DE69513461T2

DE69513461T2 - Kohlenverbrennungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69513461T2
Application number: DE69513461T
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Kobayashi; Fumiya Nakashima; Keisuke Sonoda; Toshiyuki Takegawa; Kimishiro Tokuda; Takaharu Toyoda
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1995-07-24
Publication date: 2000-08-03
Anticipated expiration: 2015-07-25
Also published as: US5755165A; EP0699734A1; JP3364013B2; ES2139789T3; EP0699734B1; JPH0868506A; DE69513461D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG:

Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kohle- Feuerungsanlage, wie sie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist, die auf Kohle-Vergaser, Heizkessel etc., Energieversorgungsanlagen und andere industrielle Zwecke anwendbar ist.

Beschreibung des Standes der Technik:

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt von einem Beispiel einer Kohle-Feuerungsanlage eines bisher bekannten Kohlevergasers mit Mitführungsbett (entrained bed coal gasifier).
Die Kohlefeuerungsanlage eines Kohlevergasers mit Mitführungsbett umfaßt einen zylindrischen Feuerungsofen 3 mit einem konischen Deckenabschnitt 4 desselben, einen zylindrischen Halsabschnitt 2, einen konischen Diffusorabschnitt 6 und einen zylindrischen Reduktor 7, die alle senkrecht und konzentrisch in einer Form des auf dem Feuerungsofen 3 befindlichen Halsabschnitts 2 verbunden sind, wobei der Diffusorabschnitt 6 sich am Halsabschnitt 2 und der Reduktor 7 am Diffusorabschnitt 6 befindet, und der Deckenabschnitt 4 des Feuerungsofens 3 sich am Feuerungsofen 3 befindet, um so eine Verbindung zum Halsabschnitt 2 herzustellen.
Beim Verfeuern von Kohle (pulverisierter Kohle) und von über einem umfangsmäßig um den zylindrischen Feuerungsofen 3 angebrachten Feuerungsanlagebrenner 8 eingeworfener Pflanzenkohle bzw. Tierkohle (char) wird zunächst Feuerungsgas und dann durch Vergasung Verbrennungsgas erzeugt. Diese erzeugten Hochtemperaturgase, die dem konischen Diffusorabschnitt 6 von einem oberen Teil des Feuerungsofens 3 über den zylindrischen Halsabschnitt 2 zugeführt werden, werden mit von einem Reduktorbrenner 5 gelieferter pulverisierter Kohle zur Vergasung gemischt und strömen innerhalb des Reduktors 7, während die Vergasungsreaktion in diesem stattfindet.
Andererseits wird eine Aschekomponente in der Kohle und der Holzkohle zu Schmelzschlacke und wird zentrifugal vom Gas durch eine durch die Brennerdüsenströmung gebildete Wirbelströmung getrennt und haftet an der Innenwandfläche des zylindrischen Feuerungsofens 3. Sie fließt dann zu einem am Unterteil des Feuerungsofens 3 vorgesehenen Schlackenloch 9 ab und wird aus dem Feuerungsofen 3 abgeführt.
In einer solchen, bisher bekannten Kohle-Feuerungsanlage ist ein Halsabschnitt 2 am Auslaß eines Feuerungsofens 3 zu folgenden Zwecken vorgesehen: i) Erhöhung der Auffangeffizienz von Schmelzschlacke in einem Feuerungsofen, ii) Erhöhung der Verweilzeit von Gas, Kohle und Holzkohle innerhalb eines Feuerungsofens und iii) Sicherstellen hoher Temperaturen innerhalb eines Feuerungsofens über eine Einschränkung von durch die Feuerung erzeugter Strahlungsenergie. Aufgrund eines solchen Halsabschnitts 2 wird unweigerlich ein geneigter (konischer) Deckenabschnitt 4 an einem Feuerungsofen gebildet.
Gemäß Fig. 6 fließt durch Zentrifugalkraft an der Innenfläche der senkrechten Wand des Feuerungsofens 3 anhaftende Schmelzschlacke 11 durch Schwerkraft mit Wirbelbewegungen nach unten. Am Deckenabschnitt 4 des Feuerungsofens 3 oder am Halsabschnitt 2 erhöht sich jedoch die Wirbelgeschwindigkeitskomponente und die aufsteigende Geschwindigkeitskomponente der Wirbelströmung innerhalb des Ofens, wodurch die an den Innenwandflächen des Deckenabschnitts 4 und des Halsabschnitts 2 oder des Diffusorabschnitts 6 haftende Schmelzschlacke 12 durch das Gas nach oben gedrückt wird und am Diffusorabschnitt 6 verbleibt, während es andauernd Wirbelbewegungen vollführt, wie durch Bezugsziffer 13 von Fig. 6 dargestellt ist. Dieses Verbleiben von Schmelzschlacke 13 am Diffusorabschnitt 6 wird durch Zentrifugalkraft beeinflußt, die durch die Wirbelströmung des Gases, die Schwerkraft, etc. gegeben ist.
Während des Verweilens der Schmelzschlacke am Diffusorabschnitt wird diese durch die Gasströmung aus ihrer Verweilzone verstreut, wie durch Bezugsziffer 16 von Fig. 7 dargestellt ist. Falls zu viel Schmelzschlacke in der Verweilzone 13 verbleibt, kommt es zu einem Ungleichgewicht, und ein Teil der Schmelzschlacke fließt den Feuerungsofen 3 hinunter, während ein anderer Teil verstreut wird, wie durch Bezugsziffer 15 von Fig. 7 dargestellt ist. Die verstreute Schmelzschlacke wird durch die Gasströmung zum oberen Teil des Diffusors 6 oder noch weiter nach oben zum Reduktorabschnitt 7 geblasen und haftet dort durch Zentrifugalkraft an der Wandfläche. Am oberen Abschnitt des Diffusors oder am Reduktorabschnitt wird die Gastemperatur jedoch durch eine Vergasungsreaktion gesenkt, wodurch sich die anhaftende Schmelzschlacke verfestigt und allmählich zu einer verfestigten Schlacke anwächst und sich schließlich so anhäuft, daß sie den Diffusorabschnitt und den Reduktorabschnitt blockiert, wodurch ein kontinuierlicher Langzeitbetrieb der Vergasungseinrichtung etc. behindert wird.
Eine spezifische Reaktorgestaltung eines Kohle- Vergasungsreaktors mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist in der EP-0 400 740 A1 offenbart. Der Reaktor weist ein verlängertes Rohr bzw. einen Kamin am Auslaß des Feuerungsofens auf, und die Durchwirbelung des Produktgases wird entweder durch Installieren von Querhaaren (cross hairs) oder durch eine weitere Verengung des Kaminrohrs verringert, um die Ablagerung der Schlacke an den Wänden des Kamins zu reduzieren.

