WO2012038109A2 - Method and installation for generating steam - Google Patents
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- WO2012038109A2 WO2012038109A2 PCT/EP2011/061380 EP2011061380W WO2012038109A2 WO 2012038109 A2 WO2012038109 A2 WO 2012038109A2 EP 2011061380 W EP2011061380 W EP 2011061380W WO 2012038109 A2 WO2012038109 A2 WO 2012038109A2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
Definitions
- the invention relates to a method for generating steam, in particular for the production of high-pressure steam, and a system for carrying out the method.
- the generated steam is overheated and can have a pressure greater than 40 bar as high-pressure steam.
- the steam can be used in many ways, eg. B. to operate a power plant turbine or as production steam in chemical plants.
- sand is fed as an energy storage medium in a closed circuit.
- the sand is heated in this circuit by a hot gaseous heat carrier in a contact apparatus and releases the stored heat in a fluidized bed cooler to heat exchanger elements of at least one evaporator and at least one superheater.
- a gaseous heat carrier hot combustion gases or air heated by solar energy can be used.
- the method may be operated in conjunction with a solar tower power plant that concentrates the incident solar radiation onto a solar receiver that heats ingested ambient air to a temperature greater than 550 ° C. Hot air temperatures of 1000 ° C and more can be achieved.
- the contact apparatus for heating the sand and the fluidized bed cooler are arranged one above the other within a tower, on which a radiation receiver for solar energy use is arranged.
- the sand is returned from the fluidized bed cooler to a cold storage tank outside the
- Tower is arranged approximately at ground level.
- the sand from the sand storage must be supplied to the arranged above the hot storage contact apparatus.
- a conveyor for conveying the sand by means of air is included.
- the present invention seeks to provide an effective sand / circulation concept, which can be easily operated and requires no elaborate delivery units. It should work safely and be easy to maintain.
- the sand cooled in the fluidized-bed cooler is fed to a vortex chamber in which a circulating fluidized bed is produced by supplying air.
- the sand conveyed upwards with the circulating fluidized bed is separated off in a solids separator and fed to the sand accumulator arranged below the solid accumulator.
- the sand storage is often referred to as cold storage, as it absorbs the cooled in the fluid bed cooler sand. From the sand storage, the sand then passes by gravity into the contact apparatus, which is arranged below the sand storage.
- the sand accumulator or cold accumulator is arranged above the contact apparatus. It is accepted that to promote the sand from the fluidized bed cooler in the sand storage a greater height must be overcome.
- the circulating fluidized beds have hitherto been used in combustion plants, in particular furnaces with dry desulphurisation. According to the circulating fluidized bed is used in the present method as a conveyor for a sand cycle. It is exploited that by the generation of a circulating fluidized bed in
- a further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that at least a portion of the sand heated in the contact apparatus is intermediately stored in a buffer memory, which is arranged below the contact apparatus.
- the buffer is often referred to as hot storage, since it contains the heated sand.
- a controlled mass flow of the hot sand from the buffer store and / or the contact apparatus is fed to the fluid bed cooler, which in turn is arranged below the contact apparatus and the buffer store.
- the sand accumulator, the contact apparatus for heating the sand, and the buffer memory are arranged one above the other and above the fluidized bed cooler. As a result, expensive delivery units can be avoided.
- a cyclone As a solids separator, a cyclone can be used. In the cyclone, a high degree of separation can be achieved because an air / sand mixture is generated in the vortex chamber, which is continuously fed to the cyclone and has an approximately homogeneous flow profile when entering the cyclone. In contrast to a pneumatic conveying or a bubble-forming fluidized bed, the circulating fluidized bed is distinguished by the fact that the solids density in the air flow at the outlet cross-section of the vortex
- the air flow from the Feststoffabscheider is fed to a filter system. At least part of the filter residue can be returned to the vortex chamber.
- the filter system works as a dedusting filter.
- the circulating fluidized bed is operated with sand, which was previously cooled in a fluidized bed cooler.
- a temperature of less than 250 ° C sets. The temperature is so low that dedusting filters, which are connected downstream of the solids separator, can be operated with filter cloths.
- the sand in the fluidized bed cooler passes through several chambers separated by weirs, wherein the chambers of the fluidized bed cooler successively form a first evaporator stage, at least one superheater stage, a second evaporator stage and a stage for feedwater preheating in the direction of flow of the sand.
- the chambers of the fluidized bed cooler fluidized beds are formed by supplying a gaseous fluidizing agent, for example, stationary or expanding fluidized beds can be flowed through. For fluidization, air is preferably used.
