DE3011292C2

DE3011292C2 - Wirbelschichtbrenner

Info

Publication number: DE3011292C2
Application number: DE19803011292
Authority: DE
Inventors: Naoki Kure Hiroshima Fujiwara; Koya Sakamoto; Shigehito Takamoto; Yutaka Yoneda
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1980-03-24
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE3011292A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wirbelschichtbrenner mit Einrichtungen zum Einspeisen von Brennstoff und Verbrennungsluft sowie mit einer die ein Entschwefelungsmittel enthaltende Wirbelschichtzone von einer Luftkammer trennenden Lochplatte und mit Einrichtungen zum Regenerieren des im Wirbelbettmaterial enthaltenen Entschwefeiungsmittels. Ein derartiges Verfahren ist bereits bekannt aus »Energietechnik«, April 1977, Seite 143.

Bei dem bekannten Wirbelschichtbrenner ist lediglich eine einzige Brennkammer und zu Regenerierungszwecken ein gesonderter Kreislauf für das Aufarbeiten des bei der Entschwefelung entstandenen Calciumsulfate zu Calciumoxid vorgesehen.

Aus »Chemie-Ingenieur-Technik« Nr. 2 (1952), Seite 100 ist es bekannt, bei Prozessen mit zu schnell verbrauchendem, aber auch leicht zu regenerierendem Katalysator, wie etwa bei der katalytischen Spaltung,

zwei Wirbelschichtkammern zu benutzen, nämlich die eigentliche Reaktionskammer und eine Regenerierkammer für den Katalysator, wobei die beiden Kammern übereinander angeordnet werden können. Bei dieser Obereinanderanordnupg ist die Regenerie. kammer

ίο oberhalb der Reaktionskammer angeordnet Ferner beschreibt der vorstehend genannte Aufsatz zwei oder mehrere Wirbelschichten, durch welche ein Feststoff im Kreislauf geführt wird, wobei diese Wirbelschichten unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Dabei kann der aufgewirbelte Feststoff infolge seines flüssigkeitsartigen Charakters durch Schleusen unter Ausnutzung einer durch Überläufe einzustellenden Niveaudifferenz zwischen den einzelnen Wirbelschichtkammern von der einen in die andere Kammer überführt werden.

Ferner ist aus der DE-OS 23 52 412 eine Vorrichtung zum Einstellen der Betriebstemperatur eines Wirbelbettes bekannt bei welcher zwei nebeneinander angeordnete und durch eine obere sowie durch eine untere öffnung in der Verbindungswand angeordnete Öffnung

miteinander verbundene Wirbe'.bettkammern vorgesehen sind.

Bei dieser bekttnten Vorrichtung kommt es bei Austausch des Inhaltes der beiden Wirbelbettkammern häufig zu Störungen, da sowohl die untere Durchlaßöff-

nung als auch die obere Durchlaßöffnung in der gleichen Trennwand vorgesehen sind, damit ist es möglich, daß nicht ein sukzessiver Austausch des gesamten Kammerinhaltes erfolgt sondern daß lediglich ein Kreislauf immer desselben vergleichsweise kleinen Anteils des

Gesamtvolumens erfolgt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des vorstehenden Anspruchs 1 angegebenen Gattung so auszubilden, daß ein störungsfreier Betrieb mit hebern Wirkungsgrad

■κ» ermöglicht ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aneinander grenzend jeweils abwechselnd eine Vielzahl von Brennkammern und eine Vielzahl von Regenerativkammern vorgesehen sind, wobei die

+5 zwischen zwei Brennkammern angeordneten Regenerativkammern jeweils in ihrem unteren Bereich eine mit der einen Nachbar-Brennkammer in Verbindung stehende Entschwefelungsmittel-Einlaßöffnung und in ihrem oberhalb de« in der Brennkammer ausgebildeten Wirbelbettes liegenden Bereich eine mit der anderen Nachbar-Brennkammer in Verbindung stehende Entschwefelungsmittel-Auslaßöffnung aufweisen, und mit Einrichtungen zum Fördern des zu regenerierenden Entschwefelungsmittels aus jeder Brennkammer durch die Einlaßöffnung in die zugeordnete Regenerativkammer.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare Fortschritt ist in erster Linie darin zu sehen, daß das Entschwefelungsmittel nacheinander eine Vielzahl von Kammern durchläuft, wobei das Entschwefelungsmittel sukzessive von einer ersten Brennkammer in eine erste Regenerativkammer, von dieser in eine zweite Brennkammer und von dieser in eine zweite Regenerativkammer usw. gelangt. Die Einlaßöffnungen und die Auslaßöffnungen

