DE19939672B4 - Firing system and method for generating heat by combustion - Google Patents
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Abstract
Feuerungssystem zur Wärmeerzeugung durch Verbrennung von Brennstoffen in einem Feuerraum, insbesondere zur Dampferzeugung, DOLLAR A mit mindestens einem im Querschnitt im wesentlichen rechteckigen Feuerraum (1), der im wesentlichen in Richtung seiner Feuerraumlängsachse (9) durchströmt ist und an dessen senkrechten Feuerraum- bzw. Dampferzeugerrohrwänden (2, 3, 4, 5) an zwei gegenüberliegenden Feuerraumwänden jeweils mindestens ein Brennerspiegel (6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c) angeordnet ist, wobei diese paarweise im wesentlichen jeweils gegenüber oder jeweils gegeneinander versetzt und im wesentlichen auf gleicher Höhe liegen, jeder Brennerspiegel (6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c) im wesentlichen vertikal ausgebildet ist und einen oder mehrere Brenner (8a, 8b, 8c) aufweist, die jeweils unterschiedlichen Brennerebenen (12a, 12b, 12c) zugeordnet sind, DOLLAR A jeder Brenner (8a, 8b, 8c) Luft- und Brennstoffdüsen (13, 14) aufweist und DOLLAR A das feuerraumwandseitig gegenüberliegende oder versetzte Paar von Brennerspiegeln bei einem Brennerspiegel je Feuerraumwand oder bei mehr als einem Brennerspiegel je Feuerraumwand zumindest ein feuerraumwandseitig diagonal gegenüberliegendes Paar von Brennerspiegeln um deren vertikale Längsachsen (10) gedreht ist, so daß die Luft- und Brennstoffdüsen (13, 14) der jeweiligen Brenner (8a, 8b, 8c), bezogen auf deren horizontale Brennerebenen (12a, 12b, 12c), tangential auf virtuelle Kreise (17', 18', 17'', 18'') gerichtet sind und so eine gemeinsame Zirkularströmung (11) ...A firing system for generating heat by combustion of fuels in a furnace, in particular for steam generation, DOLLAR A with at least one cross-section substantially rectangular combustion chamber (1), which is flowed through substantially in the direction of its combustion chamber longitudinal axis (9) and at the vertical Feuerraum- or Steam generator tube walls (2, 3, 4, 5) on two opposite furnace walls each at least one burner mirror (6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c) is arranged, these pairs in pairs substantially opposite or respectively offset from each other and substantially the same Height, each burner mirror (6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c) is formed substantially vertically and one or more burners (8a, 8b, 8c), which are respectively assigned to different burner levels (12a, 12b, 12c) DOLLAR A each burner (8a, 8b, 8c) has air and fuel nozzles (13, 14) and DOLLAR A the firebox side opposite or ve replaced pair of burner mirrors at a burner level per firebox wall or at more than one burner mirror per firebox wall at least one firebox side diagonally opposite pair of burner mirrors about their vertical longitudinal axes (10) is rotated, so that the air and fuel nozzles (13, 14) of the respective burner (8a, 8b, 8c), relative to the horizontal burner levels (12a, 12b, 12c), are directed tangentially to virtual circles (17 ', 18', 17 '', 18 '') and thus a common circular flow (11) ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Feuerungssystem zur Wärmeerzeugung durch Verbrennung sowie ein Verfahren zum Betrieben eines solchen Feuerungssystems.The The invention relates to a combustion system for generating heat by combustion and a method of operating such a firing system.
