DE29815792U1 - Vorrichtung zum Einstellen der Verbrennungseigenschaften von Kohle - Google Patents
Vorrichtung zum Einstellen der Verbrennungseigenschaften von KohleInfo
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2 9 98
Steinsdorfstr. 10, D-80538 München * «4*. ^-S^g . ... z.s. 9 &bgr;
ICA Innoconsult AG
in Muttenz (Schweiz)
Dipl.Ing. Herbert Heinz
in Augsburg (Deutschland)
Vorrichtung zum Einstellen der Verbrennungseigenschaften
von Kohle
Die Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einstellen der Verbrennungseigenschaften von Kohlen zum Betrieb von Feuerungsanlagen,
wie z.B. von kalorischen Kraftwerken.
Im Zusammenhang mit Korrosionsschutzverfahren wurde bereits vorgeschlagen
die Korrosion in Verbrennungsanlagen und insbesondere an den Wärmetauscherflächen der Kessel dadurch herabzusetzen,
daß in die Gasphase Additive zur Deaktivierung korrosiver Substanzen eingedüst werden. Zu diesem Zweck wurde unter anderem
Magnesiumoxid bereits eingedüst, um auf diese Weise eine Hochtemperatursulfatkorrosion
bei Temperaturen von über 480° C herabzusetzen. Aus dem SO2 des Rauchgases wird in diesem Falle
Magnesiumsulfat gebildet, sodaß die Ausbildung von Alkalipyrosulfaten
verhindert wird. Das aus der Sulfatisierung von Chloriden entstehende Chlor verbleibt aber äußerst aggressiv, sodaß
eine derartige Eindüsung von Erdalkalioxid die Gefahr einer Chlorkorrosion erhöht.
Aus der US-PS 3 332 755 ist ein Additiv für Brennstoffe, welche
korrosive Substanzen, wie Natrium, Schwefel oder Vanadium aufweisen, bekanntgeworden, wobei als Additiv Aluminium, Magnesium,
Mangan und Eisen enthaltene Stoffe eingesetzt werden.
Aus der US-PS 4 771 712 ist ein Verfahren zur Verbrennung von Alkali enthaltenden -Brennstoffen bekanntgeworden, bei welchem
die Brennstoffe nach Zugabe von Zusätzen zur Erhöhung des Schmelzpunktes der Alkaliverbindungen in einen zirkulierenden
Wirbelschichtreaktor eingebracht werden. Dabei wird die Betriebstemperatur des Reaktors unterhalb der Schmelztemperatur
der entstehenden Alkaliverbindungen gehalten. Als Zusätze werden S1O2, Metalloxide oder Metallhydroxide eingesetzt, wobei als
Metall Kalzium, Magnesium, Eisen oder Titan verwendet wird. Die Betriebstemperatur wird dabei durch die Zugabe von Sauerstoff
und Brennstoff geregelt.
Im Zusammenhang mit dem Eindüsen von Additiven wurde bisher in erster Linie der Aspekt der Verringerung der Korrosion betrachtet
und es sind entsprechende Vorschläge gemacht worden im Verbrennungsraum
Meßwerte zu gewinnen, um in der Folge das Ausmaß der erforderlichen Dosierung von Additiven zum Verringern der
Korrosion zu ermöglichen.
