DE19518574A1 - Verfahren zur Gewinnung von Energie aus Braunkohle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Energie aus Braunkohle mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Ein solches Verfahren ist als Vorstufe für eine anschließende Vergasung der getrockneten Braunkohle in einer Wirbelschicht bekannt (BWK 41 (1989) Seiten 231-234). Da für die Trocknung Wärme von einem niedrigen Temperaturniveau verwendet wird, ist diese Art der Trocknung unter dem Gesichtspunkt der Energieausnutzung günstig. Andererseits ist aber die Apparatur für die Trocknung aufwendig, und die Braunkohle liegt in einer verhältnismäßig großen Korngröße von bis zu 6 mm vor. Eine so grobe Kohle läßt sich nur schwer vollständig verbrennen, wobei zusätzlich das grobe Korn die Bildung von NO_x begünstigt.

Es ist weiterhin bekannt, die Rohbraunkohle, die im Rohzustand einen Wassergehalt von bis zu 65% aufweisen kann, während der Mahlung z. B. in einer Gebläse- oder Gebläseschlägermühle zu trocknen. Dabei saugt die Mühle aus der angeschlossenen Feuerung heiße Rauchgase mit einer Temperatur von etwa 900°C an. Dieses Verfahren der Mahltrocknung liefert ein Mahlgut mit einer für die Verbrennung günstigen geringen Korngröße, und außerdem steht für die Wärmeübertragung in dem Flammen- und Strahlraum ein ausreichend großes Volumen an rezirkuliertem Gas zur Verfügung. Allerdings wird für diese Art der Trocknung Wärme von einem hohen Temperaturniveau verwendet, wodurch sich der thermische Wirkungsgrad der Anlage verringert. Weiterhin sind dem Feuerraum der bekanten Feuerung mehrere Mühlen zugeordnet, von denen jede eine Gruppe von Brennern mit Brennstoff versorgt. Da aus Gründen der Reservehaltung immer mindestens eine Mühle außer Betrieb ist, können nicht alle Brenner einer Ebene mit Brennstoff versorgt werden. Jede Brennerebene ist damit ungleichmäßig beaufschlagt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung von Energie aus Braunkohle zu schaffen, bei dem der günstige Wirkungsgrad einer Trocknung der Braunkohle bei niedriger Temperatur ausgenutzt wird und bei dem die getrocknete Braunkohle derart verfeuert wird, daß der erhöhte apparative Aufwand für die Trocknung der Braunkohle ausgeglichen wird und der Verbrennungsvorgang vollständig und NO_x-arm erfolgt.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Das erfindungsgemäße Verfahren und dessen Vorteile werden nachfolgend erläutert.

Rohbraunkohle mit einem Wassergehalt von 45 bis 65% wird angemessen zerkleinert, z. B. auf eine maximale Korngröße von 6 mm. Anschließend wird die zerkleinerte Rohbraunkohle zur Trocknung bei niedrigen Temperaturen zwischen 50 und 150°C in einen Wirbelschichttrockner gegeben, dem als Trocknungs- und Fluidisierungsmedium Wasserdampf zugeführt wird. In dem Wirbelschichttrockner wird die Rohbraunkohle auf etwa 110°C erwärmt, wodurch der Wassergehalt auf etwa 12% gesenkt wird. Anstelle eines Wirbelschichttrockners kann auch ein Röhrentrockner eingesetzt werden, bei dem als Heizmedium z. B. Niederdruckdampf aus der Dampfturbine eines Kraftwerkes verwendet wird.

Die getrocknete, verhältnismäßig grobe Braunkohle wird unter Verzicht auf aufwendige Mühlen ohne weitere Nachbehandlung in der Brennkammer eines Dampferzeugers verfeuert. Die Brennkammer umfaßt einen Feuerraum, der in einen Strahlraum übergeht. An den Strahlraum schließt sich ein Rauchgaszug an, in dem nachgeschaltete Heizflächen angeordnet sind. Die Wände der Brennkammer nehmen Brenner auf.

Die getrocknete Braunkohle wird mit Hilfe eines Trägergases direkt den Brennern zugeführt. Es ist auch möglich, daß die getrocknete Braunkohle zunächst in einem Zwischenbunker zwischengelagert wird, aus dem die Brenner mit dem Brennstoff versorgt werden.

Die Brenner sind so ausgebildet, daß in der Brennermündung die Braunkohle in dem Kohle-Trägergas-Gemisch weitgehend gleichmäßig und ohne Schichtung verteilt ist. Brenner, die diese Aufgabe erfüllen, sind in der deutschen Patentanmeldung 44 07 198.1 der Anmelderin beschrieben. Diese Brenner sind als Rundbrenner ausgebildet, die von einem ringförmigen Luftkanal umgeben sind. Die Brenner nehmen in ihrem eingangsseitigen Teil einen Verdrängungs- und Drallkörper und in der Brennermündung einen Stabilisierungsring auf, der mit nach innen gerichteten Segmenten versehen ist. Die Segmente bremsen die Braunkohlepartikel kurzfristig ab, so daß die Rückzündgeschwindigkeit der ausgasenden Bestandteile der Braunkohle partiell größer wird als deren Fließgeschwindigkeit. Die Braunkohle zündet daher an der Brennermündung auch bei geringem Sauerstoffanteil kontrolliert, so daß diese Brenner mit Sauerstoffmangel betrieben werden können.

