DE2039181A1

DE2039181A1 - Mit einem fluidisierten Brennstoffbett betriebener Dampfkessel

Info

Publication number: DE2039181A1
Application number: DE19702039181
Authority: DE
Inventors: Alan Bell
Original assignee: Foster Wheeler John Brown Boilers Ltd
Current assignee: Foster Wheeler John Brown Boilers Ltd
Priority date: 1969-08-06
Filing date: 1970-08-06
Publication date: 1971-02-25
Also published as: US3696793A; BE754534A; FR2056619A5; GB1270135A

Description

Patentanwälte

2033191

Di p!.-i ng. Walter Meissner oipi-ing. Herbert Tischer BKRLlN-QtRUNKWALD MONCHIN

8 München 2, «*·» ⁶· August

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Foster Wheeler John Brown Boilers Limited London /Großbritannien

Mit einem fluidisieren Brennstoffbett betriebener Dampfkessel

Die Erfindung betrifft einen mit einem fluidisierten Brennstoffbett betriebenen Dampfkessel»

Ein fluidisiertes Brennstoffbett besteht aus einer lockeren Schicht von Brennstoffteilchen, von denen die meisten Ascheteilchen und ein geringer Teil Kohleteilchen sind« Die Teilchen werden vom Strom 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 wie eine kochende, turbulente Flüssigkeit, Die Kohleteilchen verbrennen in der Luft, und zur Aufrechterhaltung der Verbrennung werden laufend frische Kohleteilchen zugeführt, und durch den Überlauf werden laufend Teilchen (hauptsächlich Ascheteilchen) abgezogen* wobei die Brennst off herb thöhe im wesentlichen konstant gehalten wird.

Die im Brennstoffbett erzeugte Wärme kann in verschiedener V/eise zur Dampferzeugung ausgenutzt werden. Vorzugsweise

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werden Siederohre so angeordnet, daß sie sich im Brennstoffbett befinden, so daß sehr hohe Wärmeübertragungswerte erreicht werden können und eine befriedigende Kühlung des Brennstoffbetts erhalten wird, wodurch innerhalb des Brennstoff be tts, die Schmelztemperatur der Asche nicht erreicht wird.

Ein kleiner; (Peil der Teilchen des Brennstoffbetts wirxl von den iTuidisierungsgaaen mitgerissen und verläßt das Brenn·· stoff bett« Einige dieser mitgerissenen Teilchen können, untrerbrannte Kohlenteilchen sein· Dadurch wird der allgemeine Wirkungsgrad des Dampf kessele vermindert. Hinzu koumt, daß die mitgerissenen Teilchen beim Auf traf fen an nachgeßchaltetejoi. Teilen des Dampfkessels eine Scheuerwirkung ausüben, so daß es höchst erwünscht ist, die Teilchen so schnell als möglich aus den jSasen zu entfernen ο

Wenn das fluidisierte Brennstoffbett mit einem Druck oberhalb Atmosphärendruck arbeitet, ist das Abtrennen der mitgerissenen Teilchen von besonderer Bedeutung, weil die heißen lluidisierungsgase des Brennstoffbetts hinterher eine Abgasturbine durchströmen, in der sie sich ausdehaen und in der die Energie wiedergewonnen wird, die vorher zu ihrer Kompression verbraucht worden ist. Eine solche Abgasturbine kann durch in den Gasen vorhandene Teilchen sehr schnell beschädigt werden.