Beim Betrieb von großtechnischen Feuerungsanlagen und insbesondere
von kalorischen Kraftwerken werden in der Regel Trockenfeuerungen oder Schmelzfeuerungen eingesetzt. Aus Wirtschaftlichkeitsüberlegungen
wird in der Regel möglichst billige Kohle verfeuert. Die angelieferte Kohle weist unterschiedliche Zusammensetzung
auf, sodaß die erforderliche Kohlemischung zum Betrieb einer bestimmten Feuerungsanlage zumeist dadurch hergestellt
wird, daß aus großen Halden eine Mischung unterschiedlicher Kohlen aufbereitet wird, welche in der Folge gemahlen und
in den Brennraum eingedüst wird. Der Aufwand für die Aufbereitung der jeweils für das gewählte Feuerungsverfahren bzw. die
gewählte Feuerungsanlage geeigneten Gemische ist hiebei relativ hoch und es müssen mehrere Lagerstätten für verschiedene Kohlen
angelegt werden, welche den Erfordernissen entsprechend vermischt werden müssen. Für die Eignung bestimmter Kohlen für
bestimmte Feuerungsanlagen wurde festgestellt, daß das Basen/ Säureverhältnis, welches nach der nachfolgenden Formel ermittelt
wird
Basen Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K2O
Säuren SiO2+Al2O3+TiO2
von ausschlaggebender Bedeutung für die Eignung der Kohle für eine bestimmte Feuerungsanlage ist. Als Richtlinie gilt hier,
daß sich Kohlen bzw. Kohlengemische mit einem Basen/Säureverhältnis von kleiner als 0,3 für die Trockenfeuerung eignen,
wohingegen Gemische mit einem Basen/Säureverhältnis von größer 0,5 aufgrund der wesentlich geringeren Fließpunkte bzw.
Schlackenschmelzpunkte nur in einer Schmelzfeuerung verwendet
werden können. Je nach Ausrüstung des Kraftwerkes können unterschiedliche Brennkessel zur Verfügung stehen, sodaß die jeweils
geforderte Kohlemischung für die gewünschte Betriebsweise aus den Lagerstätten durch Mischung hergestellt werden muß.
Für die Verschlackungsneigung der in kalorischen Kraftwerken verfeuerten Kohlen wurden gleichfalls bereits Berechnungsverfahren
vorgeschlagen, wobei hier in erster Linie die S1O2-Verhältniszahl
definiert wurde. Die SiO2-Verhältniszahl wird nach der nachfolgenden Formel berechnet
SiO2 * 100
SR =
SR =
SiO2+Fe2O3+CaO+MgO
wobei gefunden wurde, daß die Verschlackungsneigung für SiO2~
Verhältniszahlen größer 72 als gering einzustufen ist. Eine mittlere Verschlackungsneigung gilt für SiO2~Verhältniszahlen
zwischen 72 und 65. Eine hohe Verschlackungsneigung wurde für SiO2-Verhältniszahlen kleiner 65 gefunden.
Für die Beurteilung der Eignung bestimmter Kohlen für bestimmte Verfahrensweise wurde auch bereits ein Verschlackungsfaktor
definiert, welcher aus dem Produkt des Säuren/Basenverhältnisses mit dem Brennstoffschwefel (Rs) ermittelt wird. Die Verschlackungsneigung
unter Berücksichtigung des Verschlackungsfaktors wird als gering eingestuft, wenn dieser Verschlackungsfaktor
kleiner 0,6 beträgt. Eine mittlere Verschlackungsneigung wurde für Verschlackungsfaktoren zwischen 0,6 und 2 und eine
hohe Verschlackungsneigung für Verschlackungsfaktoren zwischen 2
und 2,6 gefunden. Eine sehr hohe Verschlackungsneigung wird bei Verschlackungsfaktoren größer 2,6 gefunden.
Alle diese Zusammenhänge sind in erster Linie empirisch aufgestellt
worden und aus der Erfahrung mit der Verwendung von Kohlen aus bestimmten Lagerstätten mit bestimmten Feuerungsanlagen
abgeleitet. Keine dieser Erfahrungen ist allgemein auf Kohlen beliebiger Lagerstätten und alle Feuerungsanlagen anwendbar.
Der Aufwand, welcher für das Bereitstellen von geeigneten Kohlegemischen
aus einer umfangreichen Halde mit unterschiedlichen Kohlen unterschiedlicher Lagerstätten getrieben werden muß, ist
relativ hoch, sodaß eine rasche Anpassung an die jeweilige zum Einsatz gelangende Kohlequalität nicht ohne weiteres gelingt.
