EP0224050B1 - Kohlegefeuerter Dampferzeuger für Kohle-Kombiblock - Google Patents

Kohlegefeuerter Dampferzeuger für Kohle-Kombiblock Download PDF

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EP0224050B1
EP0224050B1 EP86114857A EP86114857A EP0224050B1 EP 0224050 B1 EP0224050 B1 EP 0224050B1 EP 86114857 A EP86114857 A EP 86114857A EP 86114857 A EP86114857 A EP 86114857A EP 0224050 B1 EP0224050 B1 EP 0224050B1
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flue gas
steam
coal
sodium
steam generator
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Wulf Dr.-Ing. Rettemeier
Horst Dipl.-Ing. Müller
Bernd Dipl.-Ing. Sudau
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Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
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L&C Steinmueller GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B33/00—Steam-generation plants, e.g. comprising steam boilers of different types in mutual association
    • F22B33/18—Combinations of steam boilers with other apparatus

Definitions

  • the invention relates to a coal-fired steam generator with a water-steam circuit and a low-pressure heat transfer medium circuit which, via a heater arranged in the flue gas stream of the steam generator, decouples heat from the flue gas stream with at least one heating surface and incorporates it into a heat-consuming process, in particular coal Combination block with a steam turbine switched on in the water-steam cycle and a gas turbine process, the flue gas stream being divided into at least two parallel flue gas flues connected downstream of the combustion chamber, one of which is the water-steam cycle and the other the low-pressure heat transfer medium Circuit is assigned.
  • low-pressure heat transfer medium is understood to mean a heat transfer medium which, in contrast to steam, can be used for heat transfer at lower pressures.
  • this includes helium and metals, such as sodium, as well as oils and salts, which are liquid at low pressures up to very high temperatures and can therefore be pumped.
  • the known steam generator is not suitable for the use of sodium as a low-pressure heat transfer medium, since the smoke flue associated with the horizontally arranged low-pressure heat transfer circuit can drain sodium into the combustion chamber in the event of a leak.
  • the present invention has for its object to make the transfer of heat to the low-pressure heat transfer circuit more economical, the combustion in the combustion chamber itself should not be affected.
  • This object is achieved in that the flue gas stream emerging from the low-pressure heat carrier flue gas flue is fed to the water-steam flue gas flue at a point at which the temperature of the partial flue gas flow supplied essentially corresponds to the temperature of the flue gas flowing in the water-steam flue gas flue .
  • This guidance of the flue gas from one flue gas flue into the other is particularly advantageous, since the flue gas in the low-pressure heat transfer flue gas flue cannot be cooled down to the same extent as in the water-steam flue gas flue.
  • the outlet temperature from the sodium train is 480 ° C. when the sodium enters at a temperature of 380 ° C. and a temperature of 950 ° C exits.
  • the inlet temperature of the flue gas in the water-steam flue gas flue is 1180 ° C and the outlet temperature of the flue gas is 190 ° C.
  • the water-steam flue gas flue is preferably arranged between the combustion chamber and the low-pressure heat transfer flue gas flue. This separates the low-pressure heat transfer flue from the combustion chamber, so that there is a sodium leak no sodium can enter the combustion chamber in the low-pressure heat transfer flue. Furthermore, the sodium flue gas flue is accessible from at least three sides in this way, so that in the event of sodium leaks, easier repair of the damage is given. Furthermore, the separation of the sodium flue gas flue from the water-steam flue gas flue ensures that the steam generator can continue to operate safely without heat being extracted via the sodium circuit. In the case of a vertically arranged sodium train, the overall upward flow of sodium in the heater allows natural circulation and thus emergency cooling in the event of failure of the pump capacity arranged in the sodium circuit.
  • the sodium flue gas train is preferably designed as a control train so that the extraction of heat can be controlled via the sodium circuit.
  • the steam generator 1 consists of a combustion chamber 2 and two flue gas ducts 3 and 4 connected in parallel. A large number of burners 2a fired with coal are assigned to the combustion chamber 2.
