DD257288A1

DD257288A1 - METHOD FOR THE ENERGY-REDUCED APPROACH OF SPINAL HEATING SYSTEMS

Info

Publication number: DD257288A1
Application number: DD28295285A
Authority: DD
Inventors: Bernd Sankol; Dieter Steinbrecht; Werner Neidel; Dieter Steinecke; Detlef Boese
Original assignee: Univ Magdeburg Tech
Priority date: 1985-11-18
Filing date: 1985-11-18
Publication date: 1988-06-08

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.The invention relates to a method for low-energy start-up of fluidized bed combustion, for example, for heat and hot water production, in which the fuel is heated to temperatures above its Zuendtemperatur and the temperatures and flue gas composition measured in the combustion chamber and used to control the starting process. The aim is a process with a significantly reduced equipment and technology costs. The method should require neither a separate start-up fuel nor a separate start-up combustion chamber. According to the invention, fuel is applied to the quiescent bed material. This is followed by a brief stirring up. Subsequently, fuel is again placed on the dormant bed. In the next step, the bed is pervaded by a small amount of air. Now comes the closing of a small amount of fuel. After the end, more and more air is added. If necessary, it is again stirred up briefly and then the amount of air is strongly reduced again. With increasing flue gas temperatures above the bed is sent to the vortex mode.

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to a method for low-energy start-up of fluidized bed combustors, which are used for example for heating and hot water production or hot steam generation for industrially manufactured homes and social facilities, industry and agriculture, where the fuel heated in the presence of an inert Bettrnaterials to temperatures above its ignition temperature and the temperatures and flue gas composition measured in the combustion chamber and used to control the starting process.

Characteristic of the known technical solutions

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.For the start-up of fluidized bed combustion two ways are known: In one variant, the bed material is fluidized and heated with a arranged above the layer starting burner. The starting fuels are mainly gaseous or liquid fuels. The starting time depends on the ratio of the power of the starting burner to the size of the fluidized bed.

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. .On the other hand, it is also common to heat the dormant bed material by preheated air to above ignition temperature. The air preheating is done for example by electrical resistance heaters. Likewise, it is also known to use the flue gases produced by the combustion of an auxiliary fuel with a large excess of air to preheat the bed mass. ,

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.A major disadvantage of both solutions is that for starting except the fuel larger amounts of auxiliary energy, which must be present at the site of fluid bed combustion, are required. In addition, in both methods, a relatively large amount of equipment technology and BMSR and safety technology is necessary. So z. As proposed for reducing the operating costs when heating the bed material, while avoiding the commissioning of the main air supply to heat the ignition air in an electric muffle furnace to a temperature above the ignition temperature of the fuel. The heated ignition air should flow at a minimum speed through the resting inert bed with the main fan off. In this technical solution, the above-mentioned increased effort in an additional heating for the heating of the ignition air.

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.The same applies to a method and a device for low-energy start-up of a Vorbelsc.iichtanlage in which was proposed to reduce the external heat required for starting, only a certain proportion of the bed material to heat and thereby initiate a controlled combustion for the entire fluidized bed stepwise. For this purpose, only a part of the swirl layer is put into operation by feeding a portion of the fluidized bed with a preheated medium. After reaching the ignition temperature of the fuel, the fuel or additional fuel is entered into this preheated area of the fluidized bed. After ignition of the fuel is increased by turbulence of the bed material and the fuel in this area and re-addition of fuel, the heated area until the entire available combustion chamber is ignited. For this purpose, a divided into central outer chambers and external, separate air chambers air box is provided. In addition to the additional heating of the ignition air in this technical solution, a complex measurement and control technology is required to allow the partial operation of the fluidized bed synchronously to each igniting areas.

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.The aim of the invention is to provide a method for low-energy start-up of fluidized bed combustion, which has a significantly reduced apparatus and technological complexity compared to the known methods.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to develop a method for low-energy start-up of fluidized bed combustion, which requires neither a separate starting fuel nor a separate Anfahrbrennkammer and in which the complicated partial starting and the complicated control for synchronizing the Zündluftzufuhr can be omitted to the ignition areas.

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.According to the invention the object is achieved in that the fluidised bed is approached as follows: According to the known methods of applying a Wirbelschichtfeuerungsaniage for the ⁿ A L ^A 9 ^e nSize characteristic quantity of fuel towards the resting bed material. By briefly stirring up, the mixing of the fuel into the bed material now takes place. Subsequently, preferably lumpy fuel is added to the dormant bed again.

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.In the next step, the bed is flowed through by a small amount of air that a vortex operation is excluded. Now, the ignition of a small amount of fuel with a suitable means.

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.After ignition, more and more air is added, with the flue gas temperature above the bed appreciably increasing from about 500 ⁰ C to 600 ⁰ C and the CO ₂ content.

Gegebenenfalls wird mit Erreichen dieser Werte erneut kurzzeitig aufgewirbelt und anschließend die Luftmenge wieder stark zurückgenommen.If necessary, these values are again briefly stirred up and then the air volume is strongly reduced again.

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.The ignition can be done for example by an electrical resistance heater, which protrudes into the bed material. On the other hand, a resistance heater for ignition in the bed or in the lying on the dormant bed amount of fuel can be driven.

