DE69514170T2

DE69514170T2 - Wirbelschichtfeuerungsanlage und Verfahren mit einem Mehrkammerrezirkulationswärmetauscher mit veränderlicher Leistung

Info

Publication number: DE69514170T2
Application number: DE69514170T
Authority: DE
Inventors: Iqbal Fazaleabas Abdulally
Original assignee: Foster Wheeler Energy Corp
Current assignee: Foster Wheeler Energy Corp
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1995-08-07
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2015-08-08
Also published as: US5463968A; EP0698765B1; CA2154439C; EP0698765A2; EP0698765A3; JP2660826B2; CA2154439A1; ES2140624T3; DE69514170D1; JPH0875370A

Description

Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerungsanlage und ein Verfahren zur Betreibung dieser Anlage und insbesondere eine derartige Anlage und ein derartiges Verfahren, bei denen ein Mehrkammer-Rezirkulationswärmetauscher im Anschluß an den Ofenabschnitt der Anlage angeordnet ist.
Wirbelschichtfeuerungsanlagen sind wohlbekannt und umfassen einen Ofenabschnitt, in welchem Luft durch ein Bett aus teilchenförmigem Material, umfassend einen fossilen Brennstoff, wie beispielsweise Kohle, und ein Sorptionsmittel für die Schwefeloxide, die als Ergebnis der Verbrennung der Kohle erzeugt worden sind, geleitet wird, um das Bett aufzuwirbeln und die Verbrennung des Brennstoffes bei verhältnismäßig niedriger Temperatur zu fördern. Diese Arten von Verbrennungssystemen werden häufig in Wasserdampferzeugern verwendet, in denen Wasser in Wärmeaustauschbeziehung zu der Wirbelschicht geführt wird, um Wasserdampf zu erzeugen, und erlauben eine hohe Verbrennungswirksamkeit und Brennstoff-Flexibilität, eine starke Schwefeladsorption und niedrige Emissionen von Stickoxiden.
Die typischste Wirbelschicht, die in dem Ofenabschnitt dieser Art von Anlagen verwendet wird, wird gemeinhin als sprudelnde Wirbelschicht bezeichnet, in der die Schicht aus teilchenförmigem Material eine verhältnismäßig hohe Dichte und eine wohldefinierte oder diskrete Oberfläche aufweist. Andere Arten von Anlagen verwenden ein zirkulierendes Wirbelbett, in dem die Wirbelschichtdichte unter derjenigen einer typischen sprudelnden Wirbelschicht liegt, die Geschwindigkeit der aufwirbelnden Luft derjenigen gleicht oder größer als diejenige eines sprudelnden Bettes ist und die Abgase, die durch die Schicht hindurch treten, eine beträchtliche Menge der feinen teilchenförmigen Feststoffe in einem derartigen Ausmaß mitreißen, daß sie praktisch damit gesättigt sind.
Zirkulierende Wirbelschichten sind durch eine verhältnismäßig hohe innere und äußere Feststoff-Rückführung gekennzeichnet, welche sie unempfindlich gegenüber der Art der Abgabe der Brennstoffwärme macht, wodurch Temperaturänderungen auf ein Minimum herabgedrückt werden und die Schwefelemissionen daher auf einem niedrigen Wert stabilisiert werden. Das hohe Ausmaß an äußerer Feststoff-Rückführung wird dadurch erzielt, daß man einen Zyklonabscheider am Auslaß des Ofenabschnittes vorsieht, damit die Abgase und die durch sie aus der Wirbelschicht mitgerissenen Feststoffe aufgenommen werden. Die Feststoffe werden von den Abgasen in dem Abscheider abgetrennt und die Abgase zu einer Wärmegewinnungszone geleitet, während die Feststoffe durch eine druckdichte Durchführung oder ein Dichtungsventil in den Ofen zurückgeführt werden. Diese Rückführung verbessert die Wirksamkeit des Abscheiders, und die dadurch erzielte Verbesserung der wirksamen Verwendung von Schwefeladsorbens und der Brennstoffverweilzeiten verringert den Verbrauch an Adsorbens und Brennstoff.
Für den Betrieb dieser Arten von Wirbelschichten und insbesondere derjenigen des zirkulierenden Typs gibt es mehrere wichtige Überlegungen. Beispielsweise müssen die Abgase und mitgerissenen Feststoffe in dem Ofenabschnitt bei praktisch gleichbleibender Temperatur (von üblicherweise etwa 1600ºF) übereinstimmend mit der richtigen Schwefelaufnahme durch das Adsorbtionsmittel gehalten werden. Demzufolge werden die maximale Wärmekapazität (Kopf) der Abgase, die der Wärmegewinnungszone zugeführt werden, und die maximale Wärmekapazität der abgetrennten Feststoffe, die durch den Abscheider in den Ofenabschnitt zurückgeführt werden, durch diese Temperatur begrenzt. Bei einer Betriebsform, bei der lediglich Überhitzungsbetrieb und kein Erhitzungsbetrieb erforderlich sind, ist der Wärmegehalt der Abgase am Auslaß des Ofenabschnittes gewöhnlich ausreichend, um die erforderliche Hitze für die Verwendung in der Wärmewiedergewinnungszone des Wasserdampferzeugers stromabwärts vom Abscheider zu liefern. Daher wird der Wärmegehalt der zurückgeführten Feststoffe nicht benötigt.
Bei einem Wasserdampferzeuger mit einem zirkulierendem Wirbelbett mit Schwefelaufnahme und einem Betrieb, der das Erhitzen ebenso wie das Überhitzen erfordert, ist jedoch die in den Abgasen am Auslaß des Ofenabschnittes vorhandene Wärme nicht ausreichend. Zugleich ist die Wärme in dem Ofen-Abscheider- Rückführungskreis in größerer Menge vorhanden, als für den Wasserdampferzeuger benötigt. Für eine derartige Betriebsform muß die Auslegung so erfolgen, daß die Wärme in den zurückgeführten Feststoffen ausgenutzt werden muß, bevor die Feststoffe wieder in den Ofenabschnitt eingeleitet werden.
