DE69108024T2

DE69108024T2 - Methode zur temperaturregelung der verbrennungsluft in einer wirbelschicht-verbrennungsanlage mit druckbeaufschlagung.

Info

Publication number: DE69108024T2
Application number: DE69108024T
Authority: DE
Inventors: Leif Kemmer; Dilip Mukherjee; Goeran Tjellander
Original assignee: ABB Stal AB
Current assignee: ABB Stal AB
Priority date: 1990-05-10
Filing date: 1991-05-08
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2011-05-09
Also published as: FI101571B; EP0527918A1; FI925078A0; FI101571B1; JP2965265B2; DK0527918T3; US5315816A; AU7880891A; DE69108024D1; EP0527918B1; WO1991017389A1; FI925078A; SE9001688D0; JPH05506922A; ES2073757T3

Description

Technischen Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf die Begrenzung der Temperaturänderungen in strömenden Gasen in einer Verbrennungsanlage, in welcher Wärmeübertragungsflächen in den Gaspfaden angeordnet sind zur Begrenzung der Temperatur des Gases, welches einer in der Anlage vorhandenen Brennkammer zugeführt wird, und zur Begrenzung der Abgase, welche von der Anlage geliefert werden. Die Erfindung ist besonders wertvoll in einer Kraftwerksanlage, in der die Verbrennung in einem unter Druck stehenden Wirbelbett erfolgt, einer PFBC- (Pressurized Fluidized Bed Combustion)-Anlage, in welcher die Erfindung eine Begrenzung der Temperaturänderungen der der Brennkammer zugeführten Luft und der von der Anlage abgegebenen Abgase erlaubt, was bedeutet, daß die Ausgangsleistung oder der Wirkungsgrad von Änderungen der Umgebungstemperatur und des Kompressionsverhältnises im wesentlichen unabhängig ist.

Stand der Technik

Während der Verbrennung in einem Wirbelbett wird dem Wirbelbett Luft zur Fluidisierung des Bettmaterials und zur Verbrennung des dem Wirbelbett zugeführten Brennstoffes zugeführt. Wenn das Wirbelbett Teil einer Anlage zur Verbrennung in einem unter Druck stehenden Wirbelbett ist, einer PFBC(Pressurized Fluidized Bed Combustion)-Anlage, so ist das in einem Bettgefäß enthaltene Wirbelbett in einem Druckgefäß eingeschlossen, und die dem Wirbelbett zugeführte Luft wird komprimiert, beispielsweise in einem von einer Gasturbine angetriebenen Kompressor.
Der Massenfluß der einer PFBC-Anlage zugeführten komprimierten Luft wird in einem Bereich von 40 bis 105 % des Nennflusses gesteuert. Die Komprimierung erfolgt normalerweise durch einen Kompressor, der von einer Gasturbine angetrieben wird. Unter dem Gesichtspunkt der Kapitalkosten sind hohe Kompressionsverhältnisse wünschenswert. Ein von einer Gasturbine getriebener Kompressor bietet verschiedene Möglichkeiten der Steuerung des Massenflusses, was von dem Typ der Gasturbine abhängt. Eine Einwellen-Einheit kann den Massenfluß durch Verstellung der Leitschaufeln und der Einlaßventile des Kompressors verändern, und zusätzlich kann komprimierten Luft durch den Kompressor zurückzirkuliert werden. In einer mehrwelligen Einheit können darüberhinaus verstellbare Leitschaufeln und Düsen der Turbine sowie eine Variation der Rotorgeschwindigkeit eingesetzt werden.
Die Temperatur der dem Wirbelbett vom Kompressor über das Druckgefäß zugeführten Luft muß begrenzt werden, und zwar sowohl bei Verwendung der Luft zur Kühlung des Druckgefäßes, Bettgefäßes, der Zyklone und anderer in dem Druckgefäß vorhandener tragender Komponenten als auch dann, wenn Temperaturänderungen, bedingt durch Kompressionsverhältnisse und Umgebungstemperatur, der dem Wirbelbett zugeführten Luft die Ausgangsleistung der Anlage und den Wirkungsgrad der Anlage beeinflussen.
