DD231409A1 - METHOD FOR MULTILAYERED BULB HEATING - Google Patents
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- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wirbelschichtfeuerung, bei der das Wirbelbett in mehrere Wirbelschichtzonen unterteilt ist, die mit individuell regelbarer Luftzufuehrung versehen sind. Die Erfindung eignet sich zur Erzeugung von Energie der unterschiedlichsten Formen, insbesondere zur Dampferzeugung. Ziel der Erfindung ist es, bei Mehrbettwirbelschichtfeuerungen eine hoehere Waermeuebertragungsleistung zu erzielen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens in einem Wirbelbett der Brennstoff mit Luftunterschuss teilverbrannt wird und in dem anderen Wirbelbett eine vollstaendige Verbrennung stattfindet. Die Gase und Staeube aus der unvollstaendigen Verbrennung werden zusammen mit den Rauchgasen aus der vollstaendigen Verbrennung ueber dem Wirbelbett mit oder ohne Fremdluft verbrannt. FigurThe invention relates to a method for fluidized bed combustion, in which the fluidized bed is divided into several fluidized bed zones, which are provided with individually controllable air supply. The invention is suitable for generating energy of the most varied forms, in particular for steam generation. The aim of the invention is to achieve a higher heat transfer performance in multi-bed fluidized bed firing. The invention is characterized in that at least in a fluidized bed of the fuel is partially combusted with air deficiency and takes place in the other fluidized bed a complete combustion. The gases and dust from the incomplete combustion are burned together with the flue gases from the complete combustion above the fluidized bed with or without external air. figure
Description
Verfahren zur MehrbettwirbelschichtfeuerungMethod for multi-bed fluidized bed firing
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wirbelschichtfeuerung, bei der das Wirbelschichtbett in mehrere Wirbelschichtzonen unterteilt ist, die mit individuell regelbarer Luftzuführung versehen sind. Die Erfindung eignet sich zur Erzeugung von Energie der unterschiedlichsten Formen, insbesondere zur Dampferzeugung.The invention relates to a method for fluidized bed combustion, in which the fluidized bed is divided into several fluidized bed zones, which are provided with individually controllable air supply. The invention is suitable for generating energy of the most varied forms, in particular for steam generation.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Der Einsatz von Wirbelschichtfeuerungen in der Industrie zur Erzeugung von Wärme wird schon lange praktiziert. Bei einer üblichen Wirbelbettfeuerung wird Luft durch ein Bett aus Partikelmaterial über einen Anströmboden geleitet und die schwebenden Brennstoffteilchen, wie z.B. Kohle, Torf, Schweröl usw. verbrannt. Gewöhnlich wird dem Wirbelbett noch ein inertes Partikelmaterial und ein Adsorptionsmittel für den bei der Verbrennung des meist minderwertigen Brennstoffes freigesetzten Schwefel beigegeben. Characteristic of the known technical solutions The use of fluidized bed combustion in the industry for the production of heat has long been practiced. In a conventional fluidized bed furnace, air is passed through a bed of particulate material over a bed of drums and the suspended fuel particles, such as coal, peat, heavy oil, etc., are burned. Usually, an inert particulate material and an adsorbent for the sulfur released in the combustion of the usually inferior fuel is added to the fluidized bed.
Um eine optimale Einbindung des während der Verbrennung des Brennstoffes freigesetzten Schwefels mit Hilfe des Adsorptionsmittels sicherzustellen ist es auch bekannt, (z. B. DE 31 06 840 A1) die Wirbelschichtfeuerung mittels lotrechter Trennwände in mehrere Kammern aufzuteilen. Hierbei wird in der ersten Kammer die Wirbelbettfeuerung mit einer Temperatur betrieben, die eine optimale Bindung des Schwefels ermöglicht. Die dabei noch unverbrannten brennbarenIn order to ensure optimal integration of the sulfur released during the combustion of the fuel with the aid of the adsorbent, it is also known (eg DE 31 06 840 A1) to divide the fluidized-bed firing by means of vertical dividing walls into a plurality of chambers. In this case, the fluidized bed combustion is operated in the first chamber at a temperature which allows optimal binding of the sulfur. The still unburned flammable
Partikel werden in die zweite Kammer geleitet und dort bei einer höheren Temperatur verbrannt.Particles are directed into the second chamber where they are burned at a higher temperature.
