DE19848155C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von Stoffen in einer Wirbelschicht - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung von Stoffen in einer Wirbelschicht einer Brennkammer (1), deren Boden (3) zur unterseitigen Entaschung mit Öffnungen (4) versehen ist, zwischen denen sich geschlossene Bereiche (5) erstrecken, wobei im Bereich des Bodens (3) Luftkammern (8) mit Düsen (10) zur Zufuhr von Verbrennungsluft angeordnet sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Verbrennungsluft mittels unterhalb der geschlossenen Bereiche (5) des Bodens (3) angeordneter Düsen (10) der Luftkammern (8) in dessen Öffnungen (4) unter Ausbildung einer Luftströmung eingeleitet wird, wobei dort eine derartige Sichtung des Inertmaterials erreicht wird, daß vorrangig nur grobes Inertmaterial abgezogen wird und die Düsen (10) aufgrund ihrer Anordnung unterhalb der geschlossenen Bereiche (5) des Bodens (3) gegen einen Kontakt mit Inertmaterial und gegen dessen Eintritt geschützt sind (in Verbindung mit Fig. 1 der Zeichnung).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbrennung von Stoffen in einer Wirbelschicht einer Brennkammer, deren Boden zur unterseitigen Entaschung mit Öffnungen versehenen ist, zwischen denen sich geschlossene Bereiche erstrecken, wobei Verbrennungsluft mittels unterhalb des Bodens an Luftkammern angeordneter Düsen in dessen Öffnungen unter Ausbildung einer Luftströmung eingeleitet wird und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei herkömmlichen Vorrichtungen, wie sie z. B. durch die DE 195 01 504 C1 sowie die DE 35 27 825 A1 bekannt geworden sind, ist es nachteilig, daß über die freiliegenden, nach oben gerichteten Düsen ein Eintritt von Inertmaterial in die Luftkammer erfolgen kann. Abhilfe wird hier durch aufwendige Düsenkonstruktionen geschaffen, wie sie beispielsweise durch die DE 40 38 341 C1 bekannt geworden sind. Wie sich gezeigt hat, kommt es jedoch auch hier zu Funktionsstörungen, da sich mit dem Brennstoff eingetragene Fremdkörper, wie Nägel, Drähte, dicht an den Luftdüsen verhaken und dann während des Betriebes nicht abgezogen werden können. Bei größerer Ansammlung solcher Fremdkörper blockieren diese schließlich die Austrittsöffnungen der Luftdüsen. Auch bilden sich aufgrund von Materialansammlungen an den Luftdüsen Schmelzen, aus denen Beschädigungen der Düsen resultieren.

Diese Vorrichtungen weisen zudem den Nachteil auf, daß während des Betriebes der Feuerung grobes Inertmaterial über die Öffnungen des Bodens der Brennkammer ungesichtet abgezogen wird. Hierdurch wird in nachteiliger Weise ein hoher Feinkornanteil mit abgezogen. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es bisher üblich, einen getrennten Aschesichter im Ascheaustrag anzuordnen, wie er beispielsweise durch die DE 38 18 006 A1 bekannt geworden ist.

Durch die DE 34 37 486 A1 ist auch bereits eine Wirbelschichtfeuerung gemäß dem Gattungsbegriff bekannt geworden, bei der die Düsen zur Einleitung der Verbrennungsluft unterhalb eines von Luftkammern zur Zufuhr von Verbrennungsluft und Wärmeaustauschrohren gebildeten Bodens angeordnet sind, die Düsen liegen hier jedoch unterhalb der offenen Bereiche dieses Bodens und sind oberseitig ihrer Luftkammern angeordnet. Auch hier sind die Düsen folglich nicht gegen einen Kontakt mit Fremdkörpern und den nachteiligen Folgen geschützt. Zudem verbleibt in die Luftkammern eingetretenes Inertmaterial in den Luftkammern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine funktionssichere und kostengünstige Anlage zu schaffen, die sehr universell zur Verbrennung von Stoffen aller Art geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch eine Anordnung der Düsen der Luftkammern unterhalb der geschlossenen Bereiche des Bodens und unterseitig der Luftkammern wird ein Schutz vor einem intensiven Kontakt der Düsen mit Inertmaterial, sowie ein Ausblasen von Inertmaterial erreicht das in die Luftkammern gelangt. Außerdem entfällt ein zusätzlicher Aufwand in Form von speziell ausgebildeten Abdeckungen an den Düsen.

Vorteilhaft kann es weiterhin sein, wenn im Bereich der Öffnungen die Geschwindigkeit der Luftströmung durch eine zusätzliche Anordnung von Düsen für die Zufuhr von Verbrennungsluft auch oberseitig des Bodens einstellbar ist. Die Leerraumgeschwindigkeit zwischen den Öffnungen kann so durch eine dosierte Einleitung zusätzlicher Verbrennungsluft oberhalb des Bodens der Brennkammer optimiert werden. Auch hier werden schädliche Ablagerungen von Inertmaterial in den Luftkammern wirkungsvoll verhindert, indem über die oberseitigen Düsen in die Luftkammern eintretendes Inertmaterial über deren unterseitige Düsen ausgetragen wird.

