DE69316634T2

DE69316634T2 - Verfahren und anlage zum erzeugen von hochtemperaturdampf bei der verbrennung von problembrennstoffen

Info

Publication number: DE69316634T2
Application number: DE69316634T
Authority: DE
Inventors: Ole Stig Dk-6000 Kolding Kristensen
Original assignee: Ansaldo Volund AS
Current assignee: Ansaldo Volund AS
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2013-09-18
Also published as: WO1994007006A1; DK114792D0; ES2115078T3; US5619933A; DK0662191T3; JPH08501381A; EP0662191A1; DE69316634D1; AU4814993A; EP0662191B1; ATE162596T1

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung hoher Dampftemperaturen bei der Verbrennung von problematischen Brennstoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Verbrennung von Brennstoffen, wie z.B. Stroh, Holz und Haushaltsabfällen, umfaßt der Verbrennungsprozeß die Freisetzung von korrodierenden Substanzen wie Schwefel, Chlor und Alkaliverbindungen. Wenn die Verbrennung in Verbindung mit Prozessen stattfindet, in denen die Wärme zur Erzeugung von Dampf verwendet wird, und in denen der Dampf im folgenden überhitzt wird, z.B. für die Verwendung in einer Dampfturbine, hängt die Lebensdauer von dem Überhitzer teilweise von dem Umfang und der Konzentration der korrodierenden Substanzen in den Abgasen ab, teilweise von dem Material, aus dem der Überhitzer hergestellt ist, und der Temperatur dieses Materials.
In einem dampferzeugenden Anlagenkomplex ist der Überhitzer normalerweise ein integraler Teil von dem Komplettaufbau von dem Anlagenkomplex. Der zu überhitzende Dampf strömt unter Druck in aus metallischen Materialien hergestellten Rohren. Diese Rohre werden von außen mittels heißen Abgasen von dem Verbrennungsprozeß geheizt, und wenn der Dampf z.B. in einer Dampfturbine zum Erzeugen von elektrischem Strom verwendet wird, ist es von entscheidender Wichtigkeit für die Leistung von der Turbine, daß eine Temperatur und ein Druck so hoch wie möglich sind, d.h. so hoch wie das verwendete Material erlaubt.
Mit den heute bekannten Verfahren zur Verwendung von Abgasen von Brennstoffen, die Chlor enthalten, ist es nicht möglich, ebnso gute Dampfdaten zu erzielen wie mit chlorfreien Brennstoffen erzielt werden, ohne daß der Prozeß eine Hochtemperaturkorrosion bewirkt, die sehr schnell einen Zusammenbruch von dem Material, aus dem der Überhitzer hergestellt ist, bewirkt. Die Literatur auf diesem Gebiet beschreibt Materialien, die in der Lage sind, dem aggresiven Angriff von z.B. Chlor und Alkaliverbindungen sogar bei hohen Temperaturen zu widerstehen. Diese Materialien sind jedoch sehr teuer und können kaum bei den hohen Drücken, die in einem Überhitzer auftreten, verwendet werden.
Es ist bekannt, daß es möglich ist, durch Verwendung verschiedener Brennstoffe in Kombination verbesserte Dampfdaten im Vergleich zu dem, was möglich ist, wenn nur ein einzelner problematischer Brennstoff verwendet wird, zu erzielen. Dies wird durch die Verwendung des problematischen Brennstoffes zur Erzeugung von Dampf bei niederen Temperaturen ausgeführt, während das Überhitzen bei höheren Temperaturen in einem externen Überhitzer stattfindet, in dem die hohe Temperatur durch Verbrennung eines problemlosen Brennstoffes, wie z.B. Erdgas, erzeugt wird.
Des weiteren beschreibt die Literatur die Möglichkeit zur Erzielung des Überhitzens mittels Pyrolysegasen, die von dem problematischen Brennstoff bei niederen Temperaturen erzeugt werden, so daß die korrodierenden Substanzen, wie z.B. Chlor und Alkaliverbindungen, in der Pyrolyseausrüstung zurückgehalten werden. Dieser Prozeßschritt ist jedoch sehr kompliziert und teuer und wird kaum eine weitreichende Verwendung in kommerziellen Anlagenkomplexen finden.