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.But it is also possible to ignite a small amount of fuel outside the fluidized bed furnace and then abandon the fuel, which is on the dormant bed.

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.During the actual start-up of the fluidized bed combustion, the bed material flows through like a quiescent bed and thus represents an idealized grid, which is covered with fuel. The ignition of the fuel is not from the bed material but from the small amount of ignited fuel. Thus, no additional starting fuel and no starting combustion chambers are needed. In addition, the effort for the control of the starting process is reduced to the control of the air supply as a function of the temperature and the CCV concentration above the fuel. In this case, the extraction of the control signals is relatively simple, since the measured values at the decisive times of the connection of the air supply or the Aufwirbeins differ significantly from the prevailing shortly before each values.

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.The method according to the invention has become possible after it has been found that in the first phase of the start-up process, ie immediately after ignition of the small amount of fuel, the flue gas temperature rises rapidly while the bed temperature remains almost constant. With reaching the flue gas temperature of about 500 to 600 ⁰ C, if the ignition of the fuel has not already progressed independently, the ignited fuel can be mixed in, ie the second phase of the starting process begins. After a short time there is an increase in the temperature recorded in the bed, which may be different in time course and gradient depending on the measuring point. Since the heat released remains in the bed mass, a decrease in the flue gas temperatures is observed with simultaneous increase in bed temperatures. With increasing flue gas temperatures above the bed is transferred to the vortex mode.

, 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. . ., In the swirl operation can occur depending on the amount of fuel previously introduced either to the asymptotic approach to the correct bed temperature or to a brief overshoot to values of 850-900 ⁰ C. The CO ₂ content continues to rise. , ,

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 kommtThe fuel supply required for stable operation is turned on at the moment when the evolution of the CO ₂ content stagnates. Then the fuel present in the bed is used up. The amount of fuel is adjusted so that at a constant air flow and bed temperature and constant CO ₂ content, a stable heat output of the fluidized bed combustion comes about

Die Zuverlässigkeit des Verfahrens steigt mit der Zündfähigkeit des Brennstoffs. The reliability of the process increases with the ignitability of the fuel.

Ausführungsbeispielembodiment

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden:The invention will be explained in more detail below with reference to an example:

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 zumRaw lignite is used as fuel in the present example. The fluidized bed firing is started with the full amount of bed material. After pre-priming, a certain amount of fuel is applied either by a co-firing device mounted above the stationary bed or by the feed port by hand. By stirring for about 15 seconds, the mixing of the fuel into the bed material takes place. As a result, the possibility of Durchzündens in the subsequent start-up course is given. Now again fuel is fed to the dormant bed, with expediently lumpy fuel is used without fines. The amount of fuel was chosen in this example so that the fuel is in a uniform layer of about 100mm on the dormant bed. The bed material is traversed in the following of so small an amount of air that a vortex operation is excluded. With . Help of wood or coal lighter is ignited now a small amount of fuel in the present example outside the fluidized bed combustion and abandoned on the traversed by air fuel in the apparatus. It is beneficial for a quick start to set the entire fuel surface on fire. After ignition, the temperature measuring points are monitored on the flue gas side and in the bed material and the CO ₂ content of the flue gases. In a relatively short time it comes to

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.Increase in temperatures above the bed material while the measurement sites in the bed material indicate ambient temperature. The CO ₂ concentration of the flue gases begins to rise. Now more and more air is added to adjust the supply of oxygen to the oxygen demand associated with the application of the fire. At a temperature of about 550 ° C and a CO ₂ content of the flue gases of about 12%, the amount of embers produced on the "grate" is mixed by swirling for about 15 seconds under the fuel-mixed bed material does not start to the extent that the whirling operation can be maintained, the amount of air must be greatly reduced in order to prevent cooling of the bed material or the ember in the bed material, so that the bed material again acts as a flow-through bed.The mixed embers ignite now more parts After a short time, a rise in the bed temperature can be recorded as the flue gas temperatures drop, and as soon as the flue gas temperatures rise again, namely with sufficient heat development in the bed material, the working load is transferred.

Claims

1. A method for low-energy start-up of fluidized bed combustors in which the fuel heated in the presence of an inert bed material to temperatures above its ignition temperature and the temperatures and flue gas composition measured in the combustion chamber and used to control the start-up, characterized in that the fluidized bed firing is started as follows:

After vortexing the fluidized bed furnace, a quantity of fuel characteristic of the plant size is applied to the quiescent bed material, then by mixing the fuel into the bed material by momentarily swirling, then again placing fuel on the quiescent bed, next allowing the bed to flow through such a small amount of air that a vortex operation is excluded, then igniting a small amount of fuel and after ignition constantly add more air, while the temperature and the flue gas composition are measured above the bed, possibly re-stirred up briefly and then the amount of air is strongly withdrawn, and finally go over to swirling operation at rising flue gas temperatures above the bed.

2. The method according to claim 1, characterized in that the small amount of fuel is ignited by a projecting into the bed material electrical resistance heater.

3. The method according to claim 1, characterized in that the small amount of fuel ignited outside the fluidized bed and then fed to the fuel, which is located on the dormant bed.