DE2060609A1

DE2060609A1 - Mit einem fluidisierten Brennstoffbett betriebener Dampfkessel

Info

Publication number: DE2060609A1
Application number: DE19702060609
Authority: DE
Inventors: Alan Bell
Original assignee: Foster Wheeler John Brown Boilers Ltd
Current assignee: Foster Wheeler John Brown Boilers Ltd
Priority date: 1969-12-12
Filing date: 1970-12-09
Publication date: 1971-06-24
Also published as: FR2073554A5; GB1311869A; BE760173A; US3687115A

Description

> Walter Meissner DipK-ing. Herbert Tischer

BERLIN-GRUNEWALD MÜNCHEN

8 München 2, den

I^a!71 oe«o«, 9. Dezember 197ο

Farnspr. StSOSS7

Poster Wheeler John Brown Boilers Limited London/Großbritannien

iviit einem fluidisierten Brennstoffbett betriebener Dampfkessel

Die Urfindung betrifft einen mit einem fluidisierten brennstoffbett betriebenen Jampfkessel.

fluidisiertes Brennstoffbett besteht aus einer lockeren ^ohicht von Brennstoffteilchen, von denen die meisten .ascheteilchen und ein geringer 'ieil Kohleteilchen sind. Die leuchen werden vom otrom der Verbrennungsluft getragen, die durch das Brennstoffbett mit ausreichender Geschwindigkeit strömt, um die Teilchen schwebend zu halten. Bekanntlich verhält sich ein solches fluidisiertes Brennstoffbett aus festen teilchen ähnlich v/ie eine kochende, turbulente flüssigkeit, wie Kohleteilchen verbrennen in eier Luft, und zur .aufrechterhaltunp; der Verbrennung v/erden laufend frische Kohleteilchen zugeführt, und durch einen bberlauf werden laufend 'l'eilchen (hauptsachlich Ascheteilchen) abgezogen, wobei die ßronnstoffbetthohe im wesentlichen konstant gehalten wird,,

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BAD

Die im Brennstoffbett erzeugte ^ärme kann in verschiedener weise zu Dampferzeugung ausgenutzt v/erden» Vorzugsweise werden öiederohre so angeordnet, daß sie sich im -brennstoffbett befinden, so daß sehr hohe wärmeübertragungswerte erreicht werden können und eine befriedigende Kühlung des brennstoff betts erhalten wird, wodurch innerhalb des ürennstoffbetts die ochmelztemperatur der ^sche nicht erreicht wird₀

Die .aufgäbe der Erfindung liegt darin, die Betriebsweise eines mit einem fluidisierten .Brennstoffbett betriebenen Dampfkessels durch eine besondere .anordnung der itohre des Kessels zu verbessern

Der mit einem fluidisierten brennstoffbett betriebene Dampfkessel gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Jxeihe von aus im wesentlichen senkrechten itohren bestehenden Rohrbündeln in das Brennstoffbett eingetaucht ist, die sich zwischen einem oberen und einem unteren Jammelrohr erstrecken und innerhalb des Brennstoffbetts so nebeneinander angeordnet sind, daß die liohre der j-iohrbündel im wesentlichen gleichmäßig über die ^uerschnittsfläche des Brennstoffbetts verteilt sind.

Ein bedeutender Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß infolge der senkrechten anordnung der iiohre eine absatzweise stattfindende abtrennung des Dampfes in den liohren, wenn sie als oiederohre dienen, nicht vorkommt» ^ies vermindert die Gefahr von itohrverbrennungen, die bei waagerechter .anordnung der Rohre besteht.

wie bereits ausgeführt, können die itohre, weil sie senkrecht angeordnet sind, im wesentlichen gleichmäßig über die _1(iuerschnittsf lache des Brennst of f be fcts verteilt v/erden, was für eine gleichmäßige x'emperaturverteilung über das f;anze brenns fcof f bet t hinweg günstig ist.

