DE102007062390B3

DE102007062390B3 - Wirbelschichtfeuerung

Info

Publication number: DE102007062390B3
Application number: DE102007062390A
Authority: DE
Inventors: Michael Kaden
Original assignee: Michael Kaden
Current assignee: CHRISTA JOSEFINE FRODENO, ZA; FRODENO, CHRISTA JOSEFINE, ZA
Priority date: 2007-12-22
Filing date: 2007-12-22
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2027-12-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung (1) mit einem ersten stationären Wirbelbett (6), welchem zu verfeuernde Brennstoffe zuführbar sind. Dem ersten Wirbelbett (6) ist ein zweites stationäres Wirbelbett (6') mit Tauchheizflächen zugeordnet. Ein Wärmeaustrag aus dem ersten Wirbelbett (6) wird dadurch erhalten, indem überschüssiges Bettmaterial (10) selbsttätig vom ersten Wirbelbett (6) auf das zweite Wirbelbett (6') geführt ist. Gekühltes Bettmaterial (21) aus dem zweiten Wirbelbett (6') ist zu dem ersten Wirbelbett (6) rückführbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Wirbelschichtfeuerungen werden in vielfältigen Ausführungsformen eingesetzt, um Brennstoffe, insbesondere auch Abfallstoffe, zu verfeuern und damit Heißgas zu generieren, welches für weitere Prozesse genutzt werden kann.
Derartige Wirbelschichtfeuerungen sind typischerweise in einem Ofen integriert und weisen wenigstens ein Wirbelbett auf, das inertes Material wie zum Beispiel Sand, Kalkstein oder Asche, enthält, welchem über eine Düsenanordnung Gas, insbesondere Luft, zugeführt wird. Weiter werden dem Ofen über eine Zuführeinrichtung die zu verfeuernden Brennstoffe zugeführt. Durch die Bedüsung mit der Düsenanordnung wird das inerte Material aufgewirbelt und durchmischt sich mit dem zu verfeuernden Brennstoff. Die Zündung während des Aufheizens des Verbrennungsprozesses erfolgt mittels eines Brenners.
Generell wird zwischen einer stationären und zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung unterschieden. Bei einer stationären Wirbelschichtfeuerung verbleibt das mit der Düsenanordnung aufgewirbelte inerte Material im Wirbelbett. Bei einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung dagegen steigt das inerte Material bis an die Oberseite des Ofens auf und wird typisch über Zyklone und Wärmetauscher auf das Wirbelbett zurückgeleitet.
Bei einer stationären Wirbelschichtfeuerung kann ein Betrieb mit oder ohne Tauchheizflächen vorgesehen sein. Bei einem Betrieb ohne Tauchheizflächen ist generell kein Wärmeaustrag aus dem Wirbelbett möglich. Durch das Vorse hen von Tauchheizflächen ist zwar ein Wärmeaustrag möglich, jedoch ist dieser stets abhängig von der Heißgaserzeugung, insbesondere von der erzeugten Heißgaswärme.
Bei einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung ist durch die Rückführung des aus dem Wirbelbett aufgewirbeltem inerten Materials über Wärmetauscher generell ein einstellbarer Wärmeaustrag möglich. Nachteilig bei zirkulierenden Wirbelschichtfeuerungen ist jedoch der hohe konstruktive Aufwand, der insbesondere durch die Rückführung des aufgewickelten Materials entsteht. Problematisch sind weiterhin die hohen Teilchengeschwindigkeiten innerhalb der Wirbelschichtfeuerung, was zu einem erhöhten Verschleiß von Bauteilen innerhalb der Wirbelschichtfeuerung fuhrt und den hohen Kraftbedarf der Gebläse bedingt.
Die DE 196 47 429 A1 betrifft einen Bettreaktor zum Oxidieren von festen Materialien mit mehreren Fluidisierungskammern, in welchen Diffuser- und Verteilerplatten angeordnet sind.
