DE3517992C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelbettreaktor­ anordnung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechen­ den Art.
Eine solche Wirbelbettreaktoranordnung ist aus der DE-PS 29 45 544 bekannt. Die beiden Reaktoren arbeiten mit sogenannten klassischen Wirbelschichten. In der Wirbel­ schicht wird das eingebrachte Material, welches aus Fest­ stoffpartikeln besteht, durch die durch den Rost eingebla­ sene Luft in eine Suspension überführt, in der eine be­ stimmte Suspensionsdichte herrscht. Die Suspensionsdichte ist ein Maß für die pro Volumeneinheit in der Suspension enthaltene aufgewirbelte Feststoffmenge. Bei der klassischen Wirbelschicht besteht ein Charakteristikum darin, daß die Suspensionsdichte in einem bestimmten Abstand oberhalb des Rostes einen ausgeprägten Abfall erleidet, d. h. die Wirbel­ schicht bzw. die Suspension besitzen eine deutlich erkenn­ bare obere Grenze. In den Bereich oberhalb dieser Grenze treten nur noch geringe Anteile an Feststoff über, die mit dem Gasstrom hochgerissen werden. Im übrigen aber verbleibt die Wirbelschicht und damit die in der Reaktorkammer befind­ liche Feststoffmenge im wesentlichen an Ort und Stelle. Damit einher geht eine gewisse Unflexibilität in der Steuerung, die die Verwendung solcher Wirbelbettreaktoren zur Verbren­ nung von Brennstoffen mit rasch wechselnden Eigenschaften wenig geeignet macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbren­ nungsverfahren der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das sich leicht an veränderliche Verbrennungsleistungen und hinsicht­ lich der Heizwerte unterschiedliche Brennstoffe anpassen läßt und bei dem die SO2- und NO x -Gehalte der entstehenden Rauchgase niedrig sind.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 wieder­ gegebene Erfindung gelöst.
Bei der Erfindung weisen beide Reaktoren ein zirkulie­ rendes Wirbelbett auf. Hierbei fehlt der charakteristische abrupte Abfall der Suspensionsdichte und werden durch ent­ sprechend stärkeres Blasen durch den Rost erhebliche Anteile der Feststoffmenge in obere bzw. stromabwärts gelegene Bereiche des Reaktors ausgetragen, wo Heizregister zu finden sein können, und anschließend in einem Abscheider von dem Abgas getrennt und dicht über den Rost wieder in den Reaktor eingeführt. Die Fest­ stoffmenge "zirkuliert" auf diesem Wege. Die Suspensionsdichte im stromabwärts gelegenen Bereich ist deutlich höher als bei dem klassischen Wirbelschichtverfahren. Hierdurch ist erreicht, daß die Leistung des Reaktors pro Volumeneinheit erheblich steigt. Für die Wärmeübertragung auf die in diesem Bereich angeordneten Heizregister ist nämlich die Suspensionsdichte maßgebend. Über die Steuerung der Suspensionsdichte sind der Wärmeentzug aus der zirkulierenden Feststoffmenge und damit die Temperaturen im Reaktor unmittelbar beeinflußbar, d. h. es ist möglich, daß thermische Verhalten eines Reaktors mit zirkulierender Wirbelschicht gewissermaßen me­ chanisch zu steuern, nämlich über die Beeinflussung der am Rost eingeblasenen Luft und der rückgeführten Feststoffmenge.
Diese Verhältnisse sind für einen einzelnen Wirbelschicht­ reaktor in der DE-PS 25 39 546 erläutert.
Die Temperaturen, bei denen die erfindungsgemäße Wir­ belbettreaktoranordnung arbeitet, sind im Hinblick auf die Schadstoffarmut der Kohleverbrennung von Bedeutung. Beson­ ders die niedrigere Temperatur im zweiten Wirbelbett trägt dazu bei, die thermische Bildung von NO x hinanzuhalten.
