DE3204589A1

DE3204589A1 - Anlage zur verbrennung von unreinem festem brennstoff in einer brennkammer mit einem wirbelbett

Info

Publication number: DE3204589A1
Application number: DE19823204589
Authority: DE
Inventors: Roine Dipl.-Ing. 61200 Finspång Brännström; Lars-Erik Dipl.-Ing. 61600 Åby Karlsson
Original assignee: Stal Laval Turbin AB
Current assignee: ABB Stal AB
Priority date: 1981-02-19
Filing date: 1982-02-10
Publication date: 1982-09-23
Anticipated expiration: 2002-02-11
Also published as: SE8101110L; SE434087B; US4421036A; DE3204589C2; JPH028205B2; JPS57153110A

Description

Anlage zur Verbrennung von unreinem.festem Brennstoff in einer Brennkammer mit einem Wirbelbett ·

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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Verbrennung von unreinem festem Brennstoff in einer Brennkammer mit einem Wirbelbett gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bei dem Brennstoff kann es sich vor allem um Kohle handeln. Die Brennkammer kann bei Atmosphärendruck oder bei Überdruck, wie z.B. bei einem Druck von 10-20 Bar, arbeiten. Die Brennkammer kann in einer kombinierten Energieerzeugungsanlage verwendet werden, zu der sowohl eine Gasturbine gehört, die mit Gas von der Brennkammer versorgt wird, als auch eine Dampfturbinenanlage mit Dampferzeugern in der Brennkammer und hinter der Gasturbine zur Ausnutzung der Restwärme der der Gasturbine entweichenden Gase.

Bei der Verbrennung von festem Brennstoff, vorzugsweise Koh-Ie, muß man immer mit gewissen Verunreinigungen im Brennstoff, vor allem Schwefel, rechnen, die in verschiedener Hinsicht nachteilig sind, vor allem hinsichtlich der Belastung der Umwelt. Einer der Vorteile der Verbrennung des Brennstoffes in einem Wirbelbett besteht darin, daß die Bettmasse aus einem absorbierenden Material, einem "Absorbenten", bestehen kann oder daß ihr ein solches Material zugeführt werden kann, das die Verunreinigungen aufnimmt und bindet, so daß die -Verunreinigungen in Form eines unschädlichen Pulvers oder Schlamms als normales Füllmaterial deponiert werden können.

Dolomit oder Kalkstein können als Bettmaterial und Schwefel-

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NACHGEREICHT

absorbent verwendet werden. Dieser Absorbent wird der Brennkammer in Partikelform, beispielsweise mit einer Korngröße in der Größenordnung von 0,05-6 mm, zugeführt. Wenn schwefelhaltiger Brennstoff in dem "Wirbelbett verbrannt wird, reagiert der Schwefel mit dem Sauerstoff der Luft zu Schwefeldioxyd, das mit der aktiven Komponente oder den aktiven Komponenten im Schwefelabsorbenten, wie beispielsweise Kalzium, reagiert. Die Schwefelbindung kann beispielsweise in der Weise erfolgen, daß zunächst der Schwefelabsorbent kalziniert wird, d.h. das Kohlenstoffdioxyd aus dem Schwefelabsorbenten entweicht. Danach bildet sich auf der Oberfläch? jedes Schwefelabsorbentpartikels Kalziumsulfat (Sulfatisierung). Die Partikel werden danach weiter und weiter nach innen sulfatisiert. Man hat festgestellt, daß sehr kleine Absorbentpartikel s.ehr schnell sulfatisiert werden, während große Partikel auch nach einem langen Aufenthalt im Wirbelbett nur in geringem Maße sulfatisiert sind.

Die Zufuhr von Absorbent geschieht kontinuierlich und wird in Abhängigkeit des Schwefelgehaltes im Brennstoff gesteuert. Feine Partikel werden schnell sulfatisiert, und ein Teil dieser Partikel verläßt die Brennkammer mit den Rauchgasen und wird in einem Reiniger aufgefangen. Grobe Partikel werden langsam sulfatisiert und bleiben im Wirbelbett. Um die Betthöhe konstant zu halten, muß fortlaufend oder intermittierend Bettmasse entfernt werden. Diese entfernte Bettmasse ist dann oft trotz langen Aufenthalts im Wirbelbett nur teilweise sulfatisiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der das die Verunreinigungen absorbierende Material besser ausgenutzt wird und damit der Verbrauch solchen Materials verringert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

NACHQEREICHT

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unfceransprüchen genannt.

