DE3805943A1

DE3805943A1 - Verfahren und vorrichtung zum schmelzen fester ballaststoffe

Info

Publication number: DE3805943A1
Application number: DE19883805943
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Thelen
Original assignee: Steag GmbH
Current assignee: Steag GmbH
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1989-08-31
Also published as: GB8903898D0; GB2216243A

Description

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit dem Einschmelzen von festen Ballaststoffen, insbesondere von schwer deponierbaren Fremdstoffen, die entweder ausschließlich aus Aschen von Sonderfeuerungen oder aus heizwertarmen ballastreichen Stoffen bestehen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Schmelzen fester Ballaststoffe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 12.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art sind aus der DE-A 33 24 411 bekannt. Dabei wird eine gekühlte Schmelzfeuerung mit Flugascherückführung und flüssigem Granulatabzug in einer Dampferzeugungsanlage verwendet. Die Schmelzfeuerung hat in der bekannten Anordnung den Vorteil, daß der anfallende Flugstaub in die Schmelzkammer zurückgeleitet, geschmolzen und nach Abzug aus der Schmelzkammer zu grobem Granulat verarbeitet werden kann, das gut transportfähig ist und zu Bauzwecken vielfältig verwendet werden kann.

Aus dem Aufsatz von B. Barho, "Entkohlung und Einspeisung von Flugstaub", VGB Kraftwerkstechnik, Dezember 190, ist auch die getrennte Einschmelzung von Flugstaub aus Kohlenstaub-Trockenfeuerungsanlagen bekannt. Bei dieser separaten Einschmelzung war trotz relativ hoher Anlagekosten nur eine begrenzte Energieausnutzung möglich.

Bei einer aus der DE-A 36 07 896 bekannten Dampferzeugungsanlage ist im Abgasstrom des Dampferzeugers hinter Luvo ein Staubfilter angeordnet, das der Ascheschmelzkammer vorgeschaltet ist. Die Ascheschmelzkammer ist über Wärmetauscherrohre, Flossenrohrwände od. dgl. gekühlt.

Ein besonderes Problem ist die Verarbeitung von Flugstaub aus Kohlenstaub-Trockenfeuerungsanlagen bei Verwendung von hohe Magerkohleanteile enthaltenden Kohlemischungen. Anlagen konventioneller Bauart, d. h. solche mit einer gekühlten Schmelzkammer, können nur für maximal 55% Ballastgehalte ausgelegt werden. Dabei ist der Übergang auf eine zentrale Mahlanlage erforderlich. Die flüchtigen Bestandteile der Brennstoffe müssen über 22% waf liegen. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, daß relativ hohe Blockleistungen für eine Einbindung einer Fremdaschemenge von 100 t/h erforderlich sind, und zwar insbesondere dann, wenn bereits der Einsatzbrennstoff hohe Ballastanteile enthält. Bei einem Einsatzbrennstoff von 35% Ballast beträgt die elektrische Bruttoleistungen bei Einbindung einer Fremdaschemenge von 100 t/h ca. 400 mW. Blockleistung und Fremdaschemengen stehen in einem im wesentlichen linearen Zusammenhang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verhältnis der Einschmelzmenge von festen Ballaststoffen zu der dem System zugeführten Wärmemenge wesentlich zu erhöhen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe verfahrensmäßig durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und vorrichtungsmäßig durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 12.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß eine wesentliche Steigerung der einzubindenden festen Ballastanteile, insbesondere der Fremdasche, dann möglich ist, wenn die Schmelzkammer praktisch ungekühlt ist. Die in der Schmelzkammer erzeugte Wärme wird praktisch allein einerseits über den Schmelzabfluß und andererseits über den Abgasabzug und nicht über Schmelzekammer- Kühlmittel abgeführt. Dadurch wird der größte Teil der mit dem Brennstoff zugeführten Wärme in einem Temperaturbereich oberhalb des Ascheschmelzpunktes ausgenutzt. Das Verhältnis der eingebundenen Fremdasche zur elektrischen Bruttoleistung aus dem der Schmelzfeuerung nachgeschalteten Abhitzesystem wird gegenüber konventionellen Anlagen wesentlich erhöht. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die von besonderen Kühlsystemen weitgehend befreite Schmelzkammer eine einfachere und günstigere Wandgestaltung zur Erzielung besserer Asche-Abscheidegrade ermöglicht. So kann die Schmelzkammer beispielsweise zyklonförmig ausgebildet sein.

