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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zufuhr von Verbrennungsluft
in einen Sodarückgewinnungskessel
gemäß dem Oberbegriff
des beigefügten
Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Anordnung
zur Zufuhr von Verbrennungsluft in einen Sodarückgewinnungskessel gemäß dem Oberbegriff
des beigefügten
Anspruchs 3, sowie auf einen Sodarückgewinnungskessel unter Verwendung
der Anordnung zur Zufuhr von Verbrennungsluft gemäß dem Oberbegriff
des beigefügten
Anspruchs 10.
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Ablauge
oder so genannte Schwarzlauge wird insbesondere bei einigen Herstellungsverfahren in
der Papierindustrie, wie zum Beispiel beim Holzaufschluss, erzeugt.
Die Schwarzlauge wird in Rückgewinnungskesseln,
das heißt
in so genannten Sodarückgewinnungskesseln,
die zur Verarbeitung von Schwarzlauge hergestellt werden, verbrannt,
wobei Energie, Rauchgase und Chemikalien, die während des Holzaufschlusses
genutzt werden, von der Schwarzlauge freigesetzt werden. Die Zufuhr
von Verbrennungsluft beeinflusst insbesondere die Verwendbarkeit
der Anordnung und die Freisetzungen.
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Es
ist bekannt, Verbrennungsluft verschiedenen Luftzufuhrebenen des
Sodarückgewinnungskessels,
das heißt
so genannten Primär-,
Sekundär-, Tertiär- und Quartärebenen,
zuzuführen,
wodurch es möglich
ist, die Verbrennung in den verschiedenen Teilen des Kessels zu
steuern und dabei eine möglichst
vollständige
Verbrennung zu erzielen. Bei der Zufuhr von Verbrennungsluft hat
es sich als problematisch herausgestellt, dass die Verbrennungsluft
typischerweise nicht gleichmäßig über die
gesamte Luftzufuhrebene verteilt ist, sondern dass sich im Kessel
verschiedene Verwirbelungen bilden, die eine adäquate Verbrennung der Schwarzlauge
verhindern.
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Um
das Problem zu beseitigen, wurden verschiedene Anordnungen zur Zufuhr
von Verbrennungsluft entwickelt. Die
US
5,305,698 offenbart eine Anordnung, mit der Verbrennungsluft
von gegenüberliegenden
Rändern
derart in den Brennstoffkessel eingebracht wird, dass die von den
gegenüberliegenden
Rändern
des Brennstoffkessels verlaufenden Luftströme einander überlappen.
Das Problem bei einer derartigen Anordnung besteht darin, dass die Luftströme entweder
auf der gegenüberliegenden Wand
des Brennstoffkessels auftreffen oder dass die Luftströme kurz
bleiben. Beim Aufeinandertreffen des Luftstroms auf die Wand bildet
sich ein Verwirbelungsbereich, der dem Verbrennungsverfahren abträglich ist.
Wenn die Luftströme
kurz bleiben, vermengt sich die Verbrennungsluft nicht auf die gewünschte Weise
mit dem zu verbrennenden Stoff.
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Die
US 5,305,698 offenbart ferner
eine Anordnung, mit der Verbrennungsluft von gegenüberliegenden
Rändern
des Brennstoffkessels derart zugeführt wird, dass kurze und lange
Luftströme
jeweils abwechselnd von den Rändern
des Brennstoffkessels zugeführt
werden und dass die von den gegenüberliegenden Rändern des
Brennstoffkessels verlaufenden Luftströme so aufeinander treffen,
dass ein kurzer Luftstrom jeweils auf einen langen Luftstrom trifft,
der von der gegenüberliegenden
Seite verläuft (mit
anderen Worten, es findet ein so genanntes teilweises Überlappen
der Luftströme
statt). Die Luftströme
treffen in einer solchen Anordnung typischerweise aufeinander, wobei
sich im Bereich des Aufeinandertreffens, wo die Tröpfchen der
Schwarzlauge in einem starken, aufsteigenden Rauchgasstrom eingeschlossen
sind, der die Tröpfchen
zum oberen Teil des Brennstoffkessels befördert, ein so genannter Tröpfchenaufstieg
bildet. In diesem Fall wird das Verbrennungsverfahren im Kessel
beeinträchtigt,
da es „an
der falschen Stelle" abläuft, wodurch
zum Beispiel der Wirkungsgrad des Kessels verändert und die Freisetzungen
erhöht
werden.
