EP0339185A1 - Dampferzeuger mit einer Verbrennung von Braunkohle mit unterschiedlich zusammengesetzter Braunkohle - Google Patents
Dampferzeuger mit einer Verbrennung von Braunkohle mit unterschiedlich zusammengesetzter Braunkohle Download PDFInfo
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- 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 steam generator with a combustion of lignite with differently composed ash in a fluidized bed and a method for combustion according to the preamble of claim 1.
- Lignites with an alkali content can be burned in dust and fluidized bed furnaces by steam generators. If the ash contains a higher content of alkali oxides and / or salts (salt coal), difficulties arise when these lignites are burned because the alkalis considerably lower the softening point of the ash and lead to caking even at low temperatures.
- the measures to avoid the difficulties associated with the alkalis are only necessary when coal is burned.
- the invention has for its object to provide a steam generator in which lignite can be fired both with an alkali content of more than 2% in the ashes and with such an under 2%.
- the steam generator is designed on the steam side for the combustion of salt coal. This takes into account the particular difficulties that arise from the presence of alkalis in the ashes of the coal.
- a low bed temperature is maintained in the fluidized bed in that the heat from the combustion in the fluidized bed is partly transferred to the cold, recirculated flue gas. Since the combustion of brown coal with a lower alkali content in the ash at a higher bed temperature, the flue gas recirculation is completely or largely eliminated.
- the steam generator shown 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 4 through which water and steam flow.
- the tube walls 4 are connected as an evaporator heating surface 5.
- the first flue gas duct 1 serves as a combustion chamber and takes up a fluidized bed 6 in the lower part. A constriction can be formed above the fluidized bed 6 by bending, which causes 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.
- the second and third flue gas flues 2, 3 are connected by a boiler funnel 7, at the lower end of which a discharge device 8 for the flying dust accumulating is arranged.
- the second and third flue gas flues 2, 3 represent the convection part and take up heating surfaces 9 to 15, which are connected as superheaters or as economizers. Sootblowers are provided for cleaning the heating surfaces 9 to 15.
- Coal is fed into the fluidized bed 6 via a plurality of entry points 16, in which it is burned with the aid of air. Aggregates are introduced into the fluidized bed 6 together with the coal or separately via a separate entry 17.
- Preheated combustion air is blown into the fluidized bed 6 via floor nozzles 18.
- the air can also be fed in stages as primary air via the floor nozzles 18 and as secondary and tertiary air via blowing points 19, 20 into the free space above the fluidized bed 6.
- the air is preheated in a recuperative tubular air preheater 21, which connects to the third flue gas duct 3.
- the tube air preheater 21 can can also be replaced by a regenerative air preheater with rotating or stationary storage masses.
- the combustion air is drawn in from the outside by a fan 22, fed to the tubular air preheater 21 via a cold air line 23 and passed on to the floor nozzles 18 and the injection points 19, 20 via a warm air line 24.
- the primary, secondary and tertiary air can also be compressed by separate fans.
- a flue gas filter 25 is connected downstream of the tube air preheater 21.
- the airborne dust accumulating in the flue gas filter 25 is disposed of via a discharge device 26.
- a flue gas blower 27 conveys the cooled and cleaned flue gas through a flue gas line 28 to a chimney, not shown.
- the recirculation line 29 is led to blowing points 31, 32, which open into the fluidized bed 6 and the free space.
- a pressure-increasing fan 33 is used to compensate for the pressure difference within the fluidized bed 6.
- the cold recirculated flue gas absorbs part of the combustion heat released in the fluidized bed 6 and thus serves to adjust the bed temperature of the fluidized bed 6.
- the steam generator works on the natural circulation principle, the water-side circuit is shown in FIGS. 2 and 3.
- the heating surfaces 14, 15 located in the third flue gas duct 3 and last flown by the flue gas are connected as economizers and are connected via a feed water line 34 to a drum 35 which serves to separate water and steam.
- the evaporator 5, which is designed as a wall heating surface of the tube walls 4 is connected to the water space of the drum 35 via downpipes 36 and risers 37.
