheteilchen mit sich tragend - in den Bereich der mit Zündbrennstoff versorgten Nachbrenner 50, wo im Mittel eine Temperatur von mehr als 900°C herrscht und die feinen Teilchen durch die Strahlung der Flamme der Nachbrenner 50 auf noch höhere Temperatur gebracht werden, dabei gezündet werden und verbrennen. Durch die Verbrennung der Kohleteilchen wird Wärme frei, so dass zum Erreichen der eben angegebenen Mitteltemperatur den In operation, air which is preheated by means not shown is blown into the central zone 36 of the air box 30 by means of the compressor 44. The flaps 34 are open so that the air also spreads into the zones 38 and 40. The air rises through the air openings 28 into the fluidized bed furnace 2, which contains a fluidized bed 20 formed from grains of inert material and little coal. In the fluidized bed 20, the coal burns at about 800 ° C, whereby there is a balance between the heat released and the intensive heat dissipation to the floor 8 and to the walls 10, 12 and 14 surrounding the fluidized bed. From the fluidized bed 20, the flue gas produced during combustion - carrying the finest coal and ash particles with it - flows into the area of the afterburner 50 supplied with pilot fuel, where on average there is a temperature of more than 900 ° C. and the fine particles pass through it Radiation of the flame of the afterburner 50 are brought to an even higher temperature, are ignited and burn. The combustion of the coal particles releases heat, so that to reach the medium temperature just specified

Nachbrennern 50 nur eine geringe Menge Zündbrennstoff zugeführt werden muss, die im Bereich von einem Prozent bis wenigen Prozenten der im Dampferzeuger insgesamt verbrannten Brennstoffmenge liegt. Durch die Strahlungs-5 schilde 54 und 56 wie auch durch die Bekleidung der Wände mit Stampfmasse 52 wird die Wärmezufuhr aus dem Bereich der Nachbrenner 50 stark herabgesetzt, wodurch an teurem Zündbrennstoff für die Nachbrenner gespart wird. Afterburner 50 only a small amount of pilot fuel must be supplied, which is in the range of one percent to a few percent of the total amount of fuel burned in the steam generator. The radiation shields 54 and 56, as well as the cladding of the walls with ramming compound 52, greatly reduce the heat supply from the area of the afterburner 50, thereby saving on expensive pilot fuel for the afterburner.

Das etwa 900° C warme Rauchgas umströmt anschliessend io die Rohre des Überhitzers 22, des Zwischenüberhitzers 26 und des Economisers 24 und gelangt dann zu nicht gezeichneten Mitteln zum Abscheiden von Asche und zum nicht gezeichneten Kamin. The flue gas, which is about 900 ° C warm, then flows around the pipes of the superheater 22, the reheater 26 and the economizer 24 and then arrives at unsigned means for separating ash and to the unsigned chimney.

Stehen Abfallbrennstoffe, etwa aus einem chemischen 15 Produktionsbetrieb, zur Verfügung, so können einer oder mehrere der Nachbrenner 50 auf diese umschaltbar eingerichtet oder zusätzliche Nachbrenner angeordnet sein, die lediglich zur Verbrennung der Abfallbrennstoffe eingerichtet sind. Zur Steuerung eines solchen Brennersystems 20 sind Schaltungen bekannt, zum Beispiel aus der CH-PS 400 427. If waste fuels, for example from a chemical production plant, are available, one or more of the afterburner 50 can be switched over to this or additional afterburner can be arranged, which are only set up for the combustion of the waste fuel. Circuits for controlling such a burner system 20 are known, for example from CH-PS 400 427.

Als Regelgrösse zum Beeinflussen der Zufuhr von Zündbrennstoff zu den Nachbrennern kann ein Temperatursignal verwendet werden, das beispielsweise als Summensignal 25 zweier an den beiden äussersten Strahlungsschildern 56 angebrachter Temperaturmessorgane, z.B. Thermoelemente 62, gebildet ist. Es kann auch zweckmässig sein, statt eines solchen Summensignals jeweils nur das kleinere der von beiden Thermoelementen 62 gemessenen Signale zu ver-30 wenden, wobei das Signal dann durch eine Auswahlschaltung ermittelt wird. A temperature signal can be used as a control variable for influencing the supply of pilot fuel to the afterburner, which temperature signal, for example, as a sum signal 25 of two temperature measuring elements attached to the two outermost radiation shields 56, e.g. Thermocouples 62 is formed. It may also be expedient to use only the smaller of the signals measured by the two thermocouples 62 instead of such a sum signal, the signal then being determined by a selection circuit.

Bei der Beschreibung das Dampferzeugers sind verschiedene, an sich bekannte Details, die zum Verständnis der Erfindung nichts beitragen, weggelassen worden, z.B. Mittel 35 zum Aufwärmen der Verbrennungsluft, Mittel zum Eintragen des Brennstoffes und zum Eintragen von Kalk in die Wirbelschicht, Mittel zum Zuführen des Zündbrennstoffes, Mittel zum Zuführen des Speisewassers und zum Abführen des Dampfes, etc. In describing the steam generator, various details known per se which do not contribute to an understanding of the invention have been omitted, e.g. Means 35 for heating the combustion air, means for introducing the fuel and for introducing lime into the fluidized bed, means for supplying the pilot fuel, means for supplying the feed water and for removing the steam, etc.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Steam generator with fluidized bed combustion, from which a gas flue bounded by cooled walls emanates, the flow cross section of which is drawn in to 30 to 60% of the base area of the fluidized bed combustion, characterized in that for igniting unburned fuel particles originating from the fluidized bed combustion in the area of the drawn in flow cross section of the Throttle cable is arranged at least one afterburner for liquid and / or gaseous pilot fuel.

2. Steam generator according to claim 1, characterized in that in the immediate vicinity of the afterburner, the cooled walls of the gas flue are thermally insulated, preferably by ramming compound.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Steam generator according to claim 1 or 2, characterized in that at least one uncooled radiation shield is or are arranged in the gas flue downstream and / or upstream of the afterburner.

4. Steam generator according to claim 3, having at least one radiation shield arranged upstream of the afterburner, characterized in that the radiation shield is designed as a flame holder.

5. Steam generator according to one of claims 1 to 4, with several afterburner, characterized in that in the region of the afterburner, preferably on at least one of the radiation shields, at least one temperature measuring element is arranged, which, in the sense of regulating the temperature measured by it Acts to influence the supply of the pilot fuel to the afterburner.

6. Steam generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that means for supplying combustion air are assigned to the afterburner.

7. Steam generator according to one of claims 1 to 6, with several afterburner, characterized in that at least part of the afterburner is set up for the combustion of waste fuel.