DD249081A1

DD249081A1 - Grossraumwasserkessel mit wirbelschichtfeuerung

Info

Publication number: DD249081A1
Application number: DD29021886A
Authority: DD
Inventors: Bernd Sankol; Dieter Steinbrecht; Hans-Heinrich Ebeling; Werner Neidel; Dietmar Schindhelm; Hartmut Losse; Siegfried Ahrens; Norbert Huebner; Fritz Schmidt
Original assignee: Heizwerkausruestungen Heidenau
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1986-05-14
Publication date: 1987-08-26
Also published as: DD249081B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Grossraumwasserkessel mit Wirbelschichtfeuerung, dessen Druckteil von einer Waermedurchgangswand umschlossen ist. Ziel ist ein Kessel mit erweitertem Anwendungsbereich und energiesparendem Aussetzbetrieb. Hierbei sind bekannte Kessel so zu veraendern, dass die Wirbelschicht im Aussetzbetrieb deutlich langsamer als bei bekannten Kesseln auskuehlt und dass eine Anpassung der wirksamen Heizflaechengroesse an den eingesetzten Brennstoff ohne bewegte Bettheizflaechen moeglich ist. Erfindungsgemaess ist das Ruhebett der Wirbelschichtfeuerung unterhalb des Druckteils des Kessels angeordnet und mit einer feuerfesten, ungekuehlten, gegebenenfalls thermisch isolierten Ausmauerung (3) umgeben. Die Ruhebetthoehe der Wirbelschicht wird entsprechend der Korngroesse des Brennstoffs sowie unter Beruecksichtigung eines minimalen Schichtdruckverlustes im Bereich der Ausmauerung festgelegt. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Großraumwasserkessel mit Wirbelschichtfeuerung, dessen Druckteil von einer Wärmedurchgangswand umschlossen ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits Großraumwasser-Flammrohr-Rauchrohrkessel bekannt, bei denen in einem Zug eines senkrecht stehenden

Flammrohrkessels die Wirbelschichtfeuerung untergebracht ist. Die gekühlten Rohrwände sowie die in die Wirbelschicht

eintauchenden Rohrregister führen die Wärme aus der Wirbelschicht ab. Nach unten ist der Feuerraum durch einen Düsen boden und einen Luftkasten abgeschlossen. Die Temperaturregelung erfolgt über die Luft- sowie Brennstoff- und Inertmaterialzufuhr (Hungerbach, W., Sportlicher Ehrgeiz, Energie [35] Nr. 6, Juni 83, S. 170-1717).

Nachteilig wirkt sich bei solchen verhältnismäßig kleinen Kesseln das ungünstige Verhältnis kühlender Oberflächen zum

Volumen der Wirbelschicht auf den Aussetzbetrieb aus. Da auch im Ruhezustand der Wirbelschicht immer noch Heizflächen in die Wirbelschicht eintauchen, kühlt diese schneller aus als das von größeren Kesseln mit Wirbelschichtfeuerung bekannt ist, so daß der Kessel nach Unterschreitung der Zündtemperatur des Brennstoffes erneut angefahren werden muß. Das erfordert Zeit und vor allem zusätzliche Energie.

Eine Regelung der Wirbelschichtfeuerung ist bei feststehenden Heizflächen über Luft- bzw. Brennstoff- und Inermaterialzufuhr recht gut möglich, solange Brennstoffe mit hohem Heizwert eingesetzt werden. Bei Verwendung von Brennstoffen mit niedrigem Heizwert ist eine genaue Anpassung der Heizflächengröße an den eingesetzten Brennstoff erforderlich.

Zu diesem Zweck wurden in der in dem SU-US 309222 beschriebenen technischen Lösung bewegbare Bettheizflächen

vorgesehen, die entsprechend der der Wirbelschicht zu entziehenden Wärmemenge in die Wirbelschicht eintauchen. Damit ist bei nahezu konstanter Bettemperatur und konstantem Luftverhältnis auch bei Teillast je nach Eintauchtiefe der Bettheizflächen, also je nach von der Wirbelschicht bespültem Heizflächenanteil, eine Leistungsregelung möglich.

Nachteilig ist jedoch, daß die Bewegung der unter hohem inneren Über- bzw. Unterdruck stehenden Bettheizflächen sowie die Gewährleistung der Betriebssicherheit unter diesen Bedingungen einen hohen Aufwand erfordern. Während des Betriebes muß ständig eine kühlmittel-und rauchgasseitige Dichtheit ge währleistet sein. Außerdem erfordert die Bewegung der Bett heizfläch en hohe Stellkräfte. In Verbindung mit den vorherrschenden hohen Temperaturen kommt es dabei zum raschen Verschleiß der

