DE3520096A1

DE3520096A1 - Druckgefeuerte wirbelschichtkesselanlage

Info

Publication number: DE3520096A1
Application number: DE19853520096
Authority: DE
Inventors: Dilip Dr. Fislisbach Mukherjee
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1984-06-29
Filing date: 1985-06-05
Publication date: 1986-01-09
Also published as: USH5H

Description

Druckgefeuerte Wirbelschichtkesselanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine druckgefeuerte Wirbelschichtkesselanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Im Bestreben nach besserer wärmetechnischer Ausnützung von Kohle als Brennstoff für industrielle Feuerungsanlagen sind in den letzten Jahren zahlreiche Konzeptionen von Wirbelschichtfeuerungen vorgeschlagen worden. Soweit bekannt, sind aber diesbezügliche Vorschläge, namentlich für druckgefeuerte Wirbelschichtkesselanlagen für Kraftwerke, über das Projektstadium noch nicht hinausgekommen.
Zu den Einzelproblemen, deren Lösung für die praktische Brauchbarkeit von Wirbelschichtfeuerungen mit eine Voraussetzung sind, gehört die Schaffung einer Einrichtung, durch die das Verkrusten verhindert wird, das durch die Vermischung von Kondensat aus noch kalten Rauchgasen mit Staubablagerungen entsteht, die sich während des Betriebes der Anlage auf den vom Rauchgas beströmten Komponenten abgesetzt haben. Die Rauchgase aus einer druckgefeuerten Wirbelschichtkesselanlage enthalten eine beträchtliche Menge. an Staub, der in einer Entstaubungseinrichtung so wei weitgehend abgeschieden werden muss, dass eine Korrosion und Erosion der Bauteile auf ein technisch und wirtschaftlich vertretbares Mass beschränkt wird. Ein Teil des nach dieser Abscheidung in den Rauchgasen noch verbleibenden feinen Staubes bildet die erwähnten Ablagerungen, namentlich in den Rohren und Filtern und auf der Beschaufelung der Gasturbine zum Antrieb des Gebläses, das die verdichtete Verbrennungsluft für den Kessel erzeugt.
Bei einer Inbetriebsetzung der kalten Kesselanlage nach einer längeren Betriebsunterbrechung muss also die Kondensatbildung in der Anfahrphase vermieden werden. Ansonsten würde der klebrige Film, zu dem sich das aus den noch nicht genügend warmen Rauchgasen ausscheidende Kondensat mit den feinen Staubablagerungen verbindet und der sehr schwer zu entfernen ist, im Laufe der Zeit das Funktionieren der Anlage beeinträchtigen, insbesondere der Absperrorgane und der Turbinenbeschaufelung. Um dieses zu verhindern, werden bei der in den Patentansprüchen gekennzeichneten, erfindungsgemässen Anlage die betroffenen Anlagenteile vor dem Anfahren so weit vorgewärmt, dass der in den Rauchgasen vorhandene Wasserdampf nicht unter den Taupunkt abkühlen und kondensieren kann.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch eine Wirbelschichtkesselanlage mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorwärmeinrichtung.
In einem mit Feinkohle druckgefeuerten Wirbelschichtkessel i wird in einer Kesselheizfläche 2 Dampf erzeugt, beispielsweise für ein Dampfkraftwerk. Die Feinkohle wird durch eine Beschickungseinrichtung 3 in den unter Ueberdruck stehenden Feuerraum eingedüst. Den Ueberdruck erzeugt ein Luftverdichter 4, der mit einer von den Rauchgasen angetriebenen Gasturbine 5 gekuppelt ist. Die Turbine 5 ist ausserdem mit einem auch als Motor betreibbaren Generator 6 gekuppelt.
Im Normalbetrieb, bei warmer Anlage, fördert der Verdichter 4 Luft unter Ueberdruck in den Kessel, in dem in einer Wirbelschicht 7 die Feinkohle verbrannt wird.
Die verdichtete Luft gelangt im Normalbetrieb, d.h., bei stationärer Betriebstemperatur, durch eine Hauptluftleitung 8 über ein Regelventil 9 in einen öl- oder gasbeheizbaren Vorwärmbrenner 10. Falls die Bettemperatur zum Anfahren nicht ausreicht, wird mit über eine Brennstoffleitung 11 zugeführtem Oel oder Gas auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt.
Die im Normalbetrieb aus dem Kessel 1 entweichenden Rauchgase gelangen durch eine Rauchgasleitung 12 in eine Entstaubungseinrichtung mit einem Staub filter 13 und einer Staubabzugsschleuse 14, aus der der im Filter abgeschiedene Staub ins Freie abgezogen wird. Die in der Entstaubungseinrichtung hochgradig gereinigten Rauchgase strömen durch eine weitere Rauchgasleitung 15 in die Turbine 5, wo sie Arbeit leisten, worauf sie durch eine Abgasleitung 16 ins Freie austreten.
Von der obenerwähnten Hauptluftleitung 8 zweigt vor dem Regelventil 9 eine Heizluftleitung 17 ab und führt über ein von einem Regler 18 beeinflussten Regelventil 19 in einen vorzugsweise durch Dampf oder elektrisch beheizbaren Wärmetauscher 20 und weiter in den Rauchgaskanal 15 nahe der Einmündung desselben in die Turbine 5.
Aus der Rauchgasleitung 12 zweigt eine Heizluftabführleitung 21 mit einem Absperrventil 22 ab und mündet in die Abgasleitung 16 ein. Soweit möglich und erforderlich, sind an den von Heizluft durchströmten Anlagenteilen, wie die Rauchgasleitungen 12 und 15, der Staubfilter 13 und die Schleuse 14 sowie die Abgasleitung 16, Dampf-oder Elektroheizspiralen 23 vorgesehen, um die Aufheizzeit der Anlage möglichst kurz zu halten.
Während des Aufheizens werden die Turbine 5 und der Verdichter 4 durch den als Motor geschalteten Generator 6 mit einer gegenüber der Nenndrehzahl bei Normalbetrieb stark verringerten Drehzahl angetrieben, vorzugsweise mit ca. 30 °,0 der Nenndrehzahl. Die vom Verdichter geförderte Luft wird durch entsprechende Einstellung der Regelventile 9 und 19 in zwei Teilströme verzweigt. Der Hauptstrom fliesst durch die Hauptluftleitung 8 über das Regelventil 9 in den Vorwärmbrenner 10, dessen Verbrennungsgase die kalte Wirbelschicht, den Kessel 1 und den an den Kessel 1 anschliessenden Teil der Rauchgasleitung 12 bis zum Absperrventil 22 erwärmen. Letzteres ist geöffnet, so dass die abgekühlten Verbrennungsgase über die Heizluftabführleitung 21 in die Abgasleitung 16 abströmen. Der kleinere Teilstrom fliesst durch die Heizluftleitung 17 über das geöffnete Regelventil 19 in den Wärmetauscher 20, dessen Durchsatz durch ein Regelventil 24 der gewünschten Wärmeabgabe an die Heizluft angepasst werden kann, und weiter in den Rauchgaskanal 15 zwischen der Entstaubungseinrichtung und der Turbine 5. Ein Teil dieser in den Rauchgaskanal 15 einströmenden Heizluft durchströmt und erwärmt die vom Motor 6 angetriebene Turbine, worauf sie die Anlage durch den Abgaskanal 16 verlässt. Der andere Teil der Heizluft nimmt seinen Weg durch den Rauchgaskanal 15 zurück in den Staubfilter 13 und den Rauchgaskanal 12 zwischen Kessel 1 und Filter 13 und gelangt über das Ventil 22 und die Heizluftabführleitung 21 ebenfalls in den Abgaskanal 16 und von dort ins Freie. Der Regler 19 regelt den Heiz- luftdurchfluss über die Leitung 17 in Abhängigkeit von der Drehzahl des Turbinenrotors. Zwecks feinerer Regelung kann der Stellmotor des Regelventils auch von geeigneten Temperatursignalen von anderen Punkten des Heizluftkreises beeinflusst werden, um sicherzustellen, dass die Temperatur an allen Stellen über dem Taupunkt liegt.
Nachdem alle vorzuwärmenden Anlagenteile eine über dem Taupunkt liegende Temperatur erreicht haben, werden die Regelventile 19 und 22 in der Heizluftleitung 17 bzw.
in der Heizluftabführleitung 21 geschlossen und der Wärmetauscher 20 abgeschaltet. Die Anlage kann dann den Leistungsbetrieb mit Feinkohlefeuerung aufnehmen.
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Claims

