DE19732219C2 - Verfahren zum Betreiben eines kohlenstaubbefeuerten Dampferzeugers sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines kohlenstaubbefeuerten Dampferzeugers, bei welchem das erzeugte Rauchgas in einem Wärmetauscher abgekühlt und die Primärluft sowie Sekundärluft erwärmt, die Kohle in einer Mahlanlage feingemahlen und unter Verwendung eines Traggases dem Dampferzeuger zugeführt wird, welches aus einem sauerstoffhaltigen rezirkulier­ tem Rauchgas und erwärmter Primärluft gebildet wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Verfeuerung von staubförmigem, hochflüchtigem Brennstoff wie Trockenbraunkohle ist durch Druckschrift "Verfahrenstechnische und konstruktive Auslegung moderner Braunkohle- Dampferzeuger" aus VGB-Kraftwerkstechnik 75 (1995), Heft 9, Seiten 763-770, bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird Trockenbraunkohle, die aus einem Trocknungsprozess kommt und noch recht grob ist, in Mahlanlagen, z. B. Schüsselmühlen, aufgemahlen und weiter getrocknet und anschließend direkt den Kohlenstaubbrennern zugeführt und in der Brennkammer eines Dampferzeugers verfeuert.

Wegen des hohen Flüchtigengehaltes der Trockenbraunkohle oder anderer hochflüchtiger Brenn­ stoffe ist dabei eine Inertisierung der Mahlanlage auf weniger als 12 Vol. % Sauerstoff notwendig. Diese wird mittels einer Rauchgasrezirkulation realisiert. Das Rauchgas kann dabei als Kaltgas dem Rauchgaskanal entnommen werden und zusammen mit vorgewärmter Primärluft dem Mahl- und Feuerungssystem zugeführt werden.

Während des Anfahrbetriebes des Dampferzeugers muß die Brennkammer und alle nachge­ schalteten Dampferzeugerkomponenten durch Anfahrbrenner und mittels Fremdenergie bzw. Fremdbrennstoffen aufgeheizt werden. Das Mahl- und Feuerungssystem kann dabei so lange nicht in Betrieb genommen werden, bis sichergestellt ist, daß das aus Kaltgas und Primärluft zu­ sammengesetzte Mühlentraggas eine ausreichende Mühlenvorwärmtemperatur besitzt und eine inerte Fahrweise der Mühle gegeben ist. Nachteilig zeigt sich hierbei, daß für den Anfahrbetrieb leistungsstarke Anfahrbrenner in der Brennkammer vorgesehen werden müssen, daß die Aufhei­ zung von Brennkammer, Nachschaltheizflächen, Luvo und Filter nur sehr langsam vor sich geht und für die Anfahrbrenner während dieser Anfahrphase eine nicht unerhebliche Menge an energe­ tisch wertvollem Fremdbrennstoff verbraucht wird.

Die Erfahrung mit vorhandenen Braunkohle-Feuerungen hat ferner gezeigt, daß im gesamten Lastbereich das Mühlentraggas einen Mindestsauerstoffgehalt von ca. 5% nicht unterschreiten sollte, damit es aufgrund des geringen O₂-Gehaltes nicht zu Zündinstabilitäten der Brenner kommt.

Die bisher eingesetzten Braunkohle-Schlagradmühlen erzeugen verfahrensbedingt einen Unter­ druck der Mahlanlage, so daß z. T. erhebliche Falschluftmengen in die Mahlanlage eindringen und ein Absinken des O₂-Gehaltes im Mühlentraggas unter 5% nicht auftritt.

Bei Einsatz von Trockenbraunkohle dagegen werden Schüssel- oder Walzenmühlen kombiniert mit einem direkten Feuerungssystem eingesetzt, wodurch die Mahlanlage im Überdruck betrieben wird und somit keine Falschluftzufuhr auftritt. Ein nachteiliges Absinken des O₂-Gehaltes im Müh­ lentraggas auf unter 5% mit der Gefahr von Flammeninstabilitäten könnte somit im Lastbetrieb auftreten.

Durch die Druckschrift "Inerte Mahltrocknung fester Brennstoffe bei den Rheinischen Braunkoh­ lenwerken" aus Braunkohle - Heft 9 - Sept. 1981 ist ein Verfahren zur Herstellung von getrockne­ tem Kohlenstaub bekannt geworden.

Bei diesem bekannten Verfahren zur Mahltrocknung fester Brennstoffe wird im Gegensatz zu den vorgenannten Verfahren der mahlgetrocknete Brennstoff nicht einer Feuerung zugeführt, sondern in Fertiggutsilos gespeichert. Anschließend kann der staubförmige Brennstoff einer weiteren Ver­ wendung zugeführt werden. Somit ergibt sich bei der bloßen Bereitstellung von staubförmigem Brennstoff in Fertiggutsilos gegenüber der Bereitstellung von staubförmigem Brennstoff zur um­ gehenden Verfeuerung in einer Brennkammer ein stark voneinander abweichendes Prozessver­ fahren, da bei der umgehenden Verfeuerung des Brennstaubes die Mahlanlage in der Feuerungs­ anlage integriert ist und das für die Mahltrocknung und als Trägergas benötigte Prozessgas auch aus der Feuerung herangezogen wird.