Gemäß DD WP 205 503 ist es bekannt, um die Wirbelschichtfeuerung auch mit Teillast betreiben zu können, die 'Wirbelschichtfeuerung durch Trennwände in funktionstechnisch selbständige Module zu unterteilen. Die Trennwände weisen dabei mehrere, in unterschiedlicher Höhe befindliche, horizontal verlaufende Öffnungen auf, die es ermöglichen, heisses Bettmaterial in die noch nicht in Betrieb befindlichen benachbarten Module überzuleiten, um so ein Anfahren der kalten Kammer zu beschleunigen.According to DD WP 205 503, it is known to be able to operate the fluidized bed combustion with partial load, to divide the 'fluidized bed combustion through partitions in functionally independent modules. The partitions have several, located at different heights, horizontally extending openings, which make it possible to transfer hot bed material into the not yet operating adjacent modules, so as to accelerate a start-up of the cold chamber.
Ferner ist es auch bekannt, zwei oder mehrere Wirbelbetten übereinander anzuordnen, um einen besseren Ausbrannt bzw. eine bessere Entschwefelung zu erzielen (BE-OS 31 07 355, DE-OS 30 11292). Diese bekannten Mehrbettwirbelschichtfeuerungen weisen gegenüber den Einbettwirbelschichtfeuerungen einige Vorteile auf und können bei neu zu konzipierenden Feuerungsanlagen Anwendung finden. Allerdings können diese bekannten Mehrbettwirbelschichtfeuerungen dort nicht eingesetzt werden, wo es gilt, hochwertige Primärenergieträger, wie Gas und Öl, die noch oft zur Energieerzeugung eingesetzt werden, durch feste Brennstoffe, bei Weiterverwendung der Energieerzeugungsanlage mit gleichen Leistungsparametern, zu ersetzen. Hierbei reichen die konstruktiv vorgegebenen kleinen Feuerräume für eine bekannte Wirbelschichtfeuerung bei Beibehaltung gleicher Wärmeleistung, wie z. B. bei der Dampferzeugung, nicht aus, da die Temperatur des Rauchgases von Wirbelbettfeuerungen durch die Schmelzcharakteristik der Brennstoffasche bzw. des Wirbelbettma-.terials nach oben begrenzt ist. Im allgemeinen werden Temperaturen über 900° C nicht erreicht. Das hat zur Folge, daß zur Abkühlung des Rauchgases im nachfolgenden Strahlungs- und Konvektionswärmeübertragungsteil des Dampferzeugers relativ große Wärmeübertragungsflächen benötigt werden.Furthermore, it is also known to arrange two or more fluidized beds one above the other in order to achieve a better burnout or better desulfurization (BE-OS 31 07 355, DE-OS 30 11292). These known Mehrbettwirbelschichtfeuerungen have compared to Einbettwirbelschichtfeuerungen some advantages and can be used in newly designed firing systems application. However, these known Mehrbettwirbelschichtfeuerungen can not be used where it is necessary to replace high-quality primary energy sources, such as gas and oil, which are still often used for energy production, by solid fuels, with further use of the power generation plant with the same performance parameters. Here, the structurally predetermined small combustion chambers for a known fluidized bed combustion while maintaining the same heat output, such as. As in the steam generation, not from, since the temperature of the flue gas is limited by fluidized bed firing by the melting characteristics of the fuel ash or Wirbelbettma -.terials upwards. In general, temperatures above 900 ° C are not achieved. This has the consequence that relatively large heat transfer surfaces are needed to cool the flue gas in the subsequent radiation and convection heat transfer part of the steam generator.
Ziel der Erfindung ist es, bei Mehrbettwirbelschichtfeuerungen eine höhere Wärmeübergangsleistung zu erreichen.The aim of the invention is to achieve a higher heat transfer performance in multi-bed fluidized bed firing.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Mehrbettwirbelschichtfeuerung anzugeben, das auf relativ kleinem Raum eine hohe Wärmeübergangsleistung ermöglicht, so daß z. B. Dampferzeuger, die bisher mit öl beheizt wurden, ohne große konstruktive Änderungen mit Mehrbettwirbelschichtfeuerungen bei gleicher Dampfleistung betrieben werden können.The invention has for its object to provide a method for Mehrbettwirbelschichtfeuerung that allows a relatively high heat transfer capacity in a relatively small space, so that z. As steam generators, which were previously heated with oil, can be operated without major structural changes with Mehrbettwirbelschichtfeuerungen for the same steam output.
Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren zur Mehrbettwirbelschichtfeuerung dadurch aus, daß in den horizontal nebeneinander angeordneten Wirbelbetten wenigstens in einem davon Brennstoff mit Luftunterschuß teilverbrannt (vergast) und in dem anderen Wirbelbett eine vollständige Verbrennung durchgeführt wird. Zur Erhöhung der Rauchgastemperatur werden die Gase und Stäube aus der unvollständigen Verbrennung mit denen aus der vollständigen Verbrennung oberhalb der Wirbelschichten mit oder ohne Zusatz von fremdluft vollständig verbrannt.According to the invention, the method for Mehrbettwirbelschichtfeuerung characterized in that in the horizontally juxtaposed fluidized beds at least in one of them fuel with Luftunterschuß partially burned (gasified) and in the other fluidized bed complete combustion is performed. To increase the flue gas temperature, the gases and dusts from the incomplete combustion with those from the complete combustion above the fluidized beds with or without the addition of external air are completely burned.
Zur Feuerung eines Dampferzeugers nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird Braunkohle mit einer Körnung von 0 bis 10 mm als Brennstoff zugeführt. Hierbei beträgt erfindungsgemäß die Fläche für die unvollständige Verbrennung ca. 10 bis 20 % von der Gesamtwirbelbettfläche. Die Wirbelschichtfläche der unvollständigen Verbrennung wird mit einer Brennstoffmenge von 20 bis 40 % vom gesamten Brennstoffdurchsatz beaufschlagt, die Teilverbrennung wird bei einer Temperatur von ca. 850° G mit einem Luftfaktor Z < 1 vollzogen. Der unverbrannte Brennstoff und die Asche aus der unvollständigen Verbrennung werden durch Überlauf in die Wirbelbett fläche der vollständigen Verbrennung überführt und dort zusammen mit der restlichen Brennstoffmenge vom Brennstoffmengendurchsatz bei einem Luftfaktor "X. > 1For firing a steam generator according to the inventive method lignite with a grain size of 0 to 10 mm is supplied as fuel. According to the invention, the area for incomplete combustion is approximately 10 to 20 % of the total fluidized bed area. The fluidized bed area of the incomplete combustion is supplied with a fuel amount of 20 to 40 % of the total fuel flow rate, the partial combustion is carried out at a temperature of about 850 ° G with an air factor Z <1. The unburned fuel and ash from the incomplete combustion are transferred by overflow into the fluidized bed surface of the complete combustion and there together with the remaining amount of fuel from the fuel flow rate at an air factor "X. > 1
bei ca. 850° G vollständig verbrannt. Erfindungsgemäß werden die Gase und Stäube aus der unvollständigen Verbrennung zusammen mit den Rauchgasen aus der vollständigen Verbrennung mit einem Zusatz von Sekundärluft bei einer Temperatur von 900 bis 1300° C über den Wirbelschichtbetten unter Abgabe der Strahlungs- und Konvektionswärme an entsprechend gestalteten Wärmetauschern verbrannt.completely burned at about 850 ° G. According to the invention, the gases and dusts from the incomplete combustion are burned together with the flue gases from the complete combustion with an addition of secondary air at a temperature of 900 to 1300 ° C above the fluidized beds while emitting the radiation and convection heat to appropriately designed heat exchangers.
Die Vorteile der Erfindung bestehen in der kleineren Wirbelbettfläche gegenüber bekannten Wirbelbett feuerungen und in der erhöhten Rauchgastemperatur, wodurch im nachfolgenden Strahlungs- und Konvektionswärmeübertragungsteil des Dampferzeugers relativ kleine Wärmeübertragungsflächen benötigt werden.The advantages of the invention consist in the smaller fluidized bed surface compared to known fluidized bed firings and in the elevated flue gas temperature, whereby relatively small heat transfer surfaces are required in the subsequent radiation and Konvektionswärmeübertragsteil the steam generator.
Eine Erläuterung der vorgelegten Erfindung wird im folgenden Ausführungsbeispiel vorgenommen.An explanation of the present invention will be made in the following embodiment.
Die Zeichnung, eine schematische Darstellung der kombinierten Wirbelschichtfeuerung/-vergasung zum Betreiben des Verfahrens, gibt dazu die prinzipiellen Zusammenhänge wieder.The drawing, a schematic representation of the combined fluidized bed combustion / gasification to operate the method, is the basic relationships again.
