Wirbelschichtfeuerung

Abstract

 Bei Wirbelschichtfeuerungen mit stationärer Wirbelschicht wird Sekundärluft in den Freiraum (10) über der Wirbel­schicht (6) eingeblasen, um die in dem aufsteigenden Gas noch enthaltenen brennbaren Substanzen auszubrennen. Wich­tig ist dabei die homogene Einmischung der Sekundärluft und die Aufrechterhaltung einer Mindesttemperatur im Frei­raum (10).
Aufwärts gerichtete Sekundärluftdüsen (14) sind injektor­artig in senkrecht angeordnete, über die Fläche der Wir­belschicht (6) verteilte, oben und unten offene Rohrstücke (13) hineingerichtet, die mit ihren unteren Enden in die Wirbelschicht (6) eintauchen und mit ihren oberen Enden in den Freiraum (10) hineinragen. Durch Injektorwirkung wird heißes, körniges Material aus der Wirbelschicht (6) von der Sekundärluft mitgerissen und in den Freiraum (10) geschleudert. Dadurch wird dem Freiraum (10) Wärme zuge­führt. Außerdem wird die Einmischung der Sekundärluft in das aus der Wirbelschicht (6) aufsteigende Gas verbessert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung mit stationärer Wirbelschicht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Bei stationären Wirbelschichtfeuerungen kann es aus ver­schiedenen Gründen vorteilhaft sein, einen Teil der Ver­brennungsluft als Sekundärluft oberhalb der Wirbelschicht zuzuführen. Zum Beispiel besteht eine wirksame Maßnahme zur Minderung des Stickoxidausstoßes darin, die Verbrennung in der Wirbelschicht unter Sauerstoffmangel durchzuführen und das im aufsteigenden Gas enthaltene Kohlenmonoxid unter Se­kundärluftzufuhr über der Wirbelschicht auszubrennen. Ein spezielles Problem bei stationären Wirbelschichtfeuerungen besteht darin, daß der Flugstaub noch brennbare Kohleparti­kel enthält. Je nach Art des Brennstoffes ist das aufstei­gende Gas auch mit flüchtigen, kohlenwasserstoffartigen Be­standteilen beladen. Die brennbaren festen und gasförmigen Substanzen können im Freiraum unter Sekundärluftzufuhr ausgebrannt werden.

[0003] Voraussetzung für einen guten Ausbrand ist eine homogene Vermischung der Sekundärluft mit dem aufsteigenden Gas-­Feststoff-Gemisch. Diese ist wegen der hohen Zähigkeit des heißen Gases nicht leicht zu erreichen. Gemäß EP-A2-157 901 ist im Freiraum eine statische Mischvorrichtung angeordnet. Die Sekundärluftzufuhr kann zum Beispiel durch teils waage­ recht, teils schräg nach unten gerichtete Rohre erfolgen, die zwischen Wirbelschicht und statischer Mischvorrichtung angeordnet sind. Bei einer anderen Ausführungsform ist die statische Mischvorrichtung selber als Sekundärluftzufuhr ausgebildet.

[0004] Gemäß DE-OS 30 03 245 ist über der Wirbelschicht ein Be­ruhigungsraum vorgesehen, der über eine Einschnürung in eine Nachbrennkammer übergeht. Im Bereich der Einschnürung sind in der Wand waagerechte Sekundärluftdüsen angeordnet. Der Beruhigungsraum dient dazu, das Mitreißen von Fest­stoffpartikeln aus der Wirbelschicht weitgehend zu vermei­den. Die Einschnürung wirkt als Mischstrecke für das heiße Gas und die Sekundärluft.

[0005] Um eine sichere Zündung und eine stabile Verbrennung der mitgeführten brennbaren Bestandteile zu gewährleisten, ist es ferner wichtig, im Freiraum eine bestimmte Mindesttempe­ratur aufrecht zu erhalten. Besonders wichtig ist die Einhaltung einer relativ hohen Temperatur, wenn - wie zum Beispiel in der EP-A1-236 686 beschrieben - die Sekundär­luft zwecks nichtkatalytischer Entstickung zusammen mit einem Entstickungsmittel, wie zum Beispiel Ammoniak, zuge­führt wird. Die nichtkatalytische Entstickung findet be­kanntlich nur in einem engen Temperaturbereich statt, wie in der DE-PS 24 11 672 angegeben.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Wirbel­schichtfeuerung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung mit einfachen Mitteln die Zumischung der Sekundärluft zu vergleichmäßigen und die Möglichkeit zu schaffen, die Temperatur im Freiraum durch zusätzliche Wärmezufuhr zu erhöhen.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0008] Die in Anspruch 2 angegebene Variante der Erfindung zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus.

[0009] Das Merkmal des Anspruchs 3 ermöglicht eine gezielte An­passung der Sekundärluftmenge an die Betriebsbedingungen.

[0010] Bei der Variante gemäß Anspruch 4 ist es möglich, Druck und Temperatur der Sekundärluft unabhängig von der Primärluft zu wählen.

[0011] Durch das Merkmal des Anspruchs 5 wird bewirkt, daß die dem Freiraum zugeführte Wärme insbesondere auf den für die Zün­dung wichtigen unteren Bereich konzentriert wird. Die Mischwirkung wird noch verbessert. Außerdem wird einer Staubsträhnenbildung entgegengewirkt.

[0012] Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.

Figur 1 zeigt eine Wirbelschichtfeuerung.

Figur 2 zeigt eine Einzelheit in einem senkrechten Schnitt.

Figur 3 zeigt die gleiche Einzelheit in einer Ansicht von oben.

Figur 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Wirbelschichtfeuerung.

[0013] Die in Figur 1 dargestellte Wirbelschichtfeuerung hat eine Brennkammer mit rechteckigem Grundriß, die von Seitenwänden 1 umschlossen ist. Zwischen ihrem Boden 2 und einem An­strömboden 3 befindet sich ein Luftkasten 4 mit einem An­schlußrohr 5 für die Zuführung von Verbrennungsluft. Der Anströmboden 3 weist zahlreiche Durchlässe für Primärluft auf. Über dem Anströmboden 3 befindet sich die Wirbel­schicht 6, bestehend aus körnigem Inertmaterial, dem im Betrieb eine geringe Menge Brennstoff beigemischt ist, wie zum Beispiel Kohle, Ölschiefer, Schlamm oder zerkleinerte Abfallstoffe. Zum Zuführen des Brennstoffs, gegebenenfalls mit Zuschlagstoff, wie zum Beispiel Kalk, dient eine seit­lich angebrachte Beschickungseinrichtung 7. Unmittelbar über dem Anströmboden 3 ist in einer Seitenwand 1 ein Ascheabzug 8 angeordnet. Über der Oberfläche 9 der Wirbel­schicht 6 befindet sich ein Freiraum 10, der in einen Rauchgaszug 11 übergeht. Der Übergang 12 zwischen Freiraum 10 und Rauchgaszug 11 hat die Form eines umgekehrten Trichters.

[0014] Insoweit entspricht die in Figur 1 dargestellte Wirbel­schichtfeuerung dem Stand der Technik. In weiterer Überein­stimmung mit dem Stand der Technik kann die Wirbelschicht­feuerung zum Beispiel auch mit Wärmetauschern ausgestattet sein, die in die Wirbelschicht eintauchen. Die Wandflächen der Brennkammer können in bekannter Weise ganz oder teil­weise als Wärmeaustauschflächen ausgebildet sein. Diese und andere Einzelheiten gehören nicht zur Erfindung und sind daher in der Zeichnung der Einfachheit halber nicht darge­stellt worden.

[0015] Erfindungsgemäß sind in der Brennkammer mehrere gleichmäßig über die gesamte Fläche der Wirbelschicht verteilte, senk­recht angeordnete, oben und unten offene Rohrstücke 13 mon­tiert. Die Rohrstücke 13 tauchen mit einem Teil ihrer Länge - zum Beispiel etwa zur Hälfte - in die Wirbelschicht 6 ein, so daß sich die unteren Rohrenden zum Beispiel in mittlerer Höhe der Wirbelschicht 6 befinden, in jedem Falle mit Abstand über dem Anströmboden 3. Die oberen Enden ragen in den Freiraum 10 hinein. In jedes Rohrstück 13 ist nach Art eines Injektors eine senkrecht nach oben gerichtete Se­kundärluftdüse 14 hineingerichtet. Diese hat die Form eines Rohres, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der lichte Durchmesser des Rohrstücks 13, so daß zwischen Sekundär­luftdüse 14 und zugehörigem Rohrstück 13 ein Ringspalt be­steht. Die Sekundärluftdüsen 14 sind an dem Anströmboden 3 befestigt und stehen durch koaxiale Bohrungen des Anström­bodens 3 unmittelbar mit dem Luftkasten 4 in Verbindung. Die Sekundärluftdüsen 14 sind mit Stellorganen 15 ausge­stattet, die gemeinsam von außen zu betätigen sind. Sie sind zum Beispiel als heb- und senkbare Ventilkegel ausge­bildet.

[0016] Gemäß Figur 2 und Figur 3 sitzen auf dem freien Ende der Sekundärluftdüse 14 drei radiale, um 120° zueinander ver­setzte Haltebleche 16, an denen das Rohrstück 13 koaxial zur Sekundärluftdüse 14 befestigt ist. Der Außendurchmesser der Sekundärlüftdüse 14 ist etwa halb so groß wie der lichte Durchmesser des Rohrstücks 13. Die Breite des ver­bleibenden Ringspaltes 17 ist ein Vielfaches der maximalen Korngröße des inerten Wirbelschichtmaterials; sie beträgt zum Beispiel 10 bis 25 mm. Die Sekundärluftdüse 14 ragt nur wenig - zum Beispiel 10 bis 25 mm - in das untere Ende des Rohrstücks 13 hinein.

[0017] Im Betrieb ist in bekannter Weise die eingeblasene Primär­luftmenge, die durch die Durchlässe des Anströmbodens 3 in die Wirbelschicht 6 eindringt, so auf die Korngröße des Bettmaterials abgestimmt, daß nur ein geringer Teil des Bettmaterials mit dem aufsteigenden Gas aus der Wirbel­schicht 6 ausgetragen wird. Die Hauptmasse des Bettmate­rials wird in einen flüssigkeitsartigen Zustand versetzt und dabei nur schwach expandiert, so daß zwischen Wirbel­schicht 6 und Freiraum 10 ein sprungartiger Dichteunter­schied besteht, erkennbar als ausgeprägte Oberfläche der Wirbelschicht 6. Hierfür ist die Bezeichnung "stationäre Wirbelschicht" gebräuchlich geworden. Die Asche wird über­wiegend durch den Ascheabzug 8 ausgetragen. Das schließt nicht aus, daß eine geringe Menge an Flugasche vom Gasstrom mitgeführt und nach Abscheidung gegebenenfalls in die Wirbelschicht 6 rezirkuliert wird.

[0018] Ein Teil der zugeführten Luft wird durch die Sekundärluft­düsen 14 und die Rohrstücke 13 als Sekundärluft in den Freiraum 10 eingeblasen. Da - bedingt durch den Druckabfall in der Wirbelschicht - zwischen Luftkasten 4 und Freiraum 10 ein erheblicher Druckunterschied besteht, haben die Se­kundärluftstrahlen eine hohe Geschwindigkeit. Die Menge der Sekundärluft läßt sich mit Hilfe der Stellorgane 15 dosie­ren. Dabei wird durch den zwischen Sekundärluftdüse 14 und Rohrstück 13 bestehenden Ringspalt 17 körniges Wirbel­schichtmaterial mitgerissen und fontäneartig in den Frei­raum 10 geschleudert. Die Sekundärluft heizt sich auf dem Weg durch die Sekundärluftdüse 14 und das Rohrstück 13 durch Wandberührung und durch mitgeführtes Bettmaterial auf und bewirkt im Freiraum 10 eine Temperaturerhöhung. Auch durch das mitgeführte Wirbelschichtmaterial wird dem Frei­raum Wärme zugeführt. Die Wärmeübertragung zwischen den in die Wirbelschicht zurückfallenden Körnern und dem aufstei­genden Gasstrom ist wegen der hohen Relativgeschwindigkeit besonders intensiv. Die aufwärts und abwärts fliegenden Partikel erzeugen im Freiraum 10 eine Rührwirkung, die die homogene Einmischung der Sekundärluft in den aufsteigenden Gasstrom fördert.

[0019] Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sekundärluftdüsen 14 an eine separate Luftzufuhr angeschlossen. Diese ist als Verteilerrohr 18 ausgebildet, das mit einem Stellorgan 19 ausgestattet ist.

[0020] Mit Abstand über den oberen Enden der Rohrstücke 13 sind Prallvorrichtungen 20 angebracht. Diese sind durch nicht dargestellte einfache Befestigungsmittel - zum Beispiel ähnlich den in Figur 2 und Figur 3 erkennbaren Halteblechen 16 - mit den Rohrstücken 13 verbunden. Im übrigen stimmt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 mit dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel überein.

Ansprüche

1. Wirbelschichtfeuerung mit stationärer Wirbelschicht,
mit einem Anströmboden, der zahlreiche Durchlässe für Primärluft aufweist,
mit einem Luftkasten unter dem Anströmboden,
mit einem Freiraum über der Wirbelschicht
und mit Einrichtungen zum Zuführen von Sekundärluft in den Freiraum,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere über die Fläche der Wirbelschicht (6) verteilte, oben und unten offene, senkrecht angeordnete Rohrstücke (13) mit ihren unteren Enden in die Wirbelschicht (6) eintauchen und mit ihren oberen Enden in den Freiraum (10) hineinragen und daß in jedes Rohrstück (13) eine aufwärts gerichtete Sekun­därluftdüse (14) injektorartig hineingerichtet ist.

2. Wirbelbettfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Sekundärluftdüsen (14) durch Boh­rungen des Anströmbodens (3) unmittelbar mit dem Luftkasten (4) in Verbindung stehen.

3. Wirbelbettfeuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftdüsen (14) mit Stellorganen (15) ausgestattet sind.

4. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftdüsen (14) an eine separate Luftzufuhr (18) angeschlossen sind.

5. Wirbelschichtfeuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß über den oberen Enden der Rohrstücke (13) Prallvorrichtungen (20) angebracht sind.

Zeichnung