Wirbelschichtfeuerung mit Tauchheizflächen

Abstract

 Nach der Erfindung wird ein Erosionsschutz von Tauchheizflächen, die in das Wirbeibettvon Wirbelschichtfeuerungen eingetaucht sind, durch strömungsbrechende Schikanen an den Tauchheizflächen erreicht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung zur Dampf-und/oder Heißwasser- und/oder Heißlufterzeugung mit in der Wirbelschicht angeordneten Tauchheizflächen.

[0002] In der Uirbelschichtfeuerung wird Kohle, vermischt mit feinkörnigen Sand-, Kalk- und Aschepartikeln im Schwebezustand verbrannt. Der Kessel hat eine oder mehrere Wirbelzellen. Die Verbrennungsluft wird über einen Düsenboden in die Zelle eingeführt und versetzt hier das Material in eine wirbelnde Bewegung. In das Wirbelbett tauchen Dampf- oder Heißwasserrohre ein, die bis zu 50 % der eingebrachten Wärme aufnehmen und dadurch die Bett-Temperatur tief halten. Dank der Wirbelbewegung ist der Wärmeübergang auf diese Rohre sehr hoch. Ober dem Wirbelbett befindet sich ein Freiraum, welcher der Nachverbrennung dient. Vom Freiraum gelangen die Rauchgase in einen Konvektionsteil wie bei einem Kessel üblicher Bauart.

[0003] Die Verbrennungstemperatur liegt zwischen 800 und 900°C. Bei dieser Temperatur verbindet sich der in der Kohle enthaltene Schwefel mit Kalkstein. Dabei entsteht ein trockenes, inertes Abfallprodukt (vorwiegend Gips) das zusammen mit der Asche abgelagert werden kann. Durch diesen Vorgang werden 80 bis 90 % des in der Kohle enthaltenen Schwefels gebunden. Außerdem sind infolge der niedrigen Verbrennungstemperaturen auch die NO_x-Emissionen stark verringert. Die Umweltbelastung mit gasförmigen Schadstoffen ist bei der Wirbelschichtfeuerung wesentlich niedriger als bei anderen Feuerungsarten. Die staubförmigen Stoffe werden in einem Zyklonabscheider mit nachgeschaltetem Tuchfilter zurückgehalten. Ein weiterer Vorteil der Wirbelschichtfeuerung besteht darin, daß Kohle verschiedenster Qualität, auch solche mit hohem Aschegehalt, sich problemlos verbrennen läßt.

[0004] Ein Nachteil der Wirbelschichtfeuerung ist die niedrige Kesselleistung pro Volumeneinheit. Das gilt für atmosphärischen Kesselbetrieb. Die derzeitige Entwicklung geht dahin, eine Leistungssteigerungdurch sogenannten druckaufgeladenen Wirbelschichtbetrieb oder aber mit Hilfe einer zirkulierenden Wirbelschicht herbeizuführen. Die druckaufgeladene Wirbelschicht wird im Unterschied zur atmosphärischen Wirbelschicht mit wesentlichem überdruck gegenüber der Atmosphäre gefahren. Bei der druckaufgeladenen Wirbelschicht verstärkt sich das bei atmosphärischen Wirbelschichten bekannte Problem der sogenannten Blasenbildung. Im Wirbelbett steigen Blasen auf, die das Wirbelbett erheblich stören. Die aufsteigenden Blasen verursachen u. a. ein unerwünschtes Hochschleudern der Feststoffpartikel aus dem Wirbelbett über die Zone der Nachverbrennung hinaus in die nachgeschalteten Filter.

[0005] In Kenntnis der Problematik eines unerwünschten Austragens von Feststoffpartikeln aus dem Wirbelbett geht die zirkulierende Wirbelschicht nicht den Weg, das Austragen zu verhindern, sondern fördert das Austragen. Es wird jedoch zugleich ein Recycling unverbrannter Feststoffpartikel gesichert. D.h. die Feststoffpartikel werden in wirbelnder Bewegung im Kreis geführt.

[0006] Bei atmosphärischen Wirbelschichten ist es aus der DE-OS 3101942 bekannt, die angesprochenen Gasblasen durch jalousieartige Einbauten zumindest teilweise zu vermeiden. Die Einbauten bestehen aus Lamellen, die waagerecht stehen oder nach unten zum tiefsten Punkt der Feuerungswand geneigt sind. Mit den jalousieartigen Einbauten wird die Wirbelschichtströmung gelenkt. Nicht verhindert wird mit diesen Einbauten eine wie auch bei anderen Wirbelschichtanlagen auftretende Erosion der Tauchheizflächen. Diese Erosion resultiert aus der Reibung der Feststoffpartikel an den in die Wirbelschicht eingetauchten Heizflächen.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Erosionen zu verringern.

[0008] Nach der Erfirdung wird das dadurch erreicht, daß an den Tauchheizflächen strömungsbrechende Schikanen angeordnet sind, Im Unterschied zu den strömungsleitenden jalousieartigen bekannten Einbauten, die die Strömung fördern, beeinträchtigen die erfindungsgemäßen Schikanen die Strömung an den Tauchheizflächen. D.h. die Partikelgeschwindigkeit an den Tauchheizflächen wird erheblich verringert, während an den erfindungsgemäßen Schikanen eine. intensive Verwirbelung entsteht, die einen vorzüglichen Wärmeübergang auf die Schickanen und über die Schikanen auf die Tauchheizflächen sicherstellt. Dementsprechend sind die Tauchheizflächen in an sich bekannter Weise mit den Schikanen verbunden.