- evaporator circulation evaporator preferably natural circulation evaporator, which are integrated into a common water and steam cycle.
- the water-steam mixture produced in the two evaporator stages is fed to a drum, where the steam is separated from the water via separation devices and the saturated steam is supplied to the superheater stages. Between the two evaporator stages are preferred
- the heat exchanger elements are successively flowed through by the steam to be overheated.
- heat exchanger heat exchanger elements which are fed with the steam of the outlet of the high-pressure steam turbine stage.
- These heat exchanger elements can be installed in the same or a parallel fluidized bed cooler.
- the sand cooled in the fluid bed cooler can be fed to the vortex chamber by means of mechanical conveyors.
- the transport of the cooled sand to the vortex chamber takes place by means of a gaseous transport medium.
- a gaseous heat carrier is used for heating the sand, which has been heated by solar energy to a temperature of more than 550 ° C.
- the invention is also a plant according to claim 12 for carrying out the method described.
- Advantageous embodiments of this system are described in the subordinate claims 13 to 16 and explained below with reference to an embodiment. They show schematically:
- Fig. 2 is an illustration of the vapor and liquid streams of the system.
- the plant shown in FIG. 1 comprises: at least one sand store 1; a contact apparatus 2 for heating up from the sand accumulator 1
- sand led sand by heat exchange with a hot heat carrier 3; a fluid bed cooler 4 equipped with heat exchanger elements 5 of at least one evaporator and at least one superheater.
- the sand is fed as an energy storage medium in a closed circuit.
- the sand in the contact apparatus 2 is heated by a hot gaseous heat carrier.
- the heated sand then releases the stored heat in the fluidized bed cooler 4 to the heat exchanger elements 5 of at least one evaporator and at least one superheater.
- the sand is returned from the fluidized bed cooler 4 in the sand storage 1 and fed from there to the contactor 2 for re-heating.
- a heat carrier for heating the sand in particular air can be used, which has been heated by solar energy to a temperature of more than 550 ° C.
- the cooled in the fluidized bed cooler 4 sand is fed to a vortex chamber 6, in which by supplying air, a circulating fluidized bed is generated.
- the sand conveyed upwards with the circulating fluidized bed is separated in a solids separator 7 and fed to the sand accumulator 1 arranged below the solids separator 7.
- the sand passes from the sand accumulator 1 by gravity into the contact apparatus 2, which is arranged below the sand accumulator 1.
- the vortex chamber 6 has a lower inlet 8 for sand or a sand / air mixture and an upper material outlet 9 for a sand / air mixture.
- the solids separator 7 connects.
- the inlet 8 of the vortex chamber is connected by a line 10 to the fluid bed cooler 4. Through this line 10, the sand can be supplied with air as a transport medium of the vortex chamber 6.
- For generating the circulating fluidized bed is an air supply 1 1 with
- a fan 12 which connects to the bottom side of the vortex chamber 6.
- the solids separator 7 is disposed above the sand accumulator 1 and by a gravity exploiting means 13 for discharging deposited sand, for. B. connected by a downpipe, a chute or a slide with this.
- a buffer memory 14 for receiving heated sand is also arranged, from which a mass flow of the hot sand controlled in dependence on the quantity of steam to be generated is taken off and fed to the fluid bed cooler 4.
- the fluidized-bed cooler 4 is arranged below the contact apparatus 2 and the buffer memory 14.
- the sand storage 1, the contactor 2 for heating the sand and the buffer memory 14 are arranged one above the other and above the fluidized bed cooler 4.
- the sand passes from the sand storage 1 in the contactor 2, from there into the buffer memory 14 and can finally be fed to the fluidized bed cooler 4.
- the arrangement according to the invention one above the other eliminates complex delivery units.
- the swirl chamber 6 bridges a height of more than 30 m, measured from the lower inlet 8 for sand or a sand / air mixture to the upper material outlet.
- the air flow 15 from the solids separator 7 is fed to a filter unit 16.
- the filter unit 16 can be operated with fabric filters due to the low temperature of the sand conveyed in the swirl chamber, which is less than 250 ° C. At least part of the filter residue is returned by a corresponding device 17 in the vortex chamber 6.
- the fluidized-bed cooler 4 has a plurality of chambers 18 arranged next to one another and separated by weirs, to which chambers 18 air supply devices 19 for producing fluidized beds are connected.
- chambers 18 heat exchanger elements 5 of an evaporator, a superheater or a heat exchanger for feedwater preheating are arranged.
- the chambers 18 of the fluidized bed cooler 4 in the flow direction of the sand sequentially form a first evaporator stage 20, two superheater stages 21, 21 ', a second evaporator stage 22 and a stage 23 for feedwater preheating.