Die Neuerung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung zum Einstellen der Verbrennungseigenschaften von Kohlen zum Betrieb von
Feuerungsanlagen zu schaffen, mit welcher der Aufwand für die Lagerung der Einsatzkohle und der hohe Aufwand für das Herstellen
geeigneter Kohlegemische wesentlich verringert bzw. eliminiert werden kann und in einfacher Weise eine Anpassung an die
gewünschten Betriebsparameter für den Betrieb von Feuerungsanlagen, wie z.B. kalorischen Kraftwerken gelingt. Zur Lösung
dieser Aufgabe besteht die neuerungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen darin, daß nahe dem Schlackenabstich einer Schmelzfeuerung
und/oder nahe dem Feststoffaustrag einer Trockenfeuerung Temperatursensoren, wie z.B. IR-Detektoren und/oder spektrographische
Meßgeräte oder videotechnische Beobachtungseinrichtungen angeordnet sind, deren Signalleitungen mit einer
Steuerung für die Dosierung von Zusätzen zur Einsatzkohle verbunden sind. Mit derartigen Vorrichtungen können die gewünschten
Bedingungen für den Betrieb einer Trockenfeuerung bzw. einer Schmelzfeuerung in besonders einfacher Weise und überaus flexibei
eingehalten werden. Der Kohle können dabei während der Verbrennung basische Zusätze, wie z.B. Fe2O3, NaFe(OH)4, Alkalioder
Erdalkalioxide und/oder -karbonate zur Herabsetzung und/
oder saure Zusätze, wie z.B. S1O2, Kieselsäure, AI2O3, Bauxit
und/oder T1O2 zur Erhöhung der Schlackenfließtemperatur bzw. des
Schlackenschmelzpunktes zur Anpassung an die jeweils gewählten Verbrennungsbedingungen einer Trockenfeuerung oder einer
Schmelzfeuerung zugesetzt werden. Da nunmehr von einer einzigen
Halde die jeweils anfallende Kohle zum Einsatz gelangt, muß naturgemäß damit gerechnet werden, daß die jeweils zum Einsatz
gelangende Kohle über die Zeit großen Schwankungen in der Zusammensetzung und insbesondere im Basen/Säurenverhältnis
unterworfen ist. Mit der neuerungsgemäßen Vorrichtung gelingt es, in Abhängigkeit von den jeweils gewünschten Verbrennungsbedingungen
vergleichsweise geringe Mengen an basischen oder sauren Zusätzen zuzuführen, womit die Schlackenfließtemperatur
bzw. den Schlackenschmelzpunkt in der gewünschten Weise beeinflußt
werden kann. Auf diese Weise können die Bedingungen für eine Trockenfeuerung oder eine Schmelzfeuerung auch bei unterschiedlichen
Kohlequalitäten sicher eingehalten werden. Der Zusatz von basischen bzw. sauren Zusätzen führt zu einer überaus
raschen Korrektur von bei der Verbrennung ungeeigneten Kohlen oder Kohlegemischen, sodaß eine rasche Adaptierung und damit
eine Optimierung des Betriebes gelingt.
Die flexible Anpassung und Regelung der jeweils gewünschten Menge an Zusätzen kann durch einfache Bestimmung der Schlacken-
oder Aschentemperatur und/oder der Schlacken- und/oder Abgaszusammensetzung und durch entsprechende Dosierung der Zusätze in
Abhängigkeit von den so ermittelten Meßwerten vorgenommen werden. Die Bestimmung der Schlacken- und/oder Abgaszusammensetzung
kann ebenso wie die Bestimmung der Schlacken- oder Aschentemperatur berührungslos erfolgen, wobei mit Vorteil die
Ausbildung so getroffen ist, daß die Meßgeräte als spektrographische Meßgeräte zur Erfassung der Feuerraumstrahlung ausgebildet
sind, wobei vorzugsweise die spektrographischen Meßgeräte mit einem Rechner verbunden sind, in welchem die Temperaturen,
Radikalenintensitäten und/oder die chemische Zusammensetzung in wenigstens einer Dimension bzw. Blickrichtung erfaßt und ausgewertet
werden.
— &Oacgr; —
Der apparative Aufwand kann hiebei überaus gering gehalten werden, wobei mit Vorteil die Ausbildung so getroffen ist, daß
die Sensoren in Form von wenigstens einer Meßlanze ausgebildet sind und in den Rauchgasraum eintauchen.
