EP0157901A2 - Wirbelbettfeuerung - Google Patents

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EP0157901A2
EP0157901A2 EP84106553A EP84106553A EP0157901A2 EP 0157901 A2 EP0157901 A2 EP 0157901A2 EP 84106553 A EP84106553 A EP 84106553A EP 84106553 A EP84106553 A EP 84106553A EP 0157901 A2 EP0157901 A2 EP 0157901A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluidized bed
combustion chamber
combustion
mixing device
static mixing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP84106553A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP0157901B1 (de
EP0157901A3 (en
Inventor
Hans-Rudolf Schenk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sulzer AG
Original Assignee
Sulzer AG
Gebrueder Sulzer AG
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Publication date
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Application filed by Sulzer AG, Gebrueder Sulzer AG filed Critical Sulzer AG
Priority to AT84106553T priority Critical patent/ATE55474T1/de
Publication of EP0157901A2 publication Critical patent/EP0157901A2/de
Publication of EP0157901A3 publication Critical patent/EP0157901A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0157901B1 publication Critical patent/EP0157901B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/002—Fluidised bed combustion apparatus for pulverulent solid fuel

Definitions

  • the invention relates to a fluidized bed combustion with a combustion chamber, the walls and the bottom of which are gas-tightly welded to one another, carrying wall tubes carrying a heat transfer medium, and the bottom of which have air passage openings, means for supplying fuel, additives and air being provided and in the combustion chamber above the fluidized bed an afterburner is formed.
  • Another fluidized bed combustion is known in which the unburned fuel particles discharged from the fluidized bed are burned by means of at least one afterburner for liquid and / or gaseous pilot fuel, so that there is no recirculation of the unburned fuel particles.
  • this solution requires the use of the relatively complex afterburner and the consumption of a corresponding amount of additional fuel.
  • At least one static mixing device is arranged in the afterburner.
  • Static mixing devices are known which divide a gas flow into partial flows in such a way that they intersect several times and thereby mix with one another. Allow these mixing devices good homogenization of the gas stream flowing through them with low pressure loss. It has been shown that these properties are retained even if the gas stream contains solid particles without the mixing devices becoming blocked during operation.
  • the mixing devices can be made from ceramic materials and / or high-temperature-resistant steels and can therefore be designed without any problem for the temperatures up to approx. 900 ° C. that occur in the combustion chamber of a fluidized bed furnace.
  • the mixing and homogenization of the flue gas caused by them promotes - by breaking down cold zones and evenly distributing the oxygen - the combustion of the unburned fuel particles in the afterburning chamber without the flue gas flow being significantly disturbed. There is therefore no need to supply additional pilot fuel.
  • the static mixing devices contain no moving parts and therefore have practically no susceptibility to failure.
  • Another advantage of the invention lies in the compact design of the fluidized bed combustion.
  • Claim 4 indicates a preferred embodiment of the invention.
  • the fluidized bed furnace 1 has a combustion chamber 2 with a rectangular plan.
  • the combustion chamber 2 ' "surrounded and delimited at the bottom by a furnace floor. 4
  • the combustion chamber walls 3 3', 3" of four vertical combustion chamber walls 3 and the Brennschbooen 4 consist of gas-tight manner by means of webs 6 weldability t s wall pipes 5, wherein these pipes in the area of the combustion chamber walls 3 ', 3 "vertically and in the area of the combustion chamber floor 4 run horizontally.
  • the wall tubes 5 of the two opposing combustion chamber walls 3 ' each start from a horizontal cooling water distributor 13, which are fed by cooling water supply tubes 12. Above the pipes 5 of the two walls 3 'each lead to a horizontal collector 14 to which discharge pipes 15 are connected.
  • the two remaining combustion chamber walls 3 ′′ are bent at 90 ° to one another at their lower ends and are tightly connected to one another so that
  • the combustion chamber 2 is delimited by a pyramid-shaped combustion chamber ceiling 11, from the upper central end of which an exhaust duct 10 branches off.
  • the combustion chamber walls 3 ′, 3 ′′, the combustion chamber base 4 and the combustion chamber ceiling 11 are welded together in a gas-tight manner.
  • an air box 90 is enclosed, to which a primary air supply pipe 8 is connected, which has a flap 8 'for adjusting the amount of air.
