DE3030215A1 - Wirbelbett-feuerung - Google Patents

Description

BERGWERKSVERBAND GMBH

VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNG

4300 Essen 13 (Kray) , 2 2.07.19

Franz-Fischer-Weg 61 Telefon (0201) 105-1

A 8/Str-Be

Wirbelbett-Feuerung

Die Erfindung betrifft eine Wirbelbettfeuerung, bei der in einem Behälter mit einem schräggestellten Anströmboden, der luftkastenseitig in Segmente aufgeteilt ist, mittels Luftdüsen im Anströmboden zugeführte Luft ein aus einem vergleichsweise inerten Material bestehendes Wirbelbett aufrechterhalten wird, dem der Brennstoff nach Aufheizen des Wirbelbettes auf die Zündtemperatur des Brennstoffes zugeführt wird.

Insbesondere finden Wirbelbettfeuerungen für die Verbrennung von stückigen, staubförmigen oder schlammförmigen Brennstoffen zur Dampf- oder Warmwassererzeugung Verwendung. Durch die über Düsen im Anströmboden zugeführte Verbrennungsluft wird einerseits eine gleichmäßige Verteilung der Luft erreicht, andererseits bewirkt diese Luft eine ständige Durchwirbelung der Wirbelbettmasse.

Es ist bekannt, daß die thermische Leistung einer Wirbelbettfeuerung bei Einstellung des minimal möglichen Luftüberschusses durch das Verhältnis von Volumen zur Oberfläche begrenzt wird. Diese Grenze liegt bei gekühlten Feuerraumwänden bei höheren Werten als bei ungekühlten.Deshalb reicht bei kleinen Wirbelbettfeuerungen mit den meist gebräuchlichen Flossenrohrwänden die durch die Kohleverbrennung zugeführte Wärmemenge nicht aus, um das Wirbelbett bei Betriebstemperatur zu halten. Durch den guten Wärmeübergang vom Wirbelbett an die Flossenrohrwände findet nämlich ständig ein zu großer Wärmeentzug statt (Chemie, Ing.-Techn. ^6_ (1974-), Seite 180, und "Verfahrenstechnik" ^3 (1979), Seite 886).

Es ist weiter bekannt, daß Wirbelbettfeuerungen zur Teillastregelung luftkastenseitig in Segmente unterteilt werden und diese Unterteilung wirbelbettseitig durch eingebaute Mauern oder Flossenrohrwände fortgeführt wird, wobei durch jedes Segment des Anströmbodens ein Druckrohr zur Zuführung des Brennstoffes geführt wird. Es ist jedoch hierbei darauf zu achten, daß bei Teillast kein ruhendes Teilbett zu stark abkühlt und somit beim Wiederhochfahren die Zündtemperatur unterschritten wird. Das heißt, es werden bei gleichbleibender Teillast in Betrieb befindliche Teilbetten abgestellt und Stillgesetze in Betrieb genommen (DE-OS 28 IM- 239).

Um der Verbrennung von Kohle in einer Wirbelbettfeuerung gegenüber Gas- oder Ölfeuerüngen den Vorzug geben zu können,

muß das gerade bei kleinen Wirbelbettfeuerungen bekannte ungünstige Teillastverhalten gelöst werden. Dies ist mit den bisher bekannt gewordenen Wirbelbett-Feuerungsanlagen noch nicht befriedigend gelöst (VGB-Kraftwerkstechnik 56, (1976), Seite 509, "Energie" 31. (1979), Seite 236).

Außerdem bedarf der Ausbrand der Kohle in der Wirbelschicht sowie die Aufheizung der Wirbelschichten einer 'Verbesserung (VDI-Bericht Nr. 322 (1978), Seite 37).

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln eine Wirbelbettfeuerung zu schaffen, bei der ein größerer Ausbrand und eine längere Verweilzeit der Kohle im Wirbelbett erreicht, bei der die Aufheizung trotz Verringerung der Anzahl der Aufheizbrenner vereinfacht wird und die den gesamten Lastbereich in kleineren Stufen abdeckt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der luftkastenseitig in mehrere Segmente aufgeteilte Anströmboden nur in dem Wirbelbettraum über einem einzigen Anströmbodensegment mit einem Zündbrenner versehen ist, wobei dieser Wirbelbettraum und gegebenenfalls weitere Wirbelbetträume oberhalb weiterer Anströmbodensegmente Strahlaufgaberohre für die Brennstoffzufuhr enthält, während Wärmetauscherrohre nur in der dem Zündbrenner gegenüberliegenden Hälfte des Anströmbodens oberhalb der dortigen Anströmbodensegmente angeordnet sind. Nach weiteren Ausbildungen der Erfindung sind die Luftkastensegmente einzeln oder gruppenweise an die Ver-

brennungsluftzufuhr anschließbar, und die Neigung der Endstücke der Strahlaufgaberohre wird parallel zum Anströmboden geführt. Durch diese Neigung wird eine Sekundärströmung erzeugt, die eine Erhöhung der Verweilzeit und damit des Ausbrandes bewirkt.

