DE19910160A1

DE19910160A1 - Verfahren zur Verminderung von Verschmutzungen und Verschlackungen eines mit Rohbraunkohle gefeuerten Dampfkessels

Info

Publication number: DE19910160A1
Application number: DE19910160A
Authority: DE
Inventors: Sigrun Hajdamowicz; Hans-Georg Wierick
Original assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Current assignee: Vattenfall Europe Generation AG and Co KG
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-08-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung von Verschmutzungen und Verschlackungen eines mit Rohbraunkohle gefeuerten Dampfkessels. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung von Verschlackungen/Verschmutzungen, insbesondere an Membranrohrwänden, Rauchgasrücksaugungsköpfen, im Trichterbereich sowie an Überhitzerheizflächen, in einem mit Rohbraunkohle gefeuerten Dampfkessel durch einfache Maßnahmen zu vermindern. DOLLAR A Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die Verbrennung im Dampfkessel eine Rohbraunkohle mit einem Disulfidgehalt < 0,20% und/oder mit einem Kaliumoxydgehalt (K¶2¶O) < 0,5% und/oder mit einem Kieselsäuregehalt (SiO¶2¶) > 30% und einem Eisengehalt (Fe¶2¶O¶3¶) < 20% eingesetzt wird, wobei der Kaliumoxydgehalt, der Kieselsäuregehalt sowie der Eisengehalt der Rohbraunkohle aus der Aschevollanalyse der Rohbraunkohle gewonnen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung von Verschmutzungen und Verschlackungen eines mit Rohbraunkohle gefeuerten Dampfkessels.

Hochwertige Braunkohle wird meist für die Brennstoffveredelung sowie den chemischen Aufschluß verwendet. So kommt in rohbraunkohlegefeuerten Kraftwerksanlagen minderwertige Kohle zum Einsatz. Die in dieser Kohle ent haltenen Ballastmengen an Asche und Wasser bedingen u. a. ein ungünstiges Schmelzverhalten der Asche sowie einen Angriff auf die Heizflächen des Dampferzeugers durch die sich beim Verbrennungsprozeß bildende Schlacke, insbesondere bei Membranrohrwänden, Rauchgasrücksaugungsköpfen, im Trichterbereich sowie an Überhitzerheizflächen.

Um dem entgegenzuwirken ist es bekannt, die Anordnung der Heizflächen ent sprechend aufzulockern, was aber mit einer Dampferzeugervergrößerung und Verteuerung verbunden ist.

Weiterhin sind verschiedene Maßnahmen zur Beseitigung von Verschmutzun gen der Heizflächen bekannt. Im Vordergrund stehen dabei neben den Rüttel einrichtungen an Heizflächen vor allen Dingen die Wasserlanzenbläser (DE 41 42 448 A1) und die Dampflanzenbläser. Dabei wird durch den gerich teten Einsatz von Wasser bzw. Dampf im Dampfkessel ein Abplatzen der Schlacke von der Heizfläche bewirkt.

Nachteilig bei dieser Reinigungsart ist, daß es zu entsprechenden Materialbe anspruchungen der Heizflächen kommt. Auch wird nur die schon gebildete Schlacke bekämpft.

Weiterhin ist aus der DE 37 33 735 A1 ein Verfahren zur Verhinderung von Schlackeanbackungen an den Wänden von Brennkammern bekannt. Durch speziell ausgebildete Luftdüsen und deren Anordnung im Feuerraum wird durch den im Kessel herrschenden Unterdruck freiansaugende Luft auf der beheizten Oberfläche des Mauerwerkes gleichmäßig verteilt. Der dadurch entstehende Luftschleier schützt das Mauerwerk vor Schlackeanbackungen ohne die Zünd stützwirkung des heißen Mauerwerkes auf die Feuerung zu beeinträchtigen.

