DE19724929B4 - Brennverfahren für Staubfeuerungen kleiner Leistung - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Verbrennen fluidisch förderbarer Brennstoffe, wie Kohlenstaub,
A. bei dem der Brennstoff (1) mit einer stöchiometrisch benötigten Brennluftmenge (L = L1 + L2 + L3) vollständig ausgebrannt wird und
B. das Verfahren drei Stufen umfasst, wobei
C. in jeder Stufe die Verbrennungsbedingungen so gewählt sind, dass jeweils eine unterstöchiometrische Verbrennung erreicht wird, wobei
D. in einer ersten Verbrennungsstufe der Brennstoff (1) mit einer Teilluftmenge (L1) von minimal 5% bis maximal 20% der Brennluftmenge (L = L1 + L2 + L3),
E. die außerdem ganz oder teilweise als Förderluft für den Brennstoff (1) dient,
F. in einer Primärflamme (3) teilverbrannt wird, wobei
G. die Primärflamme (3) eine Flammgeschwindigkeit von wenigstens 10 m/s aufweist, und wobei
H. anschließend in die resultierenden Flammgase dieser Primärflamme (3) mit dem mitgeführten, noch unverbrannten Brennstoffanteil eine Gasströmung aus ausgebranntem unterstöchiometrischem Abgas (5) mit einem Volumen von wenigstens...

Description

• Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen fluidisch förderbarer Brennstoffe, wie Kohlenstaub. Mitdem Brennverfahren für mit Flammwirkung aufzubereitende Brennstoffe, wie Brennstäube oder zu Tropfen zerstäubtes Heizöl, insbesondere für kleine Feuerungsleistungen, sollen wärmeaufnehmende Objekte, wie Kessel, beheizt werden.
• Bei der Verbrennung fluidisch förderbarer Brennstoffe, wie Kohlenstaub und Öl, benötigen die zunächst mechanisch zerkleinerten Brennstoffteilchen (Kohlenstaubpartikel, Öltropfen) in jedem Falle eine gewisse Aufbereitungszeit unter Wärmeeinwirkung für Aufheizung, Verdampfung flüchtiger Anteile und Zündung. Der Zeitbedarf dafür ist bekannt. Bei Braunkohlenstaub handelsüblicher Korngrößen von 0,090 bis 0,20 mm ist er etwa 0,6 s für das kleinste und etwa 1,0 s für das größte Maß.
• Bei Kraftwerkskesseln, die mit feuchter Rohbraunkohle befeuert werden, wird die Braunkohle in Einblasemühlen gemahlen und dabei durch Rückführung heißer Verbrennungsgase aus dem Kessel in die Mühle getrocknet. Üblich sind Kesselleistungen von 400 bis 1.300 MW (thermisch), was Verweilzeiten des Braunkohlenstaubs (BKS) im Flammraum von 10 bis 20 s entspricht. Die o.g. Aufbereitungszeit ist demgegenüber vernachlässigbar.
• Für Kessel mittlerer Leistungen bis herunter zu z.B. 80 MW wird fertig gemahlener und getrockneter BKS angeliefert und über Staubbrenner in den Feuerraum eingeblasen. Hier liegen die Verweilzeiten des BKS im Feuerraum bei 6 bis 10 s und sind somit immer noch um eine bis zwei Größenordnungen größer als die o.g. Aufbereitungszeiten.
• Bei solchen Zeitverhältnissen wirken die bekannten Primärmaßnahmen zur Emissionsverminderung, wie Luftstufung, Kalkeinblasung am Ende des Feuerraums und andere sehr gut.
• Die Erfahrungen mit dieser Technik, wie auch der geringe Wärmepreis des BKS, veranlassten mehrere Kessel- und Feuerungshersteller, BKS-Feuerungen auch an Kleinkesseln auszuprobieren, insbesondere an den sehr kostengünstigen Flammrohrkesseln, die im Leistungsbereich unter ca. 20 MW fast ausschließlich eingesetzt werden. Es zeigte sich jedoch, dass die vorgenannten Maßnahmen, die bei Großkesseln wirkten, hier fast wirkungslos waren, was allgemein überraschte. Als Ursache der Fehlschläge wurde gefunden, dass die Verweilzeit des BKS im Flammrohr nur 0,6 bis 1,0 s beträgt und damit der oben erläuterten Aufbereitungszeit in etwa gleichkommt.
