WO2009080140A1 - Wirbelschichtfeuerung - Google Patents

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WO2009080140A1
WO2009080140A1 PCT/EP2008/008829 EP2008008829W WO2009080140A1 WO 2009080140 A1 WO2009080140 A1 WO 2009080140A1 EP 2008008829 W EP2008008829 W EP 2008008829W WO 2009080140 A1 WO2009080140 A1 WO 2009080140A1
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fluidized bed
heat exchanger
combustion according
furnace
bed combustion
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PCT/EP2008/008829
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English (en)
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Inventor
Michael Kaden
Original Assignee
Michael Kaden
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    • 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
    • F23C10/02—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed
    • F23C10/04—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone

Definitions

  • the invention relates to a fluidized bed combustion.
  • Such fluidized bed combustion systems are used in various embodiments in order to burn fuels, in particular also waste materials, and thus to generate hot gas, which can be used for further processes.
  • Such fluidized bed combustors are typically integrated in a furnace and have at least one fluidized bed containing inert material, such as sand, limestone or ash, to which gas, in particular air, is supplied via a nozzle arrangement. Further, the furnace to be fired fuels are supplied via a feeder. By spraying with the nozzle assembly, the inert material is fluidized and mixed with the fuel to be fired. The ignition during the heating of the combustion process by means of a burner.
  • inert material such as sand, limestone or ash
  • stationary and circulating fluidized bed combustion In a stationary fluidized bed combustion, the inert material stirred up by the nozzle arrangement remains in the fluidized bed. In contrast, in a circulating fluidized bed furnace, the inert material rises to the top of the furnace and is typically returned to the fluidized bed via cyclones and heat exchangers.
  • the invention has for its object to provide a stationary fluidized bed with improved functionality.
  • the invention relates to a fluidized bed combustion with a first stationary fluidized bed, which are supplied to fuels to be fired.
  • the first fluidized bed is associated with a second stationary fluidized bed with Tauchsammlung vom.
  • a heat output from the first fluidized bed is obtained in that excess bed material is automatically guided from the first fluidized bed to the second fluidized bed.
  • cooled bed material is traceable to the first fluidized bed in the second fluidized bed.
  • hot gas is generated on the one hand by the combustion of fuels.
  • This hot gas can be used for different processes.
  • the heat discharged via the immersion heating surface from the first fluidized bed can also be used for external processes.
  • the immersion heating surfaces are formed by the surfaces of a heat exchanger arrangement.
  • heat exchanger fluids in particular thermal oil, are heated by the heat discharged from the first fluidized bed.
  • An essential advantage of the invention is that an adjustable heat output is made possible for the fluidized bed combustion, whereby an optimal combustion process is obtained at different process parameters.
  • the setting of the heat output can be completely independent of the setting of the temperature of the hot gas generated by the fluidized bed combustion.
  • the setting of the hot gas temperature is carried out by the specification of the air / fuel ratio, that is, the ratio of the air volume supplied to the first fluidized bed and the amount of fuel supplied.
  • the heat release can be advantageously adjusted by adjusting the amount of bed material returned to the first fluidized bed. If there is an excess of bed material in the first fluidized bed, this flows over to the second fluidized bed and is cooled by the contact with the immersion heating surface. The more of the cooled bed material returned from the second fluidized bed to the first fluidized bed, the greater the excess bed material, the more bed material is passed from the first to the second fluidized bed. As a result, the greater the amount of heat released, the greater the amount of bed material returned to the first fluidized bed.
  • a pipe system with at least one nozzle is preferably provided, which is controlled by a control unit.
  • a control unit so the amount of recycled bedding material can be precisely specified.
  • the quantity control of the recycled bed material can be integrated into a control loop, wherein the recycled amount of the bed material can be predetermined depending on the temperature of the thermal oil carried in the heat exchangers.
  • the heat removal via the second fluidized bed is independent of the setting of the hot gas temperature, which is predetermined by the specification of the air / fuel ratio, the efficiency of fluidized bed combustion can be optimally adjusted within wide ranges.
  • the first fluidized bed has a significantly lower height in comparison to known fluidized beds with immersion heating surfaces, since the immersion heating surfaces are displaced into the second fluidized bed.
  • the required pressure of the combustion air which increases linearly with the fluidized bed height, in the first fluidized bed of fluidized bed combustion according to the invention is considerably lower than in known fluidized beds with immersion heating surfaces integrated there.
  • the low pressure required leads to a significant reduction of the required fan power and thus to a significant reduction in operating costs.
  • a high pressure of the combustion air is required for the second fluidized bed, however, the second fluidized bed is considerably smaller than the first fluidized bed and the gas velocity is lower than in the first fluidized bed, so that overall a considerable saving effect remains.
  • the area of the second fluidized bed with the fluidized bed furnace is spatially separated from the furnace with the first fluidized bed.
  • the gas velocities in the second fluidized bed are advantageously considerably lower than in the first fluidized bed.
  • the heat exchanger arrangement forming the immersion heating surfaces is particularly advantageously designed as a modular, exchangeable unit, as a result of which the fluidized bed combustion according to the invention can be retrofitted quickly and easily.
  • the heat exchanger tubes of the heat exchanger arrangement are mounted in holders which have irregular distances from each other.
  • vibrations of the heat exchanger tubes can be effectively damped during operation of the fluidized bed combustion. Due to the different distances of the brackets to each other namely vibrations of the heat exchanger tubes are avoided in the form of standing waves, whereby the life of the heat exchanger tubes is specifically increased.
  • a nozzle arrangement is associated with the second fluidized bed, which allows the individual segments of the heat exchanger tubes between the individual brackets separately to apply air, whereby the cherriesaustrag can be specifically controlled with the heat exchanger assembly.
  • the fluidized bed combustion according to the invention can generally be modified or extended so that, instead of a first fluidized bed and a second fluidized bed, a plurality of first fluidized bed and / or a plurality of second fluidized bed can be provided, wherein different geometric arrangements of the fluidized bed are possible.
  • a cyclone arranged on a side wall of the furnace is provided for discharging hot gas from the furnace of the fluidized bed furnace, by means of which a circulating, circulating flow above the fluidized bed directed in the horizontal direction is generated in the interior of the furnace.
  • a further advantage of this arrangement is that the cyclone can be arranged on the outside of the furnace, so that its components need not be made heat-resistant.
  • part of the hot gases discharged from the furnace by means of the cyclone are returned to the furnace by means of a secondary air injection device, so that the circulating flow in the furnace is intensified.
  • a further advantageous embodiment provides that in the cyclone even mixed air or gases are injected for flue gas denitration.
  • the blowing in is preferably carried out in such a way that the horizontal circulating flow in the furnace is thereby increased.
  • the injection of mixed air thereby promotes the afterburning of carbon monoxide and / or hydrocarbons contained in the hot gas stream.
