EP0286845B1 - Verfahren zum Verfeuern von insb. salzhaltiger Braunkohle - Google Patents

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Hans-Georg Jarmuzewski
Karl-Heinz Maintok
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Deutsche Babcock Werke Energie und Umwelttechnik AG
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/0007—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed
    • F22B31/0015—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed for boilers of the water tube type
    • F22B31/003—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed for boilers of the water tube type with tubes surrounding the bed or with water tube wall partitions
    • 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 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/003—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for pulverulent fuel

Definitions

  • the invention relates to a method for firing lignite, in particular salt-containing lignite with an excessive amount of alkalis according to the preamble of claim 1, as is known from DE-A-3 503 603.
  • Lignites of normal composition can be burned in dust and fluidized bed furnaces from steam generators.
  • the ash of the lignite has an unfavorable ratio of so-called basic constituents such as CaO and MgO to so-called acidic constituents such as SiO2 and Al2O3 in the presence of alkalis, the lignite becomes more difficult to burn, the higher the base / acid ratio and become alkaline (BRAUNKOHLE 1976, No. 6, pp. 206 - 217).
  • These lignites can then only be fired using special constructions or are not considered suitable for firing.
  • As a special construction on dust-fired boilers a low flame temperature by recirculating cold flue gas in question.
  • EP-A-0 003 792 discloses a process for the combustion of salt-laden residues in a fluidized bed furnace. With this method, a temperature of 720 ° C. should not be exceeded in the fluidized bed, which is achieved via the fuel supply. In order to maintain a flue gas temperature of 850 ° C, additional fuel is fed into the free space above the fluidized bed. Fluidized bed material is withdrawn discontinuously from the fluidized bed and replaced by fresh sand.
  • DE-A-3 503 603 describes a firing system which is also suitable for the combustion of more volatile fuels such as lignite.
  • the combustion system comprises a combustion chamber which consists at least partially of cooled walls and which contains a smoldering chamber in the lower part and an afterburning chamber in the upper part, the smoldering chamber being able to have a fluidized bed.
  • the melting chamber is operated under substoichiometric conditions at a temperature of 500 to 1200 ° C and the afterburning chamber is operated under superstoichiometric conditions at a temperature of 800 to 1400 ° C.
  • Cold flue gas can be added to the combustion air in order to achieve low combustion chamber temperatures.
  • the invention has for its object to provide a method for burning lignite, in which the most favorable combustion temperature in the fluidized bed and the free space can be set when using normal lignite and which is also suitable for those saline lignites that are not used in conventional steam generators or could only be used to a limited extent.
  • the fluidized bed allows a lower combustion temperature compared to dust firing.
  • the cold flue gas serves in the absence of bundle heating surfaces in the fluidized bed and / or the free space as a heat carrier for receiving the Combustion heat from the fluidized bed and the free space.
  • saline lignite with an increased alkali content it is possible to maintain such a low temperature that the alkalis are only partially evaporated. Maintaining low wall temperatures in the free space prevents deposits that are difficult to remove from sticking to the pipe wall.
  • a selectively adjustable, higher temperature ensures that the gaseous constituents of the coal and the entrained coal particles escaping from the fluidized bed are burned out. It is achieved by the features of claim 2 that the heating surfaces with a high wall temperature, on which fuel-related saline deposits adhere, are laid in a second flue gas duct. The salt-containing products resulting from the cleaning of the heating surfaces therefore do not get back into the fluidized bed, so that salting is avoided.
  • the features of claim 3 serve to maintain a sufficient amount of bed material for the operation of the fluidized bed without the alkali content accumulating in the fluidized bed.
  • a steam generator used to fire lignite is designed as a multi-pass boiler and has a first flue gas duct 1, a second flue gas duct 2 and a third flue gas duct 3, which are delimited by gas-tight pipe walls through which water and steam flow.
  • the first flue gas duct 1 serves as a combustion chamber and takes up a fluidized bed 4 in the lower part.
  • the fluidized bed 4 is with an outside Ash processing device 5 connected.
  • a constriction 6 can be formed above the fluidized bed 4 by bending, which causes an additional mixing of the flue gases.
  • the interior of the first flue gas flue 1 is kept free of bundle heating surfaces and represents a free space 7.
  • the second and third flue gas flues 2, 3 are connected by a boiler funnel 8, at the lower end of which a discharge device 9 is arranged.
  • a discharge device 9 is arranged in the second and third flue gas flues 2, 3, heating surfaces 10, 11 are arranged, which are connected as superheaters or economizers. Sootblowers are provided for cleaning the heating surfaces 10, 11.
  • saline lignite is preferably fired, the ash of which contains an alkali fraction of more than 2%.
  • This coal is fed via a coal entry 12 into the fluidized bed 4, in which it is burned with the aid of air.
