DE3343480A1 - Verfahren und vorrichtung zum fluidisieren und gleichzeitigen kuehlen von wirbelschichtmaterial in einer wirbelschicht-feuerung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum fluidisieren und gleichzeitigen kuehlen von wirbelschichtmaterial in einer wirbelschicht-feuerung

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DE3343480A1
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fluidized bed
fluidised bed
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furnace
cooling
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DE19833343480
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English (en)
Inventor
Bernd Dipl.-Ing. 5276 Wiehl Morsbach
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Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Original Assignee
L&C Steinmueller GmbH
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/002Fluidised bed combustion apparatus for pulverulent solid fuel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Fluidisieren und
  • gleichzeitigen Kühlen von Wirbelschichtmaterial in einer Wirbelschicht-Feuerung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Fluidisieren und gleichzeitigen KUhlen von Wirbelschichtmaterial in einer Wirbelschicht.
  • Zur Verbrennung von vorzugsweise minderwertigen Brennstoffen werden heute Wirbelschicht-Feuerungen eingesetzt, die im Vergleich zu anderen Feuerungsanlagen den zusätzlichen Vorteil einer geringeren Umweltbelastung bieten. Eine Wirbelschicht wird erzeugt durch die Einblasung von Luft in körniges Wirbelschichtmaterial, wobei die Luftmenge so gewählt wird, daß sich eine Fluidisierung des Wirbelschichtmaterials einstellt.
  • Dabei kann der Brennstoff dieser derart ausgebildeten Wirbelschicht mit Aggregaten verschiedener Ausführungsformen zugeführt werden. Bei Betrieb der Wirbelschicht ist es im allgemeinen erforderlich, einen Abzug von Wirbelschichtmaterial vorzunehmen, um eine Anpassung der Feuerungsleistung an die jeweilige Lastanforderung durch Heben oder Senken der Wirbelschichthöhe zu erreichen, andererseits um die in der Wirbelschicht anfallende Brennstoffasche abzuziehen. Ein weiterer Grund kann auch darin bestehen, das Wirbelschichtmaterial kontinuierlich oder auch diskontinuierlich auszutauschen. Bei der Austragung dieses Wirbelschichtmaterials, das im allgemeinen eine Temperatur zwischen 7500 C und 9500 C aufweist, besteht die Notwendigkeit, das Material zu kühlen, um die Austragungseinrichtungen und die nachfolgenden Förderorgane, wie Zellrad, Förderschnecke, Förderleitungen oder Becherwerke, bei für diese Apparaturen üblichen Temperaturen betreiben zu können. Stand der Technik ist dabei eine Austragung des Wirbelschichtmaterials seitlich oder nach unten aus dem abgeschlossenen Feuerungsraum und eine Kühlung durch Beaufschlagung einer extern des Feuerungsraumes angeordneten Kühlvorrichtung.
  • Nachteil dabei ist, daß die in dem abgezogenen Wirbelbettmaterial enthaltene Wärmeenergie im allgemeinen nicht in Nutzwärmeleistung umgesetzt werden kann. In den Fällen, in denen die Kühlvorrichtung als Wärmetauscher ausgeführt ist, besteht die Gefahr von Anbackungen und Verklebungen der Wärmetauscherflächen, so daß mit zunehmender Betriebsdauer ein ausreichender Wärmeübergang und ein zufriedenstellender Materialfluß durch die Kühlvorrichtung nicht mehr gewährleistet ist. Im allgemeinen sind die extern angeordneten Kühlvorrichtungen unterhalb des Kessels vorgesehen, so daß sich erhebliche Bauhöhen der Gesamtanlage ergeben. Dies wirkt sich insbesondere bei der Umrüstung von Altanlagen und bei druckbetriebenen Anlagen als kostenintensiver Faktor aus.
  • Ein weiterer Nachteil ist auch, daß die bei schnellen Lastabsenkungen aus der Wirbelschicht abzuziehende Menge von Wirbelschichtmaterial gegenüber der in stationärem Betrieb abzuziehenden Menge unverhältnismäßig groß ist.
  • Deshalb sind Kühlvorrichtungen von Anlagen mit größeren zulässigen Lastabsenkungsgeschwindigkeiten in ihrer Kühlleistung entsprechend dem relativ seltenen Betriebsfall der Lastabsenkung mit maximaler Lastabsenkungsgeschwindigkeit auszulegen. Dies führt bei den bekannten Kühlvorrichtungen dazu, daß eine unverhältnismäßig hohe Kühlleistung zur Verfügung gestellt werden muß.
  • Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fluidisieren und gleichzeitigen Kühlen von Wirbelschichtmaterial in einer Wirbelschicht-Feuerung zu entwickeln, so daß bei gleichzeitiger Ausnutzung des in dem Wirbelschichtmaterial enthaltenen Wärmeinhaltes eine ausreichende Kühlung hinsichtlich der thermischen Belastung der Austragungsorgane in allen Betriebsfällen gewährleistet ist mit einem einfachen konstruktiven und kompakten Aufbau.
  • Die aus der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe zu ziehende Lehre besteht darin, daß die Verbrennungsluft für die Wirbelschicht-Feuerung in mindestens zwei übereinanderliegenden und unterhalb der fluidisierten und befeuerten Wirbelschicht befindlichen Ebenen in den mit Wirbelschichtmaterial gefüllten Feuerungsraum eingebracht wird, wobei die in der obersten Ebene eingebrachte Verbrennungsluft als Fluidisierungsmedium für die Wirbelschicht und die in den unteren Ebenen zugeführte Verbrennungsluft als KUhlmedium für das im Gegenstrom zu dieser fließende, durch die oberste Ebene aus der Wirbelschicht ausgetretene, abzuziehende Wirbelschichtmaterial dient und dabei derart eingestellt wird, daß sich in dem Bereich unterhalb der obersten Ebene ein Festbett ausbildet.
  • Weiterhin wird vorgeschlagen, daß bei Wirbelschicht-Feuerungsanlagen mit Verbrennungsluftvorwärmung in mindestens der untersten Ebene unvorgewärmte Verbrennungsluft aufgegeben wird.
  • Als Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens lehrt die Erfindung, daß zur Einbringung des Kühl- und Fluidisierungsmediums in einer oder in mehreren übereinanderliegenden Ebenen im Bereich unterhalb der fluidisierten Wirbelschicht horizontale Verteilungsrohre mit daran angeschlossenen, senkrecht stehenden Düsenrohren angeordnet sind, wobei die Düsenrohre in mindestens zwei verschiedenen Höhen horizontal gerichtete Austrittsöffnungen aufweisen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in dem Bereich unterhalb der obersten Ebene Wärmetauscherflächen angeordnet sind.
  • Ein mit der Erfindung erreichter Vorteil besteht darin, daß durch den Einsatz der Verbrennungsluft als Kühlmedium eine Ausnutzung des Wärmeinhaltes des abzuziehenden Wirbelschichtmaterials erreicht wird. Gleichzeitig ist dabei, wie Versuche gezeigt haben, eine ausreichende Kühlung des Materials sichergestellt, so daß hohe thermische Beanspruchungen der Abzugseinrichtungen vermieden werden. Dies ist auch bei schnellen Lastabsenkungen und dem damit verbundenen Abzug großer Mengen von Wirbelschichtmaterial der Fall, da das aus der fluidisierten Wirbelschicht abzuziehende Wirbelschichtmaterial in den Kühlbereich zwischen den Verbrennungsluft-Einblaseebenen heiß eingelagert und über den zwischen zwei größeren Lastabsenkungen naturgemäß zur Verfügung stehenden längeren Zeitraum abgekühlt werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil, der mit dem Verfahren nach der Erfindung erzielt wird, ist darin zu sehen, daß es keiner außerhalb des Feuerungsraumes anzuordnenden separaten Kühleinrichtung bedarf, so daß insbesondere die Bauhöhe der Verbrennungsanlage reduziert werden kann. Dies wirkt sich in erhöhtem Maße auf die Investitionskosten bei unter Druck betriebenen Wirbelschicht-Feuerungen aus, da hierbei die für eine separat angeordnete Kühlvorrichtung notwendige Druckummantelung entfällt. Auch wird durch das einfache Verfahren nach der Erfindung die Gefahr von Verstopfungen bei der Austragung vermieden, wie sie von den bekannten Kühlorganen, die als Wärmetauscher ausgeführt sind, her bekannt ist.
  • Anhand der in der Figur schematisch dargestellten Wirbelschicht-Feuerung mit einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung soll dle Erfindung nachfolgend beispielhaft näher beschrieben werden.
