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Die erfindung betrifft Wirbelschiohtverfahren zum Verbrennen
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fester Brennstoffe zum Beheizen eines Dampferzeugers.
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Die Wirbelschichtfeuerung zeichnet sich durch ein breites Brennstoffband
hinsichtlich Heizwert, Aschegehalt und Feuchtigkeit verbrennungstechnisch und wirtschaftlich
besonders aus und gewährleistet in den Abgasen nur geringe Gehalte an S02 und NOx.
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Bei der Wirbelschichtfeuerung wird feinteiliger fester Brennstoff
gemeinsam mit einer inerten Feststoffmasse dadurch im Sc'nwt-bezustand gehalten,
daß Verbrennungsluft mit entsprechender Geschwindigkeit in die Wirbelschicht eingeblasen
wird. Als Brennstoff kommen praktisch alle Steinkohlen- und Braunkohlenarten in
Betracht. Feinteilige Brennstoffe lassen sich in einer Wirbelschicht ohne Vorbehandlung
verfeuern. Grobstückige Brennstoffe müssen jedoch in einem Brecher oder einer Mühle
auf eine Teilchengröße bis 10 mm zerkleinert werden.
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Eine handelsübliche Kraftwerks-Steinkohle weist im Anlieferungszustand
im allgemeinen Wassergehalte von 4 bis 15% auf. Der Wassergehalt der Kohle steigt
aber bei der allgemein üblichen Lagerung im Freien in Abhängigkeit von den Witterungsverhältnissen
zumeist beträchtlich an. Selbst eine mit niedrigem Wassergehalt angelieferte Kohle
kann daher bei der Förderung vom Kohlebunker zur Wirbelschicht beispielsweise durch
eine Ansat7bildung Probleme mit sich bringen, insbesondere wenn die Kohle pneumatisch
gefördert wird, was bei großen Anlagen regelmäßig der Fall ist.
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Bei bekannte Verfahren wird die in Kchlebunkern gelagerte feinteilig
Kohle über pneumatische Förderleitungen vom Kohlebunker unmit,elbar in die Wirbelschicht
eingespeist. Dies erfordert ein Vertrocknen der Kohle vor dem Einbringen in den
Bunker und für jede Brennstoffdüse eine eigene pneumatische Förderleitung.
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Hinzu kommt, daß bei dem bekannten Verfahren jede Brennstoffdüse nur
eine Bettfläche von 1 bis 2 m2 erfaßt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Betreiben einer Wirbelschichtfeuerung zu schaffen, bei denen der
Brennstoff ständig mit einem bestimmten Trockenheitsgrad in die Wirbelschicht eingespeist
wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren
der eingangs erwähnten Art die Brennstoffe auf dem Wege zu der Wirbelschicht mechanisch
gefördert iind dabei gleichzeitig getrocknet wird. Damit ist sichergestellt, daß
beim Eindüsen der Brennstoffe in die Wirbelschicht die bisherigen auf dem zu hohen
Feuchtigkeitsgehalt der Kohle beruhenden Schwierigkeiten nicht mehr auftreten. Gleichzeitig
kann sich aber auch an die mechanische Förderstrecke eine pneumatische Förderstrecke
für die dann getrockneten Brennstoffe anschließen, die ein senkrechtes Einspeisen
der Brennstoffe in die Wirbelschicht erlaubt.
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Die Verbrennungsluft kann von unten her in die Wirbelschicht eingeblasen
werden, während die Brennstoffe etwas oberhalb des Lufteintritts ebenfalls von unten
in die Wirbelschicht eingedüst werden können. Durch die von unten her eingeblasene
Verbrennungsluft wird zum einen die Wirbelschicht aufrechterhalten und zum anderen
die in die Wirbelschicht eingedüsten Brennstoffe gleichmäßig in die Wirbelschicht
eingetragen, um hier zu verbrennen.
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Ublionerweise wird den Brennstoffen vor ihrem Einbringen in die Wirbelschicht
Inertmaterial beigemischt, um bei Brennstoffen mit niedrigem Aschegehalt die notwendige
inerte Masse in der Wirbelschicht zu gewährleisten. Hierfür kommen Asche oder Sand
infrage.