Bei der großtechnischen Energieerzeugung werden in großem Maßstab Primärenergieträger, wie Steinkohle, Braunkohle, Erdöle oder Erdgas, verbrannt und die so erzeugte Wärme wird direkt oder zur Stromerzeugung genutzt. Die bei der Verbrennung der Energieträger entstehenden Abgase enthalten in der Regel einen gewissen Anteil von Stickoxiden (NOx), die eine erhebliche Umweltbelastung darstellen. Die nachträgliche Beseitigung von bei der Verbrennung entstandenen Stickoxiden ist mit einem erheblichen technischen Aufwand und mit entsprechenden Kosten verbunden. Das Bestreben geht deshalb dahin, die Feuerungssysteme und den entsprechenden Verbrennungsvorgang so zu gestalten, daß der Anteil von Stickoxid in dem bei der Verbrennung entstehenden Abgas möglichst gering ist.In large-scale power generation, primary energy sources such as hard coal, lignite, crude oil or natural gas are burned on a large scale and the heat generated is used directly or for power generation. The resulting in the combustion of fuels exhaust gases usually contain a certain proportion of nitrogen oxides (NO x ), which represent a significant environmental impact. The subsequent elimination of nitrogen oxides formed during combustion is associated with considerable technical effort and costs. The aim is therefore to make the firing systems and the corresponding combustion process so that the proportion of nitrogen oxide in the resulting exhaust gas during combustion is as low as possible.
Feuerungssysteme, bei denen mehrere Kohlenstaubbrennerspiegel in einem rechteckigen Feuerraum mit vertikal angeordneten Feuerraumwänden paarweise jeweils direkt gegenüber oder jeweils zwar gegenüber, jedoch gegeneinander versetzt und auf gleicher Höhe liegen, werden als Boxerfeuerung bezeichnet. Derartige Feuerungssysteme bzw. Boxerfeuerungen sind z. B. aus der Druckschrift „Steinkohlenfeuerung, Brennstoff- u. Verbrennungslufteinrichtungen im Kraftwerk Weiher III", H. Spliethoff, aus VGB Kraftwerkstechnik 56, Heft 10, Oktober 1976, bekanntgeworden.Firing, where several coal dust burner levels in a rectangular Firebox with vertically arranged firewalls in pairs each directly across from or while opposite, however, offset against each other and lie at the same height, are called Boxerfeuerung designated. Such firing systems or boxer firing are z. B. from the publication "coal combustion, Fuel and fuel Combustion air units at the Weiher power plant III ", H. Spliethoff, from VGB Kraftwerkstechnik 56, Issue 10, October 1976, become known.
Jeder Kohlenstaubbrennerspiegel kann einen oder mehrere Kohlenstaubbrenner aufweisen, die jeweils, bezogen auf die Höhenlage im Feuerraum, unterschiedlichen Brennerebenen zugeordnet sind. Beispielsweise liegen bei je zwei Brennerspiegeln in der Front- und der Rückwand eines Feuerraumes und drei vorhandenen Brennern je Brennerspiegel auf drei Brennerebenen jeweils vier Brenner. Die Kohlenstaubbrenner, die als Drall- oder Strahlbrenner ausgebildet sein können, weisen Luft- (Primär- und Sekundärluft) und Brennstoffdüsen auf.Everyone Coal dust burner can be one or more pulverized coal burners each having, based on the altitude in the firebox, different Burner levels are assigned. For example, there are two each Burner mirrors in the front and back wall of a firebox and three existing burners per burner level on three burner levels four burners each. The coal dust burners used as swirl or Jet burner can be formed have air (primary and Secondary air) and fuel nozzles on.
