DE3625373A1 - Dampferzeuger mit zirkulierender atmosphaerischer oder druckaufgeladener wirbelschichtfeuerung, sowie verfahren zu seiner regelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit zirkulierender atmosphärischer oder druckaufgeladener Wirbelschichtfeuerung, bestehend aus einer Wirbelbrennkammer, mindestens einem Abscheider, mindestens einem dem Abscheider nachgeschalteten und mit einem Teilstrom der vom Abscheider abgeschiedenen Feststoffe beaufschlagbaren Fließbettkühler und einem Abhitzekesselzug, in denen Speisewasservorwärmer-, Verdampfer-, Überhitzer- und Zwischenüberhitzerheizflächen angeordnet sind, wobei mindestens eine Verdampferheizfläche in der Wirbelbrennkammer und mindestens eine Zwischenüberhitzerheizfläche in einem Fließbettkühler angeordnet ist und parallel zu mindestens einer Heizfläche eine einstellbare Bypass-Leitung vorgesehen ist.

Ein solcher Dampferzeuger ist aus der EP-PS 68 301 bekannt. Bei dem bekannten Dampferzeuger ist in einem Fließbettkühler eine Verdampferheizfläche mit einer dazu parallel geschalteten Bypass-Leitung vorgesehen und in einem anderen Fließbettkühler sind ausschließlich Heizflächen für die Zwischenüberhitzung angeordnet. Somit wird die Aufwärmung des ZÜ-Dampfes geregelt über die Bettemperatur, die ihrerseits von dem über den Fließbettkühler rückgeführten Aschestrom beeinflußt wird.

Weiterhin ist aus der Zeitschrift "Modern Power Systems", Dezember/Januar 1984/85, Seite 57 ein Dampferzeuger bekannt, bei dem jeweils zwei Verdampferheizflächen und zwei Zwischenüberhitzerheizflächen in getrennten Fließbettkühlern angeordnet sind. Bypass-Leitungen sind nicht vorgesehen, jedoch ist zwischen den beiden Zwischenüberhitzerheizflächen ein Einspritzkühler eingeschaltet. Über diesen und den dem Fließbettkühler zugeführten Aschestrom erfolgt die Temperaturregelung der ZÜ-Austrittstemperatur.

Bei den bekannten Dampferzeugern ist eine einfache Beeinflussung der Wärmebilanz in der Feuerungsschleife: Wirbelbrennkammer, Abscheider, Fließbettkühler, Wirbelbrennkammer nicht möglich. Bei großen und schnellen Laständerungen ergibt sich ein nicht ausreichendes Regelverhalten, Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Zwischenüberhitzeraustrittstemperatur und einer im wesentlichen konstanten Rauchgaseintrittstemperatur in den Abhitzekesselzug.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Dampferzeuger zu schaffen, bei dem eine einfache und schnelle Beeinflussung der Feuerungsseite bei gleichzeitiger einfacher Regelung der Zwischenüberhitzeraustrittstemperatur möglich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zusammen mit der Zwischenüberhitzerheizfläche in dem Fließbettkühler mindestens eine Überhitzerheizfläche angeordnet ist und der Zwischenüberhitzerheizfläche eine einstellbare Bypass- Leitung zugeordnet ist.

Durch die Anordnung einer Überhitzerheizfläche zusammen mit der Zwischenüberhitzerheizfläche mit Bypass-Leitung in dem Fließbettkühler ist zum einen gegenüber einer ZÜ- Temperaturregelung mittels Einspritzkühler eine hervorragende Regeldynamik auch bei großen und schnellen Laständerungen erreichbar, und zum anderen kann mittels der Bypass-Leitung die Wärmeaufnahmeverteilung zwischen den Heizflächen im Fließbettkühler beeinflußt werden. Der Bypass-Strom verändert in der Zwischenüberhitzerheizfläche im Fließbettkühler zum einen die innere Wärmeübergangszahl und zum anderen die logarithmische Temperaturdifferenz. Zwischen dem übertragenen Wärmestrom und dem Bypass-Strom besteht ein nahezu linearer Zusammenhang.

Somit kann die Wärmebilanz in der Feuerungsschleife und die Wärmeverteilung zwischen der Feuerungsschleife und dem Abhitzekesselzug beeinflußt werden, indem der über den Fließbettkühler geführte Aschestrom geändert wird, während die ZÜ-Austrittstemperatur durch entsprechende Einstellung der Bypass-Leitung aufrechterhalten bleibt.