Die Aufgabe der Erfindung liegt demgemäß darin, ein einfaches und wirksames Entfernen der vom Gasstrom mitgerissenen Teilchen vorzusehen·

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Dampfkessel der eingangs genannten Art oberhalb des Brennstoffbetts im ütrom der Verbrennungsgase Zentrifugalabscheider zum Abtrennen der vom Verbrennungsstrom mitgerissenen

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Teilchen vorgesehen sind, die von Siede- und/oder Überhitzer- und/oder Zwaschenüberhitzerrohren getragen und gekühlt sind _β

Diese Anordnung ergibt eine Reihe von Vorteilen. Da die Zentrifugalabscheider gekühlt sind, können siedicht oberhalb des fluidisierten Brennstoffbetts angeordnet werden« mithin können die mitgerissenen Teilchen schnellstmöglich aus den das Brennstoffbett verlassenden Gasen abgeschieden werden. Infolge der Tatsache, daß Siede*- und/oder Überhitzer- und/oder Wiederüberhitzerrohre zum Tragen der Zentrifugalabscheider benutzt werden und diese Rohre Verlängerungen Jj der im Brennstoffbett befindlichen Rohre oder solche Rohre sein können, die zu den im Brennstoffbett befindlichen Rohrbündeln führen, entfallen besondere abstützungen für die Zentrifugalabscheider, die den Gasstrom zusätzlich stören und außerdem teures Material erfordern würden, das den hohen, dicht am Brennstoffbett herrschenden Temperaturen widersteht«

Eine Unordnung gemäß der Erfindung kann also verhältnismäßig kompakt ausgeführt und daher oberhalb des Brennstoffbetts im Gehäuse des fluidisierten Brennstoffbetts vorgesehen werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Zen- I trifugalabscheider von einer oder mehreren Platten getragen, indem sie durch die Platten hindurchgehen, die ihrerseits von den üiede- und/oder Überhitzer- und/oder Zwischenüberhitzerrohren getragen sind, Diese Platten können beispielsweise etwa dreieckig oder sektorförmig und zu einer auf die"Spitze stehendenPyramide vereinigt sein. Die Zentrifugalabscheider sind dabei βο ausgebildet, daß die abgetrennten Teilchen auf die Platten fallen und dann unter Schwerkraft in die Spitze der Pyramide rutschen, von wo sie durch einen Auslaß abgezogen werden. .

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Wenn die Zentrifugalabscheider in der beschriebenen weise von Platten getragen-werden, kann das Kühlen der Zentrifugalabscheider und der Platten dadurck verbessert werden, daß die Platten von einer Wand aus Rippenrohren gebildet werden, wobei die Zentrifugalabscheider in den Rippen montiert sind und die Rohre Kühlwasser oder -dampf führenο

Die benutzten Zentrifugalabscheider können von beliebiger Bauart sein_o Ein besonders geeigneter Zentrifugalabscheider, der einen verhältnismäßig geringen Druckabfall ergibt, enthält ein zylindrisches Rohr, das von den Verbrennungs-P gasen durchströmt wird und auf seiner Einlaßseite mit einem oder mehreren fest angeordneten vvirbeIflügein versehen ist, so daß aus den um die ü.chse des Zylinders wirbelnden G-asen die mitgerissenen Teilchen gegen die Innenwand des Zylinders geschleudert werden, der am oder nahe am Ausgangsende mit einem pilzartigen Ablenker versehen ist, welcher die Teilchen auffängt und sie vom axialen Hauptstrom der durch den Zylinder strömenden Gase ablenkt.

Die Zeichnung veranschaulicht als ausführungsform der Erfindung schematisch den oberen Teil der Feuerung eines mit einem fluidisierten Brennstoffbett betriebenen Dampfkessels £ und angrenzende Teile, Es zeigen:

Ji¹Ig. 1 einen senkrechten Schnitt durch die Feuerung;

Fig«, 2 eine Draufsicht gesehen von der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Zentrifugalabscheider im größeren Maßstab.

Fig. 1 ist das fluidisierte Brennstoffbett 1o eines Dampfkessels ersichtlich. Das brennstoffbett 1o befindet sich

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innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 12, das gegebenenfalls aus wasserführenden Rohrwänden 14 gebildet ist.

