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Feuerungsanlage
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Die Erfindung betrifft eine Feuerungsanlage zur Verbrennung von Rohbraunkohle
bzw. Braunkohlenstaub mit mehreren über einen Verbrennungsraum verteilt anqeordneten
Brennern, insbesondere Niedrigtemperaturbrennern, und diesen zuqeordneten Kühlflächen
sowie Einrichtunqen zum Kühlen des Rauchgases, zum Entfernen von Aschebestandteilen
daraus und zum Rückführen einer Teilmenge des Rauchgases in den Verbrennungsraum
sowie ggf. Enrichtungen zum Zuführen von schwefeleinbindenden Substanzen zum Brennstoff
bzw. zum Verbrennungsraum.
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Feuerungsanlagen der genannten Art sind bei Kohlekraftwerken bekannt.
So ist es z. B. üblich, im Verbrennungsraum eines Hochleistungsdampfkessels mehrere
Brenner über mehrere Ebenen verteilt anzuordnen. Diese Brenner werden jeweils in
einer bestimmten Wirkungsrichtung so anqeordnet, daß die Flamme möglichst den gesamten
Verbennungsraum gleichmäßig und verlustfrei überstreicht. Die bekannte Feuerungstechnik
hat sich in der letzten Zeit zu den sogenannten Niedrigtemperaturbrennern hin entwickelt,
weil man erkannt hat, daß durch zu hohe Flammentemperaturen die
Bildung
von Stickstoffoxiden begünstiqt wird. Von derartigen Niedrigtemperaturbrennern gibt
es bereits mehrere unterschiedliche Konstruktionen, die alle mehr oder weniger darauf
gerichtet sind, den zugeführten Brennstoff und die Verbrennungsluft so zu führen,
daß die Flamme vorqegebene Temperaturwerte nicht überschreitet. Die Grenzwerte für
die Flammentemperatur liegen beispielsweise bei ungefähr 900" C. Oberhalb dieser
Temperatur setzt die Bildung von NOx-Emissionen verstärkt ein.
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Zur Verbesserung der Wirkungsweise von derartiqen Niedriqtemperaturbrennern
sieht man vor, diesen Brennern möglichst große Kühlflächen zuzuordnen, welche von
der Flamme überstrichen werden und so den Wärmeübergang von der Flamme auf das Medium
des Wärmeträgers, beispielsweise Dampf, bewirken. Zur Erzielung von möglichst niedrigen
Flammentemperaturen am Brenner ist man auch dazu übergegangen, eine Teilmenge des
entstehenden Rauchgases nach der Ausnutzuny der darin enthaltenen fühlbaren Wärme
in die Verbrennung zurückzuführen. Ein derart zurückgeführtes Rauchgas wird als
Kaltgas bezeichnet. Da insbesondere bei Niedriqtemperaturbrennern nicht immer eine
vollständiqe Ausnutzung des Brennstoffes gewährleistet ist, sondern der Anteil von
unverbrannten Bestandteilen in der Asche relativ groß sein kann, ist man auch dazu
überqegangen, zumindest die groben Bestandteile aus der vom Rauchgas mitgeführten
Asche
abzutennen und ebenfalls in die Verbrennung zurückzuführen, um auf diese Weise den
Brennstoff-Wirkungsgrad zu erhöhen.
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Die bekannten Maßnahmen des Rückführens von Teilmenqen des Rauchgases
sowie von Bestandteilen der Asche zur Verbrennung hat eine spürbare Absenkung der
Verbrennungstemperatur zur Folge und wirkt auf diese Weise dem Entstehen von NOx-Emissionen
entgegen. Die Maßnahmen sind jedoch nicht unproblematisch und bleiben daher meistens
auf den Einsatz eines zündfreudigen Brennstoffes beschränkt. Ein derartiger Brennstoff
ist beispielsweise Braunkohle, die einen hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen
aufweist und damit sehr reaktions- und somit zündfreudig ist.
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Neben der Verminderung der NOx-Emissionen qilt es gleichfalls bei
Verbrennungsanlagen den Anteil der SO2-Emissionen zu verringern. Das geschieht üblicherweise
durch die Zufuhr von schwefeleinbindenden Substanzen zum Brennstoff entweder dadurch,
daß man diese Substanzen dem Brennstoff vor der Verbrennung oder während der Verbrennung
zuführt oder durch Zuführen von schwefeleinbindenden Substanzen zum Rauchgas im
Temperaturbereich von bevorzugt 800 - 900" C. Das Zuführenzum Brennstoff oder zur
Flamme dieser Substanzen, beispielsweise von Kalk, führt jedoch dazu, daß die
Zündfähigkeit
des Brennstoffes herabgesetzt wird. Zum Ausgleich wird die Flammentemperatur erhöht.