• Derzeit werden vielerorts Wege gesucht, Flammrohrkessel mit BKS zu befeuern und die dabei auftretenden Hauptprobleme zu lösen, nämlich Einhaltung der Emissionsgrenzen und Vermeidung von Verschlackungen, letzteres als Voraussetzung der Dauerbetriebsfähigkeit.
• Aus der DE 25 27 618 C2 ist ein Brenner für Kohlenstaub bekannt, bei dem mit einer Luft- oder Inertgasströmung geförderter Kohlenstaub mittels einer Lanze in die Abgasrückströmung einer in einer sich konisch erweiternden Brennkammer brennenden Flamme torusförmiger Gestalt eingeführt wird. In dieser sauerstoffarmen oder gar sauerstofffreien Rückströmung ist der Kohlenstaub der Strahlungsenergie der ihn umgebenden Flamme ausgesetzt, so dass er dort derart erhitzt wird, dass er spontan zündet, wenn er am Kopf der Brennkammer mit der über Leitschaufeln hier eingeführten Verbrennungsluft in Berührung gelangt.
• Mit einem Brenner dieser Art lässt sich der Kohlenstaub, insbesondere Braunkohlenstaub, so ausbrennen, dass seine Asche trocken ausfällt und Schlackenbildung im von der Flamme befeuerten Raum vermieden wird.
• Die thermische Behandlung, die der Kohlenstaub und die in ihm enthaltenen Ascheanteile in dem vorbeschriebenen Brenner erfahren, machen es möglich, bei geeignet gesteuerter Abkühlung der Verbrennungsabgase, wie in der WO 92/03211 A1 beschrieben, die in den Abgasen enthaltenen SO₂-Anteile chemisch in die Asche zu binden, so dass auf weitere gesonderte Entschwefelungsmaßnahmen verzichtet werden kann.
• Ein Problem bei allen Verbrennungsvorgängen ist die Entstehung von NO_x-Anteilen, die sich in den Verbrennungsabgasen finden und die mit steigender Verbrennungstemperatur zunehmen.
• Außer seinen eigenen Entwicklungen, die z.B. in WO 93/18339 A ihren Niederschlag gefunden haben, sind dem Anmelder derzeit keine dauerbetriebsfähigen Lösungen für die Verminderung schädlicher Anteile in den Verbrennungsabgasen bei Einsatz von mit Braunkohlenstaub gefeuerten Flammrohrkesseln bekannt.
• DE 42 42 003 A1 beschreibt einen Prozesswärmeerzeuger, der im Wesentlichen aus Brennzonen besteht, in denen stufenweise ein Heißgas bereitstellbar ist, wobei die Brennzonen in Wirkverbindung mit Wärmetauschern stehen. Der Prozesswärmeerzeuger besteht aus mindestens zwei Brennzonen, von denen die erste Brennzone aus einer Reaktionszone und aus einer anschließenden Reduktionszone besteht, die erste Brennzone hat mindestens einen Wärmetauscher, der stromab der Reaktionszone und stromauf der Reduktionszone wirksam ist, und die zweite Brennzone ist mit mindestens einem nachgeschalteten abgastemperaturabsenkenden Wärmetauscher betreibbar.
• Gemäß DE 36 21 347 C2 wird bei einem Verfahren zur Verminderung des NOx-Gehaltes im Rauchgas bei der Verfeuerung von Kohlenstaub in Dampfkesselanlagen insbesondere mit Trockenentaschung, vorzugsweise in Großfeuerungsanlagen von Dampfkesseln, bei dem ein Teil der Rauchgase im Bereich der Brenner in den Feuerraum zurückgeführt und vor Eintritt in den Kessel mit Frischluft vermischt wird, durch primärseitige, einen relativ geringen Platzbedarf beanspruchende und einen geringen Wirkungsgradverlust aufweisende Maßnahmen, der NO_x Gehalt in dem in die Umwelt austretenden Abgasstrom weitgehend vermindert. Dies wird dadurch erreicht, dass in wenigstens zwei übereinanderliegenden Brennerebenen die Flammenkerne in den Kernbereichen in einem unterstöchiometrischen Verhältnis zu dem jeweiligen Kohlenstaubstrom mit Primärluft beaufschlagt werden und ggf. zumischbare Frischluft und/oder rückgeführtes kaltes Rauchgas den Brennerkernbereichen zusätzlich als Sekundärluft sowie den Brennermantelbereichen als Tertiärluft derart zugeführt wird, dass sich im Bereich der unteren Brennerebene insgesamt ein nahezu stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis und im Bereich der oberen Brennerebene insgesamt ein stark unterstöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis einstellt.