Durch die Erfindung erhält man dadurch eine bessere Ausnutzung von schwefelabsorbierendem Material, daß die Anlage mit einer Ausrüstung zum Zerkleinern des entfernten Bettmaterials in feine Partikel und Rückführung dieses feinverteilten Materials zum Bett versehen ist. Das nicht ausgenutzte innere Material der entfernten Bettmaterialp'artikel wird freigelegt, so daß es nach der Rückführung erneut wirkungsvoll als Absorbent wirkt. Die Rückführung dieses feinzerteilten Materials wird zweckmäßigerweise in Abhängigkeit des Sch'wefeldioxydgehaltes der gebildeten Rauchgase gesteuert.. Da das Material feinzerteilt und dadurch im Hinblick auf die Absorption wirkungsvoll ist, kann man eine schnell ansprechende Regelung des Schwefeldioxydgehaltes erzielen.

In einer Anlage, die eine Brennkammer enthält, welche bei einem über Atmosphärendruck liegenden Druck arbeitet, kann das absorbierende Material entfernt und außerhalb des die Brennkammer umgebenen Druckbehälters gekühlt, gesiebt und zerkleinert werden. Die Behandlung kann somit bei Atmosphärendruck geschehen.

Durch pneumatische Ausschub- und Rückführanordnungen ist es möglich, bei dem Druck zu arbeiten, für den die Anlage ausgelegt ist. Das Zerkleinern kann auch in der Weise geschehen, daß das absorbierende Material bei der Rückführung in die Brennkammer gegen eine Platte geschleudert wird, wobei die Partikel zertrümmert werden. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, daß man bei der Rückführung eine Drucksenkung, Temperatursenkung und Druckerhöhung vermeidet und daß es möglich ist, im wesentlichen ohne bewegliche Teile in einer schwierigen Umgebung mit hoher Temperatur, hohem Druck, Staub usw. auszukommen.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele

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soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen Figur 1 und 2 zwei Ausführungsformen einer Anlage gemäß

der Erfindung,

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung mit einer mit überdruck arbeitenden Brenn

kammer ,

Figur 4 eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Regelung der Rückführung von absorbierendem Material.
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In den Figuren bezeichnet 1 eine Brennkammer mit einem Wirbelbett 2, über dem sich ein vom Bettmaterial freier Raum befindet, Die Brennkammer steht über einen Austritt 4 mit einem Reiniger 5 in Verbindung, in welchem Staub, der von den Verbrennungsgasen mitgerissen wird, abgeschieden wird. Dieser Staub besteht aus Asche und feinen Teilchen von Absorbermaterial. Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführung ist die Brennkammer 1 in einen Druckbehälter 6 eingeschlossen, der in der Lage ist, unter überdruck stehende Luft einzuschließen. Der Boden 7 der Brennkammer 1 ist mit nicht gezeigten Düsen zum Einblasen von Verbrennungsluft versehen, die auch das Wirbelbett 2 fluidisiert. Bei der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführung wird diese Luft über eine Leitung 8 zugeführt, während bei der in Figur 3 gezeigten Ausführung diese Luft über eine Leitung 9 und den zwischen der Brennkammer 1 und dem Druckbehälter 6 befindlichen Raum 10 zugeführt wird. Über die Leitung 11 wird dem Wirbelbett in der Brennkammer Brennstoff durch Einblasung zugeführt.

Bei der Ausführung nach Figur 1 ist ein Behälter 12 mit frischem Schwefel absorbierenden Material und eine Mahlanlage 14 vorhanden, in welcher das Material soweit zerkleinert wird, daß die Korngröße in der Regel weniger als 6 mm beträgt. Das zerkleinerte Material wird in einem Sieb 15 gesiebt und in einen feineren und einen gröberen Anteil aufgeteilt. Der feinere Anteil wird nach dem Sieben zu einer Mahlanlage 29 geführt und nochmals gemahlen. Der feinere und der

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gröbere Anteil werden in den Behältern 16 bzw. 17 aufgefangen und gelagert. Über Dosiervorrichtungen 18 und 19 sowie über die Leitungen 20 und 21 für feinkörniges bzw. grobkörniges Material wird dem Wirbelbett, beispielsweise durch Drucklufteinblasung, absorbierendes Material zugeführt. Bei den Dosiervorrichtungen 18 und 19 kann es sich um eine zylindrische Kammer mit einem rotierenden Propeller handeln, dessen Drehzahl gesteuert werden kann.

