DE2816733C2 - Kohlenstaubfeuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kohlenstaubfeuerung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Kohlenstaubfeuerung ist aus dem Firmenprospekt der Firma Combustion Engineering, Inc. »Coal Handling-Buaker te- Furnace«, Juni 1976 (insbesondere Fig. 8 und K), bekannt. Zum Vorwärmen der Feuerraumwände, zum Liefej t einer Zündflamme und zum Vorwärmen des Luftvorwärmers werden hierbei ölgefeuerte Aufwärmbrenner verwendet, die nicht nur einen beträchtlichen Ölverbrauch, sondern auch einen beträchtlichen Aufwand an Installation für die ölzuführung mit sich bringt. Wenn der Feuerraum eine genügende Temperatur aufweist, werden die Staubdüsen durch öl- oder gasgefeuerte Zünddüsen oder durch die Aufwärmbrenner selbst gezündet. Die Verwendung von zusätzlichem Brennstoff ist nicht notwendigerweise vorbei, wenn die Staubdüsen gezündet wurden. Bei hohen Kessellasten kann eine stabile Verbrennung des Kohlenstaubs aufrechterhalten werden. Wenn jedoch die Last und damit die Kohlezufuhr verringert wird, nimmt die Stabilität der von dem Kohlenstaub erzeugten Flamme ab, wobei es üblich ist, so Zünd- oder Aufwärmbrenner zu verwenden, um die Flamme aufrechtzuerhalten, um somit das Zusammenballen von unverbranntem Kohlenstaub und die damit verbundene Explosionsgefahr zu vermeiden.

Außerdem ist aus der DE-PS 9 23 213 eine Kohlenstaubfeuerung bekannt, bei der ein Abscheider für Kohlenstaub und Luft mit einem Trichter verbunden ist, um Kohlenstaub zum Zünden einer Zuführleitung zuzuführen. Hierbei wird der Trichter während des normalen Betriebs durch getrockneten Kohlenstaub von einer Kohlenmühle gefüllt. Jedoch wird hierbei Transportluft benötigt, zu welchem Zweck Luft aus einer Leitung verwendet wird, die im normalen Betrieb Heißluft zur Kohlenmühle führt, wobei diese Luft jedoch beim Anfahren relativ kalt ist und erst allmählich wärmer wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kohlenstaubfeuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die es ermöglicht, das Zünden, Vorwärmen und das Stabilisieren der Flamme bei niedriger Last mit Hilfe von Kohlenstaub bei minimaler Verwendung von Hilfsenergie durchzuführen.

Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Den Zünddüsen wird gemäß der Erfindung Kohlenstaub zugeführt, der von der Transportluft, die eventuell Feuchtigkeit enthalten kann, getrennt wird, so daß den Zünddüsen eine relativ dichte Kohlenstaub-Luft-Mischung zugeführt wird. Weiterhin wird nur die Zündluft für die Verbrennung durch die Zünddüsen erhitzt Wenn öl für diesen Zweck verwendet wird, so ist dessen Menge sehr gering, da nur geringe Mengen von Luft zum Verbrennen erhitzt werden müssen. Es wird nur eine Ölleitung benötigt, die zu einer einzigen Stelle geführt wird. Kohlenstaub kann während des normalen Betriebs in einer für den Startvorgang ausreichenden Menge gespeichert werden. Hierdurch wird das Anfahren weiter vereinfacht

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Abbildungen dargestellten Ausführungsform näher • erläutert

Fi g. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Kohlenstaubfeuerung,

F i g. 2 ist eine schematische Ansicht eines Brennstoffsystems für Zünddüsen gemäß der Erfindung,

Fig.3 zeigt teilweise im Schnitt eine Seitenansicht einer Zünddüse.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Kohlenstaubfeuerung ist ein über eine Leitung 36 abgasbeheizter Luftvorwärmer 38 vorgesehen. Nach Verlassen des Luftvorwärmers 38 gelangt das Abgas über eine Leitung 40 zu einem (nicht dargestellten) Kamin. Mit einem Gebläse 42 wird Luft aus der Atmosphäre angesaugt und durch den Lufteinlaß des Luftvorwärmers 38 geblasen. Eine Leitung 34 verbindet den Luftaustritt des Luftvorwärmers 38 mit Windkästen 12 und 30,ukrauf beiden Seiten des Feuerraums 10 angeordnet sind. Typischerweise sind vier Windkästen 12, 30, einer an jeder Ecke, vorgesehen, jedoch sind zur Vereinfachung nur zwei dargestellt Eine weitere Leitung 32 führt Luft von der Leitung 34 zu dem Lufteinlaß einer Kohlenmühle 22. Der Auslaß der Kohlenmühle 22 ist über eine Leitung 21 mit einem Sauggebläse 20 verbunden. Leitungen 18 und 24 führen vom Auslaß des Sauggebläses 20 zu Staubdüsen 19 und 25, die ihnen zugeführten Kohlen* staub in den Feuerraum 10 einführen. Weitere Staubdüsen 16,26 bzw. 14,28 werden durch eine zweite bzw. dritte Zerstäuber-Sauggebläse-Einrichtung versorgt (nicht dargestellt).