  • the flue gas duct 3 lying between the combustion chamber 2 and the external flue gas duct 4 is assigned to the water-steam circuit of the steam generator and has a multiplicity of heating surfaces 3a which are acted upon by water or steam. Except for point A, the flue gas flue is essentially evenly covered with heating surfaces 3a.
  • the external flue gas duct 4 is integrated in a sodium circuit, for example in the sodium circuits according to Figure 10 or 11 on page 550 of DE-Z. VGB Kraftwerkstechnik, 65th year, volume 6 (1985).
  • a component of the sodium circuit is a heater which, in the embodiment shown, consists of a plurality of heating surfaces 4a arranged one above the other, which are connected in series.
  • the sodium in the heating surfaces 4a connected in series rises from the bottom to the top
  • the partial flue gas flow associated with the flue gas flow 4 flows in countercurrent from the top to the bottom.
  • the flue gas emerging from the flue gas duct 4 below is fed to the flue gas duct 3 at point A via at least one flue gas duct 7, since the outlet temperature of the flue gas from the flue gas duct 4 essentially corresponds to the temperature prevailing at point A.
  • One or more control flaps 8 are arranged in the at least one flue gas duct 7 in order to regulate the quantity of flue gas entering the flue gas duct 4 and thus the heat to be coupled out via the sodium circuit.
  • inlet 5 and outlet 6 there can preferably be a connection line which can be switched on and off and which can be switched on in the event of failure of the circulation pump or pumps present in the sodium circuit in order to enable natural circulation and emergency cooling. It is also possible for the pumps to be assigned corresponding bypass lines.
  • the heating surfaces 3a and 4a are preferably on the same levels, so that the same platforms and possibly the same auxiliary devices can be assigned to them.
  • the heater is preferably constructed from a multiplicity of heating surfaces 4a which are connected in series with respect to the low-pressure heat transfer medium circuit and which are arranged in cocurrent or countercurrent with respect to the flue gas stream.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen kohlegefeuerten Dampferzeuger mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf und einem Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf, der über einen im Rauchgasstrom des Dampferzeugers angeordneten Erhitzer mit mindestens einer Heizfläche Wärme aus dem Rauchgasstrom auskoppelt und in einen Wärme verbrauchenden Prozeß einbindet, insbesondere Kohle-Kombiblock mit einer in den Wasser-Dampf-Kreislauf eingeschalteten Dampfturbine und einem Gasturbinenprozeß, wobei der Rauchgasstrom auf mindestens zwei dem Feuerraum nachgeschaltete, vertikal angeordnete parallele Rauchgaszüge aufgeteilt wird, von denen der eine dem Wasser-Dampf-Kreislauf und der andere dem Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf zugeordnet ist.
  • In der Beschreibung und in den Ansprüchen wird unter "Niederdruck-Wärmeträger" ein Wärmeträger verstanden, der im Gegensatz zu Dampf bei geringeren Drücken zum Wärmetransport eingesetzt werden kann. Hierzu gehören in an sich bekannter Weise Helium und Metalle, wie Natrium sowie Öle und Salze, die bei geringen Drücken bis zu sehr hohen Temperaturen flüssig sind und somit mittels Pumpen gefördert werden können.
  • Aus der DE-Z. VGB Kraftwerkstechnik, 65. Jahrg., Heft 6 (1985), Seiten 545-557, insbesondere Bilder 10 und 11 auf S. 550, sind Dampferzeuger bekannt, bei denen der Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf ein Natrium-Kreislauf ist. Da die Wärme für den Natrium-Kreislauf in der Feuerung des im Kombi-Prozeß der Gasturbine nachgeschalteten Dampferzeugers entbunden wird, besteht die Möglichkeit, den Natrium-Dampferhitzer im Dampferzeuger so unterzubringen, daß er an einer für ihn vorteilhaften Stelle liegt, während die von der Verbrennung her hoch belasteten Heizflächen des Dampferzeugers nach wie vor wassergekühlt sind. Auf diese Weise wird die Beanspruchung der für den Bau des Natrium-Erhitzers erforderlichen hochlegierten Werkstoffe vermindert.
