DD297694A5 - Wirbelschichtfeuerung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wirbelschichtfeuerung, die auch fuer den Betrieb mit minderwertigen Brennstoffen, insbesondere Braunkohle, vorgesehen ist. Es ist vorgesehen, dasz die Abgase einer Hochtemperatur-Gasturbinenanlage, vorzugsweise auf Erdgasverbrennung basierend, in Verbindung mit Frischluft der Wirbelschichtfeuerung zufuehrbar sind. Dadurch erhoeht sich der Waermemengenstrom, ohne die Feuerung selbst zu vergroeszern. Dies ermoeglicht eine Steigerung der Waermeausbeute, speziell durch wesentlich mehr Nachschaltheizflaechen. Auch vermindert sich die Schadstoffemission. Zusaetzliche Anfahreinrichtungen werden ueberfluessig.{Wirbelschichtfeuerung; Braunkohlebetrieb; Abgase; Hochtemperatur-Gasturbinenanlage; Erdgasverbrennung; Frischluft; Waermemengenstrom erhoeht; Nachschaltheizflaechen; Schadstoffminderung, anfahren}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung, die insbesondere f'ir den Betrieb mit Braunkohle vorgesehen ist. Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Mit Wirbelschichtfeuerungen besteht die Möglichkeit, auch minderwertige Kohlen bei verhältnismäßig geringem Schadstoffausstoß zu verbrennen, um Energie zu Heizzwecken oder anderen Formen in Verbindung mit Dampferzeugung zu gewinnen. Um ein zügiges Anfahren zu gewährleisten, machen sich zusätzliche Aufheizeinrichtungen erforderlich. Dies ist bekanntermaßen mittels einer Anfahrbrennkamrner möglich (DD-PS 269199), bei der noch glühende Kohlenstaubpartikel in Verbindung mit Freistrahlflamme und Rauchgas, letzteres sogar im Wiederholkreislauf, in den Feuerraum geleitet werden. Dadurch ergibt sich jedoch ein hoher Schadstoffausstoß in der Anfahrphase. Außerdem verlangen solche herkömmlichen Wirbelschichtfeuerungen für große Heizleistungen sehr große Dimensionierungen.

Eine Möglichkeit, energetische Effektivität zu steigern, besteht in der Anwendung von Koppelprozessen, wobei es bekannt ist, die aus der Wirbelschichtfeuerung ausströmenden Rauchgase einer Gasturbine zur Elektroenergieerzeugung zuzuführen und das Rauchgas wieder in die Feuerung zurückzuführen, wobei sich Wärmetauscher vor allem im Bereich der Rauchgasrückführung befinden (WO-OS 89/02 564). Damit sind jedoch insbesondere für Heizzwecke nur geringe Möglichkeiten der Wärmeausnutzung der Feuerung gegeben.

Ziel der Erfindung Die Erfindung bezweckt eine höhere Effektivität sowohl der Wärmeausnutzung als auch der Schadstoffverringerung. Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmeerzeugung durchgängig unter Ausnutzung von Möglichkeiten der Verbrennung minderwertiger Brennstoffe auch für größere Heizleistungen aufwandsärmer, insbesondere bezüglich der Größe der Feuerung, und mit geringerem Schadstoffausstoß zu gewährleisten. Zur erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Abgase einer vorzugsweise durch die Verbrennung von Erdgas betriebenen Hochtemperatur-Gasturbinenanlage in Verbindung mit Frischluft regelbar einer Wirbelschichtfeuerung zuführbar sind. Die Regelung erfolgt bedarfsgemäß entsprechend den jeweiligen Zustandsbedingungen in der Feuerung. Sie kann für jede Komponente bis auf Null herab erfolgen. So wird beispielsweise günstig erreichbar, daß die heißen Gasturbinenabgase direkt zum Anfahren der