Die Temperatur der dem Druckgefäß in normalen PFBC-Anlagen zugeführten Luft ist nicht begrenzt, und daher findet kein Ausgleich der in der komprimierten Luft auftretenden Temperaturänderungen statt. Temperaturänderungen ergeben sich als Folge von Anderungen der Umgebungstemperatur und veränderlichen Kompressionsverhältnissen und werden in einer normalen PFBC-Anlage durch eine Änderung der Ausgangsleistung der Anlage und des Wirkungsgrades der Anlage kompensiert.
Die Restwärme der von der Brennkammer gelieferten Abgase werden Abgas-Ekonomisern zugeführt, die in den Abgaspfaden angeordnet sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Einfluß von Änderungen der Umgebungstemperatur, der Kompressionsverhältnisse in der komprimierten Luft des Kompressors, usw., der sich bei einer Anlage mit Verbrennung in einem unter Druck stehenden Wirbelbett, einer PFBC(Pressurized Fluidized Bed Combustion)-Anlage, in der Ausgangsleistung der Anlage und dem Wirkungsgrad der Anlage widerspiegelt, wird weitgehend beseitigt, wenn die Temperaturänderungen der zugeführten Verbrennungsluft gemäß der vorliegenden Erfindung begrenzt werden.
Die Anlage enthält einer Brennkammer in Form eines unter Druck stehenden Wirbelbettes, Luftpfade, in denen die dem Wirbelbett zugeführte Luft komprimiert ist, Abgaspfade, in denen die in den von der Anlage erzeugten Abgasen enthaltene Energie durch eine in den Abgaspfaden angeordnete Gasturbine teilweise zurückgewonnen wird, und ein Speisewasser/Dampf- System mit Wärmeübertragungsflächen, welche in den Luft- und Abgaspfaden angeordnet sind.
Gemäß der Erfindung werden die Temperaturänderungen der dem Wirbelbett zugeführten Druckluft durch Wärmeübertragungsflächen begrenzt, vorzugsweise in Form von Wärmetauschern, die in den Luftpfaden angeordnet sind.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Temperatur der von der Anlage abgegebenen Abgase gleichzeitig mittels Wärmeübertragungsflächen begrenzt, die in den Abgaspfaden in Form kalter und heißer Abgas-Ekonomiser angeordnet sind. Zusätzlich sind Wärmeübertragungsflächen, die in den heißen und kalten Teilen der Abgaspfade und in den Luftpfaden angeordnet sind, in dem Hochtemperaturteil des Speisewasser/Dampf-Systems der Verbrennungsanlage miteinander verbunden. Durch diese Verbindung und durch die Anordnung von den Wärmeübertragungsflächen benachbarten Steuerventilen zur Steuerung und Verteilung des Wärmeumsatzes auf und zwischen die Wärmeübertragungsflächen kann die Temperatur der dem Druckgefäß zugeführten Luft begrenzt werden und von den Temperaturänderungen der komprimierten Luft im Kompressor unabhängig gemacht werden, während gleichzeitig die Abgastemperatur begrenzt ist.
Der Wärmeumsatz an den Wärmeübertragungsflächen kann von außen durch Temperatursensoren, beispielsweise Thermoelementen, gesteuert werden, welche die Temperatur der Luft beziehungsweise der Abgase messen. Die gemessenen Temperaturen werden in bekannten Temperaturreglern mit einem Istwert verglichen, und die Abweichung erzeugt ein Steuersignal, welches vom Temperaturregler an die Steuerventile gegeben wird, die sich bei den Wärmeübertragungsflächen befinden. In Abhängigkeit des empfangenen Steuersignals wird der Wärmeumsatz an den Wärmeübertragungsflächen gesteuert.
Auf diese Weise wird gemäß der Erfindung die erforderliche Begrenzung der Änderungen der dem Wirbelbett zugeführten Luft erreicht, so daß die Ausgangsleistung der Verbrennungsanlage oder der Wirkungsgrad der Anlage von der Umgebungstemperatur und den Kompressionsverhältnissen unberührt bleibt, während gleichzeitig die von den Wärmeübertragungsflächen absorbierte Wärme in dem Speisewasser/Dampf-System der Anlage genutzt wird.
Zusätzlich werden durch die Steuerung der Luft- und Abgastemperaturen gemäß der Erfindung Möglichkeiten geschaffen, während des Anfahrens und Stillsetzens einer PFBC-Anlage die Anwärm- und Kühlungszeiten zu verkleinern.
