DE102006022628A1

DE102006022628A1 - Verfahren zum Betrieb einer Anordnung von Staubbrennern

Info

Publication number: DE102006022628A1
Application number: DE102006022628A
Authority: DE
Inventors: Norbert Passmann; Horst Hoffmann; Roland Imhof; Peter Dr. Moser; Wolfgang Dr. Moll
Original assignee: RWE Power AG
Current assignee: RWE Power AG
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2026-05-13
Also published as: DE102006022628B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung von mehreren Brennern in einem mit Kohle befeuerten Dampferzeuger, wobei wenigstens zwei zu einer Gruppe angeordnete Brenner an eine gemeinsame Primärluft-/Brennstoffzuteilung angeschlossen sind. Das Verfahren gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Sekundärluftzuteilung eines jeden Brenners in der Gruppe in Abhängigkeit der Primärluft-/Brennstoffzuteilung des betreffenden Brenners geregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung von mehreren Brennern in einem mit Kohle befeuerten Dampferzeuger, wobei wenigstens zwei zu einer Gruppe angeordnete Brenner an eine gemeinsame Primärluft-/Brennstoffzuteilung angeschlossen sind.
Beispielsweise in Braunkohlenkraftwerken wird getrocknete und in Kohlemühlen zu Staub aufgemahlene Braunkohle über Strahlbrenner im Feuerraum des Kessels verbrannt. Der Kohlenstaub wird den Brennern mit der Primärluft als Fördermedium zugeführt. Der überwiegende Teil der für die Verbrennung erforderlichen Verbrennungsluft wird den Brennern in Form von Sekundärluft zugeführt. Die Menge der zugeführten Sekundärluft ist regelbar. Ziel ist es, die Verbrennung so zu führen, dass ein hoher Wirkungsgrad bei geringem Schadstoffausstoß erreicht wird.
In großen Dampferzeugungsanlagen sind im Feuerraum des Kessels üblicherweise mehrere Brenner gruppenweise angeordnet, d.h. mehrere Brenner sind an eine gemeinsame Primärluft-/Brennstoffzuteilung angeschlossen.
Es ist bekannt, dass ein optimales Luft/Brennstoffverhältnis am Brenner für eine saubere Verbrennung mit hohem Wirkungsgrad entscheidend ist. Die Regelungsmechanismen zur Erzielung einer optimalen Stöchiometrie bei der Verbrennung sind hinlänglich bekannt.
Weitere Voraussetzungen zur Erzielung einer optimalen Verbrennung im Sinne eines geringen Schadstoffausstoßes und eines hohen Wirkungsgrades sind weiterhin ein guter Aufschluss des Brennstoffes im Sinne einer feinen Aufmahlung sowie eine gleichmäßige Brennstoffverteilung auf die an eine Primärluft-/Brennstoffzuteilung angeschlossenen Brenner. Trotz diverser Möglichkeiten der Stoffstromerfassung bereitet jedoch eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffs in der Primärluft Schwierigkeiten, so dass das gewünschte Luft/Brennstoffverhältnis bezogen auf eine Anordnung von Staubbrennern eingestellt wird.
Hieraus resultiert eine unterschiedliche Brennstoffzuteilung zu den Brennern. Diese, durch die unterschiedliche Brennstoffdosage zu den einzelnen Brennern hervorgerufenen Ungleichmäßigkeiten, haben zur Folge, dass bei einer gewünschten Luftzahlfahrweise der Feuerung die Luftzuteilung über die Sekundärluft etwas großzügiger bemessen sein muss, als dies theoretisch erforderlich wäre.
Darüber hinaus ist es üblich und notwendig, eine Vergleichmäßigung der Verbrennung und insbesondere eine CO-Reduzierung durch Zugabe von Ausbrandluft oberhalb der Brenner zu erzielen.
Bei bekannten Dampferzeugungsanlagen wird an mehreren Stellen oberhalb der Oberkante der Brenner im Feuerraum Ausbrandluft zugegeben, die eine CO-Nachverbrennung bewirkt.
Als weitere Maßnahme zur Optimierung der Verbrennung innerhalb des Feuerraums ist die Kaltgasrückführung bekannt, wobei diese mit dem Nachteil behaftet ist, dass insgesamt eine Erhöhung der zu reinigenden Rauchgasmenge erreicht wird, was insbesondere bei Verwendung von Elektrofiltern problematisch sein kann, da diese bei niedrigen Rauchgasströmungsgeschwindigkeiten einen höheren Wirkungsgrad erzielen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Brenneranordnung zu verbessern.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Sekundärluftzuteilung eines jeden Brenners in einer Gruppe von mehreren Brennern in Abhängigkeit der Primärluft-/Brennstoffzuteilung des betreffenden Brenners geregelt wird.
Bisher ist die Sekundärluft auf mehrere Brenner einer Gruppe vermittelt worden, so dass durch die unterschiedliche Brennstoffdosage an jedem Brenner jeder Brenner mit einem unterschiedlichen Luft-/Brennstoffverhältnis betrieben wurde.
Durch die erfindungsgemäße Regelung der Sekundärluftzuteilung eines jeden Brenners in der Gruppe in Abhängigkeit von der Primärluft-/Brennstoffzuteilung des betreffenden Brenners lässt sich jeder einzelne Brenner in einer Anordnung von Brennern mit dem gewünschten Luft-/Brennstoffverhältnis betreiben.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regelung der Sekundärluftzuteilung in Abhängigkeit der lokalen Stöchiometrie der betreffenden Brennerflamme erfolgt.