An der Erreichung dieses Ziels wirkt auch der Wärme­ tauscher in dem zweiten Reaktor mit, insofern er die den zweiten Reaktor verlassenden Partikel mitabkühlt und diese somit bei niedrigeren Temperaturen wieder eingespeist wer­ den, was dazu beiträgt, die Temperatur in dem zweiten Reaktor in Grenzen zu halten, wodurch auch die Bildung von NO x und auch SO2 zurückgedrängt wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung erläutert.
Bei der dargestellten Wirbelbettreaktoranordnung bilden der Rekator 1, der Zyklonabscheider 2 und das Rücklaufrohr 3 das erste Wirbelbettsystem 4 und der Reaktor 5, der Zyklon­ abscheider 6 und das Rücklaufrohr 7 das zweite Wirbelbett­ system 8. In den unteren Teil des Reaktors 1 wird durch einen Kanal 9 Kohle oberhalb eines Rostes 10 eingegeben, durch den die über den Kanal 11 zugeführte Primärluft eingeblasen wird. Von den durch einen Kanal 12 aus dem Oberteil des Reaktors 1 austretenden Gasen wird im Zyklonabscheider 2 Feststoff ge­ trennt, der in den unteren Teil des Reaktors 1 zurückgeführt wird. Die Gase werden über einen zweiten Kanal 13 dem Unter­ teil des Reaktors 5 des Wirbelbettsystems 8 zugeführt, der auch mit Sekundärluft durch einen Kanal 14 versorgt wird.
In den Reaktor 5 kann auch schwefelabsorbierendes Gut, wie zum Beispiel Kalk, oder die Bildung von NO x verminderndes Material, wie Ammoniak, durch einen Kanal 15 eingegeben werden. Im Reaktor 5 sind Kühlrohre 17 zur Wiedergewin­ nung von Wärme angeordnet. Die Abgase werden durch den Zyklonabscheider 6, in welchem dem Reaktor 5 wieder zuzuführender Feststoff ab­ getrennt wird, in den Konvektionsteil 16 geleitet, wo den Gasen durch Kühlrohre Wärme entzogen wird.
Um die Bildung von NO x zu vermindern, erfolgt die Ver­ brennung im ersten Reaktor 1 unter unterstöchiometrischen Bedingungen. Auch bei diesem Reaktor können in der Brenn­ kammer Kühlrohre vorgesehen sein.
Die Nachverbrennung wird im zweiten Reaktor 5 durchge­ führt. Durch die Technik des zirkulierenden Wirbelbettes wird eine hohe Schwefelabsorption ermöglicht. Bei Kohleverfeu­ erung beläuft sich die Temperatur des ersten Reaktors 1 auf 700 bis 1000°C und die des zweiten Reaktors 5 auf 600 bis 950°C.

Claims (1)

  1. Wirbelbettreaktoranordnung für Kohleverbrennung, mit einem ersten Reaktor mit einem unter reduzie­ renden Verhältnissen arbeitenden ersten Wirbelbettsystem, in welches die Kohle eingebbar ist,
    und mit einem zweiten Reaktor mit einem zweiten, unter oxydierenden Verhältnissen arbeitenden Wirbelbett­ system, in welches aus dem ersten Reaktor austretende Ab­ gase und gegebenenfalls Schwefel absorbierendes Material und/oder die Bildung von NO x vermindernde Mittel eingeb­ bar sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß beide Reaktoren (4, 8) ein zirkulierendes Wirbel­ bettsystem (1, 5) aufweisen und der erste Reaktor (4) bei Temperaturen von 700-1000°C, der zweite Reaktor (8) bei Temperaturen von 600-950°C arbeitet
    und daß mindestens in dem zweiten Reaktor (8) ein Wärmetauscher (17) angeordnet ist, in welchem die Abgase abgekühlt werden, bevor feste Partikel von ihnen abgeschie­ den werden.
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