Die DE 23 52 412 A betrifft einen Bettreaktor mit zwei Fließbetten, wobei Bettmaterial von einem Fließbett zum anderen mittels einer Pumpvorrichtung transportierbar ist.
Die JP 09-119620 A betrifft einen Bettreaktor mit einem Fließbett, das durch eine Trennwand in zwei Teilbetten getrennt ist, wobei in einem Teilbett ein Wärmetauscher vorgesehen ist.
Aus der DE 199 03 510 A1 ist eine Wirbelschichtfeuerung bekannt, die mehrere Kammern mit Wirbelbetten und Wärmetauschern aufweist.
Aus der DE 34 26 148 A1 ist ein Kohlekraftwerk bekannt, das mit Öl-Wasser-Wärmetauschern arbeitet.
Aus der DE 600 15 908 T2 ist eine Wirbelschichtverbrennungsanlage bekannt, die mehrere Wärmetauschkammern aufweist.
In der US 46 19315 A ist eine Wirbelschichtfeuerung beschrieben, bei der eine Wärmetauscheranordnung eingesetzt wird, die Halterungen für Wärmetauscherrohre aufweist, die in unterschiedlichen Abständen angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stationäre Wirbelschichtfeuerung mit verbesserter Funktionalität bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung mit einem ersten stationären Wirbelbett, welchem zu verfeuernde Brennstoffe zuführbar sind und mit einem dem ersten Wirbelbett zugeordneten, Tauchheizflächen aufweisenden zweiten stationären Wirbelbett. Das erste und das zweite Wirbelbett weist jeweils eine mit Luft beaufschlagbare Düsenanordnung auf und die Tauchheizflächen sind von einer Wärmetauscheranordnung gebildet. Die Düsenanordnung des zweiten Wirbelbetts liegt gegenüber der Düsenanordnung des ersten Wirbelbetts tiefer und die Oberseite der Düsenanordnung des ersten Wirbelbetts schließt mit der Oberseite der Wärmetauscheranordnung zumindest näherungsweise bündig ab, so dass ein Wärmeaustrag aus dem ersten Wirbelbett dadurch erhalten wird, dass überschüssiges Bettmaterial vom ersten Wirbelbett auf das zweite Wirbelbett überströmt. Im zweiten Wirbelbett gekühltes Bettmaterial ist zu dem ersten Wirbelbett rückführbar.
Mit der erfindungsgemäßen stationären Wirbelschichtfeuerung wird einerseits durch die Verbrennung von Brennstoffen Heißgas erzeugt. Dieses Heißgas kann für unterschiedliche Prozesse genutzt werden.
Weiterhin kann auch die über die Tauchheizfläche vom ersten Wirbelbett ausgetragene Wärme für externe Prozesse genutzt werden. Besonders vorteilhaft sind die Tauchheizflächen von den Oberflächen einer Wärmetauscheranordnung gebildet. Dort werden Wärmetauscherflüssigkeiten, insbesondere Thermalöl, durch die aus dem ersten Wirbelbett ausgetragene Wärme erhitzt.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass für die Wirbelschichtfeuerung ein einstellbarer Wärmeaustrag ermöglicht wird, wodurch bei unterschiedlichen Prozessparametern ein optimaler Verbrennungsprozess erhalten wird.
Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass bei der erfindungsgemäßen Wirbelschichtfeuerung die Einstellung des Wärmeaustrags völlig unabhängig von der Einstellung der Temperatur des mit der Wirbelschichtfeuerung erzeugten Heißgases erfolgen kann.
Die Einstellung der Heißgastemperatur erfolgt durch die Vorgabe des Luft-/Brennstoffverhältnisses, das heißt dem Verhältnis der dem ersten Wirbelbett zugeführten Luftmenge und der Menge der zugeführten Brennstoffe. Davon unabhängig kann der Wärmeaustrag vorteilhaft dadurch eingestellt werden, dass die Menge des zum ersten Wirbelbetts rückgeführten Bettmaterials eingestellt wird. Bei einem Überschuss an Bettmaterial im ersten Wirbelbett läuft dieses auf das zweite Wirbelbett über und wird durch den Kontakt mit der Tauchheizfläche gekühlt. Je mehr von dem gekühlten Bettmaterial vom zweiten Wirbelbett zum ersten Wirbelbett rückgeführt wird, desto größer der Überschuss an Bettmaterial, desto mehr Bettmaterial wird vom ersten in das zweite Wirbelbett geführt. Dadurch wird ein umso größerer Wärmeaustrag erhalten, je größer die in das erste Wirbelbett rückgeführte Menge an Bettmaterial ist.
