DE3011631B1

DE3011631B1 - Verfahren zum Betrieb einer Kohlenstaub-Kesselfeuerung und fuer das Verfahren eingerichtete Kohlenstaub-Kesselfeuerung

Info

Publication number: DE3011631B1
Application number: DE3011631A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Ing. 4030 Ratingen Adrian
Original assignee: Steag GmbH
Current assignee: Steag GmbH
Priority date: 1980-03-26
Filing date: 1980-03-26
Publication date: 1981-10-08
Also published as: AU543994B2; JPS5719506A; ZA811820B; SE8101714L; AU6850481A; DK146747B; GB2074306B; US4367686A; DK146747C; SE445253B; GB2074306A; DK134481A; DE3011631C2; CA1172912A

Description

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Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zum Betrieb einer Kohlenstaub-Kesselfeuerung (z.B. Zyklonfeuerung, SU- oder Wirbelschmelzfeuerung, Kohlenstaubfeuerung mit trockener Entaschung u. dgl.), wobei in die Kohlenstaub-Kesselfeuerung eine Mischung aus Verbrennungsluft und Verbrennungskohlenstaub mit vorgegebenem Körnungsspektrum eingeblasen wird, welches Körnungsspektrum eine obere Grenzkorngröße aufweist, wobei außerdem zur Absenkung der Verbrennungstemperatur ein an der Verbrennung teilnehmendes Mittel zur Temperaturminderung der Flamme in die Feuerung eingebracht wird. Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf eine Kohlenstaub-Kesselfeuerung, die für die Durchführung eines solchen Verfahrens eingerichtet ist. Die Kühlung der Flamme dient bekanntlich dazu, die Bildung von Stickoxiden zu reduzieren.

Im Rahmen der bekannten Maßnahmen wird als Mittel zur Reduzierung der Bildung von Stickoxiden kalte Verbrennungsluft eingesetzt. Der erreichte Reduzierungseffekt ist nicht befriedigend. Es kommt hinzu, daß diese Maßnahmen zur direkten Kühlung der Flamme nachteilige Folgen für die Stabilität der Flamme haben. Außerdem kann es zu einer Verschlechterung des Kohlenstoff-Abbrandes kommen, d.h. der Gehalt des Flugstaubes und der Asche oder Schlacke an Kohlenstoff nimmt zu. Die Reduzierung der Bildung von Stickoxiden durch direkte Kühlung der Flamme ist daher bei Kohlenstaub-Kesselfeuerungen in der Praxis wenig gebräuchlich. Im übrigen haben Grundlagenuntersuchungen gezeigt, daß eine Stickoxid-Bildung aus Brennstoff-Stickstoff auch dann noch erfolgt, wenn die Flammentemperatur durch Zuführung von kalter Verbrennungsluft beachtlich abgesenkt worden ist. In der Praxis waren daher bisher andere Maßnahmen zur Reduzierung der Bildung von Stickoxiden gebräuchlich, nämlich nahstöchiometrische Verbrennung, mehrstufige Verbrennung und Abgasrezirkulation sowie hauptsächlich Einsatz von stickstoffarmen Brennstoffen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen, daß eine wirksame Reduzierung der Bildung von Stickoxiden erreicht wird, und zwar auch in bezug auf die Bildung von Stickoxiden aus Brennstoff-Stickstoff.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß als Mittel zur Temperaturminderung der Flamme zusätzlich Temperaturminderungskohlenstaub in die Feuerung eingeblasen wird, dessen Körnungsspektrum hauptsächlich oberhalb der vorgegebenen oberen Grenzkorngröße liegt, und daß dieser Temperaturminderungskohlenstaub in nachgeschalteten Bereichen der Kohlenstaub-Kesselfeuerung nachverbrannt wird. Dabei wird man im allgemeinen den Temperaturminderungskohlenstaub in Mischung mit dem Verbrennungskohlenstaub in die Kohlenstaub-Kesselfeuerung einblasen. Man kann aber auch den Temperaturminderungskohlenstaub unabhängig von dem Verbrennungskohlenstaub in den Strom aus Verbrennungsluft und Verbrennungskohlenstaub einbringen. Erfindungsgemäß wird also in die Kohlenstaub-Kesselfeuerung Kohlenstaub mit unterschiedlichen Körnungsspektren eingeblasen. Das erste Körnungsspektrum mit seiner vorgegebenen oberen Grenzkorngröße, d. h. das Körnungsspektrum bisher üblicher Ausmahlung, ist notwendig, um die Zündung in der Feuerung sicherzustellen. Das zweite Körnungsspektrum, dessen Körnung hauptsächlich oberhalb der vorgegebenen oberen Grenzkorngröße des ersten Spektrums liegt, bewirkt eine Temperaturminderung der Flamme. Sie wird eingeführt, um die Verbrennung in der Flamme auch dann weiterzuführen, wenn die kleinsten Fraktionen bereits ausgebrannt sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß noch Kohlenstaub zur Verfügung -steht, um in diesem an sich relativ heißen Flammenbereich die