- FIG. 2 shows the steam and liquid flows of the plant, specifically using the example of generating a high pressure steam, which is used to drive a power plant turbine 24.
- the steam generated in the two evaporator stages 20, 22 is brought together and passed through the heat exchanger elements 21, 21 'of the superheater stages.
- circulation evaporator preferably natural circulation evaporator, are used, which are integrated into a common water and steam cycle.
- the saturated steam generated in the evaporators 20, 22 flows successively through the heat exchanger tubes of the two superheater stages 21, 21 'and can then be used as superheated steam for driving the power plant turbine 24.
- an injection cooling 25 is provided between the two superheater stages 21, 21 '.
- feed water 26, 26 ' is branched off either before or preheated after the feedwater preheater.
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Abstract
Description
Verfahren und Anlage zur Dampferzeugung Process and plant for steam generation
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dampferzeugung, insbesondere zur Erzeugung von Hochdruckdampf, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens. Der erzeugte Dampf ist überhitzt und kann als Hochdruckdampf einen Druck größer 40 bar aufweisen. Der Dampf kann vielfältig genutzt werden, z. B. zum Betrieb einer Kraftwerksturbine oder als Produktionsdampf in Chemieanlagen. The invention relates to a method for generating steam, in particular for the production of high-pressure steam, and a system for carrying out the method. The generated steam is overheated and can have a pressure greater than 40 bar as high-pressure steam. The steam can be used in many ways, eg. B. to operate a power plant turbine or as production steam in chemical plants.
Bei dem Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, wird Sand als Energiespeichermedium in einem geschlossenen Kreislauf geführt. Der Sand wird in diesem Kreislauf von einem heißen gasförmigen Wärmeträger in einem Kontaktapparat aufgeheizt und gibt die gespeicherte Wärme in einem Fließbettkühler an Wärmeaustauscherelemente zumindest eines Verdampfers und zumindest eines Überhitzers ab. Aus dem Fließbettkühler wird der Sand in einen Sandspeicher aufgegeben und von dort dem Kontaktapparat zur erneuten Aufheizung wieder zugeführt. Als gasförmiger Wärmeträger können heiße Verbrennungsgase oder durch Solarenergie aufgeheizte Luft verwendet werden. Insbesondere kann das Verfahren in Verbindung mit einem Solarturmkraftwerk betrieben werden, welches die einfallende Sonnenstrahlung auf einen Solarempfänger bündelt, der angesaugte Umgebungsluft auf eine Temperatur von mehr als 550° C aufheizt. Es können Heißlufttemperaturen von 1000° C und mehr erreicht werden. In the process from which the invention proceeds, sand is fed as an energy storage medium in a closed circuit. The sand is heated in this circuit by a hot gaseous heat carrier in a contact apparatus and releases the stored heat in a fluidized bed cooler to heat exchanger elements of at least one evaporator and at least one superheater. From the fluidized bed cooler, the sand is placed in a sand storage and fed from there to the contact apparatus for re-heating. As a gaseous heat carrier, hot combustion gases or air heated by solar energy can be used. In particular, the method may be operated in conjunction with a solar tower power plant that concentrates the incident solar radiation onto a solar receiver that heats ingested ambient air to a temperature greater than 550 ° C. Hot air temperatures of 1000 ° C and more can be achieved.
Aus DE 1 01 49 806 C2 ist ein Verfahren mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen bekannt. Der Kontaktapparat zur Aufheizung des Sandes sowie der Fließbettkühler sind übereinander innerhalb eines Turms angeordnet, auf dem ein Strahlungsreceiver zur Solarenergienutzung angeordnet ist. Der Sand wird aus dem Fließbettkühler in einen Kaltspeicher zurückgeführt, der außerhalb des From DE 1 01 49 806 C2 a method with the features described above is known. The contact apparatus for heating the sand and the fluidized bed cooler are arranged one above the other within a tower, on which a radiation receiver for solar energy use is arranged. The sand is returned from the fluidized bed cooler to a cold storage tank outside the
Turms etwa auf Bodenhöhe angeordnet ist. Durch eine Steigleitung muss der Sand aus dem Sandspeicher dem oberhalb des Heißspeichers angeordneten Kontaktapparat zugeführt werden. In der Steigleitung ist eine Fördereinrichtung zur Förderung des Sandes mit Hilfe von Luft enthalten. Tower is arranged approximately at ground level. By a riser the sand from the sand storage must be supplied to the arranged above the hot storage contact apparatus. In the riser a conveyor for conveying the sand by means of air is included.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein effektives Sand-/Kreislaufkonzept anzugeben, welches einfach betrieben werden kann und keine aufwendigen Förderaggregate erfordert. Es soll betriebssicher arbeiten und wartungsfreundlich sein. Based on this prior art, the present invention seeks to provide an effective sand / circulation concept, which can be easily operated and requires no elaborate delivery units. It should work safely and be easy to maintain.
Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren nach Anspruch 1 . Erfindungsgemäß wird der im Fließbettkühler abgekühlte Sand einer Wirbelkammer zugeführt, in der durch Zufuhr von Luft eine zirkulierende Wirbelschicht erzeugt wird. Der mit der zirkulierenden Wirbelschicht aufwärts geförderte Sand wird in einem Feststoffabscheider abgeschieden und dem unterhalb des Feststoffspeichers angeordneten Sandspeicher zugeführt. Der Sandspeicher wird häufig auch als Kaltspeicher bezeichnet, da er den im Fließbettkühler abgekühlten Sand aufnimmt. Aus dem Sandspeicher gelangt der Sand dann durch Schwerkraft in den Kontaktapparat, der unterhalb des Sand- Speichers angeordnet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Sandspeicher bzw. Kaltspeicher oberhalb des Kontaktapparates angeordnet. Dabei wird in Kauf genommen, dass zur Förderung des Sandes aus dem Fließbettkühler in den Sandspeicher eine größere Höhe überwunden werden muss. Die zirkulierenden Wirbelschichten werden bisher in Feuerungsanlagen, insbe- sondere Feuerungsanlagen mit einer trockenen Entschwefelung, eingesetzt. Erfindungsgemäß wird die zirkulierende Wirbelschicht im vorliegenden Verfahren als Fördereinrichtung für einen Sandkreislauf verwendet. Dabei wird ausgenutzt, dass durch die Erzeugung einer zirkulierenden Wirbelschicht in The object of the invention and solution of this problem is a method according to claim 1. According to the invention, the sand cooled in the fluidized-bed cooler is fed to a vortex chamber in which a circulating fluidized bed is produced by supplying air. The sand conveyed upwards with the circulating fluidized bed is separated off in a solids separator and fed to the sand accumulator arranged below the solid accumulator. The sand storage is often referred to as cold storage, as it absorbs the cooled in the fluid bed cooler sand. From the sand storage, the sand then passes by gravity into the contact apparatus, which is arranged below the sand storage. In the method according to the invention, the sand accumulator or cold accumulator is arranged above the contact apparatus. It is accepted that to promote the sand from the fluidized bed cooler in the sand storage a greater height must be overcome. The circulating fluidized beds have hitherto been used in combustion plants, in particular furnaces with dry desulphurisation. According to the circulating fluidized bed is used in the present method as a conveyor for a sand cycle. It is exploited that by the generation of a circulating fluidized bed in
einer Wirbel kammer große Förderhöhen von 30 m und mehr überbrückt werden können. a swirl chamber large delivery heights of 30 m and more can be bridged.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zumindest ein Teil des im Kontaktapparat aufgeheizten Sandes in einem Pufferspeicher zwischengespeichert wird, der unterhalb des Kontaktapparates angeordnet ist. Der Pufferspeicher wird häufig auch als Heißspeicher bezeichnet, da er den aufgeheizten Sand enthält. In Abhängigkeit der zur erzeugenden Dampfmenge wird ein geregelter Massenstrom des heißen Sandes aus dem Pufferspeicher und/oder dem Kontaktapparat dem Fließbettkühler zugeführt, der seinerseits unterhalb des Kontaktapparates und des Pufferspeichers angeordnet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind der Sandspeicher, der Kontaktapparat zur Aufheizung des Sandes, und der Pufferspeicher übereinander und oberhalb des Fließbett- kühlers angeordnet. Dadurch können aufwendige Förderaggregate vermieden. Der Transport des Sandes vom Sandspeicher zum Kontaktapparat, von dort zum Pufferspeicher und schließlich zum Fließbettkühler erfolgt erfindungsgemäß durch Schwerkraft, wobei zur Führung des Sandstromes z. B. Fallrohre, Rutschen, Schütten und ähnliche Einrichtungen verwendet werden können. Mechanische Fördereinrichtungen, die wartungsintensiv sind, entfallen. A further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that at least a portion of the sand heated in the contact apparatus is intermediately stored in a buffer memory, which is arranged below the contact apparatus. The buffer is often referred to as hot storage, since it contains the heated sand. Depending on the amount of steam to be generated, a controlled mass flow of the hot sand from the buffer store and / or the contact apparatus is fed to the fluid bed cooler, which in turn is arranged below the contact apparatus and the buffer store. According to a preferred embodiment of the invention, the sand accumulator, the contact apparatus for heating the sand, and the buffer memory are arranged one above the other and above the fluidized bed cooler. As a result, expensive delivery units can be avoided. The transport of the sand from the sand storage to the contact, from there to the buffer and finally to the fluidized bed cooler according to the invention by gravity, wherein for guiding the sand stream z. As downpipes, slides, chutes and similar devices can be used. Mechanical conveyors, which are maintenance-intensive, eliminated.