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Vorteilhafterweise werden die Brennstoffe mit Rauchgasen aus dem Dampferzeuger
getrocknet. Hierbei sollten die Brennstoffe
aus einem Vorratsraum
über einen Förderer abgezogen und über eine Schurre einem Förderrohr zugeführt werden,
wobei die Brennstoffe in der Schurre und dem Förderrohr mit Rauchgasen aus dem Dampferzeuger
getrocknet werden. Diese Art von Trocknung bietet sich an, wenn die Brennstoffe,
wie Braunkohle, einen besonders hohen Feuchtigkeitsgehalt besitzen.
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Für clen Fall, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Brennstoffe niedriger
liegt, genügt es, wenn sie nur in dem Förderrohr mittels Rauchgasen aus dem Dampferzeuger
getrocknet werden.
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Nach dem Trocknen und Verlassen des Färderrohres können die Brenrstoffe
pneumatisch über eine vertikale Förderstrecke mittels Brennstoffdüsen in die Wirbelschicht
eingedüst werden.
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Die von den Brennstoffen mitgeführten Rauchgase werden zusammen mit
den Brennstoffen in die Wirbelschicht eingespeist.
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Es empfiehlt sich, die Verbrennungsluft vorzuwärmen und durch einen
Anströmboden mit einer hohen Geschwindigkeit von 10 bis 70 m/s, insbesondere von
20 bis 50 m/s in die Wirbelschicht zu blasen. Dabei ist es von Vorteil, wenn die
Verbrennungsluft mit 30 bis 550, insbesondere 35 bis, 450 schräg in bezug auf die
Vertikale in die Wirbelschicht eingeblasen wird.
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In Abwandlung des vorstehend beschriebenen Verfahrens kann die Kohle
auch mittels erhitzter Luft getrocknet werden.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des
vorstehend beschriebenen Verfahrens, bei der zwischen einem Brennstoffbunker und
der Wirbelschichtfeuerung eines Dampferzeugers Transportmittel für die Brennstoffe
zu der Wirbelscfiichtfeuerung angeordnet sind. Bei einer bekannten Vorrichtung ist
der Brennstoffbunker mit der Wirbelschiclltfeuerung über çine Rohrlei-tung verbunden.
Die Brennstoffe werden durch diese Rohrleitung pneumatisch in die Wirbelschicht
gefördert, m zll verhindern, daß die Brestoffe auf ihrem Wege vom Bunker rur Wirbelschicht
veuchtigkeit aus der Atm-osphare aufne lmc11,
Die Vorrichtung zur
Durchführung des erfirtdungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen
dem Brennstoffbunker und der Wirbelschicht eine Schurre und ein vorzugsweise drehbares
Förderrohr angeordnet sind und ctie Schurre sowie das Förderrohr an eine Rauchgasleitung
angeschlossen sind. Zweckmäßigerweise befindet sich zwischen der Schurre und dem
Förderrohr ein Brennstoff-Aufnahmekopf, in den die Rauchgasleitung mündet. Dadurch
stehen die Brennstoffe auf einem wesentlichen Teil ihres Weges vom Bunker zur Wirbelschicht
unter dem Einfluß der heißen Rauchgase und geben auf diese Weise die in ihnen enthaltene
Feuchtigkeit ab. Die Brennstoffe lassen sich auf diese Weise mit einem bestimmten
Trockenheitsgrad in die Wirbelschicht einbringen.
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Unterhalb der Wirbelschichtfeuerung kann ein Düsenkopf angeordnet
sein, in den das Förderrohr mündet. Vorteilhafterweise ist das Förderrohr zur Wirbelschichtfeuerung
hin gezeigt, so daß sich die Brennstoffe durch eine Drehbewegung des Rohres fördern
lassen. Das Förderrohr kann jedoch auch horizontal verlaufen und innen ein Förderband
aufweisen. Auch in diesem Fall können mittels der Drehbewegung des Fökbrrohres die
Brennstoffe zur Wirbelschicht gefördert werden.
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Unterhalb der Wirbelschicht erstreckt sich ein Anströmboden unter
dem sich eine Luftkammer befindet, die über einen Heißluftkanal mit einem Luitvorwärmer
in Verbindung steht. Des weiteren kann sich unterhalb der Luftkammer mindestens
ein Verteilerkopf für die Brennstoffe befinden, der über ein Steigrohr mit dem darunter
befindlichen Düsenkopf und über schräg nach oben gerichtete Verteilerrohre mit mehreren
Brennstoffdüsen verbunden ist. Auf diese Weise läßt sich mittels einer Förderleitung
bzw. -vorrichtung eine große Fläche des Anströmbodens mit Brennstoffen versorgen,
ohne daß die Gefahr eines Verstopfens besteht. Außerdem kann an den Düsenkopf ein
Brennstoff-Fördergebläse angeschlossen sein. Auf diese Weise können
die
on dem Förderrohr in den Düsenkopf gelangenden Brennstoffe mittels des Fördergebläses
über den Verteilerkopf zu den einzelnen Düsen gefördert werden.