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Die
US 5,022,331 offenbart wiederum
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zufuhr von Verbrennungsluft
in Form von Luftströmen
in einen Brennstoffkessel eines Sodarückgewinnungskessels. Verbrennungsluft
wird durch Luftkanäle,
die im Wesentlichen auf derselben Ebene angeordnet sind, zugeführt. Luftkanäle in den
Wänden
des Brennstoffkessels sind in unterschiedlichen Größen ausgebildet,
derart, dass ihr Durchmesser von den Eckpunkten des Brennstoffkessels
in Richtung der Mittelpunkte der Brennstoffkesselwände größer wird.
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Es
ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur
Zufuhr von Verbrennungsluft zu offenbaren, wobei die Verbrennungsluft
im Wesentlichen gleichmäßig über die
gesamte Luftzufuhrebene dem Brennstoffkessel zugeführt werden kann.
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Um
dieses Ziel zu realisieren, ist das erfindungsgemäße Verfahren
hauptsächlich
durch den kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs 1 charakterisiert.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
zur Zufuhr von Verbrennungsluft ist hauptsächlich durch den kennzeichnenden
Teil des unabhängigen
Anspruchs 3 charakterisiert. Der Sodarückgewinnungskessel unter Verwendung
der Anordnung zur Zufuhr von Verbrennungsluft ist wiederum hauptsächlich durch
den kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs 10 charakterisiert.
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Die
weiteren abhängigen
Ansprüche
sollen einige bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung darlegen.
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Das
Ziel der Erfindung besteht darin, dem Brennstoffkessel Verbrennungsluft
im Wesentlichen gleichmäßig über die
gesamte Luftzufuhrebene zuzuführen.
Die Verbrennungsluft wird dem Brennstoffkessel von gegenüberliegenden
Rändern
des Brennstoffkessels zugeführt,
derart, dass sowohl kurze als auch lange Luftströme von beiden Rändern des Brennstoffkessels
zugeführt
werden. Die langen Luftströme
reichen bis nahe an die gegenüberliegenden Ränder des
Brennstoffkessels, und die kurzen Luftströme reichen vorzugsweise über weniger
als die Hälfte
der Entfernung zwischen den gegenüberliegenden Rändern des
Brennstoffkessels. Erfindungsgemäß reicht
der lange Luftstrom nahe an den gegenüberliegenden Rand, zwischen
zwei kurzen Luftströmen,
die vom gegenüberliegenden
Rand verlaufen,.
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Die
gegenüberliegenden
Wände des
Brennstoffkessels sind mit Düsen
zur Zufuhr von Verbrennungsluft ausgebildet. Es gibt zwei verschiedene
Arten von Düsen:
Primärdüsen, die
zur Erzeugung eines Luftstroms verwendet werden, der weit in den Brennstoffkessel
hineinreicht (das heißt
so genannte Hilfsluftströme),
und Hilfsdüsen,
deren Luftströme eine
im Wesentlichen kurze Reichweite haben (das heißt so genannte Hilfsluftströme). Die
Düsen sind
so in der Kesselwand angeordnet, dass die Hilfsdüsen beidseitig an der Primärdüse platziert
sind und dass zwei Hilfsdüsen
zwischen zwei Primärdüsen platziert sind.
Die Primärdüse und die
Hilfsdüse
können
aus mehreren Düsen
gebildet sein, vorausgesetzt, dass sie einen Luftstrom erzeugen,
der im Wesentlichen einem Strom entspricht, der durch eine einzige
Düse austritt.
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Die
an derselben Wand des Brennstoffkessels anzuordnenden Primärdüsen und
Hilfsdüsen können in
vertikaler Richtung in derselben Höhe oder in unterschiedlichen
Höhen platziert
sein. Es ist im Hinblick auf die Luftströme jedoch vorteilhaft, die
Düsen im
Wesentlichen so in dersel ben Höhe
zu platzieren, dass die Hilfsdüsen
geringfügig
oberhalb der Primärdüsen angeordnet
sind.