Die Anheizzeit während des Anfahrens kann verkürzt werden, und folglich wird die durch das Abgaskondensat in den Gasphasen verursachte Korrosion dadurch reduziert, daß die Wärmeübertragungsflächen während des Anfahrens von Dampf von einer äußeren Quelle durchströmt werden, beispielsweise von einem vorhandenen Hilfskessel für die Versorgung der Anlage mit entlüftetem Wasser.
Die Kühlzeiten beim Stillsetzen können mit Hilfe der Wärmeübertragungsflächen dadurch verkürzt werden, daß dieser von Wasser durchströmt werden, indem sie beispielsweise an einen Kondensatorkreis angeschlossen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden genauer erläutert unter Bezugnahme auf die funktionellen und schematischen Strömungsdiagramme.
Die in einer Verbrennungsanlage, in der durch Gasturbinen- Antrieb komprimierte Luft der Brennkammer zugeführt wird, erfindungsgemäß durchgeführte Begrenzung der Temperaturänderungen der komprimierter Luft, die dem Wirbelbett zugeführt wird, wird funktionell in Figur 1 gezeigt.
Die Teile der Luft- und Abgaspfade, des Speisewasser/Dampf- Systems und anderer Komponenten der Anlage, die für die Erfindung erforderlich sind, sind schematisch in Figur 2 dargestellt. Figur 3 zeigt alternative Lösungen für die Zufuhr komprimierter Luft zum Druckgefäß. Aufbau und Verbindung des Speisewasser/Dampf-Systems mit einem Hilfskessel während des Anfahrens und mit einem Kondensatorkreis während der Kühlung sind in den Figuren 4 beziehungsweise 5 gezeigt. Eine alternative Verbindung, die unter speziellen Umständen eine erhöhte Wirksamkeit hat, insbesondere wenn nur ein Teil der komprimierten Luft die Wärmeübertragungsflächen in den Luftpfaden passiert, zeigt Figur 6.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Eine Begrenzung der Temperaturänderungen der komprimierten Luft, die einem Wirbelbett zugeführt wird, gemäß der Erfindung wird in Figur 1 gezeigt. Die Luft wird einer Brennkammer 10 mit einem Wirbelbett über Luftpfade 1 zugeführt, Abgase, die während der Verbrennung 10 entstehen, werden durch Abgaspfade 2 abgeführt, und der Anlage wird Wärme entzogen, die in einem Speisewasser/Dampf-System 3 verwertet wird.
In einer Kraftwerksanlage mit Verbrennung in einem Wirbelbett, einer PFBC("Pressurized Fluidized Bed Combustion")-Anlage findet die Verbrennung in einem Wirbelbett 10 statt, welches in einem Bettgefäß 12 untergebracht ist, das seinerseits sich in einem Druckgefäß 11 befindet. Bei A wird der Anlage Luft zugeführt, die in einem Kompressor 13 komprimiert wird, wobei die Temperatur auf einen Wert erhöht wird, der von dem gerade herrschenden Kompressionsverhältnis und der Umgebungstemperatur abhängt. Die komprimierte Luft wird zur Fluidisierung des Wirbelbetts 10 und zur Verbrennung des dem Wirbelbett 10 zugeführten Brennstoffs verwendet.
Die während der Verbrennung erzeugten Abgase passieren eine Gasturbine 14, die in den Abgaspfaden 2 der Anlage angeordnet ist und in welcher zumindest ein Teil der in den Abgasen enthaltenen Energie verwertet wird. Der Kompressor 13 wird zweckmäßigerweise von einer Gasturbine 14 angetrieben. Um zusätzlich den Wirkungsgrad der Anlage zu erhöhen, wird die Restwärme den Abgasen durch Wärmeübertragungsflächen 15, 16 entzogen, die sowowhl im heißen Abschnitt als auch im kaltem Abschnitt der Abgaspfade 2 angeordnet sind, beispielsweise Abgasspeisewasservorwärmer (Ekonomiser), von denen die heißen Abgasspeisewasservorwärmer mit 15 und die kalten mit 16 bezeichnet sind, bevor die Abgase bei B aus der Anlage abgeführt werden.
