DE19541178C2 - Verfahren zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff, insbesondere Braunkohle, in einem Feuerraum - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff, insbesondere Braunkohle, in einem Feuerraum, bei dem der Brennstoff mit Verbrennungsluft über mindestens einen Brenner dem unteren Teil des Feuerraumes zugeführt wird und oberhalb des Brenners dem Feuerraum Ausbrandluft und rezirkuliertes Rauchgas in mindestens je einem Strahl zugeführt werden.

Aus der DE 33 24 411 A1 ist ein Verfahren zur Verbrennung von staubförmigem Brennstoff bekannt, bei dem oberhalb der im unteren Teil des Feuerraumes angeordneten Brenner Sekundärluft und Rauchgas in Einzelstrahlen zugeführt wird. Die hierfür erforderlichen Düsen befinden sich in einem solchen Abstand voneinander, daß eine Beeinflussung der Strahlen untereinander nicht möglich ist.

Aus der DE 44 16 945 C1 ist ein Verfahren zur Verbrennung von Braunkohle mittels eines Strahlbrenners bekannt, bei dem Verbrennungsluft und Rauchgas im Bereich der Brenner und nicht oberhalb der Brenner im Feuerraum zugeführt werden. Dabei wird zwischen zwei Luftstrahlen jeweils in einem Flachstrahl Rauchgas zugeführt, um die beiden Luftstrahlen voneinander zu trennen und auf diese Weise in der sich im Feuerraum ausbildenden und sich drehenden Feuersäule Trennschichten aufzubauen, die eine Verschlackungsneigung vermeiden sollen.

Aus der DE 43 12 896 A1 ist ein Verfahren zur NO_X und CO- Minderung in einem kohlenstaubgefeuerten Dampfkessel bekannt geworden, bei dem den Kohlenstaubhauptbrennern ein Zusatzbrenner zugeordnet wird, dessen Heißluftströmung Kaltgas ansaugt. Die Mischung aus der heißen Luft des Zusatzbrenners und Kaltgas wird in die von den Hauptbrennern herangeführte Strömung aus Heißgas- Unverbranntem eingeleitet.

Aus der DE-Z. VGB Kraftwerkstechnik 71 (1991), Heft 5, S. 440-444, insbesondere Seite 441, Bild 4 und zugehöriger Beschreibung ist ein Verfahren für die Zufuhr von Ausbrandluft und rezirkuliertem Rauchgas bekannt. Wie aus Bild 4 ersichtlich ist, erfolgt die Eindüsung von rezirkuliertem Rauchgas (Kaltgas) und Ausbrandluft weit, d. h. mehrere Meter, voneinander entfernt in den Feuerraum, da an sich kein verbrennungstechnischer Zusammenhang zwischen diesen beiden Gasströmen gegeben ist. Das Einführen des Kaltgases folgt näher zum Brennerbereich hin und das Einführen der Ausbrandluft - gegebenenfalls in zwei Stufen - näher zum Ende des Feuerraumes hin. Die Zugabe der Ausbrandlüfte erfolgt, um über eine stöchiometrische Stufung der Verbrennung die primären NO_x-Emissionen zu minimieren.

Es hat sich herausgestellt, daß bei großen Feuerraum­ querschnitten die Eindringtiefe der aus den Rauchgasdüsen bzw. Ausbrandluftdüsen austretenden Gase in den Feuerraum hinein nicht immer ausreichend ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, bei dem die Eindringtiefe mindestens eines der Gas strahlen verbessert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Ausbrandluft und Rauchgas in unmittelbar benachbarten Einzelstrahlen eingeführt werden.

Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß - obwohl kein verbrennungstechnischer Zusammenhang zwischen den Strömen der Ausbrandluft und des Rauchgases besteht - Luftstufung und Durchmischung der Gase im Feuerraum insgesamt verbessert werden kann, wenn die beiden Gase miteinander kombiniert zugeführt werden derart, daß die Impulswirkung der kombinierten Gase deutlich höher ist und die Durchmischung mit dem im Feuerraum vorhandenen Rauchgas intensiviert wird.

