DE3877298T2

DE3877298T2 - Verfahren zur wirbelschichtverbrennung und anlage zur durchfuehrung des verfahrens.

Info

Publication number: DE3877298T2
Application number: DE8888402256T
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Bouju; Paul Cosar; Pascal Georges
Original assignee: Babcock Entreprise
Current assignee: Babcock Entreprise
Priority date: 1987-09-14
Filing date: 1988-09-08
Publication date: 1993-08-05
Anticipated expiration: 2008-09-09
Also published as: KR960010317B1; EP0308300A1; EP0308300B1; IN171723B; KR890005454A; DE3877298D1; FR2620517A1; FR2620517B1; ES2038325T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Feuerungsräume für festen Brennstoff, in welchen die Verbrennung in zwei Stufen durchgeführt wird : eine erste Stufe, wo der Brennstoff in einem Wirbelschichtfliessbett mit einer substoechiometrischen Primärluftmenge verbrannt wird und eine zweite Stufe, wo die sich aus dem Wirbelschichtfliessbett entwickelnden Gase und die feinen Brennstoffteilchen, die sie mitreissen, mit in die Brennkammer in einer gewissenen Höhe über dem Wirbelschichtfliessbett eingelassener Sekundärluft brennen.
Mehr besonders betrifft die Erfindung die Feurungsräume mit Wirbelschichtfliessbett der insbesondere durch die Druckschrift FR-A-2 583 305 bekannten vorgenannten Gattung. Diese bzw. dieser bekannte Anlage bzw. Kessel weist eine senkrechte Brennkammer auf, deren Boden durch einen nach oben von vorne nach hinten gemäss der Vorwärtsbewegungsrichtung des Brennstoffs geneigten bewegbaren Rost, wie den oberen Trumm einer endlosen Kette gebildet wird, wobei dieser Rost einen durch die Primärblasluft durchsetzten Fluidisierungsträger bildet. Die Temperatur im Inneren des Wirbelschichtfliessbettes ist ausreichend, um das Zusammenbacken der Aschen zu Schlacken zu gestatten, die am, somit ein mechanisches Mittel zum Abzug durch Förderer bildenden oberen Ende des Rostes abgeführt werden. Da der verwendete Brennstoff im allgemeinen Schwefel enthält, betrifft diese bekannte Anlage mehr besonders die Entschwefelung der aus dem Herd mit Wirbelschichtfliessbett austretenden Gase. Die Gesamtheit der Flugaschen wird von den Rauchen in einem Primärstaubabscheider getrennt, während das Entschwefelungsmittel und die Erzeugnisse aus der Entschwefelungsreaktion von den Rauchen, also insbesondere von den Flugaschen in einem Sekundärentstauber getrennt werden, während ein Teil des Entschwefelungsmittels und der Erzeugnisse aus der Entschwefelungsreaktion, die somit abgeschieden worden sind, durch eine Ablassleitung abgeführt wird. Die Gesamtheit der in dem Primärentstauber abgeschiedenen Feststoffteilchen wird zu der ersten Stufe unterhalb der Sekondärluftzufuhr zurückgeführt, wobei die Flugaschen entweder gerade oberhalb des Wirbelschichtfliessbettes oder im Inneren selbst dieses Wirbelschichtfliessbettes wiedereingespritzt werden, während der andere Teil des Entschwefelungsmittels und der Erzeugnisse aus der Entschwefelungsreaktion, die in dem Sekundärstaubabscheider getrennt worden sind, zu der zweiten Verbrennungsstufe, d.h. oberhalb der Sekundärluftzufuhr und gegebenenfalls in zwei verschiedenen Höhen den Verbrennungsverhältnissen, und zwar in einer unteren Höhenlage für den Betrieb mit schwacher Ladung und in einer oberen Höhenlage für den Betrieb mit starker Ladung zurückgeführt wird, wobei das frische Entschwefelungsmittel ebenfalls in die zweite Stufe der Verbrennung oberhalb der Sekundärluftzufuhr eingeführt wird. Es gibt also zwei getrennte Umläufe gemäss jeweils zwei unterschiedlichen geschlossenen Kreisläufen, nämlich : der Umlauf des Entschwefelungsmittels und der Erzeugnisse aus der Entschwefelungsreaktion einerseits und der Umlauf der Flugaschen andererseits.
Der Nachteil der bekannten Herde dieser Bauart, bei welchen die Aschen und die Russe, die durch die sich aus dem Wirbelschichtfliessbett entwickelnden Gase mitgerissen werden, in einem oder mehreren Entstauber(n) getrennt und in das Wirbelschichtfliessbett oder gerade oberhalb des letzteren wiedereinsgespritzt werden, besteht in der Tatsache, dass die Russe in dem Wirbelschichtfliessbett oder gerade darüber schwer brennen, weil sie sich in einer reduzierenden Umgebung befinden und durch die Aschen eingefangen und mit diesen abgeführt werden können, was den Verbrennungswirkungsgrad herabsetzt.
Die europäische Patentschrift EP-A-206 066 offenbart eine einen Kessel mit umlaufendem Wirbelschichtfliessbett (oder umlaufender wirbelnden Schicht) bildende Verbrennungsvorrichtung.
Dieses bekannte System weist den Nachteil eines gliederungsmässig verhältnismässig verwickelten Aufbaues, also eines verhältnissmässig hohen Aufwandes, sowie eines bzw. einer nur teilweise zufriedenstellenden Ergebnisses bzw. technischen Wirkung auf. Tatsächlich führt die Betriebsart dieses bekannten Systems zu der Erzielung einer Temperatur, die durch eine Regelung mittels einer Zwangskühlung der Gesamtheit oder eines Teils der zurückgeführten Aschen auf einen gewünschten Wert etwa konstant gehalten wird, so dass die Durchsatzmengenleistung des Wiederumlaufes durch die gewünschte konstante Temperatur bestimmt also aufgezwungen wird, woraus sich somit ein sehr hohes Wiederumlaufverhältnis (Verhältnis der zurückgeführten Durchsatzmenge zu der abgelassenen Durchsatzmenge) ergibt und somit der Erosionsgefahr und der Energieaufwand gesteigert werden, wobei die Temperatur die Abgabe von Stickstoffoxyden und die Wirksamkeit des (mit der Kohle in das Wirbelschichtfliessbett eingespritzten) Entschwefelungsmittels bedingt. Dieses bekannte System strebt somit nach der gleichzeitigen Behandlung aller jeweils die Verbrennung, die Emission von Stickstoffoxiden, von Schwefelsäureanhydrid u.s.w. betreffenden Probleme. Ausserdem weist bei diesem bekannten System die Möglichkeit einer Rückführung der Gesamtheit der abgechiedenen Feststoffe den Nachteil auf, mit der Zeit die Zunahme des Gehaltes an Feststoffen des Wiederumlaufkreislaufes zu veranlassen.
Die vorliegende Erfindung hat im wesentlichen zum Ziel, die Nachteile der vorgenannten bekannten Systeme zu beseitigen oder wenigstens diesen abzuhelfen durch Schaffung eines Verfahrens zur Verbrennung eines schwefelhaltigen festen Brennstoffes, mit einer ersten Stufe, wo der Brennstoff in einem Wirbelschichtfliessbett mit einer substoechiometrischen Menge von Verbrennungs - und Fluidisierungsprimärluft verbrannt wird und einer zweiten Stufe, in deren Bereich ein Entschwefelungsmittel eingespritzt wird und wo die sich aus dem Wirbelschichtfliessbett entwickelnden Gase und die durch diese Gase mitgerissenen feinen Brennstoffteilchen oder Russe mit Sekondärluft brennen, wobei der grösste Teil der in der ersten Verbrennungsstufe erzeugten Aschen in dieser Stufe abgeführt wird, während die von den sich aus der Verbrennung in der zweiten Stufe ergebenden Rauchen abgeschiedenen Festteilchen, mit Ausnahme einer einen Teil der besagten durch die Gase mitgerissenen Festteilchen beseitigenden Ablassdurchsatzmenge zu der Verbrennung zurückgeführt werden, um sie im geschlossenen Kreislauf umlaufen zu lassen. Bei diesem Verfahren wird die vorgenannte gestellte Aufgabe erfindungsgemäss durch die Tatsache gelöst, dass alle besagten abgeschiedenen Festteilchen durch ein Gemisch von Flugaschen und von Erzeugnissen der Entschwefelungsreaktion gebildet werden und deren rückgeführte Teil zu der zweiten Verbrennungsstufe zurückgeführt wird, um nur in dieser Stufe einen einzigen Umlauf im geschlossenen Kreislauf mit mehreren Durchläufen eines Gemisches aus feinen Brennstoffteilchen oder Russen, Flugaschen, Entschwefelungsmitteln und Erzeugnissen der Entschwefelungsreaktion mit einem mehrmals (z.B. zehnmal) dem Ablassdurchsatz gleichen Durchsatz des umlaufenden Gemenges zu erzielen.
In vorteilhafter Weise werden die zur zweiten Stufe der Verbrennung zurückgeführten Teilchen in zwei verschiedenen Höhen in Abhängigkeit der Verbrennungsverhältnisse eingespritzt : in einer ersten Höhenlage nahe der Sekondärlufteinlasshöhe für den Betrieb mit schwachen Ladungsgemenge und einer oberen Höhenlage für den Betrieb mit grossem Ladungsgemenge. Die rückgeführten Teilchen werden vorzugsweise pneumatisch mittels Sekondärluft wiedereingespritzt.
Die Erfindung hat ebenfalls eine einen Kessel bildende Anlage mit einem Herd mit Wirbelschichtfliessbett für die Ausführung des vorgenannten Verfahrens zum Gegenstand, der eine Verbrennungskammer, deren untere Teil einen Wirbelschichtfliessbettreaktor bildet, aufweisenden Gattung, mit einem einen geneigten rostbildenden Herd, der mit Mitteln zur Abführung der Aschen am oberen Ende des Herdes versehen ist und unterhalb welchem Mittel zum Einblasen von Fluidisierungs - und Verbrennungsprimärluft angeordnet sind, während oberhalb des Herdes Mittel zur Einführung von Brennstoff in das Wirbelschichtfliessbett gestellt sind : und dessen obere Kammerteil Sekundärlufteinlassdüsen und Mittel zum Einspritzen eines Entschwefelungsmittels aufweist, die in einer gewissen Höhe oberhalb des Wirbelschichtfliessbettes und der besagten Sekundärlufteinlassdüsen liegen : mit dem Auslass des oberen Teils der besagten Kammer verbundenen Entstaubungsmitteln, sowie Mitteln, um einen Teil der in den besagten Entstaubungsmitteln von den Verbrennungsgasen abgeschiedenen Festteilchen in die Verbrennungskammer wiedereinzuspritzen und Ablassmitteln, um den anderen Teil der besagten abgeschiedenen Festteilchen abzuziehen, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Mittel zur Einführung von Brennstoff derart angeordnet sind, um diesen in den tiefsten Teil des Wirbelschichtfliessbettes einzuführen und die besagten Wiedereinspritzungsmittel in die besagte Brennkammer in der Höhe oder oberhalb der Sekundärlufteinlassdüsen münden, während die besagten Ablassmittel angeordnet sind, um ein Gemisch von Flugaschen und von Erzeugnissen aus der Entschwefelungsreaktion mit einem solchen Durchsatz abzuführen, dass der Durchsatz des umlaufenden Ladungsgemenges mehrmals dem Ablassdurchsatz gleich ist.
Weitere Merkmale der Erfindung werden beim Lesen der Beschreibung die folgt und sich auf die diese begleitende Zeichnung bezieht, die als nicht einschränkendes Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung zeigt, erscheinen und auf welcher :
Die Figur 1 ein das Verfahren nach der Erfindung veranschaulichendes Schema ist ; und
die Figur 2 eine schematische Darstellung eines mit einem erfindungsgemässen Herd ausgerüsteten Kessels ist.
Auf dem Schema der Figur 1 stellen die Bezugsziffern 1 und 2 die Reaktors dar ; sind 3 und 4 Konvektionswärmetauscher ; sind 5 ein Primärstaubabscheider und 6 ein Endenstauber.
In dem Reaktor 1 wird der bei 7 eingefürte Brennstoff durch die bei 8 unter einem geneigten und gasdurchlässigen Herd eingelassene Luft fluidisiert. Die durch die Verbrennung im Wirbelschichtfliessbett erzeugten Aschen werden bei 9 durch Uberlaufen oder Entfluidisieren über das obere Ende des Herdes abgeführt oder als Schlacken aus dem Bett durch einen Förderer abgezogen, wenn die Temperatur des Bettes ausreichend ist, um das Zusammenbacken der Aschen zu veranlassen. Der bei 8 eingeblasene Luftdurchsatz ist kleiner als der stoechiometrische Durchsatz, so dass die erzeugten Gase, die sich aus dem Bett entwickeln, reduzierend sind. Diese Gase , die mit Flugaschen und feinen Brennstoffteilchen geladen sind, werden in den Reaktor 2 eingeführt, wo man ebenfalls Sekundärluft bei 11 und gegebenenfalls ein Entschwefelungsmittel, wie Kalkstein oder Kalk in fein geteilter Form bei 13 einführt. Die Gase und die Brennstoffteilchen, die sie befördern, brennen mit der Sekundärluft, um heisse Gase zu erzeugen, die aufeinanderfolgend den Tauscher 3, den Entstauber 5, den Tauscher 4 und den Entstauber 6 durchfliessen. Die in den Entstaubern 5 und 6 von den Gasen getrennten Stäbe werden in den Reaktor 2 bei 15 zurückgeführt, mit Ausnahme einer kleinen Fraktion, die bei 17 abgezogen wird, um die Aschen und die Erzeugnisse der Entschwefelungsreaktion zu beseitigen. Durch Kontrolle des Durchsatzes der bei 15 wiedereingespritzten Stäube hält man das umlaufende Ladungsgemenge gleich mehrere Male dem Ablassdurchsatz, so dass jedes Entschwefelungsmittel - und Brennstoffteilchen mehrmals durch den Reaktor 2 geführt wird, was die Erzielung von sehr guten Verbrennungs- und Entschwefelungswirkungsgraden gestattet.
In dem Kessel der Figur 2 sind die beiden Verbrennungsbereiche ohne Trennung innerhalb einer selben Umhüllung übereinander angeordnet. Dieser Kessel weist einen Feuerungsraum mit Wirbelschichtfliessbett 10 auf, dessen Herd durch den oberen geneigten Trumm einer endlosen Kette 12 gebildet wird. Dieser Herd bildet den Boden einer senkrechten Kammer 18, deren Wände und Decke in bekannter Weise durch dichte Tafeln von Rohren gebildet sind, die mit ihrem oberen Ende an ein Dampfsammelgefäss 20 angeschlossen sind. Die Kammer 18 ist mit einer waagerechten Kammer 22 verbunden, in welcher Bündel von mit dem Gefäss 20 verbundenen Rohren 24 und Rohre 26, wo der in dem Gefäss 20 angesammelte Dampf überhitzt wird, gestellt sind. Die in der Kammer 18 erzeugten und aus der Kammer 22 ausfliessenden Rauche durchfliessen aufeinanderfolgend einen z.B. durch einen Mehrzyklon gebildeten Primärentstauber 28, einen Tauscher 30, der ein Vorwärmer sein könnte und einen Endentstauber 32, z.B. einen Filter mit Schläuchen.
Die für die Verbrennung des Brennstoffs erforderliche Luft wird zum Teil durch die Kette 12 eingeblasen, um die Fluidisierung des festen Brennstoffs und seine Teilverbrennung zu gewährleisten und zum Teil in einer bestimmten Entfernung oberhalb des Bettes mittels Düsen 34 eingeblasen.
Der feste Brennstoff wird durch eine Schurre 14 in den tiefsten Teil des Bettes eingeführt und ein Entschwefelungsmittel wird bei 36 in den oberen Teil der Brennkammer 18 eingespritzt.
Die in der Kammer 22, in den Staubabscheidern 28 und 32 und in dem Tauscher 30 aufgefangenen Stäube werden bei 37 z.B. pneumatisch in die Brennkammer 18 in der Höhe der Düsen 34 oder oberhalb derselben wieder eingespritzt ; man wird insbesondere Sekundärluft verwenden können, um die Stäube wieder einzuspritzen. Ein Teil der Stäube wird in kontinuierlicher oder aussetzender Weise durch einen Ablasskreislauf 38 abgezogen, um die Erzeugnisse der Entschwefelungsreaktion und die Aschen zu entfernen. Das Umlaufverhältnis - Verhältnis des Durchsatzes des umlaufenden Ladungsgemenges zum Ablassdurchsatz - ist in der Grössenordnung von 10. Man wird vorsehen können, die Stäube in zwei verschiedenen Höhenlagen gemäss den Bebriebsverhältnissen des Kessels wiedereinzuspritzen : einer unteren Höhenlage für den Betrieb mit schwachem Ladungsgemenge und einer oberen Höhenlage für den Betrieb mit starkem Ladungsgemenge.
Wenn die Verbrennung in dem Wirbelschichtfliessbett 10 bei einer ausreichenden Temperatur stattfindet, um das Zusammenbacken der Aschen zu Schlacken zu gestatten, setzen sich diese auf der Kette 12 ab und werden durch diese an ihrem oberen Ende abgeführt. Wenn die Temperatur des Wirbelschichtfliessbettes nicht ausreichend ist, um das Zusammenbacken der Aschen zu veranlassen, werden diese durch Überlaufen oder Entfluidisierung am oberen Ende des Herdes abgeführt. In allen Fällen ist es der grösste Teil der Aschen, der somit aus dem Bett abgezogen wird, wobei der Rest durch die sich aus dem Bett entwickelnden Gase mitgerissen wird. Die sich aus dem Bett entwickelnden brennbaren Gase und die durch diese zusammen mit den Flugaschen mitgerissenen feinen Brennstoffteilchen brennen oberhalb des Bettes 10 mit der durch die Düsen 34 eingeführten Sekundärluft.
Mann kann annehmen, dass das Wirbelschichtfliessbett 10 die erste Stufe eines zweistufigen Reaktors bildet, dessen zweite Stufe einem umlaufenden Wirbelschichtfliessbett gleichgesetzt werden kann und wo die Gesamtheit der Entschwefelung und der Verbrennung der Russe stattfindet. Es unterscheidet sich jedoch von den herkömmlichen umlaufenden Wirbelschichtfliessbetten durch die Tatsache, dass es keinen Fluidisierungsrost aufweist und dass das umlaufende Ladungsgemenge bei einem gegebenen Umlaufverhältnis des Entschwefelungsmittels sehr viel geringer ist, da der grösste Teil der Aschen aus dem Bett 10 als Schlacken abgezogen wird, so dass die Teilchen in den Gasen in dieser zweiten Stufe schwebend gehalten werden. Demzufolge ist der Gehalt an Erzeugnissen der Entschwefelung in der durch den Ablasskreislauf 38 abgezogenen Fraktion bedeutend höher, was die nachfolgende Behandlung derselben erleichtert ; die Konzentration an Stäuben der Kammern 18 und 22 ist geringer und die Wände dieser Kammern sowie die Rohre der Bündel 24 und 26 sind einer wenig schärferen Erosion unterworfen.

Claims

1. Verfahren zur Verbrennung eines schwefelhaltigen festen Brennstoffes, umfassend eine erste Stufe, wo der Brennstoff in einem Wirbelschichtfliessbett mit einer substoechiometrischen Menge von Verbrennnungs- und Fluidisierungsprimärluft verbrannt wird und eine zweite Stufe, in deren Bereich ein Entschwefelungsmittel eingespritzt wird und wo die sich aus dem Wirbelschichtfliessbett entwickelnden Gase und die durch diese Gase mitgerissenen feinen Brennstoffteilchen oder Russe mit Sekundärluft brennen, wobei der Grössteil der in der ersten Verbrennungstufe erzeugten Aschen aus dieser Stufe abgeführt wird, während die von dem sich aus der Verbrennung in der zweiten Stufe ergebenden Rauch abgeschiedene Festteilchen, mit Ausnahme einer einen Teil der besagten durch die Gase mitgerissenen Festteilchen beseitigenden Ablassdurchsatzleistung zu der Verbrennung zurückgeführt werden, um sie im geschlossenen Kreislauf umlaufen zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass alle besagten abgeschiedenen Festteilchen durch ein Gemisch von Flugaschen und von Erzeugnissen der Entschwefelungsreaktion gebildet werden und deren rückgeführte Teil zu dieser zweiten Verbrennungsstufe zurückgeführt wird, um nur in dieser Stufe einen einzigen Umlauf im geschlossenen Kreislauf mit mehreren Durchläufen eines Gemisches aus feinen Brennstoffteilchen oder Russen, Flugaschen, Entschwefelungsmitteln und Erzeugnissen der Entschwefelungsreaktion mit einem mehrmals (zum Beispiel 10 mal) dem Ablassdurchsatz gleichen Durchsatz des umlaufenden Gemenges zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur zweiten Stufe zurückgeführten besagten Teilchen in zwei verschiedenen Höhen in Abhängigkeit der Verbrennungsverhältnisse eingespritzt werden und zwar :einer ersten Höhe nahe der Sekundärlufteinlasshöhe für den Betrieb mit schwachem Ladungsgemenge und einer oberen Höhe für den Betrieb mit grossem Ladungsgemenge.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten rückgeführten Teilchen pneumatisch mittels Sekundärluft wieder eingespritzt werden.

4. Einen Kessel mit Wirbelschichtfliessbettfeuerung bildende Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit : einer Verbrennungskammer (18), deren untere Teil einen Wirbelschichtfliessbettreaktor (10) bildet, mit einem einen geneigten Rost (12) bildenden Herd, der mit Mitteln zur Abführung der Asche am oberen Ende des herdes versehen ist und unterhalb welchem Mittel zum Einblasen von Fluidisierungs- und Verbrennungsprimärluft angeordnet sind, während oberhalb des Herdes (12) Mittel (14) zur Einführung von Brennstoff in das Wirbelschichtfliessbett (10) gestellt sind; und dessen obere Kammerteil Sekundärlufteinlassdüssen (34) und Mittel (36) zum Einspritzen eines Entschwefelungsmittels aufweist, die in einer gewissen Höhe oberhalb des Wirbelschichtfliessbettes (10) und der besagten Sekundärlufteinlassdüsen (34) liegen; mit dem Austritt des oberen Teils der besagten Kammer (18) verbundenen Entstaubungsmitteln (28,32) sowie Mitteln (37), um einen Teil der in den besagten Entstaubungsmitteln (28,32) von den Verbrennungsgasen abgeschiedenen Festteilchen in die Verbrennungskammer (18)wieder einzuspritzen und Ablassmitteln (38), um den anderen Teil der besagten abgeschiedenen Festteilchen abzuziehen, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Mittel (14) zur Einführung von Brennstoff derart angeordnet sind, um diesen in den tiefsten Teil des Wirbelschichtfliessbettes (10) einzuführen und die besagten Wiedereinspritzungsmittel (37) in die besagte Brennkammer (18) in der Höhe oder oberhalb der besagten Sekundärlufteinlassdüsen (34) münden, während die besagten Ablassmittel (38) angeordnet sind, um ein Gemisch von Flugaschen und von Erzeugnissen aus der Entschwefelungsreaktion mit einem solchen Durchsatz abzuführen, dass der Durchsatz des umlaufenden Ladungsgemenges mehrmals dem Ablassdurchsatz gleich ist.