DE2446049A1

DE2446049A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von waerme

Info

Publication number: DE2446049A1
Application number: DE19742446049
Authority: DE
Inventors: Richard W Bryers; Robert L Gamble
Original assignee: Foster Wheeler Inc
Current assignee: Foster Wheeler Inc
Priority date: 1973-09-28
Filing date: 1974-09-26
Publication date: 1975-04-03
Also published as: IT1022181B; JPS5232856B2; CA1030814A; AU7366674A; ES430523A1; FR2245914A1; US3905336A; JPS5077268A; GB1473399A; AR203050A1; NL7412385A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

BÜRO: 8000 MÜNCHEN 83 · ELFENSTR.ASSE 32

2446049 2 5. Sep. 197Ί

Foster Wheeler Corporation 11O South Orange Avenue, Livingston, New Jersey O7O39, V.St.A₁

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme und befaßt sich insbesondere mit Verfahren und Vorrichtungen, bei denen mehrere übereinandergestapelte Fließbetten vorgesehen sind, die einen Wärmeaustauscher bilden.

Der Einsatz von Fließ- oder Wirbelbetten erweist sich seit langem als vorteilhafte Lösung bei der Erzeugung von Wärme, beispielsweise bei Verwendung von Wärmeaustauschern oder dergleichen, bei denen Dampf dadurch ■ erzeugt wird, daß Wasser im Wärmeaustausch mit den Fließbetten durchgeleitet wird. Das Bett besteht im allgemeinen aus teilchenförmigem Brennstoff, beispielsweise Kohle; es wird fluidisiert, indem Luft durch den Brennstoff hindurchgeleitet wird, um dessen Verbrennung zu fördern. Zu den Vorteilen von derartigen' Anordnungen gehören ein verbesserter Wärmeübergang, eine verminderte Korrosion, eine geringere Kesselverschmutzung, ein gesteigerter Verbrennungswirkgngsgrad, eine niedrigere Verbrennungstemperatur und eine Verkleinerung der Kesselabmessungen.

Die eigene ältere Patentanmeldung P 2424394.5 vom 2O. Mai 1974 offenbart einen Dampferzeuger, bei dem mehrere Fließbetten derart

509814/0896

gestapelt angeordnet sind, daß ein verhältnismäßig großer Wä-meübertragungsbereich erhalten werden kann, während im übrigen die anderen oben erläuterten Vorteile von Fließbetten erzielt werden. Bezüglich Einzelheiten wird auf die ältere Patentanmeldung verwiesen.

Bei einigen bekannten Vorrichtungen und auch bei der Anordnung nach der genannten älteren Patentanmeldung wird dem teilchenförmigen Brennstoff in den Fließbetten ein Sorptionsmittel, beispielsweise in Form von Kalkstein oder Dolomit, zugesetzt, um den während der Verbrennung in den Betten freigesetzten Schwefel zu absorbieren und auf diese Weise den Verschmutzungseffekt des Schwefels kleinstmöglich zu halten. Das so gebildete, mit Schwefel beladene Sorptionsmittel wird einem externen Sorptionsmittel regenerator zugeführt, innerhalb dessen der Schwefel abgeschieden wird. Das im Regenerator gebildete, regenerierte Sorptionsmittel wird zwecks weiterer Verwendung zu den Fließbetten zurückgeleitet,

Anordnungen dieser Art senken zwar den Verschmutzungseffekt des Schwefels. Die Verwendung eines außerhalb des Hauptwärmeaustauschers angeordneten, gesonderten Sorptionsmittelregenerators ist jedoch verhältnismäßig kostspielig und erhöht den Aufwand der Gesamtanlage beträchtlich.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme zu schaffen,

