DE3703568C2 - Verfahren zum Betreiben von Wirbelschichtöfen - Google Patents

Verfahren zum Betreiben von Wirbelschichtöfen

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Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben von Wirbelschichtöfen, insbesondere im Teillastbereich.
Wirbelschichtöfen eignen sich insbesondere zum Verbrennen homogener, heizwertarmer Brennstoffe. Der Ausbrand dieser Brennstoffe ist selbst bei niedrigem Luftüberschuß und relativ niedrigen Temperaturen (ca. 850°C) aufgrund der hohen Durchmischung im Wirbelbett sehr gut. Als konstruktiver Vorteil kommt hinzu, daß die Öfen selbst ohne bewegte Teile ausgeführt werden können.
Nachteilig ist die Verwendung von Verbrennungsluft als Fluidisierungsgas. Die Fludisierungsgasmenge läßt sich bei einer fest vorgegebenen Wirbelbettgröße nur in einem engen Bereich variieren, mit der Folge, daß bei geringer Brennstoffzufuhr mehr Luft für die Fluidisierung in den Ofen gebracht werden muß, als für die Verbrennung notwendig wäre. Der Verbrennungswirkungsgrad wird mit steigendem Luftüberschuß schlechter.
Dazu ist aus der DE 35 32 281 A1 bekannt, Rauchgas in das Fluidisierungsgas zurückzuführen.
Vor diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Verbrennung mit einer Verbrennungsluftmenge zu fahren, die unabhängig von der Brennstoff- und Fluidisierungsgasmenge ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtofens, bei dem ein Teil der bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase zurückgeführt und gemeinsam mit vorgewärmter Verbrennungsluft als Fluidisierungsgas verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) der CO- oder O2-Gehalt des Rauchgases im Wirbelschichtofen gemessen und in Abhängigkeit davon über einen ersten Regler, der mit der CO-Meßstelle verbunden ist, eine erste Luftklappe in einer ersten Verbrennungsluftleitung betätigt wird oder über einen zweiten Regler, der mit der O2-Meßstelle verbunden ist, eine zweite Luftklappe in einer zweiten Verbrennungsluftleitung, die der Einleitung von Verbrennungsluft oberhalb des Wirbelbettes dient, betätigt wird,
  • b) und daß aus dem entstehenden Rauchgas kaltes und/oder heißes Rauchgas abgezweigt und der ersten Verbrennungsluftleitung über Klappen zur Rückführung in die Fluidisierungsgasleitung mengengeregelt zugeführt wird.
Der Anteil der Verbrennungsluft im Gemisch kann in Abhängigkeit vom CO-Gehalt im Rauchgas unmittelbar über der Wirbelschicht eingestellt werden. Zum vollständigen Ausbrand der Rauchgase kann über der Wirbelschicht (Nachbrennzone) zusätzlich Verbrennungsluft eingeleitet werden, und zwar in Abhängigkeit vom O2-Gehalt im Rauchgas, das den Wirbelschichtofen verläßt. Die hierbei entstehende Wärme muß gegebenenfalls durch Kühlen der Nachbrennzone abgeführt werden.
Die Vorteile des Verfahrens sind darin zu sehen, daß die Verbrennung in der Wirbelschicht mit einem Verhältnis von tatsächlich zugeführter zu stöchiometrisch notwendiger Verbrennungsluftmenge ≦ 1, also auch reduzierend gefahren werden kann. Letzteres hat den Vorteil, daß Brennstoffe mit elementar gebundenem Stickstoff, z. B. Eiweißverbindungen in Klärschlämmen aus biologischen Abwasserreinigungsanlagen, mit wesentlich geringerer NOx-Bildungsrate verbrannt werden können. Auf eine Entstickungsanlage für die Rauchgase kann somit verzichtet werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung näher erläutert.