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Bildung von Stickoxiden zu vermindern. Das gelingt im Rahmen der Erfindung überraschenderweise auch in bezug auf den Brennstoff-Stickstoff, den der eingesetzte Verbrennungskohlenstaub mitführt. Schließlich tragen noch gröbere Kornfraktionen aus dem zweiten Spektrum dazu bei, die Flamme gleichsam zu verlängern, wobei dann die Nachverbrennung durchgeführt wird. Zu einer besonders ausgeprägten Reduzierung der Bildung von Stickoxiden kommt man dann, wenn für den Temperaturminderungskohlenstaub ein Brennstoff eingesetzt wird, der nur eine geringe Menge an Brennstoff-Stickstoff oder gar keinen Brennstoff-Stickstoff mitführt. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können mit anderen Maßnahmen zur Reduzierung der Bildung von Stickoxiden kombiniert werden. Insbesondere kann mit nahstöchiometrischer Verbrennung gearbeitet werden. In diesem Zusammenhang ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungskohlenstaub, gegebenenfalls in Mischung mit dem Temperaturminderungskohlenstaub, mit einer nahstöchiometrischen Verbrennungsluftmenge in die Kohlenstaub-Kesselfeuerung eingeblasen wird und daß für die Nachverbrennung des Temperaturminderungskohlenstaubes Zusatzluft in die Kohlenstaub-Kesselfeuerung eingeblasen wird. Auch diese Zusatzluft kann in nahstöchiometrischer Menge zugeführt werden.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Kohlenstaub-Kesselfeuerung für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens, die einen Verbrennungsraum sowie eine Einrichtung für die Zuführung der Mischung aus Verbrennungsluft und Verbrennungskohlenstaub mit zumindest einem Brenner aufweist. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Brenner nicht nur zum Einblasen des Verbrennungskohlenstaubes sondern auch zum Einführen des Temperaturminderungskohlenstaub eingerichtet und ist an den Verbrennungsraum ein Nachverbrennungsraum angeschlossen, der zusätzlich Einrichtungen zur Verbrennungsluftzuführung aufweisen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich jedoch auch bei Kohlenstaub-Kesselfeuerungen verwirklichen, bei denen zur Zuführung des Verbrennungskohlenstaubes neben den üblichen Brennern zusätzliche Einblaseinrichtungen für den Temperaturminderungskohlenstaub vorgesehen sind oder bei denen beispielsweise die Brenner mit einem zentralen Rohr zum Einblasen des Temperaturminderungskohlenstaubes ausgerüstet sind.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß ohne großen Aufwand eine sehr wirksame Reduzierung der Bildung von Stickoxiden in Kohlenstaubkesselfeuerungen erreicht wird, und zwar auch in bezug auf die Bildung von Stickoxiden aus Brennstoff-Stickstoff. In vorrichtungsmäßiger Hinsicht ist von Vorteil, daß für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit üblichen Kohlenstaubfeuerungen gearbeitet werden kann, die auf einfache Weise für die Einführung des Temperaturminderungskohlenstaubes, mit einem Nachverbrennungsraum und gegebenenfalls mit einer Einrichtung zur zusätzlichen Verbrennungsluftzuführung im Nachverbrennungsraum ausgerüstet werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsboispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen ·.; ;;%

F i g. 1 bis 3 schematisch« Darstellungen zur Erläuterung des erfindungsgemäIJe:i Verfahrens,

Fig.4 einen Längsschnitt durch eine Kohlenstaub-Kesselfeuerung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.