509814/0896

bei denen kein gesonderter Sorptionsmittelregenerator erforderlich ist, gleichwohl aber der Schwefel aus den Verbrennungsgasen absorbiert und gesondert zurückgewonnen werden kann, Insbesondere seilen die Schwefelrückgewinnung und die Sorptionsmittelregenerierung in einem Fließbett erfolgen, das im Hauptwärmeaustauschergehäuse benachbart den anderen Fließbetten angeordnet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bildung einer ersten Kammer, eine Einrichtung zum Einbringen eines teilchenförmigen fossilen Brennstoffes und eines festen Absorptionsmittels für das während der Verbrennung des Brennstoffes freigesetzte Schwefeldioxid in die erste Kammer, eine Einrichtung, mittels deren Luft durch die erste Kammer hindurchleitbar ist, um den Brennstoff und das Absorptionsmittel zu fluidisieren und die Verbrennung des Brennstoffes zu fördern, wobei ein Teil des Brennstoffes von der durch die Kammer hindurchtretenden Luft mitgerissen wird, eine Einrichtung, die diesen Brennstoffteil von der Luft abtrennt und zu einer zweiten Kammer leitet, eine Einrichtung, mittels deren Luft durch die zweite Kammer hindurchleitbar ist, um diesen Teil des Brennstoffes zu fluidisieren, eine Einrichtung, mittels deren das mit S.chwefel beladene Sorbens zwecks Regenerierung von der ersten Kammer in die zweite Kammer überführbar ist, und eine Einrichtung zum Einleiten des regenerierten Sorbens in die erste Kammer.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels naher erläutert. Die beiliegende Zeichnung zeigt teilweise im

5098U/0896

Schnitt eine schematische Darstellung der Vorrichtung nach de^r Erfindung.

Es ist ein Gehäuse 10 vorgesehen, das mehrere Öffnungen für den Durchtritt von Luft und zur Aufnahme von Rohren aufweist, wie dies weiter unten noch im einzelnen erläutert ist, Innerhalb des Gehäuses sitzt ein Mantel 12 mit einer Stirnwand 14 und einer Rückwand 16, die im Schnitt veranschaulicht sind. Jede der Wände wird von mehreren Rippenrohren gebildet, die in herkömmlicher Weise zusammengeschweißt sind und sich über die volle Länge der Wand erstrecken. Es sind ferner zwei Seitenwände vorhanden, die jedoch der Übersicht halber nicht dargestellt sind.

Mehrere Luftverteilerplatten 20 sind in gegenseitigem Abstand im Mantel 12 angeordnet und unterteilen dessen Innenraum in eine Mehrzahl von lotrecht übereinanderliegenden Kammern. Da die fünf oberen Kammern untereinander gleich sind, sind sie jeweils mit 22 bezeichnet, während die sich von den Kammern 22 geringfügig unterscheidende unterste Kammer das Bezugszeichen 24 trägt.

Ein Gemisch aus teilchenförmigen! Brennstoff und Sorptionsmittel wird in jede Kammer 22 über eine Speiseleitung 26 eingebracht, die durch zweckentsprechende Öffnungen im Gehäuse 1O und der Rückwand 16 hindurchreicht und die jeder Kammer 22 zugeordnete Verteiler platte 20 durchquert. Die Leitungen 26 können den teilchenförmi gen Brennstoff und das Sorptionsmittel von einer zweckentsprechen den Quelle, beispielsweise einer pneumatischen Fördereinrichtung,

5098U/0896

übernehmen, die der Einfachheit halber in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Bei dem Brennstoff handelt es sich vorzugsweise um einen fossilen Brennstoff, beispielsweise eine stark schwefelhaltige bituminöse Steinkohle, während als teilchenförmiges Sorptionsmittel zweckmäßig Kalkstein oder Dolomit verwendet wird.

Von einer externen Quelle kommende Luft wird in das Gehäuse 10 über einen Einlaß 3O eingeleitet und gelangt in der durch gestrichelte Linien angedeuteten Richtung in den Bereich zwischen der Stirnwand 14 des Mantels 12 und der entsprechenden Wand des Gehäuses 1O. Die Luft wird dabei in sechs gesonderte Ströme aufgeteilt, die über eine Drossel oder einen Zugregler"32 in eine Luftsammeikammer 34 eintreten, die unterhalb jeder Verteilerplatte angeordnet ist.

