DE3107355C2 - Verfahren zur Erzeugung einer Wirbelschicht mit Wirbelschichtmassenregulierung - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung einer Wirbelschicht mit WirbelschichtmassenregulierungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Wirbelschicht mit Wirbelschichtmassenregulierung
durch Rückführung ausgetragenen Materials, Eintragung neuen Materials und durch Abzug von
Material für eine Wirbelschichtfeuerung eines Dampferzeugers, wobei sich der horizontale Wirbelschicht-Querschnitt
nach oben verjüngt und die seitlichen Begrenzungen der Wirbelschicht Heizflächen bilden.
Um Dampf in einer Brennkammer mit Wirbelschichtfeuerung zu erzeugen, bedarf es einerseits Heizflächen
zur Aufnahme der freigesetzten Brennstoffwärme, andererseits für optimale Reaktionsfähigkeit eines
physikalisch bedingten Verhältnisses zwischen der Korngröße des Wirbelmaterials und der Wirbeigeschwindigkeit.
Dabei besteht einerseits die Möglichkeit, grobe Partikel mit langsamer Wirbelgeschwindigkeit
und dadurch großen Wirbelkammerquerschnitten optimal zu fluidisieren, andererseits feine Partikel mit hohen
Wirbelgeschwindigkeiten und dadurch kleinen Wirbelkammerquerschnitten optimal zu fluidisieren. Die
Verwirklichung einer optimalen Fluidisierung für ein möglichst großes Partikelgrößenspektrum erfordert
jedoch unterschiedliche Wirbelgeschwindigkeiten in ein und derselben Wirbelkammer.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die freigesetzte
Brennstoffwärme sowohl an Wandheizflächen der Brennkammer als auch an in die Wirbelschicht
eingetauchte Heizflächen zu übertragen. Dabei sind jedoch zwangsläufig eingetauchte Heizflächen starken
Erosionskräften ausgesetzt.
Aus der DE-OS 28 19 185 ist eine langsame und stationäre Wirbelschicht mit wirbelschichtgemäß definierbarer
Oberfläche bekannt, die an einer der Begrenzungswände durch eine Leitblechanordnung, die
winklig in Richtung der Wirbelschicht angestellt ist, zu einer besonderen, beeinflußbaren, inerten Umwandlung
(Zirkulation) veranlaßt wird. Durch diese von außen auf die Wirbelschicht einwirkenden Maßnahmen wird
jedoch die Art der Wirbelschicht, auch in bezug auf das Korn-Zwischenraum-Volumenverhältnis, nicht so verändert,
daß nicht zwischen dieser Wirbelschicht und den resultierenden gasförmigen Verbrennungsprodukten
weiterhin von einer definierbaren Oberfläche der Wirbelschicht gesprochen werden kann.. Bei dieser
Wirbelschicht kann nur das physikalisch zulässige KorngröGenspektrum eingesetzt werden, welches wirbelschichtumspülte
und damit eingetauchte Heizflächen erfordert, die gleichzeitig die erzeugte Wirbelschicht in
Module abtrennen. Nachteile in bezug ?uf eine gute Wärmeüb'irtragungsvoraussetzung an die Heizflächen
sind daher unvermeidbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wirbelschicht zu schaffen, die während des Betriebes
gute Wärmeübertragungsvoraussetzungen an die Heizflächen bildet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird daher nach der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, welches dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Steuerung der Wirbelschicht derart erfolgt, daß aus einer unteren,
langsamen, stationären Schichtung mit großem horizontalem Wirbelschicht-Querschnitt mit einem Korn-Zwischenraum-Volumenverhältnis
fc mit einem Wert ε = 0,45 bis 0,75 in eine obere, schnellere Schichtung mit
kleinerem horizontalem Wirbelschicht-Querschnitt mit einem Korn-Zwischenraum-Volumenverhältnis ε mit
einem Wert ε = 0,75 bis 1,00 überführt wird, und die in der Wirbelschicht freigesetzte Brennstoffwärme bis zu
einer Wirbelschichttemperatur im Bereich von 750° bis 950° ausschließlich an die Brennkammer-Wand-Heizflächen
übertragen wird.
