DE2424069C2 - Verfahren zum Verbrennen von staubförmigem organischen Brennstoff - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbrennen von staubförmigem organischen Brennstoff gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs. Ein solches Verfahren ist aus dem SU-Erfinderschein 3 40 836 bekannt. Es geht dabei vor allem um das Verbrennen von wenig energiereichen und nicht vorgemahlenen Brennstoffen wie Torfmull und dergl. in einer Wirbelfeuerung, der ein Wärmetauscher nachgeschaltet ist, z. B. der Dampferzeuger eines Wärmekraftwerks.

Bei einem Verbrennungsverfahren dieser Art kommt es zu einer Trennung der mit der Primärluft eingetragenen Brennstoffteilchen; die größeren und gröberen Teilchen gelangen in die unten liegende Wirbelkammer, während die feinkörnigen Teilchen sofort in den oberen Teil des Feuerraums ausgetragen werden. Während die kurze Verweilzeit der letzteren im Feuerraum zu deren vollständiger Verbrennung ausreicht, zirkulieren die groben Teilchen eine gewisse Zeit in der Wirbelkammer, so daß auch diese einer vollständigen Verbrennung zugeführt werden.

Die Einführung des Brennstoff-Primärluft-Gemisches und der Sekundärluft geschieht derart versetzt zueinander, daß beide Ströme gewissermaßen ein Kräftepaar bilden, zwischen dem sich die zirkulierende Strömung ausbildet. Der Strom der Sekundärluft reißt unverbrannte Brennstoffteilchen mit und leitet ihn zum Flammenfuß an der Einströmstelle des Brennstoff-Primärluft-Gemischs.

In der Wirbelzone ist die Temperatur im Flammenkern nicht übermäßig hoch. Dieser Umstand erhöht die Betriebssicherheit des nachgeschalteten Dampferzeugers, da niedrigere Temperaturen das Schmelzen der Asche und damit das Verschlacken der Rohre der Wärmetauscher verhindern. Außerdem wird durch das Senken der Temperatur im Flammenkern auch die Bildung von Schwefel- und Stickstoffoxyden vermindert, so daß die Umweltbelastung geringer wird.

Die vorstehend betrachteten vorteilhaften Eigenschaften des bekannten Verbrennungsverfahrens gelten jedoch in vollem Maße nur bei gleichbleibender korngrößenmäßiger Zusammensetzung des Brennstoffs und bei gleichbleibender Heizleistung der Feuerung. Bei Änderungen dieser Parameter wird keine stabile Rauchgastemperatur am Austritt aus der Feuerung, d. h. vor dem Dampfüberhitzer erzielt. Dadurch kommt es auch zu Temperaturschwankungen des zur Turbine strömenden überhitzten Dampfes, was die Wirtschaftlichkeit der Anlage aus Dampferzeuger und Turbine vermindert.

Beim bekannten Verbrennungsverfahren können auch die Zündungsbedingungen des Brennstofi- Primärluft-Gemisches schwanken. Die Zündung erfolgt durch

ίο denjenigen Teil der in der Wirbelkammer stehenden Flamme, der aus der Sekundärluft besteht, die zum Flammenfuß an der Einleitungsstelle von Brennstofl-Primärluft gerichtet ist, und in den Brennstoffteilchen unter der Wirkung von Trägheitskräften und Schwerkraft gelangen. Bei Schwankungen der Brennstoffqualitä», z. B. der Feuchtigkeit oder des Zersetzungsgrads, kann es geschehen, daß keine ausreichende Brennstoffmenge in den kalt eintretenden Sekundärluftstrom gelangt und es dadurch nicht zu einer zuverlässigen Zündung des Brennsloff-Primärluft-Gemisches an der EinströmsteUe desselben kommt.

Wenn dies geschieht, beginnen Puisungen und das Verbrennen der Brennstoffteilchen wird in den oberen Teil de» Feuerraums oder gar in den Dampfüberhitzer verschleppt, wodurch sich das Temperaturniveau in diesem Gebiet erhöht, was zum Schmelzen der Asche und Anhaften derselben an den Rohren des Dampfüberhitzers Rhrt, also zur Verschlackung derselben.
Ähnliches gilt für ein aus der Fachzeitschrift »Industrielles Energiewesen«, UdSSR, Nr. 1, 1967, S. 23 bekanntes Verfahren zum Verbrennen von staubförmigem Brennstoff in einer Feuerung. Hier wird ein Primärluft-Brennstoff-Gemisch dem unteren Teil einer Wirbelkammer zugeführt und die Sekundärluft wird am oberen Ende der Wirbelkammer unabhängig vom Brennstoff zugeführt.