für das zu regenerierende bzw. bereits regenerierte Entschwefelungsmittel sind in unterschiedlichen Wandungen ausgebildet, so daß zwangsweise nach und nach das gesamte Entschwefelungsmittel-Volumen benutzt

und regeneriert wird Nach einer vorteilhaften Ausföhrungsform der Erfindung ist die letzte der Vielzahl von Regenerativkammern mit der ersten der Vielzahl von Brennkammern zu einem eine Vielzahl von abwechselnd vorgesehenen Brenn- und Regenerativkammern aufweisenden geschlossenen K reislauf verbunden.

Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß als Einrichtung zum Fördern des zu regenerierenden Entschwefelungsmittels eine Lochplatte vorgesehen ist, welche eine von einer Brennkammer zu einer zugeordneten Regenerativkammer gerichtete Neigung aufweist

Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, daß als Einrichtung zum Fördern des zu regenerierenden Entschwefelungsmittels ein im Bereich der Entschwefelungsmittel-Einlaßöffnung in die Regenerativkammer mündendes Gasspritzrohr vorgesehen ist

Ferner können in wenigstens einer Brennkammer zwei Wirbelschichtzonen übereinander vorgesehen sein, von denen lediglich eine mit einer Regenerativ- M kammer verbunden ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.

In dieser zeigt

F i g. 1 einen schematisierten Vertikalschnitt durch den Wirbelschichtbrenner nach der Erfindung.

F i g. 2 einen schematischen Schnitt entlang der Linie Vl-VI in Fig. 1.

F i g. 3 einen Schnitt gemäß F i g. 2. wobei die w Brennkammern und die Regenerativkammern anders als in den F i g. 1 und 2 angeordnet sind,

F i g. 4 einen Horizontalschnitt wie F i g. 2, wobei jedoch die Kammeranordnung so getroffen ist, daß das Entschwefelungsmittel selbsttätig im geschlossenen ^ Kreislauf zwischen Brenn- und Regenerativkammern strömt und

F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX in F i g. 4.

Wie in F i g. I dargestellt, besteht der Wirbelschichtbrenner nach der Erfindung aus einem Hohlkörper, der ⁴<> mittels einer Vielzahl von Trennwänden 36A bzw. 6ßin Brennkammern I, III, V sowie in Regenerativkammern II, IV unterteilt ist Die Trennwände 36/4 besitzen in ihrem oberen Abschnitt jeweils eine Auslaßöffnung 24 für ein Entschwefelungsmittel und in ihrem unteren Abschnitt jeweils eine Einlaßöffi. jng 4 für das Entschwefelungsmittel. Jede Brennkammer (I, HI. V) ist mit einer Lochplatte 10 versehen, auf welcher sich jeweils ein Wirbelbett ausbildet Jeweils eine entsprechende Lochplatte 12 ist ^;n jeder Regenerativkammer II. IV vorgesehen, und oberhalb einer jeden dieser Lochplatten bildet sich ein Wirbelbett. Unterhalb der Lothplatten sind Gaskästen 14 (unter den Lochplatten 10) sowie Gaskästen 16 (unter den Lochplatten 12) vorgesehen. Die Lochplatten 10 sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie eine nach unten, d. h. in Richtung auf die EntschwefeluriK'smittel-Einlaßöffnung 4 weisende Neigung besitzen. Brennstoffleitungen 18. die von einer Haupt Brennstoff zuleitung iSA abzweigen, münden in jede Brennkammer. Ferner sind Zufuhrleitungen 20 für ^⁰ Verbrennungsluft jeweils an die Gaskästen 14 angeschlossen und sind Zufuhrleitungen 22 für Regenerativgas, welche von einer Haupt-Regenerativgaszufuhrleitung 22Λ abzweigen, an die Gaskästen 16 angeschlossen. Gasauslaßleitungen 24 bzw. 26 sind an die oberen "⁵ Enden der Brennkammern bzw. der Regenerativkammern angeschlossen. Wärmeaustauscher können in den Brennkammern vorgesehen sein. Ein Wärmeübertragungsmittel und ein Entschwefelungsmittel sind in den Brennkammern als Wirbelbett ausgebildet Dazu wird Luft von unten durch die Lochplatten 10 in die Brennkammern eingeleitet Die Höhe der Wirbelbetten wird unterhalb der unteren Enden der öffnungen 2A gehalten.