In den Ansprüchen und in der Beschreibung wird unter "unmittelbar benachbarten" Einzelstrahlen ein solcher Abstand verstanden, daß eine Beeinflussung des einen Strahles mit durch den anderen Strahl noch möglich ist, insbesondere des Strahles mit niedrigerem Impuls durch den Strahl mit höherem Impuls. Größenordnungsmäßig wird bei einem Kraftwerkskessel ein Abstand von maximal einem Meter in Betracht zu ziehen sein. Dies gilt auch analog für konzentrische Anordnung der Einzelstrahlen.

Vorzugsweise wird der Rauchgasstrahl mit einem höheren Impuls als der Luftstrahl eingeführt, so daß der Rauchgasstrahl die Eindringtiefe des Luftstrahles verbessern kann.

Für das Einführen getrennter Einzelstrahlen kann es zweckmäßig sein, daß auf zwei Seiten eines Rauchgasstrahls je ein Luftstrahl eingeführt wird.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn ein Rauchgasstrahl umhüllt von einem Luftstrahl in den Feuerraum eingeführt wird, da dann die Oberfläche des einzumischenden Luftstrahles schon zu Beginn der Einmischung deutlich größer ist als bei getrennter, benachbarter Zugabe der beiden Luftströme.

Bei einer direkt benachbarten Zufuhr der Einzelstrahlen können die zugeordneten Düsen zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden, wodurch die Zahl der in der Feuerraumwand erforderlichen und durch Ausbiegungen der Rohre der Feuerraumwand bestimmten Öffnungen klein gehalten werden.

Die Zufuhr vom Ausbrandluft und rezirluliertem Rauchgas in den Feuerraum erfolgt unterhalb von im Feuerraum angeordneten Berührungsheizflächen.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Feuerungsanlage nach den Ansprüchen 6 und 7.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Fig. 1 bis 4 näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines mit Kohle gefeuerten Dampferzeugers auf der Rauchgas- und Verbrennungsluftseite,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine erste Düsenbaugruppe,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Düsenbaugruppe und

Fig. 4 einen Schnitt durch eine dritte Düsenbaugruppe.

In der Fig. 1 ist ein Dampferzeuger 1 schematisch dargestellt, dessen Feuerraum mindestens ein Brenner 2 zugeordnet ist. Die Wände 3 des Feuerraumes sind als Membranrohrwände ausgebildet und im oberen Teil des Feuerraumes sind Berührungsheizflächen 4 angeordnet. Feuerraumwände 3 und Berührungsheizflächen 4 sind in einen nicht gezeigten wasserdampfkreislauf eingebunden. Dem Brenner 2 wird über eine Leitung 5 ein Brennstoffstaub-Gas- Gemisch zugeführt, wobei als Gas Luft oder Rauchgas-Luft- Gemisch verwendet werden kann. Weiterhin wird dem Brenner über Leitung 6 Verbrennungsluft zugeführt. Aus dem Feuerraum 1 wird über eine Leitung 7 heißes Rauchgas abgezogen und über einen Gas-Gas-Wärmetauscher 8 geführt. Dies wird durch einen dem Gas-Gas-Wärmetauscher (Luftvorwärmer) nachgeschalteten Saugzug 9 erreicht. Üblicherweise ist zwischen Luftvorwärmer 8 und Saugzug 9 ein nicht dargestellter Staubabscheider eingeschaltet. Dem Luftvorwärmer 8 wird über eine Leitung 10 von einem nicht gezeigten Frischluftsystem Verbrennungsluft zugeführt, die nach ihrer Vorwärmung zum Teil über Leitung 6 dem Brenner 3 und über Leitung 11 als Ausbrandluft einer sich zum Feuerraum hin öffnenden Ausbrandluftdüse 12 zugeführt wird. Zwischen Luftvorwärmer 8 und Saugzug 9 wird über eine Leitung 13 mit Gebläse 14 kaltes Rauchgas zurückgeführt und einer sich zum Feuerraum hin öffnenden Rauchgasdüse 15 zugeleitet. Es können mehr als eine Düsengruppe 12, 15 vorgesehen sein. Die beiden Düsen 12, 15 sind unmittelbar benachbart angeordnet derart, daß ein aus der Rauchgasdüse 15 mit hohem Impuls austretender Rauchgasstrahl 15a einen aus der Ausbrandluftdüse 12 austretenden Luftstrahl 12a derart beeinflussen kann, daß die Luft tiefer in den Feuerraum 3 eindringen kann. Der Rauchgasstrahl 15a dient gewissermaßen als Vehikel für den ausreichend weiten Transport der Luft 12a in den Feuerraum hinein.

