EP0363812A2 - Verfahren und Anlage zur Dampferzeugung, insbesondere in Heizkraftwerken - Google Patents

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EP0363812A2
EP0363812A2 EP89118445A EP89118445A EP0363812A2 EP 0363812 A2 EP0363812 A2 EP 0363812A2 EP 89118445 A EP89118445 A EP 89118445A EP 89118445 A EP89118445 A EP 89118445A EP 0363812 A2 EP0363812 A2 EP 0363812A2
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European Patent Office
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fluidized bed
free space
combustion
air
coal
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Fritz Dipl.-Ing. Schinkel
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HANNOVER-BRAUNSCHWEIGISCHE STROM-VERSORGUNGS-AKTIENGESELLSCHAFT
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/002—Fluidised bed combustion apparatus for pulverulent solid fuel

Definitions

  • the invention relates to a method for generating steam, in particular in thermal power stations, by means of combustion of solid fuels, in particular coal, by a fluidized bed process in which the combustion takes place in a fluidized bed comprising the fuels at - relatively low - temperatures up to approx. 900 ° C., whereby the gases above the fluidized bed are additionally supplied with heat, and a system for generating steam by burning solid fuels in a stationary fluidized bed boiler, a space for the generated heating gases being formed in the boiler above a fluidized bed, generally made of coal and lime.
  • coal as a solid fuel, that is to say a sulfur-containing material, SO2 which forms is converted to calcium sulfate by means of the lime.
  • the fluidized bed technology is used in practice, in particular, in thermal power stations with the aim of avoiding the aftertreatment of flue gases to reduce pollutants by regularly burning the solid fuels at low temperatures of around 850 ° C. This ensures that, on the one hand, no or hardly any thermal nitrogen oxide is formed and, on the other hand, SO2 on limestone which forms during the combustion process of coal is optimally converted to calcium sulfate.
  • the disadvantage of burning at low temperatures is that toxic carbon monoxide emissions are higher than with conventional rust or coal dust furnaces.
  • the atmospheric, stationary fluidized bed boiler which is customary in practice forms a chemical reactor in a steam boiler.
  • the most important parameter, the temperature of the fluidized bed cannot be changed independently of the boiler output.
  • the temperature in the fluidized bed cannot be raised above 900 ° C, because then the ash softening sets in, which brings the fluidized bed combustion to a standstill.
  • a circulating fluidized bed has been developed in which the fluidized bed reactor, the steam boiler and the ash cooler are separate apparatuses. This technology is considerably more expensive to purchase and can therefore only be used economically for larger steam boilers (over 30 t / h).
  • a method and a plant for generating steam of the type described at the outset aim to substantially reduce the amount of unburned fuel particles emerging from the fluidized bed in order to reduce the load on the downstream filter.
  • solid particles should be combusted. This combustion takes place in the area of a drawn-in flow cross-section of the flue gas flue, that is to say in a zone which is largely dependent on Fluid bed is removed and in which there has already been a significant reduction in the temperature of the exhaust gases after exiting the fluid bed.
  • an average temperature of substantially more than 900 ° C. must prevail in the afterburner area in order to be able to carry out the combustion of the solid particles completely.
  • This temperature is usually between 1200 and 1600 ° C and the particles have to stay at this temperature for some time. This requires a relatively large space. Following this afterburning, the temperatures drop due to heat dissipation on the heating surfaces.
  • This process aims at the combustion of solid particles, which necessitates constructive measures such as narrowing the cross-section of the boiler and a longer, uncooled residence zone behind the flame zone in order to achieve sufficient burnout.
  • the disadvantage is that thermal nitrogen oxide is formed by the necessary high temperatures and excess air.
  • JP 59-81409 a method is known (JP 59-81409) in which unburned constituents, that is to say both gaseous and solid, are to be burned in the free space above a fluidized bed by supplying gas in flame form.
  • unburned constituents that is to say both gaseous and solid
  • a coal storage container serves as a further heating gas source, from which exhaust gas is fed to another burner nozzle via a flap.
  • the aim of this process is to lower the fluidized bed temperature to 700 ° in order in any case to generate thermal nitrogen oxides, that is to say additional nitrogen oxides to those which occur when the coal decays thermally during combustion to avoid the result of the nitrogen compounds present in this.