Durch die Art der Aufteilung können, bedingt durch die gute Dämmwirkung der nicht fluidisierten Sektionen, die in Teillastfällen die wassergekühlten Behälterwände abschirmen, auch geringe Teillasten gefahren werden. Durch die Kombination von berührten und unberührten Sektionen wird der gesamte Lastbereich in kleinen Stufen abgedeckt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1: Einen Längsschnitt durch die Wirbelbettfeuerung im Leerzustand.

Fig. 2: Den Anströmboden in Aufsicht mit Segmenteinteilung.

Fig. 3: Einen Längsschnitt durch die Wirbelbettfeuerung (Strömungsverlauf bei Betrieb).

Fig. 4: Einen Querschnitt durch das Wirbelbett der Feuerung (ruhende Schichten 4-, angeströmte Schichten 2) .

Fig. 5: Die Leistungsanteile der Luftkastensegmente I - IV.

In Fig. 1 ist mit 1 der Luftkasten der Wirbelbettfeuerung bezeichnet, der beispielsweise durch die Trennwand 12 in Luftkastensegmente und damit auch der Anströmboden 10 in Anströmbodensegmente aufgeteilt ist. Über den Segmenten I bis IV des Anströmbodens befinden sich die entsprechenden Sektionen I bis IV der Wirbelschicht. Mit 7 ist ein Wärmetauscherrohr bezeichnet, das in der wassergekühlten Stirnwand 11a angeordnet ist. In der gleichfalls wassergekühlten Seitenwand 11 ist, dem Wärmetauscherrohr 7 gegenüber, ein Aufheizbrenner 8 angebracht. Mit 10 ist der mit Luftdüsen besetzte, wassergekühlte Anströmboden bezeichnet, durch den die Strahlaufgaberohre 9 für die Kohle hindurchreichen, die am Austrittsende parallel zum Anströmboden 10 abgewinkelt sind. Alle Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen auch in Fig. 2 und 3 angedeutet.

Fig. 2 zeigt die luftkastenseitige Aufteilung des Anströmbodens 10 in die Segmente I bis IV, wobei die Segmente III und IV jeweils halb so groß sind wie die Segmente I und Mit 7 sind die über den Segmenten II und IV befindlichen Wärmetauscherrohre, mit 8 der Aufheizbrenner und mit 11 eine Seitenwand bezeichnet. Die vier Strahlaufgaberohre 9 befinden sind in den Segmenten I und II.

In Fig. 3 sind die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 angedeutet. Zusätzlich wird die Bewegung der Teilchen in der Wirbelschicht angedeutet.

In Fig. 4 sind mit la zwei seitliche Luftkastensegmente, z. B. von Segment III oder IV, und mit Ib das mittlere Luft-

kastensegment, ζ. B. von Segment I oder II, bezeichnet, die durch die Trennwände 12a voneinander getrennt werden, 3 bedeutet das entsprechende mittlere Anströmbodensegment und 5 die beiden seitlichen Anströmbodensegmente. Mit 2 sind die in Bewegung befindliche Wirbelschicht über dem mit Verbrennungsluft beaufschlagten Luftkastensegment Ib und mit ■4 die beiden in Ruhe befindlichen Wirbelschichten über den nicht mit Luft beaufschlagten Luftkastensegmenten la bezeichnet. 6 bedeutet die Trennfläche zwischen den ruhenden Schichten und der bewegten Schicht.

Fig. 5 zeigt die einzelnen Leistungsanteile der Segmente I bis IV, die jeweils einem Flächenanteil von 25 % am Anströmboden entsprechen. Durch wahlweise Zuschaltung einzelner Segmente lassen sich alle Teillastfälle mit Leistungsstufen von 10 bis 100 % einstellen.

Ausführungsbexspxel

Die Wirbelschicht besteht aus inertem Material, beispielsweise Sand, Asche oder Kalkstein. Beim Anfahren der Feuerung wird stets die Sektion I in Betrieb genommen. Da die Sektionen II, III und IV nicht mit Verbrennungsluft beaufschlagt werden, bildet sich zu diesem Schichtgut ein Böschungswinkel von etwa 20° aus (Fig. 4- (4), (6) ). Die Aufheizung des Wirbelgutes in der Sektion I geschieht dann mit dem Aufheizbrenner (8). Durch

das Fehlen von Wärmetauscherrohren (7) in dieser Sektion wird die Aufheizzeit des Wirbelgutes verkürzt, da keine Wärme zusätzlich dem Wirbelbett entzogen wird.