Bei der bloßen Bereitstellung von staubförmigem Brennstoff muß mangels vorhandener Verbren­ nungsgase (Rauchgase) aus der Feuerung ein eigener Heißgaserzeuger im Mahltrocknungspro­ zess installiert werden, um die Kohle unter den erforderlichen inerten Bedingungen in der Mühle trocknen zu können.

Nachteilig zeigt sich im Vergleich zu einem in ein Feuerungssystem eingebundenes Mahltrock­ nungssystem die zusätzlich benötigte Ausrüstung, wie z. B. Heißgaserzeuger, Zyklon, Gebläse nach Mühle, Filter und diverse Silos und der Verbrauch von energetisch wertvollem Brennstoff zur Erzeugung von Verbrennungsgasen als inerte Trocknungsgase. Als nachteilig zeigt sich ferner, daß wegen der hohen Heißgastemperatur von ca. 750°C Kaltgas (Mischgas) und staub­ beladenes Rückgas dem Heißgas vor der Mühle zugemischt werden muß und somit die Mühle und das nachgeschaltete Gebläse mit einem staubbeladenem, d. h. erosivem Trocknungsgas be­ aufschlagt werden.

Es ist mit diesem bekannten Mahltrocknungsverfahren auch nicht sinnvoll, den aufbereiteten Brennstaub direkt über Brenner in einer Brennkammer zu verfeuern, da bei einer derart komple­ xen Mahltrocknungsanlage weitere Komponenten, wie z. B. ein Brennstaub-Fördergebläse, von­ nöten wären, die die Wirtschaftlichkeit einer derartigen Anlage vermindern.

Durch Druckschrift AT 385 836 B ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung und Inerti­ sierung von Brennstoffen und brennbaren Mahlmaterialein mittels Rauchgas in Mühlen bekannt geworden. Zur Vermeidung von Erosionsproblemen, die durch das aschehaltige Rauchgas an den absaugenden Gebläsen bzw. selbstansaugenden Mühlen verursacht werden, ist vorgeschlagen worden, das Rauchgas zur Trocknung und Inertisierung des Mahlgutes erst einer Rauchgasreini­ gungsanlage und anschließend einer Mühle zuzuführen. Vor Einleitung in die Mühle wird das be­ reits durch den LUVO abgekühlte Rauchgas in einem Rauchgasvorwärmer erwärmt.

Die Druckschrift DE AS 10 10 221 offenbart eine Einrichtung zur Erwärmung der Verbrennungsluft für Dampfkessel-Staubfeuerungen. Dabei wird Verbrennungsluft in bekannter Weise mittels rauchgasbeheizter Luftvorwärmer vorgewärmt und zusätzlich mittels eines Hilfsbrenners bzw. mehreren Hilfsbrennern, der in einer Hilfsbrennkammer angeordnet ist, die seitlich an der Haupt­ luftleitung angebracht ist.

Schließlich ist durch DE OS 28 46 356 ein Verfahren zum Betreiben einer Feuerung, insbesondere für Dampferzeuger bekannt geworden. Bei diesem Verfahren wird das gereinigte rezirkulierte kalte Rauchgas in einer getrennten Sektion des Luftvorwärmers parallel zur Verbrennungsluft vorge­ wärmt und anschließend der Feuerung zugeführt.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines kohlenstaub­ befeuerten Dampferzeugers zu schaffen, bei dem im Anfahrbetrieb oder bei niedriger Last des Dampferzeugers die Mindesttemperaturen und die erforderlichen Betriebsparameter bzw. erfor­ derliche Betriebsatmosphäre der Dampferzeuger-Mahlanlage eingehalten bzw. erreicht werden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 und 6 ge­ löst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ergeben sich die folgenden Vorteile:

• 1. Eine inerte Fahrweise der Mühle ist bereits ab einer Dampferzeugerleistung von ca. 10% ge­ geben.
• 2. Die zur Mühleninbetriebnahme erforderlichen Mindesttemperaturen der Mühle, die notwendig sind, um eine Unterschreitung des Wassertaupunktes in der Mahlanlage zu vermeiden, werden bereits bei Dampferzeugerlasten von ca. 10% erreicht.
• 3. Dadurch, daß die erste Mühle bereits ab einer Dampferzeugerlast von ca. 10% in Betrieb ge­ hen kann, wird Anfahrbrennstoff bzw. Fremdbrennstoff eingespart.
• 4. Die in der Brennkammer eingebauten Anfahrbrenner übernehmen nur noch die Aufgabe, die Kohlenstaubflamme zu zünden. Sie können in der Leistung daher deutlich reduziert werden, was die Investitionskosten, auch unter Berücksichtigung der Zusatzkosten für den erfindungs­ gemäß eingesetzten Kanalbrenner bzw. Flächenbrenner, deutlich verringert.
• 5. Durch die Mischung von rezirkuliertem Kaltgas, Luft sowie den Einsatz eines Kanalbrenners bzw. Flächenbrenners kann der O₂-Gehalt über den gesamten Lastbereich im zulässigen Be­ reich zwischen 5% und 12% geregelt werden. Zündinstabilitäten durch einen zu geringen O₂- Gehalt werden vermieden.

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung und der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 Schema einer Mahl- und Feuerungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 dito, jedoch alternative Ausführung,

Fig. 3 dito, jedoch alternative Ausführung,

Fig. 4 Schema einer Mahl- und Feuerungsanlage zur Durchführung eines weiteren erfindungs­ gemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Mahl- und Feuerungsanlage einschließlich Dampfer­ zeuger zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fossiler, hochflüchtiger Brennstoff wie Trockenbraunkohle, die aus einem Trocknungsprozess kommt, oder hochflüchtige Steinkohle wird einer oder mehreren Mühlen 15 zugeführt. Der vorgebrochene Brennstoff wird in der Mühle 15 zu Kohlenstaub vorbestimmter Feinheit vermahlen und durch das erwärmte, inerte Mühlentrag­ gas 26 weiter getrocknet und direkt den Kohlenstaubbrennern 16 der Feuerungsanlage 2 zuge­ führt. Die Verfeuerung des Brennstoffes innerhalb der Brennkammer 3 des Dampferzeugers 1 und die Wärmeabgabe des Rauchgases an die verschiedenen Heizflächen 4 des Dampferzeugers 1 und an den LUVO 5 sowie die Reinigung in Filter 6 erfolgt in bekannter Weise. Bei der Wärmeab­ gabe des Rauchgases im LUVO (Luftvorwärmer) 5 wird Kaltluft 22 und Sekundärluft 23 erwärmt.

Um die Gefahr von Bränden, Verpuffungen und Explosionen in der gesamten Mahl- und Feue­ rungsanlage 2, 15 zu minimieren, die bei der Aufmahlung von hochflüchtigen Brennstoffen gege­ ben ist, ist es notwendig, diese Anlagenkomponenten inert zu betreiben, wobei gemäß TRD 413 der zulässige O₂-Gehalt des Inertgases maximal 12 Vol. % betragen darf.

Zur Sicherstellung dieser Maßgabe wird der im LUVO 5 erwärmten Primärluft 22 rezirkuliertes kaltes Rauchgas, d. h. Kaltgas 25, zugemischt und daraus ein inertes Mühlentraggas 26 gebildet. Die Zusammensetzung und Menge des Traggasstromes 26 wird durch die Regelklappen 12, 13 in den Primärluft- und Kaltgasleitungen 22, 25 geregelt. Primärluft 22 und Kaltgas 25 werden durch Primärluft- und Kaltgasgebläse 9, 10 gefördert.

Anstatt der Kaltgasentnahme vor Saugzuggebläse 7 ist auch eine Kaltgasentnahme nach Saug­ zuggebläse 7 bzw. einem anderen Ort des Rauchgaskanals 24 möglich.

Während des Anfahrbetriebes der Mahl- und Feuerungsanlage 2, 15 mittels der üblichen Anfahr­ brenner 17 besteht das Problem, daß die Anforderungen weder für eine ausreichende Mühlenvor­ wärmtemperatur noch für eine inerte Fahrweise der Mühle 15 erfüllt sind.

Beim Anfahren mittels der üblichen Anfahrbrenner 17 entsprechend dem bekannten Stand der Technik steigt die Kaltgastemperatur aufgrund der hohen Massen und Wärmeaufnahme von Brennkammer 3, Nachschaltheizflächen 4, Luvo 5 und Filter 6 nur sehr langsam. Die Primärluft­ temperatur steigt ebenfalls nur langsam.