Die Dosiervorrichtung 19 für den gröberen Anteil des absorbierenden Materials kann so eingestellt werden, daß sie einen konstanten Fluß oder einen solchen Fluß bewirkt, der in einem konstanten Verhältnis zum Brennstoff-Fluß steht. • Dagegen wird die Dosiervorrichtung 18 für den feineren Anteil von einem Regler 22 in Abhängigkeit von dem -Gehalt an Verunreinigungen der dem Wirbelbett 2 entweichenden Abgase gesteuert. Zu diesem Zweck ist stromabwärts des Wirbelbettes, beispielsweise in dem freien Raum 3, stromabwärts der Zyklone oder im Schornstein, ein Indikator oder Detektor 23 vorgesehen, der die Konzentration an Schwefeldioxyd in den Abgasen mißt. Das Signal dieses Indikators wird zu einem Vergleichsglied 24 für den Regler 22 geleitet, dem auch ein Sollwert für die Konzentration an Schwefeldioxyd in den Abgasen zugeführt wird. Auch wenn dieser Sollwert so niedrig gewählt wird, wie es praktisch überhaupt möglich ist, kann er nicht gleich Null gesetzt werden, da hierdurch vermutlich eine ständige überdosierung an absorbierendem Material stattfinden würde, was sowohl unpraktisch als auch unökonomisch ist. Der SOp-Detektor 23 kann ein Detektor des Typs Thermo-Electron sein.

Das Wirbelbett wird mit einem Ablauf 25 versehen, mit dessen Hilfe die Betthöhe während des Betriebs gesteuert oder geregelt wird. Dieser Ablauf führt zu einem Sieb 26 zur Zerlegung des Materials in einen feineren und einen gröberen Anteil. Der feinere Anteil kann aus verbrauchtem absorbierendem Material bestehen, das über eine Leitung 50 abgeführt

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werden kann, um auf geeignete Weise deponiert zu werden. Die Körner des gröberen Anteils enthalten in ihrem Inneren unverbrauchtes absorbierendes Material. Dieser unverbrauchte Teil kann 50 % oder mehr betragen. Der gröbere Anteil wird daher in einem Behälter 27 aufgefangen und über die Leitung 28 der Mahlanlage 29 zugeführt, wo er gemahlen wird. Das zerkleinerte Material gelangt in den Behälter 16,in welchem auch das feinkörnige zerkleinerte Material vom Sieb 15 aufgefangen wird.

Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform arbeitet die Brennkammer 1 mit einem den Atmosphärendruck übersteigenden Druck, weshalb sie in dem Druckbehälter 6 eingeschlossen ist. Die übrige Ausrüstung zum Betrieb der Anlage muß diesen Verhältnissen angepaßt werden. Die Anlage enthält geschlossene Behälter 30 bzw. 31 für feinkörniges absorbierendes Material 32 bzw. für grobkörniges absorbierendes Material 33. Die Behälter 30 und 31 können derart unter Druck gesetzt werden, daß der Druck genauso groß wird wie im Behälter 6. Die Dosierung von absorbierendem Material aus diesen Behältern erfolgt durch die Dosiervorrichtungen 34 und 35, und das absorbierende Material wird dem Wirbelbett 2 auf pneumatischem Wege über die Rohrleitungen 36 und 37 zugeführt. Bettmaterial wird aus dem Wirbelbett 2 durch die Ausschubleitung 37a und eine pneumatische Ausschubvorrichtung 38 des Ejektortyps entfernt und zu einer Rückführvorrichtung 39, ebenfalls des Ejektortyps, transportiert. Die Ejektoranordnungen 38 und 39 werden vom Druckbehälter 6 über die Leitungen 41, 42, 43 und den druckerhöhenden Kompressor mit Druckgas versorgt. Absorbierendes Material, das über die Leitung 40 wieder zur Brennkammer 1 zurückgeführt wird, trifft eine Platte 45 und wird zerkleinert, so daß in dem rückgeführten Material enthaltendes unverbrauchtes absorbierendes Material freigelegt wird und eine absorbierende Wirkung entfaltet. Die Regelung der Entnahme und Rückführung des absorbierenden Materials erfolgt in Abhängigkeit des Schwefeldioxydgehaltes der das Wirbelbett 2 verlassenden

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Verbrennungsgase. Der Detektor 23 zeigt den Schwefeldioxydgehalt an. Das Signal dieses Detektors wird zum Vergleichsglied 46 des Reglers 47 geleitet, der das Ventil 48 in der Leitung 42 steuert. Der Regler 47 kann auch die Dosiervorrichtung 34 steuern. Der Regler 47 kann einen Pulsgenerator 49 enthalten, der in Figur 4 gezeigt ist. Dieser erzeugt Betätigungsimpulse zum öffnen und Schließen des Ventils 48. Die Offenhaltung des Ventils wird von der Impulsdauer bestimmt.. Die Frequenz der Impulsfolge kann konstant sein, während die Impulsdauer variieren kann, so wie es in Figur 4 gezeigt ist. Die Impulsdauer bestimmt dann die Menge der Bettmasse, die entfernt und zurückgeführt wird. Die Impulsfolgefrequenz kann auch variieren.

