DE2836172A1

DE2836172A1 - Fluidbettfeuerung fuer feste brennstoffe mit horizontal oder schraeggestellter brennkammer

Info

Publication number: DE2836172A1
Application number: DE19782836172
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Schmidt; Friedhelm Dipl Ing Sporenberg; Ekkehard Prof Dr Ing Weber
Original assignee: Individual
Current assignee: Sporenberg Friedhelm Dipl-Ing 4020 Mettmann
Priority date: 1978-08-18
Filing date: 1978-08-18
Publication date: 1980-03-06

Description

Fluidbettfeuerung für feste Brennstoffe mit einer horizontal
oder schräggestellten Brennkammer Beschreibunq Die Erfindung betrifft eine Fluidbettfeuerung für feste Brennstoffe mit einer horizontal oder leicht schräggestellten Brennkammer, bei der Brennstoff an der Frontseite des Systems eingegeben wird und durch Schwerkrafteinwirkung auf den'Anströmboden fällt. Die Asche wird als Flugasche mit dem Rauchgas ausgetragen, die Luftzufuhr ist in Primär- und Sekundärluftanteil aufgeteilt.
In Wirbelschicht- und Fluidbettfeuerungen werden feste Brennstoffe durch einen Luftstrom in der Schwebe gehalten und in einer Fluidschicht verbrannt. Sie werden zur Dampferzeugung eingesetzt, wobei Feuerraum und Kessel eine Einheit bilden.
Bei den Wirbelschichtfeuerungen besteht die Wirbelschicht zu ca. 90 % aus Asche; Brennstoff und Verbrennungsluft werden von unten zugeführt, die Asche wird seitlich entweder über ein Wehr oder am tiefsten Punkt der Schicht abgezogen. Der als Flugasche anfallende Teil wird hinter dem Kessel abgeschieden.
Kennzeichnend für die Ignifluidfeuerung ist die Verbrennung der Kohle in der Schwebe über einen Wanderrost, durch den die Asche am Feuerraumende ausgetragen wird. Die Verbrennungsluft wird als Erstluft durch den Rost in getrennten Zonen mit zum Rostende hin abnehmender Pressung zugeführt und als Zweitluft über der Wirbelschicht eingeblasen. Wirbelschicht- und Ignifluidfeuerung befinden sich derzeit noch in der Entwicklungsphase bzw. in der Erprobung, wobei eine Leistungsvergrößerung dieser Anlagen zum Einsatz in Kraftwerken angestrebt wird.
Für den Leistungsbereich von ca. 0,03 MW bis ca. 10 MW stehen mechanisch beschickbare Unterschubfeuerungen zur Verfügung.
Die Verbrennung erfolgt im Festbett, die VerbrennungsrUckstände müssen im allgemeinen von Hand oder mechanisch ausgetragen werden. Hauptsächlich werden in diesem Leistungsbereich jedoch Gas- oder ölfeuerungen eingesetzt. Feststoffeuerungen, bei-denen feste Brennstoffe in der Schwebe verbrannt werden, stehen derzeit für Wärmeerzeugungsanlagen unter 10 NW nicht zur Verfügung. Soweit sie erprobt werden, zielt ihre Entwicklung auf den Einsatz in Kraftwerken hin. Andere Feststoffeuerungen, wie zum Beispiel Unterschubfeuerungen, erfordern trotz eines gewissen Grades an Automatisierung eine regelmäßige Beaufsichtigung. Es ist oftmals eine manuelle Ascheentleerung des Brennraumes erforderlich. Förderschnecken und Wanderroste stellen einen zusätzlichen apparativen Aufwand dar, der einen wirtschaftlichen Betrieb nachteilig beeinflußt.
Eine Leistungsstellung ist bei den zur Zeit betriebenen Feststoffeuerungen nur in engen Grenzen möglich. Während der Lastwechsel treten verstärkt Schadstoffemissionen auf. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist wie folgt zu umreißen Es soll durch die Konstruktion der Brennkammer sowie durch die Art der Verbrennungsluftaufgabe eine gute Durchmischung der Kohlepartikel und der Entgasungsprodukte gewährleistet werden.
Die Lösung der Aufgabe basiert auf der Entwicklung einer Brennkammer zur Verbrennung grobkörniger fester Brennstoffe, die als Vorfeuerung an einen Warmwasser- oder Dampfkessel angeschlossen wird Die gemeinsame Regelung von Brennstoffmengenstrom und Luftvolumenstrom ermöglicht über eine Temperaturregelung eine automatische Umstellung auf den jeweiligen Leistungsbedarf. Durch die Verbrennung in der Fluidschicht sowie durch die Luftvorwärmung in der Brennkammerwandung ist ein guter Ausbrand gewährleistet. Durch die Fluidbettverbrennung ist außerdem bedingt, daß sich nie eine größere Brennstoffmenge als momentan benötigt in der Brennkammer befindet.