Unter Umständen machen die Anforderungen an die Standfestigkeit des vorzugsweise keramischen Mauerwerks der Schmelzkammer eine gewisse minimale Kühlung der Schmelzkammerwände erforderlich. Diese minimalen Kühlungsmaßnahmen richten sich nach den Umständen des Einbaus.

Die Menge der zuzumischenden Fremdasche wird durch die für die Aufheizung der zugeführten und umlaufenden Produkte erforderliche Energie begrenzt. Eine Einschmelzung ist dann nicht mehr möglich, wenn die Verbrennungstemperaturen den Schmelzpunkt der Asche nicht mehr erreichen. Neben der Aschemenge hat hierauf auch die Temperatur der rückgeführten Asche und die Heißlufttemperatur erheblichen Einfluß.

Eine weitere Erhöhung der Nutzleistung läßt sich in Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichen, daß man wenigstens einen Teil der festen Ballaststoffe der Schmelzkammer heiß zuführt. Dies läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß man Flugstaub im heißen Bereich aus der Abgasleitung abscheidet und in die Schmelzkammer zurückführt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Flugstaub zunächst mit Hilfe eines Elektrofilters aus dem Abgas abgeschieden, und danach wird das Abgas in einem Luvo unter Vorwärmung von Verbrennungsluft abgekühlt. Zusätzlich können aber auch die der Schmelzkammer zugeführten festen Ballaststoffe, insbesondere Fremdasche und/oder rückgeführte Asche, gegebenenfalls mit vorhandener Prozeßwärme aufgewärmt werden.

Die Art der Fremdaschezufuhr richtet sich in der Regel nach Struktur und Eigenschaften der Asche bzw. sonstigen festen Ballaststoffen. Die Zufuhr von Fremdasche kann separat, gegebenenfalls nach Brechen oder Mahlen, und /oder gemischt mit festen Brennstoffen erfolgen. Das erfindungsgemäß Verfahren ist nicht an einen bestimmten Brennstoff gebunden; vielmehr können beliebige Brennstoffe zum Einsatz kommen, soweit ihr Heizwert für die Einschmelzung der eingesetzten festen Ballaststoffe ausreicht.

Die Abgase aus der Schmelzkammer können entweder einem eigenen oder einem separaten Abhitzesystem zugeführt werden. Das eigene Abhitzesystem kann einen mit der Schmelzkammer direkt verbundenen Abhitzekessel aufweisen.

Vorzugsweise werden die Abgase bei Austreten aus der Schmelzkammer beispielsweise an einem wasser- oder dampfdurchströmten Fangrost oder an einem eingedüsten Luft- oder Rauchgasteppich unter die Schmelztemperatur abgekühlt.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Verfahrensschritte und Bauteile unterliegen hinsichtlich ihrer Dimensionierung, Formgestaltung, Materialauswahl und technischer Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können. Dies gilt beispielsweise für die Brennstoff- und Ascheaufgabe, die Ascherückführung, die Verwendung von Brennstoffen oder Brennstoffgemischen und die Art des Abzugs der Schmelze aus der Schmelzkammer.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schmelzfeuerungsanlage in Kombination mit einem Abhitzesystem und

Fig. 2 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der elektrischen Bruttoleistung von der Ascheeinbindung und der Temperatur der rückgeführten Asche veranschaulicht.

Die Fließpunkte der Schlacken in Kohlen liegen im Bereich von etwa 1350°C und 1550°C. Eine typische Fließtemperatur der Aschen in Ruhrkohlen liegt bei 1510°C. Die Feuerraumtemperatur in der Schmelzkammer sollte um etwa 100°C über der Höchstfließtemperatur der einzuschmelzenden festen Ballaststoffe, beispielsweise bei 1610°C liegen.

Bei der in Fig. 1 als Beispiel schematisch dargestellten Schmelzfeuerungsanlage sind eine Schmelzfeuerung mit einer Schmelzkammer 1 und der Abhitzekessel 2 eines zugehörigen Abhitzesystems kombiniert. Der Schmelzzone 3 im Inneren der Schmelzkammer 1 werden die zum Schmelzen vorgesehenen Brennstoffe, hier Kohle und Zusatzbrennstoffe, über geeignete und an sich bekannte Aufgabemittel 4 bzw. 5, vorgewärmte Verbrennungsluft über eine Leitung 6 und Fremdasche über Aufgabemittel 7 zugeführt. Auch eine Ascherückführleitung 8 ist der Schmelzkammer 1 vorgeschaltet.