Beim Anfahren des Dampferzeugers kann der Fließbettkühler der Wirbelbettemperatur etwas nacheilen, so daß in der Zwischenüberhitzerheizfläche Kondensation und Wasserstöße auftreten können. Die wird durch die erfindungsgemäße Anordnung ebenfalls vermieden.

Es kann zweckmäßig sein, daß in dem Fließbettkühler eine weitere der ersten Überhitzerheizfläche vorgeschaltete zweite Überhitzerheizfläche vorgesehen ist, wobei zwischen den beiden Überhitzerheizflächen eine Überlaufwand angeordnet ist, um die thermische Kopplung zwischen der Zwischenüberhitzerheizfläche und der ersten Überhitzerheizfläche zu verbessern. Diese Kopplung wird weiter verbessert, wenn diese beiden Heizflächen miteinander verschachtelt sind.

Es ist auch zweckmäßig, wenn der im Fließbettkühler angeordneten Zwischenüberhitzerheizfläche eine im Abhitzekesselzug angeordnete zweite Zwischenüberhitzerheizfläche vorgeschaltet ist. Die Größe des Bypass-Stromes ist bei gleicher Regelfähigkeit der Zwischenüberhitzeraustrittstemperatur abhängig von der Aufwärmespanne. Der Bypass-Strom ist am kleinsten, wenn die gesamte Zwischenüberhitzerheizfläche im Fließbettkühler liegt. Es ist daher von Vorteil, wenn die gesamte Zwischenüberhitzerheizfläche in der vorstehend beschriebenen Weise zwischen Fließbettkühler und Abhitzekesselzug aufgeteilt ist.

Es ist zweckmäßig, daß auch dieser Zwischenüberhitzerheizfläche eine Bypass-Leitung zugeordnet ist, um die Wärmeverteilung auf die Zwischenüberhitzerheizflächen einerseits und die Wärmeverteilung zwischen Feuerungsschleife und Kesselzug andererseits beeinflussen zu können.

Es von Vorteil, wenn dem Austrittsende jeder Bypass-Leitung jeweils eine besondere Mischstrecke zugeordnet ist. Grenzen werden der Bypass-Regelung nur durch den Werkstoff gesetzt. Denn je mehr Dampf umfahren wird, um so höher muß die Auslegungstemperatur für die Heizfläche und die Mischstrecke sein.

Vorzugsweise besteht die Mischstrecke aus einem äußeren Mantel und einem in dem äußeren Mantel einseitig eingeschweißten venturiähnlichen Einsatz, wobei der heiße Dampf den venturiähnlichen Einsatz axial durchströmt, und der kalte Dampf in einen Ringraum zwischen äußerem Mantel und Außenfläche des Einsatzes eingeführt wird und über einen Ringspalt aus dem Ringraum in den heißen Dampf eintritt.

Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Regeln des Dampferzeugers.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß bei Erhöhung des dem Fließbettkühler zugeführten Ascheteilstromes die der Zwischenüberhitzerheizfläche zugeordnete Bypass-Leitung weiter geöffnet und bei abnehmendem Aschestrom weiter geschlossen wird.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampferzeugers und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Einmischstrecke, wie sie bei dem Dampferzeuger gemäß Fig. 1 Verwendung finden kann und

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III in Fig. 2.

Der Dampferzeuger weist eine Wirbelbrennkammer (1) auf, der in nicht näher erläuterter Weise Brennstoff, gegebenenfalls Additiv, Primärluft und Sekundärluft zugegeben wird. Die mit dem Rauchgas aus der Wirbelbrennkammer (1) ausgetragenen Feststoffe werden in einem Abscheider (2) abgeschieden. Die abgeschiedenen Feststoffe werden über eine Feststoffleitung (3) einem Drei-Wege-Verteiler (4) zugeführt, der die Feststoffe auf zwei Feststoffleitungen (5) und (6) verteilt, von denen die eine in einen Fließbettkühler (7) und die andere in der Wirbelbrennkammer (1) mündet. In dem Fließbettkühler (7) abgekühlte Feststoffe werden über eine Leitung (8) ebenfalls der Wirbelbrennkammer (1) zugeleitet.

Das aus dem Abscheider (2) austretende Gas tritt in einen Abhitzekesselzug (9) mit einer Temperatur von z. B. 850°C ein und verläßt den Abhitzekesselzug (9) an seinem unteren Ende.

