DE3039709C2 - Kessel zur Verbrennung von Feststoffen in einer Wirbelschicht aus inertem Material - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kessel mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein solcher Kessel ist aus der US-PS 26 89 787 bekannt. Zwar dient dieser bekannte Kessel in erster Linie zur Umwandlung von brennbaren Feststoffen in flüchtige Brennstoffe durch Vergasung. Er ist aber auch zum Verbrennen von Feststoffen in einer Wirbelschicht aus inertem Material geeignet. Der bekannte Kessel weist eine ringförmige Wirbelschicht auf, die einen an den Seiten geschlossenen, nach oben zu offenen Zuführungsschacht für die Feststoffe umgibt. Am unteren, sich verengenden Ende des Schachtes werden die Feststoffe zwangsweise eingespeist, so daß die Feststoffsäule in dem Schacht fortlaufend nach oben steigt, wobei der obere, über der Wirbelschicht liegende Schachtrand als Feststoff-Überlauf wirksam ist, von dem die Feststoffe nach unten in die ringförmige Wirbelschicht fallen. Die aus der Wirbelschicht aufsteigenden Verbrennungsgase werden im umgekehrten ^b5 Sinne von oben her durch die ansteigende Feststoffsäule zur Vorerwärmung der Feststoffe geleitet, indem die Verbrennungsgase am unteren Beschickungsende des Schachtes abgesaugt werden.

Bei diesem Kessel tritt, wie auch bei anderen bekannten Kesseln mit Beschickung durch eine Wurfeinrichtung im Kessel oberhalb der Oberfläche der Wirbelschicht, der Nachteil auf, daß von den im freien Fall in die Wirbelschicht gelangenden Feststoffen die leichteren Teilchen durch die aufsteigenden Verbrennungsgase entgegen ihrer Einbringungsrichtung mitgerissen werden können, wodurch eine geordnete Verbrennung nicht mehr möglich ist.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kessel mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß auch bei nur grober Sortierung der Feststoffe diese unabhängig von ihrer Teilchengröße gleichmäßiger in die Wirbelschicht eingebracht werden können.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Kennzeichens vor. Anspruch 1 gelöst

Es ist an sich bei Kesseln zur Verbrennung von Feststoffen in einer Wirbelschicht bekannt, an den Innenwänden der Brennkammer fluidgekühlte Rohre vorzusehen und diese fluidgekühlten Rohre auch zur Unterteilung der Brennkammer in einzelne voneinander getrennte Brennkammerbereiche zu unterteilen und mit Hilfe der fluidgekühlten Rohre einen allseitig geschlossenen und sich horizontal durch die Brennkammer erstreckenden Schacht zu bilden, in dem ein horizontal verlaufender Verteilerkanal mit Stichleitungen für die einzelnen Brennkammerbereiche angeordnet ist, welche Stichleitungen durch den Schacht ragen und in der Wirbelschicht an Stellen unterhalb der normalen Oberfläche der Wirbelschicht münden.

Demgegenüber geht die Erfindung von einer Kesselgattung aus, die nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 Vorrichtungen zum Einbringen der Feststoffe in den oberhalb der Wirbelschicht befindlichen Teil der Brennkammer aufweisen.

Durch die erfindungsgemäße Weiterbildung eines solchen Kessels wird erreicht, daß die in dem Kessel aufsteigenden Verbrennungsgase die Einbringung der Feststoffe von oben praktisch nicht beeinträchtigen können, da die Feststoffe in die Wirbelschicht durch den insgesamt oberhalb der Oberfläche der Wirbelschicht liegenden und an seinem oberen Ende und an seinen Seiten geschlossenen Schacht eingebracht werden. In diesem Schacht können die Verbrennungsgase nicht wirksam werden. Da das untere offene Ende des Schachtes in kleinem Abstand über der Oberfläche der Wirbelschicht liegt, können die Feststoffe ungestört bis zum Wirbelbett gelangen. Dies gilt sowohl für größere als auch für kleinere Feststoffteilchen. Es wird damit auch jeder Entmischung des Feststoffgemisches entgegengewirkt. Es besteht auch keine Gefahr, daß die Feststoffe mit kleinerer Teilchengröße durch die Verbrennungsgase aus der Brennkammer herausgetragen oder zu Stellen gebracht werden, wo ihre Verbrennung nicht mehr erwünscht ist.