Infolgedessen wird das aus teilchenförmigen Stoffen bestehende Bett in jeder der Kammern 22 fluidisiert, wobei die Geschwindigkeit und die Durchflußmenge der die Betten durchströmenden Luft so geregelt werden, daß sie ausreichen, um den teilchenförmigen Brennstoff eine Wirbelschicht bilden zu lassen und eine wirtschaftliche Verbrennung oder Wärmefreisetzung bezogen auf die. Fläche des Bettes zu erzielen, jedoch niedrig genug sind, um den Verlust einer übermäßigen Menge an feinen Brennstoffteilchen aus dem Bett zu vermeiden und die Verweildauer der Gase für eine Schwefelabtrennung durch das Sorptionsmittel ausreichend lang zu

B098U/0896

machen.

Die erhitzte Luft tritt nach Durchlaufen der Fließbetten in Form von Verbrennungsgas durch Auslässe 36 in der Rückwand 16 hindurch aus, wie dies durch die gestrichelten Pfeile angedeutet ist. Die Verbrennungsgase gelangen in eine Kammer 38, die sich hinter der· Rückwand 16 befindet und praktisch über deren volle Länge reicht . Von der Kammer 38 aus werden die Gase über einen Kanal 40 einem Zyklonstaubabscheider 42 zugeleitet, der die in der Luft mitgerissenen feinen Kohleteilchen abtrennt. Die Gase werden dann über einen Kanal durch einen nicht veranschaulichten Lufterhitzer geleitet, innerhalb dessen die verhältnismäßig warme Luft und die Gase mit der Luft in Wärmeaustausch gebracht werden, die in die Anlage einströmt, um die letztgenannte Luft vorzuwärmen, bevor sie über den Einlaß 30 in das Gehäuse 10 eintritt. Dies ist im einzelnen in der eingangs erwähnten älteren Patentanmeldung P 2424394.5 erläutert.

Die feinen Teilchen, die weitgehend aus unverbranntem Brennstoff und Sorptionsmittel bestehen, werden, nachdem sie mittels des Staubabscheiders 42 aus dem Verbrennungsluftstrom abgetrennt wurden, einem Staubbehälter 44 zugeführt und gelangen dann in einen Injektor 46, der die Teilchen zurück in die Kammer 24 bringt. Die in der Kammer 24 befindlichen feinen Teilchen werden durch Luft fluidisiert, die in diese Kammer über eine Drossel oder einen Zugregler 32 und eine zugeordnete Luftsammeikammer 34 einströmt, um die Verbrennung des Brennstoffes in ähnlicher Weise zu fördern, wie

5098U/0896

-i,ö_{S in} verbindung mit dem Brennstoff in den Kammern 22 erläutert wurde, Die Verbrennungsgase verlassen die Kammer 24 über den Auslaß 36 dieser Kammer und gelangen in einen Kanal 5O benachbart der Kammer 38, Sie werden einem gesonderten Zyklon 43 zugeführt, der die Teilchen abtrennt, die in der Luft und den Verbrennungsgasen aus der Kammer 24 mitgerissen werden= Die Luft und die Verbrennungsgase gelangen dann zu einer nicht veranschaulichten Verarbeitungsstelle, wo Schwefelschmutzstoffe abgeschieden werden.

tin Rohrbündel 52 befindet sich in jedem Fließbett innerhalb der Kammern 22. Jedes Rohrbündel 52 ist in der Zeichnung nur durch ein einziges Rohr dargestellt» Es versteht sich jedoch, daß die Rohrbündel jeweils aus mehreren nebeneinander angeordneten Rohren bestehen, die über die volle Breite des Mantels 12 reichen. Die Rohrbündel sind in nicht näher dargestellter Weise über Zubringerrohre, Fallrohre usw. derart angeschlossen, daß das zu erhitzende Medium durch die betreffenden Betten in einer Folge hindurchgeleitet wird, die durch die betreffenden Anschlüsse bestimmt ist. Beispielsweise können die Rohrbündel 52 in den beiden unteren Kammern 22 in Reihe geschaltet sein, wobei das eine der beiden Rohrbündel das Wärmeaustauschmedium mit einer vorbestimmten Temperatur aufnimmt, während das andere Rohrbündel das Medium an eine andere Stufe des Systems abgibt, nachdem es in den Rohrbündeln erhitzt wurde. Die anderen Rohrbündel 52 in den restlichen Kammern 22 können einzeln an eine Dampfturbine angeschlossen sein oder für eine Nacherhitzung herangezogen werden, wie dies im einzelnen in der älteren Patentanmeldung P 2424394,5 erläutert ist.