Um zu verhindern, daß das Druckgefäß 11 oder andere Komponenten, die im Druckgefäß 11 oder im Bettgefäß 12 angeordnet sind, hohen Temperaturen ausgesetzt werden, werden diese durch die Zufuhr von komprimierter Luft gekühlt. Um die Temperatur der zugeführten komprimierten Luft zu begrenzen und Temperaturänderungenen auszugleichen, die durch die Umgebungstemperatur und das Kompressionsverhältnis bedingt sind, passiert die komprimierte Luft Wärmeübertragungsflächen 17, die beispielsweise in Form eines Wärmetauschers in den Luftpfaden 1 zwischen dem Kompressor 13 und dem Druckgefäß 11 angeordnet sind. Die Temperaturänderungen, die durch Fluktuationen der Umgebungstemperatur und des Kompressionsverhältnisses bedingt sind, werden geinäß der Erfindung in dem Wärmetauscher 17 ausgeglichen, was bedeutet, daß der Wirkungsgrad der Anlage durch diese Temperaturfluktuationen nicht berührt wird, während gleichzeitig die durch den Wärmetauscher 17 entzogene Energie in dem Speisewasser/Dampf- System 3 der Anlage verwertet wird.
Die Temperatur der komprimierten Luft wird in bekannter Weise gemessen, zum Beispiel durch Thermoelemente, die in den Luftpfaden stromabwärts des Kompressors 13 angeordnet sind. Die gemessene Temperatur wird mit der gewünschten Temperatur in einem bekannten Temperaturregler (nicht dargestellt) verglichen. Die Abweichung erzeugt ein Ausgangssignal, ein Steuersignal, für das Steuerventil 18. Das Steuerventil 18 steuert den Wärmeumsatz des Wärmetauschers 17 durch Veränderung des durch den Wärmetauscher strömenden Speisewassers/Dampfes, zum Beispiel über eine Bypass-Leitung 19.
Die stromabwärts des Wärmetauschers 17 auftretenden Änderungen des Speisewassers/Dampfes werden in bekannter Weise gemessen und korrigiert, wenn die heißen Abgase in dein Ekonomiser 15 für heiße Abgase das Speisewasser/Dampf-System 3 passieren, wodurch die Abgastemperatur stromabwärts des Ekonomiser 15 für heiße Abgase beeinflußt wird.
Der Einfluß auf die Abgastemperatur stromabwärts des Ekonomiser 15 für heiße Abgase wird in bekannter Weise gemessen und liefert nach Verarbeitung in einem bekannten Temperaturregler (nicht dargestellt) ein Steuersignal für ein Steuerventil 20. Das Steuerventil 20 steuert dann den Wärmeumsatz in dem Ekonomiser 16 für kalte Abgase, beispielsweise durch Verteilung des Speisewasser/Dampf-Stromes auf den Zweig 21 des Speisewasser/Dampf-Kreises 3, welcher den Ekonomiser 16 für kalte Abgase enthält, und den Zweig 22, welcher Wärmeübertragungsflächen 23 zum Aufheizen eines anderen Mediums, zum Beispiel Hochdruckspeisewasser, enthält. Wo erforderlich, oder wenn der Zweig 22 fehlt, wird Speisewasser/Dampf, zumindest teilweise, an dem Ekonomiser 16 für kalte Abgase vorbeigeleitet, vorzugsweise über eine Bypass-Leitung 24.
Durch die Integration der Wärmeübertragungsflächen 15, 16, 17, die in den Luftpfaden 1 und den Abgaspfaden 3 angeordnet sind, in dem Speisewasser/Dampf-System 3 der Kraftwerksanlage bewirkt die Erfindung eine Begrenzung der Temperatur der dem Druckgefäß und dem Bettgefäß zugeführten komprimierten Luft, während gleichzeitig die Temperaturschwankungen dieser Luft im wesentlichen beseitigt werden. Das bedeutet, daß der Wirkungsgrad und die von der Anlage abgegebene Leistung im wesentlichen von den Änderungen der Umgebungstemperatur und des Kompressionsverhältnisses unbeeinflußt bleiben.
Die der Luft und den Abgasen entzogene Energie wird dem Speisewasser/Dampf-System 3 der Kraftwerksanlage zugeführt.