Im Brennstoffbett 1o befinden sich senkrecht angeordnete Bündel von Rohren 14, die sich zwischen einem oberen Auslaßsammelrohr 16 und einem unteren Einlaßsammeirohr (nicht dargestellt) erstrecken» Die Rohre 14 können sämtlich Siederohre sein, oder es können auch einige Rohre tJberhitzerrohre und/oder Zwischenüberhitzerrohre aein, was vom jeweiligen Aufbau des Dampfkessels abhängte

Während des Betriebs des fluidisierten Brennstoffbetts werden einige Teilchen von den heißen, das Brennstoffbett verlassenden Verbrennungsgasen mitgenommen. Es ist wichtig, diese Teilchen aus den Verbrennungsgasen abzuscheiden. Daher ist dicht oberhalb des Brennstoffbetts eine große Anzahl von Zentrifugalabscheidern 18 vorgesehen, durch die die heißen Verbrennungsgase strömen müssen. '

Diese Zentrifugalabscheider 18 werden von dreieckigen oder se^ktorförmigen Platten 2o getragen, indem sie durch die Platten 2o hindurchgehen, die ihrerseits von Rohren 22 getragen werden. Die Rohre 22 bilden Auslässe für die Auslaß- sammelrohre 16 und fördern das Fluidum von diesen Auslaßsammelrohren 16 beispielsweise in eine Dampf-Wasser-Trommel oder in weitere Dampferhitzumgsstufen, was von der Funktion der Rohre 14- abhängt, die an die Aus laßs amme lrohr e 16 angeschlossen sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß alle Rohre 14 Siederohre sind, so daß die das Dampf-iiVasser-Gemisch aus den ittislaßsammelrohren 16 aufnehmenden Rohre 22 an eine Dampf-Wasser-Trommel angeschlossen sind (nicht dargestellt).

Die Rohre 22 sind mit den Seiten der dreieckigen Platten 2o verbunden und tragen damit zur Kühlung dieser Platten 2o

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und der Zentrifugalabscheider 18 bei· Um diese Kühlung zu verbessern, werden vorzugsweise weitere Rohre 24 in den Platten vorgesehen, die von den Rohren 22 abzweigen. Die dreieckigen Platten 2o können daher als aus Rippenrohren 24 aufgebaut angesehen werden, wobei die Zentrifugalabscheider 18 durch die Rippen hindurchgehen.

Alle Rohre 22 und 24 führen zu einem Ring von Sammelrohren 26, die den verbleibenden Rand jeder dreieckigen Platte 2o bilden. -Diese Semmalrohre haben Auslässe 28, die zur Dampf-vVasser-Trommel (nicht dargestellt.) führen.

Es sind sechs dreieckige Platten 2o vorhanden, die in Form einer auf der Spitze stehenden Pyramide vereinigt sind. Es können selbstverständlich auch mehl* oder weniger Platten 2o vorgesehen werden, was von der Größe des Gehäuses 12 abhängt. Die Zentrifugalabscheider 18 sind so ausgebildet, daß abgetrennte Teilchen auf die Platten 2o fallen und dann durch Schwerkraft nach unten in die Spitze Jo der Pyramide rutschen. Von dieser Spitze 3>o aus werden sie über einen Auslaß 22 beispielsweise in das Brennstoffbett zurückgeführt. Der Auslaß 32 kann mit dem Überlauf für das Brennstoffbett vereinigt sein, so daß die abgetrennten Teilchen mit den verbrannten Betteilchen vermischt und abgezogen werden· Andererseits kann der Auslaß 32 für sich vorgesehen sein, so daß die abgetrennten Teilchen zur Nachverbrennung in das Brennstoffbett eingeführt werden können.

Damit die Verbrennungsgase aus dem Brennstoffbett durch die Zentrifugalabscheider 18 strömen müssen, sind die Sammelrohre 26 mit den Wänden des Gehäuses 1o durch segmentförmige Platten 34 verbunden.