Bei diesem Verfahren bleiüen jedoch nur die größten Brennstoffstücke infolge der Schwerkraftscheidung eine gewisse Zeit in der Wirbelkammer, während die Hauptmasse des Brennstoffs sofort ausgetragen wird, so daß es zu einem Hochtemperaturflammenket,i kommt. Zusätzlich ist der Verbrennungsablauf recht inhomogen, so daS einerseits Frisdiluftsauerst> >i unverwendet bleibt und andererseits unverbrannte Brennstoffteilchen aus der Feuerung ausgetragen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Verbrennungsablauf so beeinflußbar zu gestalten, daß bei Erzielung einer vorgegebenen Temperatur der Rauchgase am Austritt aus der Feuerung eine vollständige Verbrennung aller Brennstoffteilchen eines Brennstoffes mit hohem Anteil an grobkörnigen Teilchen auch bei schwankender korngrößenmäßiger Zusammensetzung derselben gewährleistet ist und die Verschlackung eines nachgeschalteten Wärmetauschers.z. B. eines Dampfüberhitzers, vermieden wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die korngrößenmäßige Verteilung des Brennstoffs auf die beiden Feuerraumbereiche durch Änderung der Eintrittsgeschwindigkeit der Primärluft eingestellt wird.

Bei einem solchen Vorgehen beim Verbrennen staubfönmigen organischen Brennstoffs in einer Wirbelfeuerung; kann eine vorgegebene Temperatur der Rauchgase am Austritt aus der Feuerung aufrechterhalten werden. Die Temperaturstabilität wird durch

es Zuführen einer großen Brennstoffmenge in die Wirbelkammer bei erhöhter Feuchtigkeit des Brennstofls und durch eine geringere Zufuhr desselben in die Wirbelkammer bei verminderter Feuchtigkeit des Brennstoffs

erzielt Dabei gelangt bei erhöhter Geschwindigkeit des Primärluftstroms unter der Einwirkung der Trägheitskräfte eine größere Brennstoffmenge in die Wirbelkammer, die im Sekundärluftstrom intensiv nachbrennt, wobei auch die Entzündung des Brennstoffs verbessert wird. Der grobdisperse Brennstoff verbrennt in der gesamten Wirbelzone. Hierdurch wird das Temperaturniveau der Verbrennungsprodukte unter die Schmelztemperatur der Achse gesenkt, wodurch das Verschlakken der Dampfüberhitzerrohre vermieden wird sowie Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit des Dampferzeugers erhöht werden. Außerdem werden die Temperaturen der Verbrennungsprodukte längs der Höhe der Feuerung besser ausgeglichen. Auf diese Weise wird die Betriebssicherheit der Feuerungsschirmrohre erhöht. Durch die Möglichkeit der Verwendung grobdispersen Brennstoffs wird die Explosionssicherheit des Dampferzeugers erhöht; feindisperser Brennstoff ist in erhöhtem Maße explosionsgefährlich.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung weiter erläutert.

Die Wirbelfeuerung 1 bildet in ihrem unteren Teil eine Wirbelkammer 3. Sowohl durch diese als auch durch den oberen Teil des Feuerraums verlaufen Schirmrohre 2. Der grobdispergierte Brennstoff, z. B. Torfmull, und die Primärluft werden mit veränderlicher Eintrittsgeschwindigkeit über einen schrägstehenden Spaltbrenner 4 zugeführt, der am oberen Ende der Wirbelkammer eingebaut ist. Die Sekundärluft wird über eine Spaltdüse 5, die im Unterteil der Wirbelkammer angeordnet ist, zugeführt und ist etwa zur Einströmstelle des Brennstoff-Primärluft-Gemisches gerichtet.

Die Brennstoffteilchen fliegen zusammen mit der Primärluft zur gegenüberliegenden Wand der Feuerung, wo es zu einer Umlenkung kommt und die Brennstoffteilchen unter der Einwirkung der Trägheitskräfte und der Schwerkraft getrennt werden. Große Brennstoffteilchen geraten nach unten in die Wirbelkammer 3, in deren unterem Bereich sie wieder durch den aufsteigenden Strahl der Sekundärluft mitgerissen und zum Flammenfuß am Brenner 4 geleitet werden. Während sie mehrfach in der Flammenwirbelzone umlaufen, verbrennen sie vollständig.

Feine Teilchen, bei denen die Trägheitskräfte nicht ausreichen, um sie bei der Trennung in die Wirbelkammer eintreten zu lassen, werden sofort von den Verbrennungspiodukten mitgeripsen und während ihres Austrags im oberen Teil des Feuerraums verbrannt.