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Vorzugsvieise verlaufen die ilinlaß- und üuslaßsammelrohre in bezug auf den querschnitt des Brennstoffbetts in radialer j-ticiitung, d.h. sie gehen in der ^uersclinittsfläche geoelien von einem mittleren i.unkt des ürennstoffbetts aus nach außen. Zweckmäßig befindet sich das brennstoffbett in einem zylindrischen uehause, so daß der querschnitt des brennst offbettü eine Areisflache ist, wobei die Kinlaß- und Auslaß sainme Ir öhre in radialer lüchtung vom Mittelpunkt des querschnitts aes Brennstoffbetts bzw. von der .üChse des -zylindrischen Gehäuses aus nach außen verlaufene

±>ei einer bevorzugten ^usführungsforiu der Erfindung ist der ^querschnitt der .u-ohrbündel, gesehen in waagerechter Ebene etwa sektorformig, wobei axe Sektorfläche innen und außen abgestumpft ist. -üie rohrbündel sind so im brennstoffbett vorgesehen, daß sie im wesentlichen gleichmäßig über die ^uerschnittsflache des Brennstoffbetts verteilt sind.

üie !Rohrbündel können sämtlich aus Siederohren bestehen und zwar einerseits, wenn kein überhitzer bzw. Zwischenüberhitzer erforderlich ist oder ein überhitzer bzw. Zwischenüberhitzer außerhalb des Brennstoffbetts vorgesehen und durch die aus dem Brennstoffbett abströmenden heißen Verbrennungsgase beheizt ist. Andererseits können ein oder mehrere hohrbündel innerhalb des .Brennstoffbetts aus überhitzerrohren und die übrigen aus oiederohren bestehen.

Die Kohre der itohrbündel verlaufen im wesentlichen senkrecht, jedoch können die ^nden der xiohre zum Einschluß an die üinlaß- und .auslaßsamme 1 rohre gebogen sein»

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung befindet sich das Brennstoffbett in einem zylindrischen Innengehüuse, aas von einem zylindrischen ^ußengehause umgeben ist. Zwischen den beiden Gehäusen ist ein Hingkanal vorhanden, der ■

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von der iTuidisierungsluft in Richtung nach unten durchströmt wird, bevor diese durch das Brennstoffbett strömt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß das Innengehäuse, das den hohen Temperaturen des Brennstoffbetts ausgesetzt ist, bei unter überdruck gegenüber dem atmosphärischen Druck zugeführter Fluidisierungsluft nur dem Druckabfall beim strömen der Fluidisierungsluft durch das Brennstoffbett unterworfen ist, während das Außengehäuse, das keine hohen Temperaturen auszuhalten hat, leicht so ausgebildet v/erden kann, daß es den inneren Überdruck aushält.

./ie bereits bemerkt, v/erden mittels eines uberlaufs Teilchen des Brennstoffbetts abgezogen, um die Brennstoffbetthöhe im wesentlichen konstant zu halten. Beim iiufbau des Dampfkessels gemäß der Erfindung, wobei also die im Brennstoffbett liegenden Rohre senkrecht verlaufen, kann der überlauf für die Teilchen durch ein oben offenes Rohr od. dgl. gebildet werden, das in der kitte zwischen allen Rohrbündeln vorgesehen ist und durch das Brennstoffbett hindurch nach unten geführt ist. Diese mittlere Unordnung für den Ascheabzug unterstützt das Aufrechterhalten eines gleichmäßigen Brennstoffbetts mit waagerechtem Niveau.