In den Feuerungsraum 1 eines Dampferzeugers, dessen Wände mit Strahlungsheizflächen bestückt sind, werden in Modulbauweise Kammern (Einrichtungen) zur Wirbelschichtverbrennung 3 und Wirbelschichtvergasung 4 eingebracht. Als Brennstoff sowohl für die Wirbelschichtverbrennung als auch -vergasung dient wirbelfähige Trockenbraunkohle. Die Zuführung des Brennstoffes für den Verbrennungsvorgang erfolgt über den Eingabetrichter 5 sowie einen Zuteiler 6. Der Verbrennungsrückstand wird nach dem tJberlaufprinzip an der gegenüberliegenden Seite des Eintragers abgeleitet 7 und über eine Fördereinrichtung 8 dem Aschesilo 9 zugeführt. Als Wirbelmedium dient auf ca. 200° C vorgewärmte Luft, deren Zuführung 10 unterhalb des Anströmbodens 11 vorzusehen ist. Die Kühlung der Verbrennungswirbelschicht wird über eingebaute Rohrschlangen 12 realisiert. Als Kühlmittel dient Speisewasser 13, welches in Form von Wasserdampf den weite-In the combustion chamber 1 of a steam generator whose walls are equipped with radiant heating surfaces, chambers (devices) for fluidized bed combustion 3 and fluidized bed gasification 4 are introduced in modular design. As a fuel for both the fluidized bed combustion and gasification serves vertebrate dry lignite. The supply of fuel for the combustion process via the input hopper 5 and an arbiter 6. The combustion residue is derived according to the tJberlaufprinzip on the opposite side of the entry 7 and fed to the ash silo 9 via a conveyor 8. As a fluidizing medium preheated to about 200 ° C air whose supply is to be provided 10 below the inflow 11. The cooling of the combustion fluidized bed is realized via built-in tube coils 12. The coolant used is feedwater 13, which in the form of water vapor serves to
ren Prozeßstufen wieder zugeführt werden kann. Die Temperatur der Rauchgase 14 aus der Verbrennungswirbelschicht beträgt infolge der Kühlung 850° C.ren process stages can be fed again. The temperature of the flue gases 14 from the combustion fluidized bed is due to the cooling 850 ° C.
Das Wirbelschichtvergasungssegment besteht ebenfalls aus rohrbestückten Wandungen 15, in denen als Kühlmedium V/asser bzw. Wasserdampf fließt. Der Vergasungsstoff (gleicher Brennstoff wie zur Verbrennung) wird über den Stutzen 16 zugeteilt. Das vorgewärmte Vergasungsmittel Luft (t '- 200° C) strömt über Anschluß 17 dem Verteiler 17' zu. Die Vergasung erfolgt bei in der Praxis bewährten und technologisch beherrschbaren Temperaturen von 850 C - wie auch die Verbrennung. Das erzeugte Brenngas 18 verläßt somit ebenfalls mit einer Temperatur von 850° C die Vergasungskammer 4 und wird über eine Einrichtung 21, in der eine zusätzliche Turbulenz erzeugt wird, geführt. Der Vergasungsprozeß wird vorzugsweise so geführt, daß der Kohlenstoffvergasungsgrad klein gehalten wird (ca. 50 %). Der Austragsstoff aus dem Vergasungsreaktor, bestehend aus Kohlenstoff und Asche, wird dann durch Überlauf 19 den Wirbelschichtverbrennungskammern 3 zugeführt.The fluidized-bed gasification segment likewise consists of tubular walls 15 in which V / water or water vapor flows as the cooling medium. The gasification substance (same fuel as for combustion) is allocated via the nozzle 16. The preheated gasification agent air (t '- 200 ° C) flows via terminal 17 to the manifold 17'. The gasification takes place in practice proven and technologically controllable temperatures of 850 C - as well as the combustion. The fuel gas 18 thus produced also leaves the gasification chamber 4 at a temperature of 850 ° C. and is conducted via a device 21 in which additional turbulence is generated. The gasification process is preferably conducted so that the carbon gasification rate is kept small (about 50 %) . The discharge material from the gasification reactor, consisting of carbon and ash, is then fed through overflow 19 to the fluidized-bed combustion chambers 3.