Auch wenn der Zuführungsschacht im Vergleich zu den Querabmessungen der Wirbelschicht nur einen vergleichsweise kleinen Querschnitt aufweist, wird dennoch eine gleichförmige Verteilung der eingeführten Feststoffe über die Wirbelschicht gewährleistet, da die Turbulenz in der Wirbelschicht für die notwendige Ausbreitung der Feststoffe auch in seitlicher Richtung Sorge trägt.

Da die Einbringung der Feststoffe durch die aufsteigenden Verbrennungsgase nicht beeinträchtigt

wird, kann die Einbringung auch mit größerer Wurfweite erfolgen, so daß die Einbringungsvorrichtungen einfacher und billiger ausgebildet sein können.

Da der Zuführungsschacht an allen Teiler, durch die fluidgekühlten Rohre gekühlt ist, ergibt sich innerhalb des Zuführungsschachtes eine niedrigere Temperatur als in der Brennkammer. Damit ist weitgehend auch die Gefahr ausgeschaltet, daß sich langsam fallendere kleine Feststoffteilchen schon innerhalb des Schach.es entzünden. Durch die relativ niedrige Temperatur im Schacht und auch am oberen Schachtende wird es auch möglich, die Einbringung der Feststoffe statt mit Wurfvorrichtungen von der Schachtwandseite her mit Hilfe einer Schnecke am oberen Ende des Zuführungsschachtes durchzuführen, ohne daß die Gefahr einer thermischen Überbeanspruchung der Teile des mechanischen Förderers zu befürchten ist.

Um einerseits die die Schachtwände bildenden fluidgekühlten Rohre ohne Beeinträchtigung der Wirbelschicht sicher an entsprechende Sammelrohre für das Kühlfluid anschließen zu können und andererseits sicherzustellen, daß das untere offene Ende des ansonsten allseitig geschlossenen Zuführungsschachtes im kleinen Abstand über der Oberfläche der Wirbelschicht zu liegen kommt, sind zweckmäßigerweise die :~> Merkmale des Anspruchs 2 vorgesehen. Da hierbei die fluidgekühlten Rohre auch durch die Wirbelschicht bis in die Nähe des Bodens der Brennkammer geführt sind, kann das Kühlfluid in den Rohren zusätzlich auch zur Regelung der Temperatur in der Wirbelschicht ausge- j» nutzt werden.

Um zu verhindern, daß die durch das Wirbelbett ragenden Rohre jeder einzelnen Seitenwand die Verteilung der Feststoffe von der Austrittsmündung des Zuführungsschachtes aus über die ganze Ausdehnung i> der Wirbelschicht behindern, ist es zweckmäßig, die Merkmale des Anspruchs 3 anzuwenden.

Während durch die Maßnahmen nach Anspruch 1 sichergestellt ist, daß sich die Verbrennungsgase in dem Zufühiungsschacht nicht oder nur kaum störend auswirken können, wird durch die Maßnahmen des Anspruches 4 auch die Voraussetzung geschaffen, die Absinkgeschwindigkeit der im Bereich des oberen geschlossenen Endes des Zuführungsschachtes eingebrachten Feststoffe zwangsweise zu beeinflussen. 4-,

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch einen Kessel von etwa quadratischem Grundriß, >i>

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt entlang der Schnittlinie H-Il der F ig. 1,

Fig. 3 im Ausschnitt eine horizontale Schnittdarstellung entlang der Schnittebene HI-III der Fig. 1,

Fig.4 im Ausschnitt einen senkrechten Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der Fig. 1,

Fig. 5 in ähnlicher Darstellung wie F i g. 1 einen Kessel in abgewandelter Ausführungsform und

F i g. 6 eine Draufsicht auf den Kessel nach F i g. 5.

Der Kessel nach F i g. 1 bis 4 weist eine Brennkammer 1 von etwa rechteckförmigem oder quadratischem Querschnitt auf. die durch vier lotrechte Wände 2 und 2', einen perforierten Boden 3 und eine geschlossene Decke 4 begrenzt wird. Im oberen Bereich der Brennkammer befindet sich ein seitlicher Abzugsstutzen b5 5 für die in der Brennkammer nach oben steigenden Verbren πungsgase.

I 'ntcrhalb des Bodens der Brennkammer 3 ist eine sich nach unten verjüngende Windkammer 6 mit Zuführungsleitung 7 zum Einblasen von Verbrennungsund Fluidisierungsluft vorgesehen. Mit dieser Luft wird oberhalb des perforierten Bodens 3 eine Wirbelschicht aus inertem Material gebildet. Die ungleichförmige und sich während des Betriebes des Kessels ständig ändernde Oberfläche der Wirbelschicht ist in F i g. 1 bei 8 angedeutet.

