Verfahren zur Verminderung der NOx-Bildung in mit Kohlenstaub betriebenen Feuerungsanlagen, insbesondere Schmelzkammerfeuerungen, und Feuerungsanlage zur Durchführung des Verfahrens

Abstract

 Bei einem Verfahren zur Verminderung der NOz- Bildung in mit Kohlenstaub betriebenen Feuerungsanlagen, bei dem dem Rauchgasstrom stromab der Hauptverbrennungszone über Düsen (8) ein Zusatzbrennstoff zugeführt wird und stromab der Zuführung des Zusatzbrennstoffes über Düsen (14) Restluft zugeführt wird, werden zur Erreichung einer besseren Einmischung von Brennstoff und Luft in den Rauchgasstrom der Zusatzbrennstoff und die Restluft gleichförmig über den Rauchgasstromquerschnitt verteilt dem Rauchgas zugeführt. Bei einer bevorzugten Ausbildung der Feuerungsanlage ist vorgesehen, daß sich quer zum Rauchgasstrom ein Brennstoffzuführungsrost (7) mit hohlen Stäben (7a) erstreckt, die auf ihrer Oberseite mit Brennstoffdüsen (8) versehen sind, und daß sich oberhalb des Brennstoffzuführungsrostes (7) ein Restluftzuführungsrost (13) mit hohlen Stäben (13a) erstreckt, die auf ihrer Seitenfläche mit Luftdüsen (14) versehen sind, und daß die Enden der hohlen Stäbe mit einer Zusatzbrennstoffquelle (11) bzw. einer Restluftquelle (17) verbunden sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1 genannten Art.

[0002] Es ist ein Verfahren dieser Art bekannt geworden, bei dem dem Rauchgasstrom aus der Schmelzkammer einer Feuerungsanlage über eine Vielzahl von in der Feuerraumwandung angeordneten Düsen Zusatzbrennstoff zugeführt wird. Bei einer Schmelzkammerfeuerung mit 180° Umlenkung hinter der Schmelzkammer wird als Einblasstelle für den Zusatzbrennstoff die Rückwandnase gewählt. Durch Wahl dieser Einblasstelle wird zwar infolge der zusätzlichen Querschnittsänderung durch die Rückwandnase eine gewisse Einmischung des Zusatzbrennstoffes in den Rauchgasstrom erreicht, jedoch keine optimale Mischung. Durch den eingebrachten Zusatzbrennstoff wird der in dem Rauchgasstrom vorhandene Restsauerstoff aufgezehrt. Da aber noch Kokspartikel und Zwischenprodukte der Verbrennung im Rauchgasstrom vorhanden sind, ist es erforderlich, über weiter stromab in der Rückwand angeordnete Luftdüsen Restluft zuzuführen. Bei der Anordnung der Düsen muß sichergestellt sein, daß die reduzierende Atmosphäre nicht in Wandnähe gelangt. Durch die Anordnung der Düsen in der Wandung ist dies schwierig erreichbar. Bei dem bekannten Verfahren werden etwa 15 % der in der Feuerungsanlage verbrannten Brennstoffmenge als Zusatzbrennstoff eingebracht. Bei der bekannten Anordnung sind Änderungen der Heizflächen erforderlich.

[0003] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem eine bessere Einmischung des Zusatzbrennstoffes und der Restluft in den Rauchgasstrom erzielt wird.

[0004] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Zusatzbrennstoff und die Restluft im wesentlichen gleichförmig über den Rauchgasstromquerschnitt verteilt dem Rauchgas zugeführt werden.

[0005] Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung werden der Zusatzbrennstoff und die Restluft besser in den heißen Rauchgasstrom eingemischt.

[0006] Die Restluft kann an der einzelnen Eindüsstelle in verschiedenen Richtungen bezüglich der Strömungsrichtung des Rauchgasstromes zugeführt werden. Eine besonders gute Einmischung der Restluft wird jedoch erreicht, wenn die Restluft quer zur Strömungsrichtung eingeblasen wird.