  • a primary air supply pipe 8 is connected, which has a flap 8 'for adjusting the amount of air.
  • an emptying pipe 16 is connected, which contains a slide 17.
  • the air box 90 is Connected to the combustion chamber 2 via passage openings 91 in the webs 6 of the combustion chamber base 4.
  • a cover plate 92 is arranged above each passage opening 91, which is welded to two adjacent wall tubes 5 and spans the opening 91.
  • the combustion chamber 2 is divided into two areas, namely a lower area occupied by the fluidized bed 18 and an area above it, which forms the afterburning space 19.
  • Two inclined pouring tubes 7 protrude through each of the two combustion chamber walls 3 '' into the afterburning space 19 and end close above the fluidized bed 18.
  • flag-like heating surface tubes 25 are arranged which penetrate the two combustion chamber walls 3 'and are separated by horizontal heating surface distributors 26 and horizontal heating surface collectors 27 going out.
  • the heating surface pipes 25 run parallel to the combustion chamber walls 3 ′′.
  • the heating surface distributors 26 and heating surface collectors 27 are located outside the combustion chamber 2 and are connected to water supply pipes 28 and water discharge pipes 29 20 and somewhat below there are several inclined secondary air supply pipes 21.
  • the pipes 20 and 21 penetrate the combustion chamber walls 3 'and are connected to horizontal secondary air distributors 22 running parallel to the combustion chamber walls 3', to each of which a secondary air feed pipe 23 opens. All pipes 7, 20, 21 and 25 penetrate the associated combustion chamber walls 3 'or 3 "in the area of the webs 6 and are welded to them in a gastight manner.
  • each mixing device 30 On the horizontal secondary air supply pipes 20, three static mixing devices 30 are arranged, which cover the entire cross section of the afterburning space 19 and are guided on the combustion chamber walls 3 ', 3 ".
  • the dead weight is sufficient for their attachment.
  • the structure of each mixing device 30 results as an example from FIG 2.
  • the static mixer consists of several
  • the surface elements 31 are alternately arranged next to one another in such a way that the guide elements 32 intersect.
  • the three mixing devices 30 are stacked on one another in FIG. 1 in such a way that the vertical surface elements 31 of one mixing device form an angle other than zero with those of the adjacent mixing device; in Fig. 1, 45. This ensures effective mixing of the flue gas in all directions.
  • the heat generated by the combustion in the fluidized bed is constantly dissipated in a known manner by the water flowing in the wall tubes 5 and in the heating surface tubes 25, which may evaporate.
  • the water or the steam flows in opposite directions in adjacent tubes, so that a uniform temperature distribution is ensured, and thermal stresses are avoided.
  • the general direction of flow is always from bottom to top, i.e. from the cooling water supply pipes 12 via the cooling water distributors 13 to the collectors 14 and the discharge pipes 15.
  • the water or steam flows essentially from the bottom up, namely from the cooling water supply pipe 28 via the heating surface distributor 26 and from the heating surface pipes 25 the heating surface collector 27 to the discharge pipes 29.
  • the cover plates 92 prevent the fluidized bed material from flowing out into the air box 90. Via the emptying pipe 16, when the slide 17 is open, there is access to the air box 90 secured for cleaning and emptying any residues.
  • the secondary air supply pipes 20 and 21 can be perforated within the combustion chamber 2, which under certain circumstances brings about an improvement in the secondary air distribution. It is also possible to divide the fluidized bed 18 into different sectors in a known manner by means of partitions in order to improve the operation at part load. In this case, it is expedient to also blow in the secondary air sector by sector by means of valves arranged outside the combustion chamber 2 in accordance with the respective working sectors of the fluidized bed 18, the static mixing devices 30 not having to be taken into account, which is a further advantage of the invention.
  • mixing devices according to FIG. 3 can also be used in the combustion chamber 2.
  • vertical plates 37 and 38 formed from inclined mixing tubes 35 are present in the mixing device, the tubes 37 rising from right to left in the panels 37 and from left to right in the panels 38.
  • the panels 37 and 38 are arranged parallel to one another and alternately with one another. Slots 36 in the tubes 35 connect the spaces between the panels 37 and 38 to the interior of the mixing tubes 35. At their lower ends, most of the mixing tubes 35 of a panel open into a distributor 39.