Dies hat dann wiederum die bereits erwähnten Nachteile zur Folqe.
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Aus diesen Erkenntnissen ergibt sich die Aufqabe für die Erfindung,
eine Feuerungsanlage mit den einleitend angeführten Merkmalen zu erstellen, welche
bei gleichzeitiger verminderter SO2-Emission es auch ermöglicht, die NOx-Emission
zu verringern.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das zurückgeführte
Rauchgas in Zweigströme aufqeteilt ist, von denen einer mit dem Brennstoff und gegebenenfalls
mit schwefeleinbindenden Substanzenbeaufschlagt den im Verbrennungsraum angeordneten
Brennern und ein anderer mit den zurückzuführenden Aschebestandteilen beaufschlagt
dem Verbrennungsraum und ein dritter qeqebenenfalls mit schwefeleinbindenden Substanzen
beaufschlagt ebenfalls dem Verbrennungsraumzugeführt wird. Mit Hilfe der vorqeschlagenen
Maßnahme wird zunächst einmal die Menge des zurückzuführenden kalten Rauchqases
in mehrere Zweiqströme aufgeteilt. Einer dieser Zweigströme wird dazu benutzt, den
Brennstoff zum Brenner zu transportieren. Ein weiterer Zweigstrom des kalten Rauchgases
wird schließlich mit den zurückzuführenden Aschebestandteilen beaufsclagt und dem
Verbrennungsraum zugeführt. Diese Zufuhr zum Verbrennungsraum
kann
auch über einen oder mehrere der vorgesehenen Brenner erfolgen, sofern die jeweils
vorliegenden Konstruktionen eine solche Maßnahme ohne Störunq der Betriebsweise
der Brenner ermöglichen. Ein letzter Teilstrom des zurückzuführenden Kaltgases kann
schließlich über die Brenner verteilt oder dem Verbrennungsraum direkt zugeführt
werden.
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Eine derartige Zuführung wird als gestufte Zuführung bezeichnet, wobei
man einer Zufuhr in den Verbrennungsraum, sofern sie nicht über den Brenner selbst
erfolgt, länqs des Ausbrennweges der Flammen den Vorzug gibt.
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Durch die entsprechende Aufteilung der Zweigströme der rückgeführten
kalten Rauchgasmenge kann man auf diese recht einfache Weise erreichen, daß die
Flammentemperatur am Brenner und im Verbrennungsraum Werte erreicht, die zwischen
850 und 9000 C liegen. Mit Hilfe der Zweigströme ist es auf diese recht einfache
Weise möglich, eine stabile kalte Verbrennung zu erzielen und dabei die NOx-Bildung
so gering wie möglich zu halten. Jedenfalls können mit dieser Maßnahme die geltenden,
strengen Vorschriften für die Reinhaltung der Luft ohne zusätzlichen Aufwand weitgehend
eingehalten werden. Durch die Zugabe von schwefeleinbindenden Substanzen zum Brennstoff
oder zum Verbrennungsraum wird außerdem die SO2-Bildung stark verringert.
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Bei der erfindunqsgemäßen Feuerungsanlaqe werden die Teilströme an
kaltem Rauchgas gezielt dorthin geführt, wo sie dafür sorgen können, daß die Verbrennungstemperatur
eine bestimmte Höhe nicht überschreitet. So ist es beispielsweise möglich, einem
der vorgesehenen Brennern neben Brennstoff und Luft ausschließlich kaltes Rauchgas
zuzuführen. Bei der Zugabe des Kaltqases durch den Brenner wird durch qeeignete
Mittel, beispielsweise Drall oder unterschiedl iche Strömungsgeschwindigkeiten von
Verbrennungsluft und Kaltgas eine so gute Durchmischung des Flammenkernes mit Kaltgas
erreicht, daß sowohl eine gute Verbrennung des Brennstoffes mit der Verbrennunqsluft
stattfindet als auch gleichzeitig die Flammentemperatur unterhalb von Werten zwischen
900" und 1000" C, d. h. niedrig bleibt.
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Einem anderen Brenner kann demgegenüber neben dem Brennstoff und der
Verbrennungsluft kaltes Rauchgas zugeführt werden, welches mit Aschebestandteilen
beaufschlagt ist.