- a steam line 38 is connected to the steam chamber of the drum 35 and is led via the heating surfaces 12, 13 and a further steam line 39 to the heating surfaces 9, 10, 11 of the second flue gas duct 2 which are connected as superheaters.
- the special feature of the circuit shown in FIGS. 2 and 3 is that the heating surfaces 12, 13 lying between the heating surfaces 14, 15 serving as economizers and the heating surfaces 9, 10, 11 serving as superheaters are optionally switched as economizers or as superheaters can, depending on whether salt coal or low-alkali lignite is used.
- the heating surfaces 12, 13 are connected to the circuit via connecting lines 43, 44, 45 and three-way valves 40, 41, 42.
- the first three-way valve 40 is arranged in the feed water line 34.
- a first connecting line 43 is connected to one of the outputs of the first three-way valve 40 and leads to the input of the heating surface 12.
- the output of the heating surface 13 is connected via a second connecting line 44 to the part of the feed line 34 which lies between the drum 35 and the first three-way valve 40.
- the steam line 38 is connected to the first connecting line 43 before entry into the heating surface 12 and contains a second three-way valve 41.
- One input of this second three-way valve 41 is connected via a third connecting line 45 to the one to the input the heating surface 9 leading steam line 39 and connected to the one input of a third three-way valve 42.
- This third three-way valve 42 lies in the second connecting line 44 between the outlet of the heating surface 13 and the drum 35.
- the third connecting line 45 there is a connection between the steam space of the drum 35 and the superheater heating surfaces 9, 10, 11.
- the heating surfaces 12, 13 are thus connected as economizers.
- the economizer heating surfaces 14, 15 are connected directly to the drum 35 by switching the three-way valves 40, 41, 42, and this is via the steam line 38, the heating surfaces 12 , 13 and the steam line 39 connected to the superheater heating surfaces 9, 10, 11.
- the connecting lines 43, 44, 45 are not flowed through.
- the heating surfaces 12, 13 are thus switched as superheaters.
- the optional switching of the heating surfaces 12, 13, which lie between the economiser heating surfaces 14, 15 and the superheater heating surfaces 9, 10, 11, either as an economiser or as a superheater, can be achieved in addition to the natural circulation process described and also in the forced operation process of steam generation .
- the heating surfaces 12, 13 are switched as economizers according to FIG. 2.
- an amount of cold flue gas is blown into the fluidized bed 6 and the free space above the fluidized bed 6 via the recirculation line 29 such that a bed temperature of approximately 740 degrees C. can be maintained.
- the recirculated amount of flue gas is about 45% of the flue gas volume in full load.
- the heating surfaces 12, 13 are switched as superheaters according to FIG. 3. At the same time, the amount of the returned flue gas is reduced to around 8%, thereby maintaining a bed temperature of around 850 degrees Celsius.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit einer Verbrennung von Braunkohle mit unterschiedlich zusammengesetzter Asche in einer Wirbelschicht sowie ein Verfahren zur Verbrennung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Braunkohlen mit einem Gehalt an Alkalien (angegeben als Na₂O) von unter 2 % lassen sich in Staubfeuerungen und Wirbelschichtfeuerungen von Dampferzeugern verbrennen. Enthält die Asche einen höheren Gehalt an Alkalioxiden und/oder -salzen (Salzkohle), so treten bei der Verfeuerung dieser Braunkohlen Schwierigkeiten dadurch auf, daß die Alkalien den Erweichungspunkt der Asche beträchtlich senken und schon bei niedrigen Temperaturen zu Anbackungen führen.
- Um die mit den Alkalien verbundenen Nachteile der Verfeuerung von Salzkohle zu vermeiden, kann die Verbrennungstemperatur durch Rückführung von kaltem Rauchgas gesenkt werden. In einer älteren, noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 37 12 801.9 ist ein Verfahren zum Verbrennen von salzhaltiger Braunkohle beschrieben, bei dem kaltes Rauchgas in eine Wirbelschicht und den Freiraum oberhalb der Wirbelschicht derart eingeblasen wird, daß durch die Wärmeabgabe an das kalte Rauchgas und die Kühlung der Wände des Freiraumes in der Wirbelschicht und am gasseitigen Ende des Freiraumes eine Temperatur von etwa 780 Grad C nicht überschritten wird. Dabei liegt die Wandtemperatur der den Freiraum begrenzenden Wände unterhalb der Erweichungstemperatur der Asche.
