(57) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung minderwertiger Brennstoffe,
insbesondere auf Braunkohlenbasis. Das Verfahren wird ohne Veränderung an den jeweils
vorhandenen, vorher verwendeten Hochdruckdampferzeugern eingesetzt.
Es besteht die Aufgabe, minderwertige Brennstoffe in herkömmlichen Hochdruckdampferzeugern
unter Verwendung entsprechender Vorfeuerungen nach dem Prinzip der Schwelgasnachverbrennung
zu verbrennen, wobei die Schweigasverbrennung weitestgehend im Dampferzeuger stattfindet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brennstoffe bei geregelter
Zuführung von primärer Verbrennungsluft verschwelen. Dazu wird zunächst in der Vorfeuerung
eine reduzierend wirkende Atmosphäre erzeugt. Danach erfolgt die Beschleunigung der
einzelnen Schwelgasströme in Flammenrohren und ihre Verwirbelung mit Sekundärluft
beim Eintritt in den Hochdruckdampferzeuger.
Anwendungsgebiet der Erfindung
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung minderwertiger Brennstoffe,
insbesondere auf Braunkohlenbasis. Die Verbrennung erfolgt zur Hochdruckdampferzeugung
unter Anwendung des Prinzips der Vorfeuerung und der Schwelgasverbrennung zur Substitution
der bisher eingesetzten hochwertigen fossilen Energieträger. Das Verfahren wird ohne
Veränderung an den jeweils vorhandenen, vorher verwendeten Hochdruckdampferzeugern
eingesetzt.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
[0002] Die Verbrennung von minderwertigen Brennstoffen erfolgt nach dem Prinzip der Vorfeuerung
und der Schwelgasverbrennung. Dazu werden mehrere, bspw. drei, Vorfeuerungen mit gleicher
Funktion parallel betrieben. Der Vorfeuerung wird während der Verschwelung ungesteuert
Primärluft zugeführt.
[0003] Der Brennstoff wird von oben in die Vorfeuerung gegeben und mit einer Befeuchtungsanlage
befeuchtet. In einem oberhalb bzw, seitlich vom Rost angeordneten Flammenrohr erfolgt
die Verschwelung des Brennstoffes bei gleichzeitiger Entzündung der Schwelgase. Für
eine effektive Betreibung des Hochdruckkessels sind mehrere Vorfeuerungen notwendig.
Die heißen Rauch- und Schwelgase werden nach dem Passieren des Flammenrohres einzeln
einem Rauch- bzw. Schwelgassammelkanal zugeführt. In diesem Sammelkanal werden die
Schwelgase aller parallel geschalteten Vorfeuerungen zusammengeführt. Ober den Schwelgassammelkanal
erfolgt auch die Zuführung von Sekundärluft. Das Restschwelgas vermischt mit der Sekundärluft
und Rauchgasen wird über eine Drallrosette in den eigentlichen Hochdruckdampferzeuger,
bspw. einem Zweizugkessel, eingeleitet. In diesem Kessel erfolgt die Verbrennung der
noch nicht im Flammenrohr verbrannten Schwelgase. Im Flammenrohr der Vorfeuerung erfolgt
gleichzeitig ein Wärmeaustausch (Wasserkühlung). Die Kühlkreisläufe der Flammenrohre
können parallel geschaltet und wasserseitig über entsprechende Zuleitungen und dampfseitig
über entsprechende Ableitungen in den Kesselkreislauf des Dampferzeugers eingebunden
sein.
[0004] Zur Aufrechterhaltung und Steuerung der Verschwelung bzw. der Verbrennung ist hinter
dem Dampferzeuger ein Zwangslüfter eingefügt sowie eine By-Pass-Regelung vorgesehen.