Wirbelschichtfeuerung verwendet werden können, um diese bis zur Eigenzündfähigkeit zu erhitzen. Konkret erfolgt hierzu die Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß eine Abgasleitung von der Gasturbine ausgehend verzweigt in einen Strang, der direkt in den Wirbelschichtfeuerraum führt, und in einen weiteren Strang, der zur Wirbelluftleitung unter dem Düsenboden führt. Gleichermaßen geht von einem Verdichter für Frischluft eine Luftleitung aus, die in zwei Stränge verzweigt, von denen einer direkt in den Wirbelschichtfeuerraum führt und der andere auch in die Wirbelluftleitung mündet. Alle diese Stränge sind mittels Ventilen schließ- und regelbar. Schließlich ist noch eine Notabgasleitung von der Gasturbine zum Abgasa.bzug vorgesehen. Damit ist in der Anfahrphase der Wirbelschichtfeuerung eine minimale Schadstoff belastung zu verzeichnen, da die Gasturbinenabgase aus der Erdgasverbrennung ohnehin äußerst gering schadstoffbelastet sind. Aber auch in der Phase des eigentlichen Wirbelschichtfeuerungsbetriebes wird die Schadstoffbelastung gering gehalten. Zum einen gewährleistet schon die Einhaltung des normalen Temperaturbereiches einer Wirbelschichtfeuerung, daß Schadstoffe nur geringfügig frei werden. Dies wird auch dadurch unterstützt, daß durch eine gestufte Zufuhr der Gasturbinenabgase mit Luft auch eine gestufte Verbrennung stattfindet und sich daraus stark reduzierte Bedingungen für beispielsweise NOx-Bildung in der eigentlichen Wirbelschichtfeuerung ergeben. Schließlich erfolgt durch den Gasturbinenabgaseintrag in die Wirbelschichtfeuerung eine wesentliche Erhöhung des Wärmemengenstromes, ohne dabei die zulässigen Temperaturgrenzen für die Wirbelschichtfeuerungsbedingungen zu überschreiten. Dies gewährleistet, daß die Anzahl der Nachschaltheuflächen beträchtlich erhöht werden kann, so daß ohne eine Vergrößerung der eigentlichen Feuerung die Heizwärmeausbeute erheblich erhöht wird.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles näher dargestellt und beschrieben. In der Zeichnung wird eine schematische Darstellung gegeben. Wie daraus hervorgeht, ist eine Wirbelschichtfeuerung 1 als stationäre Wirbelschichtfeuerung ausgeführt. Es wird der Düsenboden 1 a zum Eindringen der Wirbelluft angedeutet. In den Feuerraum der Wirbelschichtfeuerung 1 ragen Heizflächen 4 a eines oder mehrerer Wärmeübertragerkreisläufe 4, die zur Erwärmung für Dampferzeugung oder Heizwasserbetrieb vorgesehen sind. Der Rauchgasabgang führt von der Wirbelschichtfeuerung 1 über einen Zyklon 2 zur Feststoffabscheidung in einen Rauchgastrakt 3. Hier sind Nachschaltheizflächen 5a angeordnet, die zu einem Wärmeübertragerkreislauf 5 gehören, der auch zur Erwärmung in Verbindung mit Dampferzeugung oder Heizwasserbetrieb dient. Natürlich können auch hier mehrere solche Kreisläufe eingebettet sein. Von da aus ist ein Übergang des Rauchgastraktes 3 zu einem Staubfilter 6, hier dargestellt als Komplex von Filtereinheiten, vorgesehen und nach dessen Ausgang dann eine Ableitung, die über einen Verdichter 7, dessen Antrieb nicht näher dargestellt ist, in den Abzug 9 für Abgas führt. Sowohl von der Wirbelschichtfeuerung 1, in die auch eine Feststoffableitung vom Zylon 2 einmündet, als auch vom Rauchgastrakt 3 und dem Staubfilter 6 aus ist Asche abführbar, was hier mit der Entaschung 8 nur angedeutet ist. In die Wirbelschichtfeuerung 1 münden, wie hier auch nur angedeutet ist, eine Additivzufuhr 10 und eine Kohlezufuhr 11. Letztere ist natürlich auch für andere feste Brennstoffe denkbar. Weiterhin ist eine Gasturbinenanlage, bestehend aus Verdichter 13 für angesaugte Luft, Brennkammer 15 mit Gaszufuhr 16 für Erdgas und Gasturbine 12 als Hochtemperaturgasturbine vorgesehen, wobei die Gasturbinenanlage turbinenabtriebsseitig mit einem Generator 14 zur Stromerzeugung gekoppelt ist. Die aus der Gasturbine 12 herausführende Abgasleitung 19 verzweigt sich, wobei ein Strang direkt in den Feuerraum der Wirbelschichtfeuerung 1 führt und mittels Ventil 23 verschließbar ist, während der andere Strang, verschließbar durch ein Ventil 24, in die Wirbelluftleitung 21 unter dem Düsenboden 1 a einmündet. Außerdem ist ein mit einem Motor 18 gekoppelter Verdichter 17 mit Zuführung aus atmosphärischer Luft vorgesehen. Die von ihm ausgehende Luftleitung 20 verzweigt auch, wovon ein mittels Ventil 25 verschließbarer Strang in die Wirbelluftleitung 21 einmündet, während der andere Strang, verschließbar durch ein Ventil 26, direkt in den Feuerraum der Wirbelschichtfeuerung 1 fuhrt. Von der Gasturbine 12 aus ist noch eine Notabgasführung 22 zum Abzug 9 vorgesehen, die mittels eines Ventiles 27 verschließbar ist und vor dem Abzug 9 noch eine Luftzuführung 28 aufweist. Sämtliche benannte Ventile sind sowohl als Verschluß wie auch als Durchflußmengensteuerorgan einsetzbar.