Als Feststoffabscheider kann ein Zyklon verwendet werden. Im Zyklon kann ein hoher Abscheidungsgrad erreicht werden, da in der Wirbelkammer ein Luft- /Sandgemisch erzeugt wird, welches kontinuierlich dem Zyklon zugeführt wird und beim Eintritt in den Zyklon ein annähernd homogenes Strömungsprofil aufweist. Im Unterschied zu einer pneumatischen Förderung oder einer blasenbildenden Wirbelschicht zeichnet sich die zirkulierende Wirbelschicht dadurch aus, dass die Feststoffdichte im Luftstrom am Austrittsquerschnitt der Wirbel- As a solids separator, a cyclone can be used. In the cyclone, a high degree of separation can be achieved because an air / sand mixture is generated in the vortex chamber, which is continuously fed to the cyclone and has an approximately homogeneous flow profile when entering the cyclone. In contrast to a pneumatic conveying or a bubble-forming fluidized bed, the circulating fluidized bed is distinguished by the fact that the solids density in the air flow at the outlet cross-section of the vortex
kammer - bei konstanter Dampferzeugung - gleich und damit am Eintritt des Zyklons über die Querschnittsfläche gleichmäßig verteilt ist. chamber - at a constant steam generation - equal and thus evenly distributed over the cross-sectional area at the entrance of the cyclone.
Der Luftstrom aus dem Feststoffabscheider wird einer Filteranlage zugeführt. Zumindest ein Teil des Filterrückstandes kann in die Wirbelkammer zurückgeführt werden. Die Filteranlage arbeitet als Entstaubungsfilter. The air flow from the Feststoffabscheider is fed to a filter system. At least part of the filter residue can be returned to the vortex chamber. The filter system works as a dedusting filter.
Die zirkulierende Wirbelschicht wird mit Sand betrieben, der zuvor im Fließbettkühler abgekühlt wurde. In der zirkulierenden Wirbelschicht stellt sich eine Temperatur von weniger als 250° C ein. Die Temperatur ist so niedrig, dass Entstaubungsfilter, welche dem Feststoffabscheider nachgeschaltet werden, mit Filtergeweben betrieben werden können. The circulating fluidized bed is operated with sand, which was previously cooled in a fluidized bed cooler. In the circulating fluidized bed, a temperature of less than 250 ° C sets. The temperature is so low that dedusting filters, which are connected downstream of the solids separator, can be operated with filter cloths.
Der Sand im Fließbettkühler durchläuft mehrere durch Wehre getrennte Kam- mern, wobei die Kammern des Fließbettkühlers in Fließrichtung des Sandes nacheinander eine erste Verdampferstufe, mindestens eine Überhitzerstufe, eine zweite Verdampferstufe und eine Stufe zur Speisewasservorwärmung bilden. In den Kammern des Fließbettkühlers werden durch Zufuhr eines gasförmigen Fluidisierungsmittels Wirbelschichten gebildet, wobei beispielsweise stationäre oder expandierende Wirbelschichten durchströmt werden können. Zur Fluidisierung wird vorzugsweise Luft verwendet. The sand in the fluidized bed cooler passes through several chambers separated by weirs, wherein the chambers of the fluidized bed cooler successively form a first evaporator stage, at least one superheater stage, a second evaporator stage and a stage for feedwater preheating in the direction of flow of the sand. In the chambers of the fluidized bed cooler fluidized beds are formed by supplying a gaseous fluidizing agent, for example, stationary or expanding fluidized beds can be flowed through. For fluidization, air is preferably used.
