EP0458816A1 - Verfahren und anlage zur ent- oder teilentgasung von festem brennstoff - Google Patents

Verfahren und anlage zur ent- oder teilentgasung von festem brennstoff

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Publication number
EP0458816A1
EP0458816A1 EP19900902760 EP90902760A EP0458816A1 EP 0458816 A1 EP0458816 A1 EP 0458816A1 EP 19900902760 EP19900902760 EP 19900902760 EP 90902760 A EP90902760 A EP 90902760A EP 0458816 A1 EP0458816 A1 EP 0458816A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluidized bed
degassing
degassing reactor
fuel
reactor
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.)
Withdrawn
Application number
EP19900902760
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinz Spliethoff
Hartmut Spliethoff
Karl Heinrich Van Heek
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.)
Saarbergwerke AG
Original Assignee
Saarbergwerke AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19893904712 external-priority patent/DE3904712A1/de
Application filed by Saarbergwerke AG filed Critical Saarbergwerke AG
Publication of EP0458816A1 publication Critical patent/EP0458816A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B47/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
    • C10B47/18—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion with moving charge
    • C10B47/22—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion with moving charge in dispersed form
    • C10B47/24—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion with moving charge in dispersed form according to the "fluidised bed" technique
    • 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
    • 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
    • F23C10/005—Fluidised bed combustion apparatus comprising two or more beds

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for the degassing or partial degassing of solid fuel in a reactor, the heat energy required for degassing or partial degassing being generated in a furnace.
  • a so-called reduction zone downstream of the main combustion zone into which a reducing agent, preferably a reducing gas, is introduced to reduce the nitrogen oxides formed in the main combustion zone.
  • the required reducing gas can also be obtained by removing or gasifying a corresponding amount of fuel diverted from the primary fuel (DE-OS 34 13 564). This means that - when using additional energies and substances, e.g. Natural gas relatively high - supply costs for the reducing agent can be reduced.
  • a further reduction in nitrogen oxide emissions is achieved if the entire solid fuel is degassed or partially degassed before it is burned (DE-OS 36 14 497), parts of the released volatile constituents in turn being able to be used directly as reducing agents.
  • the solid fuel has a favorable influence on the combustion chamber temperature and thus reduces the nitrogen oxide concentration in the main firing zone, with only the residual nitrogen remaining in the degassed or partially degassed solid fuel reaching the main firing zone and leading to a lesser extent to nitrogen oxide formation.
  • the lower nitrogen oxide formation in the main firing zone has a particularly advantageous effect on the total nitrogen oxide emission, since, according to the current state of knowledge, a relative proportion of the nitrogen oxide formed in the main firing zone is reduced in the reduction zone.
  • DE-OS 36 14 497 it is further proposed that the degassing device for the solid fuel directly in the flue gas stream of a large combustion plant, e.g. of a power plant boiler, to be arranged and thus to decouple the thermal energy required for degassing the solid fuel from the flue gas of the large combustion plant.
  • a large combustion plant e.g. of a power plant boiler
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a simple and economical method for degassing a solid fuel and a system which is suitable for carrying out the method and which in particular also operates largely independently of the respective operating state, for example of a combustion system, under optimal conditions for degassing the solid fuel can be.
  • This object is achieved according to the invention in a process of the type mentioned at the outset in that the required thermal energy is transferred into the degassing reactor by indirect heat exchange via at least one common separating surface between the degassing reactor and the hot gas heat exchanger, and in that the reactor and hot gas heat exchanger are operated as separate fluidized beds become.
  • the feature of the invention is accordingly the combination of a fluidized bed degassing with a hot gas fluidized bed heat exchanger and material separation of the two fluidized bed spaces by at least one, preferably a plurality of parallel heat-transferring partition walls with the advantage of heat transfer of fluidized beds acting on both sides of the partition wall, both fluidized beds being largely independent of the respective operating conditions of other systems, e.g. a furnace can be operated.
  • the fluidized bed of the degassing reactor is expediently operated at a lower fluidizing speed than the fluidized bed of the hot gas heat exchanger. This results overall in a lower fluid flow and a lower fluidized bed requirement.
  • recirculated gas obtained therein, after solids separation, cooling and pressure increase, is used as the fluidizing agent for the fluidized bed of the degassing reactor.
  • any hot gas that is available can be supplied to the hot gas fluidized bed heat exchanger, regardless of the operation of a combustion system, as a heat carrier.
  • part of its hot flue gas is expediently the Wir Sheet of the hot gas heat exchanger as a heat transfer medium and fluidizing agent.