In der schematischen Darstellung der F i g. 1 bis 3 sind Körnungskennlinien 1 von Kohlenstaub-Gesamtheiten aufgezeichnet worden. Körnungskennlinien sind bekanntlich grafische Darstellungen der Verteilung der Korngröße in einem Korngemisch. Üblicherweise werden solche Körnungskennlinien im doppelt-logarithmischen Maßstab wiedergegeben, wobei sie praktisch als gerade erscheinen. Aus Gründen der Deutlichkeit wurden jedoch bei den F i g. 1 bis 3 einfache lineare Skalen gewählt, wobei auf den Abszissen, nach rechts zunehmend, die Korngrößen, auf den Ordinaten, nach oben zunehmend, die Häufigkeiten dieser Korngrößen in einer Kohlenstaub-Gesamtheit dargestellt sind. Dann sind die Körnungskennlinien 1 Glockenkurven. Das Körnungsspektrum von Kohlenstaub-Gesamtheiten für Kohlenstaub-Kesselfeuerungen ist im allgemeinen kontinuierlich.

In der F i g. 1 erkennt man zunächst das Körnungsspektrum 2 des Verbrennungskohlenstaubes, mit dem eine klassische Kohlenstaub-Kesselfeuerung betrieben wird. Die obere Grenzkorngröße liegt bei der Linie 3, die gröbere Körnung mag mittels Sichter oder Sieb entfernt worden sein. Das verbliebene Körnungsspektrum wird der Feuerung zugeführt, wie der Pfeil 4 andeutet. Das abgetrennte Teilspektrum 5 wird im allgemeinen zur Mühle zurückgeführt, wie durch den Pfeil 6 angedeutet worden ist.

F i g. 2 verdeutlicht eine Ausführungsform der Erfindung, bei der zunächst das Körnungsspektrum 2 des Verbrennungskohlenstaubes mit dem in F i g. 1 erläuterten übereinstimmt und, wie auch hier der Pfeil 4 andeutet, der Feuerung zugeführt wird. Das an die obere Grenzkorngröße der Linie 3 angeschlossene Teilspektrum 5 wird aber ebenfalls der Feuerung zugeführt, wie der zweite Pfeil 7 andeutet. Dieses Teilspektrum 5 besitzt seinerseits ein Körnungspektrum und für dieses gilt die Aussage, daß es hauptsächlich oberhalb der schon erwähnten vorgegebenen oberen Grenzkorngröße bei 3 liegt. Abgetrennt wird nur noch ein Teilspektrum 8, welches der Mühle wieder zugeführt wird, wie der Pfeil 9 verdeutlicht — Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann also nach wie vor mit beispielsweise einer Mühle oder Mühlengruppe gearbeitet werden, wobei nichtsdestoweniger ein Körnungsspektrum 5 mit hauptsächlich oberhalb der .vorgegebenen oberen Grenzkorngröße bei 3 liegenden Körnungen gewonnen und als Temperaturminderungskohlenstaub gemäß Pfeil 7 in die Feuerung eingeführt wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig.3 sind von vornherein ein Körnungsspektrum 2 für Verbrennungskohlenstaub und ein Körnungsspektrum 5 für Temperaturminderungskohlenstaub angedeutet, die sich bereichsweise bei 10 überlappen. Die entsprechenden Kohlenstaub-Gesamtheiten sind beispielsweise von verschiedenen Mühlen oder Mühlenaggregaten erzeugt worden. Nur die zu grobe Körnung wird abgetrennt und den Mühlen wieder zugeführt, wie der Bereich 11 und der Pfeil 12 andeuten.

Jedenfalls machen die Fig.2 und 3 deutlich, daß einerseits in die Kohlenstaub-Kesselfeuerung eine Mischung aus Verbrennungsluft und Verbrennungskohlenstaub mit vorgegebenem Körnungsspektrum 2 eingeblasen wird, welches Körnungsspektrum eine obere Grenzkorngröße bei 3 aufweist und daß als Mittel zur Temperaturminderung der Flamme zusätzlich Kühlungskohlenstaub in die Feuerung eingeblasen wird,

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dessen Körnungsspektrum 5 hauptsächlich oberhalb der vorgegebenen oberen Grenzkorngröße bei 3 liegt.