  • the distributors 39 are an extension of the horizontal secondary air supply tubes 20 according to FIG 1 arranged.
  • the secondary air is blown directly into the static mixing device and mixed with the flue gas; the secondary air can be introduced through the oblique secondary air supply pipes 21 in Fig. 1 are omitted.
  • the stacking of several mixing devices designed in this way, the boards 37, 38 in one device with the boards 37, 38 of the previous device forming a non-zero angle - preferably 90 ° - leads to an optimal mixing of secondary air and in all directions Flue gas.
  • the fluidized bed firing described is of the static type, i.e. without recirculation of the bed material inside the bed. Like the static mixing devices, it can have configurations other than those shown here. For example, spherical fluidized bed firings that work under pressure are possible. It is also possible to use combustion chambers that have cross sections that change with height.
  • the combustion chamber floor can be designed independently of the combustion chamber walls or these can be spiral-shaped instead of vertical tubes.
  • the combustion chamber floor can be designed to be displaceable in the vertical direction or have closable openings through which the bed material can be drained through the funnel 9 and the emptying pipe 16.
  • the bed material can be fine powder; the fuel can even be liquid instead of granular and for example are blown into the fluidized bed from bottom to top with the help of air, which also acts as secondary air.
  • the static mixer can extend to the top of the combustion chamber. It can be hung on the combustion chamber ceiling using cooled pipes or uncooled rods. Additional heating surfaces can also be installed above the static mixing device.
  • static mixing devices can be arranged next to one another in the afterburner with or without spacing. Instead of its own weight, the static mixing device can be non-positively connected to the secondary air supply pipes and / or to the combustion chamber walls.

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Abstract

Die Wirbelbettfeuerung (1) weist eine Brennkammer (2) auf, die im unteren Teil ein Wirbelbett (18) und oberhalb davon einen Nachbrennraum (19) enthält. Im Nachbrennraum (19) ist eine statische Mischvorrichtung (30) angeordnet.
Hierdurch wird das Zunden von aus dem Wirbelbett ausgetragenen, unverbrannten Brennstoffteilchen verbessert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wirbelbettfeuerung mit einer Brennkammer, deren Wände und deren Boden aus miteinander gasdicht verschweissten, ein Wärmeübertragungsmittel führenden Wandrohren besteht und deren Boden Luftdurchtrittsöffnungen aufweist, wobei Mittel zum Zuführen von Brennstoff, Zuschlagstoffen und Luft vorgesehen sind und wobei in der Brennkammer oberhalb des Wirbelbettes ein Nachbrennraum gebildet ist.
  • Abhängig von der Art des verwendeten Brennstoffes und der Menge der in das Wirbelbett eingeblasenen Luft werden im Betrieb der Feuerung feine, unverbrannte Brennstoffteilchen aus dem Wirbelbett ausgetragen, wodurch Verluste entstehen, die zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades führen.
  • In einer bekannten Wirbelbettfeuerung werden diese unverbrannten Brennstoffteilchen in einem Zyklon und/oder in einem im kalten Bereich des Rauchgases angeordneten Filter vom Rauchgas abgeschieden und zum Wirbelbett zurückgeführt. Die dazu notwendige Einrichtung ist jedoch aufwendig und eine völlige Unterbindung des beschriebenen Austragens ist nicht möglich. Am häufigsten werden Brennstoffteilchen mit einem Durchmesser bis etwa O,5 mm rezirkuliert. Diese Teilchen sind sehr abrasiv, was zu Erosionen besonders in der Rezirkulationseinrichtung und an den Wärmeübertragungsflächen führt.