  • Suitable bed material for the fluidized bed of the hot gas heat exchanger is fine-grained, good heat-conducting material, preferably sand and / or fly ash.
  • hot gas heat exchanger is operated as an independent fluidized bed furnace, it is expedient to use degassed fuel from the degassing reactor as fuel for the fluidized bed furnace.
  • the degassed fuel required in the fluidized bed furnace can be used immediately, e.g. mechanically, are conveyed from the degassing reactor into the fluidized bed furnace. According to a further feature of the invention, however, the fuel input from the degassing reactor into the fluidized bed furnace is expediently carried out pneumatically, a mixture of an inert gas and an oxygen carrier being used as the fluid gas.
  • degassed solid fuel including fluidized bed combustion
  • nitrogen oxide emissions can largely reduce nitrogen oxide emissions here as well.
  • the proportion of inert gas to the oxygen carrier or its oxygen content can be used to adapt the proportion of oxygen contained in the inert gas-oxygen mixture to the oxygen requirement of the fluidized bed furnace, thereby regulating both its heat output and the required fluid flow.
  • Recycled flue gas from the fluidized bed furnace is expediently used as the inert gas.
  • the fluidized bed combustion is expediently operated with an inert bed material, the grain size of which is larger than the grain size of the degassed solid material.
  • the traveling speed of the burning solid particles in the fluidized bed furnace is delayed and, overall, a better temperature distribution over the length of the fluidized bed furnace and a better heat transfer are achieved.
  • a plant for performing the method is characterized in that the hot gas heat exchanger or the fluidized bed furnace is arranged within the degassing reactor, its or its walls being made of a material which is a good heat conductor. Both fluidized beds of the hot gas heat exchanger or the fluidized bed combustion and the degassing reactor have their own supply and removal systems.
  • the fluidized bed space of the ice gas heat exchanger or the fluidized bed furnace is expediently divided into a plurality of swirl chambers which can be jointly supplied and disposed of, each with its own partition walls for material delimitation within the degassing reactor.
  • a plant with a fluidized bed arranged inside the degassing reactor and consisting of one or more vertical chambers arranged parallel to one another Firing is characterized in that the chambers are immersed in the fluidized bed of the degassing reactor up to the top of the nozzle and that injector nozzles for introducing an inert gas-oxygen mixture together with degassed fuel from the degassing reactor are arranged below the chambers in the fluidized bed combustion chambers, the The degassing reactor is charged with fresh fuel to be degassed in the area of the fluidized bed surface.
  • the degassing reactor is charged from below, and the degassed fuel is drawn off in the region of the bed surface, and part of the degassed fuel is fed into the chamber or the chambers of the fluidized bed combustion via one or more return channels promoted.
  • Injector nozzles for the pneumatic metering and delivery of the degassed fuel into the chamber or chambers of the fluidized bed furnace are provided before the return channel or ducts open into the chamber or chambers of the fluidized bed furnace.
  • the method and the system according to the invention are preferably used to degas the solid fuel required for a combustion system, for example a dust generator for a steam generator, while at the same time a part of the gas obtained in the degassing reactor is fed to the reduction zone downstream of the main combustion zone as the reduction gas.
  • Degassed solid fuel and reducing gas are fed into the combustion system with the least possible cooling.
  • the fluidized beds of both the hot gas heat exchanger or the fluidized bed furnace and the degassing reactor can be operated at a slight excess pressure, for example 100 mbar, above the combustion chamber pressure.
  • the excess gas obtained in the degassing reactor can be withdrawn from the plant and used for other purposes.
  • the process according to the invention and the installation according to the invention can in principle be integrated into a combined process, the gas obtained in the degassing reactor or the excess gas being fed to a gas turbine combustion chamber.
  • the fluidized beds must be run with a higher overpressure which is adapted to the operating conditions of the gas turbine.
  • FIGS. 5, 6 schematically show possible embodiments of a plant according to the invention with a fluidized bed furnace arranged in the degassing reactor.
  • a particularly uniform temperature distribution over the cross section of the degassing reactor 1 is achieved if, according to the example shown in FIG. 1, the hot gas heat exchanger or the fluidized bed furnace 2 is designed as a tube system, the individual tubes 2a being arranged at uniform intervals from one another.
  • the hot gas heat exchanger or the fluidized bed furnace 2 is designed as a tube system, the individual tubes 2a being arranged at uniform intervals from one another.