Durch formgebende Einwirkungen von außen werden auf die Wirbelpartikel und die Gasströmung in der
Wirbelschicht Kräfte ausgeübt, die zur Folge haben, daß die Wirbelgeschwindigkeit sich ändert und dadurch die
Wirbelpartikel korngrößenmäßig separiert werden. Diese formgebenden Einwirkungen finden derart statt,
daß der Anteil der groben Wirbelpartikel im unteren Teil der Wirbelkammer durch ein Wirbelkammerquerschnittsangebot
und daraus resultierenden langsamen Wirbelgeschwindigkeiten für deren optimale Fluidisierung
verbleiben, während andererseits der Anteil der feinen Wirbelpartikel bei kleinstem Wirbelkammerquerschnittsangebot
und daraus resultierenden höchsten Wirbelgeschwindigkeiten im oberen Teil der Wirbelkammer optimal fluidisiert und nach oben
ausgetragen werden.
Die Abhängigkeit zwischen dem Wirbelkammerquerschnittsangebot und den daraus resultierenden zugehörigen
Wirbelgeschwindigkeiten ist so gewählt, daß die Wirbelschicht aus einem Zustand mit einem Korn-Zwi-
schenraum-Volumenverhältnis ε = 0,45 bis 0,75 im
Bereich des größten Wirbelkammerquerschnittsangebotes und einem Wert ε = 0,75 bis 1,00 im Bereich des
kleinsten Wirbelkammerquerschnittsangebotes übergeht.
Dabei ist das Verhältnis von in der Wirbelschicht freizusetzender Brennstoffwärme und der zur Verfügung
stehenden Wirbelkammerheizfläciien derart, daß auf zusätzlich in die Wirbelschicht eingetauchte
Heizflächen verzichtet werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiter dadurch ausgestattet, daß der aus dem Bereich des kleinsten
Querschnitts der Brennkammer mit dem Rauchgasstrom ausgetragene Feinkornanteil des Wirbelmaterials
unmittelbar danach abgeschieden und direkt vollständig in den Bereich des g.-ößten Querschnitts der Brennkammer
zurückgeführt wird.
Da der ausgetragene Feinkornanteil prinzipbedingt noch Unverbranntes beinhalten kann, führt ein solches
Verfahren des Zurückführens in den Bereich des größten Querschnitts der Brennkammer infolge der
dort herrschenden geringen Wirbelgeschwindigkeiten zu hohen Verweilzeiten des Feinkornanteils und erhöht
damit die Ausnutzung der Brennstoffenergie.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der gesamte
Brennstoff im Bereich des größten Querschnitts der Brennkammer eingebracht wird.
Eine solche Maßnahme führt dazu, daß der grobe Anteil des Brennstoffs direkt in den Wirbelschichtbereich,
in dem er bestimmungsgemäß fluidisiert werden muß, eingebracht wird und der Feinanteil zunächst \u
diesem Bereich der langsamen Wirbelgeschwindigkeiten entgast wird, ehe er in die Bereiche höherer
Wirbelgeschwindigkeiten transportiert wird und ausbrennt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Wirbelschicht durch
rückgeführte Rauchgase als Luft-Rauchgasgemisch-Versorgung des Bodens und/oder als zusätzliche
Luft-Rauchgas-Eindüsung im Bereich der Höhe des Beginns des kleinsten Brennkammerquerschnitts
steuerbar ist.
Diese Maßnahme ist dann von Vorteil, wenn für einen guten Wärmeübergang an die Brennkammerwandheizflächen
der Fluidisierungsgrad der Wirbelschicht aufrechterhalten werden soll, durch den für die Verbrennung
im Teillastbereich in stöchiometrisch richtigem Verhältnis zur eingebrachten Brennstoffmenge einzubringenden
Sauerstoffanteil die Luftzufuhr reduziert werden muß.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur ist das erfindungsgemäße Verfahren nachfolgend an einem
Ausführungsbeispiel einer Wirbelschichtbrennkammer zur Dampferzeugung näher beschrieben.
Die Wirbelschichtbrennkammer 1 besteht aus Seitenwänden 2, 3, parallelen Seitenwänden 4, 4a, die ganz
oder teilweise als Heizflächen ausgebildet sind, und einem Anströmboden 5 mit beliebigem Grundriß.
