Verfahren zum Verfeuern von Brennstoffen unter Reduzierung der Stickoxidbelastung und Feuerung zur Durchführung des Verfahrens

Abstract

 Bei einem Verfahren zum Verfeuern von festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, insbesondere Kohlenstaub, bei dem Hauptbrennstoff über Hauptbrenner (2) tangential in einen Feuerraum eingeführt und verbrannt wird, Reduktionsbrennstoff über Reduktionsbrenner (6) zur Reduktion der bei der Verbrennung des Hauptbrennstoffes entstehenden Stickoxide in den Feuerraum eingeführt und unterstöchiometrisch verbrannt wird und bei dem zur Sicherung des Ausbrandes des in den Feuerraum eingeführten Brennstoffes oberhalb der Zufuhr von Haupt- und Reduktionsbrennstoff Ausbrandluft zugeführt wird, wobei im Feuerraum eine schraubenartige, aufsteigende Strömung aufgebaut wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Reduktionsbrennstoff jeweils eines Reduktionsbrenners (6, 6') der den zugeordneten Hauptbrenner (2, 2') verlassenden gekrümmten Zuströmung (B2, B2') zur schraubenartigen Strömung in der Mitte des Feuerraumes in vorgegebenem Abstand (M2, M2') von der Mündung des Hauptbrenners (2, 2') zugemischt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein' Verfahren zum Verfeuern von festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, insbesondere Kohlenstaub, bei dem Hauptbrennstoff über Hauptbrenner tangential in einen Feuerraum eingeführt und verbrannt wird, Reduktionsbrennstoff über Reduktionsbrenner zur Reduktion der bei der Verbrennung des Hauptbrennstoffes entstehenden Stickoxide in den Feuerraum eingeführt und unterstöchiometrisch verbrannt wird und bei dem zur Sicherung des Ausbrands des in den Feuerraum eingeführten Brennstoffes oberhalb der Zufuhr von Haupt- und Reduktionsbrennstoff Ausbrandluft zugeführt wird, wobei im Feuerraum eine schraubenartige, aufsteigende Strömung aufgebaut wird.

[0002] Ein solches Verfahren ist aus der Druckschrift Development of Mitsubishi" "Mact" in-furnace NO_X-removal process for steam generators" aus "Procedings of the 1982 joint symposium on stationary Combustion NO_X control".

[0003] Bei der bekannten Verfahrensführung bilden sich im Feuerraum von unten nach oben eine Hauptbrenner-Verbrennungszone, eine Stickoxidreduktionszone, in der der Rekuktionsbrennstoff unterstöchiometrisch verbrannt wird und über der Ausbrandluftzuführung eine Ausbrandzone. Bei der bekannten Feuerung zur Durchführung des Verfahrens sind jeweils in einem Brennerspiegel, d.h. in einer Vertikalebene übereinander, Hauptbrenner, Reduktionsbrenner und Ausbrandluftdüse angeordnet (vgl. insbesondere Fig 20 der Druckschtift). Es hat sich herausgestellt, daß die großtechnische Anwendung einer solchen Brennstoffstufung auf Schwierigkeiten stößt. In dem Feuerraum bewegen sich die gasförmigen und festen Stoffe entlang einer schraubenförmigen Bahn aufwärts, so daß bei Anordnung der Reduktionsbrenner in derselben Vertikalebene wie der oder die Hauptbrenner nicht sichergestellt ist, daß der Reduktionsbrennstoff das weiter unten gebildete NO nicht mehr reduzieren kann, da der Brennstoff nicht mehr mit ihm in Berührung kommt. Bei dem bekannten Verfahren erfolgt somit das Einbringen des Reduktionsbrennstoffes weitgehendst ohne Berücksichtigung der Lage der Primärflammen im unteren Teil des Feuerraumes, in denen das NO_X gebildet wird. Diese örtliche Unabhängigkeit bringt vor allem dann Nachteile, wenn bei Teillastbetrieb einige Brenner abgeschaltet werden, weil dann eine gute Durchmischung zwischen den Rauchgasen aus der primären Verbrennungszone und dem Reduktionsbrennstoff nicht mehr erreicht werden kann.