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Die
an gegenüberliegenden
Wänden
anzuordnenden Düsen
können
in vertikaler Richtung in derselben Höhe oder in unterschiedlichen
Höhen so platziert
werden, dass die Düsen
im Wesentlichen in Richtung der Düsen in der gegenüberliegenden Wand
im Brennstoffkessel ausgerichtet sind. Indem die Düsen der
gegenüberliegenden
Wände in
unterschiedlichen Höhen
platziert werden, wird die Luftzufuhrebene abgeschrägt, wodurch
die Luft- und Gasströme
im Brennstoffkessel bei einigen Verwendungen vorteilhaft beeinflusst
werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Zufuhr
von Verbrennungsluft ergibt sich eine gleichmäßige „Strömungsmatte", die im Wesentlichen die gesamte Luftzufuhrebene
abdeckt und in der die Luftströme
vorzugsweise nach oben gerichtet sind, wodurch wiederum die Vermengung
zwischen dem Rauchgas und der Luft vorteilhaft beeinflusst wird.
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Die
erfindungsgemäße Zufuhr
von Verbrennungsluft kann auf verschiedenen Ebenen, wie zum Beispiel
den Primär-,
Sekundär-,
Tertiär-
oder Quartärebenen,
zur Zufuhr von Verbrennungsluft in den Kessel verwendet werden.
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Die
Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Prinzipzeichnungen detaillierter erläutert werden, wobei
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1 einen
senkrechten Schnitt durch einen Sodarückgewinnungskessel zeigt,
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2 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung einen horizontalen Schnitt durch die Anordnung zur
Zufuhr von Verbrennungsluft zeigt,
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3 gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung einen horizontalen Schnitt durch die Anordnung zur
Zufuhr von Verbrennungsluft zeigt,
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4 gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung einen senkrechten Schnitt durch die Anordnung zur
Zufuhr von Verbrennungsluft zeigt, und
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5 gemäß einer
dritten Ausführungsform der
Erfindung einen horizontalen Schnitt durch die Anordnung zur Zufuhr
von Verbrennungsluft zeigt.
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1 zeigt
den typischen Aufbau eines Sodarückgewinnungskessels.
Der Sodarückgewinnungskessel
ist eine turmartige Anordnung, deren Brennstoffkessel 7 im
horizontalen Schnitt typischerweise rechteckig oder quadratisch
ist. Der Kessel umfasst zur Brennstoffzufuhr geeignete Mittel TP,
wie für
Schwarzlauge geeignete Düsen,
durch die der zu verbrennende Stoff dem Brennstoffkessel 7 zugeführt wird.
Die für
die Verbrennung erforderliche Verbrennungsluft wird dem Brennstoffkessel 7 auf
verschiedenen funktionalen Luftzufuhrebenen, wie den Primär- T1, Sekundär- T2, Tertiär- T3 und
Quartärebenen
T4, wie in der Figur gezeigt, zugeführt. Die funktionalen Luftzufuhrebenen
T1-T4 umfassen typischerweise 1 bis 3 Unterebenen.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung 1 zur
Zufuhr von Verbrennungsluft kann auf jeder funktionalen Luftzufuhrebene
T1-T4 oder auf jeder Unterebene einer funktionalen Luftzufuhrebene
angeordnet sein. Die nachfolgende Erläuterung der Erfindung soll
sich mit einer Luftzufuhrebene oder Unterebene und einer darauf
angeordneten Luftzufuhranordnung 1 befassen. 2 zeigt
eine der einfachsten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Luftzufuhranordnung 1. 3 zeigt,
betrachtet von oben, eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Luftzu fuhranordnung 1,
und 4 zeigt die gleiche Ausführungsform in Seitenansicht.
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Die
gegenüberliegenden
Wände 2 des Brennstoffkessels 7 sind
zur Zufuhr von Verbrennungsluft mit Düsen 3, 4 ausgebildet.
Es gibt zwei verschiedene Hauptarten von Düsen: Primärdüsen 3, die zur Erzeugung
eines Luftstroms 5 verwendet werden, der weit in den Brennstoffkessel 7 hineinreicht (das
heißt
so genannte Primärluftströme), und
Hilfsdüsen 4,
deren Luftströme 6 eine
kurze Reichweite haben (das heißt
so genannte Hilfsluftströme).
