DD257288A1 - Verfahren zum energiearmen anfahren von wirbelschichtfeuerungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum energiearmen Anfahren von Wirbelschichtfeuerungen beispielsweise zur Waerme- und Warmwassererzeugung, bei denen der Brennstoff auf Temperaturen oberhalb seiner Zuendtemperatur aufgeheizt und die Temperaturen sowie Rauchgaszusammensetzung in der Brennkammer gemessen und zur Steuerung des Anfahrvorganges verwendet werden. Ziel ist ein Verfahren mit einem wesentlich verringerten apparativen und technologischen Aufwand. Das Verfahren soll weder einen gesonderten Anfahrbrennstoff noch eine gesonderte Anfahrbrennkammer erfordern. Erfindungsgemaess wird Brennstoff auf das ruhende Bettmaterial aufgebracht. Es folgt ein kurzzeitiges Aufwirbeln. Anschliessend wird erneut Brennstoff auf das ruhende Bett aufgegeben. Im naechsten Schritt wird das Bett von einer geringen Luftmenge durchstroemt. Nunmehr erfolgt das Zuenden einer geringen Menge Brennstoffs. Nach dem Zuenden wird staendig mehr Luft zugegeben. Gegebenenfalls wird erneut kurzzeitig aufgewirbelt und anschliessend die Luftmenge wieder stark zurueckgenommen. Bei steigenden Rauchgastemperaturen oberhalb des Bettes wird zum Wirbelbetrieb uebergegangen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum energiearmen Anfahren von Wirbelschichtfeuerungen, die beispielsweise zur Wärme- und Warmwassererzeugung bzw. Heißdampferzeugung für industriell gefertigte Wohnungen und Gesellschaftseinrichtungen, Industrie und Landwirtschaft eingesetzt werden, bei denen der Brennstoff unter Anwesenheit eines inerten Bettrnaterials auf Temperaturen oberhalb seiner Zündtemperatur aufgeheizt und die Temperaturen sowie Rauchgaszusammensetzung in der Brennkammer gemessen und zur Steuerung des Anfahrvorganges verwendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für das Anfahren von Wirbelschichtfeuerungen sind zwei Wege bekannt: Bei der einen Variante wird das Bettmaterial fluidisiert und mit einem oberhalb der Schicht angeordneten Anfahrbrenner aufgeheizt. Als Anfahrbrennstoffe dienen vorwiegend gasförmige oder flüssige Brennstoffe. Die Anfahrzeit richtet sich nach dem Verhältnis der Leistung des Anfahrbrenners zur Größe der Wirbelschicht.

Zum anderen ist es auch üblich, das ruhende Bettmaterial durch vorgewärmte Luft bis über Zündtemperatur aufzuheizen. Die Luftvorwärmung erfolgt beispielsweise durch elektrische Widerstandsheizkörper. Ebenso ist es auch bekannt, die Rauchgase, die durch die Verbrennung eines Hilfsbrennstoffes mit großem Luftüberschuß entstehen, zur Vorwärmung der Bettmasse zu verwenden. .

Ein wesentlicher Nachteil beider Lösungen besteht darin, daß zum Anfahren außer dem Brennstoff größere Mengen Hilfsenergie, die am Betriebsort der-Wirbelschichtfeuerung vorhanden sein müssen, erforderlich sind. Außerdem ist bei beiden Verfahren ein verhältnismäßig großer Aufwand an Apparatetechnik sowie BMSR- und Sicherheitstechnik notwendig. So wurde z. B. zur Senkung der Betriebskosten beim Aufheizen des Bettmaterials vorgeschlagen, unter Vermeidung der Inbetriebnahme der Hauptluftzufuhr die Zündluft in einem elektrischen Muffelofen auf eine Temperatur oberhalb der Zündtemperatur des Brennstoffes zu erwärmen. Die aufgeheizte Zündluft soll bei abgeschaltetem Hauptluftgebläse mit einer minimalen Geschwindigkeit durch das ruhende Inertbett strömen. Bei diesertechnischen Lösung besteht der oben bereits genannte erhöhte Aufwand in einer Zusatzheizung für die Aufheizung der Zündluft.