Der Temperaturminderungskohlenstaub wird in nachgeschalteten Bereichen der gekühlten Kohlenstaub-Kesselfeuerung nachverbrannt. Dazu wird auf die F i g. 4 verwiesen, die eine Kohlenstaub-Kesselfeuerung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. Man erkennt den Verbrennungsraum 101,102, der mit Hilfe der Kühlrohre 103 gekühlt ist. Zur Kohlenstaub-Kesselfeuerung gehört fernerhin eine generell als Brenner bezeichnete Einrichtung 104 für die Zuführung von Verbrennungsluft, Verbrennungskohlenstaub und Temperaturminderungskohlenstaub. Der Verbrennungskohlenstaub wird mit seiner Tragluft über das zentrale Düsenrohr 105 zugeführt. Es ist von einem Verbrennungsluftzuführungsrohr 106 konzentrisch umgeben. Die über den so gebildeten Ringspalt zugeführte Verbrennungsluft wird verdrallt. Der Temperaturminderungskohlenstaub mit seiner Tragluft wird über das Düsenrohr 107 zugeführt, welches das Verbrennungsluftzuführungsrohr 106 mit entsprechendem Abstand konzentrisch umgibt. Der Temperaturminderungskohlenstaub wird im kompakten, impulsreichen Strahl in den Verbrennungsraum 102, 102 eingeführt und gelangt in den Bereich 102, der den Verbrennungsraum 101 verlängert und den Nachverbrennungsraum bildet. Der Strahl des Temperaturminderungskohlenstaubs ist von unverdrallter Luft umgeben, die über ein weiteres, konzentrisches Verbrennungsluftzuführungsrohr 108 geführt wird. Der Nachverbrennungsraum 102 könnte auch zusätzliche Einrichtungen 109 für die Verbrennungsluftzuführung aufweisen. — Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Zuführung von Temperaturminderungskohlenstaub und Verbrennungskohlenstaub gleichsam zu vertauschen. Dann wird jedoch die über das Rohr 106 zugeführte Verbrennungsluft nicht verdrallt. Die außen zugeführte Verbrennungsluft kann in diesem Falle verdrallt oder unverdrallt zugeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer Kohlenstaub-Kesselfeuerung, wobei in die Kohlenstaub-Kesselfeuerung eine Mischung aus Verbrennungsluft und Verbrennungskohlenstaub mit vorgegebenem Körnungsspektrum eingeblasen wird, welches Körnungsspektrum eine obere Grenzkorngröße aufweist, wobei außerdem zur Absenkung der Verbren- ι ο nungstemperatur ein an der Verbrennung teilnehmendes Mittel zur Temperaturminderung der Flamme in die Feuerung eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Temperaturminderung der Flamme zusätzlich Temperaturminderungskohlenstaub in die Feuerung eingeblasen wird, dessen Körnungsspektrum hauptsächlich oberhalb der vorgegebenen oberen Grenzkorngröße liegt, und daß dieser Temperaturminderungskohlenstaub in nachgeschalteten Bereichen der Kohlenstaub-Kesselfeuerung nachverbrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturminderungskohlenstaub in Mischung mit dem Verbrennungskohlenstaub in die Kohlenstaub-Kesselfeuerung eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturminderungskohlenstaub unabhängig von dem Verbrennungskohlenstaub in den Strom aus Verbrennungsluft und Verbrennungskohlenstaub eingebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungskohlenstaub, gegebenenfalls in Mischung mit dem Temperaturminderungskohlenstaub, mit einer nahstöchiometrischen Verbrennungsluftmenge in die Kohlenstaub-Kesselfeuerung eingeblasen wird und daß für die Nachverbrennung des Temperaturminderungskohlenstaubes Zusatzluft in die Kesselkohlenstaubfeuerung eingeblasen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Zusatzluft für die Nachverbrennung des Temperaturminderungskohlenstaubes in nahstöchiometrischer Menge in die Kohlenstaub-Kesselfeuerung eingeblasen wird.

6. Kohlenstaub-Kesselfeuerung für die Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, : die einen Verbrennungsraum und eine Einrichtung für die Zuführung der Mischung aus Verbrennungsluft und Verbrennungskohlenstaub mit zumindest einem Brenner aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (104) nicht nur zum Einblasen des Verbrennungskohlenstaubes sondern auch zum Einführen des Temperaturminderungskohlenstaubes eingerichtet und an den Verbrennungsraum (101) ein Nachverbrennungsraum (102) angeschlossen ist, der zusätzliche Einrichtungen (109) zur Verbrennungsluftzuführung aufweisen kann.