DE102005036305A1 - Verfahren zum Verbrennen von fossilen staubförmigen Brennstoffen mit hohem Heizwert und niedrigem Ascheerweichungspunkt und Feuerungsanlage zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Bei Verfahren zum Verbrennen von fossilen staubförmigen Brennstoffen in einer Feuerungsanlage (Dampferzeuger) mit einem Feuerraum (1), mindestens einem senkrecht zur Feuerraumachse ausblasenden Brenner (7a; 7b) in einer Brennerfrontwand (2) des Feuerraums und einem Rauchgasauslaß (RA) am oberen Ende des Feuerraums, bei dem der Brennstoff über die Brenner und Verbrennungsluft dem Feuerraum zugeführt werden und Wärme über die Feuerraumwände und im oberen Teil des Feuerraums angeordnete Konvektivheizflächen (11; 12) entzogen wird, ist zur Ermöglichung des Betriebs der Feuerungsanlage mit einer geringeren Feuerraumhöhe vorgesehen, dass zusätzlich Wärme über eine sich vertikal und im wesentlichen senkrecht zur Brennerfrontwand (2) und zur gegenüberliegenden Feuerraumwand (3) erstreckende und als Verdampfer geschaltete Mittelwand (9; 9a, 9b) mit Vertikalberohrung entzogen wird, wobei in der Brennfrontwand auf jeder Seite der Mittelwand (9; 9a, 9b) mindestens ein Brenner (7a, 7b) angeordnet ist. DOLLAR A Die Erfindung richtet sich auch auf eine Feuerungsanlage bzw. einen Dampferzeuger zur Durchführung des Verfahrens.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von fossilen staubförmigen Brennstoffen in einer Feuerungsanlage (Dampferzeuger) mit einem Feuerraum, mit mindestens einem senkrecht zur Feuerraumachse ausblasenden Brenner in einer Brennerfrontwand des Feuerraums und einem Rauchgasauslaß am oberen Ende des Feuerraums, bei dem der Brennstoff über die Brenner und Verbrennungsluft dem Feuerraum zugeführt werden und Wärme über die Feuerraumwände und im oberen Teil des Feuerraums angeordnete Konvektivheizflächen entzogen wird,
• Ein solches Verfahren zur Verbrennung von fossilen staubförmigen Brennstoffen in einer Feuerungsanlage mit Frontfeuerung oder mit Brennern in Boxer-Anordnung ist aus der DE 34 03 981 C2 , insbesondere Sp.3, Z.26–32, bekannt.
• Im Rahmen der Bemühungen zur Wirkungsgradsteigerung und zur Senkung der Kohlendioxid-Emissionen stellt das Trockenbraunkohle (TBK)-Kraftwerk eine wirtschaftliche Alternative gegenüber der Verbrennung von Naßbraunkohle dar. Zur Zeit erfolgt die Trocknung der Rohbraunkohle mittels heißer aus dem Feuerraum rückgesaugter Rauchgase. Der hohe Exergie-Anteil in der Trocknungsenergie bedeutet einen hohen thermischen Verlust für den Kreislaufprozeß. Dieser Verlust kann deutlich reduziert werden, wenn zum Beispiel Anzapfdampf der Feuerungsanlage nachgeschalteten Turbine benutzt wird. Die Reduzierung des Wassergehalts von 50–60% auf 10–12% erhöht den Heizwert der Braunkohle erheblich mit großen Auswirkungen auf die Gestaltung der Feuerungsanlage bzw. des Dampferzeugers. Ähnliche Auswirkungen gibt es bei der Verbrennung von Steinkohle als ein Brennstoff mit hohem Heizwert und niedrigem Ascheerweichungspunkt, wenn ein erheblicher Unterschied zwischen der adiabaten Verbrennungstemperatur und der Feuerraumendtemperatur gegeben ist.
• Bei der Verbrennung von TBK anstelle von Rohbraunkohle liegt die Wärmeaufnahme im Feuerraum ca. 40% höher. Dieser Unterschied läßt sich durch die deutlich höhere adiabate Verbrennungstemperatur bei der Verbrennung von Trockenbraunkohle erklären.
• Die erhöhte Wärmeaufnahme führt zu einer erheblichen Vergrößerung der Feuerraumhöhe auf über 100m ab Kante des Trichters des Feuerraums.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, das gattungsgemäße Verfahren derart zu verbessern, dass bei Verbrennung von Brennstoffen mit hohem Heizwert und niedrigem Ascheerweichungspunkt, insbesondere Trockenbraunkohle, die Feuerungsanlage mit einer geringeren Feuerraumhöhe betrieben werden kann.
• Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass zusätzlich Wärme über eine sich vertikal und im wesentlichen senkrecht zur Brennerfrontwand und zur gegenüberliegenden Feuerraumwand erstreckende und als Verdampferheizfläche geschaltete Mittelwand entzogen wird, wobei auf jeder Seite der Mittelwand mindestens ein Brenner angeordnet ist.
• Mit steigender Leistung reduziert sich der Umfang des Feuerraums und die notwendige Massenstromdichte in den Rohren des vorzugsweise als Schraubenberohrung ausgebildeten brennernahen Bereichs des Feuerraums kann erreicht werden, ohne den ganzen Verdampferstrom zu beanspruchen. Durch die erfindungsgemäße Einschaltung der Mittelwand wird eine Vergrößerung der in der Feuerungsanlage zur Verfügung stehenden Gesamtverdampferkühlfäche erreicht, die eine Reduzierung der Feuerraumhöhe um z.B. 30% möglich macht und darüber hinaus eine optimale Auslegung der Querschnittsabmessungen des Feuerraums ermöglicht.
• Als weiterer Vorteil ergibt sich, dass das Rauchgastemperaturprofil über den Feuerraumquerschnitt flacher wird; dies ermöglicht eine Erhöhung der Feuerraumendtemperatur um z. B. 30°C
• Die Erfindung richtet sich auch auf eine Feuerungsanlage (Dampferzeuger) mit einem Feuerraum, mindestens einem senkrecht zur Feuerraumachse ausblasenden Brenner in einer Brennerfrontwand des Feuerraums und einem Rauchgasauslaß am oberen Ende des Feuerraums zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.
• Die Feuerungsanlage ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass im Feuerraum eine sich vertikal und im wesentlichen senkrecht zur Brennerfrontwand und zur gegenüberliegenden Feuerraumwand erstreckende vertikal berohrte Mittelwand angeordnet ist.
• Vorzugsweise ist die Mittelwand mit einem von den Feuerraumwänden gebildeten Verdampfer (Feuerraumwandverdampfer) parallel geschaltet. Die Verdampferstomaufteilung zwischen dem vorzugsweise im brennernahen Bereich als Schraube ausgebildeten Feueraumwandverdampfer und der Mittelwand wird so eingestellt, dass die Mediumtemperaturen in den beiden Bauelementen annähernd gleiches Temperaturniveau annehmen. Mit der parallel zum Feuerraumverdampfer geschalteten Mittelwand ist eine Gleichdruckfahrweise ohne Einschränkungen möglich.
• Die Ansprüche 4–8 richten sich auf weitere Ausgestaltungen der Feuerungsanlage.
• Die Erfindung ist nachstehend beispielsweise anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:
• 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch den Feuerraum einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Feuerungsanlage mit Brennern in Boxer-Anordnung längs der Linie I-I in 3,
• 2 einen Vertikalschnitt durch den Feuerraum der Feuerungsanlage nach 1 längs der Linie II-II in 3,
• 3 einen Horizontalschnitt längs der Linie III-III in 1 und
• 4 einen Längsschnitt vergleichbar 1 längs der Linie IV-IV in 3, wobei die bevorzugte Berohrung der Feuerraumwände und die bevorzugte Berohrung der Mittelwand dargestellt sind.
• Gemäß den 1–3 weist die Feuerungsanlage (Dampferzeuger) einen Feuerraum 1 mit paarweise gegenüberliegen vertikalen Feuerraumwänden 2, 3 und 4, 5 und einem Trichter 6, sowie einen Rauchgasauslaß am oberen Ende des Feuerraums auf. In den Feuerraumwänden 2, 3 sind jeweils zwei Gruppen 7a, 7b und 8a, 8b von je sechs Brennern in Boxeranordnung angeordnet. (Eine Frontfeuerung mit Brennern in nur einer Wand 2 oder 3 ist auch möglich). Die eingesetzten Brenner sind vorzugsweise NOx-arme Runddrallbrenner. Über die Brenner wird Trockenbraunkohle TBK und Verbrennungsluft L zugeführt. Weitere Verbrennungsluft wird in den Feuerraum 1 eingeblasen.