Nachteilig dabei ist der hohe materielle Aufwand zur Anbringung der Luftdüsen. Auch ist eine wirksame Installation von Düsen an bestimmten Arten von Dampfkesseln nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung von Verschlackun gen/Verschmutzungen, insbesondere an Membranrohrwänden, Rauchgasrück saugungsköpfen, im Trichterbereich sowie an Überhitzerheizflächen, in einem mit Rohbraunkohle gefeuerten Dampfkessel durch einfache Maßnahmen zu vermindern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die Verbrennung im Dampfkessel eine Rohbraunkohle mit einem Disulfidgehalt < 0,20% und/oder mit einem Kaliumoxydgehalt (K₂O) < 0,5% und/oder mit einem Kieselsäurege halt (SiO₂) < 30% und einem Eisengehalt (Fe₂O₃) < 20% eingesetzt wird, wobei der Kaliumoxydgehalt, der Kieselsäuregehalt sowie der Eisengehalt der Roh braunkohle aus der an sich bekannten Aschevollanalyse der Rohbraunkohle gewonnen werden.

An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm betreffend die Verschlackung eines mit Rohbraunkohle gefeuerten 815 t/h Zwangsdurchlaufdampferzeugers bei verschiede nen SiO₂/Fe₂O₃-Gehalten in der Rohbraunkohle

Fig. 2 ein Diagramm betreffend die Verschlackung eines mit Rohbraunkohle gefeuerten 815 t/h Zwangsdurchlaufdampferzeugers bei verschiede nen Kaliumoxyd(K₂O)-Gehalten in der Rohbraunkohle

Fig. 3 ein Diagramm betreffend die Verschlackung eines mit Rohbraunkohle gefeuerten 815 t/h Zwangsdurchlaufdampferzeugers bei verschiede nen Disulfid-Gehalten in der Rohbraunkohle

Überraschenderweise konnte bei Versuchen zur Verbrennung von Rohbraun kohle in Dampfkesseln mit bestimmten Gehalten an Disulfid, Kaliumoxyd (K₂O), Kieselsäure (SiO₂) sowie Eisen (Fe₂O₃) in dieser Rohbraunkohle deren positi ver Einfluß auf das Verschmutzungs- und Verschlackungsverhalten des Dampf kessels herausgefunden werden.

Die Gehalte an Disulfid, Kaliumoxyd, Kieselsäure sowie Eisen in der zu ver brennenden Rohbraunkohle werden durch Qualitätsvorgaben an den Roh braunkohlelieferanten gewährleistet. Diesem sind durch geologische Vorerkun dungen der Tagebaue die unterschiedlichen Disulfid-, Kaliumoxyd-, Kieselsäu re- sowie Eisengehalte der Rohbraunkohle bekannt. Damit kann durch entspre chendes Abtragen bzw. Mischen der geförderten Rohbraunkohle im Tagebau die erforderlichen Qualitäten eingestellt werden. Die Kontrolle der Kaliumoxyd-, Kieselsäure- und Eisengehalte der Rohbraunkohle erfolgt mit der Aschevoll analyse der Rohbraunkohle. Die Bestimmung des Disulfidgehaltes der Roh braunkohle erfolgt nach bekannten Verfahren nach DIN.

Der Disulfidanteil einer Rohbraunkohle ist ein Hinweis auf das Verschmut zungsverhalten eines Brennstoffes. Disulfide bilden bei Temperaturen um 900°C Eutektika, welche Ansätze für Verschmutzungen bilden. Sind erste Ver schmutzungen vorhanden und werden diese nicht entfernt, ist es bei wechseln der Kohlequalität nur eine Frage von Stunden, daß der Dampfkessel insbeson dere an Membranrohrwänden, Rauchgasrücksaugungsköpfen, im Trichterbe reich und an Überhitzerheizflächen verschlackt. Der Einsatz der Wasserlanzen bzw. Dampfbläser ist deshalb immer notwendig. Durch die Begrenzung des Disulfidgehaltes < 0,20% in der Rohbraunkohle bleibt der Prozeß der Verbren nung der Rohbraunkohle im Dampfkessel beherrschbar, d. h. zyklische Reini gung der Membranrohrwände mittels Wasserlanzenbläser und der Konvek tionsheizflächen mittels Dampflanzenbläser kann auf ein normales Maß einge stellt werden, bei dem die Materialbeanspruchung in vertretbaren Grenzen ge halten wird, um nachweislich einen Zustand zu erreichen, der bleibende Verschmutzungen/Verschlackungen weitgehend ausschließt. Die Beseitigung von Verschmutzungen/Verschlackungen kann manuell noch bei Stillständen erfolgen.