ABRISS DER ERFINDUNG:

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kohle-Feuerungsanlage bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile im Stand der Technik nicht aufweist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kohle- Feuerungsanlage, bei der eine Wirbelfeuerung von pulverisierter Kohle bzw. Kohlestaub in einem zylindrischen Feuerungsofen durchgeführt wird, wobei Aschebestandteile desselben, die an einer Ofenwand durch Zentrifugalkraft aufgefangen werden, auf ein Unterteil des Feuerungsofens fallengelassen werden, und wobei ein erzeugtes Feuerungsgas über einen an einem Oberteil des Feuerungsofens vorgesehenen Halsabschnitt aus dem Ofen abgeführt wird, wobei mindestens ein plattenartiger Wirbelbrecher an den Innenwänden eines Deckenabschnitts des Feuerungsofens und des Halsabschnitts vorgesehen ist, oder wobei zusätzlich zu den genannten Bedingungen mindestens ein plattenartiger Wirbelbrecher an der Innenwandfläche des Diffusorabschnitts vorgesehen ist oder der (die) Wirbelbrecher radial zusätzlich hierzu vorgesehen ist (sind).
Da die vorliegende Erfindung, die nach obiger Beschreibung aufgebaut ist, (einen) Wirbelbrecher am Deckenabschnitt des Feuerungsofens und am Halsabschnitt oder des weiteren am Diffusorabschnitt aufweist, wird die Wirbelströmung des Gases in der Nachbarschaft der Innenwandflächen der genannten Abschnitte abgeschwächt, und die Wirbelströmung innerhalb des Feuerungsofens erreicht den Diffusorabschnitt oder den Reduktorabschnitt nicht. Aus diesem Grund wird verhindert, daß die an den Wandflächen des Deckenabschnitts und des Halsabschnitts oder des Diffusorabschnitts anhaftende Schmelzschlacke durch das Gas nach oben gedrückt wird, und es kommt zu keinem Verbleiben der Schmelzschlacke am Diffusorabschnitt, womit eine Blockierung des Ofens aufgrund von am Diffusorabschnitt oder am Reduktorabschnitt anwachsender verfestigter Schlacke nicht mehr vorkommt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:

In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine horizontale Schnittansicht längs Linie II-II in Pfeilrichtung von Fig. 1,
Fig. 3 eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4 eine horizontale Schnittansicht längs der Linie III-III in Pfeilrichtung von Fig. 3,
Fig. 5 eine Längsschnittansicht zur Darstellung eines Beispiels einer Kohle-Feuerungsanlage für eine Vergasungsvorrichtung mit Mitführuhngsbett nach dem Stand der Technik,
Fig. 6 eine schematische Darstellung von Strömungsbewegungen von Schmelzschlacke an den Innenwandflächen der Kohlefeuerungsanlage nach dem Stand der Technik, und
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Zustands der Streuung, Verfestigung und Blockierung von Schmelzschlacke in der Kohle-Feuerungsanlage nach dem Stand der Technik.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN:

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 2 ist eine Horizontalschnittansicht längs der Linie II-II in Pfeilrichtung von Fig. 1.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform ist eine Kohlefeuerungsanlage für eine Vergasungsvorrichtung mit Mitführungsbett, die einen Feuerungsofen 3, einen Halsabschnitt 2 und einen Diffusorabschnitt 6 und Reduktor 7 wie die in Fig. 6 gezeigten umfaßt, wobei ein senkrechter, streifen- und plattenartiger Wirbelbrecher radial jeweils an vier Positionen mit gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung an den Innenwänden des konischen Deckenabschnitts 4 des Feuerungsofens 3 und des Halsabschnitts 2 vorgesehen ist. Die Breite der Platte ist am Deckenabschnitt 4 breiter und am Halsabschnitt 2 schmäler gestaltet. Infolgedessen wird die an den Innenwandflächen des Deckenabschnitts 4 und des Halsabschnitts 2 haftende Schmelzschlacke nicht mehr durch das Gas nach oben gedrückt, und es kommt nicht mehr zu einem Verbleib der Schmelzschlacke am Diffusorabschnitt 6.
Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 4 ist eine horizontale Schnittansicht längs Linie IV-IV in Pfeilrichtung von. Fig. 3.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform weist einen Aufbau auf, bei dem nicht nur am konischen Deckenabschnitt 4 des Feuerungsofens 3 und am Halsabschnitt 2, sondern auch am Diffusorabschnitt 6 ein senkrechter, plattenartiger Wirbelbrecher einer gleichen Breite entlang der jeweiligen Hauptlinie jeweils an vier Positionen mit gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung an den Innenwandflächen vom unteren Ende des Deckenabschnitts 4 zur Position eines Reduktionsbrenners 5 radial vorgesehen ist. Als Ergebnis hiervon wird auch bei dieser bevorzugten Ausführungsform die an den Innenwandflächen des Deckenabschnitts 4 und des Halsabschnitts 2 haftende Schmelzschlacke nicht mehr durch das Gas nach oben gedrückt, und es kommt nicht mehr zu einem Verbleib der Schmelzschlacke am Diffusorabschnitt 6.
Außer den obigen bevorzugten Ausführungsformen, in denen Wirbelbrecher 1A und 1B an vier Positionen in einer Umfangsrichtung vorgesehen sind, hat sich auch bestätigt, daß ein nur an einer Position vorgesehener Wirbelbrecher ebenfalls eine erfaßbare Wirkung zeigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kommt es zu keiner Verweilzone von Schmelzschlacke am Diffusorabschnitt; dadurch kommt es zu keinem Streuen von Schlacke und zu keinem Auftreten verfestigter Schlacke, die eine Blockierung des Ofens verursacht. Demgemäß wird ein kontinuierlicher Langzeitbetrieb des Ofens möglich.

Claims

1. Kohle-Feuerungsanlage,

bei der eine Wirbelfeuerung von pulverisierter Kohle bzw. Kohlestaub in einem zylindrischen Feuerungsofen (3) durchgeführt wird, wobei Aschebestandteile desselben, die an einer Ofenwand durch Zentrifugalkraft aufgefangen werden, auf ein Unterteil des Feuerungsofens (3) fallengelassen werden, und wobei ein erzeugtes Feuerungsgas über einen an einem Oberteil des Feuerungsofens (3) vorgesehenen Halsabschnitt (2) aus dem Ofen abgeführt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

das erzeugte Feuerungsgas vom Halsabschnitt (2) über einen konischen Diffusorabschnitt aus dem Ofen abgeführt wird, und

mindestens ein plattenartiger Wirbelbrecher (1A, 1B) an den Innenwänden eines Deckenabschnitts (4) des Feuerungsofens (3) und des Halsabschnitts (2) vorgesehen ist.

2. Kohle-Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindesten einer der plattenartigen Wirbelbrecher (1B) an der Innenwand des Diffusorabschnitts (6) vorgesehen ist.

3. Kohle-Feuerungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelbrecher (1A, 1B) radial an dem Deckenabschnitt (4) oder dem Halsabschnitt (2) oder an diesen beiden Stellen sowie an dem Diffusorabschnitt (6) vorgesehen ist.