  • FIG. 2 divides the hot gas heat exchanger or the fluidized bed stratified combustion 2 into a plurality of swirl chambers 2a with parallel chamber walls 3, which are arranged next to one another at intervals.
  • FIGS. 3 and 4 show further possibilities for arranging the hot gas heat exchanger or the fluidized bed furnace 2 and the degassing reactor 1, which are separated by a partition 3 made of heat-conducting material, which in the example of FIG. 4 additionally has heat-conducting sheets 5.
  • the solid fuel to be degassed is introduced into the fluidized bed 12 of the degassing reactor 1 via a fuel feed 11.
  • Degassed fuel is drawn off via a line 13 and burned, for example, in a large combustion plant.
  • the thermal energy required for degassing the solid fuel is generated in the fluidized bed furnace 2 arranged within the degassing reactor 1 by firing solid fuel degassed in the degassing reactor 1 and transferred to the degassing reactor 1 via partition walls 21 made of thermally conductive material.
  • the fluidized bed furnace 2 is divided into a plurality of vertical chambers arranged parallel to one another. In the examples of FIGS. 5 and 6, however, only one chamber of the fluidized bed furnace 2 is shown in each case to simplify the pictorial representation.
  • the gas contained in the degassing reactor 1 is drawn off in a filter system 5 via line 14 after solids separation.
  • a filter system 5 For example, be used directly as a reducing agent for further nitrogen oxide reduction in the large combustion plant fired with the degassed solid fuel.
  • Part of the gas is branched off via line 15 and, if necessary via a further gas cleaning 7, a blower 4 and a nozzle system 16 are returned to the degassing reactor 1 as fluidizing gas.
  • the degassed fuel is fed into the fluidized bed furnace 2 pneumatically by means of injector nozzles 26, which are only indicated schematically in the figures, at the entry into the individual chambers of the fluidized bed furnace 2, inert gas and / or combustion air also supplied via line 25 as the conveying gas and fluidizing gas .
  • the inert gas is expediently turned into flue gas from the smoke gas discharge line 23 of the fluidized bed furnace 2 is used.
  • the ratio of flue gas to combustion air can be set in accordance with the oxygen requirement of the fluidized bed furnace 2.
  • the chambers of the fluidized bed furnace 2 end within the fluidized bed 12, the degassed fuel being introduced into the fluidized bed 22 of the fluidized bed furnace 2 due to the suction effect of the injector nozzles 26 directly from the area above the nozzle base 17 of the fluidized bed 12 of the degassing reactor 1 .
  • the degassing reactor 1 is charged with fresh solid fuel to be degassed in the surface area of its fluidized bed 12.
  • the degassing reactor 1 is charged with fresh solid fuel to be degassed via the fuel feed 11 from below through the nozzle bottom 17.
  • degassed solid fuel is returned to the fluidized bed furnace 2 via return channels 18 and 6 from the surface area of the fluidized bed 12 of the degassing reactor 1 from below into the fluidized bed furnace 2.
  • degassed solid fuel can also be introduced into the fluidized bed furnace 2 from above through an overhead return duct.
  • additional conveying gas is conducted into the return channels 18, 6 via nozzles 19, an inert gas advantageously being used as the additional conveying gas.
  • the direct entry of the fuel into the fluidized bed combustion 2 takes place together with the inert gas / oxygen carrier mixture introduced via nozzles 26. It may be expedient to cover the oxygen requirement, for example to reduce the vertebrae Velocity in fluidized bed combustion 2- to be used as an oxygen carrier with oxygen-enriched combustion air or to operate the fluidized bed combustion under pressure and to introduce compressed combustion air.

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Description

Verfahren und Anlage zur Ent- oder Teilentgasung Fon festem Brennstoff
Die Erfindung betrifft ein VerfJahren und eine Anlage zur Ent- oder Teilentgasung von festem Brennstoff in einem Reaktor, wobei die zur Ent- oder Teilentgasung erfordegliche Wärmeenergie in einer Feuerung erzeugt wird.
Zur Verringerung der Stickoxidemission von mit Festbrenn- stoffen betriebenen Großfeuerungsanlagen ist es bekannt, der Hauptfeuerungszone eine sogenannte Reduktionszone nachzuschalten, in die ein Reduktionsmittel, vorzugsweise ein Reduktionsgas, zur Reduktion der in der Hauptfeμerμngszone gebildeten Stickoxide eingeleitet wird. Dabei kann das benötigte Reduktionsgas auch durch Ent-, bzw. Vergapμng einer entsprechenden vom Primärbrennstoff abgezweigten Brennstoffmenge gewonnen werden (DE-OS 34 13 564). Dadurch können die - bei Einsatz von zusätzlichen Energien und Stoffen, z.B. Erdgas relativ hohen - Bereitstellungskosten für das Reduktionsmittel gesenkt werden.