• Zwischen den Brennergruppen 7a, 8a und 7b, 8b erstreckt sich parallel zu den Feuerraumwänden 4 und 5 eine aus zwei Teilen 9a und 9b bestehende Mittelwand 9, deren Teile sich auch in den Trichter 5 hinein erstrecken und die Trichterwände durchsetzen. Die Teile 9a und 9b sind an ihren außen liegenden Kanten nicht mit den Feuerraumwänden 2 bzw. 3 verbunden und bilden zwischen ihren innen liegenden Kanten einen Spalt 10 vorbestimmter Größe, der dem Druckausgleich zwischen den beiden durch die Mittelwand bestimmten Teilfeuerräumen 1a und 1b dient. (Eine Ausbildung der Mittelwand 9 in mehr als zwei Teile ist möglich, aber weniger vorteilhaft). Die Mittelwandteile 9a und 9b sind vorzugsweise als einlagige Rohrbretter ausgebildet.
• Im oberen Teil des Feuerraums sind zwei Gruppen von Konvektivheizflächen 11 und 12 angeordnet, die durch die Mittelwand 9 gasseitig voneinander getrennt sind und von denen die oberen als mit Speisewasser beaufschlagte ECO's ausgebildet sind.
• Wie in der 1 schematisch gezeigt, wird das in den ECO's erwärmte Speisewasser W1 einem Verteiler 13 zugeführt. Ein aufgeteilter Teilstrom W3 dient der Zufuhr von Wasser zu den Feuerraumwänden (Feuerraumverdampfer) und ein anderer aufgeteilter Teilstrom W2 der Beaufschlagung der beiden Mittelwandteile 9a und 9b. Feuerraumverdampfer und Mittelwand sind also als Verdampfer und parallel zueinander geschaltet.
• Wie aus der 4 ersichtlich, sind die Feuerraumwände 2, 3, 4 und 5 in ihrem unteren brennernahen Bereich bevorzugt als Schraubenberohrung S und in ihrem oberen brennerternen Bereich als Vertikalberohrung V, die als Überhitzer geschaltet ist, ausgebildet. (Die Feuerraumwände könnten aber auch bei Bedarf als Vertikalberohrung ausgebildet sein.) Die als Verdampfer geschaltete Mittelwand ist als Vertikalberohrung W ausgebildet.
• Sowohl die Schraube als auch die Mittelwand können abhängig von der Leistung des Dampferzeugers aus Glattrohren, aus innen berippten Rohren oder einer Kombination der beiden gefertigt werden. Für die Schraube S und für den derselben Temperaturbelastung ausgesetzten Teil der Mittelwand empfiehlt sich vorzugsweise als Material 13CrMo44 und für den Vertikalrohrteil V der Feurerraumwände und den oberen Teil der Mittelwand empfiehlt sich vorzugsweise 7CrMoVTiB1010. Der aus C13CrMo44 gefertigte Teil der Feuerraumwände endet bei einer Mediumtemperatur von ca. 435°C an der Grenze G zwischen 13CrMo44 und 7CrMoVTiB1010 und mündet in eine weiter unten erläutertes Abscheidesytem AS, mit dessen Eingang auch das obere Ende der Mittelwand verbunden ist, wie die 4 schematisch zeigt. Die Materialgrenze G könnte auch innerhalb der Schraube S liegen, d. h. in der 4 weiter nach unten. Die Materialgrenze G muß also nicht mit der Grenze zwischen Schraubberohrung und Vertikalberohrung übereinstimmen Die Lasten der Schraube S werden über an sich bekannte Konstanthänger 14a mit Umlenkung, von denen in der 4 nur einer beispielhaft dargestellt ist, in das nicht näher dargestellte Traggerüst 15 der Feuerungsanlage übertragen. Der als Überhitzer hinter dem Abscheidesystem AS geschaltete Feuerraumwandabschnitt V muß somit nicht die Last des unteren Verdampferschnitts in Form der Schraube S tragen und ist in dem Traggerüst 15 bei 16 fest aufgehängt. Die Schraube S als Verdampfer und die Vertikalberohrung V als Überhitzer sind miteinander kraftschlüssig verschweißt und die Konstanthänger 14a so eingestellt, dass in jedem Betriebszustand an der Nahstelle: Verdampfer-Überhitzer eine Restkraft ΔF (Siehe Gleichung in 4) nach oben ausgeübt wird. Auf diese Weise wird eine freie thermische Dehnung des ganzen Feuerraumkörpers nach unten gewährleistet und die Lasten aus den Feuerraumwänden werden in zwei Ebenen des Kesseltraggerüsts eingetragen.
• Die Mittelwand 9 bzw. deren Teile durchdringen den Trichter 5 und werden mit ihm verschweißt und werden in dem Traggerüst 15 über Konstanthänger 14b aufgehängt. Die Aufhängung der Mittelwand 9 ist also an die Aufhängung der Schraube S, mit der der Trichter 5 verbunden ist, angepaßt.
