DE3532281C2

DE3532281C2 - Verfahren und anlage zur beeinflussung der abgase eines wirbelbettkessels

Info

Publication number: DE3532281C2
Application number: DE853532281A
Authority: DE
Inventors: Hiromi Hasuda Saitama Jp Shimoda
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1984-09-26
Filing date: 1985-09-11
Publication date: 1990-07-12
Anticipated expiration: 2005-09-12
Also published as: JPS6163506U; DE3532281A1; US4656972A; JPH0229372Y2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer einen Wirbelbettkessel einschließenden Anlage sowie auf eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird von einem internen, nicht offenkundigen Stand der Technik der Patentinhaberin ausgegangen, der in der Fig. 1 als ein Flußdiagramm dargestellt ist.

Hiernach wird dem eigentlichen Kessel oder Kesselkörper a 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 in Betracht gezogen 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 NO_x-Menge in den Abgasen g vermindert wird.

Bei einer Anlage dieser 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 Leistungsfähgkeit in bezug 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.

Zwar kann bei einer derartigen Anlage die NO_x-Menge in den Abgasen gegenüber einem Wirbelbettkessel, der ohne Zumischung von Abgas zur Verbrennungsluft arbeitet, gesenkt werden, sie wird jedoch nicht in erwünschter Weise gezielt und weit genug vermindert, wie es heutzutage im Bestreben einer Herabsetzung der Umweltbelastung angestrebt wird. Des weiteren ist im Zusammenhang mit der obenerwähnten geringen Leistungsfähigkeit von mechanischen Entstaubern festzustellen, daß dann, wenn nicht ausreichend entstaubte Abgase wieder in einen Wirbelbettkessel eingeführt werden, ohne Zweifel an den Lufteinblasedüsen durch den Staub Schäden (Verstopfungen, Abrieb usw.) auftreten, wogegen ungenügend entstaubte und rückgeführte Abgase bei Kesseln mit Kohlenstaub- oder Ölfeuerung keine unerwarteten Schäden an Anlageteilen hervorrufen, da sie dafür ausgelegt werden, was z. B. bei Luftdüsen, die zur Regelung der Verwirbelung im Wirbelbett bestimmt sind, nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einem Wirbelbettkessel ausgestattete Anlage derart auszubilden, daß Taupunkt- oder Kaltkorrosionen sowie ein ansonsten durch Staub hervorgerufener Verschleiß an Anlageteilen unterbunden werden und die NO_x-Konzentration im Abgas vermindert wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer einen Wirbelbettkessel einschließenden Kesselanlage gemäß Patentanspruch 1 und durch eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Wirbelbettkessel, dem im Abgasstrom des Kessels liegende Wärmetauscheinrichtungen nachgeschaltet sind, die einen Luftvorwärmer sowie einen Ekonomiser umfassen, an die sich ein Staubsammler anschließt (ein derartiger Wirbelbettkessel ist aus der DE-OS 27 34 177 bekannt), gemäß Patentanspruch 2 gelöst.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das eingangs bereits abgehandelte Flußdiagramm einer Anlage mit einem Wirbelbettkessel,

Fig. 2 ein Diagramm über die Beziehung zwischen der O₂-Konzentration am Kesselaustritt und der NO_x-Konzentration,

Fig. 3 ein Diagramm über die Beziehung zwischen der Kessellast einerseits und der Fluidisiergeschwindigkeit sowie der O₂-Konzentration in den zugemischten Abgasen und der O₂-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 Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Die Fig. 2 zeigt Kennlinien für eine NO_x-Konzentration von einem Wirbelbettkessel. Die Menge des ausgetragenen NO_x hängt von der O₂-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 O₂-Konzentration am Kesselaustritt herabgesetzt werden, so daß, wie Fig. 2 zeigt, bei einer Verminderung der O₂-Konzentration vom Punkt B zum Punkt A bei der Wirbelbettemperatur von 800°C die NO_x-Konzentration vom Punkt B′ zum Punkt A′ reduziert werden kann. Das Verhältnis zwischen der Verbrennungsluft und den Abgasen soll in Abhänghigkeit vom Zielwert einer NO_x-Emission gewählt werden und kann willkürlich beispielsweise so gewählt werden, wie Fig. 4 zeigt. In diesem Fall wird jedoch das maximale Mischungsverhältnis, wie folgt, bestimmt:

Eine bevorzugte Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß 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 9 a 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 Mischvorgang der plötzliche Temperaturabfall des Luft-Gasgemischs 9 a 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.

Durch Zumischen von Abgasen zur vorgewärmten Verbrennungsfrischluft wird einmal die Verbrennungsluft über den Temperaturwert, bei dem eine Kaltkorrosion eintreten kann, angehoben und zum anderen die O₂-Konzentration bei gleichbleibender Fluidisiergeschwindigkeit, d. h. dem Wirbelbett zugeführter Menge an Gas-/Luftgemisch, herabgesetzt (Fig. 3), so daß bei einer Verminderung der O₂-Konzentration bei gleichbleibender Wirbelbettemperatur die NO_x-Konzentration im Abgas vermindert wird (Fig. 2). Durch die Absenkung der Abgastemperatur am Kesselaustritt, der zwischen dem Eko 4 und dem Staubsammler 5 liegt, kann als Staubsammler ein solcher der kalten Bauart, z. B. ein Schlauch- oder Sackfilter, verwendet werden, der eine kompakte Bauweise bietet und eine hohe Staubabscheideleistung gewährleistet.

Durch den Erfindungsgegenstand wird also die Möglichkeit geschaffen, auf relativ einfache und kostengünstige Weise die NO_x-Konzentration am Kaminaustritt (neben der sowieso vorhandenen Möglichkeit der Zugabe von Kalkstein zum Wirbelbett, um im Brennstoff enthaltenen Schwefel als CaSO₄ zurückzuhalten) herabzusetzen, was ein erheblicher Beitrag zum Umweltschutz ist, und gleichzeitig wesentliche Teile der Anlage (die Lufteinblasedüsen zu Fluidisierung und die Heizflächen) gegen Schäden (Verstopfen, Abrieb, Korrosion) zu schützen.

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 NO_x-Anteil in den Abgasen eines Wirbelbettkessels in zufriedenstellender Weise herabgesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer einen Wirbelbettkessel einschließenden Kesselanlage, wobei alle aus dem Wirbelbettkessel austretenden Abgase durch einen Wärmetauscher geführt werden, in dem durch Wärmetausch mit den Abgasen die Verbrennungs- und Fluidisierluft vorgewärmt wird, und wobei der aus dem Wärmetauscher austretenden vorgewärmten Verbrennungsluft vor ihrem Eintritt in den Wirbelbettkessel von Staub befreites, gekühltes Abgas in einem Verhältnis, das den Zielwert einer NO_x-Emission erreichen läßt, zugemischt wird.

2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Wirbelbettkessel, dem im Abgasstrom des Kessels liegende Wärmetauscheinrichtungen nachgeschaltet sind, die einen Luftvorwärmer (3) sowie einen Ekonomiser (4) umfassen, mit einem diesen Wärmetauscheinrichtungen nachgeschalteten Staubsammler (5), mit einem im Abgasstrom an diesen anschließenden Saugzug (6) und mit einer stromab vom Staubsammler (5) an die Abgasleitung (2) angeschlossenen, in die Luftkammer (10) des Wirbelbettkessels (1) einmündenden Abgasrückführleitung (14), in der ein Abgasrückführgebläse (13) liegt, und mit einer in die Abgasrückführleitung vor der Luftkammer (10) einmündenden, durch den Luftvorwärmer (3) vorgewärmte Verbrennungsluft zuführenden Leitung (9).