Patentansprüch fA Druckgefeuerte Wirbelschichtkesselanlage, mit einem feinkohlegefeuerten Wirbelschichtkessel zur Erzeugung von Dampf für Energie-, Heiz- oder Prozesszwecke, mit einer Gasturbinengruppe, die mit einem als Elektromotor schaltbaren Generator gekuppelt ist, deren Verdichter über eine Hauptluftleitung mit dem Wirbelschichtkessel und deren Gasturbine über einen Rauchgaskanal mit zwischengeschalteter Entstaubungseinrichtung mit dem Wirbelschichtkessel in leitender Verbindung stehen, wobei die Entstaubungseinrichtung einen Staubfilter und eine Staubabzugsschleuse aufweist, ferner mit einer Abgasleitung zur Ableitung der in der Gasturbine entspannten Rauchgase ins Freie, gekennzeichnet durch eine Vorwärmeinrichtung, die dazu bestimmt ist, die beim Anfahren der Kesselanlage nach einer Betriebsunterbrechung durch Vermischung des aus den Rauchgasen auskondensierenden Wasserdampfes mit Feinstaubablagerungen gefährdeten Teilen der Anlage auf eine Temperatur oberhalb des Taupunktes von Wasser vorzuwärmen und im wesentlichen folgende Komponenten aufweist: - einen dem Wirbelschichtkessel (1) in der Hauptluftleitung (8) vorgeschalteten Vorwärmbrenner (10), - ein dem Vorwärmbrenner (10) unmittelbar vorgeschaltetes Regelventil (9) in der Hauptluftleitung (8), - eine aus der Hauptluftleitung (8) abzweigende Heizluftleitung (17), die in den zwischen der Entstaubungseinrichtung (13+14) und der Gasturbine (5) liegenden Rauchgaskanal (15) einmündet, - ein Regelventil (19) in der Heizluftleitung (17), - einen zwischen dem Regelventil (19) und dem Rauchgaskanal (15) vorgesehenen Wärmetauscher (20) zum Aufheizen der durch die Heizluftleitung (17) strömenden Luft, und - eine Heizluftabführleitung (21), die den unmittelbar an den Wirbelschichtkessel (1) anschliessenden Rauchgaskanal (12) mit dem Abgaskanal (16) verbindet.
2. Druckgefeuerte Wirbelschichtkesselanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Heizspiralen (23) zum zusätzlichen Beheizen von Anlagenteilen (12, 13, 14, 15, 16), sowie einen Regler (18), der von der Drehzahl der Gasturbinengruppe (4+5+6) abhängige Signale an eine Stelleinrichtung des Regelventils (19) liefert.