DE3782391T2 - Verfahren bei der wirbelschichtverbrennung. - Google Patents

Verfahren bei der wirbelschichtverbrennung.

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbrennung von festem Brennstoff in einem ersten Wirbelschichtbett und einem zweiten Wirbelschichtbett, das seitlich des ersten Bettes angeordnet ist, wobei diese Betten wechselseitig getrennt sind, jedoch miteinander durch einen gemeinsamen Freiraum in Verbindung stehen, der oberhalb dieser Betten vorgesehen ist, wobei ein überlauf der Brennstoffteilchen vom ersten Bett zum zweiten Bett vorgesehen ist und die Wärmeleistung durch Wärmeaustausch ausschließlich vom zweiten Bett gewonnen wird.
  • Die Verbrennung in zwei Wirbelschichtbetten, die miteinander in Verbindung stehen ist in US-A-3 893 426, JP-A-58-85004 und JP-A-58-95104 beschrieben, wobei im letzteren Fall Ascheteilchen in den Abgasen vom ersten Wirbelschichtbett zum zweiten Wirbelschichtbett befördert werden, um sie darin zu verbrennen.
  • EP-A-0 092 622 beschreibt ein Verfahren zur Verbrennung eines festen Fluids in einem ersten Wirbelschichtbett und einem zweiten Wirbelschichtbett, das seitlich vom ersten Wirbelschichtbett angeordnet ist. Ein Bett weist einen Wärmeaustauscher auf, und es ist eine Verbindung zwischen den Betten an ihrer Oberseite als Überlauf von dem Bett, das keinen Wärmeaustauscher aufweist, zu dem Bett mit Wärmeaustauscher möglich.
  • Der Zweck dieser Erfindung liegt darin, es zu ermöglichen, daß Brennstoffe mit geringem Heizwert, wie feuchter Biobrennstoff, in einem Stufenverbrennungskessel bekannter Konstruktion verbrannt werden, wobei der Brennstoff den Betten von der Oberseite zugeführt wird, eine Ascherezirkulation vorgesehen ist und eine Unterdruckfeuerung im Freiraum angewendet wird, ohne daß die Rekonstruktion des Kessels erforderlich ist.
  • Für diesen Zweck weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
  • Um diese Erfindung detaillierter zu erläutern, wird sie nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei diese Figur eine schematische senkrechte Schnittansicht einer Ausführungsform des Stufenverbrennungskessels zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
  • Entsprechend dieser Zeichnung sind in einem Kesselgehäuse ein erstes Bett 11 und seitlich davon ein zweites Bett 12 vorgesehen, wobei diese Betten einen gemeinsamen Freiraum aufweisen. Die Betten sind folglich parallel zueinander angeordnet, umfassen ein teilchenförmiges Material, im wesentlichen Asche, Sand und/oder ein Schwefelsorptionsmittel wie Kalk oder Dolomit. Diese Betten werden von den Bettenböden 13 bzw. 14 getragen, die eine große Anzahl von Düsen mit bekanntem Aufbau aufweisen, die gleichmäßig über die Gesamtfläche des Bettenbodens verteilt sind, um ein gasförmiges Fluid, entweder nur Luft oder mit Abgas vermischte Luft, von den Verteilern 15 bzw. 16 unterhalb des Bettenbodens zuzuführen, damit diese beiden Betten verwirbelt werden. Wie im vorliegenden Fall kann das zweite Bett -tiefer als das erste Bett 11 sein, und es enthält einen oder mehrere Rohrsätze oder Heizschlangen 17 zur Erzeugung von Dampf oder Warmwasser. Zwischen den Betten ist an ihrer Oberseite eine Verbindung als Überlauf 18 vom ersten Bett 11 zum zweiten Bett 12 vorgesehen, eine Verbindung 19 mit einer geeigneten Beförderungseinrichtung, z. B. einem pneumatischen Injektor 19a, ist für eine geregelte Beförderung des Bettmaterials vom zweiten Bett 12 zum ersten Bett 11 am Boden vorgesehen.
