-
Die
Erfindung betrifft eine Feuerungsanlage (Dampferzeuger) mit einem
durch vertikale Feuerraumwände
begrenzten Feuerraum und ein Verfahren zum Verbrennen von fossilen,
staubförmigen Brennstoffen
in und zum Betrieb einer Solchen.
-
Eine
solche Feuerungsanlage zum Verbrennen von fossilen staubförmigen Brennstoffen
mit Frontfeuerung oder mit Brennern in Boxer-Anordnung ist aus der
DE 34 03 981 C2 ,
insbesondere Sp. 3, Z. 26–32,
bekannt. Es handelt sich um einen Zwangsdurchlauf-Dampferzeuger.
-
Aus
der
GB 880 258 ist eine
Feuerungsanlage in Form eines Naturumlauf-Dampferzeugers mit einer Dampftrommel
und Feuerräumen
bekannt. Die dort vorgesehenen Konvektivflächen befinden sich nicht im
Oberteil der Feuerräume,
sondern in den den Feuerräumen
jeweils getrennt nachgeschalteten Rauchgaszügen. Die Feuerräume haben
getrennte Funktionen. Der eine dient der Dampferzeugung und der
andere der Überhitzung.
-
Aus
der
DE 40 05 305 A1 ist
ein Wirbelschichtreaktor zum Verbrennen feinkörniger fester Brennstoffe mit
einer Wirbelbrennkammer bekannt, bei dem eine aus Kühlrohren
aufgebaute senkrechte Wand im oberen Bereich der Brennkammer angeordnet
ist. Die Wand teilt die Brennkammer in zwei Teilkammern, denen jeweils
eine Feststoffabscheidung mit Feststoffrückführung nachgeschaltet ist. Die Kühlrohre
verlaufen zwischen einem Speisewasserverteiler und einem Dampfsammler.
-
Aus
der
DE 1 108 844 B ist
eine Doppelschmelzkammer-Feuerungsanlage bekannt, bei der zwischen
den beiden Auslässen
der beiden Schmelzkammern in der nachgeschalteten Sekundärkammer
eine lotrechte Wand eingebaut ist, um die aus den Schmelzkammern
und der Sekundärkammer
abziehenden Rauchgase voneinander zu trennen, so daß bei Betrieb
mit nur einer Schmelzkammer keine Schlackenteilchen in die nicht
in Betrieb befindliche Schmelzkammer geschleudert werden können.
-
Aus
der
DE 743 686 C ist
eine Kohlenstaubfeuerungsanlage bekannt, bei der der Feuerraum durch
parallel verlaufende und nicht mit der Feuerraumwand in Verbindung
stehende Kesselrohrreihen in mehrere einzeln befeuerte Heizräume unterteilt
ist, die jeweils von vorn oder von hinten befeuert werden. Dabei
liegen die von vorn und von hinten befeuerten Heizräume abwechselnd
nebeneinander. Über
die wasserseitige bzw. dampfseitige Schaltung der Rohrwände des
Feuerraums und der Kesselrohrreihen wird nichts ausgesagt.
-
Aus
der
DD 63 837 A ist
eine Feuerungsanlage (Dampferzeuger) mit Naturumlauf oder Zwangsumlauf
bekannt, bei der der Feuerraum aus zwei symmetrisch zueinander angeordneten
Hälften
zusammengesetzt ist, die mit Kohlenstaubfeuerungen beheizt werden
und Bestandteil eines einheitlichen Dampferzeugers sind. Die beiden
Feuerräume
haben eine gemeinsam beheizte Trennwand, die eine zweiseitig beaufschlagte
Kühlwand
darstellt. Die Brenner blasen schräg auf die Trennwand gerichtet aus.
-
Aus
der
US 2 821 965 ist
ein Dampferzeuger mit Naturumlauf bekannt, bei dem der mit Vertikalberohrung
ausgerüstete
Feuerraum durch eine Feuerraumtrennwand mit Vertikalberohrung in
zwei Feuerraumhälften
unterteilt ist, die mit jeweils einer Tangentialfeuerung versehen
sind. In der Trennwand sind in Vertikalausrichtung eine Vielzahl
von Öffnungen
vorgesehen, um jede Druckdifferenz zwischen den beiden Feuerraumhälften auszugleichen,
die auf unterschiedliche Brennstoff- und/oder Luftzufuhr in die
beiden Feuerraumhälften
beruhen könnten.