Die Wärmeübertragungsflächen 15, 16, 17, die für die Erfindung erforderlich sind, sind im Punkt C beispielsweise an einen Speisewassertank angeschlossen und im Punkt D beispielsweise an einen in Wirbelbett 10 vorhandenen Kessel an den Hochtemperaturteil. des Speisewasser/Dampf-Systems 3. In bestimmten Situationen, beispielsweise während des Anfahrens und Stillsitzens der Kraftwerksanlage, können die Wärmeübertragungsflächen durch eine Verbindung der Punkte C und D zu einem Kreis zusammengeschlossen werden. Wenn der Kreis dann mit Dampf oder kaltem Wasser beschickt wird, kann man eine Erwärmung beziehungsweise eine Kühlung der Luftpfade 1 und der Abgaspfade 2 erreichen.
Figur 2 zeigt schematisch, wie die Wärmeübertragungsflächen, die für die Erfindung erforderlich sind, in den Luftpfaden 1, Abgaspfaden 2 und dem Speisewasser/Dampf-System 3 der Kraftwerksanlage angeordnet sind.
In einer PFBC-Anlage wird komprimierte Luft einem Wirbelbett 10 zugeführt, welches in einem Druckgefäß 11 angeordnet ist. Die Luft wird dem Wirbelbett 10 zugeführt zum Zwecke der Fluidisierung des Bettmaterials und der Verbrennung von dem Wirbelbett 10 zugeführtem Brennstoff. Die Luft, die der Umgebung über mindestens ein steuerbares Drosselventil 25 entnommen wird, wird in einem Kompressor 13 komprimiert, der zweckmäßigerweise von einer Gasturbine 14 getrieben wird, die in den Abgaspfaden angeordnet ist. Die Gasturbine 14 treibt auch einen Generator 26. Die Gasturbine 14 und der Kompressor 13 sind häufig zu einer Einheit integriert und können von beliebiger Art mit einer unterschiedlichen Anzahl von Wellen sein. Die Figuren zeigen keine Zwischenkühliing der komprimierten Luft, wie sie in Mehrwelleneinheiten stattfindet.
Der Massenfluß der komprimierten Luft zu dem Druckgefäß 11 in einer PFBC-Anlage wird in einem Bereich von 40 bis 105% des Nennflusses gesteuert. Der Massenfluß von dem Kompressor 13 kann in Abhängigkeit des Typs der Gasturbinen-Kompressoreinheit 14/13 in verschiedener Weise gesteuert werden. Eine einwellige Gasturbine-Kompressoreinheit 14/13, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, kann durch Verstellung des Drosselventils 25 der Kompressorleitschaufeln 27 oder über einen Rezirkulationskreis 28 für komprimierte Luft gesteuert werden. Bei einer mehrwelligen Gasturbine-Kompressoreinheit kommen hinzu Variationsmöglichkeiten der Turbinenleitschaufeln, der Turbinendüsen und der Rotorgeschwindigkeit.
Die Temperatur der komprimierten Luft- beträgt gewöhnlich 350 bis 450ºC, was von dem Kompressionsverhältnis und der Umgebungstemperatur abhängt. Bevor die komprimierte Luft dem Druckgefäß 11 zugeführt wird, wird sie auf eine für das Druckgefäß 11 und die darin enthaltenen Teile geeignete Temperatur, gewöhnlich 200 bis 300ºC, in mindestens einem Wärmetauscher 17 heruntergekühlt, der in den Luftpfaden angeordnet ist. Gemäß der Erfindung ist der Wärmetauscher 17 im Hochtemperaturteil des Speisewasser/Dampf-Systems 3 angeordnet, stromaufwärts des Ekonomisers 15 für Abgase, der in dem heißen Teil der Abgaspfade 2 angeordnet ist.
Um die Temperatur der dem Druckgefäß 11 zugeführten komprimierten Luft vom Kompressionsverhältnis und der Umgebungstemperatur im wesentlichen unabhängig zu machen, wird der den Wärmetauscher 17 durchströmende Speisewasser/Dampf-Fluß durch ein Steuerventil 18 gesteuert. Das Steuerventil 18 verteilt den Speisewasser/Dampf-Fluß auf den Wärmetauscher 17 und eine Bypass-Leitung 19 in Abhängigkeit der Abweichung zwischen der Solltemperatur und der Isttemperatur der komprimierten Luft. Durch die Bypass-Leitung 19 wird der Speisewasser/Dampf-Fluß an die gemessene Temperatur der komprimierten Luft angepaßt. Ohne die Bypass-Leitung 19 bestünde die Gefahr, daß die Speisewassertemperatur und folglich die Temperatur der an das Druckgefäß 11 gelieferten Luft auf die Umgebungstemperatur abfallen würde.