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Zweckmäßigerweise sind in dem Anströmboden um jede Brennstoffdüse
kreisförmig Luftdüsen für die Zufuhr der Verbrennungsluft angeordnet, die eine Neigung
von 30 bis 55 , insbesondere von 75 bis 450 besitzen können. Hierdurch wird die
mit hoher Geschwindigkeit eingedüste Verbrennungsluft kreisförmig zum äußeren Kreiswifang
hin verteilt. Diese Anordnung und Ausführung der Luftdüsen ermöglicht es, die Verteilung
der durch die zentrischen Brennstoffdüsen eingebrachten Brennstoffe zu unterstützen
und einen großen Radius zu erfassen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen: Hier. 1 eine
Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung teilweise im Schnitt und Fig. 2 eine
Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1.
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Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung dient zum Betreiben
einer Wirbelschichtfeuerung 1 eines Dampferzeugers 2.
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Der Dampferzeuger 2 weist in seinem unteren Teil die Wirbelschichtfeuerung
1 mit eingebauten HeiZflachen und in seinem oberea Teil weitere Heizflächen 3 auf.
Zwischen der Wirbelschicht 1 und den Heizflächen 3 liegt ein Ausbrennraum 4. Ein
Lurtvorwärmer 5 steht über eine Heißluftleitung 6 mit einer Luftkammer 7 in Verbindung.
Zwischen der Luftkammer 7 und der trTilbe'scllic}-ltteuerung 1 erstreckt sich ein
Anströmboden 8.
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Kurz oberhalb des Anströmbodens 8 enden mehrere Düsen 9 beisphelsweise
für die Kohle, die über Verteilerleitungn 10 mit
einem Verteilerkopf
11 in Verbindung stehen. Unter dem Verteilerkopf 11 liegt unter Zwischenschaltung
einer Steigleitung 12 ein Düsenkopf 13, der über ein Rohrstück 14 und ein Ventil
15 5 mit einem Brennstoff-Fördergebläse 16 verbunden ist.
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Von dem Düsenkopf 13 zweigt ein Förderrohr 17 ab, das mit seinem anderen
Ende mit einem Brennstoff-Aufnahmekopf 18 drehbar verbunden ist. Der Brennstoff-Aufnahmekopf
18 enthält einen Wellenstumpf 19 mit zwei bis drei Förderschaufeln 20. An den Brennstoff-Aufnahmekopf
18 schließt sich eine Schurre 21 an, deren oberes Ende 22 unter dem Abgabeende 23
eines Kettenbandförderers 24 liegt. Uber dem Aufgabeende 25 des Kettenbandförderers
24 steht ein Kohlebunker 26 mit einer Bunkertasche 27 für Asche oder Sand. Von dem
Dampferzeuger 2 zweigt ein Rauchgasrohr 28 ab und führt über ein Ventil 30 zu dem
Brennstoff-Aufnahmekopf 18. Kurz vor dem BrennstoffrAufnahmekopf 18 zweigt vor dem
Ventil 30 eine weitere Rauchgasleitung 31 ab und mündet in das obere Ende 22 der
Schurre 21. In der Rauchgasleitung 31 befindet sich ein Ventil 32. Die Schurre 21
ist für den Fall mit kaskadenförmig angeordneten Blechen 33 versehen, daß die Schurre
bei sehr nassen Kohlen mit zur Trocknung herangezogen wird, beispielsweise Braunkohle.
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Die in dem Kohlebunker 26 lagernde Kohle wird, wie bei einer Anlage
mit Rostfeuerung oder Kohlenstaubfeuerung, mittels des Kettenbandförderers 24 oder
einer ähnlichen Vorrichtung abgezogen. Asche oder Sand werden der Kohle aus der
Bunkertasche 27 dosiert zugemischt, um bei Brennstoffen mit niedrigem Aschegehalt
die inerte Masse in der Wirbelschicht 1 zu erhalten. Von dem Bandförderer 24 aus
gelangt die Kohle in die runde Kohlenschurre 21, die nach unten hin leicht konisch
erweitert ist.