- Die Maßnahmen zur Vermeidung der mit den Alkalien verbundenen Schwierigkeiten sind nur erforderlich, wenn Salzkohle verbrannt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger zu schaffen, in dem Braunkohle sowohl mit einem Alkaligehalt von mehr als 2 % in der Asche als auch mit einem solchen unter 2 % verfeuert werden kann.
- Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Dampferzeuger erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Ein Verfahren zur Verbrennung der Braunkohle ist in dem Anspruch 2 angegeben.
- Der Dampferzeuger ist wasserdampfseitig auf die Verfeuerung von Salzkohle ausgelegt. Dabei ist den besonderen Schwierigkeiten Rechnung getragen, die sich aus der Anwesenheit von Alkalien in der Asche der Salzkohle ergeben. So ist in der Wirbelschicht eine niedrige Bettemperatur dadurch eingehalten, daß die Wärme aus der Verbrennung in der Wirbelschicht zum Teil an das kalte rückgeführte Rauchgas übertragen wird. Da die Verbrennung von Braunkohle mit einem geringeren Gehalt an Alkalien in der Asche bei einer höheren Bettemperatur erfolgen kann, entfällt die Rauchgasrückführung vollständig oder zu einem großen Teil. Um bei diesen geänderten verbrennungsseitigen Maßnahmen hinsichtlich der Rauchgastemperatur und der Rauchgasmenge in dem gleichen Dampferzeuger auch die alkalifreie oder -arme Braunkohle zu verfeuern, ist mit einem geringen Mehraufwand an internen Verbindungsleitungen und Ventilen eine Umschaltmöglichkeit einiger Heizflächen vom Economiser- auf den Überhitzerbetrieb vorgesehen. So ergibt sich bei der Verfeuerung von alkaliarmer Braunkohle aufgrund der höheren Verbrennungstemperatur eine erhöhte Wärmeaufnahme des Verdampfers. Diese Mehraufnahme wird durch eine Reduzierung der Wärmeaufnahme im Economiser ausgeglichen, indem die Economiserheizfläche insgesamt verkleinert wird. Gleichzeitig wird bei der Verbrennung der alkaliarmen Braunkohle die geringere Rauchgasmenge im Konvektionsteil dadurch ausgeglichen, daß die nun nicht mehr benötigte Economiserheizfläche als Überhitzerheizfläche umgeschaltet wird.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 das Schema eines Dampferzeugers mit einer Verbrennung von Braunkohle mit unterschiedlich zusammengesetzter Asche,
- Fig. 2 die wasserdampfseitige Schaltung bei der Verbrennung von Salzkohle und
- Fig. 3 die wasserdampfseitige Schaltung bei der Verbrennung von Braunkohle mit einem geringen Alkaligehalt in der Asche.
- Der dargestellte 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 4 begrenzt sind. Die Rohrwände 4 sind als Verdampferheizfläche 5 geschaltet. Der erste Rauchgaszug 1 dient als Brennkammer und nimmt im unteren Teil eine Wirbelschicht 6 auf. Oberhalb der Wirbelschicht 6 kann durch Ausbiegen eine Einschnürung gebildet werden, durch die eine zusätzliche Vermischung der Rauchgase bewirkt wird. Der Innenraum des ersten Rauchgaszuges 1 ist frei von Bündelheizflächen gehalten und stellt einen Freiraum dar. Der zweite und der dritte Rauchgaszug 2, 3 sind durch einen Kesseltrichter 7 verbunden, an dessen unterem Ende eine Austragsvorrichtung 8 für den anfallenden Flugstaub angeordnet ist. Der zweite und der dritte Rauchgaszug 2, 3 stellen den Konvektionsteil dar und nehmen Heizflächen 9 bis 15 auf, die als Überhitzer oder als Economiser geschaltet sind. Zur Abreinigung der Heizflächen 9 bis 15 sind Rußbläser vorgesehen.