5098U/0896 _{BAD O}riq_1NAL

In nicht näher veranschaulichter Weise kann auch innerhalb des Mantels 12 eine zusätzliche Gruppe von Rohren vorgesehen sein, die schlangenförmig über die volle Länge des Mantels reichen und eine Mehrzahl von Bänken bilden, die innerhalb der Kammern 22 jeweils über dem betreffenden Rohrbündel 52 sitzen, so daß in die Anlage einströmendes Wasser vorgewärmt werden kann, bevor es durch die Rippenrohrwände und die Rohrbündel 52 hindurchgeschickt wird. Auch dies ist in der älteren Patentanmeldung P 2424394.5 näher erläutert.

Wie oben erwähnt, wird dem Brennstoff in jedem Bett ein teilchenförmiges Sorptionsmittel zugesetzt, um den in den Verbrennungsgasen anfallenden Schwefel zu absorbieren. Betrachtet man beispielsweise Kalkstein oder Kalziumoxid als Beispiel für ein derartiges Sorptionsmittel, so reagiert das Kalziumoxid mit dem Schwefel im Verlauf des Verbrennungsprozesses unter Bildung von Kalziumsulfat, Entsprechend einem der Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung wird das Kalziumsulfat aus jedem Bett über mehrere von den Kammern 22 ausgehende Rohre 54 zu einem in lotrechter Richtung verlaufenden Verteilerrohr 56 geleitet, das an die Rohre 54 angeschlossen ist. Von dem Rohr 56 aus gelangt das Kalziumsulfat über ein Rohr 58 zu dem Teilchenbett in der Kammer 24. Innerhalb der Kammer 24 werden die dem Bett über den Injektor 46 zugeführten Kohleteilchen verbrannt, wobei ein reduzierendes Gas entsteht, das das Kalziumsulfat entsprechend der folgenden Reaktion umsetzt:

CaSO₄

+ I H₂I-♦ cao + So₂ + \H₂oy

509814/0896

Dos innerhalb der Kammer auf diese Weise erzeugte Schwefeldioxidgas wird über den Kanal 50 aus dem Mantel 12 zwecks weiterer Verarbeitung herausgeleitet; es kann mit Hilfe von bekannten Prozessen in reinen Schwefel, in Schwefelsäure oder dergleichen umgewandelt werden.

Das in der Kammer 24 gebildete regenerierte Kalziumoxid wird über ein Rohr 60 einem lotrecht verlaufenden Verteilerrohr 62 zugeführt und gelangt von diesem aus über mehrere einzelne Rohre 64 in die Fließbetten innerhalb der Kammern 22. Infolgedessen kann das Kalziumoxid erneut benutzt werden, um.die Schwefeldioxidanteile der Verbrennungsgase der verschiedenen Betten in der oben erläuterten Weise zu absorbieren.

Es versteht sich, daß der Transport der Stoffe zu und von den verschiedenen Betten in herkömmlicher Weise erfolgen kann, beispielsweise durch pneumatisches Einblasen oder dergleichen, wobei herkömmliche Ausrüstungen wie Überströmrohre mit Pegelsteuerungen und dergleichen vorgesehen werden.

Auf die vorstehend beschriebene Weise werden gesonderte Anlagenteile für die Verbrennung der Teilchen aus dem Zyklonabscheider 42 und für das Regenerieren des Sorptionsmittels vermieden, da diese beiden Funktionen innerhalb der Kammer 24 ausgeführt werden .