Um diese zusätzliche Wärme zu liefern, ist manchmal ein Wärmeaustauscher im Rückführungskreislauf (Rezirkulatlonswärmeaustauscher) zwischen dem Feststoffauslaß des Abscheiders und dem Wirbelbett des Ofenabschnitts angeordnet. Der Rezirkulationswärmeaustauscher umfaßt eine Überhitzungs-Wärmeaustauschoberflache und erhält die abgetrennten Feststoffe aus dem Abscheider. Er führt die Wärme aus den Feststoffen auf die Überhitzeroberflächen mit verhältnismäßig hohen Wärmeübertragungsgeschwindigkeiten, bevor die Feststoffe wieder in den Ofenabschnitt eingeleitet werden. Die Wärme von den Überhitzeroberflächen wird anschließend auf Kühlkreisläufe in der Wärmewiedergewinnungszone überführt, um die erforderliche Erhitzungsleistung zu liefern.
Das einfachste Verfahren zum Steuern des Ausmaßes der Wärmeübertragung in dem Rezirkulationswärmeaustauscher besteht darin, die Höhe an Feststoffen darin zu verändern. Jedoch gibt es Situationen, in denen ein hinreichendes Ausmaß an Freiheit der Wahl für die Höhe des Rückführungsbettes nicht gegeben ist, wenn beispielsweise eine Mindesthöhe der Feststoffe für das Wirbelbett oder ein Mindestdruck aus Gründen erforderlich sind, die mit der Wärmeübertragung nichts zu tun haben. In diesem Falle kann der Wärmeübergang dadurch gesteuert werden, daß man Kegelventile oder L-Ventile zum Ableiten eines Teils der zurückgeführten Feststoffe verwendet, so daß sie nicht den Zirkulationswärmeaustauscher berühren und von ihm nicht gekühlt werden. Die Feststoffe aus dem Ableitungsweg und aus dem Weg durch den Wärmeaustauscher werden wieder vereinigt, oder jeder Strom wird direkt in den Ofenabschnitt geführt, um den Rückführungsweg zu vervollständigen. Auf diese Weise wird die richtige Wärmeübertragung auf die Wärmeaustauscheroberfläche für die bestehende Belastung erreicht. Jedoch erfordern Anordnungen dieser Art die Verwendung von beweglichen Teilen innerhalb des Festoffsystems und bzw. oder äußere Strömungsleitungen für Feststoffe mit dazugehörigen Belüftungseinrichtungen, was die Kosten des Systems beträchtlich erhöht.
Um diese Kosten zu verringern, wurde von der Anmelderin schon früher ein System entwickelt, bei dem ein Rezirkulationswärmeaustauscher vorgesehen ist, um die abgetrennten Feststoffe aufzunehmen und sie zurück in das Wirbelbett in dem Ofenabschnitt zu verteilen. Der Rezirkulationswärmeaustauscher ist außerhalb des Ofenabschnittes des Systems angeordnet und umfaßt eine Einlaßkammer zur Aufnahme der von den Abscheidern abgeführten Feststoffe. Zwei zusätzliche Kammern sind vorgesehen, die die Feststoffe aus der Einlaßkammer erhalten. Die Feststoffe werden in den zusätzlichen Kammern aufgewirbelt und in mindestens einer der zusätzlichen Kammern sind Wärmeaustauschoberflächen vorgesehen, um die Wärme von den Feststoffen aufzunehmen. Die Feststoffe in der zusätzlichen Kammer werden in eine Auslaßkammer strömen gelassen, wenn der Stand in der vorherigen Kammer eine vorbestimmte Höhe, die durch ein Überflußwehr festgelegt ist, übersteigt. Die Feststoffe, die in die Auslaßkammer eintreten, werden anschließend in das Wirbelbett im Ofenabschnitt zurückgeführt.
Jedoch sind mit dieser Art von Betrieb einige Nachteile verknüpft. Beispielsweise ist der Raum, der für Wärmeaustauscheroberflächen zur Verfügung steht, beschränkt, und Druckschwankungen in dem Ofenabschnitt werden auf den äußeren Wärmeaustauscher übertragen, was zu fehlerhaftem Arbeiten führt. Auch werden die Feststoffe unmittelbar von dem Wärmeaustauscher durch eine Auslaßleitung in eine verhältnismäßig kleine Zone des Ofenabschnittes geleitet, was mit der gleichmäßigen Vermischung und Verteilung der Feststoffe nicht im Einklang steht. Auch ist nicht für ein unmittelbares Steuern des Feststoffstromes zwischen den Kammern Sorge getragen. Weiter beruht dieses System auf einem Druckunterschied, um die Feststoffe von dem Wärmeaustauscher in den Ofenabschnitt zu treiben, wofür Energie erforderlich ist. Außerdem besteht keine Möglichkeit zur Steuerung des Bestandes an Feststoffen oder der Beladung des Ofens.
Diese Schwierigkeiten werden in US-PS 5 133 943 (entsprechend EP-A-0449522) derselben Anmelderin angesprochen, woraus ein System bekannt ist, das einen Rezirkulationswärmeaustauscher umfaßt, der neben dem Ofenabschnitt des Systems angeordnet ist. Die Abgase und die mitgerissenen teilchenförmigen Materialien aus dem Wirbelbett in dem Ofenabschnitt werden voneinander getrennt, die Abgase werden einer Wärmegewinnungszone zugeführt, und die abgetrennten Feststoffe werden dem Rezirkulationswärmeaustauscher zugeleitet. Wärmeaustauscheroberflächen sind in einer Kammer des Wärmeaustauschers vorgesehen, um Wärme aus den Feststoffen abzuführen, und es ist ein Umgehungsabteil vorgesehen, durch das die Feststoffe während des Anfahrens und unter Niedriglastbedingungen unmittelbar dem Ofen zugeleitet werden. Eine getrennte