Wirbelschichtfeuerung mit Tauchheizflächen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung zur Dampf- und/oder Heißwasser- und/oder Heißlufterzeugung mit in der Wirbelschicht horizontal angeordneten Tauchheizflächen, die mit strömungsbrechenden Schikanen versehen sind.

[0002] In der Wirbelschichtfeuerung 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. Über 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_xEmissionen 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 Leistungssteigerung durch 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-A-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] Zwar sind aus der US-A-4 124 068 Wärmetauscherrohre für Wirbelschichtfeuerungen bekannt, die horizontal in der Wirbelschichtfeuerung angeordnet sind und an der Außenseite Flossen aufweisen. Die Verwendung von Flossen an Wärmetauscherrohren ist im Dampfkesselbau seit langem bekannt. Die Flossen haben die Aufgabe, die Wärmeübertragung zu verbessern. Deshalb kann der US-A-4 124 068 der Hinweis entnommen werden, die Wärmeübertragung zu verbessern.

[0008] Auf der anderen Seite können die horizontal verlaufenden Flossen der bekannten Vorrichtung strömungstechnisch erhebliche Schwierigkeiten im Wirbelbett verursachen. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß Wirbelschichtfeuerungen aus sich heraus bereits zur Instabilität neigen. Dies wird zum Teil an der sogenannten Blasenbildung deutlich. Unter Blasen werden plötzlich entstehende Aufwölbungen des Wirbelbetts verstanden, bei denen die im Wirbelbett getragenen Partikel plötzlich in einem wesentlichen Teil des Wirbelbetts über die vorgesehene Betthöhe hinausgetragen werden und dann mit entsprechender Geschwindigkeit zurückfallen und durch das Wirbelbett nach unten schlagen.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schikanen so zu gestalten, daß eine intensive Verwirbelung entsteht, die einen vorzüglichen Wärmeübergang auf die Schikanen und über die Schikanen auf die Tauchheizflächen sicherstellt.

[0010] Nach der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die strömungsbrechenden Schikanen an den Flossen durch Stifte gebildet werden, die mindestens eine Länge von 10 mm aufweisen, wobei mindestens 10 Stifte pro m² vorgesehen sind. Diese Stifte bilden zwar auch Prallflächen, jedoch sind die Prallrichtungen um 90^c versetzt zu den durchgehenden Flossen. Zwischen den Stiften ist ausreichender Durchgang für Partikel und Rauchgas.

[0011] Der Stiftdurchmesser beträgt mindestens 5 mm.

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

[0013] Fig. 1 bis 1 b zeigen die Rohre als Tauchheizflächen mit Stiften.

[0014] 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 Umfanggleichmäßig 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 1 ersichtliche Anordnung der Stifte setzt sich über die gesamte in das Wirbelbett eingetauchte Rohrlänge fort.

[0015] Der Abstand der einzelnen Stiftreihen ist so gewählt, daß eine einwandfreie Schweißverbindung gewährleistet ist.

[0016] Durch die beschriebene Anordnung der Stifte auf der äußeren im Wirbelbettinventar liegenden Oberfläche wird die Randstromung im fluidisierten Zustand so beeinflußt, daß die mechanische Hauptbeanspruchung durch das Wirbelbettinventar an den Stiften wirkt und von der Rohroberfläche abgehalten wird.

[0017] Vorteilhafterweise vergrößern die auf die Kühlrohre 1 aufgeschweißten Stifte die am Wärmeaustausch beteiligte Oberfläche. Um einen entsprechenden Betrag kann die Anzahl der Tauchheizflächenrohre reduziert werden.

[0018] Die erfindungsgemäßen Tauchheizflächen sind für atmosphärische, zirkulierende oder auch druckaufgeladene Wirbelschichtfeuerung geeignet.

Ansprüche

1. Wirbelschichtfeuerung zur Dampf- und/oder Heißwasser- und/oder Heißlufterzeugung mit in der Wirbelschicht horizontal angeordneten Tauchheizflächen, die mit strömungsbrechenden Schikanen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schikanen durch Stifte (2) gebildet werden, die mindestens eine Länge von 10 mm aufweisen, wobei mindestens 10 Stifte pro Quadratmeter vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Stiftdicken von mindestens 5 mm.

Claims

1. Fluidized bed combustion for the production of steam and/or hot water and/or hot air, comprising immersion heating surfaces disposed horizontally in the fluidized bed, which surfaces are furnished with flow-interrupting chicanes, characterized in that the chicanes are formed of studs (2), which have a length of at least 10 mm, at least 10 studs being provided per square metre.

2. Apparatus according to Claim 1, characterized by stud thicknesses of at least 5 mm.

Revendications

1. Installation de chauffe à lit fluidisé destinée à la production de vapeur et/ou d'eau chaude et/ou d'air chaud, comprenant des surfaces de chauffe immergées qui sont agencées horizontalement dans le lit fluidisé et qui sont pourvues de chicanes déviant l'écoulement, caractérisée en ce que les chicanes sont formées par des pointes (2), qui présentent au moins une longueur de 10 mm, au moins dix pointes par m² étant prévues.

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par des épaisseurs de pointe d'au moins 5 mm.

Zeichnung