DE3822999C1 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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Description
Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung mit
stationärer Wirbelschicht gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Bei stationären Wirbelschichtfeuerungen kann es aus ver
schiedenen Gründen vorteilhaft sein, einen Teil der Ver
brennungsluft als Sekundärluft oberhalb der Wirbelschicht
zuzuführen. Zum Beispiel besteht eine wirksame Maßnahme zur
Minderung des Stickoxidausstoßes darin, die Verbrennung in
der Wirbelschicht unter Sauerstoffmangel durchzuführen und
das im aufsteigenden Gas enthaltene Kohlenmonoxid unter Se
kundärluftzufuhr über der Wirbelschicht auszubrennen. Ein
spezielles Problem bei stationären Wirbelschichtfeuerungen
besteht darin, daß der Flugstaub noch brennbare Kohleparti
kel enthält. Je nach Art des Brennstoffes ist das aufstei
gende Gas auch mit flüchtigen, kohlenwasserstoffartigen Be
standteilen beladen. Die brennbaren festen und gasförmigen
Substanzen können im Freiraum unter Sekundärluftzufuhr
ausgebrannt werden.
Voraussetzung für einen guten Ausbrand ist eine homogene
Vermischung der Sekundärluft mit dem aufsteigenden Gas-
Feststoff-Gemisch. Diese ist wegen der hohen Zähigkeit des
heißen Gases nicht leicht zu erreichen. Gemäß EP 1 57 901 A2
ist im Freiraum eine statische Mischvorrichtung angeordnet.
Die Sekundärluftzufuhr kann zum Beispiel durch teils waage
recht, teils schräg nach unten gerichtete Rohre erfolgen,
die zwischen Wirbelschicht und statischer Mischvorrichtung
angeordnet sind. Bei einer anderen Ausführungsform ist die
statische Mischvorrichtung selber als Sekundärluftzufuhr
ausgebildet.
Gemäß DE-OS 30 03 245 ist über der Wirbelschicht ein Be
ruhigungsraum vorgesehen, der über eine Einschnürung in
eine Nachbrennkammer übergeht. Im Bereich der Einschnürung
sind in der Wand waagerechte Sekundärluftdüsen angeordnet.
Der Beruhigungsraum dient dazu, das Mitreißen von Fest
stoffpartikeln aus der Wirbelschicht weitgehend zu vermei
den. Die Einschnürung wirkt als Mischstrecke für das heiße
Gas und die Sekundärluft.
Um eine sichere Zündung und eine stabile Verbrennung der
mitgeführten brennbaren Bestandteile zu gewährleisten, ist
es ferner wichtig, im Freiraum eine bestimmte Mindesttempe
ratur aufrecht zu erhalten. Besonders wichtig ist die
Einhaltung einer relativ hohen Temperatur, wenn - wie zum
Beispiel in der EP 2 36 686 A1 beschrieben - die Sekundär
luft zwecks nichtkatalytischer Entstickung zusammen mit
einem Entstickungsmittel, wie zum Beispiel Ammoniak, zuge
führt wird. Die nichtkatalytische Entstickung findet be
kanntlich nur in einem engen Temperaturbereich statt, wie
in der DE-PS 24 11 672 angegeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Wirbel
schichtfeuerung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1
angegebenen Gattung mit einfachen Mitteln die Zumischung
der Sekundärluft zu vergleichmäßigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen
den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die in Anspruch 2 angegebene Variante der Erfindung
zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus.
Das Merkmal des Anspruchs 3 ermöglicht eine gezielte An
passung der Sekundärluftmenge an die Betriebsbedingungen.
Bei der Variante gemäß Anspruch 4 ist es möglich, Druck und
Temperatur der Sekundärluft unabhängig von der Primärluft
zu wählen.
Durch das Merkmal des Anspruchs 5 wird die Mischwirkung
noch verbessert. Außerdem wird einer Staubsträhnen
bildung entgegengewirkt.
Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand
von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.
Fig. 1 zeigt eine Wirbelschichtfeuerung.
Fig. 2 zeigt eine Einzelheit in einem senkrechten
Schnitt.
Fig. 3 zeigt die gleiche Einzelheit in einer Ansicht von
oben.
Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer
Wirbelschichtfeuerung.
Die in Fig. 1 dargestellte Wirbelschichtfeuerung hat eine
Brennkammer mit rechteckigem Grundriß, die von Seitenwänden
1 umschlossen ist. Zwischen ihrem Boden 2 und einem An
strömboden 3 befindet sich ein Luftkasten 4 mit einem An
schlußrohr 5 für die Zuführung von Verbrennungsluft. Der
Anströmboden 3 weist zahlreiche Durchlässe für Primärluft
auf. Über dem Anströmboden 3 befindet sich die Wirbel
schicht 6, bestehend aus körnigem Inertmaterial, dem im
Betrieb eine geringe Menge Brennstoff beigemischt ist, wie
zum Beispiel Kohle, Ölschiefer, Schlamm oder zerkleinerte
Abfallstoffe. Zum Zuführen des Brennstoffs, gegebenenfalls
mit Zuschlagstoff, wie zum Beispiel Kalk, dient eine seit
lich angebrachte Beschickungseinrichtung 7. Unmittelbar
über dem Anströmboden 3 ist in einer Seitenwand 1 ein
Ascheabzug 8 angeordnet. Über der Oberfläche 9 der Wirbel
schicht 6 befindet sich ein Freiraum 10, der in einen
Rauchgaszug 11 übergeht. Der Übergang 12 zwischen Freiraum
10 und Rauchgaszug 11 hat die Form eines umgekehrten
Trichters.
Insoweit entspricht die in Fig. 1 dargestellte Wirbel
schichtfeuerung dem Stand der Technik. In weiterer Überein
stimmung mit dem Stand der Technik kann die Wirbelschicht
feuerung zum Beispiel auch mit Wärmetauschern ausgestattet
sein, die in die Wirbelschicht eintauchen. Die Wandflächen
der Brennkammer können in bekannter Weise ganz oder teil
weise als Wärmeaustauschflächen ausgebildet sein. Diese und
andere Einzelheiten gehören nicht zur Erfindung und sind
daher in der Zeichnung der Einfachheit halber nicht darge
stellt worden.
Erfindungsgemäß sind in der Brennkammer mehrere gleichmäßig
über die gesamte Fläche der Wirbelschicht verteilte, senk
recht angeordnete, oben und unten offene Rohrstücke 13 mon
tiert. Die Rohrstücke 13 tauchen mit einem Teil ihrer Länge
- zum Beispiel etwa zur Hälfte - in die Wirbelschicht 6
ein, so daß sich die unteren Rohrenden zum Beispiel in
mittlerer Höhe der Wirbelschicht 6 befinden, in jedem Falle
mit Abstand über dem Anströmboden 3. Die oberen Enden ragen
in den Freiraum 10 hinein. In jedes Rohrstück 13 ist nach
Art eines Injektors eine senkrecht nach oben gerichtete Se
kundärluftdüse 14 hineingerichtet. Diese hat die Form eines
Rohres, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der lichte
Durchmesser des Rohrstücks 13, so daß zwischen Sekundär
luftdüse 14 und zugehörigem Rohrstück 13 ein Ringspalt be
steht. Die Sekundärluftdüsen 14 sind an dem Anströmboden 3
befestigt und stehen durch koaxiale Bohrungen des Anström
bodens 3 unmittelbar mit dem Luftkasten 4 in Verbindung.
Die Sekundärluftdüsen 14 sind mit Stellorganen 15 ausge
stattet, die gemeinsam von außen zu betätigen sind. Sie
sind zum Beispiel als heb- und senkbare Ventilkegel ausge
bildet.
Gemäß Fig. 2 und Fig. 3 sitzen auf dem freien Ende der
Sekundärluftdüse 14 drei radiale, um 120° zueinander ver
setzte Haltebleche 16, an denen das Rohrstück 13 koaxial
zur Sekundärluftdüse 14 befestigt ist. Der Außendurchmesser
der Sekundärlüftdüse 14 ist etwa halb so groß wie der
lichte Durchmesser des Rohrstücks 13. Die Breite des ver
bleibenden Ringspaltes 17 ist ein Vielfaches der maximalen
Korngröße des inerten Wirbelschichtmaterials; sie beträgt
zum Beispiel 10 bis 25 mm. Die Sekundärluftdüse 14 ragt nur
wenig - zum Beispiel 10 bis 25 mm - in das untere Ende des
Rohrstücks 13 hinein.
Im Betrieb ist in bekannter Weise die eingeblasene Primär
luftmenge, die durch die Durchlässe des Anströmbodens 3 in
die Wirbelschicht 6 eindringt, so auf die Korngröße des
Bettmaterials abgestimmt, daß nur ein geringer Teil des
Bettmaterials mit dem aufsteigenden Gas aus der Wirbel
schicht 6 ausgetragen wird. Die Hauptmasse des Bettmate
rials wird in einen flüssigkeitsartigen Zustand versetzt
und dabei nur schwach expandiert, so daß zwischen Wirbel
schicht 6 und Freiraum 10 ein sprungartiger Dichteunter
schied besteht, erkennbar als ausgeprägte Oberfläche der
Wirbelschicht 6. Hierfür ist die Bezeichnung "stationäre
Wirbelschicht" gebräuchlich geworden. Die Asche wird über
wiegend durch den Ascheabzug 8 ausgetragen. Das schließt
nicht aus, daß eine geringe Menge an Flugasche vom Gasstrom
mitgeführt und nach Abscheidung gegebenenfalls in die
Wirbelschicht 6 rezirkuliert wird.
Ein Teil der zugeführten Luft wird durch die Sekundärluft
düsen 14 und die Rohrstücke 13 als Sekundärluft in den
Freiraum 10 eingeblasen. Da - bedingt durch den Druckabfall
in der Wirbelschicht - zwischen Luftkasten 4 und Freiraum
10 ein erheblicher Druckunterschied besteht, haben die Se
kundärluftstrahlen eine hohe Geschwindigkeit. Die Menge der
Sekundärluft läßt sich mit Hilfe der Stellorgane 15 dosie
ren. Dabei wird durch den zwischen Sekundärluftdüse 14 und
Rohrstück 13 bestehenden Ringspalt 17 körniges Wirbel
schichtmaterial mitgerissen und fontäneartig in den Frei
raum 10 geschleudert. Die Sekundärluft heizt sich auf dem
Weg durch die Sekundärluftdüse 14 und das Rohrstück 13
durch Wandberührung und durch mitgeführtes Bettmaterial auf.
Die aufwärts und abwärts fliegenden Partikel erzeugen im
Freiraum 10 eine Rührwirkung, die die homogene Einmischung
der Sekundärluft in den aufsteigenden
Gasstrom fördert.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die Sekundärluftdüsen 14 an eine separate Luftzufuhr
angeschlossen. Diese ist als Verteilerrohr 18 ausgebildet,
das mit einem Stellorgan 19 ausgestattet ist.
Mit Abstand über den oberen Enden der Rohrstücke 13 sind
Prallvorrichtungen 20 angebracht. Diese sind durch nicht
dargestellte einfache Befestigungsmittel - zum Beispiel
ähnlich den in Fig. 2 und Fig. 3 erkennbaren Halteblechen
16 - mit den Rohrstücken 13 verbunden. Im übrigen stimmt
das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 mit dem vorher
beschriebenen Ausführungsbeispiel überein.
Claims (5)
1. Wirbelschichtfeuerung mit stationärer Wirbelschicht,
mit einem Anströmboden, der zahlreiche Durchlässe für Primärluft aufweist,
mit einem Luftkasten unter dem Anströmboden,
mit einem Freiraum über der Wirbelschicht
und mit Einrichtungen zum Zuführen von Sekundärluft in den Freiraum,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere über die Fläche der Wirbelschicht (6) verteilte, oben und unten offene, senkrecht angeordnete Rohrstücke (13) mit ihren unteren Enden in die Wirbelschicht (6) eintauchen und mit ihren oberen Enden in den Freiraum (10) hineinragen und daß in jedes Rohrstück (13) eine aufwärts gerichtete Sekun därluftdüse (14) injektorartig hineingerichtet ist.
mit einem Anströmboden, der zahlreiche Durchlässe für Primärluft aufweist,
mit einem Luftkasten unter dem Anströmboden,
mit einem Freiraum über der Wirbelschicht
und mit Einrichtungen zum Zuführen von Sekundärluft in den Freiraum,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere über die Fläche der Wirbelschicht (6) verteilte, oben und unten offene, senkrecht angeordnete Rohrstücke (13) mit ihren unteren Enden in die Wirbelschicht (6) eintauchen und mit ihren oberen Enden in den Freiraum (10) hineinragen und daß in jedes Rohrstück (13) eine aufwärts gerichtete Sekun därluftdüse (14) injektorartig hineingerichtet ist.
2. Wirbelbettfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Sekundärluftdüsen (14) durch Boh
rungen des Anströmbodens (3) unmittelbar mit dem
Luftkasten (4) in Verbindung stehen.
3. Wirbelbettfeuerung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sekundärluftdüsen (14) mit
Stellorganen (15) zur Einstellung der Luftmengen sind.
4. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sekundärluftdüsen (14) an eine
separate Luftzufuhr (18) angeschlossen sind.
5. Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß über den oberen Enden der
Rohrstücke (13) Prallvorrichtungen (20) angebracht
sind.
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