•Bei dem Verbrennen des Brennstoffes mit Hilfe von Luft in den jeweiligen Brennkammern reagieren die in dem Verbrennungsgas enthaltenen Schwefeldioxide mit dem Entschwefelungsmittel, vorzugsweise CaO, unter Bildung von Kalksulfat (Gips), gemäß der folgenden Gleichung

CaO + SO₃ + '/2 O₂ — CaSO₄

Dadurch wächst das Molekulargewicht des Entschwefelungsmittels von 56 für CaO auf 136 für CaSO₄ an, wodurch das spezifische Gewicht des (verbrauchten) Entschwefelungsmittels deutlich zunimmt Der Gewichtsunterschied zwischen CaO und CaSO₄ führt zu einer Trennung der beiden Verbindungen im Wirbelbett, wobei die vergleichsweise schweifen CASO₄-TeH-chen nach unten in den unteren dereich der Wirbelbetten absinken und auf die Lochplatten 10 gelangen. Haben diese Lochplatten die bereits erwähnte Neigung in Richtung auf die jeweils zugeordnete Regeneraiivkammer. so tritt das verbrauchte Entschwefelungsmittel selbsttätig in die entsprechende Regenerativkammer ein.

Werden keine entsprechend geneigten Lochplatten 10 verwendet, so kann stattdessen eine Föi dereinrichtung verwendet werden, wie im folgenden noch beschrieben wird.

Ist das verbrauchte Entschwefelungsmittel in die Regenerativkammern eingetreten, so wird es mittels des über die Rohrleitungen 22 eingeleiteten Regenerativgases zu einem Wirbelbett fluidisiert. In diesen Wirbelbetten reagieren die CaSOvTeilchen mit dem Regenerativgas unter Reduktion zu CaO-Teilchen, wie in der folgenden Gleichung angegeben

CaSO₄ + CO- CaO + SO₂ + CO_;

Regenerierte Entschwefelungsmittelteilchen bewegen sich zum oberen Abschnitt des jeweiligen Wirbelbettes und strömen über die Entschwcfelungsmittel-Auslaßöffnung 2/4 in die zugeordnete Brennkammer. Um den gewünschten Bewegungsablauf des Entschwefelungsmittels zu gewährleisten, kann der in den Gaskästen 14 und 16 herrschende Druck entsprechend unterschiedlich eingestellt werden.

Das verwendete Wärmeübertragungsmedium wird vorzugsweise aus dvr folgenden Stoffgruppe ausgewählt: Sand, Kalkstein. Ätz- bzw. Löschkalk, gelöschter Kalk. Dolomit. Magnesiumcarbonal, Magnesiumoxid. Ze.Tieiii sowie Gemische dieser Stoffe. Als Entschwefelungsmittel wird bevorzugt einer der folgenden Sto^ffe verwendet: Kalkstein. Ätz- bzw. Löschkalk, gelöschter Kalk. Dolomit. Magnesiumcarbonat. Magnesiumoxid. Zement sowie Gemische dieser Stoffe. Die mittleren Teilchendurchmesser beim Wärmeübertragungsmedium und beim Entschwefelungsmittel liegen beispielsweise in der Größenordnung von 0,8 bis 1,5 mm.

Die Wirbelbetten der Brennkammern haben vorzugsweise eine Temperatur von 500 bis 1200°C, in Abhängigkeit von den Eigenschaften der verwendeten Brennstoffe sowie de^r verwendeten Entschwefelung mittel. Als Brennstoff können Kohle, Schweröl, Kohlenschlamm, Abfall oder dergleichen verwendet werden. Die Temperatur der Wirbclbetlen in den

Kegenerativkammern liegen zwischen 750 und 950⁰C. Dabei wird entsprechend der vorstehend genannten Gleichung (2) Kalksulfat zu Calciumoxid zersetzt. Als Regenerativgase für das Entschwefelungsmittel können CO, H2. H₂O. Luft und Gemische dieser Gase verwendet werden.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist zum Transport des Entschwefelungsmittels beispielsweise von der Brennkammer I zur Regenerativkammer Jl ein Gasspritzrohr 34 vorgesehen, da die Lochplatten n 10 horizontal angeordnet sind. Diese Gasspritzrohre münden jeweils im Bereich der Entschwefelungsmittel-Einlaßöffnungen 4 und durchsetzen folglich die Gaskästen 14 sowie die Lochplatten 10. Die Gaseinspritzrohre werden von Zweigleitungen gespeist, die von einer Haupt-Speiseleitung 34/1 abzweigen.