  • the air is fed into the fluidized bed via a fan 13 through an air line 14. All of the air required for the combustion is preferably introduced into the fluidized bed 4. Alternatively, it can also be provided that part of the air is introduced as secondary and tertiary air into the free space 7 above the fluidized bed 4. Such an air division is particularly to be provided when normal brown coal with an increased nitrogen content is used.
  • Cold flue gas with exhaust gas temperature is drawn off from the cold end of the steam generator and fed into the fluidized bed 4 and the free space 7 above the fluidized bed 4 via a recirculation blower 15 and flue gas lines 16.
  • a pressure-increasing fan 17 is used to compensate for the pressure difference within the fluidized bed 4.
  • the cold flue gas partly absorbs the combustion heat generated in the fluidized bed 4 and in the post-combustion zone within the free space 7.
  • the amount and the distribution of the cold flue gas is carried out in such a way that a temperature of at most 780 degrees C. is set in the fluidized bed 4 and in front of the first heating surface 10 in the second flue gas duct 2.
  • the gas temperature is about 850 degrees C.
  • a wall temperature is set which is about 400 degrees C below the softening temperature of the fly ash.
  • the low bed temperature ensures that a large part of the alkalis in the fluidized bed 4 do not evaporate and that the alkali chlorides and sulfates of the coal ash are bound, for example, to lime which is fed to the fluidized bed 4 together with the coal or separately therefrom.
  • Prolonged continuous operation with saline lignite leads to a concentration of the salt content and to a uniform grain formation in the fluidized bed, which limits uniform fluidization. For this reason, it is necessary to continuously remove bed ash. For this reason, part of the bed ash is removed from the fluidized bed 4 via an ash line 18, cooled and fed to the ash processing device 5.
  • the ash processing device is provided with an inlet 19 and a mixing device 20.
  • By treating the ash with a solvent in the ash treatment device 5 a large part of the ash or the alkalis is dissolved and removed via a drain line 21.
  • the bed material is reactivated to bind the sulfates and chlorides.
  • the reactivated ash is returned to the fluidized bed 4 to maintain the salt-free bed material.
  • the ashes can be returned directly or via the coal entry 12. Part of the processed ash can be removed from the system via a drain line 22.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfeuern von Braunkohle insb. von salzhaltiger Braunkohle mit überhöhtem Gehalt an Alkalien nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie es aus der Schrift DE-A-3 503 603 bekannt ist.
  • Braunkohlen normaler Zusammensetzung lassen sich in Staubfeuerungen und Wirbelschichtfeuerungen von Dampferzeugern verbrennen. Weist jedoch die Asche der Braunkohle ein ungünstiges Verhältnis von sogenannten basischen Bestandteilen wie CaO und MgO zu sogenannten sauren Bestandteilen wie SiO₂ und Al₂O₃ bei Anwesenheit von Alkalien auf, so werden die Braunkohlen um so schwieriger verfeuerbar, je höher das Basen/Säuren-Verhältnis und der Alkaligehalt werden (BRAUNKOHLE 1976, Nr. 6, S. 206 - 217). Diese Braunkohlen sind dann entweder nur unter Verwendung von Sonderkonstruktionen verfeuerbar oder gelten als für die Verfeuerung nicht geeignet. Als Sonderkonstruktion an staubgefeuerten Kesseln kommt u.a. eine niedrige Flammentemperatur durch Rückführung von kaltem Rauchgas in Frage.
  • Aus der EP-A-0 003 792 ist ein Verfahren zur Verbrennung von salzbeladenen Rückständen in einem Wirbelbettofen bekannt. Bei diesem Verfahren soll in dem Wirbelbett eine Temperatur von 720°C nicht überschritten werden, was über die Brennstoffzufuhr erreicht wird. Um eine Rauchgastemperatur von 850°C einzuhalten, wird in den Freiraum oberhalb der Wirbelschicht zusätzlich Brennstoff eingespeist. Aus dem Wirbelbett wird diskontinuierlich Wirbelbettmasse abgezogen und durch frischen Sand ersetzt.
  • In der DE-A-3 503 603 ist eine Feuerungsanlage beschrieben, die auch für die Verbrennung höherflüchtiger Brennstoffe wie Braunkohle geeignet ist. Die Feuerungsanlage umfaßt eine zumindest teilweise aus gekühlten Wänden bestehende Brennkammer, die im unteren Teil eine Schwelkammer und im oberen Teil eine Nachbrennkammer enthält, wobei die Schwelkammer ein Wirbelbett aufweisen kann. Die Schmelzkammer wird unter unterstöchiometrischen Bedingungen bei einer Temperatur von 500 bis 1200°C und die Nachbrennkammer wird unter überstöchiometrischen Bedingungen bei einer Temperatur von 800 bis 1400°C betrieben. Der Verbrennungsluft kann kaltes Rauchgas beigemischt werden, um niedrige Feuerraumtemperaturen zu erzielen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfeuerung von Braunkohle zu schaffen, bei dem sich beim Einsatz von normaler Braunkohle die günstigste Verbrennungstemperatur in der Wirbelschicht und dem Freiraum einstellen läßt und welches auch für solche salzhaltigen Braunkohlen geeignet ist, die in konventionellen Dampferzeugern nicht oder nur bedingt einsetzbar waren.
  • Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Wirbelschicht läßt im Vergleich zu einer Staubfeuerung eine niedrigere Verbrennungstemperatur zu. Das kalte Rauchgas dient bei der Abwesenheit von Bündelheizflächen in der Wirbelschicht und/oder dem Freiraum als Wärmeträger zur Aufnahme der Verbrennungswärme aus der Wirbelschicht und dem Freiraum. Bei der Verfeuerung von normaler Braunkohle bedeutet das, daß durch die Rauchgasrezirkulation eine Anpassung an die jeweils wirtschaftlichste und aus kohlespezifischen Bedingungen erforderliche Verbrennungstemperatur in der Wirbelschicht und dem Freiraum gegeben ist. Bei der Verwendung von salzhaltiger Braunkohle mit einem erhöhten Alkaligehalt kann eine so niedrige Temperatur eingehalten werden, bei der eine Verdampfung der Alkalien nur zum Teil stattfindet. Die Einhaltung niedriger Wandtemperaturen im Freiraum verhindert, daß sich schwer zu entfernende Beläge an der Rohrwand ansetzen. In der Nachverbrennungszone wird durch eine gezielt einstellbare, höhere Temperatur für einen Ausbrand der aus der Wirbelschicht austretenden gasförmigen Bestandteile der Kohle und der mitgerissenen Kohlepartikel gesorgt. Durch die Merkmale des Anspruches 2 wird erreicht, daß die Heizflächen mit hoher Wandtemperatur, auf denen brennstoffbedingt salzhaltige Beläge anhaften, in einen zweiten Rauchgaszug verlegt sind. Die bei der Abreinigung der Heizflächen anfallenden salzhaltigen Produkte gelangen somit nicht wieder in die Wirbelschicht, so daß ein Aufsalzen vermieden wird. Die Merkmale des Anspruches 3 dienen der Aufrechterhaltung einer für einer den Betrieb der Wirbelschicht ausreichenden Menge Bettmaterials, ohne daß sich der Alkaligehalt in der Wirbelschicht anreichert.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an der Zeichnung erläutert, die ein Verfahrensschema zur Durchführung der Erfindung darstellt.
  • Ein zur Verfeuerung von Braunkohle dienender Dampferzeuger ist als Mehrzug-Kessel ausgebildet und weist einen ersten Rauchgaszug 1, einen zweiten Rauchgaszug 2 und einen dritten Rauchgaszug 3 auf, die durch von Wasser und Wasserdampf durchströmte, gasdichte Rohrwände begrenzt sind. Der erste Rauchgaszug 1 dient als Brennkammer und nimmt im unteren Teil eine Wirbelschicht 4 auf. Die Wirbelschicht 4 ist mit einer außerhalb liegenden Ascheaufbereitungsvorrichtung 5 verbunden. Oberhalb der Wirbelschicht 4 kann durch Ausbiegungen eine Einschnürung 6 gebildet werden, die eine zusätzliche Vermischung der Rauchgase bewirkt. Der Innenraum des ersten Rauchgaszuges 1 ist frei von Bündelheizflächen gehalten und stellt einen Freiraum 7 dar. Der zweite und dritte Rauchgaszug 2, 3 sind durch einen Kesseltrichter 8 verbunden, an dessen unterem Ende eine Austragsvorrichtung 9 angeordnet ist. In dem zweiten und dem dritten Rauchgaszug 2, 3 sind Heizflächen 10, 11 angeordnet, die als Überhitzer oder Economiser geschaltet sind. Zur Abreinigung der Heizflächen 10, 11 sind Rußbläser vorgesehen.
  • In der Wirbelschicht 4 des beschriebenen Dampferzeugers wird bevorzugt salzhaltige Braunkohle verfeuert, deren Asche einen Alkalianteil von mehr als 2% enthält. Diese Kohle wird über einen Kohleeintrag 12 in die Wirbelschicht 4 eingespeist, in der sie mit Hilfe von Luft verbrannt wird. Die Luft wird über ein Gebläse 13 durch eine Luftleitung 14 in die Wirbelschicht eingespeist. Bevorzugt wird die gesamte für die Verbrennung notwendige Luft in die Wirbelschicht 4 eingetragen. Alternativ kann auch vorgesehen werden, daß ein Teil der Luft als Sekundär- und Tertiärluft in den Freiraum 7 oberhalb der Wirbelschicht 4 eingebracht wird. Eine solche Lufteinteilung ist besonders dann vorzusehen, wenn normale Braunkohle mit einem erhöhten Stickstoffgehalt zum Einsatz kommt.