Gegebenenfalls können die unteren üammelrohre unterhalb einer liuftverteilerplatte angeordnet werden, die einen Boden für das Brennstoffbett bildet, wobei die senkrechten Rohre durch die Luftverteilerplatte hindurchgehen. Bei dieser ausführungrsform enthält die Luftverteilerplatte eine untere Platte mit kreisförmigen üffnung-en für den Durchgang der Rohre und zwischen den Rohren und den Öffnungen sind ringförmige Durchgänge für die Pluidisierungsluft vorgesehen, die durch umgekehrte, an den xtohren befestigte Schalen od. dgl. abgedeckt sind, um die Pluidisierungsluft zu verteilen und zu verhindern, daß Ascheteilchen in die ringförmigen Durchgänge fallen, wenn die Zufuhr der Pluidisierungsluft abgestellt wird.

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Die Zeichnung veranschaulicht zwei iiusführungsbeispiele der Erfindung, üis zeigen:

U¹Ig. 1 ein bchema des Auf b aus des Dampfkessels gemäß der Erfindung;

x^;iig. 2 einen senkrechten ochnitt durch den Hauptteil des Dampfkessels;

i¹ig. 3 einen Schnitt "bzw_o eine Draufsicht längs der Linie 3-3 in I¹Ig. 2;

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch eine zweite Ausführungsform;

S¹Ig. 5 einen 'l'eilschnitt durch die Luftverteilerplatte nach Fig. 4 in größerem Maßstab.

Der in Fig. 1 bis 3 der Zeichnung dargestellte Dampfkessel 1o hat eine mit einem fluidisierten Brennstoffbett arbeitende Feuerung 11. Das fluidisierte Brennstoffbett 14 befindet sich in einem zylindrischen Innengehäuse 12. Das obere uiveau des Brennstoffbetts 14 ist bei 15 angedeutet. Das Innengehäuse 12 ist unten durch eine perforierte Luftverteile rplatte 16 abgeschlossen, durch die die Fluidisierungsluft gleichmäßig über das Brennstoffbett 14 verteilt wird. Das Innengehäuse 12 ist von einem zylindrischen üußengehäuse 18 umgeben und zwischen den beiden Gehäusen 12 und 18 ist ein Ringkanal 2o vorhanden«, Durch diesen üingkanal 2o strömt Fluidisierungsluft nach unten zur Luftverteilerplatte 16. wenn die Fluidisierungsluft einen Druck oberhalb des atmosphärischen Drucks hat, muß das Außengehäuse 18 so ausgebildet 3ein, daß es den überdruck aushält, während das Innengehäuse 12 nur dem geringen Druckabfall unterworfen ist, der beim ütromen der Luft durch die Luftverteilerplatte 16 und das

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Brennstoffbett 14 entsteht. Jas Innengehäuse 12 ist Jedoch der hohen temperatur des Brennstoffbetts 14 ausgesetzt, während das Außengehäuse 18 dieser hohen iemperatur nicht unterliegt.

Innerhalb des Brennstoffbetts 14 befindet sich eine große anzahl von im wesentlichen senkrecht angeordneten Rohren 22, die sich zwischen unteren -clinlaßsammelrohren 24· und oberen ^uslaßsaminelrohren 26 erstrecken. Alle oaminelrohre 24,26 verlaufen in bezug auf den kreisförmigen querschnitt des Brennstoffbetts 14 in radialer Richtung, wobei jedes Auslaßsammeirohr 26 über einem niinlaßsammelrohj? 24 liegt. Die Rohre 22 sind ferner gruppenweise angeordnet, wobei Jede Gruppe zwischen einem jiinlaßsammelrohr 24 und dem zugehörigen darüberliegenden .auslaßsammelrohr 26 vorgesehen ist, so daß eine .anzahl von Rohrbündeln 28 gebildet wird. ..ie am besten aus JJ¹Ig. 3 erkennen läßt, ist der querschnitt der rohrbündel 28 etv/a sektorförmig, wobei die Liektorflache außen und innen abgestumpft ist. Die Rohrbündel 28 sind ferner so nebeneinander angeordnet, daf^sie den ganzen Bereich des Brennstoffbetts 14 ausfüllen, und die einzelnen Rohre 22 sind im wesentlichen gleichmäßig über die ^uerschnittsfläche des Brennstoffbetts 14 verteilt.