Kühlkammer für die abgetrennten Feststoffe ist in dem Zirkulationswärmeaustauscher vorgesehen, und ferner sind Mittel zum selektiven Steuern der Strömung der Feststoffe zwischen den Kammern vorgesehen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfaßt eine Wirbelschichtfeuerungsanlage ein Gehäuse, Mittel im Gehäuse zur Halterung einer Wirbelschicht aus teilchenförmigem Material einschließlich von Brennstoff, Abtrennungsmittel zur Aufnahme von Abgasen aus der Verbrennung des Brennstoffes und von mitgerissenem teilchenförmigem Material und zur Abtrennung des mitgerissenen teilchenförmigen Materials aus den Abgasen, drei Kammern, die angrenzend an das Gehäuse angeordnet sind, Mittel zum Austragen des abgetrennten Materials aus den Abtrennungsmitteln in eine der Kammern, Mittel zum selektiven Strömenlassen des abgetrennten Materials aus der einen Kammer in die anderen Kammern, Mittel zum Leiten eines Kühlmediums in Wärmeaustauschbeziehung zu dem abgetrennten Material in den anderen Kammern zum Abkühlen des Materials, eine erste Leitung, die die eine Kammer mit dem Gehäuse verbindet, um das abgetrennte Material in der einen Kammer unmittelbar zurück in das Gehäuse zu leiten, zwei zusätzliche Leitungen, die jeweils die anderen Kammern mit dem Gehäuse verbinden, um das abgetrennte Material aus den anderen Kammern zurück in das Gehäuse zu leiten, Mittel zum Einleiten von Luft in eine der zusätzlichen Leitungen zum Unterstützen der Strömung des abgetrennten Materials aus der Kammer, die mit der einen zusätzlichen Leitung verbunden ist, in das Gehäuse sowie Mittel zur Veränderung der Strömung der Luft und damit der Strömung des Materials durch die eine zusätzliche Leitung.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Betreiben einer Wirbelschichtfeuerungsanlage die Schritte, daß man eine Wirbelschicht aus teilchenförmigem Material einschließlich Brennstoff in einem Gehäuse haltert, das Brennstoffmaterial in dem Gehäuse verbrennt, das mitgerissene teilchenförmige Material von den Abgasen aus der Verbrennung abtrennt, das abgetrennte Material in eine Kammer eines Rezirkulationswärmetauschers leitet, das Material aus der einen Kammer selektiv in das Gehäuse zurück oder in zwei weitere Kammern des Wärmetauschers durch Öffnungen leitet, das Material in den anderen Kammern kühlt, das abgekühlte Material aus den beiden anderen Kammern zurück in das Gehäuse leitet und Luft in die Strömung des abgekühlten Materials, das von einer der beiden anderen Kammern in das Gehäuse strömt, einleitet, um die Strömung aus abgekühltem Material aus der einen anderen Kammer in das Gehäuse zu unterstützen, und das Einleiten abwandelt, um die Geschwindigkeit der Strömung des gekühlten Materials aus der einen anderen Kammer in den Ofen abzuwandeln.
Das System und das Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich entweder auf eine atmosphärische, zirkulierende Wirbelschicht oder eine mit Druck beaufschlagte zirkulierende Wirbelschicht anwenden.
Der Rezirkulationswärmeaustauscher kann mit einer Wärmeaustauschoberfläche versehen sein, die entweder mit einem Wasserdampf- oder mit einem Wasserkreislauf in dem Boiler gekoppelt ist.
Vorzugsweise verbindet ein L-Ventil eine der Kammern in dem Rezirkulationswärmeaustauscher mit dem Ofen. In diesem Falle kann die Feststoffströmung durch das L-Ventil und daher die Belastung des Rezirkulationswärmeaustauschers abgewandelt werden.
Die obige Kurzbeschreibung sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Einzelbeschreibung der gegenwärtig bevorzugten, nichtsdestoweniger nur erläuternden Äusführungsformen gemäß der Erfindung in Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen, worin:
Fig. 1 eine schematische Ansicht des Systems gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1 und
Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2 darstellen.
Die Zeichnungen zeigen die Wirbelschichtfeuerungsanlage gemäß der Erfindung, wie sie für die Erzeugung von Wasserdampf eingesetzt wird, die ein aufrechtstehendes, wassergekühltes Gehäuse umfaßt, das allgemein durch die Bezugszahl 10 gekennzeichnet ist und das eine Vorderwand 12a, eine Rückwand 12b und zwei Seitenwände aufweist, von denen eine sichtbar und durch die Bezugszahl 14 gekennzeichnet ist. Der obere Abschnitt des Gehäuses 10 ist durch ein Dach 16 abgeschlossen, und der untere Abschnitt umfaßt einen Boden 18.
Eine Anzahl von Luftverteilungsdüsen 20 ist in entsprechenden Öffnungen montiert, die in einer Platte 22 gebildet sind, welche sich quer über den unteren Abschnitt des Gehäuses 10 erstreckt. Die Platte 22 ist vom Boden 18 im Abstand angeordnet, wobei sie eine Luftkammer 24 definiert, die dazu eingerichtet ist, Luft von einer (nicht dargestellten) äußeren Quelle aufzunehmen und selektiv durch die Platte 22 und zu Teilen des Gehäuses 10 zu verteilen, wie im folgenden beschrieben ist.