  • thermal nitrogen oxides that is to say additional nitrogen oxides to those which occur when the coal decays thermally during combustion to avoid the result of the nitrogen compounds present in this.
  • a two-stage furnace with a first stage in the form of a pyrolysis or smoldering chamber and a second stage in the form of a post-combustion chamber is known (DE-A1 35 03 603), in which the latter is designed as a cyclone. Otherwise the ash would not be separated.
  • the aim of the two-stage incineration is to avoid the evaporation of heavy metals, such as those that occur in particular during waste disposal. The aim of this is to ensure that non-combustible, environmentally harmful substances such as heavy metals can be brought into the gas phase and released into the environment with the exhaust gas or have to be separated again by means of complex other processes.
  • the low air supply therefore only serves to keep the temperatures in the smoldering chamber low.
  • the reduced air supply for temperature control is used here, with the aim of avoiding excessive gas pressure of the heavy metals. Due to the low air supply in the first combustion stage and the - targeted - low temperatures, there are high unburned proportions, so that in the second combustion phase not only the air required for combustion has to be supplied, but also a particularly good mixing of the air with the combustion air Gases must occur, which is why the arrangement of a technically complex cyclone is expressly required.
  • the invention is therefore based on the object to improve the fluidized bed technology and these realizing systems, that is to say steam generation using atmospheric, stationary fluidized bed boilers, in such a way that they meet the requirements for optimum air purity with regard to their emission behavior.
  • the additional heat is supplied in the free space above the fluidized bed, the amount of air to be fed to the fluidized bed is kept below the stoichiometrically required amount of air while maintaining the combustion temperature, and the air supply to the free space is increased while the system is in operation
  • the free space is assigned at least one heat source, for example a burner, for additional, targeted energy supply and a device for supplying additional air into the combustion gases located in the free space.
  • the free space temperature can be made independent of the operation of the fluidized bed temperature by the supply of heat to the free space and can be influenced in a targeted manner.
  • the reaction rate when converting the carbon monoxide with oxygen to carbon dioxide can be increased considerably. As experiments have shown, this achieves a considerably low level Lower levels of carbon monoxide in the exhaust gas and the temperature of the fluidized bed can be kept at low values.
  • the free space is a zone of the boiler which belongs to the cross section of the combustion chamber caused by the fluidized bed, i.e. is not a constriction in the exhaust gas flue gas duct, but a space in which the fuel particles are caused to do so due to a reduction in the gas velocity - fall back into the fluidized bed due to gravity. How much free space ultimately depends on the design conditions.
  • the air supply to the fluidized bed is not throttled in the invention for the purpose of reducing the fluidized bed temperature.
  • the fluidized bed should always be kept within the economically sensible limits, i.e. at approximately 850 °, in order to remain just below the sintering limit and to be able to keep the size of the system to a minimum in the design of the system.
  • the temperature in the fluidized bed should explicitly not be reduced, because such a drop in temperature would reduce the reaction rate in the conversion of CO and NO x to CO2 and N2.
  • the atmospheric, stationary fluidized bed boilers for all performance classes can comply with the legally prescribed values for CO of less than 250 mg / m3 flue gas and for NO x of less than 500 mg / m3 at full load and part load .
  • the heat can be applied directly above the fluidized bed.
  • the lowering of the temperature caused by the substoichiometric air supply can advantageously be compensated for by an increased supply of coal to the fluidized bed.
  • an increased supply of coal to the fluidized bed there is no loss of energy because the energy potential of the carbon that is not used in the fluidized bed is recovered in the oxidation of the CO in the free space.
  • this shift in energy conversion from the fluidized bed to the free space is only in the order of 1 - 3%.
  • air becomes air over an air boweinrichting 6 supplied controlled.
  • Above the fluidized bed there is a free space 3 for the rising combustion gases, as well as the usual steam generation system, which need not be described in more detail here.
  • Two burners 4 each, which are operated with natural gas, and two additional air supply devices 5 open into the free space.
  • the burners 4 serve to increase the free space temperature; any other heat sources, for example electrical ones, can of course also be used in their place.
  • the free space temperature is increased to values above 900 ° C and an effective conversion of CO in the flue gas to harmless CO2 is achieved.