Den Brennern wird Verbrennungsluft in einer unterstöchiometrischen Menge zugeführt. Aufgrund der besonderen Ausbildung der Brenner kann die Luftzahl auf n < 0,8 gesenkt werden, ohne daß CO-Probleme entstehen. Bei einer solchen niedrigen Luftzahl wird die maximale Verbrennungstemperatur gesenkt und wenig NO_x gebildet. Die restliche Verbrennungsluft wird über Düsen als Ausbrandluft in den Feuerraum eingeblasen.

Da die getrocknete Braunkohle den Brennern ohne Nachzerkleinerung zugeführt wird, ist die Anordnung er Brenner in den Wänden der Brennkammer frei von räumlichen Zwängen und kann frei gewählt werden. In einer Querschnittsebene sind die Brenner symmetrisch angeordnet und so ausgerichtet, daß die Brennstoffstrahlen senkrecht zur Brennkammerwand in Richtung auf den Innenraum des Feuerraumes austreten. Auf diese Weise werden die unverbrannten Gase (CO) ebenso wie die klebrigen oder flüssigen Aschebestandteile, die bei der Verbrennung der Braunkohle entstehen, weitgehend von der Brennkammerwand ferngehalten werden. Trotz unterstöchiometrischen Verhältnisse an der Brennermündung werden Schäden durch Korrosion an den Wänden vermieden.

Die Brenner können auch so ausgerichtet werden, daß durch die austretenden Brennstoffstrahlen eine rotierende Flamme erzeugt wird, wobei die klebrigen oder flüssigen Aschebestandteile an die Brennkammerwände gelangen. Es entsteht eine Schmelzfeuerung, bei der in dem Feuerraum die Temperaturen oberhalb des Fließpunktes der Braunkohlenasche liegen. Es wird möglichst viel Asche in flüssiger Form abgezogen, wodurch die Rauchgase weniger Aschepartikel mit sich führt, die zu einem Verschleiß der Heizflächen des Dampferzeugers führen könnten.

Die in einer horizontalen Ebene angeordneten Brenner werden symmetrisch mit Brennstoff versorgt. Auf diese Weise wird eine über den Querschnitt des Feuerraumes gleichmäßige Verteilung der Temperatur erzielt. In der vertikalen Richtung werden die Brenner und die Düsen für die Zuführung der Ausbrandlüfte unter dem Gesichtspunkt angeordnet, daß ein sicherer Ausbrand der Braunkohle gewährleistet ist. Außerdem sollen Spitzentemperaturen vermieden werden, so daß in dem Feuerraum und den anschließende Strahlraum auch in vertikaler Richtung eine gleichmäßige Temperaturverteilung erzielt wird. Möglich wird diese Temperaturführung dadurch, daß bei der Anordnung der Brenner weder auf den Betrieb von Mühlen noch auf den Platzbedarf für Zuführungsleitungen von und zu den Mühlen Rücksicht genommen werden muß.

Im Vergleich mit der bekannten Mahltrocknung von Braunkohle fehlt bei dem beschriebenen Verfahren der Trocknung mit der anschließenden Einbringung der getrockneten Braunkohle in die Feuerung der Anteil an wasserdampfhaltigen Brüden, der mit der Braunkohle in die Feuerung eingebracht wird. Es steht der Heizflächen des Dampferzeugers eine geringere Menge an Wärmeübertragungsmedium zur Verfügung. Dadurch kann das Volumen der Brennkammer und damit des gesamten Dampferzeugers reduziert werden.

In dem Strahlraum können Schottenwände angeordnet werden, wodurch das Heizflächenangebot erhöht wird und das Bauvolumen des gesamten Dampferzeugers weiter verringert werden kann.

Claims (4)

1. Verfahren zur Gewinnung von Energie aus Braunkohle, bei dem die Braunkohle in einer Wirbelschicht oder einem Röhrentrockner bei niedrigen Temperaturen getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die getrocknete Braunkohle direkt oder nach einer Zwischenbunkerung indirekt durch Brenner in den Feuerraum eines Dampferzeugers ohne weitere Zerkleinerung eingeblasen wird, daß die getrocknete Braunkohle in den Brennern unterstöchiometrisch mit einer Luftzahl von n < 0,8 verbrannt wird, daß in den Feuerraum und/oder in einen sich daran anschließenden Strahlraum Ausbrandluft über Düsen eingeblasen wird, daß durch eine symmetrische Beaufschlagung der Brenner eine über den Querschnitt des Feuerraumes gleichmäßige Temperaturverteilung erzielt wird und daß durch die Anordnung der Brenner und/oder der Düsen für die Ausbrandluft in dem Feuerraum und/oder Strahlraum eine über die Höhe gleichmäßige Temperaturverteilung erzielt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnete daß die Brenner so ausgerichtet sind, daß bei der Verbrennung der Braunkohle entstehende klebrige oder flüssige Bestandteile weitgehend von der Wand der Feuerraumes ferngehalten werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizflächenangebot im Strahlraum durch Anordnung von Schottenwänden erhöht wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bewußt Temperaturen über dem Aschefließpunkt erreicht werden, um möglichst viel Asche flüssig abzuziehen und so verschleißmindernd auf die Rauchgase einzuwirken.