DE3806016C2

DE3806016C2 - Kraftanlage, in der Brennstoff in einem Wirbelbett verbrannt wird

Info

Publication number: DE3806016C2
Application number: DE3806016A
Authority: DE
Inventors: Ingemar Greis
Original assignee: Asea Stal AB
Current assignee: ABB Stal AB
Priority date: 1987-03-03
Filing date: 1988-02-26
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2008-02-27
Also published as: US4852345A; SE8700877D0; DE3806016A1; SE8700877L; JP2592891B2; SE460147B; JPS63254306A; ES2007439A6

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftanlage gemäß dem Oberbe griff des Anspruches 1. Bei der Kraftanlage handelt es sich vorzugsweise um eine PFBC-Kraftanlage, bei welcher ein Bett gefäß in einem Druckgefäß angeordnet ist und von Druckluft umgeben ist. Die Buchstaben "PFBC" sind die Anfangsbuchsta ben des englischen Begriffes Pressurized Fluidized Bed Com bustion.

Aus einem Bettgefäß, in welchem die Verbrennung von Brenn stoff in einem Wirbelbett erfolgt, müssen Bettmaterial, ver brauchtes Absorbent und die vom Brennstoff herrührende Asche kontinuierlich abgeführt werden, damit das Bettniveau auf der gewünschten Höhe gehalten wird. In einer Kraftanlage, in der die Verbrennung bei einem über atmosphärischen Druck liegenden Druck erfolgt, muß ein gasdichtes Schleusensystem in der Abführeinrichtung vorhanden sein, wie zum Beispiel ein Drehschleusenventil oder ein Überdruckbunker-System mit in Reihe geschalteten Ventilen und Behältern. Die Beanspru chung der Bauteile ist groß, da das Bettmaterial eine hohe Temperatur und stark scheuernde Eigenschaften hat. Um die Temperaturbeanspruchung herabzusetzen, ist es bekannt in ei ner Aschekammer unter den Fluidisierungsdüsen der Verbren nungskammer Kühlrohre zur Kühlung des Bettmaterials vorzuse hen, bevor dieses die Abführvorrichtung erreicht. In PFBC-Kraft anlagen mit einem in einem Druckgefäß angeordneten Bettgefäß ist es bekannt, das Bettmaterial in der Aschekam mer durch Verbrennungsluft zu kühlen, die direkt von dem um gebenden Raum in dem Druckgefäß in die Aschekammer eingelei tet wird. Die Kühlluft wird zur Verbrennung verwendet und die Kühlvorrichtung ist einfach. Jedoch die Möglichkeit zur Kühlung ist auf 300°C begrenzt, da die Verbrennungsluft in dem Druckgefäß eine hohe Temperatur hat. Während der Kompri mierung steigt die Temperatur, und in dem Druckgefäß wird diese durch das Bettgefäß und die Reinigungsanlage, die sich in dem Druckgefäß befinden, weiter erhitzt.

Die DE 36 04 572 A1 beschreibt eine Kraftanlage der eingangs genannten Art, bei der Maßnahmen getroffen sind, um den für den pneumatischen Transport des partikelförmigen Brennstof fes von einem Brennstoffbehälter zum Wirbelbett erforderli chen Aufwand an Zuführleitungen, Drehflügelspeisern und Ein richtungen zur Steuerung des Brennstoffflusses klein zu hal ten. Zu diesem Zweck ist eine Brennstoffverteilerkammer nahe der Brennkammer angeordnet, die vom dem Brennstoffbehälter versorgt wird. Von dieser Verteilerkammer aus wird das Ge misch aus Brennstoff und Transportgas über individuelle Lei tungen den einzelnen Brennstoffdüsen zugeführt. Ein Drehflü gelspeiser ist also nur für die Leitung zwischen dem Brenn stoffbehälter und der Brennstoffverteilerkammer erforder lich. Zur Erzwingung einer gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffes auf die von der Brennstoffverteilerkammer zu den Düsen abgehenden Leitungen sind in diesen Leitungen Einrichtungen in Form von Drosselstellen vorgesehen, die für einen Druckabfall in den Leitungen sorgen. Die Drosselstellen können aus Umlenkkammern in den Leitungen bestehen.

Die GB 20 87 252 A beschreibt eine Kraftanlage der eingangs genannten Art, bei der im Wirbelbett auch dampferzeugende Kühlrohre vorhanden sind und das Wirbelbett gleichzeitig Gas für eine Gasturbine und Dampf für eine Dampfturbine erzeugt. Das Ziel der hier beschriebenen Erfindung besteht darin, bei einem Absinken der Umgebungstemperatur unter die sogenannte Nenntemperatur, bei der die Gasturbine maximale Leistung ab gibt, ein Absinken der Leistung der Gasturbine zu verhin dern. Um dies zu erreichen, wird bei einem Absinken der Um gebungstemperatur unter die Nenntemperatur verstärkt Brenn stoff zugeführt. Um zu verhindern, daß dabei die Temperatur des Bettes zu hoch wird, wird gleichzeitig Wasser oder Was serdampf in das Bett injiziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Kraftanlage der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei welcher die genannte Beanspruchung der Abführvorrichtung durch das abzu führende Bettmaterial wesentlich vermindert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kraftanlage, in der Brennstoff in einem Wirbelbett verbrannt wird gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche erfin dungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ge nannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei teren Ansprüchen genannt.