[0009] Als erfindungsgemäße Schikanen sind vorzugsweise Stifte oder Flossen vorgesehen . Die Flossen sind am Umfang der Tauchheizflächen verteilt angeordnet und erstrecken sich in Längsrichtung der Tauchheizflächen. Auf rohrartige Tauchheizflächen angewendet heißt das, die Flossen erstrecken sich nach Möglichkeit über die Gesamtlänge der Rohre.

[0010] Die Flossen besitzen mindestens eine Steghöhe von 5 mm. Vorzugsweise sind mindestens 3 Flossen am Umfang der Tauchheizflächen verteilt angeordnet.

[0011] Bei Verwendung von Stiften als erfindungsgemäße, strömungsbrechende Schikanen weisen die Stifte eine Länge von mindestens 10 mm auf und sind mindestens 850 Stifte pro m² angeordnet. Der Stiftdurchmesser beträgt mindestens 5 mm.

[0012] In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt:

Fig. 1 bis 3 zeigen die Rohre als Tauchheizflächen mit Stiften.

Fig. 2 und 3 zeigen Kühlrohre als Tauchheizflächen mit Flossenrohren.

[0013] In Fig. 1 ist ein bestiftes Kühlrohr 1 schematisch dargestellt. Das Kühlrohr 1 ist Teil eines in das Wirbelbett einer Wirbelschichtverbrennungsanlage für Kohle eingetauchten Wärmetauschers. Das Kühlrohr 1 besitzt einen äußeren Durchmesser von 57 mm bei 6,3 mm Wandstärke und ist am Umfang mit Stiften 2 versehen. Die Stifte 2 sind am Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet. Jeweils sind 8 Stifte in einer Ebene angeordnet. Zwei benachbarte Ebenen sind - wie die Fig. 1 und 1b anhand von Schnitten entlang der Linien A-A und B-B zeigen - um 22,5° versetzt zueinander angeordnet. In jeder Ebene sind die Stifte 2 jeweils um 45° versetzt zueinander angeordnet. Der Durchmesser der Stifte beträgt im Ausführungsbeispiel 10 mm, ihre Länge 15 mm. Die aus Fig. 1 bis 1b ersichtliche Anordnung der Stifte setzt sich über die gesamte in das Wirbelbett eingetauchte Rohrlänge fort.

[0014] Der Abstand der einzelnen Stiftreihen ist so gewählt, daß eine einwandfreie Schweißverbindung gewährleistet ist.

[0015] Durch die beschriebene Anordnung der Stifte auf der äußeren im Wirbelbett-inventar liegenden Oberfläche wird die Randströmung im fluidisierten Zustand so beeinflußt, daß die mechanische Hauptbeanspruchung durch das Wirbelbettinventar an den Stiften wirkt und von der Rohroberfläche abgehalten wird.

[0016] Nach Fig. 2 sind an einem Kühlrohr 3 mit gleichen Abmessungen wie das Kühlrohr 1 unter einem Winkel von 45° zur Vertikalen und Abstand von 90° zueinander versetzt Flossen 4 mit 5 mm Breite und 10 mm Höhe so am Umfang angeordnet, daß die von unten kommende Strömung so abgelenkt wird, daß die mechanische Hauptbeanspruchung durch das Wirbelbettinventar an den Flossen angreift und von der Rohroberfläche abgehalten wird. Nach Fig. 3 sind an einem Kühlrohr 5 mit gleichen Abmessungen wie das Kühlrohr 1 drei Flossen 6 vorgesehen. Die Flossen 6 befinden sich jedoch an dem der Strömung zugekehrten Teil des Kühlrohrumfanges. Dabei liegt die eine Flosse 6 im Staupunkt, die beiden anderen sind jeweils links und rechts dvaon und in einem Winkel von 60° angebracht. Die Strömungsrichtung der gegen das Kühlrohr 5 strömenden Partikel ist in Fig 3 mit 7 bezeichnet. Die Strömungsrichtung ist identisch mit der Strömungsrichtung in den anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung.

[0017] Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 stellt sich eine Ablenkung der Partikelströmung von der Rohroberfläche ein, wodurch die Rohroberfläche vor Erosion geschützt wird.

[0018] In Abwandlung der gezeigten Ausführungsbeispiele können Flossen mit anderen Abmessungen und/oder anderen Winkeln auf das Rohr aufgeschweißt werden.

[0019] Vorteilhafterweise vergrößern die auf die Kühlrohre 1, 3 oder 5 aufgeschweißten Stifte oder Flossen die am Wärmeaustausch beteiligte Oberfläche.Um einen entsprechenden Betrag kann die Anzahl der Tauchheizflächenrohre reduziert werden.

[0020] Die erfindungsgemäßen Tauchheizflächen sind für atmosphärische, zirkulierende oder auch druckaufgeladene Wirbelschichtfeuerung geeignet.

Ansprüche

1. Wirbelschichtfeuerungen zur Dampf- und/oder Heißwasser- und/ oder Heißlufterzeugung mit in der Wirbelschicht angeordneten Tauchheizflächen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Tauchheizflächen strömungsbrechende Schikanen angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Stifte (2) oder Flossen (4, 6)

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flossen (4, 6) mindestens eine Steghöhe von 5 mm aufweisen und mindestens 3 Flossen am Umfang der Tauchheizflächen verteilt angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (2) mindestens eine Länge von 10 mm aufweisen und mindestens 10 Stifte/m angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Stiftdicken von mindestens 5 mm

Zeichnung