[0004] Darüberhinaus führt die Anordnung der Reduktionsbrenner in demselben Brennerspiegel oberhalb der Hauptbrenner zu einem relativ hohen Feuerraum.

[0005] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem einerseits eine ausreichende Stickoxidverminderung möglich ist und andererseits auch bei Teillast eine gute Einmischung des Reduktionsbrennstoffes in die Primärflammen der Hauptbrenner gewährleistet ist.

[0006] Diese Aufgabe wird aaaurcn geiost, daß aer Reduktionsbrennstoff jeweils eines Reduktionsbrenners der den zugeordneten Hauptbrenner verlassenden gekrümmten Zuströmung zur schraubenartigen Strömung um die Mitte des Feuerraumes in vorgegebenem Abstand von der Mündung des Hauptbrenners zugemischt wird.

[0007] Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung erfolgt die Zufuhr des Reduktionsbrennstoffes in direkter Zuordnung zu dem einzelnen Hauptbrenner. Dabei wird der Strömungsvektor der gekrümmten und evtl. bereits aufsteigenden Zuströmung berücksichtigt, d.h. die Zufuhr des Reduktionsbrennstoffes wird so auf die Zuströmung aus dem Hauptbrenner ausgerichtet, daß die Durchmischung mit dem Reduktionsbrennstoff nach Abschluß der Gasreaktionen in der Primärflamme erfolgt, um die in den Gasreaktionen gebildeten Stickoxide zu reduzieren. Um dies erreichen zu können, erfolgt die Eindüsung des Reduktionsbrennstoffes in naher Zuordnung zum Hauptbrenner, wodurch die Bauhöhe des Feuerraumes reduziert werden kann.

[0008] Vorzugssweise liegt die Luftzahl am Primärbrenner zwischen 0,8 und 1,2 und soll nach dem Einmischen des Reduktionsbrennstoffes zwischen 0,6 und 1,0 liegen.

[0009] Dabei wird weiterhin bevorzugt, daß das Verhältnis von Primärbrennstoff zu Sekundärbrennstoff zwischen 50 : 50 und 90 : 10 liegt.

[0010] Vorzugsweise wird der Reduktionsbrennstoff bezogen auf den Drehsinn der schraubenförmigen Strömung voreilend zum Hauptbrennstoff eingeführt. Es kann jedoch auch möglich sein, daß bezogen auf den Drehsinn die Zufuhr nacheilend erfolgt. Diese Relativbeziehungen zwischen den Brennstoffen sind durch Veränderung des Eindüsungswinkels und/oder des Eindüsungsortes zu erreichen.

[0011] Es ist möglich, als Hauptbrennstoff und Reduktionsbrennstoff den gleichen Brennstoff, vorzugsweise Braunkohle, einzusetzen.

[0012] Auch kann es zweckmäßig sein, den Reduktionsbrennstoff mit Luft einzuführen, die zur Verbrennung beiträgt, oder aber als Transportmedium für den Reduktionsbrennstoff Rauchgas zu verwenden: Mischungen sind möglich.

[0013] Wie im Oberbegriff des Anspruches 1 aufgeführt, muß nach Abschluß der Reduktionsvorgänge noch Ausbrandluft für den vollständigen Ausbrand zugegeben werden. Um auch hier in allen Lastbereichen eine gute Durchmischung zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Ausbrandluft unabhängig von der Anzahl der betriebenen Brenner und damit Mühlen einzustellen. Die Regelung der Ausbrandluft erfolgt also nur lastabhängig, wobei alle Ausbrandluftdüsen gleichmäßig beaufschlagt werden können. Die Abschaltung einzelner Düsen könnte ebenfalls in Betracht gezogen werden.

[0014] Die Erfindung richtet sich auch auf eine Tangentialfeuerung mit einer Vielzahl auf einen Brennkreis ausgerichteten Hauptbrennern, einer Vielzahl von Reduktionsbrennern und einer Vielzahl von oberhalb der Reduktionsbrenner angeordneten Ausbrandluftdüsen, insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens.