Angrenzend an die Vorderwand 12 ist eine Kohlezuführungsvorrichtung vorgesehen, die allgemein durch die Bezugszahl 25 bezeichnet ist, um teilchenförmiges Material, das Brennstoff enthält, in das Gehäuse 10 einzuführen. Da das Zuführungssystem 25 herkömmlicher Bauart ist, wird es nicht im einzelnen näher beschrieben. Es versteht sich, daß ein teilchenförmiges Sorptionsmaterial ebenfalls in das Gehäuse 10 eingeführt werden kann, um den Schwefel, der bei der Verbrennung des Brennstoffes erzeugt wird, zu adsorbieren. Dieses Sorptionsmaterial kann durch die Beschichtungsanlage 25 oder unabhängig davon durch Öffnungen in den Wänden 12a, 12b oder 14 eingebracht werden.
Der teilchenförmige Brennstoff und das Sorptionsmaterial (im folgenden als "Feststoffe" bezeichnet) werden im Gehäuse 10 durch Luft von der Luftkammer 24, die durch die Platte 22 nach oben strömt, aufgewirbelt. Diese Luft fördert die Verbrennung des Brennstoffes in den Feststoffen, und das erhaltene Gemisch aus Verbrennungsgasen und Luft (im folgenden als "Abgase" bezeichnet) steigt in dem Gehäuse durch erzwungene Konvektion nach oben und reißt einen Teil der Feststoffe mit, wobei eine Säule von abnehmender Feststoffdichte in dem aufrecht stehenden Gehäuse 10 bis zu einer gegebenen Höhe, über der die Dichte praktisch konstant bleibt, gebildet wird.
Eine Zyklonabscheider 26 erstreckt sich angrenzend an das Gehäuse 10 und ist damit über eine Leitung 28 verbunden, die sich von einem Auslaß in der Rückwand 12b des Gehäuses 10 bis zu einem Einlaß in der Abscheiderwand erstreckt. Der Abscheider 26 umfaßt einen Trichterabschnitt 26a, der sich nach unten von dem Abscheider erstreckt. Wenngleich nur auf einen Abscheider 26 Bezug genommen wird, versteht es sich von selbst, daß einer oder mehrere zusätzliche (nicht dargestellte) Abscheider hinter dem Abscheider 26 angeordnet sein können. Die Anzahl und Größe der eingesetzten Abscheider wird durch die Kapazität des Wasserdampferzeugers und durch wirtschaftliche Erwägungen bestimmt.
Der Abscheider 26 nimmt die Abgase und das mitgerissene teilchenförmige Material aus dem Gehäuse 10 in einer noch zu beschreibenden Weise auf und arbeitet in herkömmlicher Weise, wobei die Feststoffe von den Abgasen zufolge der Zentrifugalkräfte abgetrennt werden, die in dem Abscheider erzeugt werden. Die abgetrennten Abgase, die praktisch frei von Feststoffen sind, werden durch eine Leitung 30, die unmittelbar oberhalb des Abscheiders 26 angeordnet ist, abgeführt. Die Anlage und das Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich sowohl auf eine atmosphärische zirkulierende Wirbelschicht, wobei die Leitung 30 mit einer Wärmewiedergewinnungszone verbunden ist, wie es gemäß Patent der Fall ist, als auch auf eine mit Druck beaufschlagte zirkulierende Wirbelschicht anwenden, bei der die Leitung 30 mit einer Anlage zur Reinigung von heißen Gasen, einem gegebenenfalls vorhandenen Topping-Verbrennungsofen und schließlich einer Heißgasturbine verbunden wäre.
Die abgetrennten Feststoffe im Abscheider 26 gelangen durch Schwerkraft nach unten in und durch den trichterförmigen Abschnitt 26a, aus dem sie über eine Leitung 34 in einen Rezirkulationswärmeaustauscher gelangen, der allgemein durch die Bezugszahl 40 bezeichnet ist und der sich angrenzend an das Gehäuse 10 und unterhalb des Abscheiders 26 befindet. Wie besser in Fig. 2 und 3 dargestellt, umfaßt der Rezirkulationswärmeaustauscher 40 eine Vorderwand 42, eine Rückwand 43 und zwei Seitenwände 44a und 44b. Eine Abdeckung 46 und ein Boden 48 erstrecken sich quer über die oberen bzw. unteren Enden der Wände 42, 43,44a und 44b eine Platte 50 erstreckt sich quer über den Wärmeaustauscher 40 in geringem Abstand zum Boden 48 um eine Luftkammer 42 abzugrenzen. Drei vertikale Trennwände 56a, 56b und 56c erstrecken sich im Abstand von und parallel zu sowie zwischen den Seitenwänden 44a und 44b, wobei sie vier Kammern 58a, 58b, 58c und 58d ausbilden. Die Trennwände 56a, 56b und 56c erstrecken sich auch in die Luftkammer 52 und unterteilen sie in vier Abschnitte 52a, 52b, 52c und 52d (Fig. 3).
Es versteht sich, daß auch (nicht dargestellte) Zugregler oder dergleichen vorgesehen sein können, um selektiv Luft in die einzelnen Luftkammerabschnitte 52a, 52b, 52c und 52d zu verteilen.
Zwei Öffnungen 56d und 56e sind in den unteren Abschnitten der Trennwände 56a bzw. 56b knapp oberhalb der Platte 50 vorgesehen. Gemäß einem ersten Beispiel ist ein Paar Schieberventile 59a und 59b an den Trennwänden 56a bzw. 56b montiert, um die Strömung der Feststoffe durch die Öffnung 56c bzw. 56d zu steuern, wie noch erörtert wird.
Eine Reihe aus Wärmeaustauschrohren, die allgemein mit der Bezugszahl 60 bezeichnet ist, ist in der Kammer 58a vorgesehen, wobei die entsprechenden Endabschnitte jedes Rohres durch geeignete Öffnungen in der Rückwand 43 nach außen reichen. Die Enden jedes Rohres sind an eine Einlaßsammelleitung 62a bzw. an eine Auslaßsammelleitung 62b (Fig. 2) angeschlossen. Analog ist eine Reihe aus Wärmeaustauschrohren 64 in der Kammer 58c vorgesehen und an den entsprechenden Enden an eine Einlaßsammelleitung 66a bzw. an eine Auslaßsammelleitung 66b angeschlossen.