  • the air supply via the air supply device 6 By reducing the air supply via the air supply device 6, the CO formation is initially increased by the accumulation in the fluidized bed during combustion Convert nitrogen oxides to elemental nitrogen, while the excess CO is then converted to CO2 by supplying air via the additional air supply devices 5 and supplying heat via the heat source 4.

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Abstract

Bei der Dampferzeugung in Heizkraftwerken wird, um die Nachbehandlung von Rauchgasen zur Schadstoffreduktion zu vermeiden, die Wirbelschichttechnik eingesetzt. Dabei er­folgt die Kohleverbrennung bei relativ niedrigen Tempera­turen um 850° C, wobei in der Wirbelschicht (1) aus Kohle und Kalk kein bzw. kaum thermisches Stickoxid gebildet wird und sich bildendes SO₂ zu Kalziumsulfat umgesetzt wird. Durch die niedrigen Temperaturen ergibt sich jedoch ein höherer Ausstoß an CO, besonders im Teillastbetrieb. Um diesen zu reduzieren, wird dem Frei­raum (3) über dem Wirbelbett (2) zusätzlich Wärme (4) zugeführt, wo­durch eine gezielte Beeinflussung der Freiraumtemperatur unabhängig von der der Wirbelschicht erzielt und die Um­setzung von CO zu CO₂ erheblich gesteigert werden kann. Durch Drosselung (6) der dem Wirbelbett zuzuführenden Luft­menge unter die stöchiometrisch erforderliche zusätzli­che Luftzufuhr zum Freiraum unter gleichzeitiger Wärmezu­fuhr kann weiterhin eine Reduzierung der NOx-Werte er­reicht werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dampferzeugung, insbesondere in Heizkraftwerken, mittels Verbrennung fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, durch ein Wirbel­schichtverfahren, bei dem in einer die Brennstoffe umfas­senden Wirbelschicht die Verbrennung bei - verhältnisma­ßig niedrigen - Temperaturen bis zu ca. 900 °C erfolgt, wobei den Gasen oberhalb des Wirbelbettes zusätzlich Wärme zugeführt wird, sowie eine Anlage zur Dampfer­zeugung mittels Verbrennens fester Brennstoffe in einem stationären Wirbelschichtkessel, wobei in dem Kessel oberhalb einer Wirbelschicht, in der Regel aus Kohle und Kalk, ein Freiraum für die erzeugten Heizgase gebildet ist. Bei Kohle als festem Brennstoff, also einem schwe­felhaltigen Material, wird sich bildendes SO₂ mittels des Kalks zu Kalziumsulfat umgesetzt.
  • Die Wirbelschichttechnik findet in der Praxis insbeson­dere in Heizkraftwerken Anwendung mit dem Ziel, die Nach­behandlung von Rauchgasen zur Schadstoffreduktion zu ver­meiden, indem man die Verbrennung der festen Brennstoffe regelmäßig bei niedrigen Temperaturen um 850 °C durch­führt. Hierdurch erreicht man, daß einerseits kein bzw. kaum thermisches Stickoxid gebildet wird und anderer­seits beim Verbrennungsprozeß von Kohle sich bildendes SO₂ an Kalkstein optimal zu Kalziumsulfat umgesetzt wird. Als Nachteil der Verbrennung bei niedrigen Tempera­turen ergibt sich jedoch ein höherer Ausstoß an giftigem Kohlenmonoxid als bei herkömmlichen Rost- oder Kohle­staubfeuerungen.
  • Der in der Praxis übliche atmosphärische, stationäre Wir­belschichtkessel bildet infolge der Wirbelschicht einen chemischen Reaktor in einem Dampfkessel. Durch die Wär­meabfuhr aus der Wirbelschicht an die Heizflächen kann der wichtigste Parameter, die Temperatur der Wirbel­schicht, nicht unabhängig von der Kesselleistung verän­dert werden. Zum anderen kann man die Temperatur im Wir belbett nicht über 900 °C steigern, weil dann die Ascheerweichung einsetzt, die die Wirbelschichtverbren­nung zum Erliegen bringt. Zur Vermeidung dieser Nach­teile hat man eine zirkulierende Wirbelschicht entwik­kelt, bei der der Wirbelschicht-Reaktor, der Dampfkessel und der Aschekühler getrennte Apparate sind. Diese Tech­nologie ist in den Anschaffungskosten erheblich teuerer und daher nur für größere Dampfkessel (über 30 t/h) wirt­schaftlich einsetzbar.