Die Steuerung des Wärmetauschers 17 führt zu Änderungen in der Speisewasser/Dampf-Temperatur stromabwärts des Wärmetauschers 17, die im wesentlichen in mindestens einem Abgas- Ekonomiser 15 beseitigt werden, der in dem heißen Abschnitt der Abgaspfade 2 angeordnet ist, wodurch die Abgastemperatur stromabwärts des Ekonomisers 15 für heiße Gase beeinflußt wird. Der Einfluß auf die Abgastemperatur wird im wesentlichen beseitigt durch mindestens einen Abgas-Ekonomiser 16 in dem kalten Abschnitt der Abgaspfade 2 durch Anpassung des diesen durchströmenden Speisewasser/Dampf-flusses in der Weise, daß in bekannter Art jede in den Abgaspfaden 3 stromabwärts des Ekonomisers 15 für heiße Abgase gemessene Abweichung der Abgastemperatur von der gewünschten Abgastemperatur korrigiert wird.
Die Steuerung des Speisewasser/Dampf-Flusses durch den Ekonomiser für kalte Abgase erfolgt durch das Steuerventil 20, welches die Verteilung auf die beiden parallelen Zweige 21 und 22 in dem Speisewasser/Dampf-System 3 steuert, zu welchem der Ekonomiser 16 für heiße Abgase und der Wärmetauscher 23 gehören, welcher zur Erwärmung eines anderen Mediums, zum Beispiel von Hochdruckspeisewasser, dient.
Mit Wärmeübertragungsflächen, die mindestens einen in den Luftpfaden angeordneten Wärmetauscher 17 enthalten, durch welchen die Temperatur der dem Druckgefäß 11 und dem Wirbelbett 10 zugeführten Luft begrenzt wird und Temperaturänderungen der Luft im wesentlichen beseitigt werden, mit mindestens einem Abgas-Ekonomiser 15, der in dem heißen Teil der Abgaspfade angeordnet ist, in welchem gleichzeitig mit der Herabsetzung der Abgastemperatur Temperaturänderungen des Speisewassers/Dampfes im wesentlichen dadurch beseitigt werden, daß Änderungen der Abgastemperatur stromabwärts des Ekonomiser 15 für heiße Abgase zugelassen werden, mit mindestens einem im kalten Teil der Abgaspfade angeordneten Ekonomiser 16 für kalte Abgase, in welchem Änderungen der Abgastemperatur im wesentlichen beseitigt werden, und mit Bypass-Leitungen 18 und 24 zur Steuerung der getauschten Wärme in dem Wärmetauscher 17 beziehungsweise dem Ekonomiser 15 für heiße Abgase, wird gemäß der Erfindung eine Begrenzung der Temperatur der dem Druckgefäß 11 zugeführten Luft und der von der PFBC-Anlage abgegebenen Abgase erreicht, während gleichzeitig der Einfluß der Umgebungstemperatur und des Kompressionsverhältnisses auf den Wirkungsgrad der von der Anlage abgegebenen Leistung im wesentlichen beseitigt wird.
Der Wärmetauscher 17 kann für zwei Fälle bemessen werden:
I. Für maximalen Wärmetausch beim Betrieb bei maximaler Lufttemperatur und vollem Luftstrom;
II. für nur einen Teil des Wärmeumsatzes beim Betrieb, was bedeutet, daß ein Teil der komprimierten Luft vorbei an dem Wärmetauscher 17 durch eine Leitung 29 direkt dem Lufteinlaß in das Wirbelbett 10 zugeführt wird.
Die beiden Fälle sind in Figur 3 dargestellt.
