DE4029065A1 - Wirbelschichtfeuerung mit einer stationaeren wirbelschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung mit einer stationären Wirbelschicht für einen Heißwasser- oder Dampferzeuger und ein Verfahren zur Erzeugung von Heißwasser oder Dampf mit Hilfe einer stationären Wirbelschichtfeuerung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und 2.

Bei bekannten Wirbelschichtfeuerungen (Technische Mitteilungen 1984, Seiten 296-301) durchdringt die als Fluidisierungsgas dienende Verbrennungsluft die Wirbelschicht mit einer vergleichsweise niedrigen Anströmgeschwindigkeit von 1 bis 2,0 m/s. Ein charakteristisches Merkmal der bekannten stationären Wirbelschichtfeuerungen sind die Tauchheizflächen im Wirbelbett. Auf Grund des guten Wärmeüberganges in der Wirbelschicht übertragen die Tauchheizflächen einen großen Teil der im Kessel freiwerdenden Verbrennungswärme an den Wasser/Dampf-Kreislauf. Diese Tatsache und die auf Grund der geringen Staubbelastung des Rauchgases mögliche gedrängte Anordnung der Heizflächen führt zu einer kompakten Kesselkonstruktion. Die Tauchheizflächen bieten damit zwar einerseits Vorteile für die Dampferzeugung und die Bauweise, verursachen aber andererseits Nachteile in der Weise, als sie einem mechanischen Angriff durch Erosion unterliegen und einen Teillastbetrieb erschweren, da sie stets die im Wirbelbett freigesetzte Brennstoffwärme in voller Höhe aufnehmen.

Bei einer anderen Wirbelschichtfeuerung mit stationärer Wirbelschicht und erhöhtem Feststoffumlauf (VGB Kraftwerkstechnik 69 (1989), Seiten 584-591) sind in der Wirbelschicht keine Tauchheizflächen vorhanden. Oberhalb des Freiraumes über der Wirbelschicht sind Konvektionsheizflächen vorgesehen, die das Rauchgas und den darin mitgeführten Feststoff auf etwa 315 Grad C abkühlen. Der mit dieser Temperatur in einem Zyklon abgetrennte Feststoff wird in die Wirbelschicht zurückgeführt, um diese zu kühlen. Dieses System arbeitet mit einer Wirbelgeschwindigkeit von etwa 4,5 m/s und einer gestuften Luftaufgabe, so daß niedrige NO_x-Emissionen ohne Sekundärmaßnahmen möglich sind. Darüber hinaus lassen sich Teillasten in einfacher Weise einstellen. Andererseits ist aber die Bauhöhe des Kessels und der umbaute Raum verhältnismäßig groß.

Schließlich ist es bei der Verfeuerung von salzhaltiger Braunkohle in einer stationären Wirbelschicht ohne Tauchheizflächen bekannt (DE-PS 37 12 801), über die Rückführung von kaltem Rauchgas in die Wirbelschicht und den Freiraum über der Wirbelschicht die Bettemperatur und die Freiraumtemperatur zu beeinflussen. Hierbei wird ein mehrzügiger Kessel verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Wirbelschichtfeuerung derart zu gestalten, daß sie für kleine Kessel mit einer Leistung von weniger als 50 MW_therm geeignet ist, wobei ein gutes Teillastverhalten und geringe Schadstoffemissionen erreicht werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Wirbelschichtfeuerung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 2 gelöst.

Der erfindungsgemäße Kessel zeichnet sich wie der Kessel mit Tauchheizflächen in der Wirbelschicht durch eine kompakte Bauweise aus, die eine weitestgehende Werkstattvorfertigung ohne hohen Montageaufwand ermöglicht. Dabei kann der Kessel selbsttragend sein, so daß eine Stahltragkonstruktion für den Kessel entfallen kann. Durch den Verzicht auf Tauchheizflächen in der Wirbelschicht und durch die Rezirkulation von kaltem Rauchgas als Wärmeträger ist eine gute Teillastregelung gegeben, und Erosionsprobleme werden vermieden. Die gestufte Luftzufuhr und die Rückführung von Asche, die in dem kaltliegenden Zyklon abgetrennt wird, führen zu einer Verbesserung der Emissionswerte und des Ausbrandes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung stellt schematisch einen Dampf- oder Heißwassererzeuger dar.