  • Der Mangel dieses allgemeinen Standes der Technik in der Praxis ist, daß die vorhandenen atmosphärischen, statio­nären Wirbelschichtkessel den verschärften Forderungen des Immissionsschutzes speziell hinsichtlich des Kohlen­monoxidwertes im Rauchgas von höchstens 250 mg/m³ beson­ders im Teillastbereich nicht mehr genügen, so daß neue stationäre Wirbelschichtkessel zur Verbrennung von Kohle insbesondere im Bereich kleiner Leistungen nicht mehr wirtschaftlich gebaut werden können.
  • Das Problem der Nachverbrennung von Schadstoffen ist auf den verschiedensten Gebieten bekannt.
  • So haben ein Verfahren sowie eine Anlage zur Dampferzeu­gung der eingangs beschriebenen Art (DE-PS 32 18 724) das Ziel, die Menge der aus der Wirbelschicht austreten­den, unverbrannten Brennstoffteilchen wesentlich zu ver­ringern, um die Belastung des nachgeschalteten Filters zu reduzieren. Mit anderen Worten sollen Feststoffteil­chen nachverbrannt werden. Diese Verbrennung erfolgt im Bereich eines eingezogenen Strömungsquerschnitts des Rauchgaszuges, also in einer Zone, die maßgeblich vom Wirbelbett entfernt liegt und in der bereits eine we­sentliche Verringerung der Temperatur der Abgase nach Austritt aus dem Wirbelbett stattgefunden hat. Um solche Feststoffteilchen zu verbrennen, ist eine erhebliche Er­höhung der Temperatur und vor allem auch die Verengung des Querschnittes für den Gaszug erforderlich, um die Feststoffteilchen durch die Flamme zu schicken und sie verbrennen zu können. Es muß zu diesem Zweck im Bereich der Nachbrenner im Mittel eine Temperatur von wesentlich mehr als 900°C herrschen, um die Verbrennung der Fest­stoffteilchen vollständig durchzuführen zu können. Diese Temperatur liegt in der Regel zwischen 1200 und 1600°C und die Teilchen müssen bei dieser Temperatur einige Zeit verweilen. Dafür ist ein relativ großer Raum erfor­derlich. Im Anschluß an diese Nachverbrennung sinken dann die Temperaturen durch Wärmeabfuhr an den Heizflä­chen. Dieses Verfahren zielt auf die Verbrennung von Feststoffteilchen, was konstruktive Vorkehrungen wie eine Verengung des Kesselquerschnittes und eine längere ungekühlte Verweilstrecke hinter der Flammenzone zur Er­zielung eines genügenden Ausbrandes erforderlich macht. Nachteilig ist, daß durch die notwendigen hohen Tempera­turen und den Luftüberschuß thermisches Stickoxid gebil­det wird.
  • Weiterhin ist ein Verfahren bekannt (JP 59-81409), bei dem im Freiraum oberhalb eines Wirbelbettes unverbrannte Bestandteile, also sowohl gasförmige als auch feste, durch Zufuhr von Gas in Flammenform verbrannt werden sollen. Zu diesem Zwecke wird einerseits eine trockene Destillation von Kohle durchgeführt und das dadurch ent­stehende Gas über eine Klappe der Brennerdüse zugeführt. Als weitere Heizgasquelle dient ein Kohlenvorratsbehäl­ter, von dem Abgas auf dem Wege über eine Klappe einer weiteren Brennerdüse zugeführt wird. Ziel dieses Verfah­rens ist es, die Wirbelbettemperatur auf 700° abzusen­ken, um auf jeden Fall die Entstehung thermischer Sticko­xide, also zusätzlicher Stickoxide zu denen, die beim thermischen Zerfall der Kohle während der Verbrennung in­ folge der in dieser vorhandenen Stickstoffverbindungen entstehen, zu vermeiden. Diese ohnehin in der Kohle vor­handenen Stickstoffverbindungen sind nicht zu verwech­seln mit den thermischen Stickoxiden, die bei der Ver­brennung bei hohen Temperaturen durch die Verbindung des Luftstickstoffs mit dem Luftsauerstoff entstehen und ggf. durch Sekundärverfahren beseitigt werden müssen.