  • Es ist eine andere Wirbelbettfeuerung bekannt, in der die aus dem Wirbelbett ausgetragenen, unverbrannten Brennstoffteilchen mittels mindestens eines Nachbrenners für flüssigen und/oder gasförmigen Zündbrennstoff verbrannt werden, so dass eine Rezirkulation der unverbrannten Brennstoffteilchen entfällt. Diese Lösung bedingt aber den Einsatz der relativ aufwendigen Nachbrenner sowie den Verbrauch einer entsprechenden Menge zusätzlichen Brennstoffs.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anwesenheit von unverbrannten Brennstoffteilchen im Rauchgas auf einfache und kostengünstige Art sowie ohne zusätzliche Energiezufuhr, soweit zu verringern, dass eine Rezirkulation von Brennstoffteilchen überflüssig wird, wobei ausserdem der Wirkungsgrad der Wirbelbettfeuerung vergrössert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass im Nachbrennraum mindestens eine statische Mischvorrichtung angeordnet ist. Es sind statische Mischvorrichtungen bekannt, die einen Gasstrom in Teilströme so aufteilen, dass diese sich mehrfach kreuzen und sich dadurch miteinander vermischen. Diese Mischvorrichtungen ermöglichen bei geringem Druckverlust eine gute Homogenisierung des durch sie hindurchfliessenden Gasstromes. Es hat sich gezeigt, dass diese Eigenschaften auch erhalten bleiben, wenn der Gasstrom feste Teilchen enthält, ohne dass die Mischvorrichtungen während des Betriebes verstopfen. Die Mischvorrichtungen können aus keramischen Werkstoffen, und/oder hochtemperaturbeständigen Stählen hergestellt werden und können somit problemlos für die in der Brennkammer einer Wirbelbettfeuerung vorkommenden Temperaturen bis ca 9000C ausgelegt werden. Die von ihnen verursachte Durchmischung und Homogenisierung des Rauchgases fördert - durch das Abbauen von Kaltzonen und das gleichmässige Verteilen des Sauerstoffes - die Verbrennung der unverbrannten Brennstoffteilchen in dem Nachbrennraum, ohne dass der Rauchgasstrom wesentlich gestört wird. Es erübrigt sich also eine Zufuhr von zusätzlichem Zündbrennstoff. Die statischen Mischvorrichtungen enthalten keine beweglichen Teile und weisen deswegen praktisch keine Störungsanfälligkeit auf.
  • Es hat sich ferner gezeigt, dass durch das Anordnen der statischen Mischvorrichtung im Nachbrennraum,der einen grossen Querschnitt aufweist, in dem das Rauchgas sich relativ langsam bewegt und die Dichte der unverbrannten Brennstoffteilchen sehr gering ist, die Abnutzung infolge Erosion unwesentlich ist. Dies gilt auch dann, wenn der Nachbrennraum gegenüber dem Wirbelbett etwas eingeschnürt ist. Sollte die statische Mischvorrichtung durch Korrosion und/oder Erosion abgenutzt werden, so liesse sie sich auf einfache und rasche Art ersetzen.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der kompakten Bauweise der Wirbelbettfeuerung.
  • Die Auslegung des statischen Mischelementes gemäss Anspruch 2 führt zu einem besonders guten Wirkungsgrad, der durch die Anordnung nach Anspruch 3 weiter verbessert wird.
  • Anspruch 4 kennzeichnet eine bevorzugte Ausführung der Erfindung.
  • Eine wesentliche Verbesserung der Verbrennung im Bereich der statischen Mischvorrichtung, wird mit den Anordnungen nach den Ansprüchen 5 bis 9 erreicht, wobei von Fall zu Fall entschieden werden muss, welche der Massnahmen am geeignetsten ist.
  • Anhand der Zeichnung wird nun die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigen, jeweils schematisch:
    • Fig. 1: einen vertikalen Schnitt durch eine Wirbelbettfeuerung nach der Erfindung,
    • Fig. 2: einen perspektivischen Ausschnitt einer statischen Mischvorrichtung und
    • Fig. 3: einen perspektivischen Ausschnitt einer abgewandelten statischen Mischvorrichtung.
