DE69919424T2

DE69919424T2 - Zirkulierender Wirbelbettkessel mit verbesserter NOx-Reduzierung

Info

Publication number: DE69919424T2
Application number: DE69919424T
Authority: DE
Inventors: Jean Xavier Morin; Michel Vandycke; Corinne Beal
Original assignee: Alstom Power Boiler SA
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2019-02-10
Also published as: US6067943A; FR2775061B1; MXPA99001556A; EP0936405B1; FR2775061A1; ES2227980T3; CN1226653A; DE69919424D1; CN1135319C; EP0936405A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kessel mit zirkulierender Wirbelschicht mit einer Leitung, die sich in einer Längsrichtung erstreckt und einen Strom von Partikeln und von Gas, das Stickoxide enthält, leitet, und einem Mittel zum Einleiten eines Reaktionsmittels, das die Stickoxide reduzieren kann, in den Strom.
In einem Kessel dieses Typs mit einer Leitung, die einen Verbrennungsraum mit einem Absetzzyklon verbindet, werden die Partikel in dem Absetzzyklon getrennt und in den Verbrennungsraum zurückgeführt. Die Gase werden über einen Kamin abgezogen, nachdem sie die herkömmlichen Wärmetauscher, die sich auf der Auslassseite des Absetzzyklons befinden, durchquert haben. Die Reduktion der Stickoxide in reaktionslosen molekularen Stickstoff ist eine korrigierende Maßnahme, durch die die Abgabe von Stickoxiden mit den durch den Kamin abgezogenen Gasen verringert werden kann.
Allgemein wird Ammoniak in den Strom von Partikeln und Gas eingeleitet, um die Stickoxide nach einem Reaktionsschema, das unter dem Namen nicht katalytische selektive Reduktion bekannt ist, zu reduzieren. Es wird gegenwärtig angenommen, dass drei Hauptparameter, die Temperatur, die Verweilzeit und die Durchmischung von reaktivem Ammoniak mit den Stickoxiden, die Reduktionsreaktion in der Anlage beeinflussen.
Das Dokument WO 96 21825 beschreibt einen Kessel mit zirkulierender Wirbelschicht, der ferner einen äußeren Wirbelschicht-Tauscher umfasst. Nach diesem Dokument erfolgt dieses Einleiten von Reaktionsmittel, von Ammoniak, zur Reduktion der Stickoxide in dem Nachverbrennungsabschnitt des Verbrennungsraums oder auch am Eingang des Absetzzyklons.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Durchmischung des Reaktionsmittels mit den in den Gasen enthaltenen Stickoxiden zu verstärken, um deren Reduktion zu fördern.
Dazu hat die Erfindung einen Kessel mit zirkulierender Wirbelschicht zum Gegenstand, mit einem Verbrennungsraum und einem Absetzzyklon, die miteinander durch eine Leitung verbunden sind, die sich in einer Längsrichtung erstreckt und einen Strom von Partikeln und von Gas, das Stickoxide enthält, leitet, und einem Mittel zum Einleiten eines Reaktionsmittels, das die Stickoxide reduzieren kann, in den Strom, außerdem mit einem äußeren Tauscher mit dichter Wirbelschicht, der das Absetzzyklon mit dem Verbrennungsraum verbindet, außerdem mit einem äußeren Tauscher mit dichter Wirbelschicht, der das Absetzzyklon mit dem Verbrennungsraum verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil des Tauschers eine Leitung für den Strom von Partikeln und von Gas bildet, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, und dass das Mittel zum Einleiten des Reaktionsmittels wenigstens ein Rohr umfasst, das in dem oberen Teil des äußeren Tauschers in der Weise angeordnet ist, dass das Reaktionsmittel in Längsrichtung der Leitung und mit dem Strom mitlaufend eingeleitet wird.
Bei diesem Aufbau wird das Reaktionsmittel kräftig in den Strom und in einen an Partikeln wenig dichten Bereich des Stroms eingeleitet, wodurch die Durchmischung mit den Stickoxiden verstärkt und die Reduktionsleistung erhöht werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, worin:
1 in einer Vorderansicht sehr schematisch einen Kessel mit zirkulierender Wirbelschicht mit einem äußeren Tauscher mit dichter Wirbelschicht zeigt;
2 sehr schematisch den unteren Teil des Kessels nach 1 mit wenigstens einem Einspritzrohr zeigt, das in der Leitung, die aus dem oberen Teil des äußeren Tauschers mit dichter Wirbelschicht gebildet ist, angeordnet ist; und
3 eine Schnittansicht eines Einspritzrohrs ist.
