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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einstellen der Verbrennungseigenschaften von Kohlen zum Betrieb von Feuerungsanlagen, wie z B von kalorischen Kraftwerken
Im Zusammenhang mit Korrosionsschutzverfahren wurde bereits vorgeschlagen die Korrosion in Verbrennungsanlagen und insbesondere an den Warmetauscherflächen der Kessel dadurch herabzusetzen, dass in die Gasphase Additive zur Deaktivierung korrosiver Substanzen eingedüst werden Zu diesem Zweck wurde unter anderem Magnesiumoxid bereits eingedüst, um auf diese Weise eine Hochtemperatursulfatkorrosion bei Temperaturen von über 480 C herabzusetzen Aus dem S02 des Rauchgases wird in diesem Falle Magnesiumsulfat gebildet, sodass die Ausbildung von Alkalipyrosulfaten verhindert wird Das aus der Sulfatisierung von Chloriden entstehende Chlor verbleibt aber äusserst aggressiv,
sodass eine derartige Eindüsung von Erdalkalioxid die Gefahr einer Chlorkorrosion erhöht
Aus der US-3 332 755 A ist ein Additiv für Brennstoffe, welche korrosive Substanzen, wie Natrium, Schwefel oder Vanadium aufweisen, bekanntgeworden, wobei als Additiv Aluminium, Magnesium, Mangan und Eisen enthaltene Stoffe eingesetzt werden.
Aus der US- 4 771 712 A ist ein Verfahren zur Verbrennung von Alkali enthaltenden Brennstoffen bekanntgeworden, bei welchem die Brennstoffe nach Zugabe von Zusätzen zur Erhöhung des Schmelzpunktes der Alkaliverbindungen in einen zirkulierenden Wirbelschichtreaktor eingebracht werden Dabei wird die Betriebstemperatur des Reaktors unterhalb der Schmelztemperatur der entstehenden Alkaliverbindungen gehalten Als Zusätze werden Si02, Metalloxide oder Metallhydroxide eingesetzt, wobei als Metall Kalzium, Magnesium, Eisen oder Titan verwendet wird Die Betriebstemperatur wird dabei durch die Zugabe von Sauerstoff und Brennstoff geregelt.
Aus der US-2 364 828 A ist ein Verfahren zur Vorbehandlung von Kohle zur Herabsetzung der Schlackenbildungstemperatur bekanntgeworden, wobei der Kohle Eisenoxid enthaltenes Material zugesetzt wird, sodass das Verhältnis von SiO2 und AI203 zu Eisenoxid in der Asche maximal 6 ergibt Bei diesem Verfahren werden die Zusätze vor der Verbrennung zugegeben.
Die US-4 253 408 A beschreibt ein Verfahren zur Verhinderung von Korrosion in Verbrennungsanlagen, in welchen flüssige Abfallstoffe eingesetzt werden. Die Schmelztemperatur des Aschenproduktes wird durch Zumischen von Si02, CaO, AI203 und MgO oberhalb der Betriebstemperatur im Reaktor gehalten
Im Zusammenhang mit dem Eindüsen von Additiven wurde bisher in erster Linie der Aspekt der Verringerung der Korrosion betrachtet und es sind entsprechende Vorschläge gemacht worden im Verbrennungsraum Messwerte zu gewinnen, um in der Folge das Ausmass der erforderlichen Dosierung von Additiven zum Verringern der Korrosion zu ermöglichen.
Beim Betrieb von grosstechnischen Feuerungsanlagen und insbesondere von kalorischen Kraftwerken werden in der Regel Trockenfeuerungen oder Schmelzfeuerungen eingesetzt Aus Wirtschaftlichkeitsüberlegungen wird in der Regel möglichst billige Kohle verfeuert. Die angelieferte Kohle weist unterschiedliche Zusammensetzung auf, sodass die erforderliche Kohlemischung zum Betrieb einer bestimmten Feuerungsanlage zumeist dadurch hergestellt wird, dass aus grossen Halden eine Mischung unterschiedlicher Kohlen aufbereitet wird, welche in der Folge gemahlen und in den Brennraum eingedüst wird.