[0007] Der Zusatzbrennstoff kann an der einzelnen Einbringstelle ebenfalls in verschiedene Richtungen bezüglich der Strömungsrichtung des Rauchgases eingebracht werden. Es wird jedoch eine Einspeisung in Strömungsrichtung bevorzugt, weil die einzelne Einbringöffnung dann nicht mit einer auf sie zu gerichteten Strömungskomponente des Rauchgasstromes beaufschlagt wird. Vorzugsweise erfolgt die Zuführung des aus den gleichmäßig über den Rauchgasstrom verteilten Düsen austretenden Zusatzbrennstoffes dadurch, daß dieser im wesentlichen impulsfrei austritt und von dem Rauchgasstrom mitgesaugt wird. Der Rauchgasstrom hat z. B. eine Geschwindigkeit von 20 m/sec, was für eine Mitnahme des in den Düsen anstehenden Zusatzbrennstoffes ausreichend ist.

[0008] Vorzugsweise wird als Zusatzbrennstoff feiner Kohlenstaub eingesetzt, wobei wiederum bevorzugt dieser eine Mahlfeinheit von < 80 um aufweist. Bei dieser Mahlfeinheit ist die Ausbrennzeit, die zur Aufzehrung des Restsauerstoffes in einer zumindest teilweisen Verbrennung führt, hinreichend kurz.

[0009] Zur Bereitstellung des Zusatzkohlenstaubs ist es von Vorteil, wenn dieser aus dem für die Feuerungsanlage erzeugten Kohlenstaub abgetrennt wird. Es ist jedoch auch möglich, daß der Zusatzkohlenstaub gesondert ermahlen wird. Eine solche Verfahrensweise ist bereits bei Kohlestaubzündfeuerungen bekannt (vgl. VGB Kraftwerkstechnik 61 (1981), Heft 12, Seite 972).

[0010] Für die Zufuhr des Zusatzbrennstoffes zu den gleichmäßig über den Rauchgasstrom verteilten Düsen kann eine Dickstoffördereinrichtung mit Vorteil eingesetzt werden, wie sie im Zusammenhang mit Feuerungsanlagen aus der Zeitschrift "Brennstoff-Wärme-Kraft" 34 (1982), Nr. 11, Information Nr. 4/82 der Firma Freier Grunder Werke bekannt ist.

[0011] Die erfindungsgemäße Verfahrensführung zur Erreichung einer gleichmäßigen Einmischung und Verteilung kann auch bei anderen Feuerungsanlagen zum Einsatz kommen, falls dort ein Zusatzbrennstoff eingebracht werden muß, dessen Restausbrand sicherzustellen ist.

[0012] Die Erfindung richtet sich auch auf eine Anordnung zur Verminderung der NO_X-Bildung in mit Kohlenstaub betriebenen Feuerungsanlagen, insbesondere Schmelzkammerfeuerungen, mit einer Vielzahl von Düsen zum Einführen von Zusatzbrennstoff stromab der Hauptverbrennungszone und einer Vielzahl von Luftdüsen stromab der Zusatzbrennstoffdüsen.

[0013] Bei der bekannten Anordnung sind diese Düsen in der Rückwand der Feuerungsanlage angeordnet.

[0014] Um eine bessere Einmischung des vorzugsweise staubförmigen Zusatzbrennstoffes zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß Zusatzbrennstoffdüsen im wesentlichen gleichförmiger Verteilung in einer zur Rauchgasströmung im wesentlichen senkrechten Ebene angeordnet sind und die Luftdüsen in im wesentlichen gleichförmiger Veteilung in einer stromab der ersten Ebene liegenden zweiten Ebene angeordnet sind.

[0015] Durch die Anordnung der Düsen in zwei Ebenen übereinander wird eine gleichmäßige Beaufschlagung des Rauchgasstromes mit dem Zusatzbrennstoff und mit der Restluft erreicht, wobei letztere gleichmäßig in das in seinem Sauerstoffgehalt verringerte Rauchgas oberhalb der Brennstoffzuführungsebene eingemischt wird.

[0016] Die Luftdüsen öffnen sich vorzugsweise in Strömungsrichtung der Rauchgasströmung und die Zusatzbrennstoffdüsen vorzugsweise in Strömungsrichtung.