Die Düsen 3, 4 sind,
wie in 3 gezeigt, an der Wand 2 angeordnet,
wobei Hilfsdüsen 4 beidseitig
an der Primärdüse 3 und
zwei Hilfsdüsen
zwischen zwei Primärdüsen angeordnet
sind. Es ist außerdem
möglich,
die Primärdüse 3 und
die Hilfsdüse 4 aus
verschiedenen separaten Düsen
zu bilden, vorausgesetzt, dass der durch diese erzeugte Strom 5, 6 im Wesentlichen
einem Strom entspricht, der aus einer einzigen Düse austritt. In der nachfolgenden
Erläuterung
der Erfindung sollen die Primär- 3 und
die Hilfsdüsen 4 als
einzelne Düsen
betrachtet werden, im Sinne der Erfindung können die Düsen jedoch auch aus mehreren
Düsen gebildet
sein.
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Es
ist vorteilhaft, Düsen
in gegenüberliegenden
Wänden 2 des
Brennstoffkessels 7 derart anzuordnen, dass sich die Anzahl
an Primärdüsen 3 zwischen
den Wänden
um eine unterscheidet. Wenn in der ersten Wand 2 zum Beispiel
zwei Primärdüsen 3 angeordnet
sind, ist es vorteilhaft, in der gegenüberliegenden Wand eine oder
drei Primärdüsen zu verwenden.
Es hat sich gezeigt, dass diese Anordnung die Vermengung zwischen
der Luft und dem Rauchgas im Brennstoffkessel 7 vorteilhaft
beeinflusst. Es ist natürlich
offensichtlich, dass die Anzahl an Primärdüsen 3 und die durch
diese erzeugten Primärluftströme 5 gemäß dem Grundgedanken
der Erfindung frei variiert werden können, und es ist natürlich auch möglich, die
Luftzufuhr so zur Verfügung
zu stellen, dass keine der Wände
Primärdüsen aufweist.
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Die
in gegenüberliegenden
Wänden 2 angeordneten
Düsen 3, 4 sind
horizontal so angeordnet, dass der Strom 5 der Primärdüse 3,
wie in 3 gezeigt, im Wesentlichen zwischen den Strömen 6 von zwei
benachbarten Hilfsdüsen 4 in
der gegenüberliegenden
Wand verläuft.
Die Hilfsdüsen 4 der
gegenüberliegenden
Wände 2 können, wie
in 3 gezeigt, auch so angeordnet sein, dass die Ströme 6 von
den Hilfsdüsen
auf einer Linie angeordnet sind. Es ist ferner möglich, die Hilfsdüsen 4 wie
in 5 gezeigt anzuordnen, wobei die Ströme 6 von
den Hilfsdüsen
auf verschiedenen Linien angeordnet sind. Die Anordnung von 5 ist
vorteilhaft, wenn die Anzahl an Primärdüsen 3 relativ gering
ist.
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Die
in derselben Wand 2 angeordneten Primärdüsen 3 und die Hilfsdüsen 4 können in
vertikaler Richtung auf derselben Ebene oder auf verschiedenen Ebenen
angeordnet sein. Es ist jedoch vorteilhaft, wie in 4 gezeigt,
die Düsen
im Wesentlichen auf derselben Ebene so anzuordnen, dass die Hilfsdüsen geringfügig oberhalb
der Primärdüsen angeordnet
sind.
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Die
in gegenüberliegenden
Wänden 2 angeordneten
Düsen 3, 4 können in
senkrechter Richtung entweder auf derselben Ebene oder auf unterschiedlichen
Ebenen so angeordnet sein, dass die Düsen im Wesentlichen in Richtung
der Düsen
in der gegenüberliegenden
Wand gerichtet sind. Indem die Düsen 3, 4 der
gegenüberliegenden
Wände 2 auf
geringfügig
unterschiedlichen Ebenen angeordnet werden, kann die Strömungsebene
abgeschrägt
werden, wodurch einige Verwendungen vorteilhaft beeinflusst werden.
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Das
Funktionsprinzip der oben dargelegten Anordnung 1 zur Zufuhr
von Verbrennungsluft soll nachfolgend erläutert werden.
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Der
von der Primärdüse 3 zugeführte Primärstrom 5 ist
im Wesentlichen stärker
als die von den Hilfsdüsen 4 zugeführten Hilfsströme 6.