Eine weitere Senkung der Stickoxidemission wird erreicht, wenn der gesamte feste Brennstoff vor seiner Verfeuerung entgast oder teilentgast wird (DE-OS 36 14 497), wobei wiederum Teile der freigesetzten flüchtigen Bestandteile unmittelbar als Reduktionsmittel eingesetzt werden können. Durch die Entgasung oder Teilentgasung des gesamten zu verfeuern den festen Brennstoffes wird die Feuerraumtemperatur günstig beeinflußt und so die Stickoxidkonzentration in der Hauptfeuerungszone vermindert, wobei lediglich nur noch der im entgasten oder teilentgasten festen Brennstoff verbliebene Reststickstoff in die Hauptfeuerungszone gelangt und in geringerem Maße zur Stickoxidbildung führt. Die niedrigere Stickoxidbildung schon in der Hauptfeuerungszone wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Gesamtstickoxidemission aus, da in der Reduktionszone, nach derzeitigem Kenntnisstand, ein relativer Anteil des in der Hauptfeuerungszone gebildeten Stickoxides reduziert wird.
In der DE-OS 36 14 497 wird weiter vorgeschlagen, die Entgasungseinrichtung für den festen Brennstoff direkt im Rauchgasstrom einer Großfeuerungsanlage, z.B. eines Kraftwerkskessels, anzuordnen und so die zur Entgasung des festen Brennstoffes erforderliche Wärmeenergie aus dem Rauchgas der Großfeuerungsanlage auszukoppeln. Bei dieser Anordnung ist natürlich nur ein gleichzeitiger Betrieb beider Einrichtungen, der Großfeuerungsanlage und der Entgasungseinrichtung, möglich, wobei sich zudem beide Einrichtungen gegenseitig beeinflussen. Die Betriebsbedingungen beider Einrichtungen können daher nicht unabhängig voneinander geändert und somit nicht optimal für jede Einrichtung eingestellt werden. Darüber hinaus ist eine solche Anordnung der Entgasungseinrichtung, schon aus wirtschaftlichen Gründen, nur bei Neuanlagen möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Entgasung eines festen Brennstoffes sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage anzugeben, die insbesondere auch weitgehend unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand z.B. einer Feuerungsanlage bei für die Entgasung des festen Brennstoffes optimalen Bedingungen betrieben werden können. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erforderliche Wärmeenergie durch indirekten Wärmetausch über zumindest eine gemeinsame Trennfläche von Entgasüngsreaktöär und Heißgas-Wärmeübertrager in den EntgasungsreaJctof übertragen wird, und daß Reaktor und Heißgas-Wärmeübertrager als stofflich getrennte Wirbelschichten betrieben werden.
Merkmal der Erfindung ist demnach die Kombination einer Wirbelschichtentgasung mit einem Heißgas-Wirbelschicht-Wärme-übertrager und stofflicher Trennung beider Wirbelschichträume durch zumindest eine, vorzugsweise mehrere parallel wärmeübertragende Trennwände mit dem Vorteil eines beidseitig der Trennwand wirksamen Wärmeüberganges von Wirbelschichten, wobei beide Wirbelschichten weitgehend unabhängig Von den jeweiligen Betriebsbedingungen weiterer Anlagen, z.B. einer Feuerungsanlage betrieben werden können.
Zweckmäßigerweise wird die Wirbelschicht des Entgasungsreaktors mit geringerer Wirbelgeschwindigkeit als die Wirbelschicht des Heißgas-Wärmeübertragers betrieben. Dadurch ergibt sich insgesamt ein geringerer Fluidstrom und ein geringerer Wirbelschicht-Eigenbedarf.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird als Fluidisierungsmittel für die Wirbelschicht des Eηtgasungsreaktors hierin gewonnenes, rezirkuliertes Gas, nach Feststoffabscheidung, Kühlung und Druckerhöhung, verwendet.