Bei einer Änderung der Brennstoffkennwerte, wie Feuchtigkeit oder fraktionsmäßige Zusammensetzung der Teilchengrößen ändert sich der Verbrennungsgrad des Brennstoffs in den einzelnen Flammenabschnilten, was eine Temperaturänderung in der Flamme zur Folge hat. Beispielsweise verschlechtert sich bei erhöhter Brennstoffeuchtigkeit die Verbrennung der Brennstoffteilchen im oberen Teil des Feuerraums, wo der unmittelbare Austrag stattfindet, und es entstehen unverbrannte Rückstände in der Asche, die Entzündungsbedingungen des Brennstoffs verschlechtern sich und das Brennen wird verzögert. Um diesen Erscheinungen entgegenzuwirken, wird die Geschwindigkeit des Primärluftsiroms vergrößert, wodurch mehr Brennstoffteilchen in den Wirbel eintreten. Hierbei wächst die Wärmeentwicklung in der Wirbelkammer durch Verbrennen einer größeren Brennstoffmenge in ihr und das Temperaturniveau erhält wieder seinen normalen Wert, wobei ein sicheres und stabiles Zünden des eintretenden Brennstoff-Primärluft-Gemischs gewährleistet wird. Das Verbrennen der Teilchen im Bereich des unmittelbaren Austrags im oberen Teil des Feuerraums wird verbessert und die Temperatur am Austritt der Rauchgase aus der Feuerung wird auf das frühere Niveau zurückgeführt.

In entsprechender Weise wird die Temperatur der Rauchgase bei Änderungen der Kesselbelaslung geregelt. Beispielsweise ist bei verminderter Kesselbelastung der Brennstoffdurchsatz in die Feuerung zu vermindern, so daß die von der Feuerung erzeugte Wärmeenergie sinkt. Dies würde normalerweise auch zu einer Senkung der Temperatur der Rauchgase am Austritt aus der Feuerung führen. Zur Aufrechterhaltung konstanter Temperaturen der Verbrennungsprodukte wird die Geschwindigkeit des Primärluftstroms vermindert, wodurch die Abscheidung der Brennstoffteilchen in den Wirbel durch Trägheitskräfte verringert wird. Dadurch steigt der prozentuale Anteil der Brennstoffieilchen, welche im oberen Teil des Feuerraums verbrennen. Auf diese Weise wird die Temperatur der Verbrennu'.igsprodukte am Austritt aus der Feuerung stabil aufrechterhalten.

Das Zuführen grobdispergierten Brennstoffs in die Feuerung führt zur Auseinanderziehui.g der Entzündung und des Verbrennens des Brennstoffes in der gesamten Wirbelzone. Hierdurch wird das Temperaturniveau der Verbrennungsprodukte unter die Schmelztemperatur der Asche gesenkt, wodurch ein Verschlakken der Rohre des Dampfüberhitzers vermieden wird sowie Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit des Dampferzeugers erhöht werden. Außerdem wird die Temperatur der Verbrennungsprodukte längs der Höhe der Feuerung ausgeglichener und das Niveau der Wärmestrahlung gesenkt. Dies ist besonders wichtig für Dampferzeuger mit überkritischem Druck, bei denen die Schirmrohre im unteren Teil der Feuerung in Gefahr sind, durch Überhitzen des Metalls der Rohrwände zerstört zu werden.

Durch die Senkung des Temperaturniveaus in der Brennzone ist die Bildung von Stickstoff- und Schwefeloxyden schroff vermindert und die Möglichkeit des Verbrennens von grobdispergiertam Brennstoff gestattet es, ohne Feinmahlung auszukommen und eine grobdispergierte Asche zu erhalten, die sich leichter abscheiden läßt. Die Wärmebelastung der Feuerung wird bei geringeren Abmessungen derselben höher.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Verbrennen von staubförmigem organischen Brennstoff unterschiedlicher Korngröße in einem Feuerraum mit oben liegendem Auslaß für Rauchgase und mit einer unten liegenden Wirbelkammer, in die der Brennstoff von oben mittels Primärluft abwärtsgerichtet eingeleitet wird und in die von unten her Sekundärluft in Richtung auf die Einströmstelle des Brennstoff-Primärluft-Gemisches eingeblasen wird, wobei während ihrer Verbrennung die feinkörnigen Brennstoffteilchen unmittelbar in den oberen Teil des Fei;erraums und die grobkörnigen Brennstoffteilchen in die in der Wirbelkammer zirkulierende Strömung gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß die korngrößenmäßige Verteilung des Brennstoffes auf die beiden Feuerraumbereiche durch Änderung der Eintrittsgeschwindigkeit der Primärluft eingestellt wird.