Die Rohrbündel 28 haben gemäß .ii'ig. 3 einen solchen querschnitt, daß oegmente 3o verbleiben, die keine Rohre enthalten, jedoch können diese Segmente j>o gegebenenfalls auch mit Rohren 22 ausgefüllt sein. Als Abänderung können die Segmente 3o gegenüber dem Brennstoffbett 14 durch wände abgetrennt sein, so daß sie statt des Ringkanals 2o als Kanal für die iluidisierungsluft benutzt werden können.

Bei dem dargestellten -msführungsbeispiel sind sechs rohrbündel 28 vorhanden, ils können jedoch auch mehr oder weniger Rohrbündel vorgesehen werden. Die genaue Anzahl und Form

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sowie anordnung derselben hän^t von der iorm und der allgemeinen .ausbildung des Brennstoffbetts 14 ab.

Um das Brennstoffbett 14 auf einem konstanten Niveau zu halten, ist ein oben offenes, mittleres Hohr 32 vorgesehen, das einen überlauf bzw. .tiuslaß darstellt. Dieses jctohr 32 geht durch die ljuftvertexlerp latte 16 und durch den Boden des .außengehäuses 18 hindurch und ist an einem .aschebehälter (nicht dargestellt) angeschlossen, i^in konstanter ütrom von aischeteilchen geht über den itand des Rohrs 32 hinweg nach unten, so daß das Brennstoffbett 14 auf konstanter Hohe gehalten wird, wenn frischer kohlenstaub durch die überkappten .^inlJLsse 33 zugeführt wird.

Die heiiSe Fluidisierungsluft bzw. die Verbrennungsgase aus dem Brennstoffbett 14 werden normalerweise in staubabscheider 36 geleitet, um mitgerissene Teilchen abzutrennen. iJie abgetrennten Teilchen können einfach über ein .«.uslaßrohr 34 in das Rohr 32 eingespeist werden, .«enn gedoch die mitgerissenen Teilchen noch einen bedeutenden ^.nteil an Kohlenstaub enthalten, können sie in den unteren 'Heil des Brennstoffbetts 14 zurückgeleitet werden.

Jedes itohrbündel 28 kann aus oiederohren bestehen. In diesem Fall kann der Dampfkessel ohne überhitzer ausgebildet äk sein oder es kann ein mit ivonvektion arbeitender überhitzer in dem das Brennstoffbett verlassenden Luftstrom bzw. Abgasstrom, beispielsweise oberhalb des Brennstoffbetts, angeordnet v/erden, .andererseits können einige Rohrbündel 28 aus uberhitzerrohren bestehen. Beispielsweise können zwei diametral gegenüberliegende Kohrbündel 28 aus bberhitzerrohren gebildet sein, während die verbleibenden vier Rohrbündel aus Siederohren bestehen. In diesem Fall können zusätzliche Überhitzer- und/oder oiede- und/oder jSkonomiserrohre oberhalb des Brennstoffbetts angeordnet werden. Die ausbildung des Dampfkessels gemäß der Erfindung ermöglicht also eine sehr unterschiedliche Benutzung der Rohre 22.

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An der inneren Äand des Innengehäuses 12 können gegebenenfalls Wasserrohre vorgesehen werden, die zusätzliche oiederohre bilden_o Zusätzlich kann ein Ekonomiser 38 stromabwärts vom Brennstoffbett 14 vorgesehen v/erden und die dem Brennstoffbett 14 zugeführte Fluidisierungsluft kann durch die abziehenden Verbrennungsgase vorgewärmt werden. Alle diese Maßnahmen bilden keinen Teil der Erfindung, so daß sie im einzelnen nicht beschrieben zu werden brauchen.

aus Fig. 1 geht hervor, daß die Zuführung der Fluidisierungsluft mittels einer Turbinenanordnung 39 erfolgen kann. Die Luft wird mittels einer Turbine unter Druck gesetzt, die von einer Abgasturbine angetrieben wird. Die Abgase werden durch diese Abgasturbine geleitet, bevor sie in einen Kamin (nicht dargestellt) gelangen.