  • Die Wirbelbettfeuerung 1 gemäss Fig. 1 weist eine Brennkammer 2 mit rechteckigem Grundriss auf. Die Brennkammer 2 ist von vier vertikalen Brennkammerwänden 3', 3" umgeben und nach unten von einem Brennkammerboden 4 begrenzt. Die Brennkammerwände 3', 3" und der Brennkammerbooen 4 bestehen aus mittels Stegen 6 gasdicht verschweiss- ten Wandrohren 5, wobei diese Rohre im Bereich der Brennkammerwände 3', 3" vertikal und im Bereich des Brennkammerbodens 4 horizontal verlaufen. Die Wandrohre 5 der beiden sich gegenüberstehenden Brennkammerwände 3' gehen unten von je einem horizontalen Kühlwasserverteiler 13 aus, die durch Kühlwasserzufuhrrohre 12 gespeist werden. Oben münden die Rohre 5 der beiden Wände 3' in je einen horizontalen Sammler 14,an die Abfuhrrohre 15 angeschlossen sind. Die zwei übrigen Brennkammerwände 3" sind an ihren unteren Enden um 90° gegeneinander gebogen und miteinander dicht verbunden, so dass
  • jeweils ein Rohr 5 der einen Brennkammerwand 3" mit einem Rohr 5 der anderen Brennkammerwand 3" verbunden ist. Die oberen Enden der Rohre 5 der einen Brennkammerwand 3" sind abwechselnd mit einem horizontalen Kühlwasserverteiler 13' und einem horizontalen Sammler 14' verbunden. Das Gleiche ist mit den oberen Enden der Rohre 5 der anderen Brennkammerwand 3" der Fall, so dass einander benachbarte Rohre der beiden Wände 3" in entgegengesetzen Richtungen vom Kühlwasser durchströmt werden, das über Zuführrohre 12' in den zugehörigen Verteiler gelangt.
  • Am oberen Ende ist die Brennkammer 2 von einer pyramidenförmigen Brennkammerdecke 11 begrenzt, von deren oberen zentralen Ende ein Abzugkanal 10 abzweigt. Die Brennkammerwände 3', 3", der Brennkammerboden 4 und die Brennkammerdecke 11 sind miteinander gasdicht verschweisst.
  • Zwischen dem Brennkammerboden 4 und einem die Form einer umgekehrten Pyramide aufweisenden Trichter 9 ist ein Luftkasten 90 eingeschlossen, an dem ein Primärluftzufuhrrohr 8 angeschlossen ist, das eine Klappe 8' zum Verstellen der Luftmenge aufweist. Am tiefsten Punkt des Trichters 9 ist ein Entleerungsrohr 16 angeschlossen, das einen Schieber 17 enthält. Der Luftkasten 90 ist über Durchtrittsöffnungen 91 in den Stegen 6 des Brennkammerbodens 4 mit der Brennkammer 2 verbunden. Oberhalb jeder Durchtrittsöffnung 91 ist ein Deckblech 92 angeordnet, das an zwei benachbarten Wandrohren 5 angeschweisst ist und die Oeffnung 91 überspannt.
  • Die Brennkammer 2 ist in zwei Bereiche unterteilt, nämlich einem unterenvom Wirbelbett 18 eingenommenen Bereich und einem darüber liegenden, den Nachbrennraum 19 bildenden Bereich.
  • Durch jede der beiden Brennkammerwände 3'' hindurch ragen zwei schräge Schüttrohre 7 in den Nachbrennraum 19 und enden nahe über dem Wirbelbett 18. Im Bereich des Wirbelbettes 18 sind fahnenartige Heizflächenrohre 25 angeordnet, die die beiden Brennkammerwände 3' durchstossen und von horizontalen Heizflächenverteilern 26 sowie darüberliegenden horizontalen Heizflächensammlern 27 ausgehen. Die Heizflächenrohre 25 verlaufen parallel zu den Brennkammerwänden 3". Die Heizflächenverteiler 26 und Heizflächensammler 27 befinden sich ausserhalb der Brennkammer 2 und stehen in Verbindung mit Wasserzufuhrrohren 28 bzw. -abfuhrrohren 29. In den Nachbrennraum 19 ragen ferner mehrere auf gleicher Höhe befindliche, horizontale Sekundärluftzufuhrrohre 20 und etwas darunterliegend mehrere schräge Sekundärluftzufuhrrohre 21. Die Rohre 20 und 21 durchdringen die Brennkammerwände 3' und sind mit parallel zu den Brennkammerwänden 3' verlaufenden horizontalen Sekundärluftverteilen 22 verbunden, an die je ein Sekundärlufteinspeiserohr 23 mündet. Alle Rohre 7, 20, 21 und 25 durchstossen die zugehörigen Brennkammerwände 3' oder 3" im Bereich der Stege 6 und sind mit diesen gasdicht verschweisst.