  • Ein Einlaß 20 mit einer Absperrung bzw. einer Klappe 21 ist vorgesehen, um dem ersten Bett 11 von essen Oberseite her Brennstoff, Schwefeladsorptionsmittel und aufgeschlämmte Asche zuzuführen. Das Schwefeladsorptionsmittel kann dann dem Brennstoff in einer Leitung außerhalb des Kessels zugegeben werden. Anstelle der Zufuhr von der Oberseite des Bettes kann der Brennstoff geeignet in das Bett eingespritzt werden, z. B. von unten durch eine oder mehrere Zufuhrleitungen, deren Öffnungen in das Bett ragen. Im Freiraum über den beiden Betten ist eine Anzahl gekühlter oder nicht gekühlter isolierter Strömungsabweiser 22 vorgesehen, um das Abgas vom ersten Wirbelschichtbett 11 in Richtung des Abgas es vom zweiten Wirbelschichtbett 12 zu leiten. Ein Durchgang 23 mit einer Einrichtung 24 ist vorgesehen, um zusätzlich zu der durch die Wirbelschichtbetten zugeführten Luft Verbrennungsluft zu liefern, damit die Abgase aus dem Freiraum abgegeben und die Abgase horizontal ausgerichtet werden. Der Durchgang 23 ist über den Staubabscheider 25 mit einem Abgasauslaß 26 verbunden, der mit einem seitlich angeordneten äußeren Abgaskessel verbunden sein kann. Um eine zu hohe Abgastemperatur im Kesselgehäuse an dessen Oberseite zu vermeiden, sollten an diesem Abschnitt des Kesselgehäuses in herkömmlicher Weise ausgerichtete Kühloberflächen vorgesehen sein. Ein Fach 27 zum Auffangen von Staub aus dem Staubabscheider 25 ist vorgesehen und mit einer Beförderungseinrichtung 28 versehen, um den abgeschiedenen Staub durch den Einlaß 20 zum ersten Wirbelschichtbett 11 zu rezirkulieren, es sollte jedoch in Verbindung mit dieser Staubrezirkulation auch eine Einrichtung vorgesehen sein, um den Staubüberschuß abzugeben, obwohl eine solche Einrichtung hier nicht gezeigt ist. Alternativ kann der Staub in diesem Fach aufgrund der Schwerkraft durch eine Leitung direkt in das Bett 11 strömen.
  • Wenn das erfindungsgemäße Verfahren beim beschriebenen Kessel angewendet wird, kann der Start durch Verwendung eines oder mehrerer Brenner im Freiraum durchgeführt werden, die mit Gas, Öl oder Pulver arbeiten, die direkt auf das erste Bett 11 gerichtet sind, das das "nicht gekühlte" Bett ist, da keine Wärmeaustauscherrohre darin angeordnet sind. Das Bett wird während des Startverfahrens mit einem Luftüberschuß gefeuert. Wenn der Start stattgefunden hat und das kontinuierliche Verfahren erfolgt wird das erste Bett 11 unterstöchiometrisch gefeuert, indem vom Verteiler 15 durch den Bettenboden 13 Primärluft mit einer Geschwindigkeit von etwa 3 m/s zugeführt wird. Das Abgas kann in einem geeigneten Verhältnis mit der Luft vermischt werden, die vom Verteiler 15 zugeführt wird, um eine unterstöchiometrische Verbrennung zu erreichen. Die Temperatur des Bettes 11 (das Kühlen des Bettes) wird teilweise durch Einstellung der Zufuhr des Brennstoffs und/oder der Luft/des Abgases geregelt und teilweise durch Veränderung der Materialmenge, die dem Bett 11 durch die Verbindung 19 vom Bett 12 zugeführt wird. Das Material wird dem zweiten Bett 12 teilweise über den Überlauf 18 vom Bett 11 zugeführt und teilweise durch herunterfallenden Staub und Spritzer, die vom Abgas abgetrennt werden, das das Bett 11 verläßt, wenn dieses Abgas auf das Abgas vom Bett 12 gerichtet wird. Dem letzteren Bett wird durch den Bettenboden 14 Sekundärluft aus dem Verteiler 16 zugeführt und dieses Bett wird mit einem großen Luftüberschuß gefeuert, wobei diese Sekundärluft mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,5 m/s zugeführt wird. Es ist von Vorteil, daß man in diesem Bett eine derartig geringe Luftgeschwindigkeit hat, da die Erosion in den Rohren 17 vermieden wird. Das Abgas vom Bett 12 ist somit beträchtlich reicher an Sauerstoff als das Abgas vom Bett 11. Durch Erhöhung oder Absenken des Niveaus des Bettes oder durch Regelung der Rezirkulationsströmung vom Bett 12 zum Bett 11 ist es möglich, die Zufuhr von Material vom Bett 11, das reicher an Brennstoff ist, zum Bett 12, das armer an Brennstoff ist, zu erhöhen bzw. zu verringern, und umgekehrt. Es ist mit anderen Worten möglich, das letztere Bett mehr oder weniger zu deaktivieren und gleichzeitig das Abkühlen des Bettes auszugleichen. Diese Regelung hat in Abhängigkeit vom verwendeten Brennstofftyp stattzufinden. Folglich wird auf diese Weise eine hervorragende Möglichkeit geschaffen, um in ein und derselben Kesselkonstruktion die Verbrennung unterschiedlichen Brennstofftypen anzupassen. Die Wärmeaufnahme durch die Rohre 17 im Bett 12 kann teilweise durch Regelung der Temperatur des Bett es und teilweise durch Regelung des Niveaus des Bett es im Verhältnis zu den Rohren 7 eingestellt werden.