Der Aufwand für die Aufbereitung der jeweils für das gewählte Feuerungsverfahren bzw. die gewählte Feuerungsanlage geeigneten Gemische ist hiebei relativ hoch und es müssen mehrere Lagerstätten für verschiedene Kohlen angelegt werden, welche den Erfordernissen entsprechend vermischt werden müssen Für die Eignung bestimmter Kohlen fur bestimmte Feuerungsanlagen wurde festgestellt, dass das Basen/ Saureverhältnis, welches nach der nachfolgenden Formel ermittelt wird
EMI1.1
von ausschlaggebender Bedeutung für die Eignung der Kohle für eine bestimmte Feuerungsanlage ist. Als Richtlinie gilt hier, dass sich Kohlen bzw.
Kohlengemische mit einem Basen/Saureverhältnis von kleiner als 0,3 für die Trockenfeuerung eignen, wohingegen Gemische mit einem Basen/Säureverhaltnis von grösser 0,5 aufgrund der wesentlich geringeren Fliesspunkte
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bzw Schlackenschmelzpunkte nur in einer Schmelzfeuerung verwendet werden können.
Je nach Ausrüstung des Kraftwerkes können unterschiedliche Brennkessel zur Verfugung stehen, sodass die jeweils geforderte Kohlemischung für die gewünschte Betriebsweise aus den Lagerstätten durch Mischung hergestellt werden muss
Fur die Verschlackungsneigung der in kalorischen Kraftwerken verfeuerten Kohlen wurden gleichfalls bereits Berechnungsverfahren vorgeschlagen, wobei hier in erster Linie die Si02- Verhältniszahl definiert wurde Die Si02-Verhältniszahl wird nach der nachfolgenden Formel berechnet
EMI2.1
wobei gefunden wurde, dass die Verschlackungsneigung für Si02-Verhaltniszahlen grösser 72
EMI2.2
zwischen 72 und 65. Eine hohe Verschlackungsneigung wurde fur Si02-Verhältniszahlen kleiner 65 gefunden.
Für die Beurteilung der Eignung bestimmter Kohlen fur bestimmte Verfahrensweise wurde auch bereits ein Verschlackungsfaktor definiert, welcher aus dem Produkt des Sauren/Basenver- hältnisses mit dem Brennstoff Schwefel (Rs) ermittelt wird. Die Verschlackungsneigung unter Berücksichtigung des Verschlackungsfaktors wird als gering eingestuft, wenn dieser Verschlackungsfaktor kleiner 0,6 beträgt. Eine mittlere Verschlackungsneigung wurde für Verschlackungsfaktoren zwischen 0,6 und 2 und eine hohe Verschlackungsneigung für Verschlackungsfaktoren zwischen 2 und 2,6 gefunden. Eine sehr hohe Verschlackungsneigung wird bei Verschlackungsfaktoren grösser 2,6 gefunden.
Alle diese Zusammenhänge sind in erster Linie empirisch aufgestellt worden und aus der Erfahrung mit der Verwendung von Kohlen aus bestimmten Lagerstätten mit bestimmten Feuerungsanlagen abgeleitet. Keine dieser Erfahrungen ist allgemein auf Kohlen beliebiger Lagerstätten und alle Feuerungsanlagen anwendbar.
