DE3814314C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit einer Verbrennung
von Braunkohle mit unterschiedlich zusammengesetzter Asche in
einer Wirbelschicht nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie
ein Verfahren zur Verbrennung gemäß Anspruch 2.
Braunkohlen mit einem Gehalt an Alkalien (angegeben als Na2O)
von unter 2% lassen sich in Staubfeuerungen und Wirbelschicht
feuerungen von Dampferzeugern verbrennen. Enthält die Asche
einen höheren Gehalt an Alkalioxiden und/oder -salzen (Salz
kohle), so treten bei der Verfeuerung dieser Braunkohlen Schwie
rigkeiten dadurch auf, daß die Alkalien den Erweichungspunkt
der Asche beträchtlich senken und schon bei niedrigen Tempera
turen zu Anbackungen führen. Die Maßnahmen zur Vermeidung der
mit den Alkalien verbundenen Schwierigkeiten sind nur erforder
lich, wenn Salzkohle verbrannt wird.
Um die mit den Alkalien verbundenen Nachteile der Verfeuerung
von Salzkohle zu vermeiden, kann die Verbrennungstemperatur
durch Rückführung von kaltem Rauchgas gesenkt werden. In der
älteren, noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung
P 37 12 801.9 ist ein Verfahren zum Verbrennen von salzhaltiger
Braunkohle beschrieben, bei dem kaltes Rauchgas in eine Wirbel
schicht und den Freiraum oberhalb der Wirbelschicht derart einge
blasen wird, daß durch die Wärmeabgabe an das kalte Rauchgas und
die Kühlung der Wände des Freiraumes in der Wirbelschicht und am
gasseitigen Ende des Freiraumes eine Temperatur von etwa 780 Grad C
nicht überschritten wird. Dabei liegt die Wandtemperatur der von
Freiraum begrenzenden Wände unterhalb der Erweichungstemperatur
der Asche.
Bei der Verbrennung von Kohle mit einer bestimmten Zusammen
setzung in einer Wirbelschicht wird eine konstante Bettemperatur
von 850°C eingehalten. Die Wärme wird dem
Bettmaterial und dem Rauchgas durch Heizflächen zur Dampf
erzeugung entzogen, deren vorgegebene wasserdampfseitige
Schaltung nicht geändert wird (US-PS 44 70 255). Um bei
einer Verbrennung von Salzkohle in einer Wirbelschicht bei
einer Bettemperatur von 850 bis 870°C ein Zusammenbacken
des Bettmaterials zu verhindern, wird in das Wirbelbett zu
sammen mit der Salzkohle ein erdalkalihaltiges Additiv gegeben
(DD-PS 2 15 144).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger
zu schaffen, in dem Braunkohle sowohl mit einem Alkaliengehalt
von mehr als 2% in der Asche als auch mit einem solchen unter
2% verfeuert werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Dampferzeuger
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
gelöst. Ein Verfahren zur Verbrennung von Braunkohle ist in dem
Anspruch 2 angegeben.
Der Dampferzeuger ist wasserdampfseitig auf die Verfeuerung von
Salzkohle ausgelegt. Dabei ist den besonderen Schwierigkeiten Rechnung
getragen, die sich aus der Anwesenheit von Alkalien in der Asche der
Salzkohle ergeben. So ist in der Wirbelschicht eine niedrige
Bettemperatur dadurch eingehalten, daß die Wärme aus der Verbrennung
in der Wirbelschicht zum Teil an das kalte rückgeführte Rauchgas
übertragen wird. Da die Verbrennung von Braunkohle mit einem
geringeren Gehalt an Alkalien in der Asche bei einer höheren
Bettemperatur erfolgen kann, entfällt die Rauchgasrückführung
vollständig oder zu einem großen Teil. Um bei diesen geänderten
verbrennungsseitigen Maßnahmen hinsichtlich der Rauchgastemperatur
und der Rauchgasmenge in dem gleichen Dampferzeuger auch die
alkalifreie oder -arme Braunkohle zu verfeuern, ist mit einem geringen
Mehraufwand an internen Verbindungsleitungen und Ventilen eine
Umschaltmöglichkeit einiger Heizflächen vom Economiser- auf den
Überhitzerbetrieb vorgesehen. So ergibt sich bei der Verfeuerung von
alkaliarmer Braunkohle aufgrund der höheren Verbrennungstemperatur
eine erhöhte Wärmeaufnahme des Verdampfers. Diese Mehraufnahme wird
durch eine Reduzierung der Wärmeaufnahme im Economiser ausgeglichen,
indem die Economiserheizfläche insgesamt verkleinert wird. Gleichzeitig
wird bei der Verbrennung der alkaliarmen Braunkohle die geringere
Rauchgasmenge im Konvektionsteil dadurch ausgeglichen, daß die nun
nicht mehr benötigte Economiserheizfläche als Überhitzerheizfläche
umgeschaltet wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 das Schema eines Dampferzeugers mit einer Verbrennung von
Braunkohle mit unterschiedlich zusammengesetzter Asche,
Fig. 2 die wasserdampfseitige Schaltung von Heizflächen
bei Verwendung von Economiser,
Fig. 3 die wasserdampfseitige Schaltung der Heizflächen
bei Verwendung als Überhitzer.