Zweckmäßigerweise wird dabei so vorgegangen, dass die Schadstoffemission an jedem Brenner gemessen wird, und dass die Sekundärluftzuteilung eines jeden Brenners in einer Gruppe so eingestellt wird, dass die Schadstoffemissionen aller Brenner in einer Gruppe einander entsprechen. Insbesondere durch die Mittelung der Schadstoffemissionen über alle Brenner lässt sich die Feuerung so führen, dass das gewünschte Luft-/Brennstoffverhältnis viel exakter einstellbar ist. War es bisher erforderlich, beispielsweise wegen unterschiedlicher Brennerstöchiometrie einen bestimmten Gesamtluftüberschuss einzuhalten, so kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dieser Gesamtluftüberschuss deutlich geringer ausfallen, da die Brenner in einer Gruppe hinsichtlich des Luft-/Brennstoffverhältnisses etwa synchron betrieben werden.
Ein besonderer Vorteil dieser Fahrweise ist, dass die Zugabe von Ausbrandluft oberhalb der Brenner deutlich verringert werden kann, bestenfalls sogar entbehrlich ist. Auch eine Kaltgasrückführung zur Vergleichmäßigung der Strömungsverhältnisse im Feuerraum ist ggf. nicht mehr erforderlich.
Bei einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Messung der Schadstoffemission eines Brenners über eine Spektralanalyse der von dem betreffenden Brenner erzeugten Brennerflamme erfolgt.
Der Feuerraum des Dampferzeugers kann beispielsweise mit wenigstens einer Messkamera überwacht werden, die das Flammenbild der Brenner erfasst. Das Strahlungsspektrum der Flamme (Temperaturstrahlung und Chemolumineszenz) wird hinsichtlich des Anfalls der Schadstoffe bei der Verbrennung ausgewertet.
Das erfasste Spektrum gibt Aufschluss über die Zusammensetzung des Abgases in der betreffenden Brennerflamme, d.h. über den Anteil und die Verteilung von beispielsweise C₂, CO, CN, CH und Temperatur als Maß für die Verbrennungsgüte. Eine Gruppe von Brennern kann beispielsweise so mit einer Messkamera überwacht werden, dass diese die Flammenbilder aller Brenner in der Gruppe erfasst. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Flammenbild eines jeden einzelnen Brenners mit einer separaten Kamera überwacht wird. Die Kamera kann in bekannter Art und Weise in einer über eine Luke zugänglichen Nische des Feuerraums angeordnet sein. Zweckmäßigerweise erfolgt die Regelung der Sekundärluft eines jeden Brenners automatisch in Abhängigkeit der Verbrennunganalyse. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass für jeden Einzelbrenner ein Luft-/Brennstoff-verhältnis (λ) vorgegeben wird und die Sekundärluftzuteilung für jeden Brenner entsprechend in Abhängigkeit der Verbrennungsanalyse geregelt wird.
Durch die zuvor beschriebene Einzelbrennerregelung kann der Gesamtluftüberschuss der Verbrennung deutlich reduziert werden. Hierdurch ergibt sich eine Wirkungsgradsteigerung, eine Reduzierung der NO_x- und CO-Emissionen und schlussendlich auch eine Reduzierung der CO₂-Emissionen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert:
Es zeigen:
1 eine stark vereinfachte Schnittansicht durch den Kessel eines Dampferzeugers,
2 eine schematische Ansicht einer Anordnung von 3 Rundstrahlbrenner,
3 eine schematische Darstellung des Messprinzips und
4 die graphische Darstellung eines Strahlungsspektrums einer Brennerflamme.
Der in 1 dargestellte Dampferzeuger 1 besitzt in bekannter Art und Weise in seinem unteren Bereich einen Feuerraum 2, in dessen Wandung drei zu einer Gruppe übereinander angeordnete Staubbrenner 3 eingelassen sind. Die Staubbrenner 3 sind als Rundstrahlbrenner ausgebildet und an eine gemeinsame Primärluft-/Brennstoffzuteilung 4 angeschlossen. Jeder Staubbrenner 3 ist an eine nicht dargestellte separate Sekundärluftzuteilung angeschlossen.
In unmittelbarer Nähe der Staubbrenner 3 ist weiterhin eine Messkamera 5 in die Feuerraumwandung eingelassen. Mit der Messkamera 5 wird das Flammenbild der von den Staubbrennern 3 erzeugten Flamme erfasst, in sein Strahlungsspektrum zerlegt und in einer mit 6 bezeichneten Auswerteeinrichtung im Hinblick auf die Verteilung von C₂, CO, CN, CH und Temperatur analysiert. Entsprechend der Verteilung der Schadstoffemissionen an jedem Staubbrenner 3 wird die Sekundärluft eines jeden Brenners geregelt, wobei, wie vorstehend beschrieben, die Sekundärluftregelung derart erfolgt, dass die Emissionswerte auf die drei Staubbrenner 3 innerhalb der Gruppe vermittelt werden, wobei eine gegebene Luftzahl (λ-Zahl) für das Luft-/Brennstoffverhältnis eingehalten wird.
In 4 ist das Strahlungsspektrum einer Brennerflamme dargestellt, wobei die Lage des jeweils emittierten Lichtes im Spektrum bzw. dessen Wellenlänge Aufschluss über die chemische Zusammensetzung gibt, die Intensität der Strahlung hingegen Aufschluss über die Menge der jeweils freigesetzten chemischen Verbindung gibt.

