DE3523436A1 - Verfahren zur verbrennung von kohlenstaub unter zufuehrung von luft mit einem kohlenstaubbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des vorstehenden Anspruchs 1 genannten Art.

Aus der DE-OS 31 10 186 ist ein solches Verfahren bekannt, bei dem der Kohlenstaub unter Zuführung von Verbren­ nungsluft mit einer vorgegebenen Menge an Abgas vermischt wird und in einer Reaktionszone, die in der ersten Verbrennungsstufe gebildet wird, Luft in einer vorgege­ benen Menge der zur Verbrennung notwendigen Luft zuge­ führt wird.

Durch die Zumischung von Abgas wird erreicht, daß der Kohlenstaub langsam bei niedriger Temperatur mit geringem Anteil an O₂ verbrennt und die bei der Verbren­ nung entstehenden unverbrannten Komponenten NH₃, HCN und CO und Kohlenwasserstoffe, die Zwischenprodukte aktivieren, die zur Denitrations-Reaktion geeignet sind, in großen Mengen gebildet werden, über eine längeren Zeitraum unverbrannt vorhanden sind und an dem Abbau des gebildeten NO wirksam beteiligt sind. Dabei wird Kohle, die in großer Menge als unverbrannte Komponente in der ersten Reaktionszone niedriger Tempe­ ratur vorliegt, in der zweiten Reaktionszone verbrannt.

Bei dem bekannten Verfahren kommt es noch zur einer erheblichen Bildung von Stickoxiden in der ersten Reaktionszone, da der Kohlenstaub bereits in der ersten Zone gezündet sein muß, d.h., die erste Reaktions­ zone ist eine Flammenzone.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verbrennung von Kohlenstaub in einem Strahlbrenner anzugeben, bei dem zumindest während des Leistungsbetriebs des Brenners Pyrolyse und Verbren­ nung des Kohlenstaubs im wesentlichen zeitlich und räumlich voneinander getrennt erfolgen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.

Die eine Pyrolyse ermöglichende Temperatur kann bis zu 800°C betragen und liegt vorzugsweise bei 600-700°C. Ohne Rauchgasrückführung, insbesondere ohne innere Rauchgasrückführung, d.h., beim im wesentlichen laminarer Trägerluft-Strömung und Sekundärluft-Strömung in der ersten Reaktionszone, erfolgt bei Leistungsbetrieb des Strahlbrenners in der ersten Reaktionszone eine reine Pyrolyse des aus dem Brennermund austretenden Kohlenstaubs durch die aus dem Feuerraum einfallende Strahlung (IR-Strahlung). Es wird dabei davon ausge­ gangen, daß die für eine Zündung erforderliche Konzentra­ tion an OH-Radikalen in der ersten Reaktionszone zu gering ist. Der Sauerstoffgehalt in der ersten Reaktions­ zone liegt vorzugsweise im Bereich von 3-6%, vorzugs­ weise 5%.

Um am Ende der ersten Reaktionszone, d.h. nach Beendigung der Pyrolyse, eine Zündung des pyrolysierten Kohlenstaubs zu erzielen, wird die Flamme am Ende der ersten Reaktions­ zone mit einem im wesentlichen quer zur Flamme gerichte­ ten Impulsfeld vorgegebener Breite bestrahlt.

Es wird dabei davon ausgegangen, daß durch das Impuls­ feld aus dem Feuerraum von der Verbrennung in der zweiten Reaktionszone (eigentliche Flammenzone) her­ rührende OH-Radikale im Zündbereich zumindest in den äußeren Mantel der Reaktionszone eingetragen werden und dort zu einer Zündung des Kohlenstaubs führen, d.h., das Rauchgas wird durch das Impulsfeld in die Reaktionszone eingemischt. Die Verbrennung in der zweiten Zone erfolgt vorzugsweise unter Luftüberschuß. Durch die zeitliche und räumliche Trennung von Pyrolyse und Verbrennung mit Luftüberschuß wird erreicht, daß Brennstoff-Stickstoff in erster Linie zu molekularem H₂ umgewandelt wird bzw. die Bildung von "promptem" NO _x auf dem Umweg über CN- und NH-Verbindungen weit­ gehend vermieden wird.

Da sich unter Umständen bei Laständerung die Flammenlänge verändert, ist es von Vorteil, wenn das Impulsfeld längs der Flammenachse verschiebbar ist. Der vorstehende Anspruch 1 fordert, daß das Impulsfeld im wesentlichen quer zur Flamme gerichtet sei. Somit fällt unter die Erfindung sowohl die Verschiebung eines senkrecht zur Flammenachse sich erstreckenden Impulsfeldes längs der Flammenachse als auch eine Verschwenkung des Impuls­ feldes bezüglich der Flammenachse, soweit eine wesent­ liche Feldkomponente senkrecht zur Flammenachse ausge­ richtet ist. Es kann jedoch auch möglich sein, daß in Richtung der Flammenachse gesehen die Breite des Impulsfeldes ausreicht, eine sichere Zündung bei ver­ schiedenen Lastverhältnissen zu gewährleisten.

Als Impulsfeld wird vorzugsweise ein Ultraschallfeld verwendet. Es ist aber auch möglich, das Impulsfeld von einem Gasstrahl höherer Geschwindigkeit aufzubauen, z.B. einem Luftstrahl, Rauchgasstrahl oder einer weite­ ren im wesentlichen senkrecht zur Flamme brennenden anderen Flamme gebildet werden.