Der Aufwand, welcher für das Bereitstellen von geeigneten Kohlegemischen aus einer umfangreichen Halde mit unterschiedlichen Kohlen unterschiedlicher Lagerstätten getrieben werden muss, ist relativ hoch, sodass eine rasche Anpassung an die jeweilige zum Einsatz gelangende Kohlequalität nicht ohne weiteres gelingt
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung zum Einstellen der Verbrennungseigenschaften von Kohlen zum Betrieb von Feuerungsanlagen zu schaffen, mit welcher der Aufwand für die Lagerung der Einsatzkohle und der hohe Aufwand für das Herstellen geeigneter Kohlegemische wesentlich verringert bzw eliminiert werden kann und in einfacher Weise eine Anpassung an die gewünschten Betriebsparameter für den Betrieb von Feuerungsan- lagen, wie z. B. kalorischen Kraftwerken gelingt.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemässe Vorrichtung im wesentlichen darin, dass nahe dem Schlackenabstich einer Schmelzfeuerung und/oder nahe dem Feststoffaustrag einer Trockenfeuerung Temperatursensoren, wie z.B. IR-Detektoren und/oder spektrographische Messgeräte oder videotechnische Beobachtungseinrichtungen angeordnet sind, deren Signalleitungen mit einer Steuerung für die Dosierung von Zusätzen zur Einsatzkohle verbunden sind. Mit derartigen Vorrichtungen können die gewünschten Bedingungen für den Betrieb einer Trockenfeuerung bzw einer Schmelzfeuerung in besonders einfacher Weise und überaus flexibel eingehalten werden.
Der Kohle können dabei während der Verbrennung basische Zusätze, wie z.B Fe203, NaFe (OH)4, Alkali- oder Erdalkalioxide und/oder -karbonate zur Herabsetzung und/ oder saure Zusätze, wie z.B. Si02, Kieselsäure, A1203, Bauxit und/oder Ti02 zur Erhöhung der Schlackenfliesstemperatur bzw. des Schlackenschmelzpunktes zur Anpassung an die jeweils gewählten Verbrennungsbedingungen einer Trockenfeuerung oder einer Schmelzfeuerung zugesetzt werden Da nunmehr von einer einzigen Halde die jeweils anfallende Kohle zum Einsatz gelangt, muss naturgemäss damit gerechnet werden, dass die jeweils zum Einsatz gelangende Kohle über die Zeit grossen Schwankungen in der Zusammensetzung und insbesondere im Basen/Säurenverhältnis unterworfen ist.
Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung gelingt es, in Abhängigkeit von den jeweils
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gewünschten Verbrennungsbedingungen vergleichsweise geringe Mengen an basischen oder sauren Zusätzen zuzuführen, womit die Schlackenfliesstemperatur bzw. der Schlackenschmelzpunkt in der gewünschten Weise beeinflusst werden kann.
Auf diese Weise können die Bedingungen für eine Trockenfeuerung oder eine Schmelzfeuerung auch bei unter- schiedlichen Kohlequalitäten sicher eingehalten werden Der Zusatz von basischen bzw. sauren Zusätzen führt zu einer überaus raschen Korrektur von bei der Verbrennung ungeeigneten Kohlen oder Kohlegemischen, sodass eine rasche Adaptierung und damit eine Optimierung des Betriebes gelingt
Die flexible Anpassung und Regelung der jeweils gewünschten Menge an Zusätzen kann durch einfache Bestimmung der Schlacken- oder Aschentemperatur und/oder der Schlacken- und/oder Abgaszusammensetzung und durch entsprechende Dosierung der Zusätze in Abhängigkeit von den so ermittelten Messwerten vorgenommen werden Die Bestimmung der Schlacken- und/oder Abgas Zusammensetzung kann ebenso wie die Bestimmung der Schlacken- oder Aschentemperatur berührungslos erfolgen,
wobei mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, dass die Messgeräte als spektrographische Messgeräte zur Erfassung der Feuerraumstrahlung ausgebil- det sind, wobei vorzugsweise die spektrographischen Messgeräte mit einem Rechner verbunden sind, in welchem die Temperaturen, Radikalenintensitäten und/oder die chemische Zusammensetzung in wenigstens einer Dimension bzw. Blickrichtung erfasst und ausgewertet werden
Der apparative Aufwand kann hiebei überaus gering gehalten werden, wobei mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, dass die Sensoren in Form von wenigstens einer Messlanze ausgebildet sind und in den Rauchgasraum eintauchen.
