DE3324411C2

DE3324411C2 -

Info

Publication number: DE3324411C2
Application number: DE19833324411
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl.-Ing. 4300 Essen De Reichert; Franz Dipl.-Ing. 4330 Muelheim De Thelen
Original assignee: Steag GmbH
Current assignee: Steag GmbH
Priority date: 1983-07-06
Filing date: 1983-07-06
Publication date: 1991-07-11
Also published as: DE3324411A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung sowie einen Dampferzeuger zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren dieser Art und eine Feuerung für Voll- und Teil lastbetrieb ist aus der US-PS 19 42 687, bekannt. Die bekannte Feuerung hat eine Hauptverbrennungskammer mit Trockenfeuerung und eine vorgeschaltete Schmelzkammer, wobei die Ausbildung der Schmelzkammer so vorgesehen ist, daß sie auch bei Teillast in Betrieb bleibt. Der Feuerraum der Schmelzfeuerung ist we sentlich kleiner als der Feuerraum der Trockenfeuerung. Dem entsprechend wird in der Schmelzkammer eine wesentliche klei nere Brennstoffmenge bei Vollast verbrannt als in der Haupt brennkammer. Das bekannte Verfahren eignet sich nur für Kes selanlagen geringer Leistung, die mit ballastarmer Kohle ge fahren werden müssen. Alle bekannten Schmelzfeuerungen haben den Nachteil, daß die Rauchgase einen relativ hohen NO_x-Ge halt haben.

Bei Trockenfeuerungen ist es aus der DE-OS 30 21 479 bekannt, zum Reduzieren der NO_x-Konzentration in den Rauchgasen pul verisierte Kohle als zusätzliche Brennstoffbeschickung dem Verbrennungsgas zuzuführen und ein Inertgas oder ein Gas mit niedriger Sauerstoffkonzentration als Trägergas zu verwenden. Der wegen Sauerstoffmangels zunächst unverbrannt bleibende Teil des zusätzlichen Kohlenstaubs wird durch Zufuhr von Ter tiärluft an einer gegenüber der Brennstoffzufuhr versetzten Stelle vollständig verbrannt.

Bei Trockenfeuerungen muß der Staub abgeschieden werden, bevor die Rauchgase - ggf. nach einer Rauchgasentschwefelung - in die Atmosphäre entlassen werden. Die Staubmengen der Trocken feuerungen stellen für die Betreiber ein gewisses Problem dar, da sie im anfallenden Umfange nicht immer als Kraftwerksneben produkte, z. B. in der Zementindustrie, abgesetzt werden können und andererseits nicht deponiefähig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und den Dampferzeuger der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, daß bei der Verbrennung selbst ballastreicher Kohle der NO_x- Gehalt der Rauchgase extrem gering gehalten wird.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfin dungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die besondere Kombination der Schmelzfeuerung mit der dieser nachgeschalteten Trockenfeuerung, die Vermischung der Rauchgase der Schmelzfeuerung und der Trockenfeuerung, die Abstufung der Brennstoffzufuhr in die Trockenfeuerung und durch Einstellung eines geeigneten Profils der Abstufung der Verbrennungsluft in unterschiedlichen Höhenstufen in Rauchgas strömungsrichtung lassen sich überraschenderweise alle Vor teile der Schmelz- und Trockenfeuerungen vereinigen, ohne die jeweiligen Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Die NO_x-Emis sion der erfindungsgemäßen Kombifeuerung ist im wesentlichen ge ringer als die einer reinen Schmelzfeuerung.

Da die als Flugstaub in den zusammengefaßten Rauchgasen anfal lende Asche in die Schmelzfeuerung zurückgeführt wird und letztere so ausgelegt ist, daß eine im wesentlichen 100%ige Einbindung der Asche möglich ist, fällt als Kraftwerksneben produkt nur noch Schmelzkammergranulat an, das verschiedenen Verwendungszwecken zugeführt werden kann. Im Gegensatz zum Flugstaub bei bekannten Trockenfeuerungen kann Schmelzkammer granulat auch gefahrlos deponiert werden, wenn der Markt das beim erfindungsgemäßen Verfahren anfallende Granulat nicht aufnehmen kann.

Es ist aus Mitteilungen der VGB, Heft 48 (1957), Seiten 186-193, "Vergleichende Untersuchungen an einem Benson- und einem Sulzer-Kessel" bekannt, bei einer mit Gichtgas und Koh lenstaub betriebenen Trockenfeuerung die im Elektrofilter anfallende Asche wenigstens zum Teil in einer unter dem Feuer raum der Trockenfeuerung angebrachten Schmelzbirne einzu schmelzen, die jedoch für höchstens 10% der Kesselleistung derart ausgelegt ist, daß bei schwankendem Gichtgasanfall und damit bei entsprechend schwankendem Leistungsanteil der Kohle staubfeuerung ein flüssiger Abzug zumindest eines Teils der Elektrofilterasche möglich ist.