Als Rückführeinheit ist bevorzugt ein Rohrsystem mit wenigstens einer Düse vorgesehen, die von einer Steuereinheit gesteuert ist. Über die Steuereinheit kann so die rückgeführte Menge an Bettmaterial präzise vorgegeben werden.
Insbesondere kann die Mengensteuerung des rückgeführten Bettmaterials in einen Regelkreis eingebunden sein, wobei die rückgeführte Menge des Bettmaterials abhängig von der Temperatur des in den Wärmetauschern geführten Thermalöls vorgebbar ist.
Da bei der erfindungsgemäßen Wirbelschichtfeuerung der Wärmeaustrag über das zweite Wirbelbett unabhängig von der Einstellung der Heißgastemperatur, die durch die Vorgabe des Luft-/Brennstoffverhältnisses vorgegeben wird, erfolgt, kann der Wirkungsgrad der Wirbelschichtfeuerung in weiten Bereichen optimal eingestellt werden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Wirbelschichtfeuerung besteht darin, dass das erste Wirbelbett im Vergleich zu bekannten Wirbelbetten mit Tauchheizflächen eine signifikant geringere Höhe hat, da die Tauchheizflächen in das zweite Wirbelbett verlagert sind. Dadurch ist die benötigte Pressung der Verbrennungsluft, welche linear mit der Wirbelbetthöhe ansteigt, bei dem ersten Wirbelbett der erfindungsgemäßen Wirbelschichtfeuerung erheblich geringer als bei bekannten Wirbelbetten mit dort integrierten Tauchheizflächen. Die geringe benötigte Pressung führt zu einer erheblichen Reduktion der benötigten Ventilatorleistung und somit zu einer erheblichen Reduktion der Betriebskosten. Für das zweite Wirbelbett wird zwar eine hohe Pressung der Verbrennungsluft benötigt, jedoch ist das zweite Wirbelbett erheblich kleiner als das erste Wirbelbett und die Gasgeschwindigkeit ist geringer als im ersten Wirbelbett, so dass in der Summe ein erheblicher Einspareffekt verbleibt.
Vorteilhaft ist der Bereich des zweiten Wirbelbetts mit der Wirbelschichtfeuerung räumlich vom Ofen mit dem ersten Wirbelbett getrennt. Zudem sind vorteilhaft die Gasgeschwindigkeiten im zweiten Wirbelbett erheblich geringer als im ersten Wirbelbett. Damit findet im Bereich des zweiten Wirbelbetts, wo sich die Wärmetauscheranordnung befindet, nahezu keine Verbrennung von Brennmaterial statt, so dass dort auch keine oder nahezu keine Schadstoffe an fallen, wodurch kein oder nur ein geringer Verschleiß der Wärmetauscheranordnung durch Korrosion gegeben ist.
Die die Tauchheizflächen bildende Wärmetauscheranordnung ist besonders vorteilhaft als modulare, austauschbare Einheit ausgebildet, wodurch die erfindungsgemäße Wirbelschichtfeuerung schnell und einfach umgerüstet werden kann.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Wärmetauscherrohre der Wärmetauscheranordnung in Halterungen gelagert, die unregelmäßige Abstände zueinander aufweisen.