  • Aus der EP-A 0 012 654 ist ein fossilgefeuerter Dampferzeuger mit liegendem Kessel bekannt, der der Dampf- und Heißgas- bzw. Prozeßgaserzeugung für petrochemische Anlagen dient. Die beiden parallel dem Feuerraum nachgeschalteten Rauchgaszüge sind in ihrer Zuordnung zu den beiden Kreisläufen nicht voneinander getrennt, da der Heizfläche in dem dem Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf zugeordneten Rauchgaszug noch Heizflächen nachgeschaltet sind, die in den Wasser-Dampf-Kreislauf eingeschaltet sind. Somit können die Rauchgaszüge nicht voneinander getrennt betrieben werden; in jedem Falle müssen beide Rauchgaszüge gleichzeitig betrieben werden, auch wenn über die Heizfläche in dem dem Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf zugeordneten Rauchgaszug keine Wärme abgeführt wird.
  • Weiterhin ist der bekannte Dampferzeuger nicht für die Verwendung von Natrium als Niederdruck-Wärmeträger geeignet, da der aus dem horizontal angeordneten dem Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf zugeordnete Rauchgaszug bei einer Leckage Natrium in den Feuerraum abfließen kann.
  • Die Temperaturen am Ende der beiden parallel geschalteten Rauchgaszüge weichen nicht sehr stark voneinander ab.
  • Aus der DE-OS 3 203 082 ist ein kohlegefeuerter Dampferzeuger der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art bekannt, bei dem als Niederdruck-Wärmeträger Luft verwendet wird. Bei diesem Dampferzeuger macht die Zwangsrückführung des Rauchgasstromes für den Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf zum unteren Ende der Brennkammer hin den Einsatz zusätzlicher Rauchgasgebläse erforderlich. Weiterhin ist der bekannte Dampferzeuger nicht für die Verwendung von Natrium als Niederdruck-Wärmeträger geeignet, da der dem Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf zugeordnete Rauchgaszug sich nach unten hin in den Feuerraum hinein öffnet und unterschiedlich hohe Wärmeübertragungsraten auf die den beiden Rauchgaszügen zugeordneten Wärmeträger nicht berücksichtigt werden können. Bei Leckagen im Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf im Bereich des Rauchgaszuges besteht die Gefahr, daß Natrium in den Feuerraum selbst gelangt.
  • Ausgehend von der DE-OS 3 203 082 hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, die Übertragung von Wärme auf den Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf wirtschaftlicher zu gestalten, wobei die Verbrennung in der Brennkammer selbst nicht beeinflußt werden soll.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der aus dem Niederdruck-Wärmeträger-Rauchgaszug austretende Rauchgasstrom dem Wasser-Dampf-Rauchgaszug an einer Stelle zugeführt wird, an der die Temperatur des zugeführten Rauchgasteilstromes im wesentlichen der Temperatur des im Wasser-Dampf-Rauchgaszug strömenden Rauchgases entspricht.
  • Diese Führung des Rauchgases aus dem einen Rauchgaszug in den anderen ist besonders vorteilhaft, da das Rauchgas in dem Niederdruck-Wärmeträger-Rauchgaszug nicht im gleichen Maße herunter gekühlt werden kann wie in dem Wasser-Dampf-Rauchgaszug.
  • Bei der bevorzugten Verwendung von Natrium als Niederdruck-Wärmeträger liegt bei einer Eintrittstemperatur des Rauchgases in den Natriumzug von 1150°C die Austrittstemperatur aus dem Natriumzug bei 480°C, wenn das Natrium mit einer Temperatur von 380°C eintritt und einer Temperatur von 950°C austritt. Die Eintrittstemperatur des Rauchgases in den Wasser-Dampf-Rauchgaszug beträgt 1180°C und die Austrittstemperatur des Rauchgases 190°C.