Beim normalen Betrieb treten Kohle und Luft in den Feuerraum 10 durch eine oder mehrere Staubdüsen ein. Der Luftvorwärmer 38 besitzt bewegliche Wärmeaustauschflächen, die alternativ mit den heißen Abgasen und der in den Luftvorwärmer 38 über das Gebläse 42 eintretenden Luft in Berührung stehen. Ein Teil der erwärmten Luft, die den Luftvorwärmer 38 verläßt, strömt durch eine Leitung 32 in die Kohlenmühle 22_f die zum Trocknen und Zerkleinern von Kohle dient. Die durch die Leitung 32 und die Kohlenmühle 22 strömende Trägerluft wird ferner zum Transport des erzeugten Kohlenstaubs durch eine Leitung 21, das Sauggebläse 20 und durch Leitungen 18 und 24 zu den zugeordneten Staubdüsen 19,25 geführt. Gewöhnlich ist jedoch die Trägerluft nicht ausreichend, um die

Verbrennung des gestatten Kohlenstaubs herbeizuführen, so daß ein Anteil der Luft, die den Luftvorwärmer 38 verläßt, durch die Leitung 34 als Verbrennungsluft den Windkästen 12 und 30 direkt zugeführt wird.

Beim Anfahren der Kohlenstaubfeuerung ist die durch die Leitung 36 strömende Luft relativ kalt. Um trotzdem eine genügende Zündenergie zum stabilen Verbrennen der Kohle zu erhalten, ist eine Kohlenmühle 110 gemäß F i g, 2 vorgesehen, die an ihrem Einlaß 112 mit Luft von dem Luftvorwärmer 38 von Fig. 1 versorgt wird. Eine Leitung 100 führt das Kohle-Luft-Gemisch, das die Kohlenmühle 110 verläßt, zu einem Sauggebläse 102, wobei eine Leitung 98 den Austritt des Sauggebläses 102 mit weiteren Leitungen 96 verbindet. Die Leitungen 96 führen zu Zyklonabscheidern 65. Die Anzahl der Zyklonabscheider ist von der Auslegung abhängig. Der Auslaß des Zyklonabscheiders 65 ist mit einer Luftleitung 62 mit einer Stelle des Feuerraums 10 entfernt von den Staubdüsen verbunden. Ein Trichter 66 ist angeordnet, um Kohlenstaub aufzunehmen, der den Abscheider 65 verläßt, wobei der Auslaß des Trichters 66 von einem Ventil 67 gesteuert wird. Kohlenstaub von dem Trichter 66 wird durch eine Kohleleitung 70 zu entsprechend geregelten Kohleleitungen 74, 7β und 82 gefördert, die jeweils in Zünddüsen enden (in Fig.2 nicht dargestellt). Ähnliche Kohleleitungen 86,90 und 94 nehmen ebenfalls Kohlenstaub entweder von dem Kohletrichter 66 oder einem anderen nicht dargestellten Kohletrichter auf und fördern diesen zu Zünddüsen.

Es ist nicht notwendig, daß die Kohlenmühle 110 eine separate Kohlenmühle ist, die Funktionen der Kohlenmühle 110 und 22 können von einer einzigen wahrgenommen werden, deren Austritt zwischen einer direkten Verbindung mit dem Feuerraum 10 und einer Verbindung mit einem Abscheider 65 umschaltbar ist.