Zu Verbrennungsversuchen an einem 815 t/h-Zwangsdurchlaufdampferzeugers wurde aus Kohleflözen a bis e, welche unterschiedliche Disulfidgehalte aufwei sen, Rohbraunkohle jeweils in einzelnen Etappen auf die Kohlebunker des Zwangsdurchlaufdampferzeugers aufgegeben. Die einzelnen Kohleflöze wiesen dabei folgende Disulfidgehalte auf:
Kohleflöz a: 0,075%
Kohleflöz b: 0,15%
Kohleflöz c: 0,24%
Kohleflöz d: 0,3%
Kohleflöz e: 0,17%

Der Zwangsdurchlaufdampferzeuger wurde zu Versuchsbeginn einer Grundrei nigung der Heizflächen mit Wasserlanzenbläsern und Dampflanzenbläsern un terzogen.

Die Verbrennung der Rohbraunkohle des Kohleflözes a wurde ca. 3 Tage lang durchgeführt. Danach erfolgte eine visuelle Einschätzung der Verschmutzung und Verschlackungsneigung des Zwangsdurchlaufdampferzeugers. In gleicher Weise erfolgte nacheinander die Verbrennung der Rohbraunkohle der Kohleflö ze b bis e, wobei zwischen den Wechseln auf die Rohbraunkohle aus einem anderen Kohleflöz jeweils eine Reinigung der Heizflächen mittels Wasserlan zenbläser und Dampflanzenbläser erfolgte.

In Fig. 3 ist das Ergebnis der Verbrennungsversuche von Rohbraunkohle mit unterschiedlichen Disulfidgehalten dargestellt. Wenig bis mäßige Verschmut zung und Verschlackung tritt demnach im Zwangsdurchlaufdampferzeuger an den Heizflächen auf, wenn Rohbraunkohle zur Verbrennung eingesetzt wird, deren Disulfidgehalt bei < 0,20% liegt. Größere Disulfidgehalte lassen den Zwangsdurchlaufdampferzeuger in einer relativ geringen Zeitspanne (ca. 3 Stunden) an den Heizflächen, insbesondere im Überhitzer- und Trichterbe reich, verschlacken. Hier sind für den ordnungsgemäßen Weiterbetrieb des Zwangsdurchlaufdampferzeugers sofortige Reinigungsmaßnahmen erforderlich, so z. B. der Einsatz der Wasserlanzenbläser und Dampflanzenbläser.

Ebenfalls stellt der Kaliumoxydgehalt (K₂O) in der Rohbraunkohle einen Hin weis auf das Verschmutzungsverhalten des Brennstoffes dar. Somit kann gleichzeitig oder unabhängig mit dem Einsatz der Rohbraunkohle mit einem Disulfidgehalt < 0,20% der Kaliumoxydgehalt in der Rohbraunkohle auf < 0,5% beschränkt werden, um ein vertretbares Maß an Verschmutzungen bei der Verbrennung von Rohbraunkohle im Dampfkessel zu erreichen.

In einem gefahrenen Versuch an dem 815 t/h-Zwangsdurchlaufdampferzeuger kam Rohbraunkohle mit verschiedenen Gehalten an Kaliumdioxid zum Einsatz. Diese Rohbraunkohle wurde aus verschiedenen Kohleflözen aus dem Tagebau gewonnen. Die einzelnen Kohleflöze a bis e wiesen dabei folgende Kaliumoxid gehalte auf:
Kohleflöz a: 0,44%
Kohleflöz b: 0,60%
Kohleflöz c: 0,75%
Kohleflöz d: 0,80%
Kohleflöz e: 0,47%

Vor Versuchsdurchführung wurde der Zustand des Zwangsdurchlaufdampfer zeugers in bezug auf Verschmutzung und Verschlackung aufgenommen. Zur Versuchsdurchführung wurden die Kohlebunker mit der Rohbraunkohle des Kohleflözes a beschickt. Die Kohle gelangt dann über die entsprechenden Zu teileranlagen zur Verbrennung in den Zwangsdurchlaufdampferzeuger. Die Verschmutzung- und Verschlackungsneigung des Zwangsdurchlaufdampfer zeugers wurde nach ca. 3 Tagen, in denen die Rohbraunkohle des Flözes a verbrannt worden ist, visuell eingeschätzt.