Die Erfindung wurde vorstehend an Hand einer Anlage erläutert,

509814/0896

bei der die Betten mit atmosphärischer Luft fluidisiert werden Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auch bei Anlagen anwendbar ist, bei denen zum Fluidisieren der Betten Druckluft eingesetztwi rd. Ein Beispiel einer Anlage dieser letztgenannten A't ist in der eigenen älteren Patentanmeldung P 2435429,8 vom 23, Juli 1974 beschrieben.

5098U/0896

BAD ORIGINAL

Claims

Ansprüche

f1 , !Vorrichtung zum Erzeugen von-Wärme, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die eine erste Kammer zur Aufnahme eines teilchenförmigen festen Brennstoffes und eines Absorptionsmittels für den während der Verbrennung des Brennstoffes freigesetzten Schwefel bildet, eine Einrichtung, mittels deren Luft durch die erste Kammer hindürchleitbar ist, um den Brennstoff und das Absorptionsmittel zu fluidisieren und die Verbrennung des Brennstoffes zu fördern, wobei ein Teil des Brennstoffes von der durch die Kammer hindurchtretenden Luft mitgerissen wird, eine Einrichtung, die diesen Brennstoffteil von der Luft abtrennt und zu einer zweiten Kammer leitet, eine Einrichtung, mittels deren Luft durch die zweite Kammer hindürchleitbar ist, um diesen Teil des Brennstoffes zu fluidisieren, eine Einrichtung, mittels deren das mit Schwefel beladene Sorbens zwecks Regenerierung von der ersten Kammer in die zweite Kammer überführbar ist und eine Einrichtung zum Einleiten des Fegeneriert-en Sorbens in die erste Kammer.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die erste und zweite Kammer bildende Einrichtung ein Gehäuse und darin angeordnete Trennwände aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände zusätzliche Kammern in dem Gehäuse und Kanäle bil-

B098U/0896

den, mittels deren Brennstoff, Absorptionsmittel, Luft und -egeneriertes Sorbens den zusätzlichen Kammern derart zuleitba' sind, daß diese in der gleichen Weise wie die erste Kamme·- wirken .
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mittels deren das mit Schwefel beladene Sorbens zum Regenerieren von den zusätzlichen Kammern aus in die zweite Kammeeinleitbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mittels deren ein Wärmeaustauschmedium in Wärmeaustausch mit dem Brennstoff in beiden Kammern bringbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mittels deren das bei der Regeneration gebildete Schwefeldioxid zwecks weiterer Verarbeitung aus der zweiten Kammer herausleitbar ist.
7. Verfahren zum Erzeugen von Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß Luft durch eine erste Kammer hindurchgeleitet wird, die einen teilchenförmigen fossilen Brennstoff und ein Absorptionsmittel für den bei der Verbrennung des Brennstoffes freigesetzten Schwefel enthält, um Brennstoff und Absorptionsmittel zu fluidisieren, wobei ein Teil des Brennstoffes von der durch die Kammer hindurchströmenden Luft mitgerissen wird, daß dieser Teil des

50 9 8U/0896

BfiD ORiGINAL

Brennstoffes von der Luft abgetrennt und einer zweiten Kammer zugeleitet wird, daß Luft zum Fluidisieren dieses Teils des Brennstoffes durch die zweite Kammer hindurchgeleitet wird, daß das mit Schwefel beladene Sorbens zwecks Regenerieren von der ersten zur zweiten Kammer geleitet wird, und daß das regenerierte Sorbens der ersten Kammer zugeführt wird.
8* Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß zusätzlicher Brennstoff, Absorptionsmittel, Luft und regeneriertes Sorbens weiteren Kammern derart zugeleitet werden, daß diese in der gleichen Weise wie die erste Kammer arbeiten ο
9- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit Schwefel beladenes Sorbens von den weiteren Kammern zwecks Regeneration der zweiten Kammer zugeleitet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeaustauschmittel in Wärmeaustausch mit dem Brennstoff in beiden Kammern gebracht wird,

. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10.. dadurch gekennzeichnet, daß bei der Regeneration gebildetes Schwefeldioxid' aus der zweiten Kammer zwecks weiterer Verarbeitung herausgeleitet wird =

509814/0896

Leerseite