Der Fall I entspricht gut der obigen Beschreibung, während im Falle II nur ein Teil der Luftmenge vom Kompressor 13 durch den Wärmetauscher 17 geführt wird. Die verbleibende Wärmemenge wird über eine Leitung 29 dem gekühlten Luftstrom nahe dem Lufteinlaß in das Wirbelbett 10 zugeführt. Die Verteilung der Luft wird so gesteuert, daß die Wärmeleistung in dem Wärmetauscher 17 konstant gehalten wird, das heißt, eine steigende Temperatur hat einen steigenden Strom durch die Leitung 29 zur Folge. Fall 11 bedeutet, daß die Temperatur wichtiger Bauteile, wie zum Beispiel des Druckgefäßes 11, des Bettgefäßes 12 und der Zyklone 30, durch eine Wärmetauscher 17 begrenzter Leistung begrenzt werden kann.
Während des Anfahrens einer PFBC-Anlage werden die Luftpfade 1 und die Abgaspfade 2 gemäß Figur 4 vorgeheizt. Die Vorheizung erfolgt gewöhnlich durch Verbrennen fossiler Brenn- stoffe in den Luftpfaden 1 stromaufwärts des Wirbelbetts 10. Um Korrosion durch das Kondensieren von Abgasen zu vermeiden, müssen die Bauteile in den Luftpfaden 1 und in den Abgaspfaden 2 vorgeheizt werden, beispielsweise mit trockener heißer Luft, auf eine Temperatur, die über dem Taupunkt der Abgase liegt, was während des Vorheizens erfolgt. Diese erste Phase der Vorheizung wird in günstiger Weise durch Anschluß der Wärmeübertragungsflächen - Wärmetauscher 17, Ekonomiser 15 für heiße Abgase und Ekonomiser 16 für kalte Abgase -, die gemäß der Erfindung initeinander verbunden sind und in den Luftpfaden 1 und den Gaspfaden 2 angeordnet sind, an eine nicht dargestellte äußere Quelle eines warmen Mediums erreicht, zum Beispiel ein in der Anlage vorhandenen Kessel zur Versorgung der Anlage mit luftbefreitein Wasser während der Anfahrphase.
Während der Anfahrphase wird die Gasturbine 14 von einem Anfahraggregat 31 angetrieben, welches aus einem Frequenzwandler bestehen kann, mit dessen Hilfe der Generator 26 als Synchronmotor betrieben werden kann, oder welches auch aus einem Motor bestehen kann, der an irgendeine der Wellen der Gasturbine 14 angeschlossen ist, oder aus einem anderen Anlaufaggregat für Gasturbinen. Die Luft wird in dem Wärmetauscher 17, im Ekonomiser 15 für heiße Abgase und im Ekonomiser 16 für kalte Abgase erwärmt und gibt die Wärme an Wände und andere Bauteile in den Luftpfaden 1 und den Abgaspfaden 2 ab. Wenn das Bettgefäß 12 leer ist und das in den Figuren 2 und 3 gezeigte Ventil 32 geöffnet ist, fließt die Luft durch das Druckgefäß 11 und das Bettgefäß 12 und heizt diese auf.
Der Wärmetauscher 17, der Ekonomiser 15 für heiße Abgase und der Ekonomiser 16 für kalte Abgase sind in einem Anlaufkreis eingefügt, den Figur 4 zeigt. Wie zuvor sind die Wärmeübertragungsflächen 15, 16, 17 an den Hochtemperaturteil des Speisewasser/Dampf-Systems 3 der Anlage angeschlossen, beispielsweise an einen vorhandenen Speisewassertank 33. Der Speisewassertank 33 enthält Dampf, der beispielsweise von einem in der Anlage vorhandenen, nicht dargestellten Hilfskessel kommt. Das/der Speisewasser/Dampf zirkuliert während der Anfahrphase von dem Speisewassertank 33 durch die Abgas- Ekonomiser 15 und 16 und dem Wärmetauscher 17 zurück zu dem Speisewassertank 33 durch die geöffnete Rückführleitung 34.
Beim Stillsetzen der Anlage kann die Abkühlphase verkürzt werden durch Verwendung der Wärmeübertragungsflächen 15, 16 und 17, die gemäß der Erfindung in den Luftpfaden 1 und den Abgaspfaden 2 angeordnet sind. Hierdurch wird die Anlage schneller für beispielsweise Wartungsarbeiten verfügbar gemacht. Die Wärmeübertragungsflächen 15, 16 und 17 werden an eine äußere Kühlmittelquelle angeschlossen, beispielsweise an einen in der Anlage für die Erzeugung von heißem Wasser vorhandenen Kondensatorkreis, und zwar über ein Ventil 35 (siehe Figur 5). Hierdurch werden die in den Luftpfaden 1 und den Abgaspfaden 2 vorhandenen Wärmeübertragungsflächen 15, 16 und 17 von einem kalten Medium durchströmt, so daß die Temperatur der Luft- und Abgaspfade schnell reduziert wird.