[0015] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß jeder Reduktionsbrenner nahe dem ihm zugeordneten Hauptbrenner mindestens mit einem seitlichen Abstand angeordnet und so ausgerichtet ist, daß bei Betrieb der Tangentialfeuerung der über den Reduktionsbrenner eingedüste Reduktionsbrennstoff an einer vorgegebenen Stelle in die dem Hauptbrenner zuzuordnende Primärflamme eingemischt wird.

[0016] Wenn bei einer solchen Tangentialfeuerung mindestens zwei Hauptbrenner in einer Ebene nebeneinander in einer Feuerraumwand angeordnet sind, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die den beiden Hauptbrennern zugeordneten Reduktionsbrenner zwischen den beiden Hauptbrennern angeordnet sind. Es ist jedoch bei einer solchen Feuerungskonfiguration auch möglich, daß die den beiden Hauptbrennern zugeordneten Reduktionsbrenner jeweils auf der gleichen Seite der Hauptbrenner angeordnet sind.

[0017] Wenn der Hauptbrenner in an sich bekannter Weise in Übereinanderanordnung aus einer Unterluftzufuhr, einer ersten Brennstoffzufuhr, einer Zwischenluftzufuhr mit hohem Luftimpuls, einer zweiten Brennstoffzufuhr und einer Oberluftzufuhr besteht, ist es zweckmäßig, den seitlichen Abstand und die Ausrichtung des Reduktionsbrenners auf die Zwischenluftzufuhr zu beziehen.

[0018] Die Zahl und die Anordnung der Ausbrandluftdüsen kann der Zahl und der Anordnung der Hauptbrenner entsprechen. Es ist jedoch auch möglich, eine größere Anzahl von Ausbrandluftdüsen gleichmäßig um den Feuerraum herum zu verteilen.

[0019] Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen zum Tragen, wenn in einer Vertikalebene mindestens zwei Hauptbrenner untereinander angeordnet sind und wiederum bevorzugt in einer dazu parallelen vertikalen Ebene die zwei zugeordneten Reduktionsbrenner angeordnet sind.

[0020] Werden bei Teillast Hauptbrenner abgeschaltet, so werden selbstverständlich die zugeordneten Reduktionsbrenner mit abgeschaltet.

[0021] Schließlich soll noch darauf hingewiesen werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur mit Vorteil bei einer Tangentialfeuerung in Form einer Wandfeuerung zum Einsatz kommen kann, sondern auch bei einer Tangentialfeuerung in Form einer Eckenfeuerung.

[0022] Das erfindungsgemäße Verfahren und zwei Ausführungsformen einer Feuerung sollen nun anhand der beigefügten Figuren erläutert werden. Es zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung des Feuerraumes einer Allwandfeuerung, wobei nur in einer Wand drei übereinander angeordnete Hauptbrenner und die diesen Hauptbrennern zuzuordnenden schraubenförmigen Bahnen des Hauptbrennstoffes und der zugeordneten Verbrennungsprodukte dargestellt sind,

Figur 2 eine Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tangentialfeuerung vergleichbar Figur 1, wobei die Bestückung einer Wand dargestellt ist,

Figur 3 einen schematischen Querschnitt zur Erläuterung der Brennstoffzuführung bei der Ausführungsform gemäß Figur 2,

Figur 4 eine Darstellung vergleichbar Figur 2 mit einer anderen Brenneranordnung und

Figur 5 einen Schnitt vergleichbar Figur 3 durch die Anordnung gemäß Figur 4.

[0023] Bei dem in der Figur 1 dargestellten Feuerraum 1 einer Allwandfeuerung sind in der hinteren Wand in einem Brennerspiegel übereinanderliegend Hauptbrenner 2, 3 und 4 angeordnet, die auf den in der Figur schematisch dargestellten Brennkreis 5 ausgerichtet sind. Die den Hauptbrenner 2 verlassenden Verbrennungsprodukte beschreiben im wesentlichen die strichpunktierte Bahn, die den Hauptbrenner 3 verlassenden Verbrennungsprodukte die gestrichelte Bahn und die den Hauptbrenner 4 verlassenden Produkte die durchgezogene Bahn. Würde der Reduktionsbrennstoff nun beispielsweise über einen in der Figur 1

[0024] dargestellten und in demselben Brennerspiegel liegenden Reduktionsbrenner 6 eingedüst werden, kann der Reduktionsbrennstoff das in den Primärflammen der untenliegenden Brenner 3 und 4 entstandene NO nicht reduzieren, da er mit diesem NO_X im wesentlichen nicht mehr in Berührung kommt.