[0017] Eine besonders einfache Ausbildung der Anordnung wird dadurch erreicht, daß sich quer zum Rauchgasstrom ein Brennstoffzuführungsrost mit einer Vielzahl von hohlen Stäben erstreckt, die mit einer Vielzahl von Brennstoffdüsen versehen sind, und daß sich oberhalb des Brennstoffzuführungsrostes ein Restluftzuführungsrost mit einer Vielzahl von hohlen Stäben erstreckt, die mit einer Vielzahl von Luftdüsen versehen sind, und daß die Enden der hohlen Stäbe mit einer Zusatzbrennstoffquelle bzw. einer Restluftquelle verbunden sind, wobei die Brennstoffdüsen vorzugsweise auf der in Strömungsrichtung gesehen abgewandten Seite (bei aufsteigenden Rauchgasstrom: Oberseite) und die Luftdüsen vorzugsweise auf mindestens einer der beiden Seitenflächen der Roststäte vorgesehen sind.

[0018] Eine besonders gute Einmischung der Restluft wird erreicht, wenn die Verteilungen der Düsen in den beiden Ebenen gegeneinander versetzt sind, sich also vorzugsweise die Stäbe des Brennstoffzuführungsrostes und die Stäbe des Restluftzuführungsrostes parallel zueinander erstrecken und in Strömungsrichtung des Rauchgasstromes gesehen die Stäbe des einen Rostes zwischen den Stäben des anderen Rostes liegen.

[0019] Während bei der bekannten Anordnung beim nachträglichen Einbau von Einrichtungen zum Zuführen von Zusatzbrennstoff und Restluft Änderungen der Heizflächen erforderlich sind, kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung auf Änderungen der Heizflächen verzichtet werden, wenn die Stäbe der Roste aus Rohren, vorzugsweise Flossenrohren, aufgebaut sind, die mit dem der Feuerungsanlage zugeordneten Wasser-Dampfkreislauf verbunden sind. Die Rohre können aber auch alleine zur Kühlung der Roste benutzt werden.

[0020] Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzuführungsrost kann eine einfache Beaufschlagung der Düsen erreicht werden, wenn in den hohlen Stäben des Brennstoffzuführungsrostes für jede Brennstoffdüse ein Brennstoffzufuhrrohr vorgesehen ist, das mit einer Dickstoffördereinrichtung verbunden ist. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Beaufschlagung der Brennstoffdüsen der einzelnen Stäbe erreicht.

[0021] Das erfindungsgemäße Verfahren und eine entsprechende beispielhafte Anordnung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:

Figur 1 einen Teilschnitt durch eine Schmelzkammerfeuerung,

Figur 2 einen Teilschnitt längs der Linie II - II in Blickrichtung der Pfeile,

Figur 3 einen Querschnitt durch einen Stab des Brennstoffzuführungsrostes längs der Linie III - III in Figur 1 und

Figur 4 einen Längsschnitt durch einen Stab des Brennstoffzuführungsrostes und

Figur 5 einen Schnitt längs der Linie V - V in Figur 1.

