DE4038878C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern des Bettmasse-Ausbrandes bei Feuerungen mit zirkulierender Wirbelschicht.

Dampferzeugeranlagen mit einer Abscheidung von Feststoffen in einem Bettascheabzug, einem Zyklonascheabzug und einem Filter, Speicherung der Bettasche und der Flugasche in Zwischenbunkern und Rezirkulation der Aschen sind bekannt. Problematisch ist dabei die Ascheverwertung bzw. -deponie­ rung, weil durch die niedrigen Wirbelschichttemperatu­ ren - die günstigsten Temperaturen für einen niedrigen NO_X-Gehalt der Rauchgase und ein gutes SO₂-Einbinden durch Kalkstein oder Dolomit liegen bei 800 bis 950°C - kein Aufschmelzen der Asche stattfindet und die Kornform erhal­ ten bleibt. Da die Bettmasse je nach Ausbrand auch Restkoks und aus der Entschwefelung Kalziumsulfat enthält, unter­ scheiden sich Aschen aus Wirbelschichtfeuerungen von denen der klassischen Kohlestaubfeuerungen. Aus diesem Grunde las­ sen sich solche Aschen oft nicht weiterverwenden und müssen dann deponiert werden, was nicht nur wegen der Kosten, sondern auch wegen der damit verbundenen Umweltbelastung unerwünscht ist.

Bei Dampferzeugern mit zirkulierender Wirbelschicht läßt sich zwar theoretisch ein Ausbrand bis 99% erreichen. Bei geringen Aschegehalten im Brennstoff ergeben sich trotzdem hohe Anteile an Unverbranntem im Flugstaub, die ein sehr hohes Rückführverhältnis des Massestroms des Flugstaubes zum Massestrom der Kohle erfordern. Zudem läßt sich in vielen Fällen der Flugstaub z. B. in der Zementindustrie nicht einsetzen und muß deponiert werden oder dient als Verfüllmörtel in Bergwerken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern des Ausbrandes der Bettmas­ se zu schaffen, die ohne exzessive Erhöhung des Rückführver­ hältnisses einwandfrei arbeiten, industrieverwendbare oder deponierfähige Feststoffe ergeben und dabei eine Erhöhung des Schadstoffgehalts der Rauchgase vermeiden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei dem ein­ gangs erwähnten Verfahren erfindungsgemäß mindestens ein Teil des Flugstaubes abgezogen und wenigstens einer Schmelz­ kammerfeuerung zugeführt wird.

Die brennbaren Feststoffanteile des abgezogenen Flugstaubes werden in der Schmelzkammerfeuerung bei hoher Temperatur praktisch vollständig verbrannt, während sich der Feststoff (Asche) als geschmolzene Schlacke flüssig abziehen und in einem Naßentschlacker granulieren läßt.

Um die erforderliche Verbrennungstemperatur in der Schmelz­ kammer zu erreichen, kann der abgezogene Flugstaub unter Zugabe von Luft, vorzugsweise vorgewärmter Luft und/oder eines Zusatzbrennstoffs in der Schmelzkammer verfeuert wer­ den. Auf diese Weise läßt sich die Temperatur der Schmelz­ kammerfeuerung durch Regelung der Luft und/oder der Zusatz­ brennstoffmenge feinfühlig einstellen. Der Zusatzbrennstoff kann aus Kohlenstaub, Brenngas oder Heizöl bestehen.

Die Rauchgase der Schmelzkammerfeuerung können der Wirbel­ schichtfeuerung in einer Zone mit Sauerstoffmangel zuge­ führt werden. Das in der Schmelzkammer aufgrund der hohen Temperatur entstehende NO_X wird dann in dieser Zone weit­ gehend zu Stickstoff und Sauerstoff bzw. NO₂ reduziert. Des weiteren werden das bei der Verbrennung in der Schmelz­ kammer aus dem Brennstoffschwefel und dem Gipszerfall ent­ stehende SO₂ sowie das SO₂ aus dem Brennstoffschwefel der Wirbelschichtfeuerung an den der Wirbelschicht zugesetzten Kalk oder Dolomit gebunden. Somit entstehen keine anderen Emissionsprodukte als bei der normalen Niedertemperaturver­ brennung in einer zirkulierenden Wirbelschicht im Flugstaub enthaltene Schwermetalle werden in die flüssige Schlacke der Schmelzkammern eingebunden.

