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Verfahren und Vorrichtung zum Fluidisieren und
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, daß bei Wirbelschicht-Feuerungsanlagen
mit Verbrennungsluftvorwärmung in mindestens der untersten Ebene unvorgewärmte Verbrennungsluft
aufgegeben wird.
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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.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß
in dem Bereich unterhalb der obersten Ebene Wärmetauscherflächen angeordnet sind.
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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.
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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.
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Anhand der in der Figur schematisch dargestellten Wirbelschicht-Feuerung
mit einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung soll dle
Erfindung nachfolgend beispielhaft näher beschrieben werden.
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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.
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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.