  • the blowing of gases with ammonia or urea for flue gas denitrification is particularly efficient in the area of the cyclone, since There by a strong Verwverwirbelung the necessary chemical reactions run particularly well.
  • FIG. 1 exemplary embodiment of the fluidized-bed furnace according to the invention.
  • FIG. 2 Heat exchanger arrangement for fluidized bed firing according to FIG. 1
  • FIG. 1 A first figure.
  • FIG. 3 shows a detailed representation of the heat exchanger arrangement according to FIG. 2.
  • FIG. 4 shows an external view of a variant of the fluidized bed combustion according to FIG. 1.
  • FIG. 5 partial representation of the outlet device of the fluidized bed combustion according to FIG. 4
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the fluidized bed combustion according to the invention 1.
  • the fluidized bed 1 has an oven 2, the masonry walls 3 are sealed on the outside with tiles.
  • the furnace 2 has a main space 4, in which fuel can be introduced via inlets 5 to be fired.
  • a first fluidized bed 6 This includes a first Düsenan- order 7 with a flat, preferably over the entire surface of the main space 4 extending field of nozzles 8, the nozzle boxes 9 with Gas, in particular air are applied.
  • bed material 10 On the nozzles 8 of the nozzle assembly 7 is bed material 10 in the form of sand, ash or the like.
  • the nozzle arrangement 7 is mounted on a frame 11. With the term nozzle arrangement 7 is generally the entire air supply system for the vortex bed 6, namely a nozzle box 9 for the introduction of air and a downstream arrangement of tubes 22 to which the individual nozzles 8 are arranged.
  • the combustion process is ignited by means arranged in the furnace 2 burners 12, such as gas burners or oil burners.
  • the fuel hot gas is generated, which is discharged through an outlet 13 from the furnace 2.
  • the hot gas is then available as an energy source for performing externally running processes.
  • the temperature of the hot gas may be predetermined by the air / fuel ratio, that is, the ratios of the amounts of air added through the nozzle assembly 7 and the amount of the supplied fuel.
  • the outlet in the form of an involute or the like is formed, through which a tangential air flow is generated in the region of the outlet, which causes conditionally contained by the centrifugal forces acting in the air flow particles are guided to the edge of the outlet.
  • the outlet is designed so that the accumulating particles can fall back into the oven.
  • the furnace 2 has an auxiliary space 14, which is partially separated from the main space 4 by an intermediate wall 15 extending vertically from the bottom of the furnace 2.
  • the ceiling of the furnace 2 in the area of the auxiliary space 14 is considerably lower than the ceiling of the furnace 2 in the region of the main space 4.
  • This nozzle assembly 16 is lower than the nozzle assembly 7 in the main space 4.
  • a heat exchanger assembly 20 is arranged, the elements form Tauchsammlung vom.
  • the nozzle arrangement 7 with the heat exchanger arrangement 20 serves to form a second fluidized bed 6 ', wherein this bed material 21 also comprises inert material.
  • the upper side of the nozzle arrangement 7 of the first fluidized bed 6 is at least approximately flush with the upper side of the heat exchanger arrangement 20, the upper edge of the intermediate wall 15 being approximately at the same height. Accordingly, the upper edges of the bed materials 10, 21 are at the same level.
  • the height of the intermediate wall 15, is chosen so that a passage between the secondary 14 and main space 4 is given, through which the bed material 10 can flow in the direction inclined by the arrow in Figure 1 direction.
  • bed material 10, 21 can be supplied from the second fluidized bed 6 'to the first fluidized bed 6 by means of a recirculation unit.
  • the recirculation unit in the present case comprises a tube 22 which leads from the underside of the second fluidized bed 6 'to the underside of the first fluidized bed 6.
  • a vertically extending pipe section terminates at the second fluidized bed 6 'and is adjoined by a horizontal pipe section, from which finally a further vertical pipe section leads to the first fluidized bed 6.
  • an injector nozzle 23 which is of a not shown Control unit is controlled.
  • the quantity of bed material 10 returned to the first fluidized bed 6 is predetermined by the injector nozzle 23 controlled by the control unit.
  • FIG. 2 shows a detailed representation of the construction of the heat exchanger arrangement 20.
  • the heat exchanger arrangement 20 consists of an arrangement of heat exchanger tubes 24, in which thermal oil is conducted as the heat transfer medium.
  • the heat exchanger tubes 24 are mounted in plate-shaped holders 25a-d.
  • input and output ports 26 of the heat exchanger assembly 20 are provided on a front-side support 25d input and output ports 26 of the heat exchanger assembly 20 are provided.
  • the planes of the brackets 25a-d are oriented perpendicular to the longitudinal directions of the heat exchanger tubes 24.
  • the heat exchanger tubes 24 are in position in holes of the brackets 25a-d.
  • the amount of recycled bed material 21 can exceed the Control unit can be set arbitrarily.
  • the return can be done continuously or temporally discrete. Particularly advantageous is a controlled return as a function of the temperature of the thermal oil in the heat exchanger assembly 20th
  • the thermal oil in the heat exchanger arrangement 20 is heated.
  • the heat generated in this way can be used for external processes. Since the return of the bed material 10, 21 via the return unit by the control unit is independent of the combustion process in the furnace 2, in particular independent of the specification of the air-fuel mixture, the removal of heat via the heat exchanger assembly 20 can be independent of the combustion process, that is, in particular without reducing the efficiency of the combustion process.
  • the gas velocities in the first fluidized bed 6 are significantly higher than the gas velocities in the second fluidized bed 6 ', which is achieved by the amount of air per unit area in the nozzle assembly 7 of the first fluidized bed 6 is considerably larger than in the nozzle assembly 16 of the second fluidized bed 6' ,
  • the gas velocities in the first fluidized bed 6 in the range of 1 - 3 m / s and in the second fluidized bed 6 'in the range of 0.5 - 1, 5 m / s.
  • the heat exchanger tubes 24 of the heat exchanger assembly 20 are thus exposed only to particles with low flow velocity, they are subjected to only little wear. This effect is exacerbated by the fact that only in the main space 4 with the first fluidized bed 6, a significant combustion of fuel takes place, but not in the adjoining space 14 with the second fluidized bed 6 ', so there are significantly fewer pollutants arise.
  • the heat exchanger tubes 24 preferably have protective coatings, in particular Inconel coatings.
  • the central holders 25a-d of the heat exchanger arrangement 20 are arranged asymmetrically so that they divide the heat exchanger tubes 24 running in the longitudinal direction of the heat exchanger arrangement 20 into segments of different lengths.
  • the brackets 25a-d are arranged in the present case so that the lengths of the first segments of the heat exchanger tubes 24 between the brackets 25a and 25b about 15% of the total length of the heat exchanger tubes 24 between the brackets 25a and 25d, the lengths of second segments of the heat exchanger tubes 24 between the brackets 25b and 25c are about 35% of the total length and the lengths of the third segments are about 50% of the total length.