Die Erfindung ist auch auf eine Feuerung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens mit mindestens einem Strahlbrenner und einem Feuerraum gerichtet. Erfindungsgemäß ist dabei zum einen vorgesehen, daß dem Strahlbrenner mindestens ein Ultraschallgeber zugeordnet ist, dessen Ultraschallfeld im wesentlichen senkrecht zur Flam­ menachse des Brenners steht, und zum anderen, daß dem Strahlbrenner mindestens eine Gasstrahlquelle zugeordnet ist, dessen Gasstrahl im wesentlichen senk­ recht zur Flamme des Brenners steht.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Skizze im Zusammenhang mit einem Ultraschallfeld näher er­ läutert werden.

Ein Kohlenstaubstrahlbrenner 1 ist in der Wandung eines Feueraums 2 angeordnet und wird wie bei 3 gezeigt, mit einem Strom aus Kohlenstaub und Trägerluft beauf­ schlagt. In dem von der Wandung 2 begrenzten Feuerraum 3 bildet sich eine Flamme F mit zwei in Strahlrichtung hintereinander liegenden Zonen Z 1 und Z 2 aus. Dem Feuerraum wird Sekundärluft 4 im wesentlichen paral­ lel zum Kohlestaubstrom und mit im wesentlichen gleicher Geschwindigkeit zugeführt. Weiterhin wird in den Feuer­ raum Tertiärluft 5 eingeleitet, die auf die zweite Zone Z 2 ausgerichtet ist. In der ersten Zone Z 1 herrscht eine Temperatur von 600-700°C derart, daß in der Flammenzone Z 1 unter dem Einfluß der schematisch darge­ stellten Strahlung IR des Feuerraums eine Pyrolyse erfolgt.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist in der Feuer­ raumwandung ein Ultraschallgeber 6 derart angeordnet, daß sein Ultraschallfeld im wesentlichen senkrecht zur Achse der Flamme ausgerichtet ist. Das Ultraschall­ feld bewirkt eine Zündung des Kohlenstaubs am Ende der ersten Zone Z 1 und der Kohlenstaub verbrennt in der Zone Z 2 bei Luftüberschuß, der durch die zugeführte Sekundär­ luftmenge 4 und ggf. Tertiärluftmenge 5 eingestellt wird.

Falls die Feuerung auch unter unterschiedlichen Lastver­ hältnissen betrieben wird, ist vorgesehen, daß der Ultra­ schallgeber 6 entweder in Richtung des bei 7 dargestellten Pfeiles verschoben oder bei 8 dargestellten Pfeiles ver­ schwenkt wird. Einem Brenner 1 kann eine Vielzahl von Ultraschallgebern zugeordnet sein. Durch die räumliche und zeitliche Trennung von Pyrolyse und Verbrennung, wobei die Verbrennung durch das Ultraschallfeld ausgelöst wird, wird eine minimale NO-Bildung erzielt.

Die Einleitung einer Zündung durch ein Impulsfeld kann mit Vorteil auch bei der Verbrennung flüssiger oder gas­ förmiger Brennstoffe eingesetzt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Verbrennung von Kohlenstaub unter Zuführung von Luft mit einem Kohlenstaubbrenner, bei dem Kohle in einer ersten Reaktionszone im großen Umfang als unverbrannte Komponente vorliegt und in einer in Austrittsrichtung des Kohlenstaubs gesehen nachfolgenden zweiten Reaktionszone verbrannt wird, wobei der Kohlenstaub mit Trägerluft in einen Feuerraum eingeblasen und mindestens Sekundärluft um den aus dem Brennermund austretenden Kohlen­ staub-Trägerluft-Strom in den Feuerraum eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die erste Reaktionszone frei von Rauchgasrückführung auf einer die Pyrolyse des eingesetzten Staubs ermöglichenden Temperatur gehalten wird und die Zün­ dung des Kohlenstaubes gegen Ende der ersten Reaktions­ zone durch Bestrahlung der Flamme mit mindestens einem im wesentlichen quer zur Flamme gerichteten Impulsfeld vorgegebener Feldbreite erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Impulsfeld ein Ultraschallfeld ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Impulsfeld von einem Gasstrahl höherer Geschwindigkeit aufgebaut wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt in der ersten Reaktionszone im Bereich von 3-6%, vorzugs­ weise von 5% liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung in der zweiten Reaktionszone mit Luftüberschuß erfolgt.

6. Verfahren nach einer der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Impulsfeld längs der Flam­ menachse verschiebbar ist.

7. Feuerung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 6 mit mindestens einem Strahlbrenner und einen Feuerraum, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Strahlbrenner (1) mindestens ein Ultraschallgeber (6) zugeordnet ist, dessen Ultraschallfeld im wesentlichen senkrecht zur Flammen­ achse des Brenners steht.

8. Feuerung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 6 mit mindestens einem Strahl­ brenner mit einem Feuerraum, dadurch gekennzeichnet, daß dem Strahlbrenner mindestens eine Gasstrahl­ quelle zugeordnet ist, dessen Gasstrahl im wesentli­ chen senkrecht zur Flamme des Brenners steht.