[0022] Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Feuerungsanlage ist eine Schmelzfeuerungsanlage 1, die mit mehreren Brennerfeldern 2 mit jeweils vier Deckenbrennern 3 ausgerüstet ist. Über die Brenner 3 werden 85 - 90 % des in der Feuerungsanlage verbrannten Brennstoffes mit üblicher Mahlfeinheit in die Schmelzkammer 4 eingebracht. Am unteren Ende der Schmelzkammer erfolgt eine Umlenkung des Rauchgasstromes um 180°. Der umgelenkte Rauchgasstrom wird durch ein Fangrost 5 geführt. Oberhalb des Fangrostes 5 wird der Strömungsquerschnitt für den Rauchgasstrom durch eine Rückwandnase 6 verringert. Unterhalb des kleinsten Querschnittes und oberhalb des Fangrostes 5 ist ein Brennstoffaufgaberost 7 angeordnet, dessen einzelne Stäbe 7a sich zueinander parallel und quer zum Rauchgasstrom erstrecken. Auf ihrer Oberseite sind die einzelnen Stäbe mit drei Brennstoffaustrittsöffnungen bzw. -düsen 8 versehen, die sich in Strömungsrichtung des Rauchgasstromes öffnen. Wie aus der Figur 3 ersichtlich ist, sind die einzelnen Stäbe aus miteinander verschweißten Flossenrohren 9 aufgebaut. Im Inneren der Stäbe 7a. erstrecken sich drei Brennstoffzufuhrrohre 10 (vgl. Figur 4), die sich zu den Düsen 8 hin erstrecken und an ihrem anderen Ende mit einer Brennstoffzufuhrleitung 11 verbunden sind, die von einem nicht gezeigten pneumatischen Dosierförderer als Dickstofförderer beaufschlagt sind. Es ist auch möglich, die einzelnen Leitungen 10 getrennt bis zum Dosier-Förderbehälter des pneumatischen Dosierförderers zu führen. Die einzelnen Flossenrohre sind mit einem Sammler 12 verbunden, der mit dem dem Fangrost 5 zugeordneten Sammler 5' verbunden ist.

[0023] In einem die erforderliche Teilverbrennung zur Aufzehrung des Restsauerstoffes gestattenden Abstand ist oberhalb des Zusatzbrennstoffrostes 7 ein Restluftrost 13 mit einzelnen Stäben 13a angeordnet. Die Stäbe 13a sind mit zwei Reihen seitlicher Restlufteinblasdüsen 14 versehen, wobei der Auslaßquerschnitt der unteren Reihe größer ist als der der oberen Reihe, um über die untere Reihe einen größeren Restluftanteil einzublasen. Wie die Figur 5 zeigt, sind sie ebenfalls aus

[0024] Flossenrohren 9 aufgebaut. Die Flossenrohre umschließen einen Luftführungskanal 15, der mit den Düsen 14 in Verbindung steht. Im Bereich der Düsen sind die Flossenrohre in an sich aus der Kesselbautechnik bekannter Weise'aufgebogen. Die Flossenrohre 9 der einzelnen Stäbe 13a des Luftrostes 13 stehen mit einem Sammler 16 in Verbindung, der ebenfalls mit dem Sammler 12 verbunden ist. Die Luftführungskanäle 15 im Inneren der Stäbe 13a werden über Leitungen 17 mit Luft in ausreichendem Maße beaufschlagt, so daß der Restausbrand im Bereich des Luftzufuhrrostes und darüber gesichert ist.

[0025] Die Stäbe 7a sind in einem solchen Abstand von der Wandung angeordnet, daß Verschmutzung und Korrosion der Wandung vermieden werden. Die nach der Umlenkung äufsteigende Rauchgasströmung weist mit einer Geschwindigkeit von z. B. 20 m/sec eine solche Saugwirkung auf, daß sie den in den Düsen 8 anstehenden Zusatzbrennstoff in Form von feinem Kohlenstaub mitnehmen und in die Reduktionszone zwischen den Rosten 7 und 13 einbringen kann (10 - 15 % der Gesamtbrennstoffmenge). Durch die aus den seitlichen Luftdüsen 14 austretende Restluft wird der erforderliche Ausbrand sichergestellt.

[0026] Aus der Aufsicht gemäß Figur 2 ist ersichtlich, daß die Stäbe 13a des Luftzuführungsrostes 13 - zwar in einer anderen Ebene - zwischen den Stäben 7a des Rostes 7 liegen. Die zwischen zwei Stäben 7a des Rostes 7 liegenden Stäbe 13a können auf beiden Seitenflächen mit entsprechenden_Luftaustrittsdüsen 14 versehen sein, während der in der Figur 2 unten an der Wand liegende Stab 13a nur auf der von der Wand entfernten Seite mit Düsen 14 versehen ist.

[0027] Durch die Einbindung der Flossenrohre 9 in den Kesselkreislauf wird sichergestellt, daß keine oder nur unwesentliche Änderungen an den Heizflächen erforderlich sind.