Das Dokument US 4,099,382 offenbart ein Verfahren und einen Anlagenkomplex zum Erzeugen von überhitztem Dampf unter Verwendung von Wärme von einem partiellen Oxidationsprozeß. Das Verfahren betrifft Merkmale des gleichen Schritts, wie er in dem Oberbegriff von Anspruch 1 ausgeführt wird und kann als hilfreich in Bezug zur Vermeidung von Korrosion zu vernünftigen Kosten zur Verbrennung von Brennstoffen der oben angegebenen Art, z.B. Stroh, Holz und Haushaltsabfälle, verglichen mit den Nachteilen von den anderen Verfahren, die oben angegeben sind, betrachtet werden.
In dem Verfahren von US-4,099,382 strömen die heißen Abgase von dem Verbrennungsort, der in diesem besonderen Fall ein Gaserzeuger ist, der Wärme mittels partieller Oxidation erzeugt, zuerst zu einem Wärmetauscher, der Wärme zu dem Überhitzer überträgt, und fließen bei dem Verlassen des Wärmetauschers zu einem dampferzeugenden Gaskühler (z.B. einem Boiler) und geben ihre verbleibende Wärme an den letzteren ab.
In dieser Anordnung sind der Wärmetauscher und der Boiler praktische "in Serie verbunden" bezüglich dem Fluß von heißen Abgasen von dem Verbrennungsort. Dies bedeutet, daß die gleiche Menge pro Zeiteinheit von dem Wärmeträger, d.h. den heißen Abgasen, durch beide, den Wärmetauscher und den Boiler, strömen, so daß ein im wesentlichen festes Verhältnis zwischen der Versorgung von Wärme zu dem Wärmetauscher, d.h. zu dem Überhitzer,und der Versorgung zu dem Boiler erzeugt wird. Bei der Verbrennung von Brennstoffen der oben angegebenen Art, die in stark verschiedenen Zusammensetzungen der verschiedenen Bestandteile zu einem Verbrennungsanlagenkomplex angeliefert werden, stellt dieses im wesentlichen feste Verhältnis zwischen den zwei Wärmeströmen eine ungewünschte Einschränkung der Freiheit der relativen Veränderungen dazwischen dar.
Die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der oben angegebenen Art anzugeben, in dem ein Zusammenhang von den zwei oben angegebenen Wärmeströmen verhindert werden kann, und diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Verfahren erzielt, das die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale umfaßt.
Durch ein dergestaltes Vorgehen ist es möglich, einen Wärmestrom zu dem Dampferzeuger, d.h. dem Boiler, unabhängig von dem zu dem Wärmetauscher zu haben, um optimale Betriebsbedingungen zu allen Zeiten zu erzielen. Diese gegenseitige Unabhängigkeit macht es ebenso möglich, einen Hochtemperaturwärmetauscher zu verwenden, der aus Materialien gemacht worden ist, die hohen Temperaturen und aggressiven Abgasgemischen widerstehen können, ohne hohe Ansprüche an die physikalische Stärke des Materials, bei den oben angegebenen Brennstoffen, zu stellen, wobei der Wärmetauscher in bevorzugter Art und Weise bei niederen Temperaturen verwendet wird.
In dem folgenden detaillierten Abschnitt der vorliegenden Beschreibung wird die Erfindung in größerem Detail und mit Verweis auf die Figuren beschrieben, in denen die
Fig. 1 und 2 zeigen in schematischer Art und Weise (diagrammatic manner), wie das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden kann.