Infolge der Nachverbrennung des erzeugten Schwachgases oberhalb der Wirbelschi chtkamrnem 4; 3 mittels Sekundär luftzuführung 20 erfolgt die gewünschte Aufheizung des Rauchgases aus der Verbrennungswirbelschicht, so daß das entstehende Mischgas erheblich größere Temperaturen als 850° G erreicht. Somit wird mehr Wärme an die Strahlungsheizflächen des Dampferzeugers abgegeben.As a result of the afterburning of the generated lean gas above the Wirbelschi chtkamrnem 4; 3 by means of secondary air supply 20, the desired heating of the flue gas from the combustion fluidized bed, so that the resulting mixed gas significantly higher temperatures than 850 ° G is achieved. Thus, more heat is given to the radiant heating surfaces of the steam generator.
Thermodynamische und energetische Untersuchungen dazu für folgende Vorgabewerte führten zu nachstehenden Ergebnissen: Vorgabewerte:Thermodynamic and energetic investigations for the following default values led to the following results: Default values:
- Brennstoffmassenstrom 10 t/h- Fuel mass flow 10 t / h
- Temperatur der Verbrennungswirbelschicht 850° C- Temperature of the combustion fluidized bed 850 ° C
- Temperatur der Vergasungswirbelschicht 850° C- Temperature of the gasification fluidized bed 850 ° C
- Kohlenstoffvergasungsgrad 50 % - Carbon gasification rate 50 %
- Wärmeabführung aus Vergasung 5 % des Heiz- Heat removal from gasification 5 % of the heating
wertescheap
- Luftüberschuß bei der Verbrennung 1,2- Excess air at combustion 1,2
- Temperatur des Mischgases nach Aufheizung 1050° C- Temperature of the mixed gas after heating 1050 ° C
- Brennstoff: Einheimische RBK auf 15 % H2O getrocknet- Fuel: Local RBK dried to 15 % H 2 O.
- Heizwert 16039 kJ/kg- calorific value 16039 kJ / kg
Berechnungsergebnisse:Calculation results:
- Brennstoff,für Verbrennung (Kohle + Überlauf aus Vergasung)- fuel, for combustion (coal + overflow from gasification)
- Brennstoff für Vergasung- Fuel for gasification
- Brennstoff, der von vergasung der Verbrennung zugeführt wird- Fuel, which is supplied by gasification of the combustion
- Heizwert des rückgeführten Brennstoffes- calorific value of the returned fuel
- erzeugtes Schwachgas- generated lean gas
- Heizwert Schwachgas- calorific value lean gas
- Schwachgaszusammensetzung GO GO2 - Low gas composition GO GO 2
H2 H 2
CHCH
Rauchgasvolumenstrom verbrennung Rauchgasvolumenstrom Schwachgasverbrennung Adiabate Verbrennungstemperatur SchwachgasverbrennungFlue gas volume flow combustion Flue gas volume flow Low-gas combustion Adiabatic combustion temperature Low-gas combustion
Rauchgasvolumenstrom Rauchgasmischung Flächenbedarf Wirbelschichtverbrennung Flächenbedarf Wirbelschichtvergasung Flächenbedarf gesamt Flächeneinsparung gegenüber reiner WirbelschichtverbrennungFlue gas volume flow Flue gas mixture Space requirement Fluidized bed combustion Space requirement Fluidized bed gasification Total area requirement Space savings compared to pure fluidized bed combustion
8,11 t/h 3,52 t/h8.11 t / h 3.52 t / h
1,63 t/h 15200 kJ/kg 6,95 t/h 3250 kJ/kg1.63 t / h 15200 kJ / kg 6.95 t / h 3250 kJ / kg
12,945 % 9,161 %12.945 % 9.161%
14,764 % 11,995 % 1,007 % 49,520 % 14.764 % 11.995 % 1.007 % 49.520 %
0,107 % 43670 m3/h 10980 m"3 0.107% 43670 m 3 / h 10980 m " 3
2047 Kelvin 54650 m3/h 21 m2 3Π,2 24 m2 2047 Kelvin 54650 m 3 / h 21 m 2 3Π, 2 24 m 2
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4901675A (en) * | 1986-09-15 | 1990-02-20 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Means and method for controlling load turndown in a fluidized bed combustor |
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1984
- 1984-10-17 DD DD26846584A patent/DD231409A1/en not_active IP Right Cessation
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| US4901675A (en) * | 1986-09-15 | 1990-02-20 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Means and method for controlling load turndown in a fluidized bed combustor |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ENJ | Ceased due to non-payment of renewal fee |