  • Auf den horizontalen Sekundärluftzufuhrrohren 20 sind drei statische Mischvorrichtungen 30 angeordnet, die den ganzen Querschnitt des Nachbrennraumes 19 überdecken und an den Brennkammerwänden 3', 3" geführt sind. Das Eigengewicht genügt für ihre Befestigung. Der Aufbau jeder sich Mischvorrichtung 30 ergibt als Beispiel aus Fig. 2. Die statische Mischvorrichtung besteht aus mehreren
  • vertikalen Flächenelementen31 mit zueinander parallelen, geneigt verlaufenden Leitelementen 32, die rechtwinklig auf den Flächenelementen 31 aufgeschweisst sind. Die Flächenelemente 31 sind nebeneinander abwechselnd so angeordnet, dass die Leitelemente 32 sich kreuzen. Dadurch wird der vom Wirbelbett 18 aufsteigende Rauchgasstrom in der Mischvorrichtung in viele sich unter ca. 900 kreuzende Teilströme aufgeteilt. Die drei Mischvorrichtungen 30 sind in Fig. 1 so aufeinander gestapelt, dass die vertikalen Flächenelemente 31 der einen Mischvorrichtung mit denjenigen der benachbarten Mischvorrichtung einen von Null verschiedenen Winkel einschliessen; dieser beträgt bei Fig. 1, 45. Hierdurch ist eine wirkungsvolle Durchmischung des Rauchgases in allen Richtungen gesichert.
  • Die Wirbelbettfeuerung gemäss Fig. 1 funktioniert wie folgt:
    • Aus einem nicht gezeigten Gebläse wird durch das Primärluftzufuhrrohr 8 eine von der Stellung der Klappe 8' bestimmte Luftmenge in den Luftkasten 90 eingeblasen. Der Schieber 17 ist dabei dicht geschlossen, so dass im Luftkasten ein Ueberdruck entsteht. Die Luft strömt über die Durchtrittsöffnungen 91 in die Brennkammer 2, wobei die Deckbleche 92 eine gute Verteilung der Primärluft im Wirbelbett 18 gewährleisten. Das Wirbelbett besteht aus körniger Kohle und körnigen Zuschlagstoffen die über die Schüttrohre 7 eingespeist werden. Unter der Wirkung der Primärluft werden die Kohle und die Zuschlagstoffe innerhalb der Brennkammer 2 aufgewirbelt und bilden auf bekannte Weise bei richtiger Wahl von Luftdruck und Luftmenge ein fluidiertes Wirbelbett, das sich praktisch wie eine Flüssigkeit verhält. Das Wirbelbett 18 wird dann gezündet, wobei die Kohle verbrennt und die Zuschlagstoffe Schwefelverbindungen und andere umweltverschmutzende Produkte der Verbrennung binden. Das dabei entstehende Rauchgas entweicht nach oben. Infolge des leichten Ueberdruckes des Wirbelbettes 18 gegenüber dem Nachbrennraum 19 werden zum Teil unverbrannte Kohleteilchen, die höchstens einen Durchmesser von 0,5 mm haben, vom Rauchgas mitgerissen. Die Nachverbrennung dieser mitgerissenen Kohleteilchen wird nun in der nachgeschalteten statischen Mischvorrichtung 30, noch im Nachbrennraum 19, eingeleitet, indem die Kohleteilchen und die im Rauchgas enthaltene Luft gleichmässig verteilt und miteinander gut vermischt werden und indem durch die Homogenisierung der Rauchgastemperatur die zu kalten Bereiche - in denen keine Verbrennung der Kohleteilchen zustande kommen könnte - vermieden werden. Die vollständige Verbrennung der dadurch gezündeten Kohleteilchen wird durch sekundäre Verbrennungsluft bewirkt, die aus einer nicht gezeigten Quelle über die Einspeiserohre 23, die Verteiler 22, die schrägen Sekundärluftzufuhrrohre 21 und die horizontalen Sekundärluftzufuhrrohre 20 in den Nachbrennraum 19 stromoberhalb der statischen Mischvorrichtung 30, eingeblasen wird. Die statischenMischvorrichtungen 30 haben also die praktisch restlose Verbrennung der im Rauchgas enthaltenen unverbrannten Kohleteilchen noch innerhalb der Brennkammer 2 zur Folge ohne dass zusätzliche Einrichtungen und/oder zusätzlicher Energieverbrauch notwendig wären. Der Teil des Nachbrennraumes 19, der sich oberhalb der statischen Mischvorrichtungen 30 erstreckt, gewährt eine ausreichende Zeitspanne, in der die in den statischen Mischvorrichtungen 30.gezündeten Kohleteilchen vollständig verbrennen, bevor sie den Austritt der Brennkammer 2 erreichen. Das nun von unvollständig verbrannten Kohleteilchen freie Rauchgas strömt, von der Brennkammerdecke 11 geführt, in den Abzugkanal 10.