  • Weiterhin ist eine Zweistufen-Feuerungsanlage mit einer ersten Stufe in Form einer Pyrolyse- oder Schwelkammer und einer zweiten Stufe in Form einer Nachverbrennungs­kammer bekannt (DE-A1 35 03 603), bei der letztere als Zyklon ausgebildet ist. Anders wäre die Abscheidung der Asche nicht möglich. Ziel der Zweistufigkeit der Verbren­nung ist es, das Verdampfen von Schwermetallen, wie sie insbesondere bei der Müllbeseitigung anfallen, zu vermei­den. Damit soll erreicht werden, daß an sich nicht ver­brennbare, umweltbelastende Stoffe wie Schwermetalle in die Gasphase gebracht und mit dem Abgas in die Umwelt ab­gegeben werden können oder durch aufwendige andere Ver­fahren wieder abgeschieden werden müssen. Bei dem Zwei­stufen-Verfahren entstehen solche Gefahren durch die nie­drige Temperatur in der ersten Verbrennungskammer nicht, und diese Stoffe können über die Asche ausgeschieden werden. Die niedrige Luftzufuhr dient mithin lediglich dazu, die Temperaturen in der Schwelkammer niedrig zu halten. Mit anderen Worten wird hier die reduzierte Luft­zuführung zur Temperatursteuerung, und zwar mit dem Zwek­ke der Vermeidung eines zu hohen Gasdruckes der Schwerme­talle, eingesetzt. Aufgrund der geringen Luftzufuhr in der ersten Verbrennungsstufe und den damit - gezielt - niedrigen Temperaturen ergeben sich hohe unverbrannte An­teile, so daß in der zweiten Verbrennungsphase nicht nur die zur Verbrennung erforderliche Luft zuzuführen ist, sondern zusätzlich eine besonders gute Vermischung der Luft mit den zu verbrennenden Gasen erfolgen muß, wes­halb auch ausdrücklich die Anordnung eines technisch auf­wendigen Zyklons erforderlich ist.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Wirbelschichttechnik sowie diese realisierende Anlagen, also solche zur Dampferzeugung unter Einsatz von atmo­sphärischen, stationären Wirbelschichtkesseln so zu ver bessern, daß sie hinsichtlich ihres Emissionsverhaltens die Forderungen nach optimaler Reinhaltung der Luft er­füllen.
  • Diese Aufgabe wird bei dem eingangs dargelegten Ver­fahren dadurch gelöst, daß die zusätzliche Wärmezufuhr in dem Freiraum oberhalb des Wirbelbetts erfolgt, die dem Wirbelbett zuzuführende Luftmenge unter Beibehaltung der Verbrennungstemperatur unter die stöchiometrisch er­forderliche Lufmenge gedrosselt und die Luftzufuhr zum Freiraum gesteigert wird während bei der Anlage die Lösung dadurch erfolgt, daß dem Freiraum mindestens je eine Wärmequelle, beispielsweise ein Brenner, zur zusätz­lichen, gezielten Energiezufuhr und eine Einrichtung zur Zufuhr von Zusatzluft in die im Freiraum befindlichen Verbrennungsgase zugeordnet ist. Durch diese Maßnahmen läßt sich, allgemein betrachtet, eine Optimierung der Verhältnisse im Wirbelbett hinsichtlich der Temperaturen und der Abgasbestandteile (letztere im Hinblick auf die Umweltbelastung) erreichen. Dabei ist zu beachten, daß die Wirbelbettemperatur nicht über ca. 900° gefahren werden darf, um vorrangig ein Sintern der Asche (mit der Folge der Klumpenbildung) zu vermeiden und außerdem die Stickoxidbildung in Grenzen zu halten. Zwar würde bei Temperaturen über 900° im Raum über dem Wirbelbett eine hinreichende Oxydation von CO zu CO₂ erfolgen können, jedoch nur mit dem vorerwähnten Nachteil der Klumpenbil­dung. Nach der Erfindung kann hingegen durch die Wärmezu­fuhr zu dem Freiraum die Freiraumtemperatur vom Betrieb der Wirbelschichttemperatur unabhängig gemacht und für sich gezielt beeinflußt werden. Durch die Erhöhung der Freiraumtemperatur kann die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Umsetzung des Kohlenmonoxids mit Sauerstoff zu Koh­lendioxid erheblich gesteigert werden. Hierdurch er­reicht man, wie Versuche gezeigt haben, erheblich niedri­ gere Gehalte an Kohlenmonoxid im Abgas, und man kann die Temperatur der Wirbelschicht bei niedrigen Werten belas­sen.