Öle Erfindung funktioniert wie folgt:

Die Wirbelschichtfeuerung 1 soll zunächst angefahren werden. Zu diesem Zweck wird die Gasturbinenanlage bei geschlossenen Ventilen 25,26 und 27 und entsprechend den Anfahrbedingungen geöffneten Ventilen 23 und 24 betrieben. Dabei strömt im Verdichter 13 komprimierte Luft in die Brennkammer 15, wo sie sich mit dem aus der Gaszufuhr 16 einströmenden Erdgas vermischt und dieses Gemisch verbrannt wird. Die ausströmenden Verbrennungsabgase durchströmen die Gasturbine 12, durch die bereits in dieser Phase der Generator 14 zur zusätzlichen Energieerzeugung betrieben wird und außerdem der Antrieb des Verdichters 13 gewährleistet wird. Vom Ausgang der als Hochtemperaturgasturbine fungierenden Gasturbine 12 aus strömen die heißen Abgase durch die Abgasleitung 19 und bedingt durch deren Aufzweigung sowohl direkt in den Feuerraum der Wirbelschichtfeuerung 1 als auch durch die Wirbelluftleitung 21 in Form von Verwirbelungsgas und den Düsenboden 1 a passierend in die Wirbelschichtfeuerung 1. Dabei wird die Wirbelschichtfeuerung 1 so weit aufgeheizt, daß sie selbst zündfähig wird und ihr normaler Betrieb hergestellt werden kann. Hierzu werden die Ventile 25 und 26 geöffnet sowie der Verdichter 17 durch den Motor 18 in Betrieb gesetzt, wodurch atmosphärische Luft verdichtet und durch die Luftleitung 20 der Wirbelschicht 1 zugeführt wird. Dies geschieht auf zwei Wegen, wobei zum einen die verdichtete Luft sich in der Wirbelluftleitung 21 mit dem Abgas der Gasturbinenanlage vermischt und als Verwirbelungsgas durch den Düsenboden 1 a, in die Wirbelschicht 1 einströmt. Zum anderen gelangt der zweite Teil dieser Luft direkt durch den entsprechenden Strang der Luftleitung 20 in die Wirbelschicht 1. Mit dem nunmehr entsprechend den Wirbelschichtfeuerungsbedingungen geregelt eintretenden Verwirbelungsgas kann die Wirbelschicht betrieben werden. Außerdem werden, bereits beginnend in der Endphase des Anfahrvorganges, Brennstoffe durch die Kohlezufuhr 11 und Kalksteinmehl durch die Additivzufuhr 10zugegeben. Die heißen Ab- und Rauchgase werden nach Verlassen der Wirbelschichtfeuerung 1 durch den Zyklon 2 geleitet, wo eine erste Abscheidung von Feststoffen erfolgt, die der Wirbelschichtfeuerung 1 wieder zugeführt werden. Dann durchströmen diese Gase den Rauchgastrakt 3 und werden von da aus durch den Staubfilter 6 geleitet. Die dort frei werdenden Feststoffe sowie die sich am Boden des Rauchgastraktes 3 absetzenden Aschebestandteile und die Asche aus der Wirbelschichtfeuerung 1 selbst werden zusammengeführt und in der Entaschung 8 erfolgt in bekannter Weise die entsprechende Entsorgung. Die Rauch- und Abgase werden in den Abzug 9 abgeführt, wobei der Verdichter 7 den notwendigen Zug unterstützt. In der Wirbelschichtfeuerung 1 selbst läuft der übliche Verbrennungsvorgang in den hierzu spezifischen Temperaturgrenzen ab. Durch die Abgase der Gasturbine 12 wird zusätzliche Wärme eingebracht, die aber nicht die Temperatur erhöht, sondern nur den Wärmemengenstrom vergrößert. Diese Abgase sind, insbesondere dann,