Die senkrechte Anordnung der Rohre 22 verhindert eine absatzweise Abtrennung von Dampf und wasser in den .Rohren, die als üiederohre dienen, wodurch die Gefahr des Ausfallens von röhren verhindert wird.

Ein weiteres Merkmal des Dampfkessels 1o ist das als Überlauf dienende mittlere Rohr 32, das eine gleichmäßige Abführung der überschüssigen Ascheteilchen bewirkt und infolgedessen dazu beiträgt, daß eine gleichmäßige Brennstoffverteilung und gleichmäßige Temperatur des Brennstoffbetts aufrecht erhalten werden.

Der in Fig. 4 und 5 dargestellte Dampfkessel gleicht im wesentlichen dem Dampfkessel 1o nach Fig. 1 bis 3 mit der Ausnahme, daß die Luftverteilerplatte 42 anders ausgebildet ist. Abgesehen von der Luftverteilerplatte 42 entsprechen die anderen Teile des Dampfkessels den entsprechenden Teilen des Dampfkessels Ιο. eie sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden im einzelnen nicht nochmals beschrieben.

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Bei dem Dampfkessel 4o liegt die Luftverteilerplatte 42 oberhalb der Einlaßsammeirohre 24 und die senkrechten Rohre 22 gehen durch die Luftverteilerplatte 42 hindurch, wie sich im einzelnen aus Fig. 5 ergibt.

Die Luftverteilerplatte 42 enthält eine untere Platte 44 mit kreisförmigen öffnungen 46, durch die die Rohre 22 durchgehen. Die öffnungen 46 haben einen größeren Durchmesser als der Außendurchmesser der Rohre 22, so daß zwischen ihnen und der Platte 44 ringförmige Durchgänge 48 vorhanden sind. Die Platte 44 hat ferner auf ihrer oberen Fläche ringförmige Nuten 5o, die die öffnungen 46 umgeben« In diese Nuten 5o ragen die Flansche 52 von umgekehrten Schalen 54- * hinein, die ihrerseits an den Rohren 22 befestigt sind und Teile der Luftverteilerplatte 42 bilden. Die Anordnung ist so getroffen, daß die durch das Innere der Schalen 5^ gebildeten Durchgänge 56 einerseits mit den Durchgängen 48 und andererseits mit den Nuten 5o in Verbindung stehen. Die Fluidisierungsluft kann also durch die Durchgänge 48 und 56 und die Nuten 5o nach oben strömen, um das Brennstoffbett zu fluidisieren.

Zu bemerken ist, daß die Schalen 54 an den Rohren 22 befestigt sind, während die Platte 44 nicht mit den Rohren verbunden ist. Die Folgen verschiedener Ausdehnung der Rohre gjj 22 und der Platte 44, die sich bei fester Verbindung ergeben "würdenι sind damit vermieden.

Zum Einführen von Kohlenstaub in das Brennstoffbett sind überkappte Einlasse 58 vorgesehen (Fig. 4).

Die zusätzlichen Vorteile des Dampfkessels 4o gegenüber denen des Dampfkessels 1o liegen darin, daß die unteren üammelrohre 24 mit ihrer verhältnismäßig großen Lie tal Linas se außerhalb des Brennetoffbetts liegen, so daß sie den sehr