Als Verdampfer werden Umlaufverdampfer, vorzugsweise Naturumlaufverdampfer, eingesetzt, die in einen gemeinsamen Wasser- und Dampfkreislauf eingebunden sind . Das in den beiden Verdampferstufen erzeugte Wasser- Dampf-Gemisch wird einer Trommel zugeführt, wo der Dampf über Abscheidevorrichtungen vom Wasser getrennt und der gesättigte Dampf den Überhitzerstufen zugeführt wird. Zwischen den beiden Verdampferstufen sind Vorzugs- As evaporator circulation evaporator, preferably natural circulation evaporator, are used, which are integrated into a common water and steam cycle. The water-steam mixture produced in the two evaporator stages is fed to a drum, where the steam is separated from the water via separation devices and the saturated steam is supplied to the superheater stages. Between the two evaporator stages are preferred
weise zwei Überhitzerstufen vorgesehen, deren Wärmeaustauscherelemente nacheinander von dem zu überhitzenden Dampf durchströmt werden. example provided two superheater stages, the heat exchanger elements are successively flowed through by the steam to be overheated.
Zur weiteren Wirkungsgraderhöhung bieten sich Zwischenüberhitzer-Wärme- tauscherelemente an, welche mit dem Dampf des Austritts der Hochdruckdampfturbinenstufe gespeist werden. Diese Wärmetauscherelemente können in dem selben oder einem parallel geschalteten Fließbettkühler installiert werden. To further increase the efficiency, there are intermediate heat exchanger heat exchanger elements, which are fed with the steam of the outlet of the high-pressure steam turbine stage. These heat exchanger elements can be installed in the same or a parallel fluidized bed cooler.
Der im Fließbettkühler abgekühlte Sand kann mittels mechanischer Förderein- richtungen der Wirbelkammer zugeführt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt der Transport des abgekühlten Sandes zur Wirbelkammer mittels eines gasförmigen Transportmediums. The sand cooled in the fluid bed cooler can be fed to the vortex chamber by means of mechanical conveyors. According to a preferred embodiment of the invention, the transport of the cooled sand to the vortex chamber takes place by means of a gaseous transport medium.
Zur Aufheizung des Sandes wird gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ein gasförmiger Wärmeträger verwendet, der durch Solarenergie auf eine Temperatur von mehr als 550° C aufgeheizt worden ist. For heating the sand, a gaseous heat carrier is used according to a preferred embodiment of the invention, which has been heated by solar energy to a temperature of more than 550 ° C.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage nach Anspruch 12 zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Anlage werden in den nachgeordneten Ansprüchen 13 bis 16 beschrieben und im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen schematisch: The invention is also a plant according to claim 12 for carrying out the method described. Advantageous embodiments of this system are described in the subordinate claims 13 to 16 and explained below with reference to an embodiment. They show schematically:
Fig. 1 eine Anlage zur Dampferzeugung, 1 shows a plant for steam generation,
Fig. 2 eine Darstellung der Dampf- und Flüssigkeitsströme der Anlage. Fig. 2 is an illustration of the vapor and liquid streams of the system.
Die in Fig. 1 dargestellte Anlage umfasst: mindestens einen Sandspeicher 1 ; einen Kontaktapparat 2 zur Aufheizung von aus dem Sandspeicher 1 zuge- The plant shown in FIG. 1 comprises: at least one sand store 1; a contact apparatus 2 for heating up from the sand accumulator 1
führtem Sand durch Wärmeaustausch mit einem heißen Wärmeträger 3; einen Fließbettkühler 4, der mit Wärmeaustauscherelementen 5 zumindest eines Verdampfers und mindestens eines Überhitzers ausgestattet ist. Der Sand wird als Energiespeichermedium in einem geschlossenen Kreislauf geführt. In diesem Kreislauf wird der Sand im Kontaktapparat 2 von einem heißen gasförmigen Wärmeträger aufgeheizt. Der aufgeheizte Sand gibt die gespeicherte Wärme dann im Fließbettkühler 4 an die Wärmeaustauscherelemente 5 zumindest eines Verdampfers und zumindest eines Überhitzers ab. Der Sand wird aus dem Fließbettkühler 4 in den Sandspeicher 1 zurückgeführt und von dort dem Kontaktapparat 2 zur erneuten Aufheizung wieder zugeführt. Als Wärmeträger zur Aufheizung des Sandes kann insbesondere Luft verwendet werden, die durch Solarenergie auf eine Temperatur von mehr als 550° C aufgeheizt worden ist. Der im Fließbettkühler 4 abgekühlte Sand wird einer Wirbelkammer 6 zugeführt, in der durch Zufuhr von Luft eine zirkulierende Wirbelschicht erzeugt wird. Der mit der zirkulierenden Wirbelschicht aufwärts geförderte Sand wird in einem Feststoffabscheider 7 abgeschieden und dem unterhalb des Feststoffabscheiders 7 angeordneten Sandspeicher 1 zugeführt. Der Sand gelangt aus dem Sandspeicher 1 durch Schwerkraft in den Kontaktapparat 2, der unterhalb des Sandspeichers 1 angeordnet ist. led sand by heat exchange with a hot heat carrier 3; a fluid bed cooler 4 equipped with heat exchanger elements 5 of at least one evaporator and at least one superheater. The sand is fed as an energy storage medium in a closed circuit. In this cycle, the sand in the contact apparatus 2 is heated by a hot gaseous heat carrier. The heated sand then releases the stored heat in the fluidized bed cooler 4 to the heat exchanger elements 5 of at least one evaporator and at least one superheater. The sand is returned from the fluidized bed cooler 4 in the sand storage 1 and fed from there to the contactor 2 for re-heating. As a heat carrier for heating the sand in particular air can be used, which has been heated by solar energy to a temperature of more than 550 ° C. The cooled in the fluidized bed cooler 4 sand is fed to a vortex chamber 6, in which by supplying air, a circulating fluidized bed is generated. The sand conveyed upwards with the circulating fluidized bed is separated in a solids separator 7 and fed to the sand accumulator 1 arranged below the solids separator 7. The sand passes from the sand accumulator 1 by gravity into the contact apparatus 2, which is arranged below the sand accumulator 1.