Auch kann es vorteilhaft sein, wenn das abgezogene Inertmaterial mittels als Kühlflächen ausgebildeter Wandungen der Luftkammern gekühlt wird. Es können so Ascheschmelzen im Düsenbereich vermieden werden. So ist es auch möglich, die Aschekühler entsprechend kleiner auszulegen.

Weiterhin ist es vorgesehen, daß in der Vorrichtung die Düsen der Luftkammern unterhalb der geschlossenen Bereiche des Bodens der Brennkammer und unterseitig der Luftkammern angeordnet sind. Die Düsen sind aufgrund ihrer Anordnung unterhalb der geschlossenen Bereiche des Bodens gegen einen intensiven Kontakt mit Inertmaterial und gegen dessen Eintritt geschützt. Von großem Vorteil ist es außerdem, daß hier ein Ausblasen von Inertmaterial erreicht wird, das in die Luftkammern eingetreten konnte.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, daß die Luftkammern in den geschlossenen Bereichen des Bodens der Brennkammer angeordnet sind.

Vorteilhaft ist es, wenn der Boden der Brennkammer von den Luftkammern gebildet ist, wobei dessen Öffnungen zwischen seitlichen Wandungen der Luftkammern geführt sind. Es ergibt sich so auch die Möglichkeit, die Wandungen der Luftkammern als Kühlflächen auszubilden, indem in den Wandungen Kühlkanäle mit einem Anschluß z. B. an ein Verdampfersystem angeordnet sind. Da somit die Temperatur des Inertmaterials im Bereich der Öffnungen des Bodens abgesenkt werden kann, können die Aschekühler kleiner ausgelegt werden. Außerdem werden durch die Temperaturabsenkung der Wandungen deren temperaturbedingte Materialbeanspruchung deutlich vermindert und Asche­ schmelzungen im Bereich der Düsen verhindert.

Von Vorteil kann es außerdem sein, wenn Düsen für die Zufuhr von Verbrennungsluft auch oberseitig der Luftkammern angeordnet sind. Es kann so die Leerraumgeschwindigkeit zwischen den Öffnungen optimiert werden. Durch eine derartige Anordnung der Düsen, werden zudem Ablagerungen von Inertmaterial in den Luftkammern wirkungsvoll verhindert, da über die oberseitigen Düsen in die Luftkammern eintretendes Inertmaterial über deren unterseitige Düsen ausgetragen wird.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1, eine Brennkammer mit einem unterseitig mit Düsen versehenen Boden im Querschnitt;

Fig. 2, eine Brennkammer mit einem unterseitig und oberseitig mit Düsen versehenen Boden im Querschnitt.

In der Zeichnung ist mit 1 eine Brennkammer einer Wirbelschichtfeuerung bezeichnet, die von Wandungen 2 begrenzt ist. Die Brennkammer 1 ist mit einem Boden 3 versehen, der zur unterseitigen Entaschung mit Öffnungen 4 versehen ist, zwischen denen sich geschlossene Bereiche 5 erstrecken. In die Brennkammer 1 mündet ein in der Wandung 2 angeordneter Einlaß 6 für Brennstoff ein. Unterhalb des Bodens 3 ist ein Austrag 7 für Inertmaterial angeordnet.

Der Boden 3 ist gemäß dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel von der Erfindung von Luftkammern 8 gebildet, wobei dessen Öffnungen 4 zwischen seitlichen Wandungen 9 der Luftkammern geführt sind. Unterseitig der Luftkammern 8 sind Düsen 10 zur Zufuhr von Verbrennungsluft angeordnet.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, können die Luftkammern 8 bzw. einige der Luftkammern 8 zusätzlich auch oberseitig mit Düsen 11 versehen sein. Auch können in den Wandungen 9 der Luftkammern 8 Kühlkanäle 12 angeordnet sein. Die Wandungen 9 können als Rohr- Steg-Rohr verschweißte Luftkanalwände mit Anschluß vorzugsweise an das Verdampfer- oder Kühlwassersystem ausgebildet sein.

Im Betrieb der Feuerungsanlage bildet sich in der Brennkammer 1 oberhalb des Bodens 3 eine stationäre oder auch zirkulierende Wirbelschicht aus, in der die Verbrennung erfolgt. Die Verbrennungsluft tritt aus den Düsen 10 der Luftkammern 8 unterseitig des Bodens 3 aus und tritt über die Öffnungen 4 in die Brennkammer ein. Es erfolgt dann die Verbrennung der über den Einlaß 6 zugeführten Brennstoffe in der sich in der Brennkammer 1 ausbildenden Wirbelschicht.

Aufgrund der Anordnung der Düsen 10 unterhalb des Bodens 3 wird erreicht, daß in der sich in den Öffnungen 4 des Bodens 3 ausbildenden Luftströmung eine Sichtung des Inertmaterials erfolgt. Es wird folglich vor den Austrag 7 vorrangig nur grobes Inertmaterial abgezogen. Es erübrigt sich so die Anordnung eines zusätzlichen Aschesichters.