Während bisherige Einrichtungen zur Optimierung der Führung von Verbrennungsprozessen in erster Linie eine Anpassung an gesetzliche
Anforderungen und eine ökologische Optimierung primär betrachteten, gelingt es mit der neuerungsgemäßen Vorrichtung
zusätzlich auch die anlagetechnische Seite und insbesondere die kurzfristige Anpassung an ein bestimmtes Feuerungsverfahren zu
optimieren.
Die Neuerung wird nachfolgend anhand von tabellarisch zusammengefaßten
Werten für Ascheanalysen bzw. Schlackenanalysen in Kombination mit dem jeweiligen Erweichungspunkt bzw. der Fließtemperatur
der Schlacken näher erläutert. In der nachfolgenden Tabelle sind Kohlen unterschiedlicher Herkunft tabellarisch
einander gegenüber gestellt, wobei Analysen mit einem Basen/ Säurenverhältnis B/S von kleiner 0,3 sich für die Trockenfeuerung
und mit einem Basen/Säurenverhältnis von größer 0,5 für die
Schmelzfeuerung eignen. Kohlen, welche prinzipiell nur für die
Schmelzfeuerung geeignet erscheinen, können durch entsprechende Zusätze von sauren Additiven für eine Trockenfeuerung eingesetzt
werden. Umgekehrt lassen sich üblicherweise nur für eine Trockenfeuerung geeignete Kohlen durch entsprechende basische
Zusätze in einer Schmelzfeuerung einsetzen.
Ascheanalyse
| Saar | Göttelborn | Reden | Warndt | AV | Ruhr | Walsum | Lohberg | |
| 42 | 47 | 40 | 44 | 44 | 43 | |||
| SiO2 | 27 | 29 | 27 | 28 | 28 | 29 | ||
| AI2O3 | 13 | 9 | 9 | 13 | 9 | 8 | ||
| Fe2O3 | 6 | 3 | 6 | 3 | 5 | 6 | ||
| CaO | 4 | 3 | 5 | 2 | 3 | 3 | ||
| MgO | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 1 | 1 | 1 | ||
| Na20 | 2 | 4 | 4 | 4 | 3 | 3 | ||
| K2O | 1 | 1 | 1 | 2 | 1 | 1 | ||
| T1O2 | 4 | 2 | 5 | 3 | 4 | 4 | ||
| SO3 | 1208 | 1205 | 1203 | 1240 | 1215 | 1218°C | ||
| Erwei- chungs- temp. |
1325 | 1368 | 1370 | 1380 | 1378 | 15050C | ||
| Halbkugel | 1390 | 1443 | 1445 | 1430 | 1433 | 1523°C | ||
| Fließt. | 64 | 76 | 67 | 70 | 72 | 71 | ||
| SR | 0,36 | 0,25 | 0,36 | 0,31 | 0,29 | 0,29 | ||
| B/S |
| polnisch | Süd Afr. | Stone M. | Indones. | Venezuela | Australien | Ashland | |
| SiO2 | 52,8 | 42,5 | 53,5 | 39,6 | 48,1 | 58,0 | 57,2 |
| AI2O3 | 24,9 | 29,6 | 32,0 | 15,0 | 22,7 | 22,0 | 32,3 |
| Fe2<33 | 6,9 | 5,4 | 5,1 | 16,8 | 5,4 | 9,5 | 4,2 |
| CaO | 3,0 | 8,5 | 1,6 | 8,4 | 7,1 | 2,7 | 0,9 |
| MgO | 2,0 | 1,8 | 0,6 | 9,9 | 4,6 | 1,3 | 0,7 |
| Na20 | 1,3 | 0,3 | 0,2 | 0,4 | 0,5 | 0,5 | 0,4 |
| K2O | 3,1 | 0,9 | 0,7 | 1,4 | 1,5 | 1,7 | 1,6 |
| T1O2 | 1,3 | 1,8 | 2,1 | 0,7 | 1,0 | 0,9 | 1,9 |
| SO3 | 2,1 | 5,1 | 0,7 | 7,0 | 5,5 | 0,3 | 0,2 |
| P | 0,8 | 2,7 | 0,1 | _ | 0,2 | 1,8 | 0,2 |
| Erwei- chungs- temp. |
1190 | 1240 | 1280 | 1150 | 1210 | 1200 | 12900C |
| Halbku gelpunkt |
1480 | 1480 | 1600 | 1220 | 1280 | 1420 | 16000C |
| Fließtem. | 1510 | 1500 | 1600 | 1265 | 1320 | 1440 | 16000C |
| SR | 82 | 73 | 61 | 53 | 73 | 81 | 90 |
| B/S | 0,21 | 0,23 | 0,09 | 0,66 | 0,27 | 0,19 | 0,08 |
| Rs | 0,15 | 0,10 | 0,29 | 0,15 | 0,07 | 0,05 |
Bei weitergehenden Versuchen wurde festgestellt, daß SO3-Gehalte
von über 6 % in der Asche bzw. der Schlacke ein besonders hohes Anwachsen von Belägen in den Feuerungsanlagen zur Folge haben.