Ein Gebläse 118 saugt Luft von dem in Fig. 1 dargestellten Luftvorwärmer 38 an, wobei dieser Luftstrom auf die Leitungen 119, 120 und 122 aufgeteilt wird. Die Leitung 119 führt zu einer Vorwärmeinrichtung 116, etwa einem elektrischen Vorwärmer, die über eine Leitung 114 den Zünddüsen an den Enden der Kohleleitungen 82 und 94 erwärmte Zündluft zuführt. Die Temperatur der Zündluft, die den Lufterhitzer 116 verläßt, liegt vorzugsweise zwischen 149 und 538° C. Eine entsprechende Vorwärmeinrichtung existiert zwisehen der Leitung 120 bzw. 122 und den Düsen am Ende der Kohleleitungen 78,90 bzw. 74,86.

Fig.3 zeigt eine Zünddüse, die etwa durch die Kohleleitung 82 versorgt wird. Die Zünddüse besteht aus drei konzentrischen Düsenelementen 128, 130 und 134. Die Düsenelemente 128 und 134 werden beide durch die Leitung 80 versorgt, die an das Düsenelement 128 durch ein flexibles Verbindungsstück 126 angeschlossen ist. Die Kohleleitung 82 ist über ein Kugelgelenk 138 mit einem Verlängerungsstück 144 verbunden. In und konzentrisch zu der Kohleleitung 82 und dem Verlängerungsstück 1.44 ist ein Zünder 142 angeordnet. Der Zünder 142 kann eine kleine Ausführungsform eines normalen kohle- und/oder gasbetriebenen Zünders sein, oder es kann sich um einen Hochenergiebogenzünder handeln. In jedem Falle ist der Zünder 142 wenigstens im Bereich des Kugelgelenks flexibel, damit er sich mit dem Kohleleitungsverlängerungsstück 144 bewegen kann. Eine Luftleitung 124 steht mit dem Windkasten 12 von Fig. 1 in Verbindung und ist an ihrem Ende mit dem Düseneleinent 130 verbunden. Schaufeln 136, 140 können innerhalb der Strömungskanäle der Zünddüse vorgesehen sein.

Um die Kohlenstaubfeuerung 10 anzufahren, wenn diese kalt ist, wird die Kohlenmühle 110 gestartet, die Kohle aufn'mmt und zerkleinert Der Lufteinlaß der Kohlemöhle 110 nimmt Luft auf, die von dem Gebläse 42 durch den Luftvorwärmer 38 geblasen wird. Bei einem kalten Anfahren ist diese Luft noch relativ kalt Die kalte Luft wird durch die Kohlenmühle UO, die Leitung 100, das Sauggebläse 102 und die Leitungen 98 und 96 zu dem Abscheider 65 geblasen. Der Abscheider

65 scheidet den Kohlenstaub ab, der von der Trägerluft mitgeführt wurde und läßt diese in den Trichter 66 fallen. Gleichzeitig wird die Luft die von dem Kohlenstaub getrennt wird, in den Feuerraum 10 durch die Leitung 62 eingeblasen. Alternativ kann der Trichter

66 ein Speichertrichter sein, der groß genug ist, um die Kohlenstaubmenge aufzunehmen, die zum Anfahren benötigt wird. In einem solchen Falle wird der Kohlenstaub, der in dem Trichter 66 aus dem vorherigen Betrieb der Kohlenstaubfeuerung verblieben ist den Brennstoff für das Anfahren bilden. Eine Leitung 64 wird verwendet um in dem Trichter ii6 während der Speicherung eine Atmosphäre aufrechizirernalten, die eine spontane Entzündung verhindert Nachdem der Feuerraum 10 aufgeheizt ist, arbeitet die Kohlenmühle 110, um den Vorrat an gespeichertem Kohlenstaub in dem Tric'-'ter 66 zu ergänzen.

Das Ventil 67 reguliert die Kohlenstaubmenge, die von dem Trichter 66 abgeführt wird. Da der Kohlenstaub der Zünddüsen praktisch ohne Luft geführt wird, können die Kohleleitungefc 74, 78, 82, 86, 90, 94 relativ eng sein, so daß sie nicht zu einer Beeinträchtigung an den Ecken der Kohlenstaubfeuerung führen. Gleichzeitig wird Zündluft von dem Vorwärmer 38 durch das Gebläse 118 durch die Leitung 119 zu der Vorwärmeinrichtung 116 geführt, von wo sie mit einer Temperatur, die hoch genug ist, um eine stabile Verbrennung zu gewährleisten, den Zünddüsen zugeführt wird.