  • the nozzle arrangement 16 is designed such that the individual segments of the heat exchanger tubes 24 are selectively exposed to air from the nozzle arrangement 16. Thereby, the choiraustrag can be adjusted with the heat exchanger assembly 20 in a simple manner.
  • FIG. 3 shows a detailed representation of the heat exchanger assembly 20 according to Figure 2.
  • the heat exchanger tubes 24 are in the form of several, in the present case of three individual strands 24a-c formed, each forming a multiple between the front-side brackets 25a and 25d back and forth piping arrangements , For the sake of clarity, the individual strands are shown pulled apart in FIG.
  • control valves 27a-c, 28a-c are provided on the individual strands for the purpose of forming the input-side and output-side connections.
  • first temperature sensors 29a-c are provided on the input side of the individual strands, and second temperature sensors 30a-c are provided on the output side.
  • For fürfiussunk aperture 31 a-c are provided on the output side.
  • FIG. 4 shows an external view of a variant of the fluidized-bed furnace 1 according to FIG. 1.
  • the components of the fluidized-bed furnace 1 within the Furnace 2, in particular the formation of the first fluidized bed 6 and the second fluidized bed 6 'with the associated Tauchsammlung vom correspond to the embodiment of Figure 1.
  • the main area 2a of the furnace 2 is the first fluidized bed 6, while in the subsequent, smaller secondary area 2b of the furnace 2, the second fluidized bed 6 'is located.
  • FIG. 4 differs from the fluidized bed furnace 1 according to FIG. 1 only in that, instead of the outlet 13 on the upper side of the furnace 2 on the outside of a side wall of the furnace 2, a laterally arranged outlet device is provided, which as an essential component is a cyclone 27 has. Between the side wall and the cyclone 27 there is a funnel-shaped hollow body 28.
  • FIG. 5 shows a perspective view of the hollow body 28 and the cyclone 27 from the interior of the furnace 2.
  • a hollow-cylindrical collar plate 29 is inserted into an opening in the side wall of the furnace 2.
  • a spiral gas flow is generated, which continues into the interior of the furnace 2.
  • This circulating flow is directed along the longitudinal side of the cyclone 27 and thus in the horizontal direction, wherein this flow is above the fluidized bed 6, 6 '.
  • the horizontal flow prevents unwanted fluidization of bed material on the fluidized beds 6, 6 '.
  • the circular flow is enhanced by the shape of the furnace 2 with a rounded, semi-cylindrical roof.
  • Sekundär Kunststoffeinblasvorrich- device has at the lower end of the funnel-shaped hollow body an injector 30, that is, a jet nozzle. From there pipelines 31 back in the furnace 2. In the present case, the pipes 31 open directly below the inlet 5 for the fuel to be fired.
  • the hot gas contained in the furnace 2 is passed through the opening in the cyclone 27 and discharged from there. Dust particles contained in the hot gas therefore migrate outwards due to the centrifugal forces of the flow, are collected in the funnel-shaped hollow body 28 and returned to the furnace 2 via the injector 30 and then via the pipelines.
  • leading feed lines 32 are also provided in the cyclone 27. Via these supply lines 32 gases in the form of mixed air and / or ammonia or urea are blown. By blowing in mixed air, an afterburning of carbon monoxide and hydrocarbons in the hot gas to be carried out is achieved. By blowing in ammonia, urea or the like a Rauchgasentstickung is achieved. The tangential injection direction of the gases into the cyclone 27 further increases the circular flow generated there.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung (1) mit einem ersten stationären Wirbelbett (6), welchem zu verfeuernde Brennstoffe zufuhrbar sind. Dem ersten Wirbelbett (6) ist ein zweites stationäres Wirbelbett (6') mit Tauchheizflächen zugeordnet. Ein Wärmeaustrag aus dem ersten Wirbelbett (6) wird dadurch erhalten, indem überschüssiges Bettmaterial (10) selbsttätig vom ersten Wirbelbett (6) auf das zweite Wirbelbett (6') geführt ist. Gekühltes Bettmaterial (21) aus dem zweiten Wirbelbett (6') ist zu dem ersten Wirbelbett (6) rückführbar.

Description

Wirbelschichtfeuerung
Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung.
Derartige Wirbelschichtfeuerungen werden in vielfältigen Ausführungsformen eingesetzt, um Brennstoffe, insbesondere auch Abfallstoffe, zu verfeuern und damit Heißgas zu generieren, welches für weitere Prozesse genutzt werden kann.
Derartige Wirbelschichtfeuerungen sind typischerweise in einem Ofen integriert und weisen wenigstens ein Wirbelbett auf, das inertes Material wie zum Beispiel Sand, Kalkstein oder Asche, enthält, welchem über eine Düsenanordnung Gas, insbesondere Luft, zugeführt wird. Weiter werden dem Ofen über eine Zuführeinrichtung die zu verfeuernden Brennstoffe zugeführt. Durch die Bedüsung mit der Düsenanordnung wird das inerte Material aufgewirbelt und durchmischt sich mit dem zu verfeuernden Brennstoff. Die Zündung während des Aufheizens des Verbrennungsprozesses erfolgt mittels eines Brenners.
Generell wird zwischen einer stationären und zirkulierenden Wirbelschichtfeu- erung unterschieden. Bei einer stationären Wirbelschichtfeuerung verbleibt das mit der Düsenanordnung aufgewirbelte inerte Material im Wirbelbett. Bei einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung dagegen steigt das inerte Material bis an die Oberseite des Ofens auf und wird typisch über Zyklone und Wärmetauscher auf das Wirbelbett zurückgeleitet.
Bei einer stationären Wirbelschichtfeuerung kann ein Betrieb mit oder ohne Tauchheizflächen vorgesehen sein. Bei einem Betrieb ohne Tauchheizflächen ist generell kein Wärmeaustrag aus dem Wirbelbett möglich. Durch das Vorse- hen von Tauchheizflächen ist zwar ein Wärmeaustrag möglich, jedoch ist dieser stets abhängig von der Heißgaserzeugung, insbesondere von der erzeugten Heißgaswärme.