1: Dampferzeuger
2: Feuerraum
3: Staubbrenner
4: Primärluft-/Brennstoffzuteilung
5: Messkamera
6: Auswerteeinrichtung

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Anordnung von mehreren Brennern in einem mit Kohle befeuerten Dampferzeuger, wobei mindestens zwei zu einer Gruppe angeordnete Brenner an eine gemeinsame Primärluft-/Brennstoffzuteilung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftzuteilung eines jeden Brenners in der Gruppe in Abhängigkeit der Primärluft-/Brennstoffzuteilung des betreffenden Brenners geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Sekundärluftzuteilung in Abhängigkeit der lokalen Stöchiometrie der betreffenden Brennerflamme erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadstoffemission an jedem Brenner gemessen wird und dass die Sekundärluftzuteilung eines jeden Brenners in einer Gruppe so eingestellt wird, dass die Schadstoffemissionen aller Brenner in einer Gruppe etwa einander entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Schadstoffemissionen eines Brenners über eine Spektralanalyse der von dem betreffenden Brenner erzeugten Brennerflamme erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuerraum des Dampferzeugers mit wenigstens einer Messkamera überwacht wird, über welche eine Erfassung des Flammenbildes der Brenner erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Gruppe von Brennern mit einer Messkamera überwacht wird.