  • Von dem kalten Ende des Dampferzeugers wird kaltes Rauchgas mit Abgastemperatur abgezogen und über ein Rezirkulationsgebläse 15 und Rauchgasleitungen 16 in die Wirbelschicht 4 und den Freiraum 7 oberhalb der Wirbelschicht 4 eingespeist. Zum Ausgleich des Druckunterschiedes innerhalb der Wirbelschicht 4 dient ein Druckerhöhungsgebläse 17. Das kalte Rauchgas nimmt die in der Wirbelschicht 4 und in der Nachverbrennungszone innerhalb des Freiraumes 7 entstehende Verbrennungswärme zum Teil auf. Die Menge und die Aufteilung des kalten Rauchgases erfolgt in der Weise, daß in der Wirbelschicht 4 und vor der ersten Heizfläche 10 in dem zweiten Rauchgaszug 2 eine Temperatur von maximal 780 Grad C eingestellt wird. In der Nachverbrennungszone, in der die aus der Wirbelschicht 4 ausgetragenen Kohlepartikel und die brennbaren Gase nachverbrannt werden, beträgt die Gastemperatur etwa 850 Grad C. Über den Mediumdurchfluß durch die Rohrwände des Freiraumes 7 wird eine Wandtemperatur eingestellt, die mit etwa 400 Grad C unterhalb der Erweichungstemperatur der Flugasche liegt. Durch die niedrige Bettemperatur wird erreicht, daß ein Großteil der Alkalien in der Wirbelschicht 4 nicht verdampft und daß die Alkalichloride und -sulfate der Kohleasche z.B. an Kalk gebunden werden, der zusammen mit der Kohle oder getrennt davon der Wirbelschicht 4 zugeführt wird.
  • Ein längerer kontinuierlicher Betrieb mit salzhaltiger Braunkohle führt zu einer Aufkonzentration des Salzgehaltes und zu einer Gleichkornbildung in der Wirbelschicht, wodurch eine gleichmäßige Fluidisierung eingeschränkt wird. Aus diesem Grund ist es erforderlich, kontinuierlich Bettasche abzuziehen. Ein Teil der Bettasche wird aus diesem Grund aus der Wirbelschicht 4 über eine Ascheleitung 18 abgeführt, gekühlt und der Ascheaufbereitungsvorrichtung 5 zugeführt. Die Ascheaufbereitungsvorrichtung ist mit einem Zulauf 19 und einer Mischeinrichtung 20 versehen. Durch die Behandlung der Asche mit einem Lösungsmittel in der Ascheaufbereitungsvorrichtung 5 wird ein großer Teil der Asche bzw. der Alkalien gelöst und über eine Abflußleitung 21 entfernt. Auf diese Weise wird das Bettmaterial zur Bindung der Sulfate und der Chloride reaktiviert. Die reaktivierte Asche wird zur Aufrechterhaltung des salzfreien Bettmaterials in die Wirbelschicht 4 zurückgeführt. Die Rückführung der Asche kann direkt oder über den Kohleeintrag 12 erfolgen. Ein Teil der aufbereiteten Asche kann aus dem System über eine Ablaufleitung 22 entfernt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Verfeuern von Braunkohle, insb. von salzhaltiger Braunkohle mit erhöhtem Gehalt an Alkalien, zur Dampferzeugung, wobei die Kohle in einer Wirbelschicht mit Luft verbrannt und das entstehende Verbrennungsgas in einem gekühlten Freiraum oberhalb der Wirbelschicht nachverbrannt und gekühlt wird und wobei kaltes Rauchgas in die Wirbelschicht und den Freiraum eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wärmeabgabe an das kalte Rauchgas und die Kühlung der Wände der Wirbelschicht und des Freiraums in der Wirbelschicht und an dem gasseitigen Ende des Freiraums eine Temperatur von maximal 780°C und eine Wandtemperatur unterhalb der Erweichungstemperatur der Asche sowie in dem Freiraum eine Nachverbrennungszone mit einer Temperatur von maximal 850°C eingehalten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsgas im Anschluß an den Freiraum in einem oder mehreren Rauchgaszügen mit darin angeordneten Heizflächen gekühlt wird, deren Wandtemperatur oberhalb der Erweichungstemperatur der Asche liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Asche aus der Wirbelschicht abgezogen wird, daß die in der Asche enthaltenen Alkalien aus der Asche ausgewaschen werden und daß ein Teil der ausgewaschenen Asche in die Wirbelschicht zurückgeführt wird.
EP88103982A 1987-04-15 1988-03-14 Verfahren zum Verfeuern von insb. salzhaltiger Braunkohle Expired - Lifetime EP0286845B1 (de)

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