Bei einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung ist durch die Rückführung des aus dem Wirbelbett aufgewirbeltem inerten Materials über Wärmetauscher generell ein einstellbarer Wärmeaustrag möglich. Nachteilig bei zirkulierenden Wirbelschichtfeuerungen ist jedoch der hohe konstruktive Aufwand, der insbesondere durch die Rückführung des aufgewickelten Materials entsteht. Problematisch sind weiterhin die hohen Teilchengeschwindigkeiten innerhalb der Wirbelschichtfeuerung, was zu einem erhöhten Verschleiß von Bauteilen innerhalb der Wirbelschichtfeuerung führt und den hohen Kraftbedarf der Gebläse bedingt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stationäre Wirbelschichtfeuerung mit verbesserter Funktionalität bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung mit einem ersten stationären Wirbelbett, welchem zu verfeuernde Brennstoffe zuführbar sind. Dem ersten Wirbelbett ist ein zweites stationäres Wirbelbett mit Tauchheizflächen zugeordnet. Ein Wärmeaustrag aus dem ersten Wirbelbett wird dadurch erhalten, in dem überschüssiges Bettmaterial selbsttätig vom ersten Wirbelbett auf das zweite Wirbelbett geführt ist. Zudem ist im zweiten Wirbelbett gekühltes Bettmaterial zu dem ersten Wirbelbett rückführbar.
Mit der erfindungsgemäßen stationären Wirbelschichtfeuerung wird einerseits durch die Verbrennung von Brennstoffen Heißgas erzeugt. Dieses Heißgas kann für unterschiedliche Prozesse genutzt werden. Weiterhin kann auch die über die Tauchheizfläche vom ersten Wirbelbett ausgetragene Wärme für externe Prozesse genutzt werden. Besonders vorteilhaft sind die Tauchheizflächen von den Oberflächen einer Wärmetauscheranordnung gebildet. Dort werden Wärmetauscherflüssigkeiten, insbesondere Ther- malöl, durch die aus dem ersten Wirbelbett ausgetragene Wärme erhitzt.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass für die Wirbelschichtfeuerung ein einstellbarer Wärmeaustrag ermöglicht wird, wodurch bei unterschiedlichen Prozessparametern ein optimaler Verbrennungsprozess erhalten wird.
Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass bei der erfindungsgemäßen Wirbelschichtfeuerung die Einstellung des Wärmeaustrags völlig unabhängig von der Einstellung der Temperatur des mit der Wirbelschichtfeuerung erzeugten Heißgases erfolgen kann.
Die Einstellung der Heißgastemperatur erfolgt durch die Vorgabe des Luft- /Brennstoffverhältnisses, das heißt dem Verhältnis der dem ersten Wirbelbett zugeführten Luftmenge und der Menge der zugeführten Brennstoffe. Davon unabhängig kann der Wärmeaustrag vorteilhaft dadurch eingestellt werden, dass die Menge des zum ersten Wirbelbetts rückgeführten Bettmaterials eingestellt wird. Bei einem Überschuss an Bettmaterial im ersten Wirbelbett läuft dieses auf das zweite Wirbelbett über und wird durch den Kontakt mit der Tauchheizfläche gekühlt. Je mehr von dem gekühlten Bettmaterial vom zweiten Wirbelbett zum ersten Wirbelbett rückgeführt wird, desto größer der Überschuss an Bettmaterial, desto mehr Bettmaterial wird vom ersten in das zweite Wirbelbett geführt. Dadurch wird ein umso größerer Wärmeaustrag erhalten, je größer die in das erste Wirbelbett rückgeführte Menge an Bettmaterial ist.
Als Rückführeinheit ist bevorzugt ein Rohrsystem mit wenigstens einer Düse vorgesehen, die von einer Steuereinheit gesteuert ist. Über die Steuereinheit kann so die rückgeführte Menge an Bettmaterial präzise vorgegeben werden. Insbesondere kann die Mengensteuerung des rückgefϊihrten Bettmaterials in einen Regelkreis eingebunden sein, wobei die rückgeführte Menge des Bettmaterials abhängig von der Temperatur des in den Wärmetauschern geführten Thermalöls vorgebbar ist.
Da bei der erfindungsgemäßen Wirbelschichtfeuerung der Wärmeaustrag über das zweite Wirbelbett unabhängig von der Einstellung der Heißgastemperatur, die durch die Vorgabe des Luft-/Brennstofrverhältnisses vorgegeben wird, erfolgt, kann der Wirkungsgrad der Wirbelschichtfeuerung in weiten Bereichen optimal eingestellt werden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Wirbelschichtfeuerung besteht darin, dass das erste Wirbelbett im Vergleich zu bekannten Wirbelbetten mit Tauchheizflächen eine signifikant geringere Höhe hat, da die Tauchheizflächen in das zweite Wirbelbett verlagert sind. Dadurch ist die benötigte Pressung der Verbrennungsluft, welche linear mit der Wirbelbetthöhe ansteigt, bei dem ersten Wirbelbett der erfindungsgemäßen Wirbelschichtfeuerung erheblich geringer als bei bekannten Wirbelbetten mit dort integrierten Tauchheizflächen. Die geringe benötigte Pressung führt zu einer erheblichen Reduktion der benötigten Ventilatorleistung und somit zu einer erheblichen Reduktion der Betriebskosten. Für das zweite Wirbelbett wird zwar eine hohe Pressung der Verbrennungsluft benötigt, jedoch ist das zweite Wirbelbett erheblich kleiner als das erste Wirbelbett und die Gasgeschwindigkeit ist geringer als im ersten Wirbelbett, so dass in der Summe ein erheblicher Einspareffekt verbleibt.
Vorteilhaft ist der Bereich des zweiten Wirbelbetts mit der Wirbelschichtfeue- rung räumlich vom Ofen mit dem ersten Wirbelbett getrennt. Zudem sind vorteilhaft die Gasgeschwindigkeiten im zweiten Wirbelbett erheblich geringer als im ersten Wirbelbett. Damit findet im Bereich des zweiten Wirbelbetts, wo sich die Wärmetauscheranordnung befindet, nahezu keine Verbrennung von Brennmaterial statt, so dass dort auch keine oder nahezu keine Schadstoffe an- fallen, wodurch kein oder nur ein geringer Verschleiß der Wärmetauscheranordnung durch Korrosion gegeben ist.
Die die Tauchheizflächen bildende Wärmetauscheranordnung ist besonders vorteilhaft als modulare, austauschbare Einheit ausgebildet, wodurch die erfin- dungsgemäße Wirbelschichtfeuerung schnell und einfach umgerüstet werden kann.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausfϊihrungsform sind die Wärmetauscherrohre der Wärmetauscheranordnung in Halterungen gelagert, die unregelmäßige Abstände zueinander aufweisen.
Durch die Anordnung der Halterungen zur Lagerung der Wärmetauscherrohre in unterschiedlichen Abständen zueinander können Schwingungen der Wärmetauscherrohre während des Betriebs der Wirbelschichtfeuerung wirkungsvoll gedämpft werden. Durch die unterschiedlichen Abstände der Halterungen zueinander werden nämlich Schwingungen der Wärmetauscherrohre in Form von stehenden Wellen vermieden, wodurch die Lebensdauer der Wärmetauscherrohre gezielt erhöht wird.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dem zweiten Wirbelbett eine Düsenanordnung zugeordnet, die es erlaubt die einzelnen Segmente der Wärmetauscherrohre zwischen den einzelnen Halterungen separat mit Luft zu beaufschlagen, wodurch der Wärmeaustrag mit der Wärmetauscheranordnung gezielt gesteuert werden kann.