Gemäß der Erfindung wird ein Teil der Luft, die für die Fluidisierung und die Verbrennung komprimiert wird, zur Küh lung des aus dem Bettgefäß zu entfernenden Bettmaterials verwendet. Diese Kühlluft wird entweder direkt dem Kompres sor entnommen, welcher die Verbrennungsluft komprimiert, oder einer Leitung für komprimierte Luft zwischen dem Kom pressor und dem Druckgefäß entnommen oder dem Druckgefäß entnommen, welches das Bettgefäß umgibt. Die abgezapfte Luft wird durch einen Kühler auf eine niedrige Temperatur ge kühlt, zweckmäßigerweise auf eine Temperatur unter 100°C, und wird einem in der Aschekammer angeordneten Luftverteiler zugeführt, der eine Anzahl von Luftöffnungen oder Luftdüsen hat. Ein Hilfskompressor kann in der Kühlluftleitung vorge sehen werden.

Um die zu kühlende Asche annähernd auf die Temperatur der einströmenden Kühlluft zu kühlen, müssen folgende Bedingun gen erfüllt sein:

a) Der Wärmeinhalt des Kühlluftstromes muß größer sein all der Wärmeinhalt des Bettmaterialstromes. Es muß also wobei
_A = Masse des Luftstromes
C_PA = spezifische Wärmekapazität der Luft
_B = Masse des Bettmaterialflusses
C_PB = spezifische Wärmekapazität des Bettmaterials
b) Eine feste, das heißt nichtfluidisierte Zone aus Bett material muß zwischen den Kühlluftdüsen und den Fluidisie rungsdüsen vorgesehen werden.

Bei Erfüllung der vorgenannten Bedingungen fällt die Tempe ratur des sich nach unten bewegenden Bettmaterials schnell auf die Temperatur der nach oben strömenden Kühlluft. Die von den Partikeln des Bettmaterials gebildete Fläche ist groß, gewöhnlich größer als 3000 m² pro m³ Bettmaterial, wo durch eine schnelle Kühlung des Materials herbeigeführt wird.

Um die Gefahr der Bildung von Schlackeformationen in der Grenzzone zwischen dem festen und fluidisierten Bett zu ver hindern, muß die folgende Bedingung erfüllt sein:

Durch die Luft wird die Asche in der Aschenkammer auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt als dies mit den herkömmli chen Anlage der genannten Art erreichbar ist. Das Erforder nis eines separaten Kühlers außerhalb des Bettgefäßes ist beseitigt. Die Temperaturbeanspruchung der Abführvorrichtung wird herabgesetzt. Die von dem Bettmaterial durch Kühlung abgeführte Wärme wird vollständig für die Aufheizung der Verbrennungsluft verwendet und geht somit nicht verloren.

Anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt eine PFBC-Kraftanlage mit einem in einem Druckgefäß eingeschlossenen Bettgefäß.

In der Figur bezeichnet 11 ein Druckgefäß, in welchem ein Bettgefäß 12 und eine Zyclon-Reinigungsanlage angeordnet sind. In der Figur ist die Zyclon-Reinigungsanlage 13 durch einen einzigen Zyclon dargestellt; in Wirklichkeit besteht eine solche Reinigungsanlage jedoch aus einer Anzahl paral lel geschalteter Gruppen, von denen jede aus einer Anzahl in Reihe geschalteter Zyclone besteht. In einem Wirbelbett 14 in dem Bettgefäß 12 wird Brennstoff verbrannt. Das Bett 14 besteht aus einem partikelförinigen schwefelabsorbierenden Material, wie zum Beispiel Kalkstein oder Dolomit. Der Hauptteil dieses Materials hat gewöhnlich eine Korngröße zwischen 0,5 und 5,0 mm. Die entstehenden Verbrennungsgase sammeln sich im Freiraum 15 und strömen durch die Leitung 16 zu der Reinigungsanlage 13, in welcher Staub abgesondert wird, und von der Reinigungsanlage 13 weiter über die Lei tung 17 zu einer Turbine 18 und von dort beispielsweise zu einem nicht dargestellten Kessel für Abfallwärme. Der abge sonderte Staub wird aus dem Zyclon 13 über eine Leitung 20 und eine druckmindernde Abführvorrichtung und den Kühler 21 zu einem nicht dargestellten Aufnahmebehälter geleitet. Die Turbine 18 treibt einen Kompressor 22 und über eine Kupplung 24 einen Generator 23 der Energie in ein elektrisches Netz liefert. Der Generator 23 kann auch als Startmotor verwendet werden.

