DE3218724C2

DE3218724C2 - Dampferzeuger mit Wirbelschichtfeuerung

Info

Publication number: DE3218724C2
Application number: DE19823218724
Authority: DE
Inventors: Hans-Rudolf Winterthur Schenk
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1982-04-26
Filing date: 1982-05-18
Publication date: 1986-06-19
Also published as: FR2525734A1; JPS5915709A; CH656936A5; FR2525734B1; BE896568A; DE3218724A1

Abstract

Von der Wirbelschichtfeuerung (2) geht ein von gekühlten Wänden begrenzter Gaszug (4) aus, dessen Strömungsquerschnitt auf 30 bis 60 der Grundfläche der Wirbelschichtfeuerung (2) eingezogen ist. Zum Zünden von aus der Wirbelschichtfeuerung (2) stammenden, unverbrannten Brennstoffteilchen ist im Gaszug (4) mindestens ein Nachbrenner (50) für flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoff (Zündbrennstoff) vorgesehen. Mittels des Nachbrenners werden die aus der Wirbelschichtfeuerung mitgerissenen Brennstoffteilchen verbrannt und deren Wärme ausgenutzt, so daß am Gasaustritt des Dampferzeugers nur noch Ascheteilchen abgeschieden werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit Wirbelschichtfeuerung, von der ein von gekühlten Wänden begrenzter Gaszug ausgeht, dessen Strömungsquerschnitt auf 30% bis 60% der Grundfläche der Wirbelschichtfeuerung eingezogen ist.

Ein solcher Dampferzeuger ist aus dem Prospekt des Konsortiums Thyssen Engineering-Standardkessel: »Wirbelschichtbefeuerte Kesselanlagen für Dampf- und Wärmeerzeugung«, 1981, bekannt. Je nach der Art des in der Wirbelschichtfeuerung verwendeten Brennstoffes und seiner Korngrößenverteilung werden — abhängig auch von der Menge der in die Wirbelschicht eingeblasenen Luft — feine Brennstoffteilchen aus der Wirbelschicht ausgetragen. Diese Brennstoffteilchen werden zum großen Teil in einem Zyklon und/oder in einem im kalten Bereich der Rauchgase angeordneten Filter ausgeschieden, und es ist üblich, das ausgeschiedene Material wieder in die Wirbelschicht zurückzuführen. Für diese zurückgeführten Teilchen besteht eine verhältnismäßig hohe Wahrscheinlichkeit, daß sie wiederum aus der Wirbelschicht ausgetragen werden. Dies hat zur Folge, daß der Filter höher belastet wird, was bedingt, daß die Filterfläche sehr groß ausgelegt werden muß oder daß sich der Druckabfall im Filter erhöht was Energie kostet Überdies werden die Filterrückstände wegen ihres verhältnismäßig hohen Kohlegehaltes für verschiedene Anwendungen, z. B. für Bauzwecke, unbrauchbar. Anstatt sie nützlich verwenden zu können, schaffen sie ein Deponieproblem.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Dampferzeuger der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Menge der aus der Wirbelschicht austretenden, unverbrannten Brennstoffteilchen wesentlich verringert wird, wodurch die Belastung des Filters zurückgeht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß zum Zünden von aus der Wirbelschichtfeuerung stammenden, unverbrannten Brennstoffteilchen im Bereich des eingezogenen Strömungsquerschnitts des Gaszuges mindestens ein Nachbrenner für flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoff angeordnet ist

Diese Lösung muß dem Fachmann zunächst als nicht sinnvoll erscheinen, weil das zusätzliche Verbrennen des Zündbrennstoffs in einem Nachbrenner verhältnismäßig teuer ist und zusätzliche Lagerkapazität für den Zündbrennstoff bedingt Es hat sich aber gezeigt, daß der Aufwand an solch teurem Zündbrennstoff nur geringfügig iöt während der Verlust an festen, unverbrannten Brennstoffteilchen aus der Wirbelschicht auf einen vernachlässigbaren Anteil herabgesetzt wird, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Anlage erhöht wird.

Durch die thermische Isolation nach Anspruch 2 läßt sich, dank verminderter Strahlungsverluste, der Aufwand an Zündbrennstoff weiter herabsetzen.

Die Strahlungsverluste und damit auch der Aufwand für den Zündbrennstoff lassen sich durch die ungekühlten Strahlungsschilde gemäß Anspruch 3 weiter herabsetzen, die — bei Anordnung stromoberhalb der Nachbrenner — zugleich die Gefahr eines Ausblasens der Flamme der Nachbrenner eliminieren, so daß die Zündbrennstoffmenge nicht deswegen nach unten limitiert werden muß.