• Die Konvektivheizflächen 12 und 13 werden in dem Traggerüst 15 bei 17 über Tragrohre 18 (nur eins gezeigt) fest aufgehängt.
• Die in das Traggerüst 15 einzutragenden Lasten sind in der 4 durch nach unten gerichtete Pfeile symbolisiert.
• Um sowohl die Wandtemperatur des Feuerraums abzusenken als auch die Zwischenüberhitzer (ZUE)-Einspritzung auf ein Minimum zu reduzieren, wird dem an sich bekannten Abscheidesystem AS eine Biflux-Einrichtung BF in der aus der 4 ersichtlichen Weise nachgeschaltet, in dem das Hochdrucksystem Wärme auf das ZUE-System überträgt. Hochdruckseitig wird die Biflux-Einrichtung BF vor den Wandüberhitzer und ZUE-seitig vor dem beheizten ZUE-Abschnitt geschaltet, der in Konvektivheizflächen 11, 12 verwirklicht wird. Die Biflux-Einrichtung kann somit der ZUE-Temperaturregelung und der Wandtemperaturregelung dienen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Verbrennen von fossilen staubförmigen Brennstoffen in einer Feuerungsanlage (Dampferzeuger) mit einem Feuerraum, mindestens einem senkrecht zur Feuerraumachse ausblasenden Brenner in einer Brennerfrontwand des Feuerraums und einem Rauchgasauslaß am oberen Ende des Feuerraums, bei dem der Brennstoff über die Brenner und Verbrennungsluft dem Feuerraum zugeführt werden und Wärme über die Feuerraumwände und im oberen Teil des Feuerraums angeordnete Konvektivheizflächen entzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Wärme über eine sich vertikal und im wesentlichen senkrecht zur Brennerfrontwand und zur gegenüberliegenden Feuerraumwand erstreckende und als Verdampfer geschaltete Mittelwand mit Vertikalberohrung entzogen wird, wobei in der Brennerfrontwand auf jeder Seite der Mittelwand mindestens ein Brenner angeordnet ist.
2. Feuerungsanlage (Damferzeuger) mit einem Feuerraum (1), mit mindestens einem senkrecht zur Feuerraumachse ausblasenden Brenner (7a; 7b) in einer Brennerfrontwand (2) des Feuerraums, im oberen Teil des Feuerraums angeordneten Konvektivheizflächen (11; 12) und einem Rauchgasauslaß (RA) am oberen Ende des Feuerraums zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Feuerraum (1) eine sich vertikal und im wesentlichen senkrecht zur Brennerfrontwand (2) und zur gegenüberliegenden Feuerraumwand (3) erstreckende und als Verdampfer geschaltete Mittelwand (9; 9a, 9b) mit Vertikalberohrung (VV) angeordnet ist, wobei in der Brennerfrontwand (2) auf jeder Seite der Mittelwand (9; 9a, 9b) mindestens ein Brenner (7a, 7b) angeordnet ist.
3. Feuerungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die Mittelwand (9) mit einem von den Feuerraumwänden gebildeten Verdampfer (S) parallel geschaltet ist.
4. Feuerungsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der der Brennerfrontwand (2) gegenüberliegenden Feuerraumwand (3) auf jeder Seite der Mittelwand (9; 9a, 9b) mindestens eine weiterer senkrecht zur Feuerraumachse ausblasender Brenner (8a; 8b) angeordnet ist.
5. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelwand (9) mehrteilig ausgebildet ist und die Teile (9a, 9b) unter Spaltbildung (10) mit Abstand voneinander angeordnet sind.
6. Feuerungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelwand (9; 9a, 9b) getrennt von den Feuerraumwänden (2–5) und von den Konvektionsheizflächen (11; 12) am Kesselgerüst (15) aufgehängt ist.
7. Feuerungsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil des Feuerraums (brennernaher Bereich) als Schraubenberohrung (S) und der obere Teil des Feuerraums (brennerferner Bereich) als Vertikalberohrung (V) ausgebildet sind und dass Schraube (S) und Mittelwand (9) als Verdampfer geschaltet sind.
8. Feuerungsanlage nach mindestem einem der Ansprüche 2–7, dadurch gekennzeichnet, dass Schraube (S) und Mittelwand (9; 9a, 9b) über Konstanthänger (14a; 14b) an dem Traggerüst (15) der Feuerungsanlage aufgehängt sind.