Die Aufbereitung der den Brennstoff bildenden Kohle sowie die Zuführung der Fremdstoffe zur Schmelzzone 3 der Schmelzkammer 1 können in bekannter Weise erfolgen. Beispielsweise können die Fremdstoffe, nämlich die Asche aus dem Vorratsbunker 9, ganz oder teilweise der Kohle vor der Aufgabe in die Schmelzkammer 1 zugemischt werden.

Die Schmelze bzw. die flüssige Schlacke wird am bodenseitigen Ende der Schmelzkammer 1 durch eine Schmelzen- und Schlackenabführung 10 ablaufen gelassen. Letztere (10) kann in herkömmlicher Weise als Naßentschlacker bzw. Wasserbad ausgebildet sein, in welchem die flüssige Schlacke aufgefangen wird.

Für die Zwecke der Erfindung ist es wichtig, daß die Schmelzkammer 1 so weitgehend wie möglich ungekühlt ist. Die bei konventionellen Dampferzeugern mit Schmelzfeuerung stets im Wandbereich vorgesehene Kühlung, z. B. durch Wärmetauscherrohre oder Flossenrohrwände, entfällt oder wird minimal gehalten. In besonderen Fällen können gewisse Kühlmaßnahmen notwendig werden, um die feuerfeste, keramische Auskleidung der Brennkammer 1 oder die diese umgebenden Isolier- und/oder Trägerwandmaterialien nicht zu stark thermisch zu belasten. Der Innenraum der Schmelzkammer 1 ist vorzugsweise so gestaltet, daß ein optimaler Abscheidegrad erreicht wird. Geeignet ist beispielsweise eine zyklonenförmige Gestaltung der Innenwände. Die besondere Gestaltung der Schmelzkammer 1 wird durch den weitgehenden Fortfall von Kühlmitteln im Wandbereich begünstigt.

Die Abgasführung aus der Schmelzkammer 1 erfolgt bei dem beschriebenen Beispiel über einen wasser- oder dampfdurchströmten Fangrost 11, der im Übergangsbereich zwischen der Schmelzkammer 1 und dem nachgeschalteten Abhitzekessel 2 angeordnet ist. Im Abhitzekessel 2 können Zusatzbrenner angeordnet sein, die über eine Zuführung 12 versorgt werden. Das Abhitzesystem ist in bekannter Weise ausgebildet und hier als Ganzes mit 13 bezeichnet.

Das den Abhitzekessel 2 verlassende Rauchgas wird einem über eine Rauchgasleitung 18 heißliegenden Elektrofilter 14 zugeführt. Solche Filter sind für die in der Zeichnung angegebene Temperatur von 450°C erprobt. Eine Denox-Anlage 15 ist hinter dem Filter 14 und vor der Primärseite eines Luvo 16 angeordnet. Die Anordnung eines Abscheiders oder Filters und einer Denox-Anlage auf der kalten Seite ist zwar grundsätzlich möglich; vorzuziehen ist jedoch im Rahmen der Erfindung die Anordnung des Elektrofilters 14 in der dargestellten Weise auf der heißen Seite, da sich die Temperatur der Asche auf das gewünschte hohe Verhältnis von Einbindegrad zu der der Schmelzkammer 1 zugeführten Wärmemenge auswirkt. Die im Luvo 16 abgekühlten Abgase werden bei dem beschriebenen Beispiel einer REA 17 zugeführt und gelangen von dort in einen geeigneten Kamin.

In der nachfolgenden Tabelle ist eine Bilanz der beschriebenen Anlage für einen Einsatz von 100 t/h Fremdasche angegeben. Insbesondere zeigt die Tabelle die thermischen Leistungsanteile und die elektrischen Bruttoleistungen in Zuordnung zu unterschiedlichen Asche-Einbindungsgraden und zwei verschiedenen Asche-Rückführtemperaturen.