• DE 35 45 524 A1 beschreibt eine Brennkammer zur Verbrennung von stickstoffhaltigem Gas bei geringer NO_x-Emission, bestehend aus mindestens einer Primärstufe zur Vorverbrennung eines brennstoffreichen Gemisches mit einer Luftzahl etwa im Bereich λ = 0,6 bis 0,9, wobei das Gas über einen Gaseinlass und die Luft über einen Lufteinlass, ggf. auch beide gemeinsam nach Durchlaufen einer Vormischstrecke, zuführbar sind, und mindestens einer Sekundärstrecke zur Restverbrennung bei hohem Luftüberschuss etwa im Bereich λ = 1,3 bis 2, wobei die Primärstufe über ihre Wände verteilt eine Vielzahl von Einlassöffnungen aufweist, die mit einem Inertstoffzuführsystem in Verbindung stehen.
• Aus DE 34 28 551 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines zweistufigen Vergasungbrenners bei einer Gesamtluftzahl von wenigstens annähernd 1,0 bekannt, mit einer sich an einer ersten Mischkammer anschliessenden Katalysatoreinrichtung zum Umwandeln eines Brennstoffdampf-Luft-Abgasgemisches in ein Brenngas und einer sich an die Katalysatoreinrichtung angrenzenden zweiten Mischkammer zum Mischen des Brenngases mit Sekundärluft und einer sich an die zweite Mischkammer anschließenden Brennkammer. Dabei wird in der ersten Mischkammer ein mindestens teilweise verdampfter, flüssiger, annähernd drucklos eingeleiteter Brennstoff mit einem Verbrennungsabgasteilstrom, der etwa 8 bis 35 Gew.-% eines Verbrennungsabgasstromes ausmacht, und mit einer vorgewärmten Primärluft bei einer Luftzahl λ im Bereich zwischen 0,03 und 0,05 gemischt, und dieses Brennstoffdampf-Luft-Abgasgemisch wird in der sich anschließenden Katalysatoreinrichtung katalytisch zu Brenngas vergast. In der zweiten Mischkammer wird das Brenngas mit einem Verbrennungsabgasteilstrom, der etwa 10 bis 25 Vol.-% des Verbrennungs-abgasstromes ausmacht, mit einer vorgewärmten Sekundärluft wenigstens annähernd stöchiometrisch gemischt und anschließend in der Brennkammer verbrannt.
• DE 25 34 841 A1 beschreibt ein Feuerungsverfahren für Wärmeverbraucher, wie Kessel und Industrieöfen, bei dem ein Brennstoff mit Primärluft bei Luftmangel zersetzt, das entstandene warme Gas mit Sekundärluft und Tertiärluft stufenweise verbrannt und die Verbrennungsabgase bei Wärmeübergabe entführt werden. dabei wird das warme Gas vor der Zuführung der Sekundärluft um mindestens 50 °C bis über 650 °C abgekühlt und vor Entwführung ohne Wärmeabgabe bei einer Temperatur von 650 °C vermischt.
• Aus EP 0 748 981 A2 ist ein mehrstufiges Verbrennungsverfahren bekannt, das den Kohlenmonoxidausstoß vermindert, einhergehend mit einer verminderten NO_x-Abgabe, wobei Fluide der ersten Stufe und Fluide der zweiten Stufe in die Verbrennungszone in einem definierten, von 1 abweichenden Momentenverhältnis eingeleitet werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf diesem Gebiet einen weiteren Schritt voranzukommen und ein neues Verfahren für die Verbrennung fluidisch förderbarer Brennstoffe, insbesondere Braunkohlenstaub und Schweröl, anzugeben, das gleichzeitig die einander widersprüchlichen Forderungen erfüllt, nämlich einerseits die Verbrennung wegen der geringen verfügbaren Verweilzeit zu beschleunigen, was höhere Temperaturen erfordert, aber andererseits die Emissionen, insbesondere von NO_x, niedrig zu halten, was niedrige Flammtemperaturen erfordert.
• Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale der Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Die Lösung wird an einem mehrstufigen Verfahren zur Verbrennung von Braunkohlenstaub beschrieben, das für kleine Leistungen bis herab zu unter 1 MW geeignet ist.
• In der ersten Stufe führt man eine Teilverbrennung des Braunkohlenstaubs (BKS) mit einer stark unterstöchiometrischen Luftmenge von minimal 5%, maximal 2 0% der stöchiometrisehen Luftmenge in einer Primärflamme aus, die an der Flammwurzel eine axiale Geschwindigkeit von wenigstens 10 m/s, bevorzugt 15 bis 25 m/s hat, und in der der BKE weniger als 0,1 s verweilt. Die Primärflamme wird mit dieser Geschwindigkeit in die rezirkulierten, ausgebrannten, unterstöchiometrischen Abgase einer zweiten Verbrennungsstufe eingeblasen, in der der BKS mit wenigstens 2,0, bevorzugt 3,0 bis 3,5 m_n ³ Luft pro kg BKS teilverbrannt wird. Hierdurch mischen sich die Abgase der Primärflamme aufgrund ihrer Geschwindigkeit in weniger als 0,1 s nach Zündung mit den genannten rezirkulierten Abgasen der zweiten Verbrennungsstufe bis auf Temperaturen unter 1.200°C aus. Dadurch wird bewirkt, dass die Primärflamme zwar einerseits sicher gezündet wird, ihr andererseits aber innerhalb der Aufbereitungszeit soviel ausgebranntes Abgas beigemischt wird, dass die Reaktion abgebremst wird, bevor die hohe Gleichgewichtstemperatur der Primärflamme erreicht ist.
• Ebenso wird in der zweiten Verbrennungsstufe verfahren. Dem heißen Gemisch aus teilweise unverbranntem Primärflammenabgas und den vorgenannten rezirkulierten Abgasen der zweiten Verbrennungsstufe werden etwa 2/3 der für den vollständigen Ausbrand benötigten restlichen Brennluftmenge beigemischt, wodurch sich eine Sekundär- oder Hauptflamme bildet, die noch weit unterstöchiometrisch ist und daher kälter als die Temperatur bleibt, die sich bei stöchiometrischer Verbrennung einstellen würde. Dadurch wird auch hier ein unzulässiger Temperaturanstieg vermieden.
• Nach Beimischung und Verbrauch der genannten etwa 2/3 der restlichen Verbrennungsluftmenge wird die Hauptflamme auf wenigstens 40 m/s, bevorzugt 80 bis 120 m/s beschleunigt. Apparativ kann diese Beschleunigung mit Hilfe einer Beschleunigungsdüse erzielt werden, die sich an den Brennraum der Hauptflamme anschließt. Die meisten sogenannten Combustoren sind in dieser Art beschaffen. Während der Beschleunigung und dem damit verbundenen Druckabfall sind die Turbulenz und turbulente Austauschvorgänge im Flammstrahl bekanntlich so stark verringert, dass während dieser Phase nur wenige Reaktionen erfolgen.
• Nach erfolgter Beschleunigung wird dem noch unterstöchiometrisch brennenden, schnellen Flammstrahl in der dritten Verbrenungsstufe das restliche etwa 1/3 der restlichen Verbrennungsluftmenge, die für den vollständigen Ausbrand noch erforderlich ist, beigemischt. Dieses würde an sich wieder zu einem unzulässigen Temperaturanstieg führen.