Figur 6 zeigt eine alternative Lösung für die Anordnung des Wärmetauschers 17 in dem System im Verhältnis zu dem Ekonomiser 15 für heiße Abgase. Der Wärmetauscher 17 ist zu dem Ekonomiser 15 für heiße Abgase parallel geschaltet, wodurch die Temperatur-Differenz zwischen Luft und dem Speisewasser/Dampf in dem Wärinetauscher 17 reduziert wird. Insbesondere wenn der Wärmetauscher 17 entsprechend dem oben genannten Fall 11 dimensioniert ist, kann durch diese Lösung der Wirkungsgrad der Anlage weiter erhöht werden.

Claims

1. Verfahren zur Kühlung und zur Begrenzung von Temperaturänderungen in einer Anlage, in welcher Brennstoff in einem unter Druck stehenden Wirbelbett verbrannt wird, eine sogenannte PFBC(Pressurized Fluidized Bed Combustion)-Anlage,

- in welcher Luft in einem Kompressor (13) komprimiert wird,

- in welcher die komprimierte Luft über Luftpfade (1) einem unter Druck stehenden Wirbelbett zugeführt wird,

- in welcher Wärme in einem Speisewasser/Dampf-System (3) verwendet wird, welches Wärmeübertragungsflächen enthält, die in den Luft- und Abgasphaden angeordnet sind, und

- in welcher die in den Abgasen enthaltene Energie zum Teil durch eine Gasturbine (14) genutzt wird, die in den Abgaspfaden (2) der Anlage angeordnet ist,

dadurchgekennzeichnet, daß die komprimierte Luft gekühlt wird, während gleichzeitig die Temperaturänderungen der komprimierten Luft mittels in den Luftpfaden (1) angeordneter Wärmeübertragungsflächen (17) im wesentlichen eliminiert werden, bevor die Luft dem Wirbelbett zugeführt wird, wobei die Wärmeübertragungsflächen vorzugsweise aus mindestens einem Wärmetauscher bestehen und die Wärmeübertragungsflächen an dem Hochtemperaturteil des Speiseasser-/Dampf-Systems (3) der PFBC-Anlage angeschlossen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abgase, die aus dem Wirbelbett abgeführt werden, gekühlt werden, während gleichzeitig Temperaturänderungen in den Abgasen mit Hilfe von Wärmeübertragungsflächen (15, 16) begrenzt werden, die in den Abgaspfaden (2) in Form von Ekonomisern für kaltes und heißes Abgas angeordnet sind, daß die Wärmeübertragungsflächen in dem Hochtemperaturteil des Speisewasser/Dampf-Systems (3) der PFBC-Anlage miteinander verbunden sind und daß der Wärmeumsatz in und zwischen den in den Luft- und Abgaspfaden angeordneten Wärmeübertragungsflächen (15, 16, 17) gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeumsatz in dem Wärmetauscher (17) in der Weise gesteuert wird, daß die Temperaturänderungen der dem Wirbelbett (19) zugeführten komprimierten Luft begrenzt werden, daß die dadurch stromabwärts des Wärmetauschers auftretenden Änderungen der Speisewasser/Dampf-Temperatur im wesentlichen durch einen Ekonomiser (15) für heiße Abgase, der in dem heißen Teil der Abgaspfade angeordnet ist, beseitigt werden, wodurch die Abgastemperatur beeinflußt wird, und daß dieser Einfluß im wesentlichen durch einen Ekonomiser (16) für kalte Abgase, der in dem kalten Teil der Abgasphase angeordnet ist, durch Steuerung des Speisewasser/Dampf-Flusses durch den kalten Abgas-Ekonomiser beseitigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der dem Wirbelbett (10) zugeführten komprimierten Luft ohne Kühlung durch den in den Luftpfaden angeordneten Wärmetauscher (17) dem Wirbelbett zugeführt wird.