Die Zentrifugalabscheider 18 können natürlich von belibeiger Art sein, vorausgesetzt, daß sie mit geringem Druck-

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abfall und guter 'Drennwirkung arbeiten. Ein besonders ■'."■'-geeigneter Zentrifugalabscheider 18 ist in Fig. 3 darge- ' stellt. Dieser Zentrifugalabscheider enthält einen hohlen Zylinder 4o\ der auf seiner Einlaßseite mit fest angeordneten 'Wirbelflügeln 42 versehen ist, so daß den durch den Zylinder 4o strömenden Gasen eine Wirbelbewegung um die Achse des Zylinders 4o erteilt wird. Am oder nahe al ausgangsende des Zylinders 4o ist ein hohler pilzartiger Ablenker 44 vorgesehen. Das wirbeln der Gase beim Durchströmen durch den Zylinder 4o hat zur Folge, daß die in den Gasen enthaltenen Teilchen gegen die Innenwand des Zylinders 4o ge- J schleudert werden. Der Ablenker 44 fängt diese Teilchen auf ■ und lenkt sie vom axialen Hauptstrom der durch den Zylinder 4o strömenden Gase ab. Die abgetrennten Teilchen fallen dann nach unten auf die dreieckigen Platten 2o.

Während des Betriebs des Dampfkessels nimmt das 'Wasser in den Rohren 14 Wärme auö dem Brennstoffbett 1o auf, wobei ein Teil des nassere in Dampf überführt wird. Das Dampf-Wasser-Gemisch strömt zu den ^uslaßsammelrohren 16 und weiter durch die Rohre 22, die die Platten 2o tragen«. Ein Teil des Dampfwasser-Gemisches fließt durch die Rohre 24 und schließlich wird das ganze Dampf-Wasser-Gemisch von den Sammelrohren 26 aufgenommen. Beim Durchgang durch die Rohre 22 und 24 nimmt J das Dampf-Wasser-Gemisch weiter Wärme auf, d.h, die Platten 2o und die Zentrifugalabscheider 18 werden gekühlt. Aus den Sammelrohren 26 strömt schließlich das Dampf-Wasser-Gemisch durch die .auslasse 28 zur Dampf-;Hasser-Trommel.

öie Gase, die die Teilchen des Brennstpffbetts in den fluidisierten Zustand bringen, nehmen eine geringe Menge Teil-•chen mit. Diese Teilchen werden durch die Zentrifugalabscheider 18 abgetrennt, während sie von den Gasen durchströmt werden«, Das gereinigte Gas strömt dann durch das Gehäuse 12 nach oben

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ab und wird in weiteren Heizstufen (nicht dargestellt) und/oder in einer Turbine (nicht dargestellt) ausgenutzt* Die abgetrennten Teilchen fallen auf die Platten 2o und rutschen auf diesen nach unten zum Auslaß 32 ₀

Die Unordnung der Zentrifugalabscheider ergibt eine Reihe von Vorteilen. Da sie unmittelbar oberhalb des ßrennstoffbetts ,liegen, werden die mitgerissenen Teilchen schnell aus den Gasen abgeschieden. Die Gase sind also sauber, bevor sie beispielsweise über durch Konvektion beheizte Rohrbündel wie weitere üiederohre, und/oder überhitzer- und/oder Wiederüberhitzerrohre oder üpeisewasservorwärmerohre strömen. Diese nachgeschalteten Rohre können also durch die Teilchen nicht verkrusten, wodurch die Gefahr eines Ausfallens dieser Rohre beseitigt ist. Selbst wenn die Zentrifugalabscheider 18 sehr dicht oberhalb des Brennstoffbetts vorgesehen sind, werden sie durch die Rohre 22 und 24 kühl gehalten»