Wie besser aus Fig. 3 ersichtlich, erstreckt sich eine Anzahl von Luftauslaßdüsen 68 von der Platte 50 in jede der Kammern 58a, 58b und 58c nach oben; sie sind in entsprechenden Öffnungen in der Platte zur Aufnahme von Luft aus den Luftkammerabschnitten 52a, 52b und 52c und zum Einleiten der Luft in die Kammern 58a, 58b bzw. 58c montiert.
Eine Abzugsleitung 70 ist in dem Luftkammerabschnitt 52c vorgesehen und erstreckt sich von der Platte 50 aus nach unten und durch den Boden 48 hindurch, um Feststoffe aus der zuletzt genannten Kammer auszubringen.
Ein L-Ventil 71 erstreckt sich von dem Luftkammerabschnitt 52a aus nach unten horizontal zu einer Öffnung, die in der Rückwand 12b des Gehäuses 10 gebildet ist, um zu gestatten, daß Feststoffe aus dem Luftkammerabschnitt 52a in das Gehäuse überführt werden, wie noch beschrieben wird. Diese Strömung von Feststoffen wird durch eine Luftleitung 72 (Fig. 1) gefördert und gesteuert, die mit dem L-Ventil 71 in Verbindung steht, um Luft in das Ventil abzugeben. Ein Ventil 72a ist in der Leitung 72 vorgesehen, um die Strömungsgeschwindigkeit der Luft, die in das L-Ventil abgegeben wird, aus noch zu beschreibenden Gründen zu verändern. Es versteht sich, daß die Luftleitung 72 zur Verbindung mit dem L-Ventil 71 an einer Vielzahl von Stellen angeordnet sein kann oder daß zu diesem Zweck mehrere Luftleitungen 72 vorgesehen sein können.
Eine Öffnung 42a (Fig. 3) ist durch den oberen Abschnitt der Vorderwand 42 des Gehäuses 40 in der Kammer 58b und eine Öffnung 42b ist durch den oberen Abschnitt der Wand 42 in der Kammer 58c vorgesehen. Die Öffnung 42a ist an einem höheren Punkt als die Öffnung 42b aus noch zu erläuternden Gründen angeordnet. Zwei Leitungen 73a und 73b (Fig. 2) verbinden die Öffnungen 42a bzw. 42b mit entsprechenden Öffnungen, die in der Rückwand 12b des Gehäuses 10 gebildet sind, um zu ermöglichen, daß Feststoffe aus den Kammern 58a und 58c in das Gehäuse 10 überführt werden, wie noch beschrieben wird.
Die Vorderwand 12a, die Rückwand 12b, die Seitenwände 14, die Abdeckung 16 sowie die Wände, die den Abscheider 26 und das Wärmewiedergewinnungsgehäuse 34 umgeben, sind sämtlich aus Wänden des Membrantyps gebildet, von denen jede aus einer Anzahl mit Rippen versehener Rohre besteht, die vertikal und luftdicht nebeneinander angeordnet sind, wobei einander benachbarte mit Rippen versehene Rohre an ihren Längsseiten miteinander verbunden sind. Da diese Art Konstruktion herkömmlich ist, wird sie im folgenden nicht näher beschrieben.
Eine Dampftrommel 74 ist oberhalb des Gehäuses 10 angeordnet und, wenngleich in den Zeichnungen nicht dargestellt, versteht es sich, daß eine Anzahl Sammelleitungen an den Enden der verschiedenen, oben beschriebenen Wände vorgesehen sind. Ebenso werden eine Anzahl Fallrohre, Rohre, Steigrohre, Sammelleitungen usw. verwendet, von denen einige durch die Bezugszahl 74a bezeichnet sind, um einen Wasserdampf- und Wasserkreislauf zu ermöglichen einschließlich der Dampftrommel 74, der Rohre, die die oben erwähnten Wasserrohrwände bilden, und der Rohre 60 und 64 in den Kammern 58a und 58c des Rezirkulationswärmeaustauschers 40. Ein (nicht dargestellter) Vorwärmer erhält Beschickungswasser und entläßt es zur Trommel 74, und das Wasser wird in vorherbestimmter Abfolge durch diesen Strömungskreislauf geführt, um das Wasser in Wasserdampf umzuwandeln und den Wasserdampf durch die Wärme zu erhitzen, die durch Verbrennung des teilchenförmigen Brennstoffmaterials in dem Gehäuse 10 erzeugt worden ist.
Im Betrieb werden die Feststoffe durch die Beschickungseinrichtung 25 in das Gehäuse 10 eingeleitet. Luft von einer äußeren Quelle wird unter hinreichendem Druck in die Luftkammer 24 eingeleitet, und die Luft strömt durch die Düsen 20 und in das Gehäuse 10 mit hinreichender Menge und Geschwindigkeit, um die Feststoffe in dem zuletzt genannten Abschnitt aufzuwirbeln.
Ein (nicht dargestellter) Brenner (Light-off burner) oder dergleichen ist vorgesehen, um das Brennstoffmaterial in den Feststoffen zu entzünden, wonach das Brennstoffmaterial durch die Hitze in dem Ofenabschnitt von selbst verbrennt. Die Abgase strömen nach oben durch das Gehäuse 10 und reißen die Hauptmenge der Feststoffe mit sich. Die Menge der durch die Luftkammer 24 und die Düsen 20 in das Innere des Gehäuses 10 eingeleiteten Luft wird nach der Größe der Feststoffe bemessen, so daß ein zirkulierendes Wirbelbett gebildet wird, das heißt, die Feststoffe werden in einem Ausmaß aufgewirbelt, daß ein hinreichendes Mitreißen der Feststoffe erzielt wird. Auf diese Weise sind die Abgase, die in den oberen Abschnitt des Gehäuses 10 strömen, praktisch an Feststoffen gesättigt, und die Anordnung ist derart, daß die Dichte des Bettes im unteren Abschnitt des Gehäuses 10 verhältnismäßig hoch ist, mit der Höhe über die Länge des Gehäuses 10 hinweg abnimmt und im oberen Abschnitt des Gehäuses praktisch konstant und verhältnismäßig gering ist.