Durch die Anordnung der Halterungen zur Lagerung der Wärmetauscherrohre in unterschiedlichen Abständen zueinander können Schwingungen der Wärmetauscherrohre während des Betriebs der. Wirbelschichtfeuerung wirkungsvoll gedämpft werden. Durch die unterschiedlichen Abstände der Halterungen zueinander werden nämlich Schwingungen der Wärmetauscherrohre in Form von stehenden Wellen vermieden, wodurch die Lebensdauer der Wärmetauscherrohre gezielt erhöht wird.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dem zweiten Wirbelbett eine Düsenanordnung zugeordnet, die es erlaubt die einzelnen Segmente der Wärmetauscherrohre zwischen den einzelnen Halterungen separat mit Luft zu beaufschlagen, wodurch der Wärmeaustrag mit der Wärmetauscheranordnung gezielt gesteuert werden kann.
Die erfindungsgemäße Wirbelschichtfeuerung kann generell dahingehend modifiziert oder erweitert sein, dass anstelle von einem ersten Wirbelbett und einem zweiten Wirbelbett auch mehrere erste Wirbelbett und/oder mehrere zweite Wirbelbette vorgesehen sein können, wobei unterschiedliche geometrische Anordnungen der Wirbelbette möglich sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
1: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wirbelschichtfeuerung,
2: eine Wärmetauscheranordnung für die Wirbelschichtfeuerung gemäß 1 und
3: eine Detaildarstellung der Wärmetauscheranordnung gemäß 2.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wirbelschichtfeuerung 1. Die Wirbelschichtfeuerung 1 weist einen Ofen 2 auf, dessen gemauerte Wände 3 an der Außenseite mit Kacheln versiegelt sind. Der Ofen 2 weist einen Hauptraum 4 auf, in welchem über Einlässe 5 zu verfeuernder Brennstoff eingeleitet werden kann. In dem Hauptraum 4 befindet sich weiterhin zur Ausbildung einer stationären Wirbelschichtfeuerung 1 ein erstes Wirbelbett 6. Dieses umfasst eine erste Düsenanordnung 7 mit einem flächigen, sich bevorzugt über die gesamte Fläche des Hauptraums 4 erstreckenden Feld von Düsen 8, die über Düsenkästen 9 mit Gas, insbesondere Luft beaufschlagt werden. Auf den Düsen 8 der Düsenanordnung 7 befindet sich Bettmaterial 10 in Form von Sand, Asche oder dergleichen. Die Düsenanordnung 7 ist auf einem Gestell 11 gelagert. Mit dem Begriff Düsenanordnung 7 ist generell das gesamte Luftzufahrsystem für das Wirbelbett 6 umfasst, nämlich ein Düsenkasten 9 zur Einleitung von Luft und eine nachgeordnete Anordnung von Rohren 22, an welchen die einzelnen Düsen 8 angeordnet sind.
Durch die mit der Düsenanordnung 7 im ersten Wirbelbett 6 generierte Gasströmung erfolgt eine Durchmischung des inerten Materials mit dem zu verfeuernden Brennstoff. Der Verbrennungsprozess wird mittels in deren Ofen 2 angeordneten Brennern 12, beispielsweise Gasbrennern oder Ölbrennern gezündet. Durch die Verfeuerung des Brennstoffs wird Heißgas erzeugt, das über einen Auslass 13 aus dem Ofen 2 ausgeleitet wird. Das Heißgas steht dann als Energiequelle zur Durchführung extern ablaufender Prozesse bereit. Die Temperatur des Heißgases kann durch das Luft-/Brennstoffverhältnis, das heißt der Verhältnisse der über die Düsenanordnung 7 zugegebenen Luftmengen und die Menge des zugeführten Brennstoffs, vorgegeben werden.
Besonders vorteilhaft ist der Auslass in Form einer Evolvente oder dergleichen ausgebildet, durch welchen im Bereich des Auslasses eine tangentiale Luftströmung erzeugt wird, die dazu führt, dass bedingt durch die wirkenden Fliehkräfte im Luftstrom enthaltene Partikel an den Rand des Auslasses geführt werden. Der Auslass ist so ausgebildet, dass die dort sich ansammelnden Partikel zurück in den Ofen fallen können. Dadurch wird ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand eine Abscheidewirkung erhalten, die dafür sorgt, dass im Auslassluftstrom vorhandene Partikel abgeschieden werden. Dieser Effekt kann dadurch noch verstärkt werden, dass in der Wirbelschichtfeuerung gegebenenfalls benötigte Sekundärluft tangential im Bereich des Ofens eingeströmt wird.