Schwelzeiten bei der Leistungsdrosselung, und damit erhöhte Schadstoffemissionen werden vermieden.
Der Ascheaustrag erfolgt automatisch durch die Rauchgase. Die Konstruktion der Brennkammer und Ascheschacht ( Querschnittsvergrößerung, Umlenkung ) sorgt für eine weitgehende Abscheidung der Asche aus den Rauchgasen und ermöglicht damit einen Betrieb der Anlage bei Staubgehalten, die innerhalb der durch die TA-Luft gesetzten Grenzen liegen. Zusätzliche Apparate zur Rauchgasentstaubung und zum Ascheaustrag sind nicht erforderlich.
Die sich aus der Lösung der Aufgabe ergebenden Vorteile bestehen darin, daß durch die Entwicklung der vorgenannten Brennkammer die Möglichkeit geschaffen worden ist, heimische Brennstoffe ( Braunkohle oder Steinkohle ) in einer fluidisierten Schüttung bei Leistungen kleiner 10 MW und automatischem Betrieb zu verbrennen.
Die Anlage weist eine gute Regelbarkeit auf, die Asche wird kontinuierlich mit den Rauchgasen ausgetragen und im Ascheschacht abgeschieden.
Die Zeichnung stellt den Gegenstand der Erfindung dar Abbildung 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Brennkammer, die vollständige Versuchsanlage einschließlich der Meßstellen ist in Abbildung 2 skizziert.
Der Verbrennungsvorgang erfolgt in einer Brennkammer ( 1 ), die waagerecht an einen Warmwasser- oder Dampfkessel ( 2 ) angeschlossen werden kann. Sie besteht aus einem insgesamt 500 mm langem doppelwandigem Rohr ( 3, 4 ), der Kammerdurchmesser innen beträgt 250 mm, der Außendurchmesser 300 mm. In das Rohr ist ein 200 mm breiter, über die gesamte Rohrlänge verlaufender Anströmboden ( 5 ) - eine Lochplatte mit einem Lochabstand von je 5 mm bei 1-1,5 mm Lochdurchmesser - eingelegt. Das Innenrohr der Brennkammer ist unter dem Anströmboden durchbrochen ( 6 ) ), so daß Luft aus einem Rohrzwischenraum von unten durch die Lochplatte in die Brennkammer geführt werden kann. Es wurden oberhalb des Anströmbodens im Innenrohr Öffnungen angebracht, die mit schräggestellten Blechplatten ( 7 ) so abgedeckt sind, daß die dort durchtretende Luft nur durch einen ca. 2 mm breiten Schlitz zwischen Anströmboden und Blechplatte in die Brennkammer gelangen kann. Sie wird dadurch parallel zum Anströmboden eingeblasen.
Die Brennkammer ist in zwei Teile von 300 mm und 200 mm unterteilt, durch angeschweißte Flansche ( 8 ) werden sie miteinander verschraubt. Ein Gasdurchgang erfolgt nur innerhalb der Brennkammer im eigentlichen Brennraum, so daß für beide Teile eine getrennte Luftzufuhr möglich ist ( 9a, 9b ). Die Brennkammer ist mit dem 200 mm langen Teil am Ascheschacht ( 10 angeflanscht. Das längere Teilstück wiederum ist mit dem kürzeren verschraubt und an der vorderen Seite mit einer Stahlplatte ( 11 ) verschlossen. In dieser Stahlplatte befindet sich in der oberen Hälfte eine Durchführung mit angeschweißtem Flansch für die Brennstoffzufuhr ( 12 ).
Der Brennstoff ( Körnungsbereich kleiner 10 mm ) wird mit einer Förderschnecke ( 13 ) vom Vorratsbehälter ( 14 ) zur Brennkammer ( 1 ) transportiert. Das Schneckenrohr ist an der Frontplatte der Brennkammer angeflanscht, in der Kammer fällt die Kohle durch Schwerkrafteinwirkung auf den Anströmboden. Die Fördermenge wird über die Schneckendrehzahl geregelt.
Die Asche ( 15 ) wird als Flugasche mit den Rauchgasen ( 16 aus der Brennkammer ( 1 ) ausgetragen. Im Ascheschacht ( lo ) werden die Ascheteilchen durch Umlenkung der Rauchgase bei gleichzeitiger Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit infolge Querschnittserweiterung und Gasabkühlung abgeschieden und fallen in einen Aschebehälter.