Die Wirbelkammer 6 weist einen unteren Einlass 8 für Sand oder ein Sand-/ Luftgemisch sowie einen oberen Materialauslass 9 für ein Sand-/Luftgemisch auf. An den Materialauslass 9 der Wirbelkammer 6 schließt der Feststoffabscheider 7 an. Der Einlass 8 der Wirbelkammer ist durch eine Leitung 10 mit dem Fließbettkühler 4 verbunden. Durch diese Leitung 10 kann der Sand mit Luft als Transportmedium der Wirbelkammer 6 zugeführt werden. Zur Erzeugung der zirkulierenden Wirbelschicht ist eine Luftzuführeinrichtung 1 1 mit The vortex chamber 6 has a lower inlet 8 for sand or a sand / air mixture and an upper material outlet 9 for a sand / air mixture. At the material outlet 9 of the vortex chamber 6, the solids separator 7 connects. The inlet 8 of the vortex chamber is connected by a line 10 to the fluid bed cooler 4. Through this line 10, the sand can be supplied with air as a transport medium of the vortex chamber 6. For generating the circulating fluidized bed is an air supply 1 1 with
einem Gebläse 12 vorgesehen, die bodenseitig an die Wirbelkammer 6 anschließt. Der Feststoffabscheider 7 ist oberhalb des Sandspeichers 1 angeordnet und durch eine die Schwerkraft ausnutzende Einrichtung 13 zur Ableitung von abgeschiedenem Sand, z. B. durch ein Fallrohr, eine Schütte oder einer Rutsche mit diesem verbunden. a fan 12 is provided, which connects to the bottom side of the vortex chamber 6. The solids separator 7 is disposed above the sand accumulator 1 and by a gravity exploiting means 13 for discharging deposited sand, for. B. connected by a downpipe, a chute or a slide with this.
Unterhalb des Kontaktapparates 2 ist ferner ein Pufferspeicher 14 zur Aufnahme von aufgeheiztem Sand angeordnet, aus dem ein in Abhängigkeit der zu erzeugenden Dampfmenge geregelter Massenstrom des heißen Sandes ent- nommen und dem Fließbettkühler 4 zugeführt wird. Der Fließbettkühler 4 ist unterhalb des Kontaktapparates 2 und des Pufferspeichers 14 angeordnet. Für die erfindungsgemäße Anlage ist wesentlich, dass der Sandspeicher 1 , der Kontaktapparat 2 zur Aufheizung des Sandes und der Pufferspeicher 14 übereinander und oberhalb des Fließbettkühlers 4 angeordnet sind. Über Rutschen, Fallrohre, Schütten oder ähnliche Einrichtungen gelangt der Sand aus dem Sandspeicher 1 in den Kontaktapparat 2, von dort in den Pufferspeicher 14 und kann schließlich dem Fließbettkühler 4 zugeführt werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung übereinander entfallen aufwendige Förderaggregate. Die Wirbelkammer 6 überbrückt eine Höhe von mehr als 30 m, und zwar gemessen vom unteren Einlass 8 für Sand bzw. ein Sand-/ Luftgemisch bis zum oberen Materialauslass 9. Below the contact apparatus 2, a buffer memory 14 for receiving heated sand is also arranged, from which a mass flow of the hot sand controlled in dependence on the quantity of steam to be generated is taken off and fed to the fluid bed cooler 4. The fluidized-bed cooler 4 is arranged below the contact apparatus 2 and the buffer memory 14. For the system according to the invention is essential that the sand storage 1, the contactor 2 for heating the sand and the buffer memory 14 are arranged one above the other and above the fluidized bed cooler 4. About slides, downpipes, dumping or similar devices, the sand passes from the sand storage 1 in the contactor 2, from there into the buffer memory 14 and can finally be fed to the fluidized bed cooler 4. The arrangement according to the invention one above the other eliminates complex delivery units. The swirl chamber 6 bridges a height of more than 30 m, measured from the lower inlet 8 for sand or a sand / air mixture to the upper material outlet. 9
Der Luftstrom 15 aus dem Feststoffabscheider 7 wird einer Filteranlage 16 zugeführt. Die Filteranlage 16 kann aufgrund der niedrigen Temperatur des in der Wirbelkammer geförderten Sandes, die weniger als 250° C beträgt, mit Gewebefiltern betrieben werden. Zumindest ein Teil des Filterrückstandes wird durch eine entsprechende Einrichtung 17 in die Wirbelkammer 6 zurückgeführt. The air flow 15 from the solids separator 7 is fed to a filter unit 16. The filter unit 16 can be operated with fabric filters due to the low temperature of the sand conveyed in the swirl chamber, which is less than 250 ° C. At least part of the filter residue is returned by a corresponding device 17 in the vortex chamber 6.