Da die Verbrennung in der Schmelzkammer bei hohen Temperatu­ ren abläuft, können dem abgezogenen Filterstaub andere zu entsorgende Feststoffe beigemischt werden, die für eine Niedertemperaturverbrennung in der Wirbelschichtfeuerung un­ geeignet sind. Diese Feststoffe brauchen nicht aus Wirbel­ schichtfeuerungen oder anderen Feuerungen zu stammen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so beschaffen, daß mindestens ein Teil des Flugstaubes wenigstens einem Bren­ ner in zumindest einer Schmelzkammer zugeführt wird, der vorzugsweise ein Deckenbrenner ist.

Um die Rauchgase aus der Schmelzkammer der Wirbelschicht­ feuerung zuzuleiten, kann die Schmelzkammer über Düsen mit einer Wirbelbrennkammer oder mit der Windbox unter dem Düsenboden der Wirbelbrennkammer verbunden sein und münden die Düsen vorzugsweise in einer Zone mit Sauerstoffmangel. Eine solche Zone mit Sauerstoffmangel kann sich im unteren Teil der Wirbelbrennkammer befinden, so daß sich der letzt­ endlich für den Ausbrand erforderliche Sauerstoffüberschuß erst im Bereich der Zufuhr von Sekundärluft im oberen Bereich der Wirbelbrennkammer ergibt.

Um bei Inbetriebnahme der Schmelzkammerfeuerung eine ausrei­ chend hohe Zündtemperatur für die brennbaren Bestandteile des Flugstaubes zu erreichen, kann in der Schmelzkammer ein Anfahrbrenner angeordnet sein, der sich mit Kohlenstaub, Brenngas oder Heizöl betreiben läßt.

Der Wirbelschichtreaktor für die Wirbelschichtfeuerung kann in üblicher Weise einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, dessen unterer Bereich verjüngt ist. Seitlich neben diesem Unterteil können dann mindestens ein Tauchtopf, mindestens ein Fließbettkühler für über mindestens einen Zyklonabschei­ der zurückgeführte Bettmasse und mindestens eine Schmelzkam­ mer angeordnet sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläu­ tert. In der Zeichnung zeigen.

Fig. 1 eine schematische, schnittbildliche Seitenansicht eines Teils eines Großdampferzeugers mit Wirbel­ schichtfeuerung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Schmelzkammer­ feuerung.

Von einem im einzelnen nicht dargestellten Großdampferzeu­ ger mit Wirbelschichtfeuerung kann eine Wirbelbrennkammer 1 gekühlte Wände und/oder Kühleinbauten aufweisen. Am Kopfen­ de der Wirbelbrennkammer 1 ist mindestens ein Rückführ­ zyklon 2 angeordnet, der zum Abscheiden des größten Teils der aus der Wirbelschichtfeuerung ausgetragenen Feststoffe bzw. Bettmasse dient. Die abgeschiedene Bettmasse gelangt über einen Fallschacht 3 in mindestens einen Tauchtopf oder Siphon 8. Die Rauchgase und mitgetragener Flugstaub gelan­ gen aus dem Rückführzyklon 2 über einen Zug 4 zu Nachschalt­ heizflächen 5 und werden von dort über einen Filter bzw. Entstauber 6 einem nicht dargestellten Kamin zugeführt.

Am verjüngten Unterteil 11 der Wirbelbrennkammer 1 befindet sich ein Bettascheabzug 7. In einer vorzugsweise durch Rohrwände gekühlten Windbox 22 findet die Verteilung der Primärluft für die Wirbelbrennkammer 1 statt.

Ein Teil der dem Tauchtopf 8 zugeführten Bettmasse wird mittels eines Regelventils 10 einem Fließbettkühler 9 zuge­ führt. Die Bettmasse des Tauchtopfs 8 und des Fließbettküh­ lers 9 wird teilweise in den unteren Teil 11 der Wirbel­ brennkammer 1 rückgeführt und teilweise abgezogen.

Im Bereich des Unterteils 11, des Tauchtopfes 8 und des Fließbettkühlers 9 ist eine Schmelzkammer 12 angeordnet. Im oberen Bereich der Schmelzkammer 12 befindet sich ein Deckenbrenner 13 mit einer Luftzufuhr 14 und einer Flug- Staubzufuhr 15. Ein Anfahrbrenner 21 ist im Zentrum des Hauptbrenners angeordnet und dient dazu, eine so hohe Zünd­ temperatur vorzugeben, daß die brennbaren Feststoffbestand­ teile in einer stabilen Flamme 16 verbrennen. Die Flug- Staubzufuhr 15 ist mit dem Entstauber 6 verbunden. Der Flug-Staubzufuhr 15 können auch andere Feststoffe, bei­ spielsweise aus dem Bettascheabzug 7, den Tauchtöpfen 8 und dem Fließbettkühler 9 zugeführt werden. Ebenso lassen sich, wenn die Kapazität der Schmelzkammer 12 ausreicht, weitere Feststoffe, beispielsweise Aschen anderer Kohlestaubfeue­ rungen verwenden.