  • Bei dem Freiraum handelt es sich um eine Zone des Kes­sels, die zum durch die Wirbelschicht bedingten Quer­schnitt des Brennraumes gehört, also nicht eine Einen­gung im Abgas-Rauchgaskanal ist, sondern ein Raum, in dem die Brennstoffteilchen infolge Verminderung der Gas­geschwindigkeit dazu gebracht werden, wieder - infolge Schwerkraft - in das Wirbelbett zurückzufallen. Wie hoch der Freiraum ist, hängt letztlich von den konstruktiven Gegebenheiten ab.
  • Infolge der Drosselung der dem Wirbelbett zuzuführenden Luftmenge unter die stöchiometrisch erforderliche und der Steigerung der Luftzufuhr zum Freiraum unter gleich­zeitiger Wärmezufuhr zu diesem ergibt sich eine beson­ders zweckmäßige Möglichkeit der Reduzierung der NOx-Wer­te, und zwar vor allem im Hinblick auf den nach neuen Richtlinien vorgeschriebenen Wert von weniger als 500 mg/m³ Rauchgas. Man nutzt dabei die reduzierende Wirkung des Kohlenmonoxids auf die Stickoxide, wobei zunächst durch Drosselung der Luftzufuhr zum Wirbelbett die CO-Bildung bewußt hochgetrieben wird, damit aufgrund der Gleichgewichtsverhältnisse eine stärkere Reduktion der Stickoxide zu elementarem Stickstoff durch das Kohlenmo­noxid stattfindet und dann das überschüssige Kohlenmono­xid mit der Zusatzluft an den Wärmequellen im Freiraum zu Kohlendioxid umgesetzt wird. Im Gegensatz zu der aus der DE-A1-3503603 bekannte Verfahrensweise erfolgt bei der Erfindung die Drosselung der Luftzufuhr zum Wirbel­bett nicht zum Zwecke der Herabsetzung der Wirbelbettem­peratur. Vielmehr soll das Wirbelbett immer innerhalb der wirtschaftlich sinnvollen Grenzen, also bei ca. 850°, gehalten werden, um gerade unterhalb der Sinter­grenze zu bleiben und in der Auslegung der Anlage deren Größe auf einem Minimum halten zu können. Die Temperatur im Wirbelbett soll ausdrücklich nicht abgesenkt werden, weil durch eine solche Temperaturabsenkung die Reak­tionsgeschwindigkeit bei der Umsetzung von CO und NOx zu CO₂ und N₂ absinken würde.
  • Auf diese Weise wird es möglich, daß insgesamt die atmo­sphärischen, stationären Wirbelschichtkessel für alle Leistungsklassen die gesetzlich vorgeschriebenen Werte sowohl für CO von weniger als 250 mg/m³ Rauchgas als auch für NOx von weniger als 500 mg/m³ bei Volllast und Teillast einhalten können.
  • Die gegenständlichen Merkmale der Anlage lassen sich im übrigen sehr vorteilhaft im Wege der Nachrüstung beste­hender Kesselanlagen verwirklichen.
  • Um die Abkühlung der Rauchgase zu vermeiden, kann in be­vorzugter Ausführung des Vorhabens die Wärmezufuhr unmit­telbar über der Wirbelschicht erfolgen.
  • Die durch die unterstöchiometrische Luftzufuhr bewirkte Temperaturabsenkung kann vorteilhaft durch erhöhte Kohle­zufuhr zum Wirbelbett kompensiert werden. Dadurch tritt kein Energieverlust ein, weil man das im Wirbelbett nicht genutzte Energiepotential des Kohlenstoffs bei der Oxydation des CO im Freiraum zurückgewinnt. Diese Ver­schiebung der Energieumsetzung vom Wirbelbett in den Freiraum bewegt sich allerdings nur in der Größenordnung von 1 - 3 %.
  • Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der schema­tischen Zeichnung beispielhaft eine Ausführungsmöglich­keit einer Dampferzeugungsanlage gezeigt.
