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Fluidbettfeuerung für feste Brennstoffe mit einer horizontal
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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.
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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.
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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.
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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.
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Für den Leistungsbereich von ca. 0,03 MW bis ca. 10 MW stehen mechanisch
beschickbare Unterschubfeuerungen zur Verfügung.
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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.
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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.
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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.
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Schwelzeiten bei der Leistungsdrosselung, und damit erhöhte Schadstoffemissionen
werden vermieden.
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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.
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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.
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Die Anlage weist eine gute Regelbarkeit auf, die Asche wird kontinuierlich
mit den Rauchgasen ausgetragen und im Ascheschacht abgeschieden.
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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.
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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.
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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 ).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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-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.
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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.