Die Temperaturregelung gemäß Anspruch 4 leistet Gewähr dafür, daß im Bereich des Nachbrenners — unabhängig vom Heizwert des aus der Wirbelschichtfeuerung zuströmenden Rauchgases — die Zündtemperatur für den in den Rauchgasen enthaltenen Restkohlenstoff aufrecht erhalten bleibt.

Das Zuordnen von Mitteln für die Zufuhr von Verbrennungsluft gemäß Anspruch 5 vermeidet im Betrieb der Anlage einen unnötigen Abgasverlust, indem dem Nachbrenner nur so viel Verbrennungsluft wie nötig zugeführt wird.

so Durch das Einrichten des Nachbrenners zum Verbrennen von Abfallbrennstoff gemäß Anspruch 6 wird an teurem Zündbrennstoff gespart.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch einen Vertikalschnitt durch einen Dampferzeuger zeigt. Ein Dampferzeuger 1 weist eine Wirbelschichtfeuerung 2 mit rechteckiger Grundfläche, einen gegenüber dieser Grundfläche eingeschnürten vertikalen Steigzug 4 und einen vertikalen Fallzug 6 auf. Die Feuerung 2 ist am Boden 8, auf der Vorderseite 10, der Rückseite 12, den beiden anderen Seiten 14 sowie an der von der Rückseite 12 zum Steigzug 4 schräg verlaufenden Seite 16 durch sogenannte Membranrohrwände aus parallelen, zusammengeschweißten Rohren begrenzt. Auch die Wände und die Decke des Steigzuges 4 und des Fallzuges 6 bestehen aus Membranrohrwänden. Im Steigzug 4 ist ein Überhitzer 22 aus mehreren vertikalen Rohrtafeln aufgehängt, und im Fallzug 6 sind ein Zwischen-

Überhitzer 26 und darunter ein Economiser 24 angeordnet Der Boden 8 der Brennkammer 2 ist mit Luftöffnungen 28 versehen. An seinem Umfang ist ein Luftkasten 30 gasdicht angeschlossen, der durch zwei vertikale Trennwände 32 mit je einer Klappe 34 in drei Zonen 36, 38 und 40 unterteilt ist. Mittels der Klappen 34 lassen sich die drei Zonen miteinander verbinden. An der mittleren Zone 36 ist über eine Verbindungsleitung 42 ein Verdichter 44 angeschlossen.

Im unteren Bereich des Steigzuges 4 sind sechs Nach- i& brenner 50, d. h. drei in jeder Seitenwand 14, so angeordnet, daß ihre Flammen den Querschnitt des Steigzuges 4 gleichmäßig bestreichen. Im Bereich dieser sechs Nachbrenner 50 sind die vier Wände des Steigzuges mit einer Schicht Stampfmasse 52 bekleidet, die diese Wände gegen die Flammenwärme der Nachbrenner isoliert Rauchgasseitig stromoberhalb der Nachbrenner 50 sind im Steigzug 4 drei Strahlungsschilde 54 vorgesehen, die gleichzeitig als Flammenhalter ausgebildet sind und sich über die ganze Breite des Steigzuges 4 erstrecken. Rauchgasseitig stromunterhalb der Nachbrenner 50 sind fünf weitere, ebenfalls ungekühlte Strahlungsschilde 56 angebracht, die in zwei Reihen gegeneinander versetzt angeordnet sind und sich ebenfalls über die ganze Breite des Steigzuges 4 erstrecken. Die Strahlungsschilde 54 und 56 sind aus dünnem, hitzebeständigem Blech gefertigt und zur Erzielung hoher Steifigkeit im Querschnitt gewölbt.

Der Dampferzeuger funktioniert wie folgt:

Im Betrieb wird Luft, die durch nicht dargestellte Mittel vorgeheizt ist, mittels des Verdichters 44 in die mittlere Zone 36 des Luftkastens 30 eingeblasen. Die Klappen 34 sind dabei geöffnet, so daß sich die Luft auch in die Zonen 38 und 40 ausbreitet. Durch die Luftöffnungen 28 hindurch steigt die Luft in die Wirbelschichtfeuerung 2, die eine aus Körnern inerten Materials und wenig Kohle gebildete Wirbelschicht 20 enthält In der Wirbelschicht 20 verbrennt die Kohle bei etwa 800⁰C, wobei ein Gleichgewicht zwischen der freiwerdenden Wärme und der intensiven Wärmeabfuhr an den Boden 8 und an die die Wirbelschicht 20 umgebenden Wände 10, 12 und 14 besteht Von der Wirbelschicht 20 aus strömt das bei der Verbrennung entstandene Rauchgas — feinste Kohle- und Ascheteilchen mit sich tragend — in den Bereich der mit Zündbrennstoff versorgten Nachbrenner 50, wo im Mittel eine Temperatur von mehr als 900°C herrscht und die feinen Teilchen durch die Strahlung der Flamme der Nachbrenner 50 auf noch höhere Temperatur gebracht werden, dabei gezündet werden und verbrennen. Durch die Verbrennung der Kohleteilchen wird Wärme frei, so daß zum Erreichen der eben angegebenen Mitteltemperatur den Nachbrennern 50 nur eine geringe Menge Zündbrennstoff zugeführt werden muß, die im Bereich von einem Prozent bis wenigen Prozenten der im Dampferzeuger insgesamt verbrannten Brennstoffmenge liegt. Durch die Strahlungsschilde 54 und 56 wie auch durch die Bekleidung der Wände mit Stampfmasse 52 wird die Wärmeabfuhr aus dem Bereich der Nachbrenner 50 stark herabgesetzt, wodurch an teurem Zündbrennstoff für die Nachbrenner gespart wird.

Das etwa 900° C warme Rauchgas umströmt anschließend die Rohre des Überhitzers 22, des Zwischenüberhitzers 26 und des Economisers 24 und gelangt dann zu nicht gezeichneten Mitteln zum Abscheiden von Asche und zum nicht gezeichneten Kamin.

Stehen Abfallbrennstoffe, etwa aus einem chemischen Produktionsbetrieb, zur Verfügung, so können einer oder mehrere der Nachbrenner 50 auf diese umschaltbar eingerichtet oder zusätzliche Nachbrenner angeordnet sein, die lediglich zur Verbrennung der Abfallbrennstoffe eingerichtet sind. Zur Steuerung eines solchen Brennersystems sind Schaltungen bekannt zum Beispiel aus der CH-PS 4 00 427.

Als Regelgröße zum Beeinflussen der Zufuhr von Zündbrennstoff zu den Nachbrennern kann ein Temperatursigna] verwendet werden, das beispielsweise als Summensignal zweier an den beiden äußersten Strahlungsschildern 56 angebrachter Temperaturmeßorgane, z.B. Thermoelemente 62, gebildet ist Es kann auch zweckmäßig sein, statt eines solchen Summensignals jeweils nur das kleinere der von beiden Thermoelementen 62 gemessenen Signale zu verwenden, wobei das Signal dann durch eine Auswahlschaltung ermittelt wird.

Bei der Beschreibung des Dampferzeugers sind verschiedene, an sich bekannte Details, die zum Verständnis der Erfindung nichts beitragen, weggelassen worden, z. B. Mittel zum Aufwärmen der Verbrennungsluft Mittel zum Eintragen des Brennstoffes und zum Eintragen von Kalk in die Wirbelschicht, Mittel zum Zuführen des Zündbrennstoffes, Mittel zum Zuführen des Speisewassers und zum Abführen des Dampfes, etc.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dampferzeuger mit Wirbelschichtfeuerung, von der ein von gekühlten Wänden begrenzter Gaszug ausgeht, dessen Strömungsquerschnitt auf 30% bis 60% der Grundfläche der Wirbelschichtfeuerung eingezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zünden von aus der Wirbelschichtfeuerung (2) stammenden, unverbrannten Brennstoffteilchen im Bereich des eingezogenen Strömungsquerschnitts des Gaszuges (4) mindestens ein Nachbrenner (50) für flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoff angeordnet ist

Z Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der näheren Umgebung des Nachbrenners (50) die gekühlten Wände des Gaszuges (4), vos^zugsweise durch aufgetragene Stampfmasse (52), thermisch isoliert sind.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Gaszug (4) stromunterhalb und/oder stromoberhalb des Nachbrenners mindestens ein ungekühlter Strahlungsschild (54,56) angeordnet ist

4. Dampferzeuger nach Anspruch 3, mit mehreren Nachbrennern, dadurch gekennzeichnet daß im Bereich der Nachbrenner (50), vorzugsweise an mindestens einem der Strahlungsschilde (56), mindestens ein Temperaturmeßorgan (62) angeordnet ist, das zur Regelung der Temperatur im Nachbrenner-Bereich die Zufuhr des Zündbrennstoffes zu den Nachbrennern (50) verändert.

5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Nachbrenner (50) Mittel zur Zufuhr von Verbrennungsluft zugeordnet sind.

6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit mehreren Nachbrennern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Nachbrenner (50) zur Verbrennung von Abfallbrennstoff eingerichtet ist.