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Innerhalb einer derartigen Schurre 21 kann sich feuchte Kohle nicht
infolge Brückenbildung festsetzen. In dem an das Schurrenende 34 anschließenden
Brennstoff-Aufnahmekopf 18 dreht sich ein Wellenstumpf 19 mit zwei bis drei Förderschaufeln
20, der die
Kohle in das Förderrohr 17 eindosiert, das in dem Brennstoffaufnahmekopf
18 und dem Düsenkopf 13 drehbar gelagert ist. Es kann mit Neigung zum Wirbelbett
1 hin verlegt sein. In diesem Fall wird die Kohle allein durch die Drehbewegung
des Rohres 17 gefördert. Das Förderrohr 17 karin aber auch horizontal verlaufen,
so daß es erforderlich ist, in dem Förderrohr 17 innen ein spiralförmig gewundenes
Schneckenband anzuordnen. Bei einer Drehbewegung des Förderrohres 17 wird die Kohle
in Richtung der Wirbelschicht 1 gefördert.
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Der Wellenstumpf 19 im Brennstoff-Aufnahmekopf 18 ist mit einem stufenlos
regelbaren Antrieb versehen. Der Antrieb für das Förderrohr 17 braucht hingegen
nicht regelbar zu sein, da das Förderrohr 17 nicht mehr Kohle fördern kann als ihm
die Dosiervorrichtung zuführt.
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Durch das Förderrohr 17 können zum Trocknen feuchter Kohle Rauchgase
aus dem Dampferzeuger oder Heißluft gesaugt werden.
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Das ist deswegen möglich, weil der Querschnitt des Förderrohrs 17
nicht, wie im Falle einer Förderschnecke, durch Förderblätter, Welle und Lager ausgefüllt
ist. Das Trocknen wird durch das ständige Umwälzen der Kohle infolge der Drehbewegung
des Fbrderrohres 17 unterstützt.
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Wenn die Kohle lediglich einen begrenzten Feuchtigkeitsgehalt besitzt,
ist das Ventil 32 geschlossen und das Ventil 30 geöffnet, so daß die Rauchgase über
die Rauchgasleitung 28 in den Brennstoff-Aufnahmekopf 18 gelangen und von hier aus
durch das Förderrohr 17 zusammen mit der zu fördernden Kohle in Richtung des Seiles
d strömen. In diesem Fall wird die Kohle ausschließlich in dem Förderrohr 17 getrocknet.
Wenn jedoch die Kohle einen höheren Feuchtigkeitsgehalt besitzt, können bei geschlossenem
Ventil 30 und geöffnetem Ventil 32 die Rauchgase in das Aufgabeende 22 der Schurre
21 geleitet werden, so daß
die zu trocknende Kohle und die Rauchgase
längere Zeit in Kontakt miteinander bleiben. In diesem Falle wird die Kohle über
den Kettenbandförderer 24 dosiert. Das Förderrolir 17 fördert auch dann nur die
ihm über die Dosiervorrichtung beziehungsweise den Wellenstumpf 19 zugeleitete Menge
an Kohle.
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Die Kohle gelangt über die etwa senkrecht angeordnete Kohlenschurre
21 in den Brennstoff-Aufnahmekopf 18; dabei ist eine intensive Berührung von Rauchgas
und Kohle gewährleistet. Das Förderrohr 17 transportiert die getrocknete Kohle in
den unter dem Wirbelbett 1 liegenden Düsenkopf 13, von dem aus die getrocknete Kohle
pneumatisch senkrecht nach oben in ds Wirbelbett 1 eingedüst wird. Die zum Trocknen
der Kohle erforderlichen Rauchgase werden je nach Feuchtigkeitsgehalt der Kohle
an beliebigen Stellen des Dampferzeugers 2 entnommen; sie werden entweder durch
den im Düsenkopf 13 herrschenden Unterdruck oder durch das Brennstoff-Fördergebläse
16 abgesaugt. Von hier aus gelangen die Rauchgase gemeinsam mit der Gebläse luft
in das Wirbelbett 1. Die Rauchgase können auch durch ein besondes Gebläse aus dem
Düsenkopf 13 über ein Absperrventil 29 abgesaugt werden und alsdann dem Abgaskanal
des Kessels zugeführt werden, und zwar dann, wenn der Brennstoff sehr naß ist.
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Außer der Rauchgasleitung 28 beziehungsweise einer nicht dargestellten
Heißluftleitung sind zum Trocknen der Kohle keine besonderen Vorrichtungen erforderlich.