Während bei der Fig. 1 zwei unmittelbar benachbarte, jedoch getrennte Düsen 12, 15 zum Einsatz kommen, kann gemäß Fig. 2 auch eine Düsenbaugruppe 16 zum Einsatz kommen, bei der eine Rauchgasdüse 17 direkt neben einer Luftdüse 18 angeordnet ist und sich die beiden Strahlen unmittelbar längs einer durch die Trennwand 19 bestimmten Ebene beeinflussen können. Bei der in der Fig. 3 gezeigten Düsenbaugruppe 20 ist auf beiden Seiten einer Rauchgasdüse 21 je eine Teilluftdüse 22a, 22b vorgesehen.

Bei der in der Fig. 4 gezeigten Düsenbaugruppe 23 ist eine Rauchgasdüse 24 konzentrisch von einer Luftdüse 25 umgeben, so daß der aus der Düse 23 mit hohem Impuls aus tretende Rauchgasstrahl über einen großen Querschnitt auf den einzumischenden Ausbrandluftstrahl einwirken kann.

Die Baugruppen 16, 20 und 23 öffnen sich jeweils vorzugsweise durch eine Ausbiegungsöffnung in der Membranwand des Feuerraums. In den Fig. 2-4 sind die Strömungsquerschnitte für Rauchgas schraffiert und die Strömungsquerschnitte für Luft ohne Schraffur dargestellt.

Bei den gezeigten Ausführungsformen wird sog. kaltes Rauchgas nach Luftvorwärmer (Kaltgas) zurückgeführt. Es ist jedoch auch möglich, warmes Rauchgas zusammen mit der Ausbrandluft zurückzuführen, z. B. Rauchgas, das nach der Entstaubung und Förderung durch das Gebläse 14 durch Wärmetausch mit einem heißen Fluid wieder erwärmt wird.

Claims (7)

1. Verfahren zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff, insbesondere Braunkohle, in einem Feuerraum, bei dem der Brennstoff mit Verbrennungsluft über mindestens einen Brenner dem unteren Teil des Feuerraumes zugeführt wird und oberhalb des Brenners dem Feuerraum Ausbrandluft und rezirkuliertes Rauchgas in mindestens je einem Strahl zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Ausbrandluft und Rauchgas in unmittelbar benachbarten Einzelstrahlen eingeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgasstrahl mit einem höheren Impuls als der Luftstrahl eingeführt wird, so daß der Rauchgasstrahl die Eindringtiefe des Luftstrahles verbessern kann.

3. Verfahren nach Abspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf zwei gegenüberliegenden Seiten eines Rauchgasstrahles je ein Luftstrahl eingeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rauchgasstrahl umhüllt von einem Luftstrahl in den Feuerraum eingeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Ausbrandluft und Rauchgas unterhalb von im Feuerraum angeordneten Berührungsheizflächen erfolgt.

6. Verbrennungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Feuerraum mindestens eine Ausbrandluftdüse (12; 18; 22a, 22b; 25) und eine Rauchgasdüse (15; 17; 21; 24) in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander derart zugeordnet sind, daß der aus einer Düse austretende Strahl mit höherem Impuls den aus der anderen benachbarten Düse austretenden Strahl mit niedrigerem Impuls beeinflussen kann.

7. Verbrennungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Düsen zu einer Baugruppe (16; 20; 23) zusammengefaßt sind, die einer Ausbiegungsöffnung in den Membranwänden (3) des Feuerraums ist.