Speisewasser wird über eine Leitung (10) herangeführt und in einer als Schottenheizfläche ausgebildeten ersten Speisewasservorwärmerheizfläche (11) und danach in einer als Wandheizfläche ausgebildeten Speisewasservorwärmheizfläche (12) vorerwärmt. Das vorerwärmte Wasser wird über eine Leitung (13) einer vorzugsweise als Wandrohrheizfläche ausgebildeten Verdampferheizfläche (14) der Wirbelbrennkammer (1) zugeführt. Die Heizfläche (14) ist über eine Leitung (15) mit einer Abscheideflasche (16) verbunden. Abgeschiedenes Wasser wird über eine Leitung (17) mit einer Pumpe (18) zum Eingang der Vorwärmheizfläche (11) zurückgeführt. Aus der Abscheideflasche (16) wird Dampf über eine Leitung (19) einer aus Tragrohren aufgebauten ersten Überhitzerheizfläche (20) zugeleitet. Über eine Leitung (21) strömt der Dampf aus der Überhitzerheizfläche (20) in eine in dem Fließbettkühler angeordnete Überhitzerheizfläche (22), von dort über eine gegebenenfalls mit einem Einspritzkühler (23) versehene Leitung (24) in eine weitere Überhitzerheizfläche (25) in dem Fließbettkühler. Der so überhitzte Dampf wird über eine Leitung (26), die gegebenenfalls einen Einspritzkühler (27) aufweist, einer letzten Überhitzerheizfläche (28) zugeleitet, die als Schottenheizfläche im oberen Ende des Abhitzekesselzuges (9) angeordnet ist und strömt von dort zu einer nicht dargestellten Turbine.

Von der Turbine wird der Dampf zur Zwischenüberhitzung über eine Leitung (29) einer Zwischenüberhitzerheizfläche (30) zugeführt, die in dem Abhitzekesselzug (9) in der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise angeordnet ist. Über eine eine Mischstrecke (31) aufweisende Leitung (32) wird der in der Heizfläche (30) erhitzte Dampf über ein Drei-Wege- Ventil (33) einer weiteren Zwischenüberhitzerheizfläche (34) im Fließbettkühler (7) zugeführt. Die Heizflächen (25) und (34) sind miteinander verschachtelt und sind im Fließbettkühler (7) von der Überhitzerheizfläche (22) durch eine Überfließwand (35) getrennt. Die Feststoffleitung (5) mündet in den Fließbettkühler (7) im Bereich der miteinander verschachtelten Heizflächen (25/34) ein. Der überhitzte Dampf wird über eine eine Mischstrecke (36) aufweisende Leitung (37) zur Turbine zurückgeführt. In der Zufuhrleitung zur Heizfläche (34) befindet sich ein Drei-Wege-Ventil (38), das über eine Bypass-Leitung (39) mit der Mischstrecke (31) verbunden ist. Das Drei-Wege- Ventil (33) ist über eine Bypass-Leitung (40) mit der Mischstrecke (36) verbunden.

Alternativ zur Bypass-Anordnung (31, 38, 39) ist es möglich, einen in der Leitung (32) vorgesehenen Einspritzkühler (41) zu verwenden. Jedoch wird auch für die Überhitzerheizfläche (30) eine Bypass-Regelung bevorzugt.

Bei Betrieb des Dampferzeugers soll z. B. am Rauchgaseintritt zum Abhitzekesselzug (9) über den gesamten Lastbereich eine Eintrittstemperatur von 850°C aufrecht erhalten werden, während eine konstante Zwischenüberhitzeraustrittstemperatur von 535°C gehalten werden soll. Wenn nun über die Verdampferheizfläche (14) weniger Wärme aufgenommen wird, kann die Rauchgastemperatur am Eingang des Abhitzekesselzuges (9) ansteigen. Um dieses zu verhindern, wird der Verteiler (4) so verstellt, daß mehr Feststoff über die Leitung (5) dem Fließbettkühler (7) zugeleitet wird. Um dann einen Anstieg der Zwischenüberhitzerausgangstemperatur zu vermeiden, wird das Drei-Wege-Ventil (33) so verstellt, daß ein entsprechender Teilstrom des von der Heizfläche (30) herangeführten Dampfes über Leitung (40) der Mischstrecke (36) zugeführt wird, so daß die gewünschte Zwischenüberhitzungstemperatur am Auslaß der Mischstrecke (36) eingehalten wird. Über den gesamten Lastbereich kann so auf einfache Weise gewährleistet werden, daß sowohl die Zwischenüberhitzeraustrittstemperatur als auch die Rauchgaseintrittstemperatur am Einlaß des Abhitzekesselzuges (9) im wesentlichen konstant gehalten werden können.