Grundsätzlich kann dem Heißgas-Wirbelschicht-Wärmeübertrager, unabhängig vom Betrieb einer Feuerungsanlage, ggf. beliebiges verfügbares heißes Gas als Wärmeträger zugeführt werden. In Verbindung mit einer Feuerungsanlage wird jedoch zweckmäßigerweise ein Teil ihres heißen Rauchgases der Wir belschicht des Heißgas-Wärmeübertragers als Wärmeträger und Fluidisierungsmittel zugeführt. Als Bettmaterial für die Wirbelschicht des Heißgas-Wärmeübertragers eignet sich feinkörniges gut wärmeleitendes Material, vorzugsweise Sand und/oder Flugasche.
Besonders zweckmäßig ist es, die Wirbelschicht des Heißgas-Wärmeübertragers selbst als Wirbelschichtfeuerung zu betreiben. Dadurch kann die Entgasung des festen Brennstoffes vollständig unabhängig sowohl von fremderzeugtem Heißgas als auch vom Betrieb der Feuerungsanlage erfolgen.
Wird der Heißgas-Wärmeübertrager als selbständige Wirbelschichtfeuerung betrieben, so ist es zweckmäßig, als Brennstoff für die Wirbelschichtfeuerung entgasten Brennstoff aus dem Entgasungsreaktor einzusetzen.
Der in der Wirbelschichtfeuerung benötigte entgaste Brennstoff kann unmittelbar, z.B. mechanisch, aus dem Entgasungsreaktor in die Wirbelschichtfeuerung gefördert werden. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt der Brennstoffeintrag aus dem Entgasungsreaktor in die Wirbelschichtfeuerung jedoch zweckmäßigerweise pneumatisch, wobei als Fluidgas ein Gemisch aus einem Inertgas und einem Sauerstoffträger verwendet wird.
Durch die Verwendung von entgastem Festbrennstoff auch der Wirbelschichtfeuerung kann auch hier die Stickoxidemission weitgehend reduziert werden.
Über das Mengenverhältnis Inertgas zum Sauerstoffträger bzw. zu dessen Sauerstoffanteil läßt sich der Anteil des im Inertgas-Sauerstoff-Gemisch enthaltenen Sauerstoffes an dem Sauerstoffbedarf der Wirbelschichtfeuerung anpassen und damit sowohl ihre Wärmeleistung regeln als auch ein benötigter Fluidstrom einstellen. Als Inertgas wird zweckmäßigerweise rezirkuliertes Rauchgas der Wirbelschichtfeuerung verwendet.
Während der Entgasungsreaktor ausschließlich mit fein aufgemahlenem Feststoff -ohne zusätzliches inertes Bettmaterial-betrieben wird, wird die Wirbelschichtfeuerung zweckmäßigerweise mit einem inerten Bettmaterial, dessen Korngröße größer als die Korngröße des entgasten Festterennstoffes ist, betrieben. Dadurch wird die Wandergeschwindigkeit der verbrennenden Feststoffteilchen in der Wirbelschichtfeuerung verzögert und insgesamt eine bessere Temperaturverteilung über die Länge der Wirbelschichtfeuerung und ein besserer Wärmeübergang erreicht.
Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß der Heißgas-Wärmeübertrager bzw. die Wirbelschichtfeuerung innerhalb des Entgasungsreaktors angeordnet ist, wobei seine bzw. ihre Wandungen aus gut wärmeleitendem Werkstoff bestehen. Beide Wirbelschichten des Heißgas-Wärmeübertragers bzw. der Wirbelschichtfeuerung und des Entgasungsreaktors, weisen eigene Ver- und Entöorgungssysteme auf.
Zweckmäßigerweise wird der Wirbelschichtraum dös Efeißgas-Wärmeübertragers bzw. der Wirbelschichtfeuerung in mehrere gemeinsam ver- und entsorgbare Wirbelkammern mit jewelilss eigenen Trennwänden zur stofflichen Abgrenzung innerhalb des Entgasungsreaktors aufgeteilt. Dadurch wird eine üfier den Querschnitt des Entgasungsreaktors gleichmäßige Wärmeübertragung auf den zu entgasenden Feststoff erreicht.
Eine Anlage mit einer innerhalb des Entgasungsreaktors angeordneten und aus einer oder mehreren parallel zueinander angeordneten vertikalen Kammern bestehenden Wirbelschicht feuerung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kammern in das Wirbelbett des Entgasungsreaktors bis oberhalb des Düsenbodens eintauchen und daß unterhalb der Kammern Injektordüsen zur Einleitung eines Inertgas-Sauerstoff-Gemisches zusammen mit entgastem Brennstoff aus dem Entgasungsreaktor in die Kammern der Wirbelschichtfeuerung angeordnet sind, wobei die Beschickung des Entgasungsreaktors mit frischem, zu entgasendem Brennstoff im Bereich der Wirbelbettoberfläche erfolgt.