bewegten Teile und somit zur Verringerung der Lebensdauer der Wirbelschichtfeuerung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Großraumwasserkessel mit Wirbelschichtfeuerung, dessen Anwendungsbereich nicht auf bestimmte Brennstoffe begrenzt ist und bei dem insbesondere beim Fahren im Aussetzbetrieb Energie eingespart werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Großraumwasserkessel mit Wirbelschichtfeuerung derart zu

verändern, daß die Wirbelschicht beim Aussetzbetrieb deutlich langsamer auskühlt als bei den bisher bekannten Kesseln dieser Art und daß eine Anpassung der wirksam en Heizflächengröße im Bereich der Wirbelschicht an den eingesetzten B renn stoff ohne bewegte Bettheizflächen auf einfache Weise möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Auf gäbe dadurch gelöst, daß das Ruhebett der Wirbelschichtfeuerung unterhalb des Druckteils des Kessels angeordnet und mit einer feuerfesten, ungekühlten, gegebenenfalls thermisch isolierten Ausmauerung umgeben ist.

Die Ruhebetthöhe der Wirbelschicht wird entsprechend der Korngröße des eingesetzten Brennstoffes sowie unter

Berücksichtigung eines minimalen Schichtdruckverlustes im Bereich der Ausmauerung, gegebenenfalls kurz oberhalb der

Ausmauerung im untersten Bereich der gekühlten Wärmedurchgangswand festgelegt.

Es ist aber auch möglich, zur zusätzlichen Kühlung der Wirbelschichtfeuerung Bettheizflächen innerhalb des Bereiches der

Expansion der Wirbelschicht fest anzuordnen.

I lurch die Anordnung der Wirbelschichtfeuerung in einem ungekühlten Bereich des Großraumwasserkessels kommt es bei ; usgeschalteter Wirbelluftzufuhr zu keiner bzw. im Fall der Festlegung der Ruhebetthöhe im untersten Bereich der ' Värmedurchgangswand nur zu einer geringen Wärmeübertragung an die Wärmedurchgangswand. Damit ist das Auskühlen der ¹ Virbelschicht nur noch von den Wärmeverlusten in der Ausmauerung abhängig. Die Haltezeit der ruhenden Wirbelschicht auf ' "emperaturen oberhalb der Zündtemperatur hat sich dadurch wesentlich errTöht. Durch Zuschalten der Luft- bzw. • I irennstoffzufuhr läßt sich die Wirbelschichtfeuerung wieder neu in Betrieb setzen, ohne erneut gezündet werden zu müssen. I )as entspricht während der günstigen Fahrweise einer Gas- oder Ölfeuerung.

I !in weiterer Vorteil der Erfindung besteht in ihrer verhältnismäßig einfachen Regelbarkeit durch Ausnutzung der gesetzmäßig ! iegebenen Schichtexpansion. Mit der Wahl der Ruhebetthöhe ist es im System Wirbelschichtreaktor-Druckteil möglich, über

• lengesamten Lastbereich der Wirbelschichtfeuerung bei konstantem Luftverhältnis konstante oder mit der Last steigende oder

allende Bettemperaturen zu erzeugen. Während bei ausgeschalteter Wirbelluftzufuhr keine bzw. nur ein geringer Teil der ¹ Värmedurchgangswand in die Wirbelschicht eintauchen, wird erst durch die mit zunehmender Leistung der ' Virbelschichtfeuerung erfolgende Schichtexpansion mehr und mehr wirksame Heizfläche von der Wirbelschicht bespült. Die !uhebetthöhe ist in einem weiten Bereich wählbar, muß jedoch nicht zur Leistungsregelung sondern nur zur Anpassung an die "orliegenden Verhältnisse, die u.a. durch den Brennstoff und die Kesselkonstruktion gegeben sind, variiert werden. )a im Großraumwasserkesse! durch die Wirbelschichtfeuerung bereits im unteren Bereich des Druckteils ein großer Teil der mit

• lern Brennstoff zugeführten Wärme an Heizflächen abgeführt wird, sind bezüglich Leistung und Wirkungsgrad folgende ' vetteren Vorteile zu nennen:

Sei gleicher oder geringerer Verschmutzung der Heizflächen als im Originalzustand des Kessels, d.h. ohne ' Virbelschichtfeuerung, kann die Kesselleistung ohne Einschränkung gegenüber dem Ursprungszustand aufrecht erhalten

verden. Eine gewisse Leistungsregelung ist aus feuerungstechnischen Gründen möglich.

Sei nahezu vollständiger Wärmeentbindung in der Wirbelschicht, d.h. keiner oder nur geringer Nachverbrennung oberhalb des iettes, stehen die verbleibenden, von der Wirbelschicht nicht bespülten Heizflächen des Druckteils vollständig zur , abwärmenutzung der Rauchgase zur Verfügung. Wenn auf Grund der konstruktiven Gegebenheiten die iauchgasgeschwindigkeit in den nachfolgenden Kesselzügen ausreichend groß und keine Taupunktunterschreitung zu erwarten 5t, werden die rauchgasseitigen Verschmutzungen geringer als beim Kesselbetrieb mit Rostfeuerung sein. Aus beiden ' "atsachen folgt, daß die zur Abwärmenutzung dienenden Heizflächen des Druckteils und der Züge wärmetechnisch „zu groß" ind, was sich positiv auf die Abgastemperatur und damit auf den Kesselwirkungsgrad auswirkt.