Bei einer Anlage nach Figur 1 und 3 ist es denkbar, daß. der gröbere Anteil des absorbierenden Materials eine doppelte Funktion hat, indem er sowohl als absorbierendes Material, wie auch als fluidisiertes Bettmaterial wirkt. Eventuell kann das Wirbelbett jedoch auch aus einem besonderen Bettmaterial bestehen, das ein chemisch inaktives Steinmaterial, wie z.B. Quarzsand, ist. Diesen Gedanken kann man derart weiterentwickeln, daß man alles absorbierende Material mahlt, was eine gewisse Vereinfachung der Konstruktion ergeben kann, so wie es in Figur 2 gezeigt ist.

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Claims

Patentanwalt und Rechtsanwalt J 4 U 4 O ö α.

Dr.-lng. Dipl.-lng. Joachim B ο e c k e r 6 Frankfurt /Main 1 29.1.1982

Rathenauplatz 2-8 ρ 1 084 P

" -" - Telefon: (Oe 11) *2Θ2355

Telex:

PATENTANSPRÜCHE

Γ 1.) Anlage zur Verbrennung von unreinem festem Brennstoff in einer Brennkammer (1) mit einem Wirbelbett (2), dem absorbierendes Material mit variierender Korngröße zugeführt wird, wobei gröbere und feinere Anteile des absorbierenden Materiales dem Bett getrennt oder zusammen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage eine Anordnung (25, 38) zur Entfernung von Bettmaterial, eine Anordnung (29, 45) zum Zerkleinern des entfernten Bettmaterials und Anordnungen (18, 39) zur Rückführung des zerkleinerten Materials zum Wirbelbett (2) enthält.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Sortiervorrichtung (26) zur Aufteilung des entfernten Bettmaterials in einen gröberen Anteil und einen feineren Anteil sowie eine Mahlanlage (29) zur Zerkleinerung des gröberen Anteils vor seiner Rückführung zum Wirbelbett (2) enthält.
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3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Transportanordnung zum Transport des aussortierten feineren Anteils von einer Sortiervorrichtung (15) zu einer Mahlanlage (29) vorhanden ist.
4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Geber (23) zum Messen des Schwefeldioxydgehaltes in den Verbrennungsgasen, eine mit dem Geber verbundene Signalverarbeitungsan- Ordnung (24, 46), in welcher der Istwert mit einem Sollwert verglichen wird, und ein mit der Signalverarbeitungsanordnung verbundenen Regler (22, 47) vorhanden ist, der den Fluß des feineren Anteils von absorbierendem Material zum Wirbelbett ■ (2) steuert.

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5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (38) zur Entfernung von Bettmaterial mit einer Rückführanordnung (39) des Ejektortyps in Verbindung steht, die derart angeordnet ist, daß sie rückgeführtes absorbierendes Material gegen einen Gegenstand (45) schleudert, an dem das Material durch Zertrümmerung zerkleinert wird.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch "gekenn-ζ e ichnet, daß eine pneumatische Transportanordnung zum Transport von Bettmaterial von der Entnahmevorrichtung (38) zur Rückführanordnung (39) vorhanden ist.
7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e kennzeichnet, daß ein Geber (23) zum Messen des Schwefeldioxydgehaltes in den das Bett verlassenden Verbrennungsgasen, eine mit dem Geber (23) verbundene Signalverarbeitungsanordnung (46), in welcher' der Istwert mit einem Sollwert verglichen wird, und ein mit der Signalverarbeitungsanordnung verbundenen Regler (47) vorhanden ist, der die Anordnung zur Entfernung und Rückführung von absorbierendem Material steuert.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch g e -

kennzeichnet, daß der Regler (47) ein Ventil (48) (48) in der pneumatischen Transportanordnung (42) mit der Entnahmeanordnung (38) und der Rückführanordnung (39) öffnet und schließt und dadurch den Fluß des rückgeführten absorbierenden Materials steuert.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (47) Entfernung und Rückführung von Bettmaterial dadurch steuert, daß er die Zeit, während welcher das Ventil in der Transportanordnung geöffnet ist, variiert.
10. Anlage zur Verbrennung un unreinem festem Brennstoff

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in einer Brennkammer (1) mit einem Wirbelbett (29), das aus chemisch inaktivem Material besteht, dadurch g e ke η η ζ ei ch η e t, daß feingemahlenes absorbierendes Material dem Wirbelbett (2) mittels einer Dosiervorrichtung (18) zugeführt wird, die von einem Regler (22) in Abhängigkeit der Konzentration an Verunreinigungen in den dem Bett entweichenden Abgasen gesteuert wird.