Der Ofen 2 weist zusätzlich zu dem Hauptraum 4 einen Nebenraum 14 auf, der durch eine sich vom Boden des Ofens 2 senkrecht erstreckende Zwischenwand 15 vom Hauptraum 4 teilweise abgetrennt ist. Die Decke des Ofens 2 im Bereich des Nebenraums 14 liegt erheblich tiefer als die Decke des Ofens 2 im Bereich des Hauptraums 4.
In diesem Nebenraum 14 befindet sich eine zweite Düsenanordnung 16 mit einer Anordnung von Düsen 17 und Düsenkästen 18, die ebenfalls auf einem Gestell 19 gelagert sind. Diese Düsenanordnung 16 liegt tiefer als die Düsenanordnung 7 im Hauptraum 4. Auf der Düsenanordnung 16 im Nebenraum 14 ist eine Wärmetauscheranordnung 20 angeordnet, deren Elemente Tauchheizflächen bilden. Die Düsenanordnung 7 mit der Wärmetauscheranordnung 20 dient zur Ausbildung eines zweiten Wirbelbetts 6', wobei auch dieses Bettmaterial 21 aus inertem Material aufweist.
Wie aus 1 ersichtlich schließt die Oberseite der Düsenanordnung 7 des ersten Wirbelbetts 6 mit der Oberseite der Wärmetauscheranordnung 20 zumindest näherungsweise bündig ab, wobei der obere Rand der Zwischenwand 15 etwa auf derselben Höhe liegt. Entsprechend liegen auch die oberen Ränder der Bettmaterialien 10, 21 auf demselben Niveau.
Ist im ersten Wirbelbett 6 ein Überschuss an Bettmaterial 10 vorhanden, findet ein Überströmen des Bettmaterials 10 vom ersten Wirbelbett 6 in das zweite Wirbelbett 6' statt.
Die Höhe der Zwischenwand 15, ist so gewählt, dass ein Durchgang zwischen Neben- 14 und Hauptraum 4 gegeben ist, durch welchen das Bettmaterial 10 in der mit dem Pfeil in 1 geneigten Richtung überströmen kann.
Umgekehrt kann mittels einer Rückführeinheit Bettmaterial 10, 21 aus dem zweiten Wirbelbett 6' dem ersten Wirbelbett 6 zugeführt werden. Die Rückführeinheit umfasst im vorliegenden Fall ein Rohr 22, das von der Unterseite des zweiten Wirbelbetts 6' zur Unterseite des ersten Wirbelbetts 6 führt. Dabei mündet am zweiten Wirbelbett 6' ein senkrecht verlaufender Rohrabschnitt aus, an welchen ein horizontaler Rohabschnitt anschließt, von welchem schließlich ein weiterer vertikaler Rohrabschnitt zum ersten Wirbelbett 6 führt. Am Übergang von diesem vertikalen Rohabschnitt zum horizontalen Rohrabschnitt befindet sich eine Injektordüse 23, die von einer nicht dargestellten Steuereinheit gesteuert wird. Durch die mit der Steuereinheit angesteuerte Injektordüse 23 wird die in das erste Wirbelbett 6 rückgeführte Menge an Bettmaterial 10 vorgegeben.
2 zeigt in einer Detaildarstellung den Aufbau der Wärmetauscheranordnung 20. Die Wärmetauscheranordnung 20 besteht aus einer Anordnung von Wämetauscherrobren 24, in welchen Thermalöl als Wärmeträgermedium geführt ist. Die Wärmetauscherrohre 24 sind in plattenförmigen Halterungen 25a–d gelagert. An einer stirnseitigen Halterung 25d sind ein- und ausgangsseitige Anschlüsse 26 der Wärmetauscheranordnung 20 vorgesehen. Die Ebenen der Halterungen 25a–d sind senkrecht zu den Längsrichtungen der Wärmetauscherrohre 24 orientiert. Die Wärmetauscherrohre 24 sind in Bohrungen der Halterungen 25a–d lagefixiert.