Die
Kohlenstaubbrenner der jeweiligen Brennerebenen dieser Boxerfeuerungen
können
entweder überstöchiometrisch,
d. h. mit Luftüberschuß, oder
unterstöchiometrisch,
d. h. mit Luftmangel, gefahren werden, wobei hierbei im Feuerraum
verbrennungsgasseitig stromabwärts
der Brenner Ausbrandluft zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes zugegeben
wird. Erstere Fahrweise hat den Nachteil, daß zwar der Brennstoff weitestgehend
verbrannt wird, jedoch wegen der bei überstöchiometrischer Fahrweise hohen
Verbrennungstemperatur die NOx-Bildung hoch
ist und die Verschlackungsgefahr an den mittleren Bereichen der
seitlichen Feuerraumwände
(siehe
Davon ausgehend, ist es Aufgabe der Erfindung, ein Feuerungssystem und ein Verfahren zur Wärmeerzeugung durch Verbrennung von Brennstoffen zu schaffen, die eine weitere Verminderung der NOx-Bildung und die Vermeidung von Verschlackung an den Feuerraumwänden bzw. Dampferzeugerrohrwänden ermöglichen.On this basis, it is an object of the invention to provide a combustion system and a method for generating heat by combustion of fuels, which allow a further reduction of NO x formation and the prevention of slagging on the furnace walls or steam generator tube walls.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Feuerungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 9 gelöst.The The above object is achieved by a firing system with the Features of claim 1 and by a method with the characterizing features of claim 9 solved.
Das erfindungsgemäße Feuerungssystem zur Wärmeerzeugung durch Verbrennung von Brennstoffen in einem Feuerraum, insbesondere zur Dampferzeugung, weist mindestens einen im Querschnitt im wesentlichen rechteckigen Feuerraum auf, der im wesentlichen in Richtung seiner Feuerraumlängsachse durchströmt ist und an dessen senkrechten Feuerraum- bzw. Dampferzeugerrohrwänden an zwei gegenüberliegenden Feuerraumwänden jeweils mindestens ein Brennerspiegel angeordnet ist, wobei diese paarweise im wesentlichen jeweils gegenüber oder jeweils gegeneinander versetzt und im wesentlichen auf gleicher Höhe liegen, jeder Brennerspiegel im wesentlichen vertikal ausgebildet ist und einen oder mehrere Brenner aufweist, die jeweils unterschiedlichen Brennerebenen zugeordnet sind, jeder Brenner Luft- und Brennstoffdüsen aufweist und das feuerraumwandseitig gegenüberliegende oder versetzte Paar von Brennerspiegeln bei einem Brennerspiegel je Feuerraumwand oder bei mehr als einem Brennerspiegel je Feuerraumwand zumindest ein feuerraumwandseitig diagonal gegenüberliegendes Paar von Brennerspiegeln um deren vertikale Längsachsen gedreht ist, so daß die Luft- und Brennstoffdüsen der jeweiligen Brenner, bezogen auf die jeweiligen horizontalen Brennerebenen, tangential auf virtuelle Kreise gerichtet sind und so eine gemeinsame Zirkularströmung mit festgelegtem Umlaufsinn um eine Feuerraumlängsachse bewirken und diese Zirkularströmung eingebrachte Luft- und Brennstoffströme aus Brennern von weiteren Paaren von Brennerspiegeln mit aufnimmt. Durch die erzeugte Zirkularströmung innerhalb des Feuerraumes wird die Verschlackung der seitlichen Feuerraumwände verhindert, da eine stetige Verbrennungsluftströmung an den Feuerraumwänden bzw. den Dampferzeugerrohrwänden vorbeistreicht und somit heiße Zonen, die zu Schlackeagglomerationen an den Wänden führen können, verhindert. Strömungsrichtungen direkt gegen die Dampferzeugerrohrwände, die glühende Asche transportieren, werden vermieden.The firing system according to the invention for generating heat by combustion of fuels in a furnace, in particular for steam generation, has at least one substantially rectangular in cross-section combustion chamber, which is flowed through substantially in the direction of its Feuerraumlängsachse and at the vertical Feuerraum- or steam generator tube walls on two opposite firebox walls in each case at least one burner mirror is arranged, these pairs being substantially offset from one another in each case and at substantially the same height, each burner mirror is substantially vertical and has one or more burners, each associated with different burner levels, each burner air - And fuel nozzles and the combustion chamber side opposite or offset pair of burner mirrors at a burner level per firebox wall or more than one Burner mirror per firebox wall at least one combustion chamber side diagonally opposite pair of burner mirrors is rotated about the vertical longitudinal axes, so that the air and fuel nozzles of the respective burner, based on the respective horizontal burner levels, are directed tangentially to virtual circles and so a common circular flow with a fixed sense of circulation cause a combustion chamber longitudinal axis and this circular flow introduced air and fuel flows from burners of other pairs of burner mirrors with takes. The generated circular flow within the firebox prevents slagging of the side firebox walls as a steady flow of combustion air past the firebox walls, thus preventing hot zones which can lead to slag agglomerations on the walls. Flow directions directly against the steam generator tube walls that transport glowing ashes are avoided.