In der Brennkammer entsteht eine Gasströmung mit zwei gegenläufigen Wirbeln, die sich in etwa symmetrisch zur senkrecht auf dem Anströmboden stehenden Längsebene der Brennkammer verhält. Die Gase steigen in der Kammermitte auf, teilen sich im Scheitelpunkt der Brennkammer und strömen an der Innenwand entlang wieder nach unten und zur Mitte, wo sie sich mit den frischen Flammgasen vermischen. Gleichzeitig strömen die Gase in Richtung Brennkammerausgang.
Je nach durchgesetzter Luftmenge wird die Brennstoffschüttung dabei leicht bewegt und aufgewirbelt, so daß eine gute Durchmischung von Luft und Brennstoff gewährleistet ist. Mit zunehmendem Abbrand werden die Kohleteilchen immer stärker aufgewirbelt, schließlich als Asche ausgetragen und im Ascheschacht ( 10 ) abgeschieden. Da sich der Brennstoff über die ganze Länge der Brennkammer verteilt, werden ca. 20 % der Luft als Sekundärluft ( 9b ) aufgegeben. Hierdurch wird der Ausbrand der Kohlepartikel, die sich im nachgeschalteten kürzeren Teil der Brennkammer ablagern, ermöglicht. Das Gleiche gilt für noch unverbrannte Bestandteile der Rauchgase.
Die Verbrennungsluft wird den beiden Brennkammersegmenten mit einem Druckgebläse getrennt zugeführt. Ca. 80 % der Gesamtluft werden im ersten, größeren Teil als Primärluft aufgegeben, die restlichen 20 % werden im zweiten, kleineren Teil als Sekundärluft zugeführt. Die Luft tritt an der Oberseite in den Rohrzwischenraum, umströmt das Innenrohr und gelangt von unten durch den Anströmboden ( 5 ) in die Brennkammer ( 1 ). Sie durchströmt dabei die auf der Lochplatte liegende Brennstoffschüttung und wirbelt diese auf.
Die Zündung des Brennstoffes erfolgt mittels eines Heißluftgebläses von max. 3 kW Leistung. Die ca. 850 K heiße Luft wird mit einer durch die Brennkammerwand hindurchgeführten Lanze in die Kohleschüttung geblasen. Eine Zündung erfolgt bei gleichzeitiger Verbrennungsluftaufgabe nach ca. 2 - 3 min.
-Der Brennstoff wird kontinuierlich entsprechend der gewünschten Leistung in die Brennkammer gefördert. Die Verbrennungsluftmenge ist durch den'Brennstoffmassenstrom, den Heizwert und durch die gewählte Luftüberschußzahl festgelegt, sie wird zu 80 % als Primärluft aufgegeben.
Beim Durchströmen der Luft durch die Brennkammerwandung wird die Brennkammer gekühlt und die Luft, je nach Durchflußmenge, auf 400 K bis 700 K vorgewärmt. Ein Teil der Luft wird durch die Brennstoffschüttung geblasen, ein anderer Teil tritt durch die seitlichen Schlitze in den Feuerraum ein und strömt an der Oberseite des Glutbettes entlang. Durch die seitlich zugeführte Luft wird verhindert, daß sich an den Rändern des Anströmbodens Toträume bilden und sich Asche oder Brennstoffpartikel dort ablagern.

Claims

Patentansprüche S Fluidbettfeuerungen für feste Brennstoffe in einer Brennkammer mit zylindrischen oder anders geformtem Querschnitt und unterschiedlicher Länge zur Verbrennung von festen Brennstoffen mit einer Körnung von 2 bis 10 mm im Fluidbett einschließlich Luftzuführung und Ascheentsorgung, wie in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt.
2. Fluidbettfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer in ihrer Neigung verstellbar ist.
3. Fluidbettfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer doppelwandig ausgebildet ist und die Verbrennungsluft an der Oberseite der Brennkammer in den Wandzwischenraum geleitet wird.
4. Fluidbettfeuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff- und Aschetransport innerhalb der Brennkammer durch die Verbrennungsluft bzw. die Rauchgase erfolgt.
5. Fluidbettfeuerung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Luft von unten durch den Anströmboden dem Brennstoff zugeführt wird und diesen aufwirbelt, ein anderer Teilstrom durch seitlich angeordnete Schlitze direkt in die Flamme gelangt.
6. Fluidbettfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffteilchen im Ascheschacht durch Umlenkung der Rauchgase und Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit abgeschieden und in einer geeigneten Feststoffschleuse bis zur Abkühlung gesammelt werden.