In diesen Fällen muß bei der Einstellung des Basen/Säurenverhältnisses
dann, wenn die Ausgangskohle bereits ein Basen/ Säurenverhältnis von deutlich unter 0,3 aufweist, gleichzeitig
mit dem Zusatz von basischen Additiven ein entsprechender Zusatz an sauren Additiven vorgenommen werden, um die Betriebsweise für
eine Trockenfeuerung zu optimieren.
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Einstellen der Verbrennungseigenschaften von
Kohlen zum Betrieb von Feuerungsanlagen, wie z.B. von kalorischen Kraftwerken, dadurch gekennzeichnet, daß nahe dem
Schlackenabstich einer Schmelzfeuerung und/oder nahe dem Feststoffaustrag
einer Trockenfeuerung Temperatursensoren, wie z.B. IR-Detektoren und/oder spektrographische Meßgeräte, oder videotechnische
Beobachtungseinrichtungen angeordnet sind, deren Signalleitungen mit einer Steuerung für die Dosierung von
Zusätzen zur Einsatzkohle verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgeräte als spektrographische Meßgeräte zur Erfassung der
Feuerraumstrahlung ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spektrographischen Meßgeräte mit einem Rechner verbunden sind,
in welchem die Temperaturen, Radikalenintensitäten und/oder die chemische Zusammensetzung in wenigstens einer Dimension bzw.
Blickrichtung erfaßt und ausgewertet werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoren in Form von wenigstens einer Meßlanze ausgebildet sind und in den Rauchgasraum eintauchen.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT148297A AT406687B (de) | 1997-09-04 | 1997-09-04 | Vorrichtung zum einstellen der verbrennungseigenschaften von kohlen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29815792U1 true DE29815792U1 (de) | 1998-12-03 |
Family
ID=3514861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29815792U Expired - Lifetime DE29815792U1 (de) | 1997-09-04 | 1998-09-02 | Vorrichtung zum Einstellen der Verbrennungseigenschaften von Kohle |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | AT406687B (de) |
| DE (1) | DE29815792U1 (de) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2364828A (en) * | 1942-09-04 | 1944-12-12 | Swartzman Edward | Clinkering coal and method of producing same |
| US3332755A (en) * | 1964-06-03 | 1967-07-25 | Apollo Chem | Fuel additive |
| US4253408A (en) * | 1979-08-24 | 1981-03-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method of protecting incinerator surfaces |
| US4771712A (en) * | 1987-06-24 | 1988-09-20 | A. Ahlstrom Corporation | Combustion of fuel containing alkalines |
-
1997
- 1997-09-04 AT AT148297A patent/AT406687B/de not_active IP Right Cessation
-
1998
- 1998-09-02 DE DE29815792U patent/DE29815792U1/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ATA148297A (de) | 1999-12-15 |
| AT406687B (de) | 2000-07-25 |
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