- Über mehrere Eintragsstellen 16 wird Kohle in die Wirbelschicht 6 eingespeist, in der sie mit Hilfe von Luft verbrannt wird. Zuschlagstoffe werden zusammen mit der Kohle oder getrennt über einen separaten Eintrag 17 in die Wirbelschicht 6 eingebracht.
- Vorgewärmte Verbrennungsluft wird über Bodendüsen 18 in die Wirbelschicht 6 eingeblasen. Die Luft kann auch gestuft als Primärluft über die Bodendüsen 18 und als Sekundär- und Tertiärluft über Einblasestellen 19, 20 in den Freiraum oberhalb der Wirbelschicht 6 eingespeist werden. Die Vorwärmung der Luft erfolgt im dargestellten Fall in einem rekuperativen Röhrenluftvorwärmer 21, der sich an den dritten Rauchgaszug 3 anschließt. Der Röhrenluftvorwärmer 21 kann auch durch einen regenerativen Luftvorwärmer mit drehenden oder stillstehenden Speichermassen ersetzt werden. Die Verbrennungsluft wird von einem Ventilator 22 aus dem Freien angesaugt, über eine Kaltluftleitung 23 dem Röhrenluftvorwärmer 21 zugeführt und über eine Warmluftleitung 24 an die Bodendüsen 18 und die Einblasestellen 19, 20 weitergeleitet. Die Primär-, die Sekundär- und die Tertiärluft können auch durch getrennte Ventilatoren verdichtet werden.
- Dem Röhrenluftvorwärmer 21 ist ein Rauchgasfilter 25 nachgeschaltet. Der in dem Rauchgasfilter 25 anfallende Flugstaub wird über eine Austragsvorrichtung 26 entsorgt. Ein Rauchgasgebläse 27 fördert das abgekühlte und gereinigte Rauchgas durch eine Rauchgasleitung 28 zu einem nicht dargestellten Kamin.
- Von der Rauchgasleitung 28 hinter dem Rauchgasfilter 25 ist eine Rezirkulationsleitung 29 abgezweigt, in der ein Rezirkulationsgebläse 30 angeordnet ist. Die Rezirkulationsleitung 29 ist zu Einblasestellen 31, 32 geführt, die in die Wirbelschicht 6 und den Freiraum münden. Zum Ausgleich des Druckunterschiedes innerhalb der Wirbelschicht 6 dient ein Druckerhöhungsgebläse 33. Das kalte rückgeführte Rauchgas nimmt einen Teil der in der Wirbelschicht 6 freiwerdenden Verbrennungswärme auf und dient damit zur Einstellung der Bettemperatur der Wirbelschicht 6.
- Der Dampferzeuger arbeitet nach dem Naturumlaufprinzip, dessen wasserseitige Schaltung in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Die im dritten Rauchgaszug 3 liegenden und zuletzt vom Rauchgas angeströmten Heizflächen 14, 15 sind als Economiser geschaltet und über eine Speisewasserleitung 34 mit einer Trommel 35 verbunden, die der Trennung von Wasser und Dampf dient. Mit dem Wasserraum der Trommel 35 ist über Falleitungen 36 und Steigleitungen 37 der Verdampfer 5 verbunden, der als Wandheizfläche der Rohrwände 4 ausgebildet ist. An den Dampfraum der Trommel 35 ist eine Dampfleitung 38 angeschlossen, die über die Heizflächen 12, 13 und eine weitere Dampfleitung 39 zu den als Überhitzer geschalteten Heizflächen 9, 10, 11 des zweiten Rauchgaszuges 2 geführt ist.
- Das Besondere der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Schaltung liegt darin, daß die zwischen den als Economiser dienenden Heizflächen 14, 15 und den als Überhitzer dienenden Heizflächen 9, 10, 11 liegenden Heizflächen 12, 13 wahlweise als Economiser oder als Überhitzer geschaltet werden können, je nachdem ob Salzkohle oder alkaliarme Braunkohle verwendet wird. Zu diesem Zweck sind die Heizflächen 12, 13 über Verbindungsleitungen 43, 44, 45 und Drei-Wege-Ventile 40, 41, 42 in die Schaltung eingebunden.