Mitgerissene Teilchen werden durch die Zentrifugslabscheider 18 so wirksam abgeschieden, so daß keine Beschädigung oder Abnutzung durch Einwirkung der Teilchen auf nachgeschaltete Teile ües Dampfkessels stattfinden kann, einschließlich .abgasturbinen, wenn das fluidisierte Brennstoffbett mit erhöhtem Druck betrieben wird_o

Da viele Zentrifugalabscheider in kompakter weise vorgesehen werden können, kann der durch sie bewirkte Druckabfall annehmbar klein gehalten v/erden« Die kompakte Anordnung der Zentrifugalabscheider ermöglicht auch ihre Unterbringung innerhalb ues Genäuses 12. Die ganze Anordnung ist also sehr wirtschaftlich im Aufbau.

Da die Zentrifugalabscheider von den Rohren 22 getragen werden, die in jedem Fall vorgesehen sein müssen, ist gewähr-

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leistet, daß durch die getrennte Anordnung zu einer minimalen Beeinträchtigung des fluidisieren Brennstoffbetts führt, was neben dem einfachen und billigen Aufbau ein weiterer Vorteil ist β -

Um den-Wirkungsgrad des Dampfkessels zu verbessern, können die abgetrennten Teilchen in das Brennstoffbett zurückgeführt werden, um eine vollständige Verbrennung der Kohle sicherzustellen«,

Obwohl in der vorstehenden Beschreibung die Ausdrücke "Wasser" und "Dampf" benutzt sind, sollen diese Ausdrücke an dere Flüssigkeiten und ihre Dämpfe Je nach den gegebenen Ver hältnissen einschließen„

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Claims

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Patentansprüche

Mit einem fluidisierten Brennstoffbett betriebener Dampfkessel, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Brennstoffbetts im Strom der Verbrennungsgase Zentrifugalabscheider (18) zum Abtrennen der vom Verbrennungsgasstrom mitgerissenen 'Teilchen vorgesehen sind, die voa Siede- und/oder Überhitzer- und/oder Zwischenüberhitzerrohren getragen und gekühlt sind»
2. Dampfkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einige Siede- und/oder Überhitzer- und/oder Zwischenüberhitzerrohre so angeordnet sind, daß sie sich wenigstens teilweise im fluidisierten Brennstoffbett befinden, und daß Verlängerungen dieser im Brennstoffbett befindlichen Rohre oder Sammelrohre an die im Brennstoffbett befindlichen Kohre angeschlossen sind, die zum Tragen und Kühlen der Zentrifugalabscheider (18) dienen·
3. Dampfkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugalabscheider (18) von einer oder mehreren dreieckigen Platten (2o) getra-

P gen sind, indem sie dufch die Platten (2o) hindurchgehen, die

ihrerseits von den Siede- und/oder Überhitzer- und/öder Zwischenüberhitzerrohren getragen sind,
4. Dampfkessel nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (2o) etwa dreieckig oder sektorförmig und zu einer auf der Spitze stehenden Pyramide vereinigt sind,
5» Dampfkessel nach Anspruch 4, dadurch g e kennze ichne t, daß die Zentrifugalabscheider (18) so angeordnet sind, daß die abgetrennten Teilchen auf die Platten (2o) fallen und durch Schwerkraft nach unten in die Spitze (3o) der Pyramide rutschen.

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6. Dampfkessel nach einem der vorfaergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugalabscheider (18) ein zylindrisches Rohr (4o) enthalten, das von den Verbrennungsgasen durchströmt wird und auf seiner Einlaßseite mit einem oder mehreren fest angeordneten Wirbelflügeln (42) versehen ist, so daß aus den um die Achse des Zylinders (4o) wirbelnden Gasen die mitgerissenen Teilchen gegen die Innenwand des Zylinders (4o) geschleudert werden, der am oder nahe am Ausgangsende mit einem pilzartigen Ablenker (44) versehen ist, welcher die Teilchen auffängt und sie vom axialen Hauptstrom der durch den Zylinder | (4o) strömenden Gase ablenkt·

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