Das gleiche trifft für ein Verfahren und eine Einrichtung zum energiearmen Anfahren einer Wirbelsc.iichtanlage zu, bei dem zur Reduzierung der beim Anfahren benötigten Fremdwärme vorgeschlagen wurde, nur einen bestimmten Anteil des Bettmaterials aufzuheizen und dadurch eine gesteuerte Verbrennung für die gesamte Wirbelschicht stufenweise einzuleiten. Dazu wird nur ein Teil derWirbe.lschicht in Betrieb genommen, indem ein Bereich der Wirbelschicht mit einem vorgeheizten Medium beschickt wird. Nach Erreichen der Zündtemperatur des Brennstoffes wird der Brennstoff oder Zusatzbrennstoff in diesen vorgeheizten Bereich der Wirbelschicht eingegeben. Nach Entzündung des Brennstoffs wird durch Verwirbelung des Bettmaterials sowie des Brennstoffes in diesem Bereich und erneute Zugabe von Brennstoff der angeheizte Bereich vergrößert, bis der gesamte zur Verfügung stehende Brennraum entzündet ist. Zu diesem Zweck ist ein in zentrale Außenkammern und außenliegende, voneinander getrennte Luftkammern unterteilter Luftkasten vorgesehen. Außer der Zusatzheizung für die Zündluft ist bei dieser technischen Lösung eine aufwendige Meß-, Steuer- und Regelungstechnik erforderlich, um das partielle Betreiben der Wirbelschicht synchron zu den jeweils sich entzündenden Bereichen zu ermöglichen.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum energiearmen Anfahren von Wirbelschichtfeuerungen zu schaffen, das gegenüber den bekannten Verfahren einen wesentlich verringerten apparativen und technologischen Aufwand besitzt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum energiearmen Anfahren von Wirbelschichtfeuerungen zu entwickeln, das weder einen gesonderten Anfahrbrennstoff noch eine gesonderte Anfahrbrennkammer erfordert und bei dem das komplizierte partielle Anfahren und auch die komplizierte Steuerung zur Synchronisation der Zündluftzufuhr zu den Zündbereichen entfallen kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wirbelschichtfeuerung folgendermaßen angefahren wird: Nach dem an sich bekannten Verfahren der Wirbelschichtfeuerungsaniage wird eine für die Aⁿl^a9^engröße charakteristische Menge Brennstoff auf das ruhende Bettmaterial aufgebracht. Durch kurzzeitiges Aufwirbeln erfolgt nun das Einmischen des Brennstoffes in das Bettmaterial. Anschließend wird erneut vorzugsweise stückiger Brennstoff auf das ruhende Bett aufgegeben.

Im nächsten Schritt wird das Bett von einer so geringen Luftmenge durchströmt, daß ein Wirbelbetrieb ausgeschlossen ist. Nunmehr erfolgt die Zündung einer geringen Menge Brennstoffs mit einem geeigneten Mittel.

Nach dem Zünden wird ständig mehr Luft zugegeben, wobei die Rauchgastemperatur oberhalb des Bettes aufwerte von ca. 500⁰C bis 600⁰C und der CO₂-Gehalt stetig ansteigen.

Gegebenenfalls wird mit Erreichen dieser Werte erneut kurzzeitig aufgewirbelt und anschließend die Luftmenge wieder stark zurückgenommen.

Das Zünden kann beispielsweise durch einen elektrischen Widerstandsheizkörper erfolgen, der in das Bettmaterial hineinragt. Andererseits kann auch ein Widerstandsheizkörper zum Zünden in das Bett oder auch in die auf dem ruhenden Bett liegende Brennstoffmenge hineingefahren werden.

Es ist aber auch möglich, eine kleine Menge Brennstoff außerhalb der Wirbelschichtfeuerung zu zünden und dann auf den Brennstoff, der sich auf dem ruhenden Bett befindet, aufzugeben.