[0025] Bei der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsform, sind auf jeder Wand der Feuerung zwei nebeneinander liegende Hauptbrenner 2 und 2¹ und zwei nebeneinander liegende Hauptbrenner 3 und 3¹ vorgesehen, wobei die Brenner 2 und 3 bzw. 2' und 3¹ in derselben Vertikalebene liegen. Die Brenner bestehen jeweils aus einer Unterluftzufuhr UL, einer ersten Brennstoffzufuhr B₁, aus einer Zwischenluftzufuhr ZL einer zweiten Brennstoffzufuhr B₂ und einer Oberluftzufuhr OL. Jedem der vier Hauptbrenner 2, 2¹, 3 und 3' ist ein Reduktionsbrenner 6 bzw. 6¹ zugeordnet, und zwar ist dieser Brenner bezogen auf die Mitte der Zwischenluftzufuhr ZL um einen gewissen Betrag nach links und einen gewissen Betrag nach oben versetzt.

[0026] Wie aus den Figuren 2 und 3 ableitbar ist, strömen die Verbrennungsprodukte der Hauptbrenner 2 und 2¹ auf gekrümmten aufsteigenden Bahnen B2 bzw. B2' nach innen und aufwärts, d.h. aus der Zeichenebene der Figur 3 nach oben. Die Anordnung und Ausrichtung der Reduktionsbrenner 6 und 6' ist nun so getroffen, daß der Zusatzbrennstoff an vorgegebenen Mischstellen M₂ und M₂, in die Primärflamme eingemischt wird, wobei die Einmischstellen M im wesentlichen den Abschluß der Gasreaktionen in den Primärflammen anzeigen.

[0027] Es soll hier nochmals darauf hingewiesen werden, daß die Figuren der Erläuterungen des erfinderischen Grundgedankens dienen, jedoch keine Konstruktionszeichnungen darstellen.

[0028] Während bei dieser Ausführungsform die Reduktionsbrenner nach oben versetzt sind, kann auch eine Versetzung nach unten in Betracht gezogen werden, nur muß dann die Ausrichtung entsprechend angepaßt werden.

[0029] Wie auch in den Figuren 4 und 5 sind dieselben Bezugszeichen verwendet worden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich dadurch, daß die Reduktionsbrenner nicht jeweils auf einer Seite der Hauptbrenner angeordnet sind, sondern daß Reduktionsbrenner 7 und 7' zwischen den beiden Brennern angeordnet sind.

[0030] Bei der Ausführungsform gemäß Figuren 2 und 3 befinden sich im Spiegel der übereinander angeordneten Brenner 2 und 3 bzw. 2' und 3' jeweils-eine Ausbrandluftdüse 8 und 8¹, während bei der Ausführungsform gemäß Figuren 4 und 5 eine Vielzahl von den Brennern nicht besonders zugeordneten Ausbrandluftdüsen 9 vorgesehen sind. Selbstverständlich können die Ausbrandluftdüsenkonfigurationen auch ausgetauscht werden.

[0031] Schließlich soll darauf hingewiesen werden, daß die erfindungsgemäße Verfahrensführung nicht auf die besondere Hauptbrennerkonfiguration beschränkt ist.

[0032] Durch die seitliche Nebenordnung der Reduktionsbrenner 6, 6' bzw. 7, 7¹ zu den Hauptbrennern wird eine relativ geringe Bauhöhe möglich. Bei Teillast, z. B. durch Abschalten der Hauptbrenner 2 und 2¹ zusammen mit den Reduktionsbrennern 6 und 6' wird die Stickoxidreduktion im Bereich der Brenner 3 und 3' nicht verschlechtert, da der über den Hauptbrennern 3 und 3' zugeordneten Reduktionsbrennern 7 und 7' eingeführte Reduktionsbrennstoff wirksam in die Primärflammen der Brenner 3 und 3' eingemischt wird.