Tabelle

(Einsatzbrennstoff 35% Ballast) je 100 t/h Fremdasche

Aus der Tabelle und der Fig. 2 geht die starke Abhängigkeit des erforderlichen Brennstoffeinsatzes und der Leistungen vom Grad der Ascheeinbindung hervor. Bei geringem Einbindegrad sind die umlaufenden Aschemengen hoch. Die umlaufenden Aschemengen müssen erneut aufgeheizt werden und übertragen auch im Dampferzeuger erneut Wärme, wodurch sich eine entsprechend erhöhte elektrische Bruttoleistung ergibt (Fig. 2).

Bei heutigen Schmelzkammern mit U-Feuerungen können Einbindegrade um 50% erreicht werden. Es ist jedoch zu erwarten, daß die erfindungsgemäß vorgesehene, im wesentlichen ungekühlte Schmelzkammer strömungstechnisch günstiger ausgeführt werden kann, so daß Einbindegrade zwischen 60 und 75% erreichbar sind. Damit ergeben sich je 100 t Fremdasche-Einschmelzung verringerte Blockleistungen zwischen 60 und 80 mW brutto.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung eröffnen daher zusätzliche und wirtschaftlich günstige Möglichkeiten zur Einbindung erheblicher Mengen von Fremdasche bei vergleichsweise geringer anfallender elektrischer Leistung. Die Erfindung erhöht die Wirtschaftlichkeit der Ascheeinschmelzung vor allem dann, wenn geringe Absatzmöglichkeiten für die anfallende elektrische Leistung bestehen.

Claims

1. Verfahren zum Schmelzen fester Ballaststoffe, z. B. Asche und Flugstaub,
wobei Brenn- und Ballaststoffe und Verbrennungsluft einer Schmelzkammer zugeführt werden und eine Verbrennung bei Temperaturen durchgeführt wird, bei denen die vorhandenen festen Ballaststoffe weitgehend eingeschmolzen werden,
wobei ferner die Schmelze aus der Schmelzkammer ablaufen gelassen und
Staubteilchen enthaltendes Abgas aus der Schmelzkammer abgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Verbrennung in der Schmelzkammer entstehende Wärme im wesentlichen nur über die Schmelze und das Abgas aus der Schmelzkammer abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens einen Teil der festen Ballaststoffe der Schmelzkammer heiß (beispielsweise bei mindestens 400°C) zuführt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Flugstaub im heißen Bereich aus dem Abgas abscheidet und in die Schmelzkammer zurückführt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abgas zunächst zur Staubabscheidung durch ein Filter leitet und danach unter Vorwärmung von Verbrennungsluft abkühlt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Fremdasche und/oder rückgeführte Asche aufgewärmt wird, bevor sie der Schmelzkammer zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdasche und/oder rückgeführte Asche mit vorhandener Prozeßwärme aufgewärmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Fremdasche getrennt von und/oder gemischt mit dem Brennstoff der Schmelzkammer zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase beim Austreten aus der Schmelzkammer abgekühlt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase an einem wasser- oder dampfdurchströmten Fangrost gekühlt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase durch Eindüsen von Luft oder Rauchgasen vorgekühlt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abgase aus der Schmelzkammer einem integrierten oder separaten Abhitzesystem zuführt.

12. Vorrichtung zum Schmelzen fester Ballaststoffe, z. B. Asche und Flugstaub, mit einer Schmelzfeuerung mit wenigstens einer Schmelzkammer (1), einer bodenseitigen Schmelzen- und Schlackenabführung (10) und einem Abgasabführsystem, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Schmelzkammer (1) der Schmelzfeuerung ungekühlt oder nur minimal gekühlt ist und eine Auskleidung aus feuerfestem, insbesondere keramischem Material aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasabführung (11) ein Abhitzesystem (13), wenigstens ein Staubfilter (14) und eine in die Schmelzkammer (1) mündende Ascherückführung (8) nachgeschaltet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (14) in einer Rauchgasleitung (18) vor einem Luftvorwärmer (16) eingebaut ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Schmelzkammer (1) beispielsweise zyklonförmig derart ausgebildet sind, daß ein guter Ascheabscheidegrad erzielt wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Vorwärmen der Asche vor deren Zuführung zur Schmelzkammer (1) vorgesehen sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Abgasführung ein wasser- oder dampfdurchströmter Fangrost (11) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Abgasabführung eine Vorrichtung zur Eindüsung von rückgeführten Rauchgasen oder Luft angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkammer (1) mit einem eigenen Abhitzesystem (13) kombiniert ist.