  • Neben dem bevorzugt einzusetzenden Natrium können auch andere Metalle, wie Kalium oder auch Legierungen wie Natrium-, Kalium-Legierungen eingesetzt werden (vgl. hierzu Bild 7 auf S. 548 der DE-Z. VGB Kraftwerkstechnik, 65. Jahrg., Heft 6 (1985)).
  • Vorzugsweise ist der Wasser-Dampf-Rauchgaszug zwischen dem Feuerraum und dem Niederdruck-Wärmeträger-Rauchgaszug angeordnet. Damit ist der Niederdruck-Wärmeträger-Rauchgaszug vom Feuerraum getrennt, so daß bei einem Natriumleck im Niederdruck-Wärmeträger-Rauchgaszug kein Natrium in den Feuerraum eintreten kann. Weiterhin ist auf diese Weise der Natrium-Rauchgaszug mindestens von drei Seiten zugänglich, so daß im Falle von Natrium-Leckagen eine leichtere Schadensbehebung gegeben ist. Weiterhin ist durch die Abtrennung des Natrium-Rauchgaszuges vom Wasser-Dampf-Rauchgaszug gewährleistet, daß ein sicherer Weiterbetrieb des Dampferzeugers ohne Wärmeauskopplung über den Natrium-Kreislauf erfolgen kann. Bei vertikal angeordnetem Natriumzug läßt die sich insgesamt einstellende Aufwärtsströmung des Natriums im Erhitzer einen Naturumlauf und somit eine Notkühlung beim Ausfall der im Natrium-Kreislauf angeordneten Pumpkapazität zu.
  • Der Natrium-Rauchgaszug ist vorzugsweise als Regelzug ausgebildet, damit die Auskopplung von Wärme über den Natrium-Kreislauf geregelt werden kann.
  • Wegen des üblicherweise zwischen dem aufsteigenden Feuerraum und dem absteigenden Rauchgaszug vorhandenen Freiraumes ist es zweckmäßig, in diesen die für die Zufuhr des aus dem Niederdruck-Wärmeträger-Rauchgaszug austretenden Rauchgasstromes zu dem Wasser-Dampf-Rauchgaszug erforderliche Leitung anzuordnen.
  • Wie die zugehörige Figur zeigt, besteht der erfindungsgemäße Dampferzeuger 1 aus einem Feuerraum 2 und zwei parallel geschalteten Rauchgaszügen 3 und 4. Dem Feuerraum 2 ist eine Vielzahl von mit Kohle gefeuerten Brennern 2a zugeordnet.
  • Der zwischen dem Feuerraum 2 und dem außenliegenden Rauchgaszug 4 liegende Rauchgaszug 3 ist dem Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampferzeugers zugeordnet und weist eine Vielzahl von mit Wasser bzw. Dampf beaufschlagten Heizflächen 3a auf. Der Rauchgaszug ist bis auf die Stelle A im wesentlichen gleichmäßig mit Heizflächen 3a belegt. Der außenliegende Rauchgaszug 4 ist in einen Natrium-Kreislauf eingebunden, beispielsweise in die Natrium-Kreisläufe gemäß Bild 10 oder 11 auf S. 550 der DE-Z. VGB Kraftwerkstechnik, 65. Jahrg., Heft 6 (1985). Bestandteil des Natrium-Kreislaufes ist ein Erhitzer, der bei der gezeigten Ausführungsform aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten Heizflächen 4a besteht, die hintereinander geschaltet sind. Von unten tritt in den Erhitzer über eine oder mehrere Einlaßleitungen 5 relativ kaltes Natrium ein und wird nach Erhitzung über eine oder mehrere Auslaßleitungen 6 abgeführt. Während also das Natrium in den hintereinander geschalteten Heizflächen 4a von unten nach oben aufsteigt, strömt der dem Rauchgaszug 4 zugeordnete Rauchgasteilstrom im Gegenstrom von oben nach unten. Das aus dem Rauchgaszug 4 unten austretende Rauchgas wird über mindestens einen Rauchgaskanal 7 dem Rauchgaszug 3 an der Stelle A zugeführt, da die Austrittstemperatur des Rauchgases aus dem Rauchgaszug 4 im wesentlichen der an der Stelle A herrschenden Temperatur entspricht. In dem mindestens einen Rauchgaskanal 7 ist eine oder mehrere Regelklappen 8 angeordnet, um die in den Rauchgaskanal 4 eintretende Rauchgasmenge und damit die über den Natrium-Kreislauf auszukoppelnde Wärme zu regeln. Zwischen Einlaß 5 und Auslaß 6 kann vorzugsweise eine zu- und abschaltbare Verbindungsleitung liegen, die bei Ausfall der im Natrium-Kreislauf vorhandenen Umwälzpumpe oder -pumpen zugeschaltet werden kann, um einen Naturumlauf und eine Notkühlung zu ermöglichen. Es ist auch möglich, daß den Pumpen entsprechende Bypassleitungen zugeordnet werden.