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hohen Temperaturen innerhalb des Brennstoffbetts nicht ausgesetzt sind. Auch die Bögen an den unteren Enden der itohre 22, wo diese nicht senkrecht verlaufen, befinden sich außerhalb des Brennstoffbetts und können sich mithin infolge lokaler Unzulänglichkeiten der wasserkühlung nicht überhitzen. Ferner ist mit der Bauart der Luftverteilerplatte 42 vermieden, daß aus dem Brennstoffbett ausfallende Asche die Durchgänge 48 und 56 der Luftverteilerplatte 42 verstopft, wenn die Zufuhr der I¹IuId is ie rungs luft abgestellt wird, denn die meisten Ascheteilchen lagern sich auf den oberen Flächen der Schalen ^A- ab„

Obwohl in der vorstehenden Beschreibung die .ausdrücke "Wasser" und "Dampf" benutzt sind, sollen diese ausdrücke andere Flüssigkeiten und Dämpfe Je nach den Erfordernissen einschließen.

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Claims

l-atentansprüche

kit einem fluidisierten Brennstoffbett betriebener dampfkessel, dadurch. gekennzeichnet, daß eine Reihe von aus im wesentlichen senkrechten Rohren bestehenden Rohrbündeln (28) in das Brennstoffbett (14) eingetaucht ist, die sich zwischen einem oberen und einem unteren uammelrohr (24,26) erstrecken und innerhalb des Brennstoff betts (14) so nebeneinander angeordnet sind, daß die xvohre (22) der Rohrbündel (28) im wesentlichen gleichmäßig über die ^uerschnittsflache des Brennstoffbetts (14) verteilt sind. W
2. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch ge kenn ze ichnet, daß die j£inlaß- und ^uslaßsammelrohre (24,26) in bezug auf die ^uerschnittsfläche des Brennstoff betts (14) in radialer dichtung verlaufen.
3. Dampfkessel nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß sich das Brennstoffbett (14) in einem zylindrischen Gehäuse (12) befindet.
4_e Dampfkessel nach einem der vorhergehenden Einsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ^uerschnitt der .Rohrbündel (28) etwa sektorförmig ist, wobei die üektorflache innen und außen abgestumpft ist.
5. Dampfkessel nach einem der vorhergehenden .Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Rohrbündel (28) aus biederohren bestehen.
6. Dampfkessel nach einem der .anspräche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Rohrbündel (28) aus überhitzer- bzw, Zwischenüberhitzerrohren und die übrigen aus Giederohren bestehen.

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7· Dampfkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das .brennstoffbett in einem zylindrischen Innengehäuse (12) befindet, das von einem zylindrischen Außengehäuse (18) umgeben ist, wobei der zwischen beiden Gehäusen vorhandene Hingkanal (2o) von der Fluidisierungsluft durchströmt wird.
8. Dampfkessel nach einem der vorhergehenden iuisprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rohrbündeln (28) ein oben offenes, mittleres Rohr (;)2) vorgesehen ist, das durch das Brennstoffbett (14·) hindurch nach unten geführt ist und als überlauf zum abziehen von Teilchen des Brennstoffbetts dient, um ein konstantes l'Jiveau des Brennstoffbetts aufrechtzuerhalten«
9. Dampfkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren oammelrohre (24) unterhalb einer Luftverteilerplatte (42) angeordnet sind, die einen Boden für das Brennstoffbett bildet, wobei die senkrechten Rohre (22) durch die Luftverteilerplatte (42) hindurchgehenο

1o. Dampfkessel nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Luftverteilerplatte (42) eine untere Platte (44-) mit kreisförmigen öffnungen (46) für den Durchgang der Rohre (42) enthält, und daß zwischen den Rohren (22) und den öffnungen (46) ringförmige Durchgänge (48) für die Fluidisierungsluft vorgesehen sind, die durch umgekehrte, an den Rohren (22) befestigte Schalen (54) od. dgl. abgedeckt sind, um die Fluidisierungsluft zu verteilen und zu verhindern, daß Ascheteilchen in die ringförmigen Durchgänge (48) fallen, wenn die Zufuhr der Fluidisierungsluft abgestellt wird.

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