Ansprüche

1. Verfahren zum Verfeuern von festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, insbesondere Kohlenstaub, bei dem Hauptbrennstoff über Hauptbrenner tangential in einen Feuerraum eingeführt und verbrannt wird, Reduktionsbrennstoff über Reduktionsbrenner zur Reduktion der bei der Verbrennung des Hauptbrennstoffes entstehenden Stickoxide in den Feuerraum eingeführt und unterstöchiometrisch verbrannt wird und bei dem zur Sicherung des Ausbrands des in den Feuerraum eingeführten Brennstoffes oberhalb der Zufuhr von Haupt-und Reduktionsbrennstoff Ausbrandluft zugeführt wird, wobei im Feuerraum eine schraubenartige, aufsteigende Strömung aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduktionsbrennstoff jeweils eines Reduktionsbrenners der den zugeordneten Hauptbrenner verlassenden gekrümmten Zuströmung zur schraubenartigen Strömung in der Mitte des Feuerraumes in vorgegebenem Abstand von der Mündung des Hauptbrenners zugemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bezogen auf den Drehsinn der schraubenförmigen Strömung der Reduktionsbrennstoff (6) voreilend zum Hauptbrennstoff (2) eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-kennzeichnet, daß bezogen auf den Drehsinn der schraubenförmigen Strömung der Reduktionsbrennstoff (7) nacheilend zum Hauptbrennstoff (7) eingeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß als Hauptbrennstoff und Reduktionsbrennstoff der gleiche Brennstoff, vorzugsweise Braunkohle, eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Reduktionsbrennstoff mit Luft und/oder Rauchgas eingeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausbrandluft unabhänig von der Anzahl der betriebenen Brenner eingestellt wird.

7. Tangentialfeuerung mit einer Vielzahl auf einen Brennkreis ausgerichteten Hauptbrennern, einer Vielzahl von Reduktionsbrennern und einer Vielzahl von oberhalab der Reduktionsbrenner angeordneten Ausbrandluftdüsen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Reduktionsbrenner (6, 6'; 7, 7¹) nahe dem ihm zugeordneten Hauptbrenner (2, 2'; 3, 3') mindestens mit einem seitlichen Abstand angeordnet und so ausgerichtet ist, daß bei Betrieb der Tangentialfeuerung der über den Reduktionsbrenner eingedüste Reduktionsbrennstoff an einer vorgegeben Stelle (M2 M2') in die dem Hauptbrenner zuzuordnende Primärflamme (B2: B2') eingemischt wird.

8. langentialfeuerung nach Anspruch 7, bei der.mindestens zwei Hauptbrenner in einer Ebene nebeneinander in einer Feuerraumwand angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß die den beiden Hauptbrennern (2, 2') zugeordneten Reduktionsbrennern (7. 7¹) zwischen den beiden Hauptbrennern angeordnet sind.

9. Tangentialfeuerung nach Anspruch 7, bei der mindestens zwei Hauptbrenner in einer Ebene nebeneinander in einer Feuerraumwand angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß die den beiden Hauptbrennern (2, 2') zugeordneten Reduktionsbrenner (6, 6') jeweils auf der gleichen Seite der Hauptbrenner angeordnet sind.

10. Tangentialfeuerung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens zwei Hauptbrenner (2, 3: 2', 3') untereinander angeordnet sind und dabei vorzugsweise in einer dazu parallelen vertikalen Ebene die zwei zugeordneten Reduktionsbrenner (6, 6: 6', 6'_/ 7, 7: 7', 7') angeordnet sind.

11. Tangentialfeuerung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Zahl und Anordnung der Ausbrandluftdüsen (8, 8') der Zahl und der Anordnung der Hauptbrenner (2, 2¹) entspricht oder eine größere Anzahl von Ausbrandluftdüsen (9) gleichmäßig um den Feuerraum herum verteilt angeordnet ist.

Zeichnung