• Um diesen zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die Tatsache ausgenutzt, dass der Flammstrahl ein wärmeaufnehmendes Objekt beheizt, etwa den Feuerungsraum eines Kessels. Der Flammstrahl wirkt hier als Injektor und saugt bereits abgekühlte Verbrennungsgase der dritten Verbrennungsstufe an, die entlang den gekühlten Feuerungsraumwänden zum Flammstrahl rückströmen und die er injektorartig mitreißt. Der Flammstrahl mischt sich somit fast gleichzeitig mit dem restlichen ca. 1/3 der für den vollständigen Ausbrand noch erforderlichen restlichen Verbrennungsluftmenge und den mitgerissenen abgekühlten Verbrennungsabgasen aus dem Feuerungsraum. Dieses schnelle und hinreichende Beimischen der abkühlten Abgase aus dem Feuerungsraum ist wesentlich für die Unterdrückung der sonst drohenden Temperaturspitzen und muss in weniger als 0,1 s, vorzugsweise in 0,04 bis 0,06 s erfolgen.
• Die Beimischung ist dann hinreichend, wenn die Temperatur des Gemischs aus den augenblicklich entstehenden Abgasen der Hauptflamme und den abgekühlten, vom Flammstrahl angesaugten Abgasen in der Flammachse auf unter ca. 1.200°C gefallen ist, was bei den angegebenen Flammstrahlgeschwindigkeiten spätestens der Fall ist nach einem Ausmischweg hinter dem Ende der sichtbaren Flamme, dessen Länge größer ist als die Länge der sichtbaren Flamme. Maßgebend für die hinreichende Ausmischung ist dabei der zurückgelegte Strömungsweg hinter dem Ende der sichtbaren Flamme:
• – im Falle eines Flammrohrkessels üblicher Bauart ist es der Weg entlang der Flammachse, – bei einem Kessel mit Umkehrflamme, z.B. kleineren Heizkesseln, ist es der zurückgelegte Strömungsweg.
• Damit erreicht man, dass mit fortschreitendem Ausbrand die Temperatur der Flamme trotzdem nicht unzulässig ansteigt, zumal ja die Flamme während des Ausbrennens noch Wärme an die wärmeaufnehmenden Wände des Feuerungsraumes abstrahlt.
• Durch diese schrittweise Verbrennung in Kombination mit Maßnahmen zur Temperatursenkung bei jedem Schritt erreicht man z.B. bei BKS-Befeuerung von Feuerungsanlagen zwischen 1 und 20 MW Leistung mit handelsüblicher Ausmahlung des BKS bereits Ausbrandwerte von über 99,5% bei Gehalten an CO unter 100 mg/m³ und NO_x bis herab zu 250 mg/m³. Gleichzeitig bleibt die Asche trocken und so oberflächenaktiv, dass sie für einfache Entschwefelungsmaßnahmen benutzt werden kann, z.B. für die Niedertemperatur-Entschwefelung, bei der die Asche SO2 und Verbrennungswasser unter Sulfatbildung chemisch einbindet, z.B. als CaSO₄ × 2 H₂O.
• Wie Versuche zeigen, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren ohne Einsatz gesonderter, kostenaufwendiger Abgaswäsche, von Katalysatoren usw. auch bei schwefelreicher Braunkohle mit 3,5% Schwefelanteil die Erzielung eines schwefelfreien Abgases, bei dem die Summe der Emissionen geringer ist, als bei Verbrennung des teureren Heizöls EL.
• Voraussetzung zum Funktionieren des Verfahrens ist, dass
• – durch die Verbrennung in der dritten Stufe ein wärmeaufnehmendes Objekt, z.B. ein Kessel, beheizt wird,
• – die einzelnen Verbrennungsvorgänge in den drei Stufen in den angegebenen, sehr kurzen Zeitspannen ablaufen, die klein sind gegenüber der eingangs genannten Aufbereitungszeit, die Flammstabilität von Primär- und Hauptflamme zuverlässig die Erreichung der genannten Geschwindigkeiten der Primärflamme und der Hauptflamme erlaubt. Hierfür gibt es insbesondere aus den Jahren 1950 bis 1970 eine Reihe geeigneter Vorrichtungen (Combustoren).
• Die Zeichnung zeigt das Verfahren an einem Blockschema einer Feu erungsanlage in Einzelschritten für das Beispiel der Verbrennung von BKS. In einer apparativen Ausführung kann man die getrennt dargestellten Einzelfunktionen natürlich in einem kompakt zusammengebauten Brenner ausführen. Ein Brenner, wie er aus der eingangs genannten DE 25 27 618 C2 bekannt ist, kann – nach geeigne- ter Anpassung – für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden.
