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EP0475029A2 - Wirbelschichtfeuerung mit einer stationären Wirbelschicht - Google Patents

Wirbelschichtfeuerung mit einer stationären Wirbelschicht Download PDF

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Publication number
EP0475029A2
EP0475029A2 EP91112289A EP91112289A EP0475029A2 EP 0475029 A2 EP0475029 A2 EP 0475029A2 EP 91112289 A EP91112289 A EP 91112289A EP 91112289 A EP91112289 A EP 91112289A EP 0475029 A2 EP0475029 A2 EP 0475029A2
Authority
EP
European Patent Office
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fluidized bed
boiler
air
flue gas
line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP91112289A
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English (en)
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Inventor
Karl Heinz Maintok
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Babcock Werke Energie und Umwelttechnik AG
Original Assignee
Deutsche Babcock Werke Energie und Umwelttechnik AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Babcock Werke Energie und Umwelttechnik AG filed Critical Deutsche Babcock Werke Energie und Umwelttechnik AG
Publication of EP0475029A2 publication Critical patent/EP0475029A2/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
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    • F22B31/0007—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed
    • F22B31/0084—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed with recirculation of separated solids or with cooling of the bed particles outside the combustion bed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/02—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed
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    • F23C10/08—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone characterised by the arrangement of separation apparatus, e.g. cyclones, for separating particles from the flue gases
    • F23C10/10—Fluidised bed combustion apparatus with means specially adapted for achieving or promoting a circulating movement of particles within the bed or for a recirculation of particles entrained from the bed the particles being circulated to a section, e.g. a heat-exchange section or a return duct, at least partially shielded from the combustion zone, before being reintroduced into the combustion zone characterised by the arrangement of separation apparatus, e.g. cyclones, for separating particles from the flue gases the separation apparatus being located outside the combustion chamber
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    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/003—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for pulverulent fuel

Definitions

  • the invention relates to a fluidized bed furnace with a stationary fluidized bed for a hot water or steam generator and a method for producing hot water or steam with the aid of a stationary fluidized bed furnace according to the preamble of patent claims 1 and 2.
  • the combustion air serving as the fluidizing gas penetrates the fluidized bed at a comparatively low inflow speed of 1 to 2.0 m / s.
  • a characteristic feature of the known stationary fluidized bed furnaces are the immersion heating surfaces in the fluidized bed. Due to the good heat transfer in the fluidized bed, the immersion heating surfaces transfer a large part of the combustion heat released in the boiler to the water / steam cycle. This fact and the possible compact arrangement of the heating surfaces due to the low dust pollution of the flue gas leads to a compact boiler construction.
  • the immersion heating surfaces thus offer advantages for steam generation and construction on the one hand, but on the other hand cause disadvantages in that they are subject to mechanical attack by erosion and make partial load operation more difficult, since they always absorb the full amount of fuel heat released in the fluidized bed.
  • the invention is based, to design the generic fluidized bed combustion in such a way that it is suitable for small boilers with an output of less than 50 MW therm , a good part-load behavior and low pollutant emissions to be achieved.
  • the boiler according to the invention like the boiler with immersion heating surfaces in the fluidized bed, is distinguished by a compact design which enables the workshop to be prefabricated as far as possible without high assembly costs.
  • the boiler can be self-supporting, so that a steel support structure for the boiler can be omitted.
  • good partial load control is provided and erosion problems are avoided.
  • the drawing shows schematically a steam or hot water generator.
  • the boiler 1 used for the production of hot water or steam is designed as a draw-in boiler, the peripheral walls of which consist of tubes which are welded to one another in a gas-tight manner via webs.
  • an air box 2 is provided which is closed by a nozzle base 3 on which a stationary fluidized bed 4 is built up.
  • the flue gas line 10 leads via a cyclone 11, a filter 12 and a suction fan 13 to a chimney, not shown.
  • the sections 8, 9 above the free space 5 accommodate convection heating surfaces 14, 15.
  • the water to be heated is fed to the convection heating surface 14 arranged in the downward flow section 9, then flows through the pipes of the peripheral walls of the boiler and then through the convection heating surface 15 in the upward flow section 8. In the event that steam is generated, this last convection heating surface is used 15 as superheater.
  • Lumpy lignite also serves as fuel a grain size less than 25 mm or lumpy hard coal with a grain size less than 10 mm.
  • the coal is temporarily stored in a coal bunker 16. Below the coal bunker 16 is a trigger 17, z. B. a trough chain conveyor arranged with a loading device 18, z. B. a litter feeder is connected.
  • the charging member 18 is arranged in the front wall of the boiler at the height of the free space 5 and carries the fuel into the
  • Fluidized bed 4 a The lime intended for the desulfurization of the flue gas is temporarily stored in a lime bunker 19.
  • the discharge end of the lime bunker 19 is provided with a cellular wheel sluice 20 and connected to the discharge element 17 of the coal bunker 16.
  • the solids discharge of the cyclone 11 and the filter 12 is connected to an ash hopper 24 via a cross conveyor 21, a vertical conveyor 22 and a further cross conveyor 23.
  • the outlet of the ash bunker is provided with a cellular wheel sluice 25 and connected to the extraction element 17 of the coal bunker 16. The solid separated from the cold flue gas is thus introduced into the fluidized bed 4 together with the coal and the lime.
  • the nozzle base 3 is provided with a drain pipe 26, via which bed ash can be drawn off from the fluidized bed 4.
  • the bed ash also passes into the ash bunker 24 via the cross conveyors 21, 23 and the vertical conveyor 22. Excess solid is drawn off from the system via a second outlet 27 of the ash bunker 24.
  • a fresh fan 28 is connected to the air box 2 via an air line 29.
  • a branch line 30 branches off from the air line 29 and leads to air nozzles 31 which are arranged in the side wall of the boiler in the free space 5 above the fluidized bed 4.
  • a throttle valve 32 is arranged in each of the air line 29 and the secondary line 30.
  • the fresh fan 28 draws in combustion air and does not lead it to the free space 5 as preheated as primary or fluidizing air via the air box 2 of the fluidized bed 4 and as secondary air.
  • a recirculation line 34 provided with a recirculation blower 33 and a throttle valve 32 leads to the air box 2.
  • cold flue gas is supplied to the fluidized bed 4 in a controlled amount as a heat carrier for controlling the bed temperature.
  • the gaseous medium flowing through the nozzle base 3 is set in such a way that the vortex speed is max. Is 3.5 m / s.