  • Die Figur zeigt eine Wirbelschicht-Feuerung mit erfindungsgemäßer Kühlvorrichtung, die in dem nach oben offenen Behältnis 1 angeordnet sind. Die Anordnung untergliedert sich in den Feuerungsraum 8, den Kühlbereich 9 und den Austragungsbereich 10 der Wirbelschicht-Feuerung. Der Brennstoff wird über die Eintragsvorrichtung 2 dem fluidisierten Wirbelschichtmaterial im Feuerungsraum 8 zugeführt. Die Wärmeabfuhr aus der Wirbelschicht erfolgt durch den Wärmetauscher 3. Die Verbrennungsluft wird extern des Behältnisses 1 den horizontalen Verteilungsrohren 4 zugeführt. An diese sind über die Grundfläche der Wirbelschicht verteilt Düsenrohre 5 angeschlossen. Die Düsenrohre 5 besitzen in zwei verschiedenen Höhen Luftaustrittsöffnungen 6 und 7, wobei die Qffnungen 6 die untere Luftaustrittsebene und die Qffnungen 7 die obere Ebene bilden. Die durch die obere Luftaustrittsebene eingebrachte Verbrennungsluft dient zur Fluidisierung des Wirbelschichtmaterials im Feuerungsraum 8 und die durch die untere Luftaustrittsebene eingebrachte Verbrennungsluft zunächst zur Kühlung des abzuziehenden Wirbelschichtmaterials im Kühlbereich 9 zwischen der oberen und unteren Luftaustrittsebene. Die Luftaustrittsöffnungen 6 und 7 sind konstruktiv so ausgebildet, daß im Bereich 9 keine Fluidisierung des Wirbelschichtmaterials stattfinden kann. Nach Durchströmen des Kühlbereiches 9 ist die in der unteren Ebene eingebrachte Verbrennungsluft aufgeheizt, vereinigt sich anschließend mit der in der oberen Ebene eingebrachten Verbrennungsluft und tritt in den Feuerungsraum 8 ein.
  • Das aus dem Kühlbereich 9 nach unten austretende Wirbelschichtmaterial tritt abgekühlt in den Austragungsbereich 10 ein und wird anschließend über ein nachgeschaltetes Zellrad 11 dosiert abgegeben. Das zur Realisierung einer schnellen Last abs enkung der Feuerungsanlage aus dem Bereich 8 der Wirbelschicht-Feuerung abzuziehende Wirbelschichtmaterial kann heiß in den Kühlbereich 9 eingelagert und nachfolgend langsam abgekühlt werden.

Claims (4)

  1. Patentansprüche '1.Verfahren zum Fluidisieren von Wirbelschichtmaterial in einer Wirbelschicht-Feuerung und gleichzeitigem Kühlen des aus der Wirbelschicht-Feuerung abzuziehenden Wirbelschichtmaterials, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Verbrennungsluft für die Wirbelschicht-Feuerung in mindestens zwei Ubereinanderliegenden und unterhalb der fluidisierten und befeuerten Wirbelschicht befindlichen Ebenen in den mit Wirbelschichtmaterial gefüllten Feuerungsraum eingebracht wird, wobei die in der obersten Ebene eingebrachte Verbrennungsluft als Fluidisierungsmedium für die Wirbelschicht und die in den unteren Ebenen zugeführte Verbrennungsluft als Kühlmedium für das im Gegenstrom zu dieser fließende, durch die oberste Ebene aus der Wirbelschicht ausgetretene, abzuziehende Wirbelschichtmaterial dient und dabei derart eingestellt wird, daß sich in dem Bereich unterhalb der obersten Ebene ein Festbett ausbildet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß bei Wirbelschicht-Feuerungsanlagen mit Verbrennungsluftvorwärmung in mindestens der untersten Ebene unvorgewärmte Verbrennungsluft aufgegeben wird.
  3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß zur Einbringung des Rühl- und Fluidisierungsmediums in einer oder in mehreren Ubereinanderliegenden Ebenen im Bereich unterhalb der fluidisierten Wirbelschicht horizontale Verteilungsrohre mit daran angeschlossenen, senkrecht stehenden Düsenrohren angeordnet sind, wobei die Düsenrohre in mindestens zwei verschiedenen Höhen horizontal gerichtete Austrittsöffnungen aufweisen.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß in dem Bereich unterhalb der obersten Ebene Wärmetauscherflächen angeordnet sind.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3527825A1 (de) * 1985-08-02 1987-02-05 Hoelter Heinz Wirbelschichtfeuerungsanlage mit offenem anstroemboden
DE3706371A1 (de) * 1987-02-27 1988-09-08 Steinmueller Gmbh L & C Vorrichtung zum einduesen eines gasfoermigen mediums fuer einen wirbelschichtprozess
WO1999030080A1 (en) * 1997-11-24 1999-06-17 Abb Ab Fluidized bed combustion plant
EP0607601B2 (de) 1993-01-20 2000-07-26 Metallgesellschaft Aktiengesellschaft Wirbelschichtreaktor mit Düsenrost

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