  • Durch Betreiben des ersten Bettes 11 bei unterstöchiometrischer Verbrennung ist die Entschwefelung durch Zufuhr des Schwefeladsorptionsmittels in diesem Bett weniger wirksam, es wird jedoch auf der anderen Seite der Vorteil erreicht, daß im Abgas aus dem Bett 11 ein geringer Gehalt an Stickoxiden (NOx) erreicht wird, wobei die Hauptverbrennung des Brennstoffs in diesem Bett stattfindet. Durch die Übertragung von Staub und Spritzern aus dem Abgas vom ersten Bett 11 zum zweiten Bett 12, das mit einem großen Luftüberschuß gefeuert wird, wird in diesem letzteren Bett eine wirksame Entschwefelung erreicht. Falls es jedoch erforderlich ist, kann diese Entschwefelung weiter verbessert werden, indem das erste Bett 11 tiefer gehalten wird und indem die Luft zufuhr differenziert wird, wobei eine geringe Luftmenge dem unteren Abschnitt des Bettes und die Hauptmenge der Luft dem oberen Abschnitt des Bett es zugeführt wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur Verbrennung von festem Brennstoff in einem ersten Wirbelschichtbett (11) und einem zweiten Wirbelschichtbett (12), das seitlich vom ersten Bett angeordnet ist, wobei diese Betten wechselseitig getrennt sind, jedoch mit einander in Verbindung stehen, wobei ein gemeinsamer Freiraum oberhalb der Betten vorgesehen ist, wobei ein Überlauf der Brennstoffteilchen vom ersten Bett zum zweiten Bett vorgesehen ist und die Wärmeleistung durch Wärmeaustausch allein vom zweiten Bett gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bett unterstöchiometrisch und das zweite Bett mit einem großen Luftüberschuß betrieben werden, und daß das Abgas vom ersten Bett in Richtung des Abgas es vom zweiten Bett gerichtet wird, um diese Abgase von den beiden Betten im gemeinsamen Freiraum zu vermischen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin teilchenförmiges Material am Boden der Betten vom zweiten Bett (12) zum ersten Bett (11) geleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Abkühlen des ersten Bettes variiert wird, indem die Strömung des teilchenförmigen Materials zwischen diesen Betten geregelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, worin der vom Abgas von diesen beiden Betten abgeschiedene Staub zum ersten Bett (11) rezirkuliert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Wärmegewinnung im zweiten Bett (12) geregelt wird, dem das Niveau des Bettes (12) im Verhältnis zum Wärmeaustauscher (17) eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, worin die Wärmegewinnung im zweiten Bett durch Einstellung des Temperaturniveaus in diesem Bett geregelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Brennstoff im ersten Bett (11) von dessen Oberseite her zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, worin mit Abgas vermischte Luft im ersten Bett (11) zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Luft an unterschiedlichen Niveaus dem ersten Bett (11) zugeführt wird, wobei die Luftströmung an der Oberseite größer als am Boden des Bettes ist.
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