Nacheinander wurden in gleicher Weise die Rohbraunkohlen aus den Kohleflö zen b bis e im Zwangsdurchlaufdampferzeuger verbrannt und wieder die Ver schmutzungs- und Verschlackungsneigung eingeschätzt. Zwischen den Wech seln der zu verbrennenden Rohbraunkohlen mit den unterschiedlichen Kalium oxidgehalten erfolgte jeweils eine Reinigung der Heizflächen des Zwangs durchlaufdampferzeugers mittels Wasserlanzenbläser und Dampflanzenbläser.

In der Fig. 2 ist das Ergebnis des Verbrennungsversuches mit Rohbraunkohle mit unterschiedlichen Kaliumoxidgehalten aufgeführt. Es ist zu erkennen, daß eine wenig bis mäßige Verschlackungsneigung bei einem Kaliumoxidgehalt der Rohbraunkohle von < 0,5% eintritt. Größere Kaliumoxidgehalte der Rohbraun kohle lassen den Zwangsdurchlaufdampferzeuger innerhalb von 4 Stunden an den Heizflächen, (besonders im Überhitzer- sowie Trichterbereich) verschlac ken, daß ein sofortiger Einsatz der Wasserlanzenbläser und Dampflanzenblä ser notwendig wird.

Für Verschlackungen im Dampfkessel, welche sich an den bereits gebildeten Verschmutzungen ansetzen und an diesen Ansätzen weiterwachsen, sind u. a. der Gehalt aus Kieselsäure (SiO₂) und Eisen (Fe₂O₃) in der Rohbraunkohle verantwortlich.

Zusätzlich oder unabhängig vom Einsatz einer Rohbraunkohle mit einem Disul fidgehalt von < 0,20% und/oder einem Kaliumoxydgehalt (K₂O) < 0,5% kommt es zur Verringerung der Schlackebildung im Dampfkessel bei der Verbrennung einer Rohbraunkohle mit einem Kieselsäuregehalt (SiO₂) < 30% in Verbindung mit einem Eisengehalt (Fe₂O₃) von < 20%.

Die Fig. 1 zeigt in einem Diagramm die Schlackebildung in einem 815 t/h Zwangsdurchlaufdampferzeuger in Abhängigkeit vom Kieselsäure/Eisen-Gehalt der zur Verbrennung eingesetzten Rohbraunkohle.

Auf der Ordinate ist der Kieselsäure/Eisen-Gehalt in der Rohbraunkohle und auf der Abszisse die Verbrennungsetappen der Rohbraunkohle mit verschiede nem Kieselsäure/Eisen-Gehalt in einem 815 t/h Zwangsdurchlaufdampferzeu ger aufgetragen. Es ist zu erkennen, daß der Eisen- und Kieselsäuregehalt der Rohbraunkohle Korrelationen aufzeigt, welche gegenläufig sind, d. h. starke Verschlackungen treten im Zwangsdurchlaufdampfkessel bei gleichzeitigem Abfall des Kieselsäuregehaltes < 30% und Anstieg des Eisengehaltes < 20% auf.

Das Diagramm in Fig. 1 resultiert aus gefahrenen Versuchen an dem 815 t/h- Zwangsdurchlaufdampferzeuger. Vor Versuchsbeginn wurde eine Bestandsauf nahme des Zustandes des Zwangsdurchlaufdampferzeugers in bezug auf Ver schmutzungen und Verschlackungen durchgeführt.

In einer ersten Verbrennungsetappe (Zeitdauer 3 Tage) wurde dem Zwangs durchlaufdampferzeuger eine Rohbraunkohle mit einem Eisengehalt (Fe₂O₃) von 22% und einem Kieselsäuregehalt (SiO₂) von 15% zugeführt. Die Ver schlackung an Membranrohrwänden, Rauchgasrücksaugungsköpfen, Überhit zerflächen sowie im Trichterbereich nahm in einer Zeitspanne von ca. 5 Stun den um 40% zu. Es erfolgte eine Reinigung der von der schnellen Verschlac kung betroffenen Bereiche des Zwangsdurchlaufdampferzeugers mit Wasser lanzenbläsern und Dampflanzenbläsern, um den Ausgangszustand in bezug auf Verschlackung des Zwangsdurchlaufdampferzeugers wieder zu erreichen.