Während bisherige Einrichtungen zur Optimierung der Führung von Verbrennungsprozessen in erster Linie eine Anpassung an gesetzliche Anforderungen und eine ökologische Optimierung pn- mar betrachteten, gelingt es mit der erfindungsgemässen Vorrichtung zusätzlich auch die anlagentechnische Seite und insbesondere die kurzfristige Anpassung an ein bestimmtes Feuerungsverfahren zu optimieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von tabellarisch zusammengefassten Werten für Ascheanalysen bzw. Schlackenanalysen in Kombination mit dem jeweiligen Erweichungspunkt bzw der Fliesstemperatur der Schlacken näher erläutert. In der nachfolgenden Tabelle sind Kohlen unterschiedlicher Herkunft tabellarisch einander gegenübergestellt, wobei Analysen mit einem Basen/Saurenverhältnis B/S von kleiner 0,3 sich für die Trockenfeuerung und mit einem Basen/Säurenverhältnis von grösser 0,5 für die Schmelzfeuerung eignen Kohlen, welche prinzipiell nur für die Schmelzfeuerung geeignet erscheinen, können durch entsprechende Zusätze von sauren Additiven für eine Trockenfeuerung eingesetzt werden.
Umgekehrt lassen sich üblicherweise nur fur eine Trockenfeuerung geeignete Kohlen durch entsprechende basische Zusätze in einer Schmelzfeuerung einsetzen.
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Tabelle 1 Ascheanalyse
EMI4.1
<tb> Saar <SEP> Ruhr
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Göttelbom <SEP> Reden <SEP> Warndt <SEP> AV <SEP> Walsum <SEP> Lohberg
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Si02 <SEP> 42 <SEP> 47 <SEP> 40 <SEP> 44 <SEP> 44 <SEP> 43
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> A1203 <SEP> 27 <SEP> 29 <SEP> 27 <SEP> 28 <SEP> 28 <SEP> 29
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fe203 <SEP> 13 <SEP> 9 <SEP> 9 <SEP> 13 <SEP> 9 <SEP> 8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CaO <SEP> 6 <SEP> 3 <SEP> 6 <SEP> 3 <SEP> 5 <SEP> 6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> MgO <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 5 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Na2O <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,
5 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> K20 <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 3
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> Ti02 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 1 <SEP> 1
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<tb>
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<tb> S03 <SEP> 4 <SEP> ¯ <SEP> ¯ <SEP> 2 <SEP> 5 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 4
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<tb> Erwei-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> chungs-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> temp. <SEP> 1208 <SEP> 1205 <SEP> 1203 <SEP> 1240 <SEP> 1215 <SEP> 1218 C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Halbkugel <SEP> 1325 <SEP> 1368 <SEP> 1370 <SEP> 1380 <SEP> 1378 <SEP> 1505 C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fliesst.
<SEP> 1390 <SEP> 1443 <SEP> 1445 <SEP> 1430 <SEP> 1433 <SEP> 1523 C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> SR <SEP> 64 <SEP> 76 <SEP> 67 <SEP> 70 <SEP> 72 <SEP> 71
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B/S <SEP> 0,36 <SEP> 0,25 <SEP> 0,36 <SEP> 0,31 <SEP> 0,29 <SEP> 0,29
<tb>
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EMI5.1
<tb> polnisch <SEP> Süd <SEP> Afr. <SEP> Stone <SEP> M. <SEP> Indones.