• Der BKS 1 teilverbrennt in einer Primärkammer 2 mit einer ersten Teilluftmenge L1, die 5 bis 20% der gesamten Brennluft beträgt, unter Ausbildung einer Primärflamme 3. Dieser Primärflamme 3 wird in einer Mischstrecke 4 ausgebranntes rückgeführtes Abgas 5 einer relativ kühlen, in einer zweiten Verbrennungsstufe ausgebildeten Hauptflamme 6 zugeführt, die in einem Combustor 7 beliebiger Bauart mit der Teilluftmenge L2 – etwa 2/3 der restlichen, für den vollständigen Ausbrand benötigten Brennluft – brennt.
• In einer Beschleunigungsdüse 8 wird der Flammstrahl 9 der Hauptflamme auf z.B. 80 bis 120 m/s beschleunigt. Dabei wird ihm das letzte Drittel L3 der restlichen, für den vollständigen Ausbrand benötigten Brennluft ebenfalls über eine Beschleunigungsdüse 10 zugeführt. Günstig ist hier eine Geschwindigkeit von etwa der Hälfte, wenigstens aber 30% der Geschwindigkeit des beschleunigten Flammstrahls 9. Der Flammstrahl 9 befeuert im dargestellten Beispiel den Feuerungsraum 11 eines Kessels und reißt dabei Flammgase 12 mit, die entlang der Wand des Feuerungsraums 11 entgegengesetzt zum Flammstrahl 9 rückgeströmt sind und sich dabei abgekühlt haben.
• Die erfindungsgemäße Wirkung kann noch dadurch verstärkt werden, dass der von einem Brennluftgebläse 13 angesaugten Brennluft L entstaubtes, kaltes Abgas (Rückgas) 14 der dritten Verbrennungsstufe zugemischt wird derart, dass der O₂-Gehalt des Luft-Abgas-Gemisches hinter dem Gebläse 13 unter 19% liegt, bevorzugt zwischen 16 und 18%.
• Die optimale Einstellung der Rückgasmenge ist auch ohne Analysengeräte leicht ausführbar, weil bei Unterschreiten von ca. 17% O₂-Anteil die gelbe BKS-Flamme beginnt, sich von gelb nach orange zu verfärben.
• In diesem Betriebszustand erhält man ein Minimum an CO. Dieses wiederum erlaubt es, das Brennstoff/Luft-Verhältnis auf besonders niedrigen O₂-Überschuß im Abgas einzustellen, insbesondere unter 3% O2-. Man gelangt damit in einen Bereich der O₂-Gehalte im Abgas, in denen NO_x etwa proportional

  

  ist, d.h. je kleiner man den Sollwert von O₂ einstellt, desto niedrigere NO_x-Werte erhält man. Auf diese Weise wurden NO_x-Anteile herab bis zu unter 200 mg/m³ erzielt, was bisher mit Staubfeuerungen überhaupt nicht möglich war und nur von der wesentlich aufwendigeren und im Betrieb teureren und bei Kleinfeuerungsanlagen unwirtschaftlichen Wirbelschichtfeuerung erreiche werden konnte.
• Das am Beispiel der BKS-Feuerung beschriebene Verfahren lässt sich erfindungsgemäß auch für mechanisch zerstäubte flüssige Brennstoffe anwenden, insbesondere auf Heizöle, deren Tropfen sich nach der ersten Verbrennungsstufe zu kohlenstoffhaltigen Feststoffteilchen (Ruß) umwandeln.