Das Verfahren gestattet zwar die Verbrennung der genannten minderwertigen Brennstoffe,
die Energieausbeute entspricht jedoch nicht der Ausbeute, die aufgrund der Heizwerte
der eingesetzten Brennstoffe zu erwarten wäre. Beim angegebenen Verfahren erfolgt
die Verbrennung der erzeugten Schwelgase bereits zu mindestens einem Drittel in der
Vorfeuerung bzw. in dem nachgeschalteten Flammenrohr. Dies führt zu einem relativ
hohen Mehrverbrauch an Brennstoffen im Verhältnis zur Leistung im Dampferzeuger. Ein
weiterer Nachteil des angegebenen Verfahrens besteht in einer schlecht regelbaren
und damit spontanen Verschwelung bzw. Verbrennung sowohl in der Vorfeuerung als auch
im eigentlichen Dampferzeuger. Zur Beseitigung dieser Nachteile sind in der Vergangenheit
überdimensionale Vorfeuerungen mit erhöhten Investitionskosten eingesetzt worden.
Ziel der Erfindung
[0005] Es besteht das Ziel, ein Verfahren anzugeben, mit dem die optimale Verbrennung minderwertiger
Brennstoffe in herkömmlichen Hochdnckdampferzeugern möglich ist, die bisher mit hochwertigen
fossilen Brennstoffen betrieben wurden.
Darlegung des Wesens der Erfindung
[0006] Es besteht die Aufgabe, minderwertige Brennstoffe in herkömmlichen Hochdruckdampferzeugern
unter Verwendung entsprechender Vorfeuerungen nach dem Prinzip der Schwelgasnachverbrennung
zu verbrennen, wobei die Schwelgasnachverbrennung weitestgehend im Dampferzeuger stattfindet.
[0007] Gemäß der Erfindung erfolgt zunächst die Verschwelung der minderwertigen Brennstoffe
in vorrangig mehreren parallel geschalteten Vorfeuerungen mit gleichem Aufbau, unabhängig
voneinander, wobei der Betrieb aller vorhandenen Vorfeuerungen möglich aber nicht
notwendig ist. In ihnen wird dazu jeweils eine bezüglich der Verbrennung reduzierend
wirkende Atmosphäre erzeugt. Dies wird erfindungsgemäß durch die geregelte Primärluftzuführung,
durch einen dem Hochdruckkessel nachgeschalteten Saugzug sowie durch eine Erhöhung
der Strömungsgeschwindigkeit im Flammenrohr realisiert. Die Zuführung der primären
Verbrennungsluft erfolgt geregelt von unten durch das Glutbett der Vorfeuerung. Dazu
ist der unterhalb des Rostes befindliche Freiraum gegenüber der Außenatmosphäre abgedichtet.
Der Schwelprozeß wird außerdem durch eine veränderbare Rosthöhe beeinflußt. Zur Anpassung
an die Lastzustände des Hochdruckkessels ist eine Glutbetterhöhung bzw. Absenkung
in Verbindung mit der Primärhft-und Saugzugregelung vorgesehen.
[0008] Oberhalb des Glutbettes und mit seitlichem Abgang befindet sich das Flammenrohr,
in dem die Schwelgase gemäß der Erfindung unter Zuführung von sekundärer Verbrennungsluft
beschleunigt werden, ohne daß hier bereits eine Entzündung bzw. Verbrennung der Schwelgase
stattfindet. Dabei beträgt die Geschwindigkeit des Schwelgases am Ende des Flammenrohres
12 bis 18 m/s bei einer Temperatur von 1000 °C gegenüber einer Geschwindigkeit von
8 bis 12 m/s und 850
0C am Anfang des Flammenrohres. Die Flammenrohre der einzelnen Vorfeuerungen werden
vor dem Eintritt in den Kessel in geeigneter Weise zusammengeführt. Erfindungsgemäß
werden die beschleunigten Schwelgasströme getrennt in den Hochdruckkessel geführt
und unmittelbar nach dem Eintritt in den Kessel mit sekundärer Verbrennungsluft verwirbelt.
Dazu erfolgt unmittelbar vor dem Eintritt der gebündelten Flammenrohre in den Hochdruckdampfkessel
eine tangentiale Zuführung von Sekundärluft, die zunächst die gebündelten Flammenrohre
umströmt, sich dabei erwärmt und dann mit dem Schwelgas durch Verwirbelung vermischt.