Ein Kessel mit zirkulierender Wirbelschicht, der in 1 schematisch gezeigt ist, umfasst einen Verbrennungsraum 1, der sich vertikal erstreckt und wovon ein unterer Teil mit einem Brennstoff 3, beispielsweise mit zerkleinerter Kohle, und mit einem zum oberen Abschnitt des Verbrennungsraums gelenkten Luftstrom 7 gespeist wird. Die Verbrennung erfolgt innerhalb einer großen Masse von feinen Aschepartikeln 5, die durch den Luftstrom 7 stark bewegt und in Suspension gehalten werden, so dass sie eine Wirbelschicht mit einer Partikeldichte, die in Abhängigkeit von der Höhe des Verbrennungsraums schnell abnimmt, bilden. Die Verbrennung findet bei einer Temperatur von typischerweise 850 Grad Celsius (°C) statt und erzeugt Stickoxide NOx.
Der mit feinen Partikeln durchsetzte Luftstrom und die Stickoxide werden über eine erste Leitung 9, die sich in einer im Wesentlichen horizontalen Längsrichtung L1 erstreckt und in den oberen Abschnitt 11A eines vertikal angeordneten Absetzzyklons 11 mündet, in den oberen Abschnitt des Verbrennungsraums geleitet. Durch einen kreisförmigen Verlauf des Luftstroms in dem Zyklon werden die feinen Aschepartikel von den Dämpfen getrennt und über einen Wirbelschichtsiphon 13 zu dem Verbrennungsraum 1 zurückgeführt. Die Dämpfe 14 verlassen den Absetzzyklon 11 und durchqueren herkömmliche Wärmetauscher, bevor sie durch einen Kamin abgezogen werden.
Um die Steuerung der Temperatur des Verbrennungsraums zu erleichtern, ist parallel zu dem Wirbelschichtsiphon 13 ein äußerer Tauscher 15 mit dichter Wirbelschicht, der mit Luft 16 und Partikeln, die dem unteren Teil 11B des Absetzzyklons 11 entnommen werden, gespeist wird. Eine zweite Leitung 17, die einen oberen Teil des äußeren Tauschers 15 bildet, erstreckt sich parallel zu einer im Wesentlichen horizontalen Längsrichtung L2 und leitet den Strom aus Partikeln und Gas, der aus dem Absetzzyklon 11 kommt, zur Wiedergewinnung der Partikel über ein Wirbelschichtsystem 19 zu dem Verbrennungsraum 1.
Gemäß der Erfindung wird zur Reduktion der in den Gasen und Dämpfen enthaltenen Stickoxide ein Reaktionsmittel, beispielsweise Ammoniak in gasförmigem Zustand, mittels wenigstens eines Rohrs eingeleitet, das in der Weise angeordnet ist, dass das Reaktionsmittel in Längsrichtung der Leitung 17 und mit dem von Partikeln durchsetzten Gasstrom mitlaufend freigegeben wird.
So ist, wie dies 2 zeigt, wenigstens ein Rohr 21 (in dem beschriebenen Beispiel sind es zwei Rohre) in einer zweiten Leitung 17 angeordnet, die durch einen oberen Teil 17A des äußeren Tauschers 15 gebildet ist, wo der Kohlenstoff teilweise in die Partikel, die von dem Absetzzyklon 11 kommen, abgeschieden wird. Die Verbrennung des abgeschiedenen Kohlenstoffs erfolgt in einem großen Überschuss an Luft über der dichten Wirbelschicht und erzeugt Stickoxide, die durch die Einleitung des Reaktionsmittels reduziert werden. Vorzugsweise ist jedes Rohr 21 in Bezug auf den Stromfluss der Partikel, die von dem Absetzzyklon 11 kommen, flussabwärts von der Eintrittszone 17B in die zweite Leitung 17 angeordnet, um die Verweilzeit des Reaktionsmittels unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Abscheidung von Kohlenstoff in dieser Eintrittszone 17B groß ist, zu verlängern.
Jedes Rohr 21, 3 enthält wenigstens eine Einspritzdüse 23. Jedes Rohr 21 ist im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung L2 und unter Orientierung der Einspritzdüse 23 in die Strömungsrichtung des Stroms aus Partikeln und Gasen in die zweite Leitung 17 abgesenkt, um das Reaktionsmittel in der Längsrichtung der Leitung und mit dem Strom mitlaufend einzuleiten.
Die Befestigung jedes Einleitungsrohrs 21 in die zweite Leitung 17 ist mittels eines Flanschs 25 verwirklicht, der vorzugsweise eine Verschiebung jedes Rohrs senkrecht zur Längsrichtung der Leitung ermöglicht, um das Absenken in die Leitung in Abhängigkeit von einer geringeren Partikeldichte in dem Strom zu regeln und so das Durchmischen des Reaktionsmittels mit den Stickoxiden zu verstärken.
Außerdem ist vorgesehen, jedes Rohr an der Oberfläche zu behandeln, um seine Eigenschaften im Verhalten gegen Korrosion zu verbessern. Unter Berücksichtigung der Temperatur des Stroms und des Abriebs durch Partikel und Gase wird jedes Rohr beispielsweise durch Ablagerung von Plasma, einer Wolframcarbid- oder Chromcarbid-Beschichtung, behandelt. Um das mechanische Verhalten der Rohre zu verbessern, ist außerdem vorgesehen, diese durch Wasserzirkulation 27 zu kühlen. Das Reaktionsmittel wird über einen Kanal 29, der zu der Einspritzdüse 23 führt, eingeleitet. Als Reaktionsmittel werden gasförmiges Ammoniak oder in Lösung befindliche Ammoniaktröpfchen oder ein flüssiger Vorläufer von Ammoniak wie etwa in Lösung befindliche Urea, die mit Luft gepulst wird, verwendet.