Auch ist es möglich, einen Teil des über die Leitung 26 abgeführten Abgases wieder vermittels der Leitungen 22 in die Regenerativkammern einzuleiten, um dabei das Niveau des in der jeweiligen Regenerativkammer ->' vorhandenen Wirbelbettes einzustellen.

Die Brennstoffzuleitungen 18 müssen nicht notwendigerweise durch die Gaskästen 14 hindurchgehen, sondern können anderweitig verlegt sein. Wird als Brennstoff ein Gemisch aus Brennstoff und Luft über die -'■ Luftzufuhrleitungen 20 in die Brennkammern eingeleitet, so können die Brennstoffzuleitungen 18 entfallen.

Gemäß Fig. 1 bewegt sich das Entschwefelungsmittel von rechts nach links durch eine Vielzahl von Kammern, wobei das Entschwefelungsmittel sukzessive in von der ersten Brennkammer in die erste Regenerativkammer, von dieser in eine zweite Brennkammer und von dieser in eine zweite Regenerativkammer usw. gelangt. Zu unterstreichen ist, daß die Einlaßöffnungen 4 für das Entschwefelungsmittel jeweils in den mit dem Bezugszeichen 6B bezeichneten Wandungen ausgebildet sind, wohingegen die Auslaßöffnungen 2A für das Entschwefelungsrrittel (jeweils bezogen auf die Regenerativkammern) in den Wandungen 36/4 niveaumäßig oberhalb der Öffnungen 4 ausgebildet sind.

Die Wandungen 36/1 trennen jeweils wenigstens eine Brennkammer und wenigstens eine Regenerativkammer aufweisende benachbarte Bauteilgruppen. Die Trennwand 6ß hingegen dient zur Trennung jeweils einer Brennkammer von einer Regenerativkammer. Im Betrieb strömt das Entschwefelungsmittel wie in den Figuren mit Hilfe von Pfeilen angedeutet, jeweils von einer Brennkammer in eine zugeordnete Regenerativkammer. Das Entschwefelungsmittei wird, wie in Fig. 1 dargestellt, über einen Einlaß 38 in eine erste Brennkammer I eingespeist. Nach Umwandlung in ein entsprechendes Sulfat wird das Entschwefelungsmittel über die Entschwefelungsmittel-Einlaßöffnung 4 in die benachbarte Regenerativkammer II eingebracht

Nach seiner Regenerierung strömt das Entschwefelungsmittel aus der Auslaßöffnung 2A in die benachbarte Brennkammer HI der angrenzenden Bauteilgruppe ein. Sodann gelangt das Entschwefelungsmittel in die Regenerativkammer IV und von da ?us in die Brennkammer V. Nach wiederholten Arbeiis- und Regenerationszyklen wird das Entschwefelungsmittel über einen Auslaß 40 ausgegeben.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung sind vier hintereinander geschaltete Baugruppen, jeweils umfassend eine Regenerativkammer und eine Brennkammer, vorgesehen.

Gemäß F i g. 2 kann die Anordnung so getroffen sein, daß sich die Baugruppen in vier parallelen Reihen erstrecken, wobei, wie in Fig. 2 dargestellt, außenliegende Regenerativkammern, wie die Regenerativkammer VII, gleichzeitig für in zwei nebe.ieinanderliegenden Reihen angeordnete Brennkammern vorgesehen sind. Der Entschwefelungsmittelfluß M in Fig. 2 durch Pfeile angegeben.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist die Regenerativkammer einer Bauteilgruppe jeweils gemeinschaftlich mit der Regenerativkammer einer benachbarten Bauieiigruppe angeordnet, so daß das Strömungsmittel einen S-förmigen Strömungspfad durchläuft, um aufeinanderfolgend immer wieder einen Entschwefelungsvorgang und einen Regenerationsvorgang zu durchlaufen. Auch bei Fig. 3 ist der Strömungsweg des Entschwefelungsmittels durch Pfeile verdeutlicht.