Aufgrund der Anordnung der Düsen 10 unterhalb der geschlossenen Bereiche 5 des Bodens, die hier von den Luftkammern 8 gebildet sind, wird außerdem erreicht, daß die Düsen 10 sehr gut gegen einen intensiven Kontakt mit Inertmaterial und gegen dessen Eintritt geschützt sind. Das Inertmaterial wird durch die Öffnungen 4 hindurch an den Düsen 10 vorbei nach unten geleitet. Hierbei bewirkt die aus den Düsen 10 austretende Verbrennungsluft, daß der Raum unterhalb der geschlossenen Bereiche 5 des Bodens 3 freigeblasen wird. Insgesamt ergibt sich hier der zusätzliche vorteilhafte Effekt, daß ein zusätzlicher Aufwand zum Schutz der Düsen gegen einen Eintritt bzw. gegen eine intensive Berührung mit Inertmaterial nicht erforderlich ist.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ermöglichen die zusätzlich oberhalb der Luftkammern 8 angeordneten Düsen 11 eine Steuerung der Gasgeschwindigkeit in den Öffnungen 4 des Bodens 3. Es ist so insbesondere bei einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung möglich, die Leerraumgeschwindigkeit in den Öffnungen 2 zu reduzieren, indem über die Düsen 11 zusätzlich Verbrennungsluft dosiert direkt in die Brennkammer 1 eingeleitet wird. Es kann so eine Erosion der Wandungen 9 im Bereich der Öffnungen 4 aufgrund zu hoher Strömungsgeschwindigkeiten verhindert bzw. erheblich reduziert werden. Außerdem ist die Intensität der Sichtung im Bereich der Öffnungen 4 des Bodens 1 einstellbar.

Die zusätzliche Anordnung der Düsen 11 oberhalb der Luftkammern 8 bedingt im übrigen keinen aufwendigen Schutz dieser Düsen 11 vor einem Eintritt von Inertmaterial. Die unterhalb der Luftkammern 8 angeordneten Düsen 10 tragen in die Luftkammern 8 eingetretenes Inertmaterial sofort aus.

Die in den seitlichen Wandungen 9 der Luftkammern 8 angeordneten Kühlkanäle 12 bewirken eine Absenkung der Temperatur der Wandungen 9 und der Düsen 10 und 11, so daß die temperaturbedingte Materialbeanspruchung der Wandungen 9 deutlich vermindert und Ascheschmelzungen im Bereich der Düsen 10 bzw. 11 verhindert werden können. Auch wird die Temperatur des Inertmaterials im Bereich der Öffnungen 4 des Bodens 5 abgesenkt, so daß die in der Zeichnung nicht dargestellten Aschekühler kleiner ausgelegt werden können.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Luftkammern 8 mit ihren Düsen 10 auch unterseitig des Bodens 3 und dessen Öffnungen 4 anzuordnen. Die Düsen 10 der Luftkammern 8 sind dann auch hier im abgedeckten Bereich unterhalb der geschlossenen Bereiche 5 des Bodens 3 angeordnet.

Claims (9)

1. Verfahren zur Verbrennung von Stoffen in einer Wirbelschicht einer Brennkammer (1), deren Boden (3) zur unterseitigen Entaschung mit Öffnungen (4) versehenen ist, zwischen denen sich geschlossene Bereiche (5) erstrecken, wobei Verbrennungsluft mittels unterhalb des Bodens (3) an Luftkammern (8) angeordneter Düsen (10) in dessen Öffnungen (4) unter Ausbildung einer Luftströmung eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Anordnung der Düsen (10) unterhalb der geschlossenen Bereiche (5) des Bodens (3) und unterseitig der Luftkammern (8) ein Schutz gegen einen intensiven Kontakt mit Inertmaterial und dessen Eintritt, sowie ein Ausblasen von in die Luftkammern (8) eintretendes Inertmaterial erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Öffnungen (4) die Geschwindigkeit der Luftströmung durch eine zusätzliche Anordnung von Düsen (11) für die Zufuhr von Verbrennungsluft auch oberseitig des Bodens (3) einstellbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Anordnung der Düsen (11), oberseitig in die Luftkammern (8) eintretendes Inertmaterial über die unterseitigen Düsen ausgetragen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das abgezogene Inertmaterial mittels als Kühlflächen ausgebildeter Wandungen (9) der Luftkammern (8) gekühlt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (10) der Luftkammern (8) unterhalb der geschlossenen Bereiche (5) des Bodens (3) der Brennkammer (1) und unterseitig der Luftkammern (8) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkammern (8) in den geschlossenen Bereichen (5) des Bodens (3) der Brennkammer (1) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (3) der Brennkammer (1) von den Luftkammern (8) gebildet ist, wobei dessen Öffnungen (4) zwischen seitlichen Wandungen (9) der Luftkammern (8) geführt sind.

8. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Düsen (11) für die Zufuhr von Verbrennungsluft auch oberseitig der Luftkammern (8) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (9) der Luftkammern (8) als Kühlflächen ausgebildet und in den Wandungen (9) Kühlkanäle (12) angeordnet sind.