Claims

Kessel mit zirkulierender Wirbelschicht, mit einem Verbrennungsraum und einem Absetzzyklon (11), die miteinander durch eine Leitung (9) verbunden sind, die sich in einer Längsrichtung (L1) erstreckt und einen Strom von Partikeln und von Gas, das Stickoxide (NO_x) enthält, leitet, und einem Mittel zum Einleiten eines Reaktionsmittels, das die Stickoxide reduzieren kann, in den Strom, außerdem mit einem äußeren Tauscher mit dichter Wirbelschicht (15), der das Absetzzyklon (11) mit dem Verbrennungsraum (1) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil (17A) des Tauschers eine Leitung (17) für den Strom von Partikeln und von Gas bildet, die sich in einer Längsrichtung (L2) erstreckt, und dass das Mittel zum Einleiten des Reaktionsmittels wenigstens ein Rohr (21) umfasst, das in dem oberen Teil (17A) des äußeren Tauschers (15) in der Weise angeordnet ist, dass das Reaktionsmittel in Längsrichtung (L2) der Leitung und mit dem Strom mitlaufend eingeleitet wird.
Kessel nach Anspruch 1, in dem jedes Rohr (21) wenigstens eine Düse (23) zum Einleiten des Reaktionsmittels umfasst.
Kessel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, in dem jedes Rohr (21) in einer Richtung, die zu der Längsrichtung (L1, L2) der Leitung (9, 17) im Wesentlichen senkrecht ist, beweglich ist.
Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in dem jedes Rohr (21) einen Wasserzirkulations-Kühlkreis (27) umfasst.
Kessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in dem jedes Rohr (21) eine Beschichtung aus Wolframcarbid-Plasma oder aus Chromcarbid-Plasma umfasst, die dem Abrieb des Stroms widersteht.
Kessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das Reaktionsmittel gasförmiges Ammoniak oder in Lösung befindliche Ammoniaktröpfchen oder ein flüssiger Vorläufer von Ammoniak wie etwa in Lösung befindliche Urea, die mit Luft gepulst wird, ist.