Um die NO_x-Emission weiter zu verringern, ist es zweckmäßig, wenn der staubförmige Brennstoff in die Schmelzfeuerung und/oder in die Trockenfeuerung über NO_x-arme Brenner einge blasen wird.

Die Rauchgase können in der Trockenfeuerung über die Brenner oder gesondert als reines Rauchgas oder als Luft-Rauchgas-Ge misch rezirkuliert werden. Dies ist beispielsweise in der DE-OS 28 55 766 beschrieben.

Der erfindungsgemäße Dampferzeuger zeichnet sich durch die kenn zeichnenden Merkmale des Anspruchs 5 aus.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren genauer erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 den Temperaturverlauf in Abhängigkeit von der Kessellast für staubförmigen Brennstoff verschiedenen Ballastgehaltes bei unterschiedlicher Auslegung der Schmelzkammergröße;

Fig. 2 eine aus den Darstellungen der Fig. 1 abgeleitete Kurvenschar der Kessellast in Abhängigkeit vom Ballastgehalt für verschie dene Schmelzkammergrößen bei einer vorgegebenen Fließtempera tur; und

Fig. 3 ein Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampferzeugers.

Die Fließpunkte der Schlacken in Kohlen bewegen sich im Bereich zwischen etwa 1350°C und 1550°C. Für die Aschen in Ruhrkohlen gelten gemäß Jahrbuch der Dampferzeugungstechnik, 4. Ausg., 1980/81, S. 65, Tafel II, rechte Spalte, folgende Werte als Höchstgrenzen: Erweichungstemperatur 1240°C, Schmelztemperatur 1490°C und Fließtemperatur von 1510°C.

Bei den in der Fig. 1 gezeigten Kurvenscharen wird davon ausgegangen, daß eine Feuerraumtemperatur in der Schmelzkammer von 1610°C erforderlich ist, um einen flüssigen Schlackeabzug zu gewährleisten, d. h. eine Feuerraumtemperatur, die um ca. 100°C über der hier als Beispiel genommenen Höchstfließtemperatur liegt. Diese Temperatur kennzeichnet, welche Teillast bereiche bei der als Abszisse aufgetragenen Kessellast mit flüssigem Schlackeabzug gefahren werden können. Bei der Bestimmung der Kurvenscharen ist von einem festen Brennstoff/Luft-Verhältnis, einem für jede Kessellast vorgegebenen Ausbrand und einem festen Einbindungsverhältnis der in die Schmelzfeuerung zu rückgeführten Flugasche ausgegangen worden und als Parameter ist die relative Größe der Schmelzkammer angegeben. "100%" bedeuten, daß der gesamte staub förmige Brennstoff in die Schmelzfeuerung eingeführt wird, und "50% Schmelzkammergröße" bedeuten, daß 50% des im Dampferzeuger insgesamt zu verbrennenden Brennstoffes in die Schmelzfeuerung eingeblasen und die restlichen 50% in die Trockenfeuerung eingeblasen werden. Bei der Bestimmung der Kurven ist jeweils berücksichtigt worden, daß nicht nur die durch die Verbrennung von Brennstoff in der Schmelzkammer ent stehende Asche, sondern auch die bei der Verbrennung in der Trockenfeuerung entstehende Asche in der Schmelz feuerung eingebunden werden müssen.

Die Kurvenschar in Fig. 2 bestimmt sich aus den Schnittpunkten der Kurvenscharen aus Fig. 1 für die Ballastgehalte 20%, 30%, 40% und 50% des einge setzten Brennstoffes mit der im Feuerraum einzuhaltenden Mindesttemperatur von 1610°C.

Aus der Fig. 2 kann abgelesen werden, daß bei einem Ballastgehalt von beispielsweise 35% und einer rela tiven Schmelzkammergröße von 50% die erforderliche Feuerraumtemperatur in der Schmelzkammer bei 60% Last erreicht wird, während sie bei reinem Schmelzkam merbetrieb bei 41% Last erreicht wird. Insgesamt läßt sich aus der Fig. 2 ableiten, daß bei einer Auslegung der Schmelzfeuerung im wesentlichen größer 50% und einer entsprechenden Auslegung der Trocken feuerung ein für einen normalen Kraftwerksbetrieb erforderliches Lastverhalten mit der Kombifeuerung erreichen läßt. "Im wesentlichen" bedeutet in der Beschreibung und in den Ansprüchen, daß die untere Grenze im Bereich 50% liegt.