Angeschlossen an diese Kammer ist ein Partikelrückführsystem
6 mit Rückführrohr 7, ein Brennstoffbeschikkungssystem 8 mit Eintragrohr 9 und ein Materialabzugsrohr
10. Die Gasversorgung der Wirbelschichtbrennkammer erfolgt durch Luftzuführungen 11 und 12,
sowie durch zumischbare Rauchgasströme 13 und 14, die von eiern Hauptrauchgasstrom 15 aus dem
Partikelrückführsystem 6 abgezweigt werden. Die Wirbelschichtbrennkammer 1 ist ganz mi; Wirbelschichtmaterial
ausgefüllt. Das Spektrum der Partikeigrößen der Wirbelschicht ist über die Höhe der
Wirbelschicht gesehen unterschiedlich, und zwar nimmt die Korngröße im wesentlichen mit zunehmender
Wirbelschichthöhe ab. Diese Partikelgrößenabnahme ist bedingt durch Einwirkungen, die von der Formgebung
der Wirbelbrennkammerseitenwand 3 ausgehen. Die Wirbelbrennkammerwand 3 verläuft nämlich im
unteren Bereich parallel zur Kammerwand 2, verläuft dann unter konstanter Querschnittsverengung der
Wirbelkammer bis zu einer physikalisch bedingten Wirbelschichthöhe und verläuft dann wieder parallel zur
Wirbelschichtkammerseitenwand 2. Die Wirbelschicht selbst ist demnach in die Bereiche I, II, III aufgeteilt,
wobei der Bereich 1 die größten Wirbelschichtpartikel bei größtem Wirbelschichtkammerquerschniusangebot,
der Bereich III die kleinsten Wirbelschichtpariikel bei
kleinstem Wirbelschichtkammerquerschnittsangebot beinhaltet, und der Bereich II das Übergangsgebiet
zwischen den Bereichen I und III darstellt und zur Separierung des als Gemenge unterschiedlicher Korngrößen
eingegebenen Brennstoffes und des inerten Wirbelmaterials dient. Die Summe der drei Wirbelschichtbereiche
I, II, III führt damit zu einer optimalen Fluidisierung des eingegebenen Materials mit größtmöglichem
Korngrößenspektrum bei gleichzeitig entsprechend minimiertem Wirbelkammerraum.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Erzeugung einer Wirbelschicht mit Wirbelschichtmassenregulierung durch Rückführung
ausgetragenen Materials, Eintragung neuen Materials und durch Abzug von Material für eine
Wirbelschichtfeuerung eines Dampferzeugers, wobei sich der horizontale Wirbelschicht-Querschnitt
nach oben verjüngt und die seitlichen Begrenzungen der Wirbelschicht Heizflächen bilden, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerung der Wirbelschicht derart erfolgt, daß aus einer unteren,
langsamen, stationären Schichtung mit großem horizontalem Wirbelschicht-Querschnitt mit einem
Korn-Zwischenraum-Volumenverhältnis ε mit einem Wert ε = 0,45 bis 0,75 in eine obere, schnellere
Schichtung mit kleinerem horizontalem Wirbelschicht-Querschnitt mit einem Korn-Zwischenraum-Vulumenverhältnis
ε mit einem Wert ε = 0,75 bis 1,00 überführt wird, und die in der Wirbelschicht
freigesetzte Brennstoffwärme bis zu einer Wirbelschichttemperatur im Bereich von 750° bis 950°
ausschließlich an die Brennkammer-Wand-Heizflächen übertragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Bereich des kleinsten
Querschnitts der Wirbelschicht mit dem Rauchgasstrom ausgetragene Feinkornanteil des Wirbelmaterials
unmittelbar danach abgeschieden und direkt vollständig in den Bereich des größten Querschnitts
der Wirbelschicht zurückgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der gesamte Brennstoff im Bereich des größten Querschnitts der Wirbelschicht eingebracht
wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht
durch rückgeführte Rauchgase als Luft-Rauchgasgemisch-Versorgung des Bodens und/oder als zusätzliche
Luft-Rauchgas-Eindüsung im Bereich der Höhe des Beginns des kleinsten Wirbelschichtquerschnitts
steuerbar ist.
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DE3107355C2 true DE3107355C2 (de) | 1990-11-15 |
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