Der Fließbettkühler 4 weist mehrere nebeneinander angeordnete und durch Wehre getrennte Kammern 18 auf, wobei an die Kammern 18 Luftzufuhreinrichtungen 19 zur Erzeugung von Wirbelschichten angeschlossen sind. In den Kammern 18 sind Wärmeaustauscherelemente 5 eines Verdampfers, eines Überhitzers oder eines Wärmetauschers zur Speisewasservorwärmung angeordnet. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die Kammern 18 des Fließbettkühlers 4 in Fließrichtung des Sandes nacheinander eine erste Verdampferstufe 20, zwei Überhitzerstufen 21 , 21 ', eine zweite Verdampferstufe 22 sowie eine Stufe 23 zur Speisewasservorwärmung. Die Fig. 2 zeigt die Dampf- und Flüssigkeitsströme der Anlage, und zwar am Beispiel der Erzeugung eines Hochdruckdampfes, der zum Antrieb einer Kraftwerksturbine 24 genutzt wird. The fluidized-bed cooler 4 has a plurality of chambers 18 arranged next to one another and separated by weirs, to which chambers 18 air supply devices 19 for producing fluidized beds are connected. In the chambers 18 heat exchanger elements 5 of an evaporator, a superheater or a heat exchanger for feedwater preheating are arranged. In the embodiment shown in Fig. 1, the chambers 18 of the fluidized bed cooler 4 in the flow direction of the sand sequentially form a first evaporator stage 20, two superheater stages 21, 21 ', a second evaporator stage 22 and a stage 23 for feedwater preheating. FIG. 2 shows the steam and liquid flows of the plant, specifically using the example of generating a high pressure steam, which is used to drive a power plant turbine 24.
Der in den beiden Verdampferstufen 20, 22 erzeugte Dampf wird zusammen- geführt und durch die Wärmeaustauscherelemente 21 , 21 ' der Überhitzerstufen geführt. Als Verdampfer 20, 22 werden Umlaufverdampfer, vorzugsweise Naturumlaufverdampfer, verwendet, die in einen gemeinsamen Wasser- und Dampfkreislauf eingebunden sind. Der in den Verdampfern 20, 22 erzeugte Sattdampf strömt nacheinander durch die Wärmetauscherrohre der beiden Überhitzer- stufen 21 , 21 ' und kann dann als überhitzter Dampf zum Antrieb der Kraftwerksturbine 24 genutzt werden. The steam generated in the two evaporator stages 20, 22 is brought together and passed through the heat exchanger elements 21, 21 'of the superheater stages. As evaporator 20, 22 circulation evaporator, preferably natural circulation evaporator, are used, which are integrated into a common water and steam cycle. The saturated steam generated in the evaporators 20, 22 flows successively through the heat exchanger tubes of the two superheater stages 21, 21 'and can then be used as superheated steam for driving the power plant turbine 24.
Im Ausführungsbeispiel ist zwischen den beiden Überhitzerstufen 21 , 21 ' eine Einspritzkühlung 25 vorgesehen. Zur Kühlung wird Speisewasser 26, 26', wel- ches entweder vor oder vorgewärmt nach dem Speisewasservorwärmer abgezweigt wird. In the exemplary embodiment, an injection cooling 25 is provided between the two superheater stages 21, 21 '. For cooling, feed water 26, 26 'is branched off either before or preheated after the feedwater preheater.
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