)urch die Regelbarkeit der von der Wirbelschicht bespülten Heizflächen ist auch eine Anpassung an unterschiedliche Brennstoffe 3icht möglich.

Vusführungsbeispiel

"Jachfolgend soll die Vorgehensweise bei der erfindungsgemäßen Auslegung und Umrüstung eines Feuerbuchskessels an :inem Beispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen stehenden Feuerbuchs-Rauchrohrkessel, der lachträglich mit einer Wirbelschichtfeuerung ausgerüstet wurde.

)er Feuerbuchs-Rauchrohrkessel besteht aus einer von einer gekühlten Wärmedurchgangswand 1 begrenzten Feuerbuchse 2, lie auf einer feuerfesten Ausmauerung 3 abgestützt ist. Innerhalb der Ausmauerung 3 befindet sich eine Virbelschichtfeuerung 4, die nach unten durch einen Düsenboden 5, an den sich ein Luftkasten 6 anschließt, begrenzt ist. Über line Wirbelluftzufuhr 7 wird Luft in die Wirbelschichtfeuerung 4 eingeblasen.

)ie Ruhebetthöhe der Wirbelschicht wurde durch eine gestrichelte Linie 8, die maxim ale Wirbel Schichthöhe bei VoI last mit einer jestrichelten Linie 9 gekennzeichnet. Die Beschickung der Anlage erfolgt über einen Brennstoffeintrag 10 mechanisch von oben luf die Wirbelschicht. In einem Zug 11 und einem Zug 12 sind Wärmetauschrohre angeordnet, die den Rauchgasen d.er Virbelschichtfeuerung 4 Wärme entziehen, bevor sie durch einen Abgasaustritt 13 den Feuerbuchs-Rauchrohrkessel 'erlassen.

)er im vorliegenden Beispiel untersuchte Kessel ist ursprünglich ein Hochdruckdampferzeuger mit stehendem Flammrohr jewesen. Zu seiner Umrüstung wurden folgende Schritte unternommen:

«Jach der wärmetechnischen Leistungsbilanzierung und Ermittlung des Kesselwirkungsgrades ist im ersten Auslegungsschritt vegen des konstruktiv vorgegebenen und nicht veränderbaren Durchmesser der Feuerbuchse 2 eine Anpassung der Korngröße les Bettmaterials als Wirbelgut an die geforderte Leistung vorzunehmen. Damit werden für den Auslegungspunkt der Virbelschichtfeuerung 4 optimale Fluidisationsbedingungen erreicht. Bei geeigneter Lage des Vollastpunktes können über linen zu wählenden Teillastbereich, z.B. 100...30%, ausreichend gute Fluidisationsbedingungen eingehalten werden.

m zweiten Schritt sind Festlegungen zur Ruhebetthöhe der Wirbelschichtfeuerung 4 erforderlich. Sie ist so groß zu wählen, daß iinerseits die Aufenthaltszeit eines Brennstoffkornes zum Ausbrand ausreicht, daß aber andererseits der die Betriebskosten itark beeinflussende, von der Schichthöhe abhängige Schichtdruckverlust nicht zu groß wird.

m dritten Schritt sind Untersuchungen zur Betriebstemperatur der Wirbelschichtfeuerung 4 in Abhängigkeit vom Srennstoffdurchsatz bei konstantem Verbrennungsluftverhältnis sowie vom Wärmeentbindungsgrad anzustellen.

)ie erfindungsgemäße Lösung kann aber auch bei vorhandenen Großraum wasserkessel η mit Flammrohr-Rauchrohranordnung ingewendet werden. In diesem Fall ist das Flammrohr senkrecht anzuordnen.

Claims

1. Großraumwasserkessel mit Wirbelschichtfeuerung, dessen Druckteil von einer
Wärmedurchgangswand umschlossen ist, gekennzeichnet dadurch, daß das Ruhebett der
Wirbelschichtfeuerung (4) unterhalb des Druckteils angeordnet und mit einer feuerfesten,
ungekühlten, gegebenenfalls thermisch isolierten Ausmauerung (3) umgeben ist und die
Ruhebetthöhe der Wirbelschicht im Bereich der Ausmauerung (3), gegebenenfalls kurz oberhalb der Ausmauerung (3) im untersten Bereich der gekühlten Wärmedurchgangswand (1) angeordnet ist.

2. Großraumwasserkessel nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß innerhalb des Bereiches der Expansion der Wirbelschicht Bettheizflächen fest angeordnet sind.