  • Die durch die Verbrennung im Wirbelbett erzeugte Wärme wird ständig durch das in den Wandrohren 5 und in den Heizflächenrohren 25 fliessende Wasser, das gegebenenfalls verdampft, auf bekannte Weise abgeführt. In den Wandrohren 5, die den Brennkammerboden 4 bilden, fliesst in einander benachbarten Rohren das Wasser oder der Dampf in entgegengesetzter Richtung, so dass eine gleichmässige Temperaturverteilung gewährleistet ist, und Wärmespannungen vermieden werden. In den übrigen Wandrohren 5 ist die allgemeine Flussrichtung stets von unten nach oben, d.h. von den Kühlwasserzufuhrrohren 12 über die Kühlwasserverteiler 13 zu den Sammlern 14 und die Abfuhrrohre 15. Auch in den Heizflächenrohren 25 fliesst das Wasser oder der Dampf im wesentlichen von unten nach oben, nämlich aus dem Kühlwasserzufuhrrohr 28 über den Heizflächenverteiler 26 und aus den Heizflächenrohren 25 über die Heizflächensammler 27 zu den Abfuhrrohren 29.
  • Bei einer Unterbrechung der Luftzufuhr verhindern die Deckbleche 92 ein Abfliessen des Wirbelbettmaterials in den Luftkasten 90. Ueber das Entleerungsrohr 16 ist bei geöffneten Schieber 17 ein Zugang zum Luftkasten 90 zwecks Reinigung sowie Entleerung von allfälligen Rückständen gesichert.
  • Die Sekundärluftzufuhrrohre 20 und 21 können innerhalb der Brennkammer 2 gelocht sein, was unter Umständen eine Verbesserung der Sekundärluftverteilung bewirkt. Es ist auch möglich das Wirbelbett 18 auf bekannte Weise mittels Trennwänden in verschiedene Sektoren aufzuteilen, um den Betrieb bei Teillast zu verbessern. In diesem Fall ist es zweckmässig, auch die Sekundärluft mittels ausserhalb der Brennkammer 2 angeordneter ventile entsprechend den jeweils arbeitenden Sektoren des Wirbelbettes 18 sektorweise einzublasen, wobei die statischen Mischvorrichtungen 30 nicht berücksichtigt werden müssen, was ein weiterer Vorteil der Erfindung ist.
  • Anstelle der Mischvorrichtung nach Fig. 2 können auch Mischvorrichtungen nach Fig. 3 in der Brennkammer 2 verwendet werden. Gemäss Fig. 3 sind in der Mischvorrichtung aus geneigten Mischrohren 35 gebildete, vertikale Tafeln 37 und 38 vorhanden, wobei in den Tafeln 37 die Rohre von rechts nach links und in den Tafeln 38 von links nach rechts steigen. Die Tafeln 37 und 38 sind parallel zueinander und einander abwechselnd angeordnet. Schlitze 36 in den Rohren 35 verbinden die Räume zwischen den Tafeln 37 und 38 mit dem Inneren der Mischrohre 35. An ihren unteren Enden münden die meisten Mischrohre 35 einer Tafel in einen Verteiler 39. Die Verteiler 39 sind als Verlängerung der horizontalen Sekundärluftzufuhrrohre 20 gemäss Fig. 1 angeordnet. In dieser Variante wird also die Sekundärluft direkt in die statische Mischvorrichtung eingeblasen und mit dem Rauchgas vermischt; dabei kann die Sekundärlufteinführung über die schrägen Sekundärluftzufuhrrohre 21 in Fig. 1 entfallen. Das Aufeinanderstapeln von mehreren so ausgebildeten Mischvorrichtungen, wobei die Tafeln 37, 38 in einer Vorrichtung mit den Tafeln 37, 38 der vorhergehenden Vorrichtung einen von Null verschiedenen Winkel - vorzugsweise von 900 - einschliessen, führt zu einer in allen Richtungen optimalen Durchmischung von Sekundärluft und Rauchgas. Meistens genügt es, wenn die Sekundärluft lediglich bei der untersten Mischvorrichtung über die Verteiler 39 eingeführt wird, während in den darüber befindlichen Mischvorrichtungen die Verteiler 39 weggelassen werden, so dass diese Mischvorrichtungen von Tafeln gebildet werden, die nur aus den Mischrohren 35 bestehen, die an beiden Enden offen in die Brennkammer 2 münden.