Bei Ausbildung je Feuerraumwand mit mehr als drei Kohlenstaubbrennerspiegeln ist bevorzugt zumindest ein feuerraumwandseitig diagonal gegenüberliegendes Paar der zwei äußeren der benachbart angeordneten Kohlenstaubbrennerspiegel um deren vertikale Längsachse gedreht und deren Luft- und Brennstoffdüsen der Kohlenstaubbrenner dieser Kohlenstaubbrennerspiegel sind jeweils in deren horizontalen Brennerebenen tangential auf virtuelle Kreise gerichtet. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß bei einer derartigen Anzahl von Paaren von Brennerspiegeln eine weitgehend optimale Zirkularströmung im Bereich der Brenner innerhalb des Feuerraumes bewirkt wird.at Training per firebox wall with more than three coal dust burner mirrors is preferably at least one firebox side diagonally opposite Pair of the two outer ones adjacent arranged pulverized coal burner levels around the vertical longitudinal axis turned and their air and fuel nozzles of the pulverized coal burner These pulverized coal burner levels are each in their horizontal Burner planes are directed tangentially to virtual circles. Through this measure is guaranteed that at Such a large number of pairs of burner mirrors largely optimal circular flow is effected in the field of burners within the furnace.
Bei Ausbildung je Feuerraumwand mit mehr als einem Brennerspiegel können mit Ausnahme des einen feuerraumwandseitig diagonal gegenüberliegenden und äußeren Paares von gedrehten Brennerspiegeln die Luft- und Brennstoffdüsen der Brenner des bzw. der verbleibenden Brennerspiegel(s), bezogen auf die jeweiligen Brennerebenen und die Feuerraumwand, rechtwinklig in den Feuerraum gerichtet sein. Durch diese Maßnahme kann beispielsweise das zweite äußere und diagonal gegenüberliegende Paar von Brennerspiegeln bzw. deren Luft- und Brennstoffdüsen parallel zur angrenzenden Feuerraumseitenwand ausgerichtet werden.at Training per firebox wall with more than one burner level can with Exception of a firebox side diagonally opposite and outer pair of rotated burner mirrors the air and fuel nozzles of the Burner of the or the remaining burner mirror (s), based on the respective burner levels and the firebox wall, at right angles be directed into the firebox. By this measure, for example, the second outer and diagonally opposite pair of burner mirrors or their air and fuel nozzles in parallel be aligned to the adjacent combustion chamber side wall.
Bevorzugt wird bei Ausbildung je Feuerraumwand mit mehr als einem Brennerspiegel mit Ausnahme eines feuerraumwandseitig diagonal gegenüberliegenden und äußeren Paares von gedrehten Brennerspiegeln die Luft- und Brennstoffdüsen der Brenner des bzw. der verbleibenden Brennerspiegel(s), bezogen auf die jeweiligen Brennerebenen, unter einem Winkel von 0-45° abweichend von der Feuerraumwand-Normalen in den Feuerraum gerichtet. Durch diese Maßnahme kann der Luft- und Brennstoffstrom aus vorgenannten Düsen noch verstärkend der im Feuerraum vorherrschenden Zirkularströmung aufgegeben werden.Prefers In training each firebox wall with more than one burner level with the exception of a fire chamber wall side diagonally opposite and outer pair of rotated burner mirrors the air and fuel nozzles of the Burner of the or the remaining burner mirror (s), based on the respective burner levels, deviating at an angle of 0-45 ° directed from the firebox wall normal into the firebox. By This measure can the air and fuel flow from the aforementioned nozzles still reinforcing the prevailing in the furnace circular flow are abandoned.