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Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Aschebestandteile
von einer bestimmten Korngröße ab mit dem kalten Rauchgasstrom zurückzuführen, da
der Ausbrennungsgrad von feineren Aschebestandteilen meistens ausreichend groß ist,
so daß ihre Rückführung nicht mehr lohnt. Auch hier sind Unterschiede bezüglich
des eingesetzten Brennstoffs möglich, so daß man bei der Verbrennung von Rohbraunkohle
vorzuqsweise eine etwas größere Kornfraktion der rückqeführten
Aschebestandteile
vorsieht als beispielsweise bei der Verbrennung von Braunkohlenstaub. Der besondere
Voreil in der Rückführung von Aschebestandteilen wird darin gesehen, daß eventuell
nicht ausreichend verbrannter Brennstoff vollständig ausbrennt oder noch reaktionsfähige
Ca-Anteile mit dem SO2 bei der Verbrennung reagieren können.
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Insbesondere richtet sich die Menge des zurückzuführenden Kaltgases
sowohl nach der Art des in der Feuerungsanlage verbrannten Brennstoffes als auch
nach dessen jeweiligem Heizwert. Zur Erreichung einer möglichst niedrigen Flammentemperatur
wird beispielsweise bei einem hohen Heizwert des Brennstoffes mehr Kaltgas zurückgeführt
als bei einem Brennstoff, dessen Heizwert gering ist. Als Anhaltswert gilt, daß
für die Einhaltung einer Flammentempratur zwischen 850 und 900" C bei Verbrennen
von Braunkohlenstaub eine Kaltgasmenqe von 30 bis 60 % der bei der Verbrennung erzeugten
Rauchgasmege in die Verbrennung zurückqeführt wird. Die Größe der zurückgeführten
Teilmenge an Kaltgs richtet sich auch nach deren Temperatur. Die Kaltgastemperatur
am Ausgang des Kessels, d. h. nach erfolgter vernünftiger wirtschaftlicher Ausnutzung
der im Rauchgas enthaltenen fühlbaren Wärme, liegt in der Größenordnunq von etwa
150 C.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen können vorteilhaft noch
dadurch gefördert werden, daß die Verbrennungsluft der Feuerung, wie an sich bekannt,
gestuft zugeführt wird. Darunter fällt, daß ein Teil der zur Verbrennung benötigten
Luft direkt dem Brenner zugeführt wird und ein weiterer Teil der Luft in der Umgebung
des Brenners oder auch in die innerhalb des Verbrennungsraumes vorhandene Flammenfront
eingeführt wird. Im übrigen qilt für die qestufte Luftzufuhr das bereits für die
Zufuhr des rückgeführten Rauchqases Gesagte, wobei allerdings davon auszugehen ist,
daß dem Brenner stets sowohl Brennstoff als auch Frischluft in der benötigten Menge
zugeführt werden müssen. Demqegenüber kann die Zufuhr von Kaltgas auf solche Weise
erfolgen, d. h. entweder direkt durch den Brenner oder in den Verbrennungsraum hinein,
wie es zur Erzielung einer niedrigen Flammentemperatur erforderlich ist.
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Als eine weitere vorteilhafte Maßnahme gemäß der Erfindung können
die jeweils von den Brennern beaufschlagten Kühlflächen in Abhängigkeit von der
Anzahl und Anordnung der Brenner im Verbrennungsraum festgelegt werden. -Als besonders
vorteilhaft in dieser Hinsicht hat sich die Anordnung von mehreren Kühlflächen im
Verbrennungsraum erwiesen im Vergleich zur Anordnung von Kühlflächen in bekannten
Feuerungsanlagen. Damit wird vorgechlagen, die erfindunqsgemäße Maßnahme der Rück-
und Wiedereinführung des Kaltgases
in die Verbrennung durch eine
entsprechende Wahl und Anordnung der Rühlflächen so zu unterstützen, daß die erforderlichen
Flammentemperaturen mit Sicherheit eingehalten werden können.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnunq näher beschrieben,
in welcher als Ausführungsbeispiel eine Feuerungsanlage gemäß der Erfindung im Schema
dargestellt ist.
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Die erfindungsgemäße Feuerungsanlage weist einen Verbrennungsraum
1 auf, der beispielsweise dem Feuerungsteil eines Dampfkessels entspricht. Dem Verbrennunqsraum
1 sind mehrere Brenner 2 zugeordnet, die ihrerseits Zuführungen 16 und 17 für den
in einem Behälter bevorrateten Brennstoff 11 und für die über ein Gebläse 10 herangeführte
Verbrennungsluft aufweisen. Daneben hat der Brenner 2 noch einen Anschluß 18 für
den über eine Leitung 15 herangeführten Zweigstrom an Kaltgas. Von einer anderen
Zweigleitung 14 für einen Teilstrom des Kaltgases weichen Abzweigungen 19 und 20
zum Brenner 2 bzw. zum Verbrennungsraum 1 ab. Bei diesen Abzweigungen 19 und 20
wird unterstellt, daß sie über Ventile (nicht dargestellt) nach Bedarf ab- und zugeschaltet
werden können.