  • Man erkennt im Schnitt einen Wirbelschichtkessel 1 her­kömmlichen Aufbaus mit einem im unteren Teil angeord­neten Wirbelbett aus Kohle und Kalk, in dem sich beim Verbrennungsproze bildendes SO₂ zu Kalziumsulfat umge­setzt und mit der durch einen Pfeil gekennzeichneten Asche abgezogen wird. Hier wird Luft über eine Luftzu­ fuhreinrichting 6 geregelt zugeführt. Oberhalb des Wir­belbetts befindet sich für die aufsteigenden Verbren­nungsgase ein Freiraum 3 sowie die übliche Dampferzeu­gungsanlage, die hier nicht näher beschrieben zu werden braucht. In den Freiraum münden je zwei Brenner 4, die hier mit Erdgas betrieben werden, sowie zwei Zusatzluft-­Zufuhreinrichtungen 5. Die Brenner 4 dienen der Erhöhung der Freiraumtemperatur; an ihrer Stelle können natürlich auch beliebige andere Wärmequellen, z.B. elektrische, zum Einsatz gelangen. Mit ihrer Hilfe wird die Freiraum­temperatur auf Werte über 900 °C gesteigert und eine wir­kungsvolle Umsetzung von CO im Rauchgas zu unschädlichem CO₂ erzielt Durch eine Reduzierung der Luftzufuhr über die Luftzufuhreinrichtung 6 wird zunächst die CO-Bildung erhöht, um die bei der Verbrennung im Wirbelbett anfal­lenden Stickoxide zu elementarem Stickstoff umzuwandeln, während anschließend das überschüssige CO durch Luftzu­fuhr über die Zusatzluft-Zufuhreinrichtungen 5 und Wärme­zufuhr über die Wärmequelle 4 wiederum zu CO₂ umgesetzt wird.
  • Es ist selbstverständlich möglich, statt je zwei Wärme­quellen 4 und Luftdüsen 5 auch nur eine einzusetzen, wobei dann die sich ergebenden Schadstoffwerte etwas höher liegen, wie der folgenden Versuchsauswertung einer Anlage herkömmlicher Anordnung, d.h. ohne Brenner und Zu­satzluft-Zufuhr, sowie mit jeweils einem und zwei Bren­nern entnommen werden kann:
    Figure imgb0001

Claims (4)

1. Verfahren zur Dampferzeugung, insbesondere in Heiz­kraftwerken, mittels Verbrennung fester Brennstoffe, insbesondere Kohle, durch ein Wirbelschichtverfah­ren, bei dem in einer die Brennstoffe umfassenden Wirbelschicht die Verbrennung bei niedrigen Tempera­turen bis zu ca. 900 °C erfolgt, wobei den Gasen oberhalb des Wirbelbettes zusätzlich Wärme zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Wärmezufuhr in dem Freiraum ober­halb des Wirbelbetts erfolgt, die dem Wirbelbett zuzuführende Luftmenge unter Beibehaltung der Ver­brennungstemperatur unter die stöchiometrisch erfor­derliche Lufmenge gedrosselt und die Luftzufuhr zum Freiraum gesteigert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Wärmezufuhr unmit­telbar über der Wirbelschicht erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzu­fuhr zum Wirbelbett zum Ausgleich einer Temperaturab­senkung bei unterstöchiometrischer Luftzufuhr erhöht wird.
4. Anlage zur Dampferzeugung mittels Verbrennens fester Brennstoffe in einem stationären Wirbelschichtkes­sel, wobei in dem Kessel oberhalb einer Wirbel­schicht, in der Regel aus Kohle und Kalk, ein Frei­raum für die erzeugten Heizgase gebildet ist, da­durch gekennzeichnet, daß dem Freiraum (3) mindestens je eine Wärmequelle (4), bei spielsweise ein Brenner, zur zusätzlichen, gezielten Energiezufuhr und eine Einrichtung (5) zur Zufuhr von Zusatzluft in die im Freiraum befindlichen Ver­brennungsgase zugeordnet ist.
EP19890118445 1988-10-10 1989-10-04 Verfahren und Anlage zur Dampferzeugung, insbesondere in Heizkraftwerken Withdrawn EP0363812A3 (de)

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