Bei einer weiteren Anlage mit einer innerhalb des Entgasungsreaktors angeordneten Wirbelschichtfeuerung erfolgt die Beschickung des Entgasungsreaktors von unten, und der entgaste Brennstoff wird im Bereich der Bettoberfläche abgezogen, über einen oder mehrere Rückführkanäle wird ein Teil des entgasten Brennstoffes in die Kammer bzw. die Kammern der Wirbelschichtfeuerung gefördert. Vor Einmündung des oder der Rückführkanäle in die Kammer bzw. die Kammern der Wirbelschichtfeuerung sind Injektordüsen zum pneumatischen Dosieren und Fördern des entgasten Brennstoffes in die Kammer bzw. die Kammern der Wirbelschichtfeuerung vorgesehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage werden vorzugsweise eingesetzt, um den für eine Feuerungsanlage, z.B. eine Staubfeuerung eines Dampferzeugers, benötigten Festbrennstoff zu entgasen, wobei gleichzeitig ein Teil des im Entgasungsreaktor gewonnenen Gases der der Hauptfeuerungszone der Feuerung nachgeschalteten Reduktionszone als Reduktionsgas zugeleitet wird. Entgaster Festbrennstoff und Reduktionsgas werden mit geringstmöglicher Abkühlung der Feuerungsanlage zugeführt. Für diesen Einsatzfall können die Wirbelschichten sowohl des Heißgas-Wärmeüberträgers bzw. der Wirbelschichtfeuerung als auch des Entgasungsreaktors mit einem geringen Überdruck, z.B. 100 mbar, über dem Feuerraumdruck betrieben werden. Das im Entgasungsreaktor erhaltene überschußgas kann aus der Anlage abgezogen und anderweitig eingesetzt werden. Darüber hinaus können grundsätzlich das erfindungsgemäße\ Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage in einen Kombiprozeß eingegliedert werden, wobei das im Entgasungsreaktor erhaltene Gas bzw. der Gasüberschuß einer Gasturbinen-Brennkammer zugeführt wird. In diesem Falle müssen die Wirbelschichten mit einem an die Betriebsbedingungen der Gasturbine angepaßten höheren Überdruck gefahren werden.
In den Figuren 1 bis 4 sind mögliche Ausbildungen einer erfindungsgemäßen Anlage im Horizontalschnitt dargestellt.
In den Figuren 5, 6 sind schematisch mögliche Ausführungs- formen einer erfindungsgemäßen Anlage mit einer als im Entgasungsreaktor angeordneten Wirbelschichtfeuerung dargestellt.
Eine über den Querschnitt des Entgasungsreaktors 1 besonders gleichmäßige Temperaturverteilung wird erreicht, wenn gemäß dem in Figur 1 dargestellten Beispiel der Heißgas-Wärmeübertrager bzw. die Wirbelschichtfeuerung 2 als Röhrensystem ausgebildet ist, wobei die einzelnen Röhren 2a in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind. Im Beispiel der
Figur 2 ist der Heißgas-Wärmeübertrager bzw. die Wirböl- Schichtfeuerung 2 in mehrere, in Abständen nebeneinander angeordnete Wirbelkammern 2a mit parallelen Kammerwänden 3, unterteilt.
Die Figuren 3 und 4 zeigen weitere Möglichkeiten zur Anordnung des Heißgas-Wärmeübertragers bzw. der Wirbelschichtfeuerung 2 und des Entgasungsreaktors 1, die durch eine Trennwand 3 aus wärmeleitendem Werkstoff, die im Beispiel der Figur 4 zusätzlich Wärmeleitbleche 5 aufweist, getrennt sind. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 5 und 6 wird der zu entgasende Festbrennstoff über eine Brennstoffzuführung 11 in das Wirbelbett 12 des Entgasungsreaktors 1 eingebracht. Entgaster Brennstoff wird über eine Leitung 13 abgezogen und z.B. in einer Großfeuerungsanlage verfeuert. Die zur Entgasung des Festbrennstoffes erforderliche Wärmeenergie wird in der innerhalb des Entgasungsreaktors 1 angeordneten Wirbelschichtfeuerung 2 durch Verfeuern von im Entgasungsreaktor 1 entgastem Festbrennstoff erzeugt und über Trennwände 21 aus wärmeleitfähigem Material in den Entgasungsreaktor 1 übertragen. Die Wirbelschichtfeuerung 2 ist in mehrere parallel zueinander angeordnete vertikale Kammern unterteilt. In den Beispielen der Figuren 5 und 6 sind jedoch zur Vereinfachung der bildlichen Darstellung jeweils nur eine Kammer der Wirbelschichtfeuerung 2 eingezeichnet.