Mittels des zweiten Wirbelbetts 6' erfolgt ein Wärmeaustrag aus dem ersten Wirbelbett 6. Überschüssiges Bettmaterial 10 aus dem ersten Wirbelbett 6 strömt in das zweite Wirbelbett 6' über und kommt in Kontakt mit den von den Oberflächen der Wärmetauscherrohren 24 der Wärmetauscheranordnung 20 gebildeten Tauchheizflächen, so dass dieses abgekühlt wird. Über die Rückführeinheit wird gekühltes Bettmaterial 21 aus dem zweiten Wirbelbett 6' dem ersten Wirbelbett 6 wieder zugeführt. Je mehr Bettmaterial 21 über die Rückführeinheit rückgeführt wird, umso mehr Bettmaterial 10 strömt aus dem ersten Wirbelbett 6 in das zweite Wirbelbett 6' über, umso größer ist der Wärmeaustrag aus dem ersten Wirbelbett 6. Die Menge des rückgeführten Bettmaterials 21 kann über die Steuereinheit beliebig vorgegeben werden. Die Rückführung kann kontinuierlich oder zeitlich diskret erfolgen. Besonders vorteilhaft erfolgt eine geregelte Rückführung in Abhängigkeit der Temperatur des Thermalöls in die Wärmetauscheranordnung 20.
Durch die Überführung des Bettmaterials 10 vom ersten Wirbelbett 6 in das zweite Wirbelbett 6' wird das Thermalöl in der Wärmetauscheranordnung 20 erhitzt. Die so erzeugte Wärme kann für externe Prozesse genutzt werden.
Da die Rückführung des Bettmaterials 10, 21 über die Rückführeinheit durch die Steuereinheit unabhängig von dem Verbrennungsprozess im Ofen 2, insbesondere unabhängig von der Vorgabe des Luft-Brennstoffgemisches erfolgt, kann die Ausleitung von Wärme über die Wärmetauscheranordnung 20 unabhängig von dem Verbrennungsprozess erfolgen, das heißt insbesondere ohne Reduzierung des Wirkungsgrads des Verbrennungsprozesses.
Die Gasgeschwindigkeiten im ersten Wirbelbett 6 sind signifikant höher als die Gasgeschwindigkeiten im zweiten Wirbelbett 6', was dadurch erreicht wird, dass die zugeführte Luftmenge per Flächeneinheit in der Düsenanordnung 7 des ersten Wirbelbetts 6 erheblich größer als in der Düsenanordnung 16 des zweiten Wirbelbetts 6' ist. Typischerweise liegen die Gasgeschwindigkeiten im ersten Wirbelbett 6 im Bereich von 1–3 m/s und im zweiten Wirbelbett 6' im Bereich von 0,5–1,5 m/s.
Dadurch, dass die Wärmetauscherrohre 24 der Wärmetauscheranordnung 20 somit nur Partikeln mit geringer Strömungsgeschwindigkeit ausgesetzt sind, sind diese nur geringem Verschleiß unterworfen. Dieser Effekt wird dadurch noch verstärkt, dass nur im Hauptraum 4 mit dem ersten Wirbelbett 6 eine signifikante Verbrennung von Brennstoff erfolgt, nicht jedoch im Nebenraum 14 mit dem zweiten Wirbelbett 6', so das dort erheblich weniger Schadstoffe entstehen. Um dennoch Beschädigungen durch Korrosion oder ähnlichem zu vermeiden, weisen die Wärmetauscherrohre 24 bevorzugt Schutzbeschichtungen, insbesondere Inconel-Beschichtungen auf.