Weiterhin kann aus der Fig. 2 abgelesen werden, daß durch entsprechende Auslegung der Schmelzkammergröße eine Teilspeicherung der anfallenden Flugasche bei Schwachlast und ein nachfolgendes Einschmelzen der gespeicherten Flugasche bei Vollast möglich wird.

Fig. 1 und 2 dienen nur zur Erläuterung des Erfin dungsgedankens und nicht der Festlegung des erfindungs gemäßen Verfahrens auf die beispielhaft gegebenen Zahlenwerte. Bei niedrigeren Fließtemperaturen ergeben sich günstigere Kurvenverläufe.

Nachdem aus den Fig. 1 und 2 ablesbar ist, daß unter vernünftigem Lastverhalten eine solche Kombina tion einer Trockenfeuerung mit einer Schmelzfeuerung möglich ist, wird anhand der Fig. 3 eine beispiel hafte Schaltung beschrieben. Bei der in der Fig. 3 gezeigten Anordnung sind zwei Schmelzkammern 1 und 2 vorgesehen, denen über Deckenbrenner 3 von einer Mahlanlage 4 über eine Staubleitung 5 ein Gemisch aus Kohlenstaub und Trägerluft zugeführt wird. Die Temperatur in den Schmelzkammern 1 und 2 ist so einge stellt, daß die Asche flüssig anfällt. Die flüssige Asche wird aus den Schmelzkammern 1 und 2 über Schmelz kammerausläufe 1a bzw. 2a kontinuierlich oder diskon tinuierlich abgezogen. Den Schmelzkammern 1 und 2 ist ein Strahlraum 6 nachgeschaltet, in den die Flammen bzw. Rauchgase der Schmelzfeuerung eintreten. Um zu verhindern, daß Schlacketeilchen in wesentlichem Um fange in den Strahlraum 6 eintreten, ist zwischen den Schmelzkammern und dem Strahlraum jeweils ein Fangrost 7 eingeschaltet.

Dem Strahlraum 6 sind vier Ebenen von Brennern 8 zuge ordnet, die ebenfalls von der Kohlemahlanlage mit einem Kohlestaub/Luft-Gemisch über Leitung 9 beauf schlagt werden. In der Figur ist der Einfachheit halber nur die Verbindung zur dritten Brennerebene dargestellt. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung zweier Schmelzkammern und eines Strahl- und Feuerraumes 6 wird bevorzugt.

Die Deckenbrenner 3 und die Seitenbrenner 8 werden von einem Frischlüfter 10 und einem Luvo 11 über eine Leitung 12 mit erwärmter Verbrennungsluft beaufschlagt. Die Klappen 13 in den Zweigleitungen 12a und 12b zu den Deckenbrennern 3 bzw. den Seitenbrennern 8 zeigen schematisch, daß eine Einstellung der zugeführten Luftmenge möglich ist; dies gilt auch für die Mühlen luftleitung 12c.

Aus dem Feuerraum 6 werden die Rauchgase über einen Rauchgaskanal 14 abgezogen und nach Durchgang durch den Luvo 11 einem Staubabscheider 15 zugeführt, dem ein Saugzuggebläse 16 nachgeschaltet ist. Der Staub abscheider 15 kann z. B. ein Elektrofilter oder ein Schlauchfilter sein. Aus dem Staubabscheider 15 wird der abgeschiedene Staub in ein Sammelsilo 17 über führt. Aus diesem wird der Staub mittels einer Förder einrichtung 18, die als pneumatisches Fördersystem dargestellt ist, Einblasdüsen 19 zugeführt, die den Flugstaub in die Schmelzkammern 1 bzw. 2 einblasen bzw. einrieseln. Die Einblasdüsen 19 sind so ausge richtet, daß die Flugasche vorzugsweise an den Wänden der Schmelzkammer erschmilzt und an diesen in Richtung auf den Schlackeauslauf herunterläuft. Andere Förder einrichtungen sind denkbar.

Zur NO_x-Reduzierung sind oberhalb der obersten Ebene der Brenner 8 Oberluft-Düsen 20 angeordnet, denen über eine Zweigleitung 12d vorgewärmte Luft zugeführt wird.

Zwischen Luvo 11 und Elektrofilter 15 wird mittels eines Kanals 21 Rauchgas aus dem Rauchgaskanal 14 abgezogen und einem Staubabscheider 22, z. B. einem Zyklon, zugeführt. Das so gereinigte Rauchgas wird über ein Gebläse 23 zur Zweigleitung 12b geführt, dort gemischt und somit über die Brenner 8 in den Feuerraum 6 rezirkuliert.

Wie bereits erwähnt, ist es möglich, das Rauchgas auch in die Leitung 12d und zu gesonderten Rauchgasdüsen im Feuerraum 6 zu rezirku lieren, wie dies aus der DE-OS 28 55 766 bekannt ist.