In der Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform für eine Mischstrecke dargestellt. Die Mischstrecke weist einen äußeren Mantel (42) auf, in den der heiße Dampf eintritt (in der Fig. 2 von unten). In dem äußeren Mantel ist ein venturiähnlicher Einsatz (43) angeordnet derart, daß zwischen der Innenfläche des äußeren Mantels und der Außenfläche des Einsatzes ein Ringraum (44) ausgebildet ist. Der Durchmesser des Einlaufes (43 a) des Einsatzes (43) ist so gewählt, daß der Ringraum (44) über einen Ringspalt (44 a) mit dem Inneren des Mantels in Verbindung steht. Der Auslauf (43 b) ist abgedichtet mit der Innenfläche des äußeren Mantels verschweißt. Der byzupassende Dampfstrom wird über einen mit der Bypass-Leitung verbundenen Einlaßstutzen (45) dem Ringraum (44) zugeleitet und verläßt diesen durch den Ringspalt (44 a) im Gegenstrom zum heißen Dampf und wird unter Umlenkung in diesen eingemischt. Vorzugsweise sind der Mantel (42) und der Stutzen (45) als T-Stück einstückig ausgebildet. Mit der Anordnung kann ein Einmischen des kälteren Dampfes ohne Thermoschocks und vernachlässigbare Wärmespannungen am Einsatz und/oder äußeren Mantel erreicht werden. Durch die Verwendung eines venturiähnlichen Einsatzes (43) wird ein Druckabfall weitgehendst vermieden.

Es könnte in gewissen Anwendungsfällen auch zweckmäßig sein, zwischen der Leitung (21) und der Leitung (26) ebenfalls eine Bypass-Anordnung mit Drei-Wege-Ventil, Bypass-Leitung und Mischstrecke vorzusehen. In den Leitungen (24) und (26) sind jeweils noch Rückschlagklappen (46) vorzugsweise vorzusehen.

Claims (7)

1. Dampferzeuger mit zirkulierender atmosphärischer oder druckaufgeladener Wirbelschichtfeuerung, bestehend aus einer Wirbelbrennkammer, mindestens einem Abscheider, mindestens einem dem Abscheider nachgeschalteten und mit einem Teilstrom der vom Abscheider abgeschiedenen Feststoffe beaufschlagbaren Fließbettkühler und einem Abhitzekesselzug, in denen Speisewasservorwärmer-, Verdampfer-, Überhitzer- und Zwischenüberhitzerheizflächen angeordnet sind, wobei mindestens eine Verdampferheizfläche in der Wirbelbrennkammer und mindestens eine Zwischenüberhitzerheizfläche in einem Fließbettkühler angeordnet ist und parallel zu mindestens einer Heizfläche eine einstellbare Bypass-Leitung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit der Zwischenüberhitzerheizfläche (34) in dem Fließbettkühler (7) mindestens eine Überhitzerheizfläche (25) angeordnet ist und der Zwischenüberhitzerheizfläche (34) eine einstellbare Bypass-Leitung (40) zugeordnet ist.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fließbettkühler (7) eine weitere der ersten Überhitzerheizfläche (25) vorgeschaltete zweite Überhitzerheizfläche (22) vorgesehen ist, wobei zwischen den beiden Überhitzerheizflächen eine Überlaufwand (35) angeordnet ist.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im Fließbettkühler (7) angeordneten Zwischenüberhitzerheizfläche (34) eine im Abhitzekesselzug (9) angeordnete zweite Zwischenüberhitzerheizfläche (30) vorgeschaltet ist.

4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der der zweiten Zwischenüberhitzerheizfläche (30) eine Bypass-Leitung (39) zugeordnet ist.

5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Austrittsende jeder Bypass-Leitung (39; 40) eine besondere Mischstrecke (31; 36) zugeordnet ist.

6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischstrecke aus einem äußeren Mantel (42) und einem in dem äußeren Mantel einseitig eingeschweißten venturiähnlichen Einsatz (43) besteht, wobei der heiße Dampf den venturiähnlichen Einsatz (43) axial durchströmt, und der kalte Dampf in einen Ringraum (44) zwischen äußerem Mantel und Außenfläche des Einsatzes eingeführt wird und über einen Ringspalt (44 a) aus dem Ringraum in den heißen Dampf eintritt.

7. Verfahren zum Regeln des Dampferzeugers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erhöhung des dem Fließbettkühler (7) zugeführten Ascheteilstromes (5) die der Zwischenüberhitzerheizfläche (34) zugeordnete Bypass-Leitung (40) weiter geöffnet und bei abnehmendem Aschestrom weiter geschlossen wird.