• Die in der Zeichnung gezeigte Gebläseanordnung ist nur ein Beispiel. Andere Anordnungen sind im Rahmen der Erfindung möglich. So kann die Luftmenge L1 für die erste Verbrennungsstufe mit einem gesonderten Gebläse ge- fördert werden, sowie ganz oder teilweise als Förderluft für den BKS dienen. Das Rückgas 14 von der dritten Verbrennungsstufe kann durch ein gesondertes Gebläse stromabwärts des Brennluftgebläses 13 eingeblasen werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Verbrennen fluidisch förderbarer Brennstoffe, wie Kohlenstaub, A. bei dem der Brennstoff (1) mit einer stöchiometrisch benötigten Brennluftmenge (L = L1 + L2 + L3) vollständig ausgebrannt wird und B. das Verfahren drei Stufen umfasst, wobei C. in jeder Stufe die Verbrennungsbedingungen so gewählt sind, dass jeweils eine unterstöchiometrische Verbrennung erreicht wird, wobei D. in einer ersten Verbrennungsstufe der Brennstoff (1) mit einer Teilluftmenge (L1) von minimal 5% bis maximal 20% der Brennluftmenge (L = L1 + L2 + L3), E. die außerdem ganz oder teilweise als Förderluft für den Brennstoff (1) dient, F. in einer Primärflamme (3) teilverbrannt wird, wobei G. die Primärflamme (3) eine Flammgeschwindigkeit von wenigstens 10 m/s aufweist, und wobei H. anschließend in die resultierenden Flammgase dieser Primärflamme (3) mit dem mitgeführten, noch unverbrannten Brennstoffanteil eine Gasströmung aus ausgebranntem unterstöchiometrischem Abgas (5) mit einem Volumen von wenigstens 2,0 m_n ³ pro kg Brennstoff (1) aus einer folgenden zweiten Verbrennungsstufe derart rückgeführt und eingeblasen wird, I. dass dabei in weniger als 0,1 s eine Ausmischung (4) auf Temperaturen unter 1200°C erfolgt; wobei J. in der anschließenden zweiten Verbrennungsstufe eine Teilluftmenge (L2) von etwa 2/3 der restlichen, für den vollständigen Ausbrand des Brennstoffs (1) noch benötigten Brennluftmenge (L – L1) den aus der ersten Verbrennungsstufe und der Ausmischung (4) austretenden Gasen beigemischt und K. eine Verbrennung in einer unterstöchiometrischen Hauptflamme (6) ausgeführt wird, wobei L. in der Hauptflamme (6) die austretenden Gase und die Teilluftmenge (L2) auf wenigstens 40 m/s beschleunigt werden, und wobei M. in einer anschließenden dritten Verbrennungsstufe dem Flammstrahl (9) der Hauptflamme (6) die Teilluftmenge (L3) umfassend das restliche Drittel (L3) der für den vollständigen Ausbrand des Brennstoffs (1) noch benötigten Brennluftmenge (L – L1) beigemischt und N. der Flammstrahl (9) in einen gekühlten Feuerungsraum (11) eingeblasen wird, wobei außerdem O. in dem Feuerungsraum (11) der Flammstrahl (9) mit gekühlten, rezirkulierten Abgasen dieser dritten Verbrennungsstufe innerhalb einer Zeit von maximal 0,1 s derart vermischt wird, P. dass innerhalb eines Strömungswegs (B), dessen Länge, gemessen ab dem sichtbaren Ende des Flammstrahls (9), gleich der Flammlänge (A) im Feuerungsraum (11) ist, Q. eine Flammtemperatur von 1200°C unterschritten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammgeschwindigkeit in der ersten Verbrennungsstufe 15 bis 25 m/s beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Gasströmung, in die in der ersten Verbrennungsstufe die Flammgase eingeblasen werden, 3,0 bis 3,5 m_n ³ pro kg Brennstoff beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptflamme der zweiten Verbrennungsstufe auf 80 bis 120 m/s beschleunigt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Verbrennungsstufe die Abkühlung des Flammstrahls durch die rezirkulierten Abgase auf die Temperatur von weniger als 1.200°C innerhalb von 0,04 bis 0,06 s durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der dritten Verbrennungsstufe zum Flammstrahl rezirkulierten Abgase durch Konvektion an gekühlten Flächen gekühlt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Verbrennung in der dritten Verbrennungsstufe zuzumischende Verbrennungsluft auf wenigstens 30% der Flammstrahlgeschwindigkeit der dritten Verbrennungsstufe beschleunigt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zuzumischende Verbrennungsluft auf etwa 50% der Flammstrahlgeschwindigkeit beschleunigt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der der ersten Verbrennungsstufe zugeführten Verbrennungsluft abkühltes Abgas (Rückgas) aus der dritten Verbrennungsstufe mit einer Menge beigemischt wird, daß der O₂-Gehalt des Gemischs unter 19% liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des rezirkulierten Abgases derart eingestellt wird, daß der O₂-Gehalt des Gemischs bei 16% bis 18% liegt.