DE3532281A1

DE3532281A1 - Verfahren und anordnung zur nox-reduzierung in den abgasen eines wirbelbettkessels

Info

Publication number: DE3532281A1
Application number: DE19853532281
Authority: DE
Inventors: Hiromi Hasuda Saitama Shimoda
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1984-09-26
Filing date: 1985-09-11
Publication date: 1986-03-27
Anticipated expiration: 2005-09-12
Also published as: JPS6163506U; JPH0229372Y2; DE3532281C2; US4656972A

Description

" - > " - -" "--*-..* PATENTANW.Xl.TE

Dr. ??-r. nat Df H TC S ^:.CÜ

~ Dip:..?h-;. CLA¹J£ -!TtHlA

"~^ Λ "■"* Dip!. Ina. Ft- Af*5: !. '. ■;;· ">.·

Ishikawajima-Harima Jukogyo K.K.

No. 2-1, 2-chome, Ote-machi
Chiyoda-ku

Tokyo-to/Japan

Verfahren und Anordnung zur NOx-Reduzierung in den Abgasen eines Wirbelbettkessels

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur NOx-Reduzierung in den Abgasen eines Wirbelbettkessels mit Abgasrückführung.

Zur Erläuterung des Standes der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird auf die Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Diese

Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm eines herkömmlichen Kessels mit Wirbelbettfeuerung.

Dem eigentlichen Kessel oder Kesselkörper a wird Verbrennungsluft c von einem Druckgebläse b, das Umgebungsluft ansaugt, über eine untere Luftkammer d sowie durch eine Luftverteilerplatte e mit Luftverteilerdüsen, um ein Granulat im Bett zu fluidisieren, so daß über der Luftverteilerplatte e ein Wirbelbett f zur Verbrennung von Kohle oder anderen

Brennstoffen gebildet wird, zugeführt. Die Abgase g werden von einem Saugzug h abgeführt.

Bei einem Wirbelbettkessel dieser Art ist vorgeschlagen worden, eine Abgasmisch- oder -rückführleitung k vorzusehen, so daß ein Teil der Abgase g mit der Verbrennungsluft c nach Durchströmen des Staubsammlers i über ein Abgasrückführgebläse j gemischt wird, so daß die NOx-Menge in den Abgasen g vermindert wird.

Bei einem System dieser herkömmlichen Art erhebt sich jedoch ein Problem insofern, als der Staubsammler i, der dazu vorgesehen ist, einen Verschleiß und Abrieb am Luftverteiler e sowie dessen Verstopfen durch Staub zu verhindern und das Gebläse j zu schützen, sehr große Abmessungen annimmt, weil allein ein mechanisches Staubsammelsystem wegen der hohen Temperatur der Abgase g zur Anwendung gelangen kann. Ferner tritt das Problem einer niedrigen Leistungsfähigkeit in bebezug auf die Staubsammlung, d.h. die Entstaubung der Abgase, auf. Da ferner ein Teil der hochtemperierten Abgase g mit der Verbrennungsluft c, die nahezu auf Raumtemperatur ist, gemischt wird, fällt die Temperatur des Gemischs in einen Taupunkt- oder Kaltkorrosionstemperaturbereich ab, so daß eine Taupunktkorrosion im Luftzufuhrsystem die Folge ist.

Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die obigen sowie weitere Probleme, die den herkömmlichen Wirbelbettkesseln anhaften, zu überwinden, und es ist ihre Aufgabe, einen Abrieb an den Rohrleitungen sowie an anderen Bauteilen, die zur Rückführung und Mischung der Abgase mit der Verbrennungsluft verwendet werden, zu verhindern und eine Taupunktoder Kaltkorrosion zu unterbinden wie auch den NOx-Gehalt in den Abgasen des Wirbelbettkessels zu vermindern.

Die Wirkungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnung Bezug nehmenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform deutlich. Es zeigen:

Fig. 2 ein Diagramm über die Beziehung zwischen der O₂-Konzentration arn Kesselaustritt und der NOx-Konzentrat ion;

Fig. 3 ein Diagramm über die Beziehung zwischen der Kessellast einerseits und der Fluidisiergeschwindigkeit sowie der O^-Konzentration in den zugemischten Abgasen und der Oo-Konzentration in nicht vermischten Abgasen andererseits;

Fig. 4 ein Diagramm über die Beziehung zwischen der Kessellast einerseits und dem Mischungsverhältnis der Verbrennungsluft sowie der Abgase andererseits;

Fig. 5 ein Flußdiagramm der bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.