  • Die Heizflächen 3a und 4a liegen vorzugsweise in gleichen Ebenen, damit ihnen gleiche Bühnen und evtl. gleiche Hilfseinrichtungen zugeordnet werden können.
  • Abschließend soll darauf aufmerksam gemacht werden, daß in den Ansprüchen und in der Beschreibung unter "Kohle" sowohl Steinkohle, Braunkohle, Koks und im weitesten Sinne andere feste Brennstoffe oder aus diesen abgeleitete Sekundärbrennstoffe (vgl. z.B. Bild 10 auf S. 550 der DE-Z. VGB Kraftwerkstechnik, 65. Jahrg., Heft 6 (1985)) verstanden werden.
  • Schließlich ist anzumerken, daß vorzugsweise der Erhitzer aus einer Vielzahl von bezogen auf den Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf hintereinander geschalteten Heizflächen 4a aufgebaut ist, die bezüglich des Rauchgasstromes im Gleichstrom oder Gegenstrom angeordnet sind.

Claims (4)

1. Kohlegefeuerter Dampferzeuger (1) mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf und einem Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf, der über einen im Rauchgasstrom des Dampferzeugers angeordneten Erhitzer mit mindestens einer Heizfläche (4a) Wärme aus dem Rauchgasstrom auskoppelt und in einen Wärme verbrauchenden Prozeß einbindet, insbesondere Kohle-Kombiblock mit einer in den Wasser-Dampf-Kreislauf eingeschalteten Dampfturbine und einem Gasturbinenprozeß, wobei der Rauchgasstrom auf mindestens zwei dem Feuerraum (2) nachgeschaltete, vertikal angeordnete parallele Rauchgaszüge (3, 4) aufgeteilt wird, von denen der eine (3) dem Wasser-Dampf-Kreislauf und der andere (4) dem Niederdruck-Wärmeträger-Kreislauf zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Niederdruck-Wärmeträger-Rauchgaszug (4) austretende Rauchgasstrom dem Wasser-Dampf-Rauchgaszug (3) an einer Stelle (A) zugeführt wird, an der die Temperatur des zugeführten Rauchgasteilstromes im wesentlichen der Temperatur des im Wasser-Dampf-Rauchgaszug strömenden Rauchgases entspricht.
2. Kohlegefeuerter Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Niederdruck-Wärmeträger Natrium verwendet wird.
3. Kohlegefeuerter Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasser-Dampf-Rauchgaszug (3) zwischen dem Feuerraum (2) und dem Niederdruck-Wärmeträger-Rauchgaszug (4) angeordnet ist.
4. Kohlegefeuerter Dampferzeuger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Natrium-Rauchgaszug (4) als Regelzug (8) ausgebildet ist.
EP86114857A 1985-11-07 1986-10-25 Kohlegefeuerter Dampferzeuger für Kohle-Kombiblock Expired EP0224050B1 (de)

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