- Das erste Drei-Wege-Ventil 40 ist in der Speisewasserleitung 34 angeordnet. An einen der Ausgänge des ersten Drei-Wege-Ventils 40 ist eine erste Verbindungsleitung 43 angeschlossen, die zu dem Eingang der Heizfläche 12 geführt ist. Der Ausgang der Heizfläche 13 ist über eine zweite Verbindungsleitung 44 mit dem Teil der Speiseleitung 34 verbunden, der zwischen der Trommel 35 und dem ersten Drei-Wege-Ventil 40 liegt.
- Die Dampfleitung 38 ist vor dem Eintritt in die Heizfläche 12 mit der ersten Verbindungsleitung 43 verbunden und enthält ein zweites Drei-Wege-Ventil 41. Der eine Eingang dieses zweiten Drei-Wege-Ventils 41 ist über eine dritte Verbindungsleitung 45 mit der zu dem Eingang der Heizfläche 9 führenden Dampfleitung 39 und mit dem einen Eingang eines dritten Drei-Wege-Ventils 42 verbunden. Dieses dritte Drei-Wege-Ventil 42 liegt in der zweiten Verbindungsleitung 44 zwischen dem Ausgang der Heizfläche 13 und der Trommel 35.
- Durch eine entsprechende Umschaltung der Drei-Wege-Ventile, 40, 41, 42 sind, wie durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet, die Economiser-Heizflächen 14, 15 über die Speisewasserleitung 34 und die erste Verbindungsleitung 43 mit den Heizflächen 12, 13 und diese sind über die zweite Verbindungsleitung 44 mit der Trommel 35 verbunden. Über die dritte Verbindungsleitung 45 besteht eine Verbindung zwischen dem Dampfraum der Trommel 35 und den Überhitzer-Heizflächen 9, 10, 11. Die Heizflächen 12, 13 sind damit als Economiser geschaltet.
- Bei der in der Fig. 3 durch die Pfeile angedeuteten Strömungsrichtung sind durch eine Umschaltung der Drei-Wege-Ventile 40, 41, 42 die Economiser-Heizflächen 14, 15 direkt mit der Trommel 35 und diese ist über die Dampfleitung 38, die Heizflächen 12, 13 und die Dampfleitung 39 mit den Überhitzer-Heizflächen 9, 10, 11 verbunden. Die Verbindungsleitungen 43, 44, 45 sind nicht durchströmt. Die Heizflächen 12, 13 sind damit als Überhitzer geschaltet.
- Die wahlweise Schaltung der Heizflächen 12, 13, die zwischen den Economiser-Heizflächen 14, 15 und den Überhitzer-Heizflächen 9, 10, 11 liegen, entweder als Economiser oder als Überhitzer läßt sich außer bei dem beschriebenen Naturumlaufverfahren auch bei dem Zwanglaufverfahren der Dampferzeugung erreichen.
- Wird Salzkohle, das heißt Braunkohle mit einem Alkaligehalt von 2 % und mehr in der Asche, angegeben als Natriumoxid, verfeuert, so werden die Heizflächen 12, 13 gemäß Fig. 2 als Economiser geschaltet. Gleichzeitig wird über die Rezirkulationsleitung 29 kaltes Rauchgas in einer Menge in die Wirbelschicht 6 und den Freiraum oberhalb der Wirbelschicht 6 eingeblasen, daß eine Bettemperatur von etwa 740 Grad C eingehalten werden kann. Die rückgeführte Menge an Rauchgas beträgt im Vollastfall etwa 45 % der anfallenden Rauchgasmenge.
- Wird Braunkohle mit einem Alkaligehalt von weniger als 2 % in der Asche verfeuert, so werden gemäß Fig. 3 die Heizflächen 12, 13 als Überhitzer geschaltet. Gleichzeitig wird die Menge des rückgeführten Rauchgases auf etwa 8 % zurückgenommen und dadurch eine Bettemperatur von etwa 850 Grad C eingehalten.
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