Der dargestellte Dampferzeuger ist als Mehrzug-Kessel ausgebildet
und weist einen ersten Rauchgaszug 1, einen zweiten Rauchgaszug 2
und einen dritten Rauchgaszug 3 auf, die durch von Wasser und
Wasserdampf durchströmte, gasdichte Rohrwände 4 begrenzt sind. Die
Rohrwände 4 sind als Verdampferheizfläche 5 geschaltet. Der erste
Rauchgaszug 1 dient als Brennkammer und nimmt im unteren Teil eine
Wirbelschicht 6 auf. Oberhalb der Wirbelschicht 6 kann durch
Ausbiegen eine Einschnürung gebildet werden, durch die eine
zusätzliche Vermischung der Rauchgase bewirkt wird. Der Innenraum
des ersten Rauchgaszuges 1 ist frei von Bündelheizflächen gehalten
und stellt einen Freiraum dar. Der zweite und der dritte Rauchgaszug
2, 3 sind durch einen Kesseltrichter 7 verbunden, an dessen unterem
Ende eine Austragsvorrichtung 8 für den anfallenden Flugstaub
angeordnet ist. Der zweite und der dritte Rauchgaszug 2, 3 stellen
den Konvektionsteil dar und nehmen Heizflächen 9 bis 15 auf, die als
Überhitzer oder Economiser geschaltet sind. Zur Abreinigung der
Heizflächen 9 bis 15 sind Rußbläser vorgesehen.
Über mehrere Eintragsstellen 16 wird Kohle in die Wirbelschicht 6
eingespeist, in der sie mit Hilfe von Luft verbrannt wird.
Zuschlagstoffe werden zusammen mit der Kohle oder getrennt über einen
separaten Eintrag 17 in die Wirbelschicht 6 eingebracht.
Vorgewärmte Verbrennungsluft wird über Bodendüsen 18 in die
Wirbelschicht 6 eingeblasen. Die Luft kann auch gestuft als
Primärluft über die Bodendüsen 18 und als Sekundär- und Tertiärluft
über Einblasestellen 19, 20 in den Freiraum oberhalb der Wirbelschicht
6 eingespeist werden. Die Vorwärmung der Luft erfolgt im dargestellten
Fall in einem rekuperativen Röhrenluftvorwärmer 21, der sich an den
dritten Rauchgaszug 3 anschließt. Der Röhrenluftvorwärmer 21 kann
auch durch einen regenerativen Luftvorwärmer mit drehenden oder
stillstehenden Speichermassen ersetzt werden. Die Verbrennungsluft
wird von einem Ventilator 22 aus dem Freien angesaugt, über eine
Kaltluftleitung 23 dem Röhrenluftvorwärmer 21 zugeführt und über eine
Warmluftleitung 24 an die Bodendüsen 18 und die Einblasestellen 19,
20 weitergeleitet. Die Primär-, die Sekundär- und die Tertiärluft
können auch durch getrennte Ventilatoren verdichtet werden.
Dem Röhrenluftvorwärmer 21 ist ein Rauchgasfilter 25 nachgeschaltet.
Der in dem Rauchgasfilter 25 anfallende Flugstaub wird über eine
Austragsvorrichtung 26 entsorgt. Ein Rauchgasgebläse 27 fördert das
abgekühlte und gereinigte Rauchgas durch eine Rauchgasleitung 28 zu
einem nicht dargestellten Kamin.