Die Fig. 2 zeigt Kennlinien für eine NOx-Konzentration von einem Wirbelbettkessel. Die Menge des ausgetragenen NOx hängt von der 0₂-Konzentration in den Kesselabgasen und der Temperatur des Wirbelbetts ab. Um die Verbrennung im Wirbelbett aufrechtzuerhalten, muß, wie Fig. 3 zeigt, eine Fluidisiergeschwindigkeit, die über einer minimalen Fluidisiergeschwindigkeit liegt, ohne Rücksicht auf die Kessellast eingehalten werden, obwohl sie sich in Abhängigkeit von den Abmessungen der Granulatpartikel im Wirbelbett ändert.

Um das Wirbelbett aufrechtzuerhalten, werden gemäß der Erfindung inaktive Abgase, die hauptsächlich aus N₂ und O₂ bestehen, mit der Verbrennungsluft gemischt. Wenn diese Mischung erfolgt,, so kann, wie Fig. 3 zeigt, die 0₂-Konzentration am Kesselaustritt herabgesetzt werden, so daß, wie Fig. 2 zeigt, bei einer Verminderung der 0₂-Konzentration vom Punkt B zum Punkt A bei der Wirbelbettemperatur von 800⁰C

die NOx-Konzentration vom Punkt B¹ zum Punkt A¹ reduziert werden kann. Das Verhältnis zwischen der Verbrennungsluft und den Abgasen soll in Abhängigkeit vom Zielwert einer NOx-Emission gewählt werden und kann willkürlich beispiels weise so gewählt werden, wie Fig. 4 zeigt. In diesem Fall wird jedoch das maximale Mischungsverhältnis, wie folgt, bestimmt:

Abgasmenge

Verbrennungsluftmenge + Abgasmenge

_{χ 100} _

Eine bevorzugte Vorrichtung bzw. Anordnung zur Umsetzung des oben beschriebenen Prinzips der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 5 beschrieben.

Die Abgase 2 vom Kesselkörper 1 strömen durch einen Luftvorwärmer (Luvo) 3 und Ekonomiser (Eko) 4, die beide Wärmetauscher sind, so daß die Temperatur der Abgase 2 abgesenkt wird. Anschließend strömen die Abgase durch einen Staubsammler 5 und Saugzug 6 zum Kamin 7. Die vom Druckgebläse 8 angesaugte Verbrennungsluft 9 mit Umgebungslufttemperatur strömt durch den Luvo 3, so daß die Temperatur der Verbrennungsluft angehoben wird. Hierauf wird die Verbrennungsluft in die Luftkammer 10 im unteren Teil des Kesselkörpers 1 gedrückt, so daß oberhalb der Luft- oder Gasverteilerplatte 11 das Wirbelbett 12 gebildet wird.

Zusätzlich zu dem erläuterten Aufbau ist eine Abgasrückführleitung 14 vorgesehen, um einen Teil der Abgase am Auslaß des Saugzuges 6 abzuziehen und durch einen Rückführsaugzug 13 mit der im Luvo 3 vorgewärmten Luft zu mischen sowie als Luft-Gasgemisch 9a dem Kesselkörper 1 zuzuführen. In der Rückführleitung 14 ist eine Absperrklappe 15 angeordnet.

Wie aus dem Obigen deutlich wird, wird die Verbrennungsluft 9 zwangsläufig durch den Luvo 3 geführt und die vorgewärmte Luft mit einem Teil der Abgase 2, der über die Rückführleitung 14 zugeführt wird, gemischt, so daß durch den Misch-

Vorgang der plötzliche Temperaturabfal 1 des Luft-Gasgemischs 9a, der nach dem Stand der Technik auftritt, verhindert und demzufolge eine Kaltkorrosion vermieden werden kann.

Da die Abgase 2 durch den Luvo 3 und den Eko 4 geführt werden, so daß Wärme entzogen und zurückgewonnen wird, wird die Temperatur der Abgase ausreichend weit abgesenkt, so daß als Staubsammler 5 ein Staubabscheider der kalten Bauart (Elektrofilter, Schlauch- oder Sackfilter) verwendet werden kann. Das hat zum Ergebnis, daß diese Vorrichtung kompakt, d.h. mit kleinem Bauvolumen, ausgebildet und eine hohe Staubabscheide- bzw. -Sammelleistung gewährleistet werden kann. Da in den Abgasen enthaltener Staub in zufriedenstellender, ausreichender Weise durch den Staubsammler 5 abgeschieden und dann ein Teil der Abgase zurückgeführt sowie über die Mischleitung 14 mit der Verbrennungsluft gemischt wird, können ein Abrieb und ein Verstopfen der Rohrleitungen wie auch anderer Bauteile (z.B. Luftverteilerdüsen) vermieden werden.