Beim eigentlichen Anfahren der Wirbelschichtfeuerung wird das Bettmaterial wie eine ruhende Schüttung durchströmt und stellt somit einen idealisierten Rost dar, der mit Brennstoff bedeckt ist. Das Zünden des Brennstoffes geht nicht von dem Bettmaterial sondern von der geringen Menge gezündeten Brennstoffs aus. Somit werden kein zusätzlicher Anfahrbrennstoff und auch keine Anfahrbrennkammern benötigt. Außerdem reduziert sich der Aufwand für die Steuerung des Anfahrvorganges auf die Steuerung der Luftzufuhr in Abhängigkeit von der Temperatur und der CCVKonzentration oberhalb des Brennstoffes. Dabei ist die Gewinnung der Steuersignale verhältnismäßig einfach, da sich die Meßwerte zuden entscheidenden Zeitpunkten der Zuschaltung der Luftzufuhr bzw. des Aufwirbeins deutlich von den jeweils kurz vorher vorherrschenden Werten unterscheiden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde möglich, nachdem herausgefunden wurde, daß in der ersten Phase des Anfahrprozesses, d. h. unmittelbar nach dem Zünden der geringen Menge Brennstoffs, die Rauchgastemperatur rasch ansteigt, während die Bettemperatur nahezu konstant bleibt. Mit Erreichen der Rauchgastemperatur von ca. 500 bis 600⁰C kann, sofern die Entzündung des Brennstoffes nicht schon selbständig fortgeschritten ist, der entzündete Brennstoff untergemischt werden, d. h. die zweite Phase des Anfahrprozesses beginnt. Nach kurzer Zeit ist ein Ansteigen der Temperatur im Bett zu verzeichnen, wobei das je nach Meßstelle unterschiedlich in Zeitverlauf und Gradient sein kann. Da die freigesetzte Wärme in der Bettmasse verbleibt, ist ein Absinken der Rauchgastemperaturen bei gleichzeitigem Ansteigen der Bettemperaturen zu beobachten. Bei steigenden Rauchgastemperaturen oberhalb des Bettes wird zum Wirbelbetrieb übergegangen.

, Beim Wirbelbetrieb kann es je nach Menge des vorher eingebrachten Brennstoffes entweder zum asymptotischen Annähern an die gewünschte Bettemperatur oder zu einem kurzzeitigen Überschwingen auf Werte von 850-900⁰C kommen. Der CO₂-Gehalt steigt weiter. . .

Die für den stabilen Betrieb erforderliche Brennstoffzufuhr wird in dem Moment eingeschaltet, wenn die Entwicklung des CO₂-Gehalts stagniert. Dann ist der im Bett vorhandene Brennstoff verbraucht. Die Brennstoffmenge ist so einzuregeln, daß bei konstanter Luftmenge und Bettemperatur und konstantem CO₂-Gehalt eine stabile Wärmeleistung der Wirbelschichtfeuerung zustande kommt

Die Zuverlässigkeit des Verfahrens steigt mit der Zündfähigkeit des Brennstoffs.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden:

Als Brennstoff wird im vorliegenden Beispiel Rohbraunkohle verwendet. Die Wirbelschichtfeuerung wird mit voller Bettmaterialmenge gestartet. Nach dem Vorlüften wird entweder durch eine über dem ruhenden Bett angebrachte Kohleneintragsvorrichtung oder auch durch die Beschickungsöffnung von Hand eine bestimmte Menge Brennstoff aufgebracht. Durch ca. 15 Sekunden langes Aufwirbeln erfolgt das Untermischen des Brennstoffes in das Bettmaterial. Dadurch ist die Möglichkeit des Durchzündens im späteren Anfahrverlauf gegeben. Nun wird erneut Brennstoff auf das ruhende Bett aufgegeben, wobei zweckmäßigerweise stückiger Brennstoff ohne Feinanteil verwendet wird. Die Brennstoffmenge wurde in diesem Beispiel so gewählt, daß der Brennstoff in einer gleich mäßigen Schicht von ca. 100mm auf dem ruhenden Bett liegt. Das Bettmaterial wird im folgenden von einer so geringen Luftmenge durchströmt, daß ein Wirbelbetrieb ausgeschlossen ist. Mit . Hilfe von Holz oder Kohlenanzünder wird nun eine geringe Menge an Brennstoff im vorliegenden Beispiel außerhalb der Wirbelschichtfeuerung entzündet und auf den von Luft durchströmten Brennstoff im Apparat aufgegeben. Es ist für ein rasches Anfahren günstig, die gesamte Brennstofffläche in Brand zu setzen. Nach erfolgter Zündung werden die Temperaturmeßstellen rauchgasseitig und im Bettmaterial sowie der CO₂-Gehalt der Rauchgase verfolgt. In verhältnismäßig kurzer Zeit kommt es zum