-
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 einem
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, die gattungsgemäße Feuerungsanlage 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, sowie ein Verfahren dazu anzugeben.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Feuerungsanlage (Dampferzeuger) mit einem
durch vertikale Feuerraumwände
begrenzten Feuerraum, mit einer Feuerraumachse (vertikale Längsachse),
mit einem unteren und einem oberen Teil sowie einem oberen Ende
des Feuerraums und mit einem Rauchgasauslaß am oberen Ende des Feuerraums,
wobei im unteren Teil des Feuerraums die Feuerraumwände als Schraubenberohrung
und im oberen Teil des Feuerraums die Feuerraumwände als Vertikalberohrung ausgebildet
sowie im oberen Teil des Feuerraums Konvektivheizflächen angeordnet
sind, wobei eine Feuerraumwand eine Brennerfrontwand ist, wobei
im Feuerraum eine sich vertikal und im Wesentlichen senkrecht zu
der Brennerfrontwand und zu der gegenüberliegenden Feuerraumwand
erstreckende Mittelwand und auf jeder Seite der Mittelwand in der Brennerfrontwand
mindestens ein Brenner angeordnet ist, wobei die Brenner senkrecht
zur Feuerraumachse in den Feuerraum ausblasend sind, die Mittelwand
mit Vertikalberohrung ausgebildet ist sowie die Schraubenberohrung
und die Mittelwand als Verdampfer geschaltet sind, gelöst.
-
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 Gesamtverdampferkühlfläche 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
-
Vorzugsweise
ist die Mittelwand mit der Schraubenberohrung parallel geschaltet.
Die Verdampferstromaufteilung 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
3–6 richten
sich auf weitere Ausgestaltungen der Feuerungsanlage.
-
Die
Aufgabe wird ebenso durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst.
-
Der
Anspruch 7 betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von fossilen staubförmigen Brennstoffen in
und zum Betrieb einer Feuerungsanlage (Dampferzeuger) nach mindestens
einem der Ansprüche 1–6, mit
einem durch vertikale Feuerraumwände
begrenzten Feuerraum, mit einer Feuerraumachse (vertikale Längsachse),
mit einem unteren und einem oberen Teil sowie einem oberen Ende
des Feuerraums und mit einem Rauchgasauslaß am oberen Ende des Feuerraums,
wobei im unteren Teil des Feuerraums die Feuerraumwände als
Schraubenberohrung und im oberen Teil des Feuerraums die Feuerraumwände als
Vertikalberohrung ausgebildet sowie und im oberen Teil des Feuerraums
Konvektivheizflächen
angeordnet werden, wobei eine Feuerraumwand eine Brennerfrontwand
ist, wobei im Feuerraum eine sich vertikal und im Wesentlichen senkrecht
zu der Brennerfrontwand und zu der gegenüberliegenden Feuerraumwand
erstreckende Mittelwand und auf jeder Seite der Mittelwand in der
Brennerfrontwand auf jeder Seite der Mittelwand mindestens ein Brenner
angeordnet ist, wobei die Brenner senkrecht zur Feuerraumachse in
den Feuerraum ausblasen und dem Feuerraum den Brennstoff sowie Verbrennungsluft
zuführen,
wobei Wärme über die Feuerraumwände, die
Mittelwand und die Konvektivheizflächen entzogen wird und wobei
die Mittelwand mit Vertikalberohrung ausgebildet wird sowie die Schraubenberohrung
und die Mittelwand als Verdampfer geschaltet werden.
-
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 gegenüberliegend
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. 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 brennerfernen Bereich als Vertikalberohrung
V, die als Überhitzer
geschaltet ist, ausgebildet. Die als Verdampfer geschaltete Mittelwand ist
als Vertikalberohrung VV 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 Schraubenberohrung 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 bzw. Materialgrenze G zwischen 13CrMo44 und 7CrMoVTiB1010
und mündet
in ein weiter unten erläutertes Abscheidesystem
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 Schraubenberohrung 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
mit Vertikalberohrung V muß somit
nicht die Last des unteren Verdampferschnitts in Form der Schraubenberohrung
S tragen und ist in dem Traggerüst 15 bei
16 fest aufgehängt.
Die Schraubenberohrung 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 11 und 12 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.