Der Primärstrom 5 durchdringt
das Rauchgas, das senkrecht im Brennstoffkessel 7 in Richtung
der gegenüberliegenden
Wand 2 strömt.
Der Primär strom 5 ist
nahe an der gegenüberliegenden
Wand 2 zwischen zwei Hilfsströmen 6, die in der
gegenüberliegenden
Wand verlaufen, angeordnet. Der Primärstrom 5 weist vorzugsweise
eine solche Stärke
auf, dass der Strom nicht bis zu der gegenüberliegenden Wand 2 reicht, um
durch das Auftreffen des Stroms auf der gegenüberliegenden Wand 2 verursachte
Verwirbelungen zu verhindern. Die Länge des Primärstroms 5 beträgt vorzugsweise
ungefähr
drei Viertel der Entfernung zwischen den gegenüberliegenden Wänden 2.
Die Stärke
der Hilfsströme 6,
die auf den Seiten des gegenüberliegenden
Primärstroms 5 auftreffen,
verläuft vorzugsweise
wiederum derart, dass die Ströme nicht
in den Wirkungsbereich der gegenüberliegenden
Hilfsdüsen
reichen, wobei sich im Brennstoffkessel kein so genannter Tröpfchenaufstieg
bildet. Die Länge
der Primärströme 6 beträgt vorzugsweise
weniger als die Hälfte
der Entfernung zwischen den gegenüberliegenden Wänden 2.
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Wenn
die Seiten des Primärstroms 5 und
des gegenüberliegenden
Hilfsstroms 6 aufeinander treffen, bildet sich an dieser
Stelle ein Verwirbelungsbereich. Durch dieses Phänomen verläuft das Vermengen zwischen
der Luft und dem Rauchgas effizienter, und die Luftströme 5, 6 werden
auf gewünschte
Weise unterdrückt,
wodurch das oben erwähnte
unerwünschte
Aufeinandertreffen auf andere Ströme und/oder Wände 2 verhindert
wird. Der Primärstrom 5 und
die seitlich davon verlaufenden Hilfsströme 6 bilden eine im
Wesentlichen gleichmäßigen Strömungsbereich,
der den Brennstoffkessel durchdringt. Folglich bilden die parallelen
und gegenüberliegenden
Primärströme 5 und
die benachbarten Hilfsströme 6 wiederum
eine im Wesentlichen gleichmäßige „Strömungsmatte", die den Brennstoffkessel 7 in
horizontaler Richtung abdeckt. Im Bereich der Strömungsmatte
sind die Ströme 5, 6 vorzugsweise
nach oben gerichtet, wenn sie sich mit den Rauchgasen vermengen,
wodurch das Vermengen zwischen der Luft und dem Rauchgas effizienter
wird und wobei das Vermengen in der gesamten Luftzufuhrebene gleichmäßig abläuft.
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Die
erfindungsgemäße Zufuhr
von Verbrennungsluft kann auf verschiedenen Luftzufuhrebenen im
Kessel, wie zum Beispiel den Primär- T1, Sekundär- T2, Tertiär- T3 und
Quartärebenen
T4, sowie auf weiteren möglichen
Luftzufuhrebenen und ihren Unterebenen verwendet werden. Die Zufuhr
von Verbrennungsluft kann einheitlich mit anderen Ebenen auf jeder
unterschiedlichen Luftzufuhrebene bereitgestellt oder auf einer
oder mehreren Luftzufuhrebenen spiegelverkehrt oder in Richtung
quer zu den Einlässen
anderer Luftzufuhrebenen durchgeführt werden.
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Es
ist natürlich
offensichtlich, dass sich die Erfindung nicht nur auf die im vorangehenden
Beispiel dargelegte Ausführungsform
beschränkt,
sondern dass das Verfahren zur Zufuhr von Verbrennungsluft in einen
Kessel neben dem im Beispiel genannten Sodarückgewinnungskessel auch für andere
Kesseltypen, wie zum Beispiel Power Boiler, insbesondere für Wirbelschichtkessel,
verwendet werden kann, wobei das Verfahren zur Zufuhr von Verbrennungsluft
eine vorteilhafte Anordnung liefern kann.