Der der Erzeugung von Heißwasser oder Dampf dienende Kessel 1 ist als Einzugkessel ausgebildet, dessen Umfassungswände aus Rohren bestehen, die über Stege gasdicht miteinander verschweißt sind. Im unteren Teil des Kessels 1 ist ein Luftkasten 2 vorgesehen, der durch einen Düsenboden 3 abgeschlossen ist, auf dem eine stationäre Wirbelschicht 4 aufgebaut wird. Über der Wirbelschicht 4 befindet sich ein Freiraum 5. Oberhalb des Freiraumes ist eine Trennwand 6 angeordnet, die im oberen Teil aufgefächert ist und Durchtrittsquerschnitte 7 aufweist und deren untere Kante mit einer der Seitenwände dicht verbunden ist. Auf diese Weise wird eine aufwärts durchströmte Sektion 8 und eine abwärts durchströmte Sektion 9 gebildet, an die sich eine Rauchgasleitung 10 anschließt. Die Rauchgasleitung 10 führt über einen Zyklon 11, ein Filter 12 und ein Saugzuggebläse 13 zu einem nicht dargestellten Kamin.

Die Sektionen 8, 9 oberhalb des Freiraumes 5 nehmen Konvektionsheizflächen 14, 15 auf. Das zu erhitzende Wasser wird der in der abwärts durchströmten Sektion 9 angeordneten Konvektionsheizfläche 14 zugeführt, durchströmt anschließend die Rohre der Umfassungswände des Kessels und dann die Konvektionsheizfläche 15 in der aufwärts durchströmten Sektion 8. Für den Fall, daß Dampf erzeugt wird, dient diese letzte Konvektionsheizfläche 15 als Überhitzer.

Als Brennstoff dient stückige Braunkohle mit einer Körnung kleiner 25 mm oder stückige Steinkohle mit einer Körnung kleiner 10 mm. Die Kohle wird in einem Kohlebunker 16 zwischengelagert. Unterhalb des Kohlebunkers 16 ist ein Abzugsorgan 17, z. B. ein Trogkettenförderer, angeordnet, der mit einem Beschickungsorgan 18, z. B. einem Wurfbeschicker, verbunden ist. Das Beschickungsorgan 18 ist in der Frontwand des Kessels in der Höhe des Freiraumes 5 angeordnet und trägt den Brennstoff in die Wirbelschicht 4 ein. Der für die Entschwefelung des Rauchgases vorgesehene Kalk wird in einem Kalkbunker 19 zwischengelagert. Das Austragsende des Kalkbunkers 19 ist mit einer Zellradschleuse 20 versehen und mit dem Abzugsgsorgan 17 des Kohlebunkers 16 verbunden.

Der Feststoffaustrag des Zyklons 11 und des Filters 12 ist über einen Querförderer 21, einem Senkrechtförderer 22 und einem weiteren Querförderer 23 mit einem Aschebunker 24 verbunden. Der Auslauf des Aschebunkers ist mit einer Zellradschleuse 25 versehen und mit dem Abzugsorgan 17 des Kohlebunkers 16 verbunden. Der aus dem kalten Rauchgas abgetrennte Feststoff wird somit zusammen mit der Kohle und dem Kalk in die Wirbelschicht 4 eingetragen.

Der Düsenboden 3 ist mit einem Ablaufrohr 26 versehen, über den Bettasche aus der Wirbelschicht 4 abgezogen werden kann. Die Bettasche gelangt über die Querförderer 21, 23 und den Senkrechtförderer 22 ebenfalls in den Aschebunker 24. Überschüssiger Feststoff wird über einen zweiten Auslaß 27 des Aschebunkers 24 aus dem System abgezogen.