Das im Entgasungsreaktor 1 enthaltene Gas wird nach Fest- stoffabscheidung in einem Filtersystem 5 über Leitung 14 abgezogen. Es kann z.B. unmittelbar als Reduktionsmittel zur weiteren Stickoxidminderung der mit dem entgasten Festbrennstoff befeuerten Großfeuerungsanlage verwendet werden.
Ein Teil des Gases wird über Leitung 15 abgezweigt und, ggf. über eine weitere Gasreinigung 7, ein Gebläse 4 und ein Düsensystem 16 als Fluidisierungsgas in den Entgasungsreaktor 1 zurückgeführt.
Der Eintrag von entgastem Brennstoff in die Wirbelschichtfeuerung 2 erfolgt pneumatisch durch am Eintritt in die einzelnen Kammern der Wirbelschichtfeuerung 2 angeordnete -in den Figuren nur schematisch angedeuteten- Injektordüsen 26, wobei als Fördergas und als Fluidisierungsgas ebenfalls über Leitung 25 zugeführtes Inertgas und/oder Brennluft dient. Als Inertgas wird zweckmäßigerweise Rauchgas aus der Rauch gasableitung 23 der Wirbelschichtfeuerung 2 verwendet. Das Verhältnis Rauchgas zu Brennluft kann dabei entsprechend dem Sauerstoffbedarf der Wirbelschichtfeuerung 2 eingestellt werden.
Im Beispiel der Figur 1 enden die Kammern der Wirbelschichtfeuerung 2 innerhalb des Wirbelbettes 12, wobei der Eintrag von entgastem Brennstoff in das Wirbelbett 22 der Wirbelschichtfeuerung 2 infolge der Sogwirkung der Injektordüsen 26 unmittelbar aus dem Bereich oberhalb des Düsenbodens 17 des Wirbelbettes 12 des Entgasungsreaktors 1 erfolgt. Die Beschickung des Entgasungsreaktor 1 mit frischem zu entgasendem Festbrennstoff erfolgt in diesem Falle im Oberflächenbereich seines Wirbelbettes 12.
Im Beispiel der Figur 2 erfolgt die Beschickung des Entgasungsreaktors 1 mit frischem, zu entgasendem Festbrennstoff über die Brennstoffzuführung 11 von unten durch den Düsenboden 17. Die Rückführung von entgastem Festbrennstoff zur Wirbelschichtfeuerung 2 erfolgt im gezeichneten Beispiel über Rückführkanäle 18 und 6 aus dem Oberflächenbereich des Wirbelbettes 12 des Entgasungsreaktors 1 von unten in die Wirbelschichtfeuerung 2. Die Einleitung von entgastem Festbrennstoff in die Wirbelschichtfeuerung 2 kann aber auch von oben durch einen obenliegenden Rückführkanal erfolgen.
Zur Unterstützung der Rückführung und Dosierung von entgastem Brennstoff in die Wirbelschichtfeuerung 2 wird über Düsen 19 zusätzliches Fördergas in die Rückführkanäle 18, 6 leitet, wobei als zusätzliches Fördergas zweckmäßigerweise ein Inertgas verwendet wird. Der unmittelbare Eintrag des Brennstoffes in die Wirbelschichtfeuerung 2 erfolgt zusammen mit dem über Düsen 26 eingeleiteten Inertgas-Sauerstoffträger-Gemisch. Dabei kann es zur Deckung des Sauerstoffbedarfes zweckmäßig sein -z.B. zur Reduzierung der Wirbeige schwindigkeit in der Wirbelschichtfeuerung 2- als Sauerstoffträger mit Sauerstoff angereicherte Brennluft zu verwenden oder die Wirbelschichtfeuerung unter Druck zu betreiben und verdichtete Brennluft einzuleiten.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Ent- oder Teilentgasung von festem Brennstoff in einem Entgasungsreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Wärmeenergie durch indirekten Wärmetausch über zumindest eine gemeinsame "Trennflache von Entgasungsreaktor und einem Heißgas-Wärmeübertragelf in den Entgasungsreaktor übertragen wird, und daß Entgasungsreaktor und Heißgas-Wärmeübertrager als stofflich getrennte Wirbelschichten betrieben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht des Entgasungsreaktors mit geringerer Wirbelgeschwindigkeit als die Wirbelschicht das Heißgas- Wärmeübertragers betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluidisierungsmittel für die Wirbelschicht des Entgasungsreaktors im Entgasungsreaktor gewonnenes Gas verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Bettmaterial für die Wirbelschicht des Heißgas-Wärmeübertragers gut wärmeleitendes Material, vorzugsweise Sand