Es ist zweckmäßig, Luft und Brennstoff über die Düsen der jeweiligen Brenner derart in den Feuerraum aufzugeben, daß die Luft- und Brennstoffdüsen jedes einzelnen Brenners brennerebenenseitig jeweils tangential auf virtuelle Kreise gleichen Durchmessers gerichtet sind.It is appropriate, air and fuel over the Nozzles of the place the respective burner in the combustion chamber in such a way that the air and fuel nozzles each burner burner side each tangential directed to virtual circles of the same diameter.
Es kann jedoch vorteilhaft sein, daß die Luft- und Brennstoffdüsen jedes einzelnen Brenners brennerebenenseitig jeweils tangential auf virtuelle Kreise unterschiedlichen Durchmessers gerichtet sind. Dies kann eine weitere verbesserte Durchmischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft bewirken und somit kann ein effizienterer Ausbrand des Brennstoffes erzielt werden.It However, it may be advantageous that the air and fuel nozzles each each burner burner side each tangent to virtual Directed circles of different diameters. This can a further improved mixing of the fuel with the Combustion air and thus can a more efficient burnout of the fuel can be achieved.
In bevorzugter Ausbildung ist jede Feuerraumwand des Feuerungssystems brennerebenenseitig jeweils durch mindestens eine Schleierluftdüse im wesentlichen parallel zur Feuerraumwand und/oder unter einem Winkel von 0-45° zur Feuerraumwand in unmittelbarer Nähe der Feuerraumwand mit Schleierluft beaufschlagbar. Bei großdimensionierten Feuerungssystemen mit langen Feuerraumwänden können diese auf den jeweiligen Brennerebenen entlang der Feuerraumwand je nach Bedarf mit zwei oder mehreren Schleierluftdüsen bestückt sein. Dabei wird mengenmäßig so viel Schleierluft je Brennerebene zugeführt, daß brennerebenenseitig die gewünschte Fahrweise, z. B. unter- oder nahstöchiometrisch, erzielt wird. Durch diese Maßnahme wird die Gefahr von Korrosionen an den Feuerraumwänden bzw. Dampferzeugerrohrwänden im Bereich der Brenner durch reduzierende Atmosphäre weiter minimiert bzw. ausgeschaltet. Des weiteren wird der Ausbrand durch Verbrennung in Wandnähe befindlichen Kohlenstaubes verbessert.In The preferred embodiment is any firebox wall of the firing system burner level side in each case by at least one Schleierluftdüse substantially parallel to the combustion chamber wall and / or at an angle of 0-45 ° to the combustion chamber wall close the firebox wall can be acted upon with fog air. For large-sized Firing systems with long firebox walls can do this on the respective burner levels along the firebox wall as needed with two or more Curtain air nozzles stocked be. This is how much in quantity Schleierluft supplied to each burner level, that burnersbenenseitig the desired driving style, z. B. lower or near-stoichiometric, is achieved. By this measure the risk of corrosion on the firebox walls or Steam generator pipe walls in Range of burners by reducing atmosphere further minimized or switched off. Furthermore, the burnout is located by combustion near the wall Pulverized coal improved.