Die erfindungsgemäße Wirbelschichtfeuerung kann generell dahingehend modifiziert oder erweitert sein, dass anstelle von einem ersten Wirbelbett und einem zweiten Wirbelbett auch mehrere erste Wirbelbett und/oder mehrere zwei- te Wirbelbette vorgesehen sein können, wobei unterschiedliche geometrische Anordnungen der Wirbelbette möglich sind. In einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung ist zum Aus- lass von Heißgas aus dem Ofen der Wirbelschichtfeuerung ein an einer Seitenwand des Ofens angeordneter Zyklon vorgesehen, mittels dessen im Innenraum des Ofens eine in horizontaler Richtung gerichtete, zirkulierende Strömung oberhalb der Wirbelbette generiert wird.
Vorteilhaft hierbei ist gegenüber Auslässen an der Oberseite des Ofens, dass durch die in horizontaler Richtung verlaufende Strömung des Heißgases innerhalb des Ofens nahezu kein Bettmaterial von den Wirbelbetten aufgewirbelt wird.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass der Zyklon an der Außenseite des Ofens angeordnet sein kann, so dass dessen Komponenten nicht wärmebeständig ausgeführt werden müssen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird ein Teil der mittels des Zyklons aus dem Ofen ausgeführten Heißgase mittels einer Sekundärlufteinblasvorrich- tung in den Ofen rückgeführt, so dass die zirkulierende Strömung im Ofen verstärkt wird.
Durch die Sekundärlufteinblasvorrichtung können Staubteilchen, die im mit dem Zyklon aus dem Ofen ausgeleiteten Heißgasstrom enthalten sind, in den Ofen rückgeführt werden, so dass diese dann im Ofen sicher verbrannt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass in den Zyklon selbst Mischluft oder Gase zur Rauchgasentstickung eingeblasen werden. Das Einbla- sen erfolgt dabei bevorzugt so, dass die horizontale zirkulierende Strömung im Ofen dadurch verstärkt wird. Das Einblasen von Mischluft fördert dabei die Nachverbrennung von im Heißgasstrom enthaltenem Kohlenmonoxid und/oder Kohlenwasserstoffen. Das Einblasen von Gasen mit Ammoniak oder Harnstoff zur Rauchgasentstickung ist im Bereich des Zyklons besonders effizient, da dort durch eine starke Gasverwirbelung die hierfür erforderlichen chemischen Reaktionen besonders gut ablaufen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wirbelschichtfeue- rung.
Figur 2: Wärmetauscheranordnung für die Wirbelschichtfeuerung gemäß
Figur 1.
Figur 3 : Detaildarstellung der Wärmetauscheranordnung gemäß Figur 2.
Figur 4: Außenansicht einer Variante der Wirbelschichtfeuerung gemäß Figur 1.
Figur 5: Teildarstellung der Auslassvorrichtung der Wirbelschichtfeuerung gemäß Figur 4.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wirbelschichtfeuerung 1. Die Wirbelschichtfeuerung 1 weist einen Ofen 2 auf, dessen gemauerte Wände 3 an der Außenseite mit Kacheln versiegelt sind. Der Ofen 2 weist einen Hauptraum 4 auf, in welchem über Einlasse 5 zu verfeuernder Brennstoff eingeleitet werden kann. In dem Hauptraum 4 befindet sich weiterhin zur Ausbildung einer stationären Wirbelschichtfeuerung 1 ein erstes Wirbelbett 6. Dieses umfasst eine erste Düsenan- Ordnung 7 mit einem flächigen, sich bevorzugt über die gesamte Fläche des Hauptraums 4 erstreckenden Feld von Düsen 8, die über Düsenkästen 9 mit Gas, insbesondere Luft beaufschlagt werden. Auf den Düsen 8 der Düsenanordnung 7 befindet sich Bettmaterial 10 in Form von Sand, Asche oder dergleichen. Die Düsenanordnung 7 ist auf einem Gestell 11 gelagert. Mit dem Begriff Düsenanordnung 7 ist generell das gesamte Luftzufahrsystem für das Wirbel- bett 6 umfasst, nämlich ein Düsenkasten 9 zur Einleitung von Luft und eine nachgeordnete Anordnung von Rohren 22, an welchen die einzelnen Düsen 8 angeordnet sind.
Durch die mit der Düsenanordnung 7 im ersten Wirbelbett 6 generierte Gas- Strömung erfolgt eine Durchmischung des inerten Materials mit dem zu verfeuernden Brennstoff. Der Verbrennungsprozess wird mittels in deren Ofen 2 angeordneten Brennern 12, beispielsweise Gasbrennern oder Ölbrennern gezündet. Durch die Verfeuerung des Brennstoffs wird Heißgas erzeugt, das über einen Auslass 13 aus dem Ofen 2 ausgeleitet wird. Das Heißgas steht dann als Energiequelle zur Durchführung extern ablaufender Prozesse bereit. Die Temperatur des Heißgases kann durch das Luft-/BrennstoffVerhältnis, das heißt der Verhältnisse der über die Düsenanordnung 7 zugegebenen Luftmengen und die Menge des zugefuhrten Brennstoffs, vorgegeben werden.
Besonders vorteilhaft ist der Auslass in Form einer Evolvente oder dergleichen ausgebildet, durch welchen im Bereich des Auslasses eine tangentiale Luftströmung erzeugt wird, die dazu führt, dass bedingt durch die wirkenden Fliehkräfte im Luftstrom enthaltene Partikel an den Rand des Auslasses geführt werden. Der Auslass ist so ausgebildet, dass die dort sich ansammelnden Partikel zurück in den Ofen fallen können. Dadurch wird ohne zusätzlichen kon- struktiven Aufwand eine Abscheidewirkung erhalten, die dafür sorgt, dass im Auslassluftstrom vorhandene Partikel abgeschieden werden. Dieser Effekt kann dadurch noch verstärkt werden, dass in der Wirbelschichtfeuerung gegebenenfalls benötigte Sekundärluft tangential im Bereich des Ofens eingeströmt wird.