wenn sie aus der Verbrennung von Erdgas resultieren, äußerst schadstoffarm. In Verbindung mit den Rauchgasen aus der Wirbelschichtverbrennung, die auch einen verhältnismäßig geringen Schadstoffanteil aufweisen, vermindern sie durch die Vermischung den Schadstoffanteil der Rauchgase noch weiter. Hinzu kommt noch, daß durch die gestufte Zufuhr der Abgase der Gasturbine 12 auch eine gestufte Verbrennung in der Wirbelschicht stattfindet, so daß eine weitere Schadstoffreduzierung, speziell bezogen auf ΝΟ,-Bildung, erfolgen kann. Insgesamt werden nur geringe Additivzugaben erforderlich und es führt komplex zu einer niedrigen Schadstoffemission aus dem Gesamtprozeß der Koppelung Gasturbinenabgas-/WSF-Rauchgasentwicklung.

Aus dem Kontakt der dabei frei werdenden Wärme mit den Heizflächen 4a des Wärmeübertragerkreislaufes 4 in der Wirbelschichtfeuerung wird Energie für Heizzwecke oder die Dampferzeugung mit ihren Folgestufen gewonnen. Dies erfolgt auch im Rauchgastrakt 3 mittels der Nachschaltheizflächen 5a des Wärmeübertragerkreislaufes 5. Infolge des hohen Gesamtwärmemengenstromes kann bei verhältnismäßig klein ausgeführter Wirbelschichtfeuerung 1 ein voluminöser Rauchgastrakt 3 mit großen Nachschaltheizflächen 5 a für eine hohe Wärmeausbeute ausgenutzt werden.

Claims (5)

1. Wirbelschichtfeuerung, insbesondere für Rohbraunkohle, wobei im Feuerungsraum mittels Heizflächen von Wärmeübertragerkreisläufen Energie für Heizzwecke oder zur Dampferzeugung abführbar ist und sich diese Abführung mittels Nachschaltheizflächen im Rauchgastrakt fortsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Agase einer Hochtemperatur-Gasturbinenanlage (12; 13; 15) in Verbindung mit Frischluft der Wirbelschichtfeuerung (1) zuführbar sind.

2. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbinenabgase und die Frischluft regelbar zuzuführen sind, wobei jede der beiden Komponenten bis auf Null reduzierbar ist.

3. Wirbelschichtfeuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der Gasturbine (12) eine Abgasleitung (19) ausgeht, die verzweigt in einen Strang direkt in den Feuerraum der Wirbelschichtfeuerung (1) und in einon Strang, der zur Wirbelluftleitung (21) unter dem Düsenboden (1 a) führt; und daß von einem Verdichter (17) für Frischluft eine Luftleitung (20) ausgeht, die verzweigt in einen Strang direkt in den Feuerraum der Wirbelschichtfeuerung (1) und in einen solchen, der in die Wirbelluftleitung (21) mündet, wobei die Stränge von Abgasleitung (19) und Luftleitung (20) mittels Ventilen (23; 24; 25; 26) schließ- und regelbar sind.

4. Wirbelschichtfeuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammer (15) vor dor Gasturbine (12) Erdgas zuführbar ist.

5. Wirbelschichtfeuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von der Gasturbine (12) außer der Abgasleitung (19), die zur Wirbelschichtfeuerung (1) verläuft, eine mittels Ventil (27) verschließbare Notabgasführung (22) zum Abzug (9) führt.