Der Raum zwischen der Innenwand des Druckgefäßes 11 und dem Bettgefäß 12 und der Reinigungsanlage 13 wird über die Lei tung 25 mit Druckluft versorgt. Der Druck kann bis zu 2 MPa oder mehr betragen. Das Bettgefäß 12 hat einen Boden 27 der aus langgestreckten Luftverteilungskammern 28 mit Luftdüsen 30 besteht. Durch die Luftdüsen 30 wird das Bett mit Luft zur Fluidisierung und für die Verbrennung des zugeführten Brennstoffes versorgt. Das Bett 14 wird über eine Leitung 31 mit Brennstoff von einem nicht dargestellten Brennstoffbun ker versorgt. In dem Bettgefäß 12 sind nicht dargestellte Brennstoffdüsen gleichmäßig verteilt angeordnet, zweckmäßi gerweise eine Düse pro m² Bodenfläche. Über eine Leitung 32 wird frisches Bettmaterial dem Bett aus einem nicht darge stellten Bettmaterialbunker zugeführt. Zwischen den Luftver teilungskammern 28 sind Spalte 33 vorhanden, durch welche Bettmaterial aus dem Bett 14 in die Aschekammer 34 in dem Abführkegel 35 im unteren Teil des Bettgefäßes 12 fallen kann. Aus der Aschekammer 34 wird Bettmaterial durch eine Abführleitung und die Abführschleuse 38 abgeführt. In der Aschekammer ist ein Verteiler 40 mit Düsen oder Öffnungen 41 angeordnet, über welche Kühlluft zur Kühlung des Bettmateri als in der Aschekammer 34 eingeblasen wird. Die Kühlluft strömt durch das Bettmaterial nach oben, wie durch die Pfeile 42 dargestellt, kühlt auf seinem Weg nach oben das Bettmaterial und wird als Verbrennungsluft verwendet, nach dem es den Boden 27 passiert hat. Kühlluft mit einem etwas höheren Druck als der Druck in der Aschekammer 34 kann einer Leitung 25 zwischen dem Kompressor 22 und dem Druckgefäß 11 oder dem Raum 26 im Druckgefäß 11 entnommen werden. Die Luft wird durch die Leitungen 43a beziehungsweise die gestrichelt dargestellte Leitung 43b zu dem Kühler 44 geführt, in wel chem sie auf eine niedrige Temperatur gekühlt wird. Von dem Kühler 44 wird die Luft über die Leitung 45 weiter zu dem Luftverteiler 40 geführt. In der Leitung 45 liegt ein Steu erventil 46 zur Steuerung des Kühlluftstromes. Wenn ein Be darf zur Erhöhung des Druckes der Kühlluft besteht, kann auch ein Hilfskompressor 47 in der Leitung 45 vorgesehen werden.

Claims

1. Kraftanlage, in der Brennstoff in einem Wirbelbett ver brannt wird, mit einem Bettgefäß (12), mit einem Boden (27) im unteren Teil des Bettgefäßes (12), welcher Boden Düsen (30) für Luft zur Fluidisierung eines Bettes (14) und zur Verbrennung von Brennstoff hat, mit einer Aschekammer (34) unter dem genannten Boden (27) und Vorrichtungen zur Abfüh rung von Bettmaterial aus der Aschekammer (34), mit einer Turbine (18), welche durch Verbrennungsgase angetrieben wird, die in dem Bettgefäß (12) entstehen, und mit einem Kompressor (22) zur Komprimierung von Verbrennungsluft die dem genannten Bettgefäß (12) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aschekammer (34) ein Verteiler (40) zur Einführung von Kühlluft unter dem Boden (37) angeordnet ist und daß gekühlte Verbrennungsluft, die von dem genannten Kompressor (22) verdichtet wurde, dem Kühlluftverteiler (40) über einen Kühler (44) zugeführt wird.

2. Kraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlluftverteiler (40) di rekt an den Kompressor (22) oder an eine vom Kompressor (22) abgehende Leitung (25) über den Kühler (44) angeschlossen ist.

3. Kraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bettgefäß (12) in einem Druckgefäß (11) eingeschlossen ist und daß der Kühlluftver teiler (40) über den Kühler (44) an das Druckgefäß (11) an geschlossen ist.

4. Kraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme kapazität (_AC_PA) der Kühlluft größer ist als die Wärmekapa zität (_BC_PB) des abgeführten Bettmaterials.

5. Kraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kühlluftverteiler (40) und den Fluidisierungsdüsen (30) eine nicht fluidisierte Zone aus Bettmaterial vorhanden ist.