Der Ofen 2 weist zusätzlich zu dem Hauptraum 4 einen Nebenraum 14 auf, der durch eine sich vom Boden des Ofens 2 senkrecht erstreckende Zwischenwand 15 vom Hauptraum 4 teilweise abgetrennt ist. Die Decke des Ofens 2 im Bereich des Nebenraums 14 liegt erheblich tiefer als die Decke des Ofens 2 im Bereich des Hauptraums 4. In diesem Nebenraum 14 befindet sich eine zweite Düsenanordnung 16 mit einer Anordnung von Düsen 17 und Düsenkästen 18, die ebenfalls auf einem Gestell 19 gelagert sind. Diese Düsenanordnung 16 liegt tiefer als die Düsenanordnung 7 im Hauptraum 4. Auf der Düsenanordnung 16 im Nebenraum 14 ist eine Wärmetauscheranordnung 20 angeordnet, deren Elemente Tauchheizflächen bilden. Die Düsenanordnung 7 mit der Wärmetauscheranordnung 20 dient zur Ausbildung eines zweiten Wirbelbetts 6', wobei auch dieses Bettmaterial 21 aus inertem Material aufweist.
Wie aus Figur 1 ersichtlich schließt die Oberseite der Düsenanordnung 7 des ersten Wirbelbetts 6 mit der Oberseite der Wärmetauscheranordnung 20 zumindest näherungsweise bündig ab, wobei der obere Rand der Zwischenwand 15 etwa auf derselben Höhe liegt. Entsprechend liegen auch die oberen Ränder der Bettmaterialien 10, 21 auf demselben Niveau.
Ist im ersten Wirbelbett 6 ein Überschuss an Bettmaterial 10 vorhanden, findet ein Überströmen des Bettmaterials 10 vom ersten Wirbelbett 6 in das zweite Wirbelbett 6' statt.
Die Höhe der Zwischenwand 15, ist so gewählt, dass ein Durchgang zwischen Neben- 14 und Hauptraum 4 gegeben ist, durch welchen das Bettmaterial 10 in der mit dem Pfeil in Figur 1 geneigten Richtung überströmen kann.
Umgekehrt kann mittels einer Rückführeinheit Bettmaterial 10, 21 aus dem zweiten Wirbelbett 6' dem ersten Wirbelbett 6 zugeführt werden. Die Rückführeinheit umfasst im vorliegenden Fall ein Rohr 22, das von der Unterseite des zweiten Wirbelbetts 6' zur Unterseite des ersten Wirbelbetts 6 führt. Dabei mündet am zweiten Wirbelbett 6' ein senkrecht verlaufender Rohrabschnitt aus, an welchen ein horizontaler Rohrabschnitt anschließt, von welchem schließlich ein weiterer vertikaler Rohrabschnitt zum ersten Wirbelbett 6 führt. Am Übergang von diesem vertikalen Rohrabschnitt zum horizontalen Rohrab- schnitt befindet sich eine Injektordüse 23, die von einer nicht dargestellten Steuereinheit gesteuert wird. Durch die mit der Steuereinheit angesteuerte Injektordüse 23 wird die in das erste Wirbelbett 6 rückgefiihrte Menge an Bettmaterial 10 vorgegeben.
Figur 2 zeigt in einer Detaildarstellung den Aufbau der Wärmetauscheranord- nung 20. Die Wärmetauscheranordnung 20 besteht aus einer Anordnung von Wärmetauscherrohren 24, in welchen Thermalöl als Wärmeträgermedium geführt ist. Die Wärmetauscherrohre 24 sind in plattenförmigen Halterungen 25a- d gelagert. An einer stirnseitigen Halterung 25d sind ein- und ausgangsseitige Anschlüsse 26 der Wärmetauscheranordnung 20 vorgesehen. Die Ebenen der Halterungen 25a-d sind senkrecht zu den Längsrichtungen der Wärmetauscherrohre 24 orientiert. Die Wärmetauscherrohre 24 sind in Bohrungen der Halterungen 25a-d lagefϊxiert.
Mittels des zweiten Wirbelbetts 6' erfolgt ein Wärmeaustrag aus dem ersten Wirbelbett 6. Überschüssiges Bettmaterial 10 aus dem ersten Wirbelbett 6 strömt in das zweite Wirbelbett 6' über und kommt in Kontakt mit den von den Oberflächen der Wärmetauscherrohren 24 der Wärmetauscheranordnung 20 gebildeten Tauchheizflächen, so dass dieses abgekühlt wird. Über die Rückführeinheit wird gekühltes Bettmaterial 21 aus dem zweiten Wirbelbett 6' dem ersten Wirbelbett 6 wieder zugeführt. Je mehr Bettmaterial 21 über die Rück- führeinheit rückgeführt wird, umso mehr Bettmaterial 10 strömt aus dem ersten Wirbelbett 6 in das zweite Wirbelbett 6' über, umso größer ist der Wärmeaustrag aus dem ersten Wirbelbett 6. Die Menge des rückgeführten Bettmaterials 21 kann über die Steuereinheit beliebig vorgegeben werden. Die Rückführung kann kontinuierlich oder zeitlich diskret erfolgen. Besonders vorteilhaft erfolgt eine geregelte Rückführung in Abhängigkeit der Temperatur des Thermalöls in die Wärmetauscheranordnung 20.
Durch die Überführung des Bettmaterials 10 vom ersten Wirbelbett 6 in das zweite Wirbelbett 6' wird das Thermalöl in der Wärmetauscheranordnung 20 erhitzt. Die so erzeugte Wärme kann für externe Prozesse genutzt werden. Da die Rückführung des Bettmaterials 10, 21 über die Rückführeinheit durch die Steuereinheit unabhängig von dem Verbrennungsprozess im Ofen 2, insbesondere unabhängig von der Vorgabe des Luft-Brennstoffgemisches erfolgt, kann die Ausleitung von Wärme über die Wärmetauscheranordnung 20 unab- hängig von dem Verbrennungsprozess erfolgen, das heißt insbesondere ohne Reduzierung des Wirkungsgrads des Verbrennungsprozesses.
Die Gasgeschwindigkeiten im ersten Wirbelbett 6 sind signifikant höher als die Gasgeschwindigkeiten im zweiten Wirbelbett 6', was dadurch erreicht wird, dass die zugeführte Luftmenge per Flächeneinheit in der Düsenanordnung 7 des ersten Wirbelbetts 6 erheblich größer als in der Düsenanordnung 16 des zweiten Wirbelbetts 6' ist. Typischerweise liegen die Gasgeschwindigkeiten im ersten Wirbelbett 6 im Bereich von 1 - 3 m/s und im zweiten Wirbelbett 6' im Bereich von 0,5 - 1 ,5 m/s.