Die Wärmemenge, die durch die Vorwärmcinrichiung 116 eingebracht wird, kann minimal gehalten werden. Da die Zündluft nur dazu verwendet wird, um an der ZüncUlüse für die Zündung Energie zuzuführen, wird die Notwendigkeit der Zuführung von Wärme zu dem gesamten Luftvolumen, das durch den Vorwärmer 38 strömt, vermieden. Da weiterhin der inerte Wasserdampf, der von der Trocknung der Kohle resultiert, von dem Kohlenstaub getrennt wird, bevor dieser die Zünddüsen erreicht, wird die Energie, die von der Vorwärmeinrichtung 116 benötigt wird, nicht dazu verwendet, um inerte Stoffe zu erhitzen. Die Schaufeln 136, 140 sorgen zusätzlich für ein für eine stabile Verbrennung geeignetes Strömungsverhalten. Obwohl die Luftmenge, die von der Vorwärmeinrichtung 116 erwärmt wird, normalerweise so niedrig wie möglich gehalten wird, kann die Anlage auch für eine genügende Kapazität ausgelegt v/erden, um 100% stöchbmetrische Zündluft zu erhitzen, falls dies erforderlich ist. Falls dies nicht der Fall ist, kann Windkastenluft durch den Zuführkanal zwischen den Düsenelementen 130, 128 eingeführt werden. Sogar dann, wenn die Menge an erwärmter Zündluft, die hierdurch eingeführt wird, für die Verbrennung sämtlicher Kohle ausreichend is», kann es trotzdem in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Düsenelemente 128 und 134 und den Schaufeln 136 und 140 wünschenswert sein, Windkastenluft einzuführen, um ein Stromungsvernalten zu erzielen, das so angepaßt ist, daß heiße Verbrennungsprodukte zurück in die

Verbrennungszonc gefördert werden, um auf diese Weise zur Stabilität der Zündflamme beizutragen.

Die flüchtigen Bestandteile des Kohlenstaubes, der das Verlängerungsstück 144 verläßt, werden durch den Zünder 142 freigesetzt, wobei die Verbrennung von einem Teil der Kohle in Anwesenheit der Zündluft, die durch das Düsenelement 134 strömt, beginnt. Der Rest der Zündluft, der für die Verbrennung benötigt wird, wird über das Düsenelement 128 geliefert, so daß die Verbrennung vervollständigt wird. Die aus der Leitung 80 kommende Zündluft ist heiß genug, so daß ihr Beitrag zur Zündenergie eine stabile Flamme liefert.

Die stabile Zündflamme am Austritt der Zünddüse beginnt, die Dampfrohre und die Feuerraumwände zu

erwärmen, wobei mit deren Aufwärmen die Abgastemperatur ansteigt. Wenn die Luftvorwärmung für den Betrieb der Staubdüsen warm ist, werden die zugeordneten Kohlenmühlen 22 in Betrieb genommen. Der Kohlenstaub, der aus den Staubdüsen austritt, wird durch die Flammen von den Zünddüsen gezündet und der normale Betrieb beginnt. Wenn die Kohlenstaubfeuerung mit niedriger Last gefahren wird, bleiben die Zünddüsen in Betrieb, wodurch eine Niedriglaststabilisierung geliefert wird. Die zusätzlichen Kosten, die hervorgerufen werden, indem die Zünddüsen in Betrieb bleiben, sind verschwindend, so daß sie sogar beim Fahren mit hohen I .asten in Betrieb bleiben können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kohlenstaubfeuerung mit mindestens einer Staubdüse und einer diese speisenden Kohlenmühle, mit einem abgasbeheizten Luftvorwärmer, aus dem unter Druck stehende Luft dem Feuerraum als Trägerluft über die Kohlenmühle und als Verbrennungsluft direkt zuführbar ist, sowie mit mindestens einer einen Zünder aufweisenden Zünddüse, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenmüh-Ie (22,110) mit einem Abscheider (65) zum Trennen von Kohlenstaub und Luft verbindbar ist und daß der Zünddüse Kohlenstaub aus dem Abscheider (65) praktisch ohne Luft sowie Zündluft, durch eine Vorwärmeinrichtung (116) auf eine Temperatur oberhalb der Betriebstemperatur der Trägerluft erwärmt, zuführbar ist

2. Kohlenstaubfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündluft durch die Vorwärmeinrichtung (116) auf 150 bis 540° C erwärmbar ist

3. Kohlenstaubfeuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeinrichtung (116) fremdbeheizt ist

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