Vorteilhaft kann es ferner sein, die Feuerraumwände des Feuerraumes verbrennungsgasseitig stromabwärts der Brenner mit Ausbrandluftdüsen auszubilden. Damit kann bei unterstöchiometrischer bzw. knapp überstöchiometrischer Fahrweise bzw. Verbrennung im Bereich der Brenner die erforderliche Verbrennungsluft zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffes im Feuerraum aufgegeben werden.Advantageous it may also be the combustion chamber walls of the combustion chamber combustion gas side downstream the burner with burnout air nozzles form. This can be at substoichiometric or just over stoichiometric Driving or combustion in the area of the burner the required Combustion air to the full Burning of the fuel in the firebox are abandoned.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Feuerungssystems gemäß einem der Ansprüche sieht vor, daß die Verbrennung des Brennstoffs brennerebenenseitig nahstöchiometrisch erfolgt. Durch diese Maßnahme kann eine NOx-arme Verbrennung bewirkt und der Feuerungswirkungsgrad verbessert werden.The method according to the invention for operating a firing system according to one of the claims provides that the combustion of the fuel takes place near the stoichiometry on the burner level side. By this measure, a low NO x combustion can be effected and the firing efficiency can be improved.
Vorzugsweise kann die Verbrennung des Brennstoffes brennerebenenseitig unterstöchiometrisch erfolgen. Damit kann die Bildung von NOx bei der Verbrennung noch weiter herabgesetzt werden.Preferably, the combustion of the fuel burner side can be done substoichiometrically. Thus, the formation of NO x can be further reduced during combustion.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mittels der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.The Invention is based on embodiments explained in detail by means of the description and the drawing.
Es zeigtIt shows
An
den zwei gegenüberliegenden
Feuerraumwänden
Jeder
der Brennerspiegel
Von
den zwei Brennerspiegeln
Die
tangentiale Ausrichtung der Luftdüsen
Ferner
können
die Brennerspiegel
Das
erfindungsgemäße Feuerungssystem kann
jedoch je Feuerraumwand
Das
zweite feuerraumwandseitig diagonal gegenüberliegende Paar von Brennerspiegeln
Um
die Zirkularströmung
Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden
Verschlackungen sowie Korrosionsangriffe an den Feuerraumwänden
Für den Fall,
daß die
Verbrennung von Brennstoff in dem erfindungsgemäßen Feuerungssystem im Bereich
der jeweiligen Brennerebenen
Anstelle
des in
- 11
- Feuerraumfirebox
- 22
- Feuerraumwand bzw. Dampferzeugerrohrwand, FrontwandFurnace wall or steam generator tube wall, front wall
- 33
- Feuerraumwand bzw. Dampferzeugerrohrwand, RückwandFurnace wall or steam generator tube wall, rear wall
- 44
- Feuerraumwand bzw. Dampferzeugerrohrwand, linke SeitenwandFurnace wall or steam generator tube wall, left side wall
- 55
- Feuerraumwand bzw. Dampferzeugerrohrwand, rechte SeitenwandFurnace wall or steam generator tube wall, right side wall
- 66
- KohlenstaubbrennerspiegelPulverized coal burner plane
- 77
- KohlenstaubbrennerspiegelPulverized coal burner plane
- 88th
- KohlenstaubbrennerPulverized coal burner
- 99
- FeuerraumlängsachseFirebox longitudinal axis
- 1010
- Längsachse des Kohlenstaubbrennerspiegelslongitudinal axis of the pulverized coal burner
- 1111
- Zirkularströmungcircular flow
- 1212
- Brennerebenenburner levels
- 1313
- Luftdüsen des KohlenstaubbrennersAir jets of the Pulverized coal burner
- 1414
- Brennstoffdüsen des KohlenstaubbrennersFuel nozzles of the Pulverized coal burner
- 1515
- Schleierluftdüsesheath air
- 1616
- AusbrandluftdüseAusbrandluftdüse
- 1717
- Virtueller Kreis (Luftdüse ist tangential darauf zugerichtet)virtual Circle (air nozzle is tangential to it)
- 1818
- Virtueller Kreis (Brennstoffdüse ist tangential darauf zugerichtet)virtual Circle (fuel nozzle is tangential to it)
- 1919
- Normale (Senkrechte) zur Feuerraumwandnormal (Vertical) to the firebox wall
Claims (12)
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