Dadurch, dass die Wärmetauscherrohre 24 der Wärmetauscheranordnung 20 somit nur Partikeln mit geringer Strömungsgeschwindigkeit ausgesetzt sind, sind diese nur geringem Verschleiß unterworfen. Dieser Effekt wird dadurch noch verstärkt, dass nur im Hauptraum 4 mit dem ersten Wirbelbett 6 eine signifikante Verbrennung von Brennstoff erfolgt, nicht jedoch im Nebenraum 14 mit dem zweiten Wirbelbett 6', so das dort erheblich weniger Schadstoffe ent- stehen. Um dennoch Beschädigungen durch Korrosion oder ähnlichem zu vermeiden, weisen die Wärmetauscherrohre 24 bevorzugt Schutzbeschichtungen, insbesondere Inconel-Beschichtungen auf.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, sind die mittleren Halterungen 25a-d der Wärmetauscheranordnung 20 asymmetrisch angeordnet, so dass diese die in Längs- richtung der Wärmetauscheranordnung 20 verlaufenden Wärmetauscherrohre 24 in Segmente unterschiedlicher Länge teilen. Dabei sind die Halterungen 25a-d im vorliegenden Fall so angeordnet, dass die Längen der ersten Segmente der Wärmetauscherrohre 24 zwischen den Halterungen 25a und 25b etwa 15% der Gesamtlänge der Wärmetauscherrohre 24 zwischen den Halterungen 25a und 25d betragen, die Längen zweiter Segmente der Wärmetauscherrohre 24 zwischen den Halterungen 25b und 25c etwa 35% der Gesamtlänge betragen und die Längen dritter Segmente etwa 50% der Gesamtlänge betragen. Durch diese asymmetrische Anordnungen der Halterungen 25a-d werden Schwingun- gen der Wärmetauscherrohre 24 mit hoher Effizienz reduziert, da sich durch diese Anordnung der Halterungen 25a-d keine stehende Wellen auf den Wärmetauscherrohren 24 ausbilden können.
Die Düsenanordnung 16 ist so ausgebildet, dass die einzelnen Segmente der Wärmetauscherrohre 24 selektiv mit Luft aus der Düsenanordnung 16 beauf- schlagt werden. Dadurch kann der Wärmeaustrag mit der Wärmetauscheranordnung 20 auf einfache Weise eingestellt werden.
Figur 3 zeigt eine detaillierte Darstellung der Wärmetauscheranordnung 20 gemäß Figur 2. Die Wärmetauscherrohre 24 sind in Form mehrerer, im vorliegenden Fall von drei Einzel strängen 24a-c gebildet, die jeweils eine mehrfach zwischen den stirnseitigen Halterungen 25a und 25d hin und her laufenden Rohranordnungen bilden. In Figur 3 sind der Übersichtlichkeit halber die Einzelstränge auseinander gezogen dargestellt. Eingangsseitig und ausgangsseitig sind an den Einzelsträngen Regelventile 27a-c, 28a-c zur Ausbildung der ein- und ausgangsseitigen Anschlüsse vorgesehen.
Die einzelnen Einzelstränge werden von der Steuereinheit einzeln überwacht, damit die Temperaturdifferenz des Thermalöls zwischen Ein- und Ausgang sowie die Durchflussmengen an Thermalöl für alle Einzelstränge gleich groß sind. Zur Bestimmung der Temperaturdifferenzen sind eingangsseitig an den Einzelsträngen erste Temperatursensoren 29a-c und ausgangsseitig zweite Temperatursensoren 30a-c vorgesehen. Zur Durchfiussmessung sind ausgangsseitig Blenden 31 a-c vorgesehen.
Figur 4 zeigt eine Außenansicht einer Variante der Wirbelschichtfeuerung 1 gemäß Figur 1. Die Komponenten der Wirbelschichtfeuerung 1 innerhalb des Ofens 2, insbesondere die Ausbildung des ersten Wirbelbetts 6 und des zweiten Wirbelbetts 6' mit den zugeordneten Tauchheizflächen entsprechen dabei der Ausführungsform gemäß Figur 1. In dem Hauptbereich 2a des Ofens 2 befindet sich das erste Wirbelbett 6, während sich im anschließenden, kleineren Neben- bereich 2b des Ofens 2 das zweite Wirbelbett 6' befindet.
Die Ausführungsform gemäß Figur 4 unterscheidet sich von der Wirbelschichtfeuerung 1 gemäß Figur 1 nur dadurch, dass an Stelle des Auslasses 13 an der Oberseite des Ofens 2 an der Außenseite einer Seitenwand des Ofens 2 eine seitlich angeordnete Auslassvorrichtung vorgesehen ist, die als wesentlichen Bestandteil einen Zyklon 27 aufweist. Zwischen der Seitenwand und dem Zyklon 27 befindet sich ein trichterförmiger Hohlkörper 28. Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Hohlkörpers 28 und des Zyklons 27 vom Innenraum des Ofens 2 aus. Als Anschluss für die Auslassvorrichtung ist ein hohlzylindri- sches Kragenblech 29 in eine Öffnung in der Seitenwand des Ofens 2 einge- setzt.
Durch den Zyklon 27 wird eine spiralförmige Gasströmung erzeugt, die sich bis in den Innenraum des Ofens 2 fortsetzt. Diese zirkulierende Strömung ist entlang der Längsseite des Zyklons 27 und damit in horizontaler Richtung gerichtet, wobei diese Strömung oberhalb der Wirbelbette 6, 6' verläuft. Durch die horizontale Strömung wird ein unerwünschtes Aufwirbeln von Bettmaterial auf den Wirbelbetten 6, 6' verhindert. Die zirkuläre Strömung wird durch die Formgebung des Ofens 2 mit einem abgerundeten, halbzylindrischen Dach verstärkt.
Um die Staubteilchen zumindest teilweise wieder in den Ofen 2 zu führen und sie dann dort in einem zweiten Verbrennungsprozess zu verbrennen, ist eine Sekundärlufteinblasvorrichtung vorgesehen. Diese Sekundärlufteinblasvorrich- tung weist am unteren Ende des trichterförmigen Hohlkörpers einen Injektor 30, das heißt eine Strahldüse auf. Von dort führen Rohrleitungen 31 zurück in den Ofen 2. Im vorliegenden Fall münden die Rohrleitungen 31 direkt unterhalb der Einlasse 5 für den zu verfeuernden Brennstoff ein.
Das im Ofen 2 enthaltene Heißgas wird über die Öffnung in den Zyklon 27 geführt und von dort ausgeleitet. Im Heißgas enthaltene Staubpartikel wandern daher durch die Zentrifugalkräfte der Strömung nach außen, werden im trichterförmigen Hohlkörper 28 gesammelt und über den Injektor 30 und dann über die Rohrleitungen dem Ofen 2 wieder zugeführt.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 4 sind zudem in den Zyklon 27 führende Zuleitungen 32 vorgesehen. Über diese Zuleitungen 32 werden Gase in Form von Mischluft und/oder Ammoniak oder Harnstoff eingeblasen. Durch Einblasen von Mischluft wird eine Nachverbrennung von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen im auszuführenden Heißgas erzielt. Durch Einblasen von Ammoniak, Harnstoff oder dergleichen wird eine Rauchgasentstickung erzielt. Durch die tangentiale Einblasrichtung der Gase in den Zyklon 27 wird die dort generierte zirkuläre Strömung noch verstärkt.