Von der Rauchgasleitung 28 hinter dem Rauchgasfilter 25 ist eine
Rezirkulationsleitung 29 abgezweigt, in der Rezirkulationsgebläse
30 angeordnet ist. Die Rezirkulationsleitung 29 ist zu Einblasestellen
31, 32 geführt, die in die Wirbelschicht 6 und den Freiraum münden.
Zum Ausgleich des Druckunterschiedes innerhalb der Wirbelschicht 6
dient ein Druckerhöhungsgebläse 33. Das kalte rückgeführte Rauchgas
nimmt einen Teil der in der Wirbelschicht 6 freiwerdenden
Verbrennungswärme auf und dient damit zur Einstellung der Bettemperatur
der Wirbelschicht 6.
Der Dampferzeuger arbeitet nach dem Naturumlaufprinzip, dessen
wasserseitige Schaltung in den Fig. 2 und 3 dargstellt ist. Die im
dritten Rauchgaszug 3 liegenden und zuletzt vom Rauchgas angeströmten
Heizflächen 14, 15 sind als Economiser geschaltet und über eine
Speisewasserleitung 34 mit einer Trommel 35 verbunden, die der
Trennung von Wasser und Dampf dient. Mit dem Wasserraum der Trommel
35 ist über Falleitungen 36 und Steigleitungen 37 der Verdampfer 5
verbunden, der als Wandheizfläche der Rohrwände 4 ausgebildet ist.
An den Dampfraum der Trommel 35 ist eine Dampfleitung 38 angeschlossen,
die über die Heizflächen 12, 13 und eine weitere Dampfleitung 39 zu
den als Überhitzer geschalteten Heizflächen 9, 10, 11 des zweiten
Rauchgaszuges 2 geführt ist.
Das Besondere der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Schaltung liegt
darin, daß die zwischen den als Economiser dienenden Heizflächen 14,
15 und den als Überhitzer dienenden Heizflächen 9, 10, 11 liegenden
Heizflächen 12, 13 wahlweise als Economiser oder als Überhitzer
geschaltet werden können, je nachdem ob Salzkohle oder alkaliarme
Braunkohle verwendet wird. Zu diesem Zweck sind die Heizflächen 12,
13 über Verbindungsleitungen 43, 44, 45 und Drei-Wege-Ventile 40,
41, 42 in die Schaltung eingebunden.
Das erste Drei-Wege-Ventil 40 ist in der Speisewasserleitung 34
angeordnet. An einen der Ausgänge des ersten Drei-Wege-Ventils 40
ist eine erste Verbindungsleitung 43 angeschlossen, die zu dem Eingang
der Heizfläche 12 geführt ist. Der Ausgang der Heizfläche 13 ist
über eine zweite Verbindungsleitung 44 mit dem Teil der Speiseleitung
34 verbunden, der zwischen der Trommel 35 und dem ersten
Drei-Wege-Ventil 40 liegt.
Die Dampfleitung 38 ist vor dem Eintritt in die Heizfläche 12 mit der
ersten Verbindungsleitung 43 verbunden und enthält ein zweites
Drei-Wege-Ventil 41. Der eine Eingang dieses zweiten Drei-Wege-Ventils
41 ist über eine dritte Verbindungsleitung 45 mit der zu dem Eingang
der Heizfläche 9 führenden Dampfleitung 39 und mit dem einen Eingang
eines dritten Drei-Wege-Ventils 42 verbunden. Dieses dritte
Drei-Wege-Ventil 42 liegt in der zweiten Verbindungsleitung 44
zwischen dem Ausgang der Heizfläche 13 und der Trommel 35.
Durch eine entsprechende Umschaltung der Drei-Wege-Ventile 40, 41,
42 sind, wie durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet, die
Economiser-Heizflächen 14, 15 über die Speisewasserzuleitung 34 und
die erste Verbindungsleitung 43 mit den Heizflächen 12, 13 und diese
sind über die zweite Verbindungsleitung 44 mit der Trommel 35
verbunden. Über die dritte Verbindungsleitung 45 besteht eine
Verbindung zwischen dem Dampfraum der Trommel 35 und den
Überhitzer-Heizflächen 9, 10, 11. Die Heizflächen 12, 13 sind damit
als Economiser geschaltet.
Bei der in der Fig. 3 durch die Pfeile angedeuteten Strömungsrichtung
sind durch eine Umschaltung der Drei-Wege-Ventile 40, 41, 42 die
Economiser-Heizflächen 14, 15 direkt mit der Trommel 35 und diese
ist über die Dampfleitung 38, die Heizflächen 12, 13 und die
Dampfleitung 39 mit den Überhitzer-Heizflächen 9, 10, 11 verbunden.
Die Verbindungsleitungen 43, 44, 45 sind nicht durchströmt. Die
Heizflächen 12, 13 sind damit als Überhitzer geschaltet.
Die wahlweise Schaltung der Heizflächen 12, 13, die zwischen den
Economiser-Heizflächen 14, 15 und den Überhitzer-Heizflächen 9, 10,
11 liegen, entweder als Economiser oder als Überhitzer läßt sich
außer bei dem beschriebenen Naturumlaufverfahren auch bei dem
Zwanglaufverfahren der Dampferzeugung erreichen.
Wird Salzkohle, das heißt Braunkohle mit einem Alkaligehalt von 2%
und mehr in der Asche, angegeben als Natriumoxid, verfeuert, so werden
die Heizflächen 12, 13 gemäß Fig. 2 als Economiser geschaltet.
Gleichzeitig wird über die Rezirkulationsleitung 29 kaltes Rauchgas
in einer Menge in die Wirbelschicht 6 und den Freiraum oberhalb der
Wirbelschicht 6 eingeblasen, daß eine Bettemperatur von etwa 740 Grad C
eingehalten werden kann. Die rückgeführte Menge an Rauchgas beträgt
im Vollastfall etwa 45% der anfallenden Rauchgasmenge.
Wird Braunkohle mit einem Alkaligehalt von weniger als 2% in der
Asche verfeuert, so werden gemäß Fig. 3 die Heizflächen 12, 13 als
Überhitzer geschaltet. Gleichzeitig wird die Menge des rückgeführten
Rauchgases auf etwa 8% zurückgenommen und dadurch eine Bettemperatur
von etwa 850 Grad C eingehalten.
Claims (2)
1. Dampferzeuger mit einer Verbrennung von Braunkohle mit
unterschiedlich zusammengesetzter Asche in einer Wirbelschicht (6),
die in einem einen Freiraum enthaltenden ersten Rauchgaszug (1)
aufrechterhalten ist, an den sich zwei Rauchgaszüge (2, 3)
anschließen, in denen als Heizflächen (9 bis 15) Überhitzer und
Economiser angeordnet sind, wobei eine Rezirkulationsleitung (29)
von dem kalten Ende des Dampferzeugers zu der Wirbelschicht (6)
und dem ersten Rauchgaszug (1) geführt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Heizfläche (12, 13) oder eine Gruppe von Heizflächen
(12, 13) über absperrbare Verbindungsleitungen (43, 44, 45)
wahlweise als Economiser geschaltet ist, wenn zur Einstellung
einer brennstoffbedingten niedrigen Bettemperatur von vorzugsweise
730 bis 760 Grad Celsius in der Wirbelschicht (6) eine vorgegebene
Rauchgasmenge über die Rezirkulationsleitung (29) zurückgeführt
wird, und als Überhitzer geschaltet ist, wenn zur Einstellung
einer brennstoffbedingten höheren Bettemperatur von vorzugsweise
820 bis 850 Grad Celsius in der Wirbelschicht (6) eine geringere
Rauchgasmenge zurückgeführt wird.
2. Verfahren mit einer Verbrennung von Braunkohle mit unterschiedlich
zuammengesetzter Asche in einer Wirbelschicht mit einem Dampferzeuger nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Rückführung
einer vorgegebenen, regelbaren Rauchgasmenge in der Wirbelschicht
eine Bettemperatur von 730 bis 760 Grad Celsius, vorzugsweise von 740
Grad Celsius, eingehalten wird, wenn die Asche der zu verbrennenden
Braunkohle 2% an Alkalien (angegeben als Na2O) und mehr enthält
und daß durch Verringerung der Rauchgasmenge in der Wirbelschicht
eine Bettemperatur von 820 bis 850 Grad C, vorzugsweise von 850
Grad Celsius, eingehalten wird, wenn die Asche der zu verbrennenden
Braunkohle weniger als 2% an Alkalien enthält.
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