Es ist klar, daß die Erfindung nicht auf die bevorzugte Ausführungsform, die oben erläutert wurde, begrenzt ist, vielmehr können verschiedene Abwandlungen und Abänderungen, die im Rahmen des Erfindungsgedankens liegen, vorgenommen werden. Beispielsweise kann der Eko 4' zwischen dem Kesselkörper 1 und dem Luvo 3 angeordnet werden. Ferner kann der Teil der Abgase, der mit der Verbrennungsluft gemischt werden soll, an irgendeiner Stelle stromab vom Staubsammler 5 abgezogen werden.

Die Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung können, wie folgt, zusammengefaßt werden:

1. Die Abgase vom Wirbelbettkessel werden zwangsweise durch Wärmetauscher, nämlich einen Luvo und einen Eko, geführt,

so daß die Temperatur der Abgase ausreichend abgesenkt wird, um als Ergebnis einen Staubabscheider der kalten Bauart verwenden zu können, der den in den Abgasen enthaltenen Staub sammelt. Insofern kann der Staubsammler in seinen Abmessungen kompakt ausgestaltet werden, und er bietet einen höheren Wirkungsgrad in bezug auf die Staubabscheidung.

2. Da die Staubabscheide- oder -sammelleistung erhöht wird, wird die in den Abgasen mitgeführte Staubmenge beträchtlich vermindert, so daß die Probleme, die in bezug auf Abrieb und Verstopfen von Rohrleitungen sowie anderen Anlage- oder Bauteilen durch Staub auftreten, überwunden werden können.

3. Ein Teil der Abgase wird mit der im Luvo vorgewärmten Verbrennungsluft gemischt, so daß eine Kalt- oder Taupunktkorrosion auf Grund eines plötzlichen starken Temperaturabfalls der rückgeführten Abgase durch die kalte Verbrennungsluft vermieden werden kann.

4. Da die Staubabscheideleistung erhöht wird, werden verschiedene Probleme, die durch in den Abgasen mitgeführten Staub hervorgerufen werden, überwunden, wie auch das Problem der Kaltkorrosion gelöst werden kann. Insofern kann der NOx-Anteil in den Abgasen eines Wirbelbettkessels in zufriedenstellender Weise herabgesetzt werden.

-1-

Leerseite -

Claims

PATENTANWÄLTE Dr. rer. nat. DIETER LOUlS Dipl.-Phys. CLAUS PÖHLAU Dipl.-Ing. FRANZ LOHRENTZ Dipl.-Phys.WOLFGANG SEGETH KESSLERPLATZ 1 8 5 00 NÜRNBERG 2 0 Ishikawajima-Harima Jukogyo K.K. No. 2-1, 2-chome, Ote-machi Chiyoda-ku Tokyo-to/Japan Verfahren und Anordnung zur NOx-Reduzierung in den Abgasen eines Wirbelbettkessels Patentansprüche

1. Verfahren zur NOx-Reduzierung in den Abgasen von einem Wirbelbettkessel, gekennzeichnet durch Absenken der * Temperatur der Abgase des Wirbelbettkessels durch Wärme- * tausch, Abscheiden sowie Sammeln des von den Abgasen mitgeführten Staubs durch einen Staubsammler und Mischen eines Teils der vom Staub befreiten Abgase mit erwärmter Verbrennungsluft sowie Einführen des Gemischs in den Wirbelbettkessel, so daß die NOx-Erzeugung herabgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Abgasen zu mischende Verbrennungsluft derart vorgewärmt wird, daß eine Temperatur des Abgas-Luftgemischs übfir einem Kaltkorrosion-Temperaturbereich gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft durch Wärmetausch mit den Abgasen des Wirbelbettkessels erwärmt wird.

4. Anordnung zur NOx-Reduzierung in den Abgasen von einem Wirbelbettkessel, gekennzeichnet durch dem Wirbelbettkessel (1) nachgeschaltete, im Abgasstrom des Kessels liegende Wärmetauscheinrichtungen, die einen Luftvorwärmer (3) sowie einen Ekonomiser (4) umfassen, durch einen diesen Wärmetauscheinrichtungen nachgeschalteten Staubsammler (5), durch einen im Abgasstrom an diesen anschließenden Saugzug (6), durch ein Verbrennungsluft ansaugendes sowie durch den Luftvorwärmer (3) führendes Druckgebläse (8) und durch eine stromab vom Staubsammler (5) an die Abgasleitung angeschlossene Abgasrückfiihrleitung (14) für einen Teil der Abgase mit einem Abgasrückführgebläse (13), in die vor dem Wirbelbettkessel (1) eine vom Luftvorwärmer (3) vorgewärmte Verbrennungsluft zuführende Leitung einmündet und die dem Kessel ein vorgewärmtes Abgas-Luftgemisch als Verbrennungsluft zuführt.