Falls die Art des eingesetzten Brennstoffes es erfor derlich macht, daß eine Nachverbrennung des in die Schmelzkammer eingeführten Brennstoffes in dem Feuerraum 6 notwendig ist, kann man ein entsprechendes Mehr an Verbrennungsluft den Brennern 8 zuführen oder aber - wie in der Fig. 3 punktiert angedeutet - gesonderte Unterluftdüsen 24 vorsehen, die über eine Zweigleitung 12e mit Luft beaufschlagt werden.

Während in der Fig. 3 die Brenner im Strahlraum 6 alle als Seitenbrenner dargestellt sind, ist es möglich, alle oder einen Teil der Brenner, z. B. die beiden oberen Ebenen, durch Eckenbrenner zu ersetzen, um eine bessere Durchmischung der Rauchgase im Strahl- Feuerraum 6 zu erreichen.

Weiterhin ist in der Fig. 3 strichpunktiert darge stellt, daß für die Rauchgasrezirkulation auch Rauchgase benutzt werden können, die bereits den Staubabscheider 15 durchlaufen haben.

Die entstaubten und nicht rezirkulierten Rauchgase können einer weiteren Schadstoffbehandlung (Rauchgas entschwefelung) unterzogen werden, ehe sie über einen nicht gezeigten Kamin in die Atmosphäre entlassen werden.

Claims

1. Verfahren zur Verbrennung von staubförmigem Brennstoff, bei dem

- Brennstoff und Verbrennungsluft in eine Schmelzkammer ein geblasen und dort bei Temperaturen verbrannt werden, bei denen die vorhandene Asche weitgehend eingeschmolzen wird,
- die Rauchgase mit dem Rest der Asche aus der Schmelzkammer direkt in den Feuerraum einer Trockenfeuerung eingeführt werden,
- Brennstoff und Verbrennungsluft in den Feuerraum der Trockenfeuerung eingeführt und bei Temperaturen unter der Schmelztemperatur der Asche verbrannt werden,
- aus den vermischten Rauchgasen der Schmelz- und der Trockenfeuerung im wesentlichen aller Staub abgeschieden und zum Einschmelzen in die Schmelzkammer zurückgeführt wird,

dadurch gekennzeichnet,

- daß der Trockenfeuerung Brennstoff mit Trägergas einerseits und Verbrennungsluft andererseits in mindestens zwei Feuer raum-Ebenen zugeführt werden und
- daß der Trockenfeuerung insgesamt Brennstoff und Verbren nungsluft für weniger als 50% der Gesamtleistung der Feue rung zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der staubförmige Brennstoff in die Schmelzfeuerung und/oder die Trockenfeuerung über Brenner eingeblasen wird, die für eine geringe NO_x-Erzeugung ausgelegt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockenfeuerung der Brennstoff mit Trägergasen unter schiedlichen Sauerstoffgehalts zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß Rauchgase entweder allein oder als Gemisch mit Luft in die Trockenfeuerung rezirkuliert werden.

5. Dampferzeuger zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Schmelzfeuerung mit wenigstens einer Schmelzkammer (1; 2) mit mehreren Brennern (3) und einem Strahlraum (6), mit einer im Strahlraum (6) der Schmelzfeue rung (1; 2; 6) angeordneten Trockenfeuerung mit mehreren Bren nern (8) und mit einem der Trockenfeuerung über einen Rauch gaskanal (14) nachgeschalteten Staubabscheider (15), dessen Staubaustrag über eine Fördereinrichtung (18) mit der Schmelz kammer (1; 2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzfeuerung für mindestens 50% und die Trockenfeuerung für höchstens 50% der Gesamtleistung der Feuerung ausgelegt sind und daß die Zufuhr von Brennstoff mit Trägergas einer seits und von Verbrennungsluft andererseits über mindestens zwei Ebenen von Brennern (8) vorgesehen ist.

6. Dampferzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner (3) der Schmelzfeuerung (1; 2; 6) als Decken brenner ausgebildet sind.

7. Dampferzeuger nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß oberhalb der Brenner (8) der Trockenfeuerung Oberluftdüsen (20) angeordnet sind.

8. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Brenner (8) der Trockenfeue rung Unterluftdüsen (24) angeordnet sind.

9. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (21; 23) zur Rauchgasrezir kulation in die Trockenfeuerung vorgesehen sind und das Rauch gas vor oder nach einem Staubscheider (15) aus einem von der Feuerung (1; 2; 6) fortführenden Rauchgaskanal (14) abgezogen wird.

10. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlraum (6) der wenigstens einen Schmelzkammer (1; 2) über einen Fangrost (7) nachgeschaltet ist.