Das Anfahren eines Wirbelschichtofens, sowie die Aufrechterhaltung der Wirbelschicht, insbesondere bei wechselnder Brennstoffzufuhr ist allgemein bekannt, so daß hierauf nicht eingegangen werden muß. Für die Aufrechterhaltung der Wirbelschicht im Wirbelschichtofen (1) ist je nach Größe des vorgegebenen Wirbelbettes eine bestimmte Menge Fluidisierungsgas erforderlich. Dieses wird bei (9) mittels Gebläse (6) dem Ofen (1) zugeführt. Die für die Verbrennung erforderliche Luftmenge wird in Abhängigkeit vom CO-Gehalt im Rauchgas, der unmittelbar über der Wirbelschicht gemessen wird, ermittelt. Regler (11) mit CO-Analysenmeßstelle regelt eine erste Luftklappe (2) in einer ersten Verbrennungsluftleitung (12). Das Fluidisierungsgas besteht aus Verbrennungsluft und Rauchgas, das durch die Verbrennung anfällt und zurückgeführt wird. Je nach Temperatur im Wirbelschichtofen wird kaltes und/oder heißes Rauchgas zurückgeführt. Kaltes Rauchgas wird über Leitung (16) zurückgeführt. Der Mengenregler (13) in der Fluidisierungsgasleitung (12a) regelt über Klappe (3) die Menge des rückzuführenden kalten Rauchgases, dem in Abhängigkeit von der Temperatur im Ofen (1) heißes Rauchgas zugemischt werden kann. Der Temperaturregler (14) regelt über Klappe (4) in der Leitung (15) die Menge des zuzumischenden heißen Rauchgases. Zwischen Gebläse (6) und Mischstelle (17) von Verbrennungsluft und Rauchgas kann ein Temperaturbegrenzer (18) angeordnet sein, der bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur des Fluidisierungsgases die Stellung der Klappe (4) in Leitung (15) begrenzt. Das Rauchgas wird dem Ofen (1) über Leitung (10) entnommen. Bevor das Rauchgas in die Wärmetauscher (Abhitzeverwerter) (20) mit nachgeschaltetem Staubabscheider (21) gelangt, zweigt von Leitung (10) Leitung (15) für Rauchgas ab, das heiß in den Ofen zurückgeführt werden soll. In dieser Leitung kann ebenfalls ein Staubabscheider (22) angeordnet sein.
Brennstoffe, die elementaren Stickstoff enthalten, werden zweckmäßig mit einer geringeren Luftmenge verbrannt als stöchiometrisch notwendig wäre, um die Bildung von NOx zu unterdrücken. Um die Rauchgase vollständig auszubrennen, wird in Abhängigkeit eines vorgegebenen Sauerstoffgehaltes im den Ofen verlassenden Rauchgas zusätzlich Verbrennungsluft über eine zweite Leitung (23) mittels Gebläse (8) oberhalb des Wirbelbettes in den Ofen geleitet. Die bei dieser Nachverbrennung entstehende Wärme kann gegebenenfalls durch Kühlung in an sich bekannter Weise abgeführt werden. Ein zweiter Regler (7) mit O2-Analysenmeßstelle regelt eine zweite Klappe (5), die in Leitung (23) stromaufwärts vom Gebläse (8) angeordnet ist. (19) deutet die Brennstoffzufuhr an.

Claims (3)

1. Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtofens, bei dem ein Teil der bei der Verbrennung entstehenden Rauchgase zurückgeführt und gemeinsam mit vorgewärmter Verbrennungsluft als Fluidisierungsgas verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) der CO- oder O2-Gehalt des Rauchgases im Wirbelschichtofen (1) gemessen und in Abhängigkeit davon über einen ersten Regler (11), der mit der CO- Meßstelle verbunden ist, eine erste Luftklappe (2) in einer ersten Verbrennungsluftleitung (12) betätigt wird oder über einen zweiten Regler (7), der mit der O2-Meßstelle verbunden ist, eine zweite Luftklappe (5) in einer zweiten Verbrennungsluftleitung (23), die der Einleitung von Verbrennungsluft oberhalb des Wirbelbettes dient, betätigt wird,
  • b) und daß aus dem entstehenden Rauchgas kaltes und/oder heißes Rauchgas abgezweigt und der ersten Verbrennungsluftleitung (12) über Klappen (3, 4) zur Rückführung in die Fluidisierungsgasleitung (12a) mengengeregelt zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der CO-Gehalt unmittelbar über die Wirbelschicht gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Klärschlamm verbrannt wird.
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