Wie aus 2 ersichtlich, sind die mittleren Halterungen 25a–d der Wärmetauscheranordnung 20 asymmetrisch angeordnet, so dass diese die in Längsrichtung der Wärmetauscheranordnung 20 verlaufenden Wärmetauscherrohre 24 in Segmente unterschiedlicher Länge teilen. Dabei sind die Halterungen 25a–d im vorliegenden Fall so angeordnet, dass die Längen der ersten Segmente der Wärmetauscherrohre 24 zwischen den Halterungen 25a und 25b etwa 15% der Gesamtlänge der Wärmetauscherrohre 24 zwischen den Halterungen 25a und 25d betragen, die Längen zweiter Segmente der Wärmetauscherrohre 24 zwischen den Halterungen 25b und 25c etwa 35% der Gesamtlänge betragen und die Längen dritter Segmente etwa 50% der Gesamtlänge betragen. Durch diese asymmetrische Anordnungen der Halterungen 25a–d werden Schwingungen der Wärmetauscherrohre 24 mit höher Effizienz reduziert, da sich durch diese Anordnung der Halterungen 25a–d keine stehende Wellen auf den Wärmetauscherrohren 24 ausbilden können.
Die Düsenanordnung 16 ist so ausgebildet, dass die einzelnen Segmente der Wärmetauscherrohre 24 selektiv mit Luft aus der Düsenanordnung 16 beaufschlagt werden. Dadurch kann der Wärmeaustrag mit der Wärmetauscheranordnung 20 auf einfache Weise eingestellt werden.
3 zeigt eine detaillierte Darstellung der Wärmetauscheranordnung 20 gemäß 2. Die Wärmetauscherrohre 24 sind in Form mehrerer, im vorliegenden Fall von drei Einzelsträngen 24a–c gebildet, die jeweils eine mehrfach zwischen den stirnseitigen Halterungen 25a und 25d hin und her laufenden Rohranordnungen bilden. In 3 sind der Übersichtlichkeit halber die Einzelstränge auseinander gezogen dargestellt. Eingangsseitig und ausgangsseitig sind an den Einzelsträngen Regelventile 27a–c, 28a–c zur Ausbildung der ein- und ausgangsseitigen Anschlüsse vorgesehen.
Die einzelnen Einzelstränge werden von der Steuereinheit einzeln überwacht, damit die Temperaturdifferenz des Thermalöls zwischen Ein- und Ausgang sowie die Durchflussmengen an Thermalöl für alle Einzelstränge gleich groß sind. Zur Bestimmung der Temperaturdifferenzen sind eingangsseitig an den Einzelsträngen erste Temperatursensoren 29a–c und ausgangsseitig zweite Temperatursensoren 30a–c vorgesehen. Zur Durchflussmessung sind ausgangsseitig Blenden 31a–c vorgesehen.

1: Wirbelschichtfeuerung
2: Ofen
3: Wand
4: Hauptraum
5: Einlass
6: Wirbelbett
6': Wirbelbett
7: Düsenanordnung
8: Düse
9: Düsenkasten
10: Bettmaterial
11: Gestell
12: Brenner
13: Auslass
14: Nebenraum
15: Zwischenwand
16: zweite Düsenanordnung
17: Düse
18: Düsenkasten
19: Gestell
20: Wärmetauscheranordnung
21: Bettmaterial
22: Rohr
23: Injektordüse
24: Wärmetauscherrohr
25a–d: Halterung
26: Anschluss
27a–c: Regelventile
28a–c: Regelventile
29a–c: Temperatursensoren
30a–c: Temperatursensoren
31a–c: Blenden

Claims

Wirbelschichtfeuerung (1) mit einem ersten stationären Wirbelbett (6), welchem zu verfeuernde Brennstoffe zuführbar sind, und mit einem dem ersten Wirbelbett (6) zugeordneten, Tauchheizflächen aufweisenden zweiten stationären Wirbelbett (6'), wobei das erste Wirbelbett (6) und das zweite Wirbelbett (6') jeweils eine mit Luft beaufschlagbare Düsenanordnung (7, 16) aufweisen und die Tauchheizflächen von einer Wärmetauscheranordnung (20) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (16) des zweiten Wirbelbetts (6') gegenüber der Düsenanordnung (7) des ersten Wirbelbetts (6) tiefer liegt, und dass die Oberseite der Düsenanordnung (7) des ersten Wirbelbetts (6) mit der Oberseite der Wärmetauscheranordnung (20) zumindest näherungsweise bündig abschließt, so dass ein Wärmeaustrag aus dem ersten Wirbelbett (6) dadurch erhalten ist, dass überschüssiges Bettmaterial (10) vom ersten Wirbelbett (6) auf das zweite Wirbelbett (6') überströmt, und dass im zweiten Wirbelbett (6') gekühltes Bettmaterial (21) zu dem ersten Wirbelbett (6) rückführbar ist.
Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wärmetauscheranordnung (20) eine Erhitzung von Thermalöl erfolgt und dass durch die Erhitzung des Thermalöls extern nutzbare Prozesswärme generiert wird.
Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheranordnung (20) eine Anordnung von Wärmetauscherrohren (24) aufweist, welche in mehreren Halterungen (25a–d) gelagert sind, wobei die Segmente der Wärmetauscherrohre (24) zwischen unterschiedlichen benachbarten Halterungen (25a–d) unterschiedlich groß sind.
Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungen (25a–d) von Platten gebildet sind, die in parallel verlaufenden Ebenen in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre (24) hintereinander und in unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind, und dass die Wärmetauscherrohre (24) in Bohrungen der Halterungen (25a–d) gelagert sind.
Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherrohre (24) der Wärmetauscheranordnung (20) mehrere Einzelstränge bilden, die mit diesen zugeordneten Überwachungseinheiten einzeln überwacht sind.
Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit jeder Überwachungseinheit für jeden Einzelstrang die Temperaturdifferenz zwischen dem ein- und ausströmenden Thermalöl sowie die Durchflussmenge des Thermalöls überwacht ist.
Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Überwachungseinheiten die Temperaturdifferenzen und die Durchflussmengen der Einzelstränge jeweils auf gleiche Werte eingestellt sind.
Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheranordnung (20) eine modulare, austauschbare Einheit bildet.
Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche zwischen zwei Halterungen (25a–d) der Wärmetauscheranordnung (20) selektiv durch die Düsenanordnung (16) mit Luft beaufschlagbar sind.
Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseiten der Wirbelbette (6, 6') aneinander angrenzen.
Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wirbelbette (6) durch eine Wand (3) getrennt sind, wobei die Höhe der Wand (3) so dimensioniert ist, dass über den oberen Rand das überschüssige Bettmaterial (10) aus dem ersten Wirbelbett (6) in das zweite Wirbelbett (6') überlaufen kann.
Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Rückführeinheit zur Rückführung von gekühltem Bettmaterial (21) vom zweiten Wirbelbett (6') in das erste Wirbelbett (6) ein Rohrsystem mit wenigstens einer Düse vorgesehen ist.
Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse als Injektordüse (23) ausgebildet ist.
Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse von einer Steuereinheit gesteuert ist.
Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit der Wärmeaustrag aus dem ersten Wirbelbett (6) durch eine Mengensteuerung des mittels der Düse rückgeführten Bettmaterials (10) regelbar ist.
Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung in der Steuereinheit in Abhängigkeit der Temperatur des Thermalöls in der Wärmetauscheranordnung (20) erfolgt.
Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in dieser Heißgas generiert ist, dessen Temperatur unabhängig vom Wärmeaustrag aus dem zweiten Wirbelbett (6') regelbar ist.
Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorgabe der Temperatur des Heißgases das Verhältnis der über die Düsenanordnung (7) des ersten Wirbelbetts (6) zugeführten Luft und der zugeführten Brennstoffe einstellbar ist.
Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit im zweiten Wirbelbett (6') signifikant geringer ist als die Strömungsgeschwindigkeit im ersten Wirbelbett (6).
Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einem Ofen (2) integriert ist.
Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (2) nicht gekühlte Ofenwände aufweist.
Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass diese mehrere erste Wirbelbette (6) und/oder mehrere zweite Wirbelbette (6') aufweist.