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Die von dem Brenner 2 erzeugte Flammenfront beaufschlaqt zunächst
die Kühlflächen 3, wodurch das für den Wärmetransport jeweils vorgesehene Medium,
beispielsweise Wasser oder Thermalöl, im Bereich der Kühlflächen 3 erwärmt wird.
Die bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase verlassen die Brennkammer 1 über
einen Kanal 21 und durchströmen einen Wärmetauscher 4 zur Abgabe der in den Rauchgasen
enthaltenen fühlbaren Wärme. Dabei kühlen sich die Rauchgase bis auf Temperaturen
in der Größenordnung von 1500 C ab. Das den Wärmetauscher 4 verlassende Gas wird
als Raltgas bezeichnet, das einem Abscheider 5 zugeleitet wird, den es über Kopf
verläßt, um in einem Rauchgasentstauber 6 entstaubt und über einen Rauchgasventilator
7 über den Kamin 8 ausgetragen zu werden, soweit es nicht zurückgeführt wird.
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Die in dem Abscheider 5 aus dem Kaltgas abqeschiedenen Aschebestandteile
werden über eine Leitunq 12 mit zugehörigem Dosierorgan 23 der Zweigleitung 14 für
das rückqeführte Kaltgas zugeführt. Zwischen dem Abscheider 5 und dem Elektrofilter
6 ist eine Abzweigung für die Rückführunq des kalten Rauchgases vorgesehen, in der
ein Gebläse 9 angeordnet ist. Dieses Gebläse 9 entnimmt jeweils soviel Kaltqas,
wie zur Rückführunq in den Benner 2 erforderlich ist. Diese Menge richtet sich im
wesentlichen nach der Art und dem Heizwert des Brennstoffs 11.
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Hinter dem Gebläse 9 verteilt sich der rückgeführte Kaltgasstrom auf
die Zweigleitungen 12, 13 und 14, die sämtlich in die Feuerungsanlage zurückgeführt
werden.
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Hierbei wird der Zweigstrom 13 des Kaltqases dazu benutzt, den Brennstoff
11 über den Zweiganschluß 16 in den Brenner 2 zu fördern. Der in der Zweiqleitunq
14 geführte Kaltgasstrom wird dazu benutzt, die im Abscheider 5 ausgeschiedenen
und über die Leitung 12 herangeführten Aschebestandteile in die Verbrennung zurückzuführen.
Die Zweigleitung 15 für das Kaltgas dient ausschließlich der feindosierten Zuführung
von Kaltgas, womit dem jeweiligen Brenner 2 jeweils eine solche Menge an Kaltgas
zugeführt werden kann, wie bei Vorliegen der übriqen an der Verbrennung teilnehmenden
Komponenten, nämlich dem Brennstoff 11, der Verbrennungsluft 17 und gqf. den Aschebestandteilen
12 erforderlich ist, um die Flammentemperatur im Verbrennungsraum 1 innerhalb der
geforderten Betriebswerte zwischen 850 und 900" C zu halten. Die dosierte Zugabe
des Brennstoffes 11 erfolgt über ein übliches Dosierorgan, beispielsweise Ventil
22. Die dosierte Zugabe der Aschebestandteile 12 erfolgt ebenfalls über ein übliches
Dosierorgan 23.
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Wie dargelegt, können ein Teil der Aschebestandteile über den Anschluß
19 direkt in den Brenner 2 und ein anderer Teil der Aschebestandteile über die Anschlüsse
20 direkt in
den Verbrennungsaum 1 eingespeist werden. Dabei ist
vorgesehen, daß nicht jeder Brenner 2 der dem Verbrennungsraum 1 insgesamt zugeordneten
Brenner 2 gleichzeitia mit allen an der Verbrennung teilnehmenden Bestandteilen
17, 11 und 12 beschickt wird. Vielmehr richtet sich diese Beschikkung danach, daß
über die gesamte Erstreckung des Feuerungsraumes hinweg möglichst die Flammentemperatur
unterhalb von 900" C qehalten werden kann, womit schließlich gewahrleistet ist,
daß bei ausreichender Einbindung des Schwefels die zulässigen NOx-Emissionswerte
eingehalten werden.
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