<SEP> Venezuela <SEP> Australien <SEP> Ashland
<tb>
<tb> Si02 <SEP> 52,8 <SEP> 42,5 <SEP> 53,5 <SEP> 39,6 <SEP> 48,1 <SEP> 58,0 <SEP> 57,2
<tb>
EMI5.2
EMI5.3
<tb> Fe2O3 <SEP> 6,9 <SEP> 5,4 <SEP> 5,1 <SEP> 16,8 <SEP> 5,4 <SEP> 9,5 <SEP> 4,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CaO <SEP> 3,0 <SEP> 8,5 <SEP> 1,6 <SEP> 8,4 <SEP> 7,1 <SEP> 2,7 <SEP> 0,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> MgO <SEP> 2,0 <SEP> 1,8 <SEP> 0,6 <SEP> 9,9 <SEP> 4,6 <SEP> 1,3 <SEP> 0,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Na20 <SEP> 1,3 <SEP> 0,3 <SEP> 0,2 <SEP> 0,4 <SEP> 0,5 <SEP> C,5 <SEP> 0,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> K20 <SEP> 3,1 <SEP> 0,9 <SEP> 0,7 <SEP> 1,4 <SEP> 1,5 <SEP> 1,7 <SEP> 1,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ti02 <SEP> 1,3 <SEP> 1,8 <SEP> 2,1 <SEP> 0,7 <SEP> 1,0 <SEP> 0,9 <SEP> 1,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> S03 <SEP> 2,1 <SEP> 5,1 <SEP> 0,7 <SEP> 7,0 <SEP> 5,5 <SEP> 0,3 <SEP> 0,
2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> P <SEP> 0,8 <SEP> 2,7 <SEP> 0,1 <SEP> - <SEP> 0,2 <SEP> 1,8 <SEP> 0,2
<tb>
<tb>
<tb> Erwei-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> chungs-
<tb>
<tb>
<tb> temp. <SEP> 1190 <SEP> 1240 <SEP> 1280 <SEP> 1150 <SEP> 1210 <SEP> 1200 <SEP> 1290 C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Halbku-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gelpunkt <SEP> 1480 <SEP> 1480 <SEP> 1600 <SEP> 1220 <SEP> 1280 <SEP> 1420 <SEP> 1600 C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fliesstem.
<SEP> 1510 <SEP> 1500 <SEP> 1600 <SEP> 1265 <SEP> 1320 <SEP> 1440 <SEP> 1600 C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> SR <SEP> 82 <SEP> 73 <SEP> 61 <SEP> 53 <SEP> 73 <SEP> 81 <SEP> 90
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B/S <SEP> 0,21 <SEP> 0,23 <SEP> 0,09 <SEP> 0,66 <SEP> 0,27 <SEP> 0,19 <SEP> 0,08
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rs <SEP> 0,15 <SEP> 10,10 <SEP> 0,29 <SEP> 0,15 <SEP> 0,07 <SEP> 0,05
<tb>
Bei weitergehenden Versuchen wurde festgestellt, dass S03-Gehalte von über 6 % in der Asche bzw der Schlacke ein besonders hohes Anwachsen von Belägen in den Feuerungsanlagen zur Folge haben.
In diesen Fallen muss bei der Einstellung des Basen/ Säurenverhältnisses dann, wenn die Ausgangskohle bereits ein Basen/Säurenverhältnis von deutlich unter 0,3 aufweist, gleichzeitig mit dem Zusatz von basischen Additiven ein entsprechender Zusatz an sauren Additiven vorgenommen werden, um die Betriebsweise für eine Trockenfeuerung zu optimieren.
Patentansprüche :
1 Vorrichtung zum Einstellen der Verbrennungseigenschaften von Kohlen zum Betrieb von
Feuerungsanlagen, wie z. B. von kalorischen Kraftwerken, dadurch gekennzeichnet, dass nahe dem Schlackenabstich einer Schmelzfeuerung und/oder nahe dem Feststoff austrag einer Trockenfeuerung Temperatursensoren, wie z.B. IR-Detektoren und/oder spektrographische Messgeräte, oder videotechnische Beobachtungseinrichtungen angeordnet sind, deren Signalleitungen mit einer Steuerung für die Dosierung von
Zusatzen zur Einsatzkohle verbunden sind.