Ansteigen der Temperaturen oberhalb des Bettmaterials, während die Meßstellen im Bettmaterial weiter Umgebungstemperatur anzeigen. Die CO₂-Konzentration der Rauchgase beginnt zu steigen. Nun wird ständig mehr Luft zugegebenem das Sauerstoffangebot dem mit dem Umsichgreifen des Feuers verbundenen Sauerstoffbedarf anzupassen. Bei einer Temperatur von ca. 550°Cund einem CO₂-Gehaltder Rauchgase von ca. 12% wird die auf dem „Rost" entstandene Glutmenge durch ca. 15 Sekunden langes Wirbeln unter das mit Brennstoff vermischte Bettmaterial untergemischt. Da durch dieses Untermischen die Verbrennungsreaktion nicht in dem Maße anspringt, daß der Wirbelbetrieb aufrecht erhalten werden kann, muß zur Verhinderung des Auskühlens des Bettmaterials bzw. der Glut im Bettmaterial die Luftmenge stark zurückgenommen werden, so daß das Bettmaterial wieder als durchströmte Schüttung wirkt. Die untergemischte Glut entzündet nun weitere Teile des im Bettmaterial vorhandenen Brennstoffs. Nach kurzer Zeit kann ein Ansteigen der Bettemperatur verzeichnet werden, während die Rauchgastemperaturen absinken. Sobald die Rauchgastemperaturen erneut ansteigen, nämlich bei ausreichender Wärmeentwicklung im Bettmaterial, wird zum Wirbeitrieb übergegangen.

Claims (3)

1. Verfahren zum energiearmen Anfahren von Wirbelschichtfeuerungen bei denen der Brennstoff unter Anwesenheit eines inerten Bettmaterials auf Temperaturen oberhalb seiner Zündtemperatur aufgeheizt und die Temperaturen sowie Rauchgaszusammensetzung inder Brennkammer gemessen und zur Steuerung des Anfahrvorganges verwendet werden, gekennzeichnet dadurch, daß die Wirbelschichtfeuerung folgendermaßen angefahren wird:

Nach dem Vorlüften der Wirbelschichtfeuerung wird eine für die Anlagengröße charakteristische Menge Brennstoff auf das ruhende Bettmaterial aufgebracht, anschließend Einmischen des Brennstoffs in das Bettmaterial durch kurzzeitiges Aufwirbeln, danach erneut Brennstoff auf das ruhende Bett aufgeben, als nächstes das Bett von einer so geringen Luftmenge durchströmen lassen, daß ein Wirbelbetrieb ausgeschlossen ist, danach Zünden einer geringen Menge Brennstoff und nach dem Zünden ständig mehr Luft zugeben, wobei gleichzeitig die Temperatur und die Rauchgaszusammensetzung oberhalb des Bettes gemessen werden, gegebenenfalls erneut kurzzeitig aufgewirbelt und danach die Luftmenge wieder stark zurückgenommen wird, und schließlich bei steigenden Rauchgastemperaturen oberhalb des Bettes zum Wirbelbetrieb übergehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die geringe Menge Brennstoff durch einen in das Bettmaterial hineinragenden elektrischen Widerstandsheizkörper gezündet wird..

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die geringe Menge Brennstoff außerhalb der Wirbelschichtfeuerung gezündet und dann auf den Brennstoff, der sich auf dem ruhenden Bett befindet, aufgegeben wird.