Zudem ergibt sich durch die Kühlluftmengen der noch außer Betrieb befindlichen Kohlenstaub­ brenner 16 beim Anfahrbetrieb ein hoher Luftüberschuss der rückgeführten Kaltgase 25.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines kohlenstaubbefeuerten Dampferzeu­ gers kann der Anfahrbetrieb oder ein Betrieb bei niedriger Last des Dampferzeugers ab einer Dampferzeugerlast von ca. 10% Last in kürzester Zeit den vorgenannten Anforderungen - Müh­ lenvorwärmtemperatur, inerte Fahrweise - gerecht werden. Dabei wird erfindungsgemäß in der Kaltgasleitung 25, d. h. zwischen Abzweigung der Kaltgasleitung 25 von der Rauchgasleitung 24 bzw. dem Kaltgasgebläse 10 und der Einmündung in die Traggasleitung 26, eine Einrichtung 11 zur Inertisierung und Erwärmung, z. B. in Form eines bekannten Kanalbrenners, Flächenbrenners, Gaserzeugers oder dergleichen, installiert. Die Einrichtung 11, die mit Fremdenergie, z. B. Öl oder Erdgas, und einem durch Gebläse 10 herangeführten Oxidierungsmittel, bevorzugt ein Gemisch aus Luft und Rauchgas, gespeist wird, dient als Wärmequelle und Sauerstoffsenke.

Durch die erfindungsgemäße Verbrennung von Fremdbrennstoff in der Einrichtung 11 kann nach Erreichen der Mühlenvorwärmtemperatur und des inerten Zustandes des Traggases 26 die Mühle 15 mit dem hochflüchtigen Brennstoff beaufschlagt werden. Eine ständige Messung und Überwa­ chung der Temperatur und des O₂-Gehaltes des Traggases 26 sind obligatorisch.

Die Anfahr- bzw. Zündbrenner 17 besitzen nur noch die Aufgabe, die Kohlenstaubbrenner 16 zu zünden.

Nach Beendigung des Anfahrbetriebes oder eines Betriebes bei niedriger Last des Dampferzeu­ gers ab einer Dampferzeugerlast von ca. 10% Last, wenn das Gemisch aus Kaltgas 25 und Pri­ märluft 22 die Anforderungen hinsichtlich Inertisierung und Mühlenvorwärmtemperatur erfüllt, wird die Einrichtung 11 zum Inertisieren und Erwärmen außer Betrieb genommen.

Durch die geregelte Zumischung von Primärluft 22 zum Kaltgas 25 über die Primärluftregelklappe 12 wird der O₂-Gehalt im Traggas 26 im Bereich zwischen 5% und 12 Vol. % geregelt.

Die Einrichtung 11 zur Inertisierung und Erwärmung des Mühlentraggases 26 während des An­ fahrbetriebes oder eines Niederlastbetriebes des Dampferzeugers ab einer Dampferzeugerlast von ca. 10% Last kann erfindungsgemäß alternativ zur Kaltgasleitung 25 auch in der Primärluft­ leitung 22 (siehe Fig. 2) oder in der Traggasleitung 26 (siehe Fig. 3) angeordnet sein, wobei in den jeweiligen Fällen die zugeordneten Gebläse 9, 10 in Betrieb sind.

Fig. 4 zeigt schematisch den Aufbau einer Mahl- und Feuerungsanlage einschließlich Dampfer­ zeuger zur Durchführung einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Hierbei wird zusätzlich zu dem in Fig. 1 bis 3 beschriebenen Verfahren während des Anfahrbetrie­ bes oder eines Niederlastbetriebes des Dampferzeugers ab einer Dampferzeugerlast von ca. 10% Last die Sekundärluft 23 durch eine Einrichtung 20, z. B. ein Kanalbrenner, Flächenbrenner, Gaserzeuger oder sonstigen Vorwärmer, innerhalb der Sekundärluftleitung 23 erwärmt. Die zu­ sätzliche Aufheizung der Sekundärluft 23 verbessert in vorteilhafter Weise die Zündbedingungen am Kohlenstaubbrenner 17, insbesondere bei kaltem Dampferzeuger 1. Die Einrichtung 20 ist vorteilhaft zwischen LUVO 5 und dem Kohlenstaubbrenner 16 in der Sekundärluftleitung 23 ange­ ordnet.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betreiben eines kohlenstaubbefeuerten Dampferzeugers, bei welchem das erzeugte Rauchgas in einem Wärmetauscher abgekühlt und Primärluft sowie Sekundärluft erwärmt, die Kohle in einer Mahlanlage feingemahlen und unter Verwendung eines Traggases dem Dampferzeuger zugeführt wird, welches aus einem sauerstoffhaltigen rezirkuliertem Rauchgas und der erwärmten Primärluft gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anfahren oder bei niedriger Last des Dampferzeugers ab einer Dampferzeugerlast von ca. 10% das Traggas durch Verbrennen eines Anfahrbrennstoffes mit dem sauerstoffhaltigen Rauchgas und/oder mit der Primärluft inertisiert und erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluft durch Verbren­ nung eines Anfahrbrennstoffes erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffgehalt des inerten Traggases zwischen 5 und 12 Vol. % beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trag­ gas auf eine Temperatur von 250-450°C erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft auf eine Temperatur von 100-350°C erwärmt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5.