  • Die beschriebene Wirbelbettfeuerung ist vom statischen Typ, d.h. ohne Rezirkulation des Bettmaterials innerhalb des Bettes. Sie kann wie die statischen Mischvorrichtungen andere als die hier gezeigten Ausgestaltungen aufweisen. Es sind beispielsweise atomsphärische wie auch unter Druck arbeitende Wirbelbettfeuerungen möglich. Es ist auch möglich, Brennkammern zu verwenden, die mit der Höhe sich ändernde Querschnitte aufweisen. Der Brennkammerboden kann unabhängig von den Brennkammerwänden ausgebildet sein oder diese können spiralförmig statt vertikal berohrt sein. Der Brennkammerboden kann in vertikaler Richtung verschiebbar ausgebildet sein oder schliessbare Oeffnungen aufweisen, über die das Bettmaterial durch den Trichter 9 und das Entleerungsrohr 16 abgelassen werden kann.
  • Das Bettmaterial kann feinpulvrig sein; der Brennstoff kann sogar flüssig statt körnig sein und zum Beispiel von unten nach oben mit Hilfe von Tragluft, die gleichzeitig als Sekundärluft wirkt, in das Wirbelbett eingeblasen werden.
  • Die statische Mischvorrichtung kann sich bis zum oberen Ende der Brennkammer erstrecken. Sie kann an der Brennkammerdecke mittels gekühlter Rohre oder ungekühlter Stangen aufgehängt werden. Es können auch zusätzliche Heizflächen oberhalb der statischen Mischvorrichtung angebracht werden.
  • Mehrere statische Mischvorrichtungen können mit oder ohne Abstand nebeneinander im Nachbrennraum angeordnet sein. Die statische Mischvorrichtung kann, statt durch ihr Eigengewicht, kraftschlüssig mit den Sekundärluftzufuhrrohren und/oder mit den Brennkammerwänden verbunden werden.

Claims (10)

1. Wirbelbettfeuerung mit einer Brennkammer, deren Wände und deren Boden aus miteinander gasdicht verschweissten, ein Wärmeübertragungsmittel führenden Wandrohren besteht und deren Boden Luftdurchtrittsöffnungen aufweist, wobei Mittel zum Zuführen von Brennstoff, Zuschlagstoffen und Luft vorgesehen sind und wobei in der Brennkammer oberhalb des Wirbelbettes ein Nachbrennraum gebildet ist, dadurch gekenn- zeichnet, dass im Nachbrennraum mindestens eine statische Mischvorrichtung angeordnet ist.
2. Wirbelbettfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Mischvorrichtung den ganzen Querschnitt des Nachbrennraumes überdeckt.
3. Wirbelbettfeuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von der Oberfläche des in fluidisiertem Zustand befindlichen Wirbelbettes bis zur Mischvorrichtung ein Abstand von mindestens einen halben Meter und von höchstens einem dreifachen der Höhe des fluidisierten Wirbelbettes vorgesehen ist.
4. Wirbelbettfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirbelbett vom statischen Typ ist.
5. Wirbelbettfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer mit Zufuhr von sekundärer Verbrennungsluft versehen ist.
6. Wirbelbettfeuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Verbrennungsluftzufuhr im Bereich der Wirbelschicht vorgesehen ist.
7. Wirbelbettfeuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Verbrennungsluftzufuhr zwischen dem Wirbelbett und der statischen Mischvorrichtung vorgesehen ist.
8. Wirbelbettfeuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der sekundären Verbrennungsluftzufuhr auf das Wirbelbett gerichtet ist, vorzugsweise unter einem Winkel von 45°.
9. Wirbelbettfeuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Mischvorrichtung als sekundäre verbrennungsluftzufuhr ausgebildet ist.
10. Wirbelbettfeuerung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Mischvorrichtung von mindestens einem Rohr der Sekundärluftzufuhr getragen ist.
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