und/oder Flugasche, eingesetzt wird, und daß als Fluidisierungsmittel und Wärmeträger heißes Rauchgas aus einer mit dem entgasten festen Brennstoff betriebenen Feuerungsanlage in den Heißgas-Wärmeübertrager geführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißgas-Wärmeübertrager eine Wirbelschichtfeuerung ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff für die Wirbelschichtfeuerung entgaster Brennstoff aus dem Entgasungsreaktor verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß entgaster Brennstoff unmittelbar dem Entgasungsreaktor entnommen und in die Wirbelschichtfeuerung eingebracht wird, wobei der Brennstoffeintrag in die Wirbelschichtfeuerung pneumatisch erfolgt und als Förder- und Fluidisierungsgas ein Inertgas-Brennluft-Gemisch verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis Inertgas zu Brennluft entsprechend dem Sauerstoffbedarf der Wirbelschichtfeuerung geregelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich net, daß als Inertgas Rauchgas aus der Wirbelschichtfeuerung zurückgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wirbelschichtfeuerung ein inertes Bettmaterial, dessen Korngröße größer als die Korngröße des entgasten Festbrennstoffes ist, eingesetzt wird.
11. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißgas-Wärmeübertrager bzw. die Wirbelschichtfeuerung (2) innerhalb des Entgasungsreaktor (1) angeordnet ist, daß dem Heißgas-Wärmeübertrager bzw. der Wirbelschichtfeuerung (2) und dem Entgasungsreaktor (1) jeweils eigene Ver- und EntsorgungsSysteme zugeordnet sind und daß die Wandungen (3) zwischen dem Heißgas- Wärmeüberträger bzw. der Wirbelschichtfeuerung (2) und dem Entgasungsreaktor (1) aus wärmeleitendem Werkstoff bestehen.
12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißgas-Wärmeübertrager bzw. die Wirbelschichtfeuerung (2) in mehrere, gemeinsam ver- und entsorgbare Wirbelkammern (2a) unterteilt ist.
13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammern (2a) in Abständen parallel zueinander angeordnete Röhren sind.
14. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammern (2a) in Abständen nebeneinander angeordnete Kammern mit parallelen Kammerwänden (3) sind.
15. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einer oder meheren parallel zueinander angeordneten, vertikalen Kammern bestehende Wirbelschichtfeuerung (2) innerhalb des Entgasungsreaktors (1) angeordnet ist, daß eine BrennstoffZuführung (11) zum Einbringen von zu entgasendem festem Brennstoff in den Bereich der Wirbelbettober- fläche des Entgasungsreaktors (1) vorgesehen ist, daß die Kammern der Wirbelschichtfeuerung (2) in das Wirbelbett (12) des Entgasungsreaktors (l) eintauchend angeordnet sind und daß unterhalb der Kammern Injektionsdüsen (26) zur Einleitung eines Inertgas-Brennluft-Gemisches zusammen mit entgastem Brennstoff aus dem Entgasungsreaktor (1) in die Kammern der Wirbelschichtfeuerung (2) vorgesehen sind.
16. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einer oder mehreren parallel zueinander angeordneten vertikalen Kammern bestehenden Wirbelschichtfeuerung (2) innerhalb des Entgasungsreaktor (1) angeordnet ist, daß eine BrennstoffZuführung 11 zum Einbringen von zu entgasendem festem Brennstoff in den Bereich des Düsenbodens (17) des Entgasungsreaktors (1) vorgesehen ist, daß eine oder mehrere Rückführkanäle (18, 6) zur Zuführung von entgastem festen Brennstoff aus dem Bereich der Wirbelbettoberfläche des Entgasungsreaktors (l) in die Wirbelschichtfeuerung (2) vorgesehen sind und daß in den Rückführkanälen (18, 6) Injektordüsen (19, 26) zum pneumatischen Fördern von entgastem Festbrennstoff bzw. zur Einleitung von Inertgas oder eines Inertgas- Sauerstoff-Gemisches mit entgastem Brennstoff in die Kammern der Wirbelschichtfeuerung (2) vorgesehen sind.
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