Der Deckenbrenner 13 wird so eingestellt, gegebenenfalls durch Zufuhr von Zusatzbrennstoff in Form von Kohlenstaub, Heizöl oder Brenngas in Verbindung mit vorgewärmter Luft, daß eine Flamme 16 entsteht, deren Verbrennungstemperatur so hoch ist, daß die Feststoffe schmelzen und als flüssige Schlacke in einen Flüssigschlackeabzug 18 gelangen. Dort werden sie in einem Naßentschlacker 19 granuliert und zu nachgeschalteten, nicht dargestellten Absetz- und Transport­ einrichtungen gebracht.

Die Schmelzkammer 12 besteht aus Strahlungskammern 17 und die Rauchgase werden durch diese Strahlungskammern 17 zu Düsen 20 geführt, die im Unterteil 11 der Wirbelbrennkammer 1 münden. Dieses Unterteil 11 bildet eine Zone mit Sauer­ stoffmangel bzw. reduzierenden Bedingungen, so daß das bei den hohen Verbrennungstemperaturen der Schmelzkammer 12 ent­ stehende NO_X weitgehend reduziert wird. Falls die brennba­ ren Bestandteile der über die Staubzufuhr 15 eingeleiteten Feststoffe und/oder der Zusatzbrennstoff Schwefel bzw. Schwefelverbindungen enthalten, gelangt das bei der Verbren­ nung entstehende SO₂ mit den Rauchgasen aus der Schmelzkam­ mer 12 über die Düsen 20 in das Unterteil 11 der Wirbel­ brennkammer 1. Hier verbindet es sich mit dem der Wirbel­ brennkammer 1 üblicherweise zugeführten Kalk oder Dolomit und wird auf diese Weise abgebunden. Je nach Primäreinbinde­ grad des bei der Entschwefelung aus der Wirbelbrennkammer ausgeschiedenen Gipses, ergibt sich ein unterschiedlich gro­ ßer Kalkbedarf.

Somit entstehen trotz der sehr hohen Verbrennungstemperatu­ ren der Schmelzkammer 12 infolge der Reduktionen im Wirbel­ bett 1 keine anderen Emissionsprodukte als bei der üblichen Verbrennung mit zirkulierender Wirbelschicht.

Im Zentrum des Deckenbrenners 13 ist ein Anfahrbrenner 21 angeordnet, der mit Braunkohlenstaub, Heizöl oder Brenngas betrieben werden kann.

Die granulierte Schlacke aus der Schmelzkammer 12 ist prak­ tisch frei von unverbrannten und eluierbaren Bestandteilen und läßt sich in derselben Weise behandeln oder weiter­ verwenden wie die Schlacke eines Großdampferzeugers mit üblicher Schmelzkammerfeuerung, ohne daß jedoch die bei einer üblichen Schmelzfeuerung unvermeidlich entstehenden Schadstoffe mit dem Rauchgas emittiert und durch nachge­ schaltete Entschwefelungs- und Entstickungsanlagen entsorgt werden müssen.

Claims (12)

1. Verfahren zum Verbessern des Bettmasse-Ausbrandes bei Feuerungen mit zirkulierender Wirbelschicht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Flugstau­ bes einer Schmelzkammerfeuerung zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugstaub unter Zugabe von Luft in der Schmelzkam­ mer verfeuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Flugstaub unter Zugabe eines Zusatzbrenn­ stoffs in der Schmelzkammer verfeuert wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgase aus der Schmelzkammer der Wirbelschichtfeuerung in einer Zone mit Sauerstoffmangel zugeführt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Flugstaub andere zu entsorgende Feststoffe beigemischt werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkulationssystem (1, 2, 3, 7, 8) mit einer Schmelz­ kammer (12) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkammer (12) mit mindestens einem Decken­ brenner (13) versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schmelzkammer (12) über Düsen (20) mit einer Wirbelbrennkammer (1) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (20) in einer Zone (11) der Wirbelbrenn­ kammer (1) mit Sauerstoffmangel münden.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkammer (12) mit der Windbox (22) der Wirbelbrennkammer (1) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schmelz­ kammer (12) ein Anfahrbrenner (21) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich neben der Wirbelbrennkammer (1) mindestens ein Tauchtopf (8) und mindestens ein Fließbettkühler (9) unter mindestens einem Zyklonabscheider (2) für zirkulierende Bettmasse angeordnet ist.