Bezugszeichenliste
(1) Wirbelschichtfeuerung
(2) Ofen
(2a) Hauptbereich
(2b) Nebenbereich
(3) Wand
(4) Hauptraum
(5) Einlass
(6) Wirbelbett
(6') Wirbelbett
(7) Düsenanordnung
(8) Düse
(9) Düsenkasten
(10) Bettmaterial
O D Gestell
(12) Brenner
(13) Auslass
(14) Nebenraum
(15) Zwischenwand
(16) zweite Düsenanordnung
(17) Düse
(18) Düsenkasten
(19) Gestell
(20) Wärmetauscheranordnung
(21) Bettmaterial
(22) Rohr
(23) Injektordüse f24} Wärmetauscherrohr (25a-d) Halterang
(26) Anschluss
(27) Zyklon
(27a-c) Regelventile
(28) Hohlkörper
(28a-c) Regelventile
(29) Kragenblech
(29a-c) Temperatursensoren
(30) Injektor
(30a-c) Temperatursensoren
(31) Rohrleitungen
(31a-c) Blenden
(32) Zuleitung

Claims

Patentansprüche
1. Wirbelschichtfeuerung (1) mit einem ersten stationären Wirbelbett (6), welchem zu verfeuernde Brennstoffe zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Wirbelbett (6) ein zweites stationäres Wirbel- bett (6') mit Tauchheizflächen zugeordnet ist, wobei ein Wärmeaustrag aus dem ersten Wirbelbett (6) dadurch erhalten wird, indem überschüssiges Bettmaterial (10) selbsttätig vom ersten Wirbelbett (6) auf das zweite Wirbelbett (6') geführt ist, und dass im zweiten Wirbelbett (6') gekühltes Bettmaterial (21) zu dem ersten Wirbelbett (6) rückführbar ist.
2. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchheizflächen von einer Wärmetauscheranordnung (20) gebildet sind, wobei in der Wärmetauscheranordnung (20) Thermalöl erhitzt wird und dass durch die Erhitzung des Thermalöls extern nutzbare Prozesswärme generiert wird.
3. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscheranordnung (20) eine Anordnung von Wärmetauscherrohren (24) aufweist, welche in mehreren Halterungen (25a-d) gelagert sind, wobei die Segmente der Wärmetauscherrohre (24) zwischen unterschiedlichen benachbarten Halterungen (25a-d) unterschiedlich groß sind.
4. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungen (25a-d) von Platten gebildet sind, die in parallel verlaufenden Ebenen in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre (24) hintereinander und in unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind, und dass die Wärmetauscherrohre (24) in Bohrungen der Halterungen (25a-d) gelagert sind.
5. Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherrohre (24) der Wärmetauscheran- Ordnung (20) mehrere Einzelstränge bilden, die mit diesen zugeordneten
Überwachungseinheiten einzeln überwacht werden, wobei mit jeder Überwachungseinheit für jeden Einzelstrang die Temperaturdifferenz zwischen ein- und ausströmendem Thermalöl sowie die Durchflussmenge des Thermalöls überwacht wird.
6. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Überwachungseinheiten die Temperaturdifferenzen und Durchflussmengen der Einzelstränge jeweils auf gleiche Werte eingestellt sind.
7. Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Wärmetauscheranordnung (20) eine modulare, austauschbare Einheit bildet.
8. Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wirbelbett (6) und das zweite Wirbelbett (6') jeweils eine mit Luft beaufschlagbare Düsenanordnung (7, 16) auf- weist.
9. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche zwischen zwei Halterungen (25a-d) der Wärmetauscheranordnung (20) selektiv durch die Düsenanordnung (16) mit Luft beaufschlagbar sind.
10. Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (16) des zweiten Wirbelbetts (6') gegenüber der Düsenanordnung (7) des ersten Wirbelbetts (6) tiefer liegt, und dass die Wärmetauscheranordnung (20) oberhalb der Düsenanordnung (16) des zweiten Wirbelbetts (6') angeordnet ist.
11. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseiten der Wirbelbette (6, 6') aneinander angrenzen, so dass überschüssiges Bettmaterial (10) des ersten Wirbelbetts (6) auf das zweite Wirbelbett (6') überläuft.
12. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wirbelbette (6) durch eine Wand (3) getrennt sind, wobei die Höhe der Wand (3) so dimensioniert ist, dass über den oberen Rand das überschüssige Bettmaterial (10) aus dem ersten Wirbelbett (6) in das zweite Wirbelbett (6') überlaufen kann.
13. Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Rückführeinheit zur Rückführung von gekühltem Bettmaterial (21) vom zweiten Wirbelbett (6') in das erste Wirbelbett (6) ein Rohrsystem mit wenigstens einer Düse vorgesehen ist, wobei die Düse von einer Steuereinheit gesteuert ist.
14. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit der Wärmeaustrag aus dem ersten Wirbelbett (6) durch eine Mengensteuerung des mittels der Düse rückgeführten Bettmaterials (10) regelbar ist.
15. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung in der Steuereinheit in Abhängigkeit der Temperatur des Thermalöls in der Wärmetauscheranordnung (20) erfolgt.
16. Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in dieser Heißgas generiert wird, dessen Temperatur unabhängig vom Wärmeaustrag aus dem zweiten Wirbelbett (6') regelbar ist, wobei zur Vorgabe der Temperatur des Heißgases das Verhältnis der über die Düsenanordnung (7) des ersten Wirbelbetts (6) zugeführten Luft und der zugefuhrten Brennstoffe einstellbar ist.
17. Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit im zweiten Wirbelbett (6') signifikant geringer ist als die Strömungsgeschwindigkeit im ersten Wirbelbett (6).
18. Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge- kennzeichnet, dass diese mehrere erste Wirbelbette (6) und/oder mehrere zweite Wirbelbette (6') aufweist.
19. Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einem Ofen (2) integriert ist, wobei zum Aus- lass (13) von Heißgas aus dem Ofen (2) ein an einer Seitenwand des Ofens (2) angeordneter Zyklon (27) vorgesehen ist, mittels dessen im Inneren des Ofens (2) eine in horizontaler Richtung gerichtete, zirkulierende Strömung oberhalb der Wirbelbette (6, 6') generiert wird.
20. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der mittels des Zyklons (27) aus dem Ofen (2) ausgeführten Heißgase mittels einer Sekundärlufteinblasvorrichtung in den Ofen (2) rückgeführt wird, dass die zirkulierende Strömung im Ofen (2) verstärkt wird.
21. Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 19 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zyklon (27) Mischluft oder Gase zur Rauch- gasentstickung so eingeblasen werden, dass die zirkulierende Strömung im Ofen (2) verstärkt wird.
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