In einer zweiten Verbrennungsetappe (Zeitdauer 3 Tage) wurde dem Zwangs durchlaufdampferzeuger eine Rohbraunkohle mit einem Eisengehalt (Fe₂O₃) von 10% und einem Kieselsäuregehalt (SiO₂) von 53% aufgegeben.

Dieser zweiten Verbrennungsetappe folgten eine dritte, vierte und fünfte Ver brennungsetappe mit den jeweiligen Eisengehalt (Fe₂O₃) von 18%, 14% und 16% und den dazugehörigen Kieselsäuregehalt (SiO₂) von 27%, 39% und 37% in der Rohbraunkohle. Jede Verbrennungsetappe dauerte jeweils 72 Stunden an. Es konnte sowohl in der zweiten als auch in der dritten, vierten und fünften Verbrennungsetappe eine um 40% verminderte Schlackeneubil dung festgestellt werden. Zwischen den Verbrennungsetappen wurde wieder eine Reinigung mit Wasserlanzenbläsern und Dampflanzenbläsern durchge führt.

In der sechsten Verbrennungsetappe (Zeitdauer 72 Stunden) wurde der Zwangsdurchlaufdampferzeuger mit einer Rohbraunkohle mit einem Eisenge halt (Fe₂O₃) von 27% und einem Kieselsäuregehalt (SiO₂) von 18% beschickt.

Das Erscheinungsbild von Verschlackungen an Membranrohrwänden, Rauch gasrücksaugungsköpfen, Überhitzerheizflächen und im Trichterbereich glich stark dem der ersten Verbrennungsetappe. Es erfolgte eine Zunahme an Ver schlackungen innerhalb von 7 Stunden um ca. 60%.

Die Fig. 1 veranschaulicht, was bei der Verbrennung von Rohbraunkohle in dem 815 t/h-Zwangsdurchlaufdampferzeuger festgestellt wurde: Übersteigt der Eisengehalt (Fe₂O₃) der Rohbraunkohle 20% und fällt gleichzeitig der Kiesel säuregehalt (SiO₂) der Rohbraunkohle unter 30%, kommt es in recht kurzer Zeit (ca. 5 Stunden) zu Verschlackungen, insbesondere an Membranrohrwän den, Rauchgasrücksaugungsköpfen, im Trichterbereich und an Überhitzerheiz flächen, die trotz Einsatz von Wasser- und Dampflanzenbläsern enorme Pro bleme bei der Betriebsführung des Zwangsdurchlaufdampferzeugers mit sich bringen. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung kommt es zu einer Reduzierung des Einsatzes der Wasser- und Dampflanzenbläser von ca. 60%.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind:

- Reduzierung der Kosten für die zyklische Reinigung, welche zur Beseitigung von Schlacke notwendig ist;
- Minimierung des Reparaturaufwandes an Kratzerbandanlagen, welche durch Abfallen von Schlackebrocken beschädigt wurden;
- Lebensdauerschonende Fahrweise der Teile des Dampfkessels, welche nicht mehr einer intensiven Reinigung wegen anhaftenden Verschlackungen durch Wasserlanzenbläser ausgesetzt sind (Reduzierung Thermoschockwir kung);
- Verbesserung des Wärmeübergangs an den Heizflächen

Claims

Verfahren zur Verminderung von Verschmutzungen und Verschlackungen eines mit Rohbraunkohle gefeuerten Dampfkessels, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verbrennung im Dampfkessel eine Rohbraunkohle mit einem Disul fidgehalt < 0,20% und/oder mit einem Kaliumoxydgehalt (K₂O) < 0,5% und/oder mit einem Kieselsäuregehalt (SiO₂) < 30% und einem Eisengehalt (Fe₂O₃) < 20% eingesetzt wird, wobei der Kaliumoxydgehalt, der Kieselsäure gehalt sowie der Eisengehalt der Rohbraunkohle aus der an sich bekannten Aschevollanalyse der Rohbraunkohle gewonnen werden.