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Abstract

Ein für kleine Leistungen geeigneter, als Einzugskessel (1) ausgebildeter Heißwasser- oder Dampferzeuger ist mit einer Wirbelschichtfeuerung mit einer stationären Wirbelschicht (4) versehen, die frei von Tauchheizflächen ist und in die als Wärmeträger kaltes Rauchgas eingeblasen wird. Die Verbrennungsluft wird als Primär- und Fluidisierungsluft in die Wirbelschicht und als Sekundärluft in den Freiraum (5) der Wirbelschicht eingebracht, wobei eine Wirbelgeschwindigkeit von maximal 3,5 m/s eingestellt wird. Feststoffe, die am kalten Ende des Kessels aus dem Rauchgas abgetrennt werden, werden zusammen mit der Kohle der Wirbelschicht zugeführt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung mit einer stationären Wirbelschicht für einen Heißwasser- oder Dampferzeuger und ein Verfahren zur Erzeugung von Heißwasser oder Dampf mit Hilfe einer stationären Wirbelschichtfeuerung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und 2.
  • Bei bekannten Wirbelschichtfeuerungen (Technische Mitteilungen 1984, Seiten 296-301) durchdringt die als Fluidisierungsgas dienende Verbrennungsluft die Wirbelschicht mit einer vergleichsweise niedrigen Anströmgeschwindigkeit von 1 bis 2,0 m/s. Ein charakteristisches Merkmal der bekannten stationären Wirbelschichtfeuerungen sind die Tauchheizflächen im Wirbelbett. Auf Grund des guten Wärmeüberganges in der Wirbelschicht übertragen die Tauchheizflächen einen großen Teil der im Kessel freiwerdenden Verbrennungswärme an den Wasser/Dampf-Kreislauf. Diese Tatsache und die auf Grund der geringen Staubbelastung des Rauchgases mögliche gedrängte Anordnung der Heizflächen führt zu einer kompakten Kesselkonstruktion. Die Tauchheizflächen bieten damit zwar einerseits Vorteile für die Dampferzeugung und die Bauweise, verursachen aber andererseits Nachteile in der Weise, als sie einem mechanischen Angriff durch Erosion unterliegen und einen Teillastbetrieb erschweren, da sie stets die im Wirbelbett freigesetzte Brennstoffwärme in voller Höhe aufnehmen.
  • Bei einer anderen Wirbelschichtfeuerung mit stationärer Wirbelschicht und erhöhtem Feststoffumlauf (VGB Kraftwerkstechnik 69 (1989), Seiten 584-591) sind in der Wirbelschicht keine Tauchheizflächen vorhanden. Oberhalb des Freiraumes über der Wirbelschicht sind Konvektionsheizflächen vorgesehen, die das Rauchgas und den darin mitgeführten Feststoff auf etwa 315 Grad C abkühlen. Der mit dieser Temperatur in einem Zyklon abgetrennte Feststoff wird in die Wirbelschicht zurückgeführt, um diese zu kühlen. Dieses System arbeitet mit einer Wirbelgeschwindigkeit von etwa 4,5 m/s und einer gestuften Luftaufgabe, so daß niedrigen NOx-Emissionen ohne Sekundärmaßnahmen