[0028] Die erfindungsgemäße Anordnung kann insbesondere bei der Nachrüstung von Schmelzfeuerungsanlagen zur NOx-Reduzierung verwendet werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Verminderung der NO_x-Bildung in mit Kohlenstaub betriebenen Feuerungsanlagen, insbesondere Schmelzkammerfeuerungen, bei dem dem Rauchgasstrom stromab der Hauptverbrennungszone über eine Vielzahl von Düsen ein Zusatzbrennstoff zugeführt wird und stromab der Zuführung des Zusatzbrennstoffes über eine Vielzahl von Düsen Restluft zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zusatzbrennstoff und die Restluft im wesentlichen gleichförmig über den Rauchgasstromquerschnitt verteilt dem Rauchgas zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Restluft quer zur Strömungsrichtung des Rauchgasstroms zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zusatzbrennstoff im wesentlichen in Strömungsrichtung des Rauchgasstromes zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführung des aus den gleichmäßig über den Rauchgasstrom verteilten Düsen austretenden Zusatzbrennstoffes dadurch erfolgt, daß dieser im wesentlichen impulsfrei austritt und von dem Rauchgasstrom mitgesaugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Zusatzbrennstoff feiner Kohlenstaub eingesetzt wird, der vorzugsweise eine Mahlfeinheit von < 80 µm aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zusatzkohlenstaub aus dem für die Feuerungsanlage erzeugten Kohlenstaub abgetrennt wird oder gesondert ermahlen wird.

7. Anordnung zur Verminderung der NO_X-Bildung in mit Kohlenstaub betriebenen Feuerungsanlagen, insbesondere Schmelzkammerfeuerungen, mit einer Vielzahl von Düsen zum Einführen von Zusatzbrennstoff stromab der Hauptverbrennungszone und einer Vielzahl von Luftdüsen stromab der Zusatzbrennstoffdüsen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbrennstoffdüsen (8) in im wesentlichen gleichförmiger Verteilung in einer zur Rauchgasströmung im wesentlichen senkrechten Ebene (7) angeordnet sind und die Luftdüsen (14) in im wesentlichen gleichförmiger Verteilung in einer stromab der ersten Ebene (7) liegenden zweiten Ebene (13) angeordnet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zusatzbrennstoffdüsen (8) sich in Strömungsrichtung der Rauchgasströmung öffnen.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Restluftdüsen (14) sich quer zur Strömungsrichtung der Raurhgasströmung öffnen.

O. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet,
daß sich quer zum Rauchgasstrom ein Brennstoffzuführungsrost (7) mit einer Vielzahl von hohlen Stäben (7a) erstreckt, die mit einer Vielzahl von Brennstoffdüsen (8) versehen sind, und daß sich oberhalb des Brennstoffzuführungsrostes (7) ein Restluftzuführungsrost (13) mit einer Vielzahl von hohlen Stäben (13a) erstreckt, die mit einer Vielzahl von Luftdüsen (14) versehen sind, und daß die Enden der hohlen Stäbe mit einer Zusatzbrennstoffquelle (11) bzw. einer Restluftquelle (17) verbunden sind.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 - 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennstoffdüsen (8) auf der in Strömungsrichtung des Rauchgasstromes gesehen abgewandten Seite eines Stabs (7a) und/oder die Luftdüsen (14) auf minaestens einer der beiden Seitenflächen eines Stabes (13a) vorgesehen sind.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 - 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Stäbe (7a) des Brennstoffzuführungsrostes (7) und die Stäbe (13a) des Restluftzuführungsrostes (13) parallel zueinander erstrecken und in Strömungsrichtung des Rauchgasstromes gesehen die Stäbe des einen Rostes zwischen den Stäben des anderen Rostes liegen.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 - 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stäbe (7a;13a) der Roste aus Rohren (9) aufgebaut sind, die mit dem der Feuerungsanlage zugeordneten Wasser-Dampfkreislauf verbunden (12,11,16) sind.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 - 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den hohlen Stäben (7a) des Brennstoffzuführungsrostes (7) für jede Brennstoffdüse (8) ein Brennstoffzufuhrrohr (10) vorgesehen ist, das mit einer Dickstoffördereinrichtung verbunden ist.

Zeichnung