Sn der Brennkammer ist ein in einer Querrichtung schmaler und sich über die andere Querrichtung der Brennkammer erstreckender und im Querschnitt rechteckiger Zuführungsschacht 9 vorgesehen, der von zwei Seitenwänden 10 und zwei Stirnwänden 11 begrenzt ist. Die Seitenwände 10 und die Stirnwände 11 werden durch zueinander parallel angeordnete und in senkrechter Richtung verlaufende fluidgekühlte Rohre 12, 13 gebildet, wobei jeweils benachbarte Rohre durch über die ganze Länge reichende Stegbleche 14 fest miteinander zu einer geschlossenen Wand verbunden sind. Die Rohre 12,13 und Stegwände laufen am oberen Ende in einem Verteiler- oder Sammelrohr 15 zusammen, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß der Zuführungsschacht 9 an seinen vier Seiten und am oberen Ende gasdicht geschlossen ist.

Nach unten zu enden die Stegbleche 14 an einer in Fig. 1 mit 16 bezeichneten Stelle in kleinem Abstand über der Oberfläche 8 der Wirbelschicht. An dieser Stelle endet somit auch der geschlossene Zuführungsschacht. Von dieser Stelle aus erstrecken sich die die beiden Seitenwände 10 bildenden fluidgekühlten Rohre 12,13 weiter nach unten in die Wirbelschicht, wobei die Rohre in der Nähe des Bodens 3 der Brennkammer an Sammelrohre 17 für das Kühlfluid angeschlossen sind. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß sich dabei die beiden gegenüberliegenden und aus den Rohren gebildeten Seitenwände 10 unterhalb des Endes 16 des Zuführungsschachtes 9 als divergierende Rohrgruppen unter Bildung von Spalten zwischen den einzelnen Rohren erstrecken. Dabei sind die sich in den Seitenwänden des Zuführungsschachtes 9 abwechselnden Rohre 12 und 13 jeder Seitenwand 10 zwischen dem unteren Ende 16 des Zuführungsschachtes und dem dicht über dem Boden 3 der Brennkammer liegenden Sammelrohren 17 auseinandergezogen, »vie dies die F i g. 1 sowie die F i g. 3 und 4 verdeutlichen. So sind die Rohre 12 am unteren Ende 16 des Zuführungsschachtes horizontal nach außen abgebogen, so daß sie erst nahe der Wände 2' der Brennkammer senkrecht nach unten zu den Sammelrohren 17 laufen, während die Rohre 13 vom unteren Ende 16 des Zuführungsschachtes aus diagonal durch das Wirbelbett zu den Sammelrohren 17 geführt sind.

Auf diese Weise können sich die durch den Zuführungsschacht nach unten fallenden Feststoffe bei Erreichen des unteren Endes 16 des Zuführungsschachtes unter der Turbulenz des Wirbelbettes leicht und zuverlässig über die ganze Querausdehnung des Wirbelbettes verteilen, während andererseits die Verbrennungsgase aus dem Wirbelbett ungehindert in der Brennkammer nach oben steigen können.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 bis 4 ist in der einen Seitenwand 2 eine durch die eine Stirnwand 11 des Zuführungsschachtes ragende Öffnung 19 vorgesehen, durch die über eine Wurfeinrichtung 21 die über den außenliegenden Zuführungskanal 20 zugefiihrten Feststoffe in den Zuführungsschacht eingebracht werden können, wie die gestrichelten Linien 22 zeigen. Die Feststoffe gelangen im wesentlichen im freien Fall, wie er durch die Pfeile 23 angedeutet ist. an das untere

offene Ende des Schachtes und werden dort von den Turbulenzen des Wirbelbettes erfaßt und in Querrichtung über die Ausdehnung der Wirbelschicht verteilt.

Es ist auch möglich, die die Brennkammer begrenzenden Wände 2, 2' auf der Innenseite mit fluidgekühltcn Rohren entsprechend Fig. I auszukleiden, welche an entsprechende Verteiler- oder Sammelrohre angeschlossen sind, die ihrerseits in F i g. 2 mit 24, 25 angedeutet sind.