Der Brennstoff wird in einer Brennkammer oder Feuerzelle (fire box) 1 verbrannt, die von dem wassergekühlten Typus oder dem gemauerten Typus sein kann. Es wird bewirkt, daß die heißen Abgase teilweise zu einem Boiler 2 strömen, teilweise zu einem Hochtemperaturwärmetauscher 3. In dem Boiler 2 werden die heißen Abgase von der Feuerzelle 1 zur Dampferzeugung bei hohem Druck verwendet, wobei die Temperatur auf einem niedrigen Pegel gehalten wird, um Hochtemperaturkorrosion zu vermeiden.
In dem Hochtemperaturwärmetauscher 3, der aus der Korrosion widerstehenden Materialien hergestellt ist, wie z.B. Keramik, werden die heißen Abgase verwendet, um einen problemlosen Energieträger, der z.B. Luft sein kann, zu erwärmen. Es wird bewirkt, daß der in dieser Art und Weise aufgewärmte Energieträger zu einem Überhitzer 4 fließt, der den Dampf von dem Boiler 2 empfängt.
In dem Überhitzer 4 wird der Dampf mittels dem Energieträger auf eine hohe Temperatur erhitzt, wobei dieser so gewählt worden ist, daß er nicht aggressiv gegenüber den Materialien, die in dem Überhitzer 3 verwendet werden, ist. Normalerweise ist der Überhitzer 3 aus metallischen Materialien, die in der Lage sind, hohen Drücken zu widerstehen.
Es kann bewirkt werden, daß der Energieträger in einem geschlossenen Kreis zirkuliert, um hohe Temperaturen und einen direkten Wärmeaustausch, wie in Fig. 1 gezeigt, zu erzeugen oder in einem offenen System, das möglicherweise mit einem Turbolader oder einer Gasturbine 5, wie in Fig. 2 angegeben, verbunden ist.
Der Hochtemperaturwärmetauscher 3 kann eine separate Einheit, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, bilden oder kann mit oder in der Feuerzelle in einer nicht dargestellten Art und Weise integriert sein.
Es ist aus den Figuren offensichtlich, daß der Wärmestrom von der Feuerzelle 1 zu dem Boiler 2 getrennt von dem Wärmestrom von der Feuerzelle 1 zu dem Wärmetauscher 3 ist, so daß diese beiden Wärmeströme nicht voneinander abhängig sind.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von hohen Dampftemperaturen bei der Verbrennung von problematischen Brennstoffen, worin die heißen Abgase von der Verbrennung von den Brennstoffen in einer Feuerzelle (1) physikalisch getrennt von dem Überhitzer (4) von dem Dampfanlagenkomplex gehalten werden, wobei ein Teil von der Wärme der heißen Abgasen von einem Wärmetauscher (3) verwendet wird, in dem ein Energieträger erwärmt wird und die Wärme zu dem Überhitzer (4) von dem Dampfanlagenkomplex übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme entlang zweier Pfade übertragen wird, wobei einer jeweils direkt von der Feuerzelle (1) zu dem Boiler (2) führt und der andere jeweils direkt von der Feuerzelle (1) zu dem Wärmetauscher (3) führt.

2. Anlagenkomplex zum Ausführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 und ähnlichen, umfassend:

a) eine Feuerzelle (1);

b) einen Boiler (2), der mittels heißen Abgasen von der Feuerzelle (1) erwärmt wird und den so gebildeten Dampf an

c) einen Überhitzer (4) liefert, und

d) einen Wärmetauscher (3), dessen Wärme empfangende Seite angepaßt ist, mittels Bestrahlung und mittels den heißen Abgasen von der Feuerzelle (1) erwärmt zu werden und dessen Wärme liefernde Seite angepaßt ist, Wärme an den Überhitzer (4) durch ein separates Wärmetauschmedium zuzuführen, gekennzeichnet durch,

e) zwei Pfade zum Wärmetransport, wobei einer von der Feuerzelle (1) zu dem Boiler (2) führt und der andere direkt von der Feuerzelle (1) zu dem Wärmetauscher (3) führt.

3. Anlagenkomplex nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (3) in der Feuerzelle (1) integriert ist oder eingebaut ist.