[0009] Gemäß der Erfindung erfolgt die Entflammung des Schwelgases erst unmittelbar vor
dem Kesseleintritt bzw. die Entflammung wird durch die Zweitluftzuführung und die
Beschleunigung im Flammenrohr entsprechend verzögerte Die vollständige Verbrennung
erfolgt danach im Hochdruckdampfkessel, der ausgangsseitig mit einem Zwangslüfter
und einer By-Pass-Regelung versehen sein kann.
[0010] Die Durchführung des Verfahrens sichert die Trennung von Verschwelung und Verbrennung
der Schwelgase und verlagert die Verbrennung hauptsächlich in den Bereich des Hochdruckdampfkessels.
Dadurch wird es möglich, bei gleicher Leistungsabgabe des Hochdruckdampfkessels die
Verbrennung hochwertiger fossiler Brennstoffe abzulösen und den Einsatz minderwertiger
Brennstoffe vorzunehmen.
Ausführungsbeispiel
[0011] Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.
[0012] Einem herkömmlichen Hochdruckdampfkessel, wie er zur Verbrennung von hochwertigen
fossilen Brennstoffen verwendet wird, sind drei Vorfeuerungen vorangestellt und ein
Sauglüfter nachgeschaltet.
[0013] Jede Vorfeuerung ist mit einem absenkbaren Drehrost versehen, über dem seitlich ein
Flammenrohr nach außen zum Hochdruckdampfkessel geführt wird. Der auf dem jeweiligen
Drehrost befindliche minderwertige Brennstoff wird verschwelt. Dazu wird in den Vorfeuerungen
eine reduzierend wirkende Atmosphäre durch Primärluftzuführung, durch einen dem Kessel
nachgeschalteten Saugzug und durch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der
Schwelgase in den Hammenrohren erzeugt. Das Drehrost in den Vorfeuerungen wird zur
Anpassung an die Lastzustände des Kessels abgesenkt bzw. angehoben (variable Glutbetterhöhung).
Diese Variierung der Glutbetthöhe erfolgt in Verbindung mit einer Regelung der Primärluftzuführung
und des Saugzuges. Die in den Vorfeuerungen erzeugten Schwelgase werden in den nachfolgenden
Flammenrohren beschleunigt. Dazu erfolgt die Zuführung sekundärer Verbrennungsluft.
Die Geschwindigkeit des Schwelgases beträgt bei Eintritt in das jeweilige Flammenrohr
ca. 10 m/s und beim Austritt ca. 15 m/s. Dabei erfolgt eine Temperaturerhöhung von
ca. 850 °C auf über 1000 °C. Vor-Eintritt der Flammenrohre werden diese in geeigneter
Weise zusammengeführt. Sekundäre Verbrennungsluft wird tangential so zugeführt, daß
sie zunächst die Flammenrohre umströmt und sich dabei erwärmt. Beim Eintritt der Flammenrohre
in den Hochdruckdampfkessel werden die drei Schwelgasströme mit der erwärmten Sekundärluft
verwirbelt. Gleichzeitig erfolgt die Entflammung des Schwelgas-Luft-Gemisches. Die
Verbrennung erfolgt im Hochdruckdampfkessel.
Verfahren zur Verbrennung von minderwertigen Brennstoffen zur Hochdruckdampferzeugung
nach der Methode der Schwelgasverbrennung und unter Verwendung ein oder mehrerer parallel
geschalteter Vorfeuerungen und eines herkömmlichen Hochdruckdampferzeugers, gekennzeichnet
durch folgende Verfahrensschritte
- Erzeugen einer reduzierend wirkenden Atmosphäre in der Vorfeuerung
- Verschwelen der Brennstoffe bei geregelter Zuführung von sekundärer Verbrennungsluft
- Beschleunigen der Schwelgasströme unter Zuführung von sekundärer Verbrennungsluft
- Verwirbeln der Schwelgasströme nach dem Eintritt in den Hochdruckdampfkessel untereinander
und mit sekundärer Verbrennungsluft durch tangentiale Luftzufuhr unmittelbar vor der
Zusammenführung der Schwelgasströme bei gleichzeitiger Entflammung des Schwelgasluftgemisches.