Hinzu kommt, daß für das Absaugen des Rauchgases nur ein sehr geringer Energieaufwand
erforderlich ist. Im übrigen ist die Vorrichtung im Aufbau äußerst einfach und übersichtlich.
Sie weist den weiteren Vorteil auf, daß für die pneumatische Förderung nur e.ine
kurze, fast senkrecht verlaufende Rohrstrecke verbleibt, durch die nur trockene
Kohle gefördert wird, die sich auf eine große Bettfläche verteilen läßt. Hierbei
besteht die Möglichkeit, eine Bettfläche von 12 bis 15 m2 zu erfassen.
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Die Rauchgase aus der Wirbelschichtfeuerung 1 ziehen in Richtung des
Pfeiles a aus dem Dampferzeuger 2 ab und strömen in Richtung des Pfeiles b durch
den Luftvorwärmer 5. Im Gegenstrom hierzu strömt Verbrennungsluft in Richtung des
Pfeiles c durch die Heißgasleitung 6 in die Luftkammer 7 und von hier aus durch
den Anströmboden 8 in die Wirbelschichtfeuerung 1.
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Von dem Verteilerkopf 11 aus gelangt die pneumatisch geförderte, getrocknete
Kohle durch zwei bis sechs steil verlegte Verteilerrohre 10 zu den Düsen 9 am Ende
der Verteilerrohre 10 oberhalb des Arströmbodens 8.
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Die Düsen 9 sind im Anströmboden 8 so verteilt, daß jede Düse die
gleiche quadratische Fläche erfaßt. Um jede Düse herum sind kreisförmig Luftdüsen
35 für die Verbrennungsluft angeordnet.
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Die Luftdüsen 35 besitzen eine Neigung von etwa 30 bis 450, so daß
sich die mit einer Geschwindigkeit von etwa 20 bis 50 m/s eingeblasene Verbrennungsluft
kreisförrnig zum äußeren Kreisumfang hin verteilt. Diese Anordnung der Luftdüsen
35 ermöglicht es, die Verteilung der durch die jeweils zentrisch angeordneten Düsen
9 eingebrachten Kohle zu unterstützen und einen großen Radius zu erfassen. Bei einer
in sechs gleiche Quadrate aufgeteilten Bettfläche mit je 2,5 m2 beträgt die Gesamtbettfläche
15 m2 und die Kantenlänge eines jeden Quadrates 1,58 m, so daß der Verteilungsradius
nur 0,79 m lang ist. Ein derartiger Verteilungsradius wird mit getrockneter Kohle
und hohen Austrittsgeschwindigkeiten der Kohle aus den entsprechenden Düsen und
mit Verbrennungsluft aus den die Kohleverteilung unterstützenden Luftdüsen 35 bei
dem vorliegenden kurzen Förderweg mit vertretbarem Kraftaufwand für die Verbrennungsluft
und die Förderluft erreicht. Bei einer Wirbelbettfläche von nur 15 m2 lassen sich
so mit nur einer einzigen Fördervorrichtung etwa 40 t/n Heißdampf erzeugen. Bei
Großanlagen mit mehreren neben-oder hintereinanderliegenden Wirbelbetten bleiben
daher das Brennstoff-Förder- und Trocknungs system sowie das Eindüsungssystem einfach
und übersichtlich sowie betriebssicher und kostensparen.
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Mit der vorbeschriebenen Vorrichtung können alle festen Brennstoffe,
gleichgültig welchen Feuchtigkeitsgehalt diese aufweisen, betriebssicher gefördert
und in einer Wirbelschichtfeuerung verbrannt werden. Bei grobstückigen Brennstoffen
wie Förder- odet Stückkohle kann ein Brecher zwischen Bunkerauslauf und Fördeik
24 oder zwischen Auslauf des Förderers und der Schurre 21 ode zwischen der Schurre
21 und dem Brennstoff-Aufnahmekopf 18 e -gebaut werden, in dem der Brennstoff auf
die für eine Wirbelschichtfeuerung bestgeeignete Teilchengröße bis 10 mm zerkleinert
wird.
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Bei sehr nassen Brennstoffen, beispielsweise Braunkohle, sollte der
Brecher zwischen Schurrenende 34 und Brennstoffaufnahmekopf 18 eingebaut werden,
so daß in dem Brecher eine bereits vorgetrocknete Kohle leicht und störungsfrei
zerkleinert wird.