Nach dem Erreichen der Zündtemperatur des Brennstoffes wird durch die in der Sektion I befindlichen Strahlaufgaberohre (Fig. 2 (9) ) Kohle in die Wirbelschicht eingeführt und das Wirbelgut weiter aufgeheizt, bis eine Betriebstemperatur von etwa 850 C erreicht ist. Bei diesem Betriebszustand wird nur Wärme durch den wassergekühlten Anströmboden (Fig. 3 (10) ) und die wassergekühlte Seitenwand (Fig. 3 (11) ) entzogen. Die Wärmedämmung gegenüber dem ruhenden Gutmaterial in den Sektionen II, III und IV ist so groß, daß dort keine nennenswerten Wärmeverluste entstehen. Bei diesem Betriebszustand werden nur 10 % Leistung der Nennlast (Fig. 5 (I) ) erreicht.

Um die Leistung zu erhöhten, kann jetzt beispielsweise eine Hälfte der Sektion III fluidisiert werden, wodurch sich eine Mischtemperatur einstellt. Sinkt die Temperatur hierbei unter einen festgelegten Minimalwert ab, wird die Fluidisierung der Sektion III eingestellt und Sektion I durch Kohleaufgabe weiter aufgeheizt. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis beide Sektionen, also I und die halbe Sektion III, die gewünschte Betriebstemperatur besitzen. Dann hat die Wirbelbettfeuerung 20 % (Fig. 5) Leistung erreicht. Durch Zuschalten der anderen Hälfte von Sektion III auf die gleiche Weise läßt sich eine weitere Leistungssteigerung auf 30 % (Fig. 5) erreichen. Bei diesem Betriebszustand, bei dem die Sektionen II und IV nicht

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fluidisiert sind, verläuft der Böschungswinkel quer durch die Mitte des Wirbelbettes.

Durch die in den Sektionen II und IV eingebauten Wärmetauscherrohre (Fig. 3 (7) ) lassen sich weitere Leistungssteigerungen von jeweils 20 bzw. 30 % erreichen (Fig. 5). Die Zuschaltung dieser Sektionen geschieht in der beschriebenen Weise. Bei einer gex^ünschten Leistung von 80 % sind z. B. nur die Sektionen I, II und IV in Betrieb. In diesem Fall wird auch durch die in der Sektion II befindlichen Strahlaufgaberohre (Fig. 2 (9) ) Kohle in die Wirbelschicht aufgegeben.

Somit kann durch Zu- und Abschalten einzelner Sektionen jede gewünschte Leistung der Wirbelbettfeuerung zwischen 10 und 100 % in Laststufen von 10 % gefahren werden.

Claims (3)

1. BERGWERKSVERBAND GMBH

   VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNG

   4300 Essen 13 (Kray) , 2 2. 07.19 8C

   Franz-Fischer-Weg 61 Telefon (0201) 105-1

   A 8/Str-Be

   Wirbelbett-Feuerung

   Patentansprüche

   ( 1 ·) Wirbelbettfeuerung, bei der in einem Behälter mit einem schräggesteilten Anströmboden, der luftkastenseitig in Segmente aufgeteilt ist, mittels Luftdüsen im Anströmboden zugeführte Luft ein aus einem vergleichsweise inerten Material bestehendes Wirbelbett aufrechterhält, dem der Brennstoff nach Aufheizen des Wirbelbettes auf die Zündtemperatur des Brennstoffes zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der luftkastenseitig in mehrere Segmente aufgeteilte Anströmboden nur in dem Wirbelbettraum über einem einzigen Anströmbodensegment mit einem Zündbrenner versehen ist, wobei dieser Wirbelbettraum und gegebenenfalls weitere Wirbelbetträume oberhalb weiterer Anströmbodensegmente Strahlaufgaberohre für die Brennstoffzufuhr

   enthält, während Wärmetauscherrohre nur in der dem
   Zündbrenner gegenüberliegenden Hälfte des Anströmbodens oberhalb der dortigen Anströmbodensegmente angeordnet
   sind.
2. 2. Wirbelbettfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkastensegmente einzeln oder gruppenweise mit Wirbelluft beaufschlagbar sind.
3. 3. Wirbelbettfeuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Endstücke der Strahlaufgaberohre parallel zum Anströmboden geführt wird.