Die gesättigten Abgase im oberen Abschnitt des Gehäuses treten in die Leitung 28 aus und gelangen in den Zyklonabscheider 26. In dem Abscheider 26 werden die Feststoffe von den Abgasen abgetrennt, und die ersteren gelangen von Abscheider aus durch Leitung 34 in den Rezirkulationswärmeaustauscher 40. Die sauberen Abgase vom Abscheider 26 treten über die Leitung 30 nach außen und strömen in eine Wärmewiedergewinnungszone im Falle eines atmosphärischen zirkulierenden Wirbelbettes und zu einer Heißgasreinigungsanlage im Falle eines mit Druck beaufschlagten zirkulierenden Wirbelbettes.
Während des normalen Betriebes ist das Schieberventil 59a geschlossen und das Ventil 59b offen, wie in Fig. 2 dargestellt, so daß die abgetrennten Feststoffe aus der Leitung 34 in die Kammer 58b einströmen und über die Öffnung 56e in die Kammer 58c strömen. In den Abschnitt 52c der Luftkammer 52 wird unter der Kammer 58c Luft eingeleitet und durch die entsprechenden Düsen 68 ausgebracht, um die Feststoffe in der Kammer 58c aufzuwirbeln. Die Feststoffe in der Kammer 58c strömen allgemein aufwärts durch die Wärmeaustauschrohre 64 hindurch, treten über die Öffnung 42b aus in Leitung 73b und strömen zurück in das Gehäuse 10. Wenngleich normalerweise nicht notwendig, können die Feststoffe nötigenfalls aus der Kammer 58c über die Abzugsröhre 70 ausgebracht werden. Während dieses Normalbetriebes wird aufwirbelnde Luft nicht in den Luftkammerabschnitt 52a eingebracht, der mit der Kammer 58a verbunden ist, und da die Öffnung 42a in der Wand 42 höher angeordnet ist als die Öffnung 42b, erfolgt nur eine geringe oder gar keine Strömung von Feststoffen aus der Kammer 58b unmittelbar in das Gehäuse 10.
Während des anfänglichen Inbetriebsetzens ist das Schieberventil 59b geschlossen, und die aufwirbelnde Luft wird in Richtung auf den Luftkammerabschnitt 52b angestellt, während die Luftströmung zum Abschnitt 52c abgestellt wird. Die Feststoffe in der Kammer 58c sacken auf diese Weise nach unten und schließen diese Kammer gegenüber weiterer Strömung ab. Die Feststoffe aus der Leitung 34 strömen in die Kammer 58b und die Luft, die in diese Kammer aus dem Luftkammerabschnitt 52b strömt, wirbelt das Material nach oben und außen durch die Öffnung 42a hindurch über Leitung 73a in das Gehäuse 10. Da die Kammer 58b keine Wärmeaustauscherrohre enthält, wirkt sie als direkter Byepass oder als druckdichte Durchführung, so daß das Ingangsetzen erzielt werden kann, ohne daß man die Wärmeaustauscherrohre 64 den heißen rezirkulierenden Feststoffen aussetzt.
Während eines Niedriglastbetriebes oder wenn die Last des Rezirkulationswärmeaustauschers 40 verhältnismäßig gering ist oder eine Veränderung erfordert, wird das Schieberventil 59a geöffnet, um die Öffnung 56d in der Trennwand 56a freizulegen, und Luft wird in den Luftkammerabschnitt 52a eingeführt. Dies bewirkt einen Feststoffstrom aus der Kammer 58b durch die Öffnung 56d in die Kammer 58a und quer durch die Wärmeaustauscherrohre 60 hindurch, um die Feststoffe abzukühlen, bevor sie durch das L-Ventil 71 ausgebracht werden. Während dieses Betriebes wird jegliche Luftströmung durch den Luftkammerabschnitt 52c abgestellt, und das Schieberventil 59b wird nötigenfalls geschlossen. Luft kann über die Luftleitung 72 in das L-Ventil 71 eingeblasen werden, um den Feststoffstrom von der Kammer 58a in den Ofen 10 zu fördern. Da der Luftstrom von Leitung 72 in das L-Ventil 71 durch das Ventil 72a variabel gestaltet werden kann, kann die Last des Rezirkulationswärmeaustauschers 40 verändert werden, um verschiedene Auslegungsmerkmale zu erfüllen.
Die Kammer 58d ist zur Aufnahme von zusätzlichen Wärmeaustauscherrohren vorgesehen, um zusätzliche Wärme aus den Feststoffen abzuführen, falls dies notwendig sein sollte.
Fluid, wie beispielsweise Speisewasser, wird in den oben beschriebenen Strömungskreislauf in vorherbestimmter Abfolge eingeleitet und durch ihn hindurch zirkulieren gelassen, um das Speisewasser in Wasserdampf umzuwandeln und den Dampf zu erhitzen und zu überhitzen. Zu diesem Zweck kann die Wärme, die von den Feststoffen durch die Wärmeaustauscherrohre 60 und 64 in den Kammern 58a und 58c abgeführt worden ist, dazu verwendet werden, das Erhitzen oder das zusätzliche Überhitzen zu bewirken.
Im folgenden wird eine weitere Methode der selektiven Steuerung der Feststoffströmung durch die Kammern und zwischen den Kammern 58a, 58b und 58c ins Auge gefaßt. Gemäß dieser Methode werden die Düsen 68 in der Kammer 58b durch eine Anzahl Düsen 76 (Fig. 3) ersetzt, die sich über die Höhe der Öffnungen 56d und 56e nach oben erstrecken. Eine Luftsammelleitung 78 erhält Luft von einer Luftleitung 80 und verteilt die Luft an die Düsen 76 mit Hilfe einer entsprechenden Anzahl von Luftleitungen 82. Auf diese Weise würde die Luft, die in die Luftleitung 80 eingeleitet worden ist, über die Düsen 76 auf einer Höhe in die Kammer 52b ausgebracht, die über der Höhe der Öffnungen 56d und 56e liegt. Demzufolge würden die Feststoffe in Kammer 56b, die sich unterhalb des oberen Endes der Düsen 76 befinden, nicht aufgewirbelt, sondern würden statt dessen in der letztgenannten Kammer zusammenfallen, während die Feststoffe, die sich oberhalb der Düsen 76 befinden, aufgewirbelt würden und auf diese Weise nach oben durch die Kammer 58b und aus der Öffnung 42a in der Wand 42 zur Weiterleitung über Leitung 73a in das Gehäuse 10 strömen. Auf diese Weise würde, wenn überhaupt, ein sehr geringer Feststoffstrom von der Kammer 58b in die Kammern 58a und 58c durch die Öffnungen 56d bzw. 56e erfolgen. Wenn die Luftströmung in die Luftleitung 80 und daher in die Kammer 58b abgestellt wird und Luft in die Luftkammerabschnitte 52a, 52b oder 52c geleitet wird, würde die zuletzt genannte Luft die Strömung von Feststoffen aus der Kammer 58b in die Kammern 58a oder 58c bewirken, wie oben beschrieben.