In den Fig. 5 und 6 ist ein Kessel mit größeren Abmessungen gezeigt. Gleiche Teile sind bei dieser Ausführungsform mit den gleichen Bezugsziffern wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4 bezeichnet. Wegen der größeren Querabmessungen ist die Brennkammer 1 durch mehrere im gegenseitigen Abstand angeordnete Zuführungsschächte 3! unterteilt. Jedem Abschnitt der einem Zuführungsschacht zugeordneten Wirbelschicht ist eine gesonderte Windkammer 6 unterhalb des perforierten Bodens 3 zugeordnet. Die Ausbildung der Schächte und die Führung der zugehörigen fluidgekühlten Rohre ist die gleiche wie beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 bis 4 mit dem Unterschied, daß jeder Zuführungsschacht 31 über die ganze Höhe der Brennkammer 1 bis zur Decke 4 der Brennkammer 1 geführt ist. Die Rohre sind dort an Verteilerleitungen 32 oberhalb der Decke 4 angeschlossen. Der obere Bereich jedes Zuführungsschachtes 31 ist oberhalb der Decke 4 durch eine geschlossene Haube 33 nach außen gasdicht abgeschlossen, so daß auch bei dieser Ausführungsform das obere Ende jedes Zuführungsschachtes 31 gasdicht geschlossen ist. In der Haube 33 ist die Austrittsöffnung einer Verteilerschnek-ι ke 35 oder einer anderen mechanischen Verteilungsvorrichtung für die Feststoffe vorgesehen, wobei sich die Verteilerschnecke 35 im wesentlichen über die ganze horizontale Längsausdehniing des Zuführungsschachtes erstreckt. Der Zuführungsvorrichtung 35 für die

κι Feststoffe ist außerdem eine Einrichtung 36 zur Zuführung von Luft zugeordnet. Mit dieser kann das Absinken der Feststoffe in dem Zuführungsschacht 31 zwangsweise beeinflußt werden. Der Austrittsöffnung der Zufiihrungsschnecke 35 kann ein Fallschacht 34

ι i zugeordnet sein, dessen unteres Ende in das obere Ende des Zuführungsschach'.es 3! mündet, wie dies ir. F i g. 5 dargestellt ist.

Die Verbrennungsgase werden in nicht dargestellter Weise im oberen Bereich der Brennkammer 1 durch

2n Ableitstutzen abgeführt. Dies ist in F i g. 6 lediglich durch einfache Pfeile am oberen Rand dieser Figur angedeutet.

Die Einrichtungen, wie Düsen, zum Einblasen von Luft können selbstverständlich auch den Wurfeinrichtungen 21 des Kessels nach F i g. 1 bis 4 zugeordnet sein. In diesem Fall sind die Einblasdüsen zweckmäßigerweise im unteren Bereich der Einwurföffnungen 19 oder unmittelbar unterhalb dieser Öffnung angeordnet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche: 2 -

1. Kessel zur Verbrennung von Feststoffen in einer Wirbeischicht aus inertem Material, wobei die Wirbelschicht in der Brennkammer des Kessels durch Einblasen von Verbrennungs- und Fluidisierungsluft durch den Boden der Brennkammer aufrechterhalten wird, und wobei am Kessel Vorrichtungen zum Einbringen der Feststoffe in den oberhalb der Wirbelschicht befindlichen Teil der Brennkammer vorgesehen sind, in der mindestens ein im wesentlichen senkrechter und an den Seiten geschlossener Zuführungsschacht für die Feststoffe eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungsschacht (9, 31) oben geschlossen ist, sein unteres offenes Ende in kleinem Abstand über der Oberfläche (8) der Wirbelschicht l>egt und seine Wände aus fluidgekühlten Rohren (12, 13) bestehen, und daß die Vorrichtungen (21, 35) zum Einbringen der Feststoffe im Bereich des oberen, geschlossenen Endes des Zuführungsschachtes angeordnet sind.

2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwei gegenüberliegende Rohrwände des Schachtes unterhalb seines unteren Endes als divergierende Rohrgruppen (12, 13) unter Bildung von Spalten zwischen den einzelnen Rohren weiter in die Wirbelschicht hinab erstrecken und daß die Rohre in der Nähe des Bodens der Brennkammer an Sammelrohre (17) für das Kühlfluid angeschlossen Jo sind.

3. Kessel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer jeden Seitenwand (10) des Zuführungsschachtes die die geschlossene Seitenwand des Zuführungsschachtes bildenden Rohre (12, i"> 13) zwischen dem unteren Ende des Zuführungsschachtes und dem Sammelrohr (17) auseinandergezogen sind.

4. Kessel nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß den Vorrichtungen zum Einbringen der Feststoffe Einrichtungen zum Einblasen von Luft in den Zuführungsschacht zugeordnet sind.