Die Auslaßleitung 40 für das Entschwefelungsmittel kann gegebenenfalls mit der Zufuhrleitung für das Entschwt-relungsmittel verbunden werden, um auf diese Weise einen Entschwefelungsmittel-Kreislauf aufrechtzuerhalten.

Entsprechende Ausführungsfortnen der Erfindung sind in den F i g. 4 und 5 dargestellt.

Bei den Ausführungsformen gemäß F i g. 4 und 5 ist jeweils ein äußeres Gehäuse 42 vorgesehen und in vier Kammern unterteilt, nämlich die Brennkammern I und III sowie die Regenerativkammern II und IV. Das Medium wird, wie mit Pfeilen dargestellt, durch die Brennkammer I, die Regenerativkammer II, die Brennkammer III und die Regenerativkammer IV hindurchgeleitet und sodann in die Brennkammer I zurückgeführt. Das Einleiten und Ableiten der Gase sowie der Transport des Entschwefelungsmittels erfolgt in der bereits beschriebenen Weise. Die in den F i g. 4 und 5 dargestellten Baueinheiten können zu einer ^Λί Vielzahl zusammengefaßt betrieben werden.

Ferner können in einer Brennkammer zwei Wirbelbetten übereinander ausgebildet werden, indem eine untere Lochplatte und eine darüber angeordnete Lochplatte verwende», werden. Dabei erfolgt die Verbrennung des Brennstoffes nahezu vollständig oberhalb der unteren Lochplatte, wohingegen der Entschwefelungsvorgang der im Verbrennungsgas des unteren Wirbelbettes enthaltenen Schwefeloxide im darüberliegenden zweiten Wirbeibett & h. oberhalb der oberen Lochplatte durchgeführt wird. In diesem Fall ist die Regenerativkammer lediglich dem oberen Wirbelbett in welchem der Entschwefelungsvorgang abläuft zugeordnet

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

30 Π 292 Patentansprüche:

1. WirbeJschichtbrenner mit Einrichtungen zum Einspeisen von Brennstoff und Verbrennungsluft sowie mit einer die ein Entschwefelungsmitte! enthaltende Wirbelschichtzone von einer Luftkammer trennenden Lochplatte und mit Einrichtungen zum Regenerieren des im Wirbelbettmaterial enthaltenen Entschwefelungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß aneinander grenzend jeweils abwechselnd eine Vielzahl von Brennkammern (I, III, V) und eine Vielzahl von Regenerativkammern (II, IV) vorgesehen sind, wobei die zwischen zwei Brennkammern angeordneten Regenerativkammern jeweils in ihrem unteren Bereich eine mit der einen Nachbar-Brennkammer in Verbindung stehende Entschwefelungsmittel-Einlaßöffnung (4) und in ihrem oberhalb des in der Brennkarc.-er ausgebildeten Wirbelbettes liegenden Bereich eine mit der anderen Nachbar-Brennkammer in Verbindung stehende Entschwefelungsmittel-Auslaßöffnung [2A) aufweisen, und mit Einrichtungen (10, 34) zum Förderr des zu regenerierenden Entschwefelungsmittels aus jeder Brennkammer durch die Einlaßöffnung in die zugeordnete Regenerativkammer.

2. Wirbelschichtbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte der Vielzahl von Regenerativkammern (II) mit der ersten der Vielzahl von Brennkammern (I) zu einem eine Vielzahl von Brenn- und Regenerativkammern aufweisenden geschlossenen Kreislauf verb-nden ist

3. Wirbelschichtbrem.er nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß .Is Einrichtung zum Fördern des zu regenerierenden Gutes eine mit einer von der Brennkammer (I) zur zugeordneten Regenerativkammer (II) gerichteten Neigung versehene Lochplatte (10) vorgesehen ist

4. Wirbelschichtbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zum Fördern des zu regenerierenden Gutes ein im Bereich der Entschwefelungsmittel-Einlaßöffnung (4) die Regenerativkammer (H) mündendes Gasspritzrohr (34) vorgesehen ist

5. Wirbelschichtbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer zwei Wirbelschichtzonen vorgesehen sind, von denen lediglich eine mit der Regenerativkammer verbunden ist.