Auf diese Weise ermöglicht die Verwendung der Düsen 76, daß der Feststoffstrom zwischen den Kammern 58a, 58b und 58c selektiv gesteuert wird. Es versteht sich, daß die Düsen 76 anstelle der Ventile 59a und 59a oder zusätzlich dazu eingesetzt werden können.
Mehrere Vorteile ergeben sich aus der Vorrichtung gemäß der Erfindung. Beispielsweise wird Wärme von den abgetrennten Feststoffen, die aus dem Abscheider 26 herausströmen, entfernt, bevor sie wieder in das Gehäuse 10 eingeführt werden, ohne daß die Temperatur der Abgase erniedrigt wird. Auch befinden sich die abgetrennten Gase bei hinreichender Temperatur, um ein beträchtliches Erhitzen des Fluids der Anlage zu gewährleisten, während der Rezirkulationswärmeaustauscher zusätzliche Wärme, die in einem Erhitzungszyklus benötigt werden könnte, liefern kann. Auch können die zurückgeführten Feststoffe unmittelbar aus Leitung 34 während des Inbetriebsetzens oder während eines Niedriglastbetriebes in das Gehäuse 10 geleitet werden, bevor ein adäquater kühlender Wasserdampfstrom in die Rohre 64 in der Kammer 58c aufgebaut worden ist. Außerdem wird eine selektive Strömung der Feststoffe zwischen den Kammern 58a, 58b und 58c innerhalb des Gehäuses 40 des Rezirkulationswärmeaustauschers je nach den einzelnen Betriebsbedingungen ermöglicht. Bei Niedriglastbetrieb oder wenn die Leistung des Rezirkulationswärmeaustauschers 40 verhältnismäßig gering ist oder eine Veränderung erfordert, kann außerdem der Feststoffstrom aus dem Wärmeaustauscher 40 durch das L-Ventil 71 und den Ofen 10 verändert werden, indem man den Luftstrom von Leitung 72 verändert.
Es versteht sich, daß mehrere Abänderungen der beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne daß vom Erfindungsgedanken abgewichen wird. Beispielsweise kann die Wärme, die von den Feststoffen in Kammer 58c entfernt worden ist, dazu verwendet werden, das Anlagefluid im Ofenabschnitt oder in einem Vorwärmer usw. zu erhitzen. Auch können andere Arten von Betten im Gehäuse 10 verwendet werden, wie beispielsweise ein Bett nach dem zirkulierenden Transportmodus mit konstanter Dichte über die gesamte Höhe oder ein Sprudelbett usw. Auch kann eine Reihe Wärmewiedergewinnungsvorrichtungen verwendet werden mit Überhitzungs-, Erhitzungs- und bzw. oder Vorwärme- Oberfläche oder irgendeine Kombination daraus eingesetzt werden. Weiter kann die Anzahl und bzw. oder Anordnung der Bypasskanäle in dem Rezirkulationswärmeaustauscher 40 variiert werden. Schließlich können Sorptionsmaterialien in das Gehäuse 10 über die Leitungen 73a und 73b eingeführt werden.
Beispiele für Ausführungsformen der Erfindung umfassen:
eine Anlage, die außerdem Abzugsmittel umfaßt, die mit der dritten Kammer zur Entfernung der Materialien daraus verknüpft sind;
eine Anlage, die außerdem Mittel zum selektiven Einleiten von Luft in jede der Kammern umfaßt, um das Material darin aufzuwirbeln und die Strömung des Materials zu gestatten;
eine Anlage, bei der sich die eine Kammer zwischen der zweiten Kammer und der dritten Kammer erstreckt;
eine Anlage, bei der mindestens ein Teil der Wände des Gehäuses durch Rohre gebildet wird und welche Fluidströmungskreislauf-Mittel aufweist, um Fluid durch die Rohre zur Übertragung von Wärme zu leiten, die in dem Ofenabschnitt in dem Fluid erzeugt worden ist;
eine Anlage, bei der die Fluidleitungsmittel in den Fluidströmungskreislauf-Mitteln integriert (connected) sind;
eine Anlage, bei der die Rezirkulationswärmeaustausch-Mittel zwischen den Abtrennungsmitteln und dem Gehäuse angeordnet sind; sowie
ein Verfahren, bei dem die Kühlschritte umfassen, daß man Fluid durch Wärmeaustauschmittel in der zweiten oder dritten Kammer in Wärmeaustauschbeziehung zu dem Material in den Kammern führt, um Wärme von dem zuletzt genannten Material auf das Fluid zu überführen;
ein Verfahren, bei dem der Kühlschritt gesteuert wird, um die Temperatur der abgetrennten Materialien, die in den Ofen geleitet werden, zu steuern;
ein Verfahren, das außerdem den Schritt umfaßt, daß man Fluid durch Wasserwandrohre leitet, die das Gehäuse bilden, um Wärme, die in dem Ofenabschnitt erzeugt wird, auf das Fluid zu übertragen; und
ein Verfahren, bei dem der Schritt des selektiven Leitens den Schritt umfaßt, daß man Luft in die erste Kammer zum Leiten des Materials unmittelbar in den Ofen oder Luft in die zweite Kammer zum Überführen des Materials aus der ersten in die zweite Kammer und in den Ofen einleitet.

Claims

1. Wirbelschichtfeuerungsanlage, umfassend ein Gehäuse (10), Mittel (22) im Gehäuse (10) zur Halterung einer Wibelschicht aus teilchenförmigem Material einschließlich von Brennstoff, Abtrennungsmittel (26) zur Aufnahme von Abgasen aus der Verbrennung des Brennstoffs und von mitgerissenem teilchenförmigen Material und zur Abtrennung des mitgerissenen teilchenförmigen Materials aus den Abgasen, drei Kammern (58a, 58b, 58c), die angrenzend an das Gehäuse (10) angeordnet sind, Mittel (34) zum Austragen des abgetrennten Materials aus den Abtrennungsmitteln (26) in eine der Kammern (58b), Mittel (59a, 59b, 68, 76) zum selektiven Strömenlassen des abgetrennten Materials aus der einen Kammer (58b) in die anderen Kammern (58a, 58c), Mittel (60, 64) zum Leiten eines Kühlmediums in Wärmeaustauschbeziehung zu dem abgetrennten Material in den anderen Kammern (58a, 58c) zum Abkühlen des Materials, eine erste Leitung (73a), die die eine Kammer (58b) mit dem Gehäuse (10) verbindet, um das abgetrennte Material in der einen Kammer (58b) unmittelbar zurück in das Gehäuse (10) zu leiten, zwei zusätzliche Leitungen (71, 73b), die jeweils die anderen Kammern (58a, 58c) mit dem Gehäuse (10) verbinden, um das abgetrennte Material aus den anderen Kammern (58a, 58c) zurück in das Gehäuse (10) zu leiten, Mittel (72) zum Einleiten von Luft in eine der zusätzlichen Leitungen (71) zum Unterstützen der Strömung des abgetrennten Materials aus der Kammer (58a), die mit der einen zusätzlichen Leitung (71) verbunden ist, in das Gehäuse (10) sowie Mittel zur Veränderung der Strömung der Luft und damit der Strömung des Materials durch die eine zusätzliche Leitung (71).

2. Anlage gemäß Anspruch 1, wobei die Mittel zum Strömenlassen (59a, 59b) zwei Ventile (59a, 59b) zur jeweiligen Steuerung der Materialströmung aus der einen Kammer (58b) in die anderen Kammer (58a, 58c) umfaßt.

3. Anlage gemäß Anspruch 2, worin jedes der Ventile (59a, 59b) zwischen einer offenen Stellung, in der das Material von der einen Kammer (58b) in die mit dem Ventil (59a, 59b) verbundene Kammer (58a, 58c) strömt, und einer geschlossenen Stellung, in der das Material aus der einen Kammer (58b) unmittelbar zurück in das Gehäuse (10) oder in die andere Kammer (58a, 58c), die nicht mit dem geschlossenen Ventil (59a, 59b) verbunden ist, strömt, verstellbar ist.

4. Anlage gemäß Anspruch 1, wobei die Mittel (76) zum Strömenlassen ein Mittel (76) zum selektiven Einleiten von Luft in die eine Kammer (58b) zur Steuerung der Materialströmung zu den ändern Kammern (58a, 58c) umfassen.

5. Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der zusätzlichen Leitungen (71) in Form eines L-Ventils vorliegt.

6. Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der zusätzlichen Leitungen (71) mit dem Boden ihrer entsprechenden anderen Kammer (58a) verbunden ist.

7. Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die eine Kammer (58b) zwischen den anderen Kammern (58a, 58c) erstreckt.

8. Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die Mittel (68) zum selektiven Einleiten von Luft in jede der Kammern (58a, 58b, 58c) aufweist, um das Material darin aufzuwirbeln, um die Materialströmung zwischen den Kammern (58a, 58b, 58c) zu unterstützen.

9. Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil der Wände (12a, 12b, 14) des Gehäuses (10) durch Rohre gebildet wird und die Fluidströmungskreislauf- Mittel aufweist, um Fluid durch die Rohre zur Übertragung von Wärme zu leiten, die in dem Ofenabschnitt in dem Fluid erzeugt worden ist.

10. Verfahren zum Betreiben einer Wirbelschichtfeuerungsanlage, wobei man eine Wirbelschicht aus teilchenförmigem Material einschließlich Brennstoff in einem Gehäuse (10) haltert, das Brennstoffmaterial in dem Gehäuse (10) verbrennt, das mitgerissene teilchenförmige Material von den Abgasen aus der Verbrennung abtrennt, das abgetrennte Material in eine Kammer (58b) eines Rezirkulationswärmetauschers leitet, das Material aus der einen Kammer (58b) selektiv in das Gehäuse (10) oder in zwei weitere Kammern (58a, 58c) des Wärmetauschers durch Öffnungen (56d, 56e) leitet, das Material in den anderen Kammern (58a, 58c) kühlt, das abgekühlte Material aus den beiden anderen Kammern (58a, 58c) zurück in das Gehäuse (10) leitet und Luft in die Strömung des abgekühlten Materials, das von einer (58a) der beiden ändern Kammer (58a, 58c) in das Gehäuse (10) strömt, einleitet, um die Strömung aus abgekühlten Material aus der einen anderen Kammern (58a) in das Gehäuse (10) zu unterstützen und das Einleiten abwandelt, um die Geschwindigkeit der Strömung des gekühlten Materials aus der einen anderen Kammern (58a) in den Ofen abzuwandeln.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das selektive Leiten das Einleiten von Luft in die eine Kammer (58b) zum Leiten des Materials unmittelbar in den Ofen oder das Einleiten von Luft in die anderen Kammern (-58a, 58c) zum Leiten des Materials aus der ersten Kammer (58b) zu den anderen Kammern (58a, 58c) durch Öffnungen (56d, 56e) umfaßt.

12. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Material in der einen anderen Kammer (58a) vom Boden dieser Kammer (58a) zu dem Gehäuse (10) strömt.