Ein Frischlüfter 28 ist über eine Luftleitung 29 mit dem Luftkasten 2 verbunden. Von der Luftleitung 29 zweigt eine Nebenleitung 30 ab, die zu Luftdüsen 31 geführt ist, die in der Seitenwand des Kessels in dem Freiraum 5 oberhalb der Wirbelschicht 4 angeordnet sind. In der Luftleitung 29 und der Nebenleitung 30 ist jeweils eine Drosselklappe 32 angeordnet. Der Frischlüfter 28 saugt Verbrennungsluft an und führt diese nicht vorgewärmt als Primär- oder Fluidisierungsluft über den Luftkasten 2 der Wirbelschicht 4 und als Sekundärluft dem Freiraum 5 zu. Von der Rauchgasleitung 10 hinter dem Filter 12 führt eine mit einem Rezirkulationsgebläse 33 und einer Drosselklappe 32 versehene Rezirkulationsleitung 34 zu dem Luftkasten 2. Über die Rezirkultionsleitung 34 wird kaltes Rauchgas als Wärmeträger zur Regelung der Bettemperatur in kontrollierter Menge der Wirbelschicht 4 zugeführt. Das den Düsenboden 3 durchströmende gasförmige Medium wird derart eingestellt, daß die Wirbelgeschwindigkeit max. 3,5 m/s beträgt.

Claims (2)

1. Wirbelschichtfeuerung mit einer stationären Wirbelschicht (4) für einen Heißwasser- oder Dampferzeuger, der als Einzugkessel ausgebildet ist und oberhalb der Wirbelschicht (4) eine aufwärts durchströmte und eine abwärts durchströmte Sektion (8, 9) aufweist, die durch eine mit Durchtrittsquerschnitten (7) versehene Trennwand (6) getrennt sind und Konvektionsheizflächen (14, 15) aufnehmen, wobei unterhalb der Wirbelschicht (4) ein mit einer Luftleitung (29) verbundener Luftkasten (2) vorgesehen ist, wobei in den Kessel oberhalb der Wirbelschicht (4) ein mechanisches Beschickungsorgan (18) hineinreicht und wobei an das kalte Ende des Kessels eine Rauchgasleitung (10) angeschlossen ist, in der ein Staubabscheider (11, 12) vorgesehen ist, der mit einer Ascherückführung (21, 22, 23) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht (4) frei von Tauchheizflächen ist, daß von der Rauchgasleitung (10) hinter dem Staubabscheider (11, 12) eine Rezirkulationsleitung (34) zu dem Luftkasten (2) geführt ist, daß eine Nebenleitung (30) von der Luftleitung (29) in den Kessel oberhalb der Wirbelschicht (4) geführt ist, daß durch die Zufuhr von Luft und rückgesaugtem Rauchgas in der Wirbelschicht (4) eine Wirbelgeschwindigkeit von maximal 3,5 m/s eingehalten ist und daß die Ascherückführung (21, 22, 23) mit dem Beschickungsorgan (18) verbunden ist.

2. Verfahren zur Erzeugung von Wasser oder Dampf in einem Kessel mit einer stationären Wirbelschichtfeuerung, in die stückige Kohle eingebracht und mit Hilfe von in die Wirbelschicht eingeblasener Verbrennungsluft verbrannt wird, wobei das entstandene und abgekühlte Rauchgas von mitgerissenen Feststoffen befreit und die abgetrennten Feststoffe teilweise zurückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des abgekühlten Rauchgases in die von Tauchheizflächen freie Wirbelschicht zurückgeführt wird, daß in der Wirbelschicht eine Wirbelgeschwindigkeit von maximal 3,5 m/s eingestellt wird und daß ein Teil der Verbrennungsluft als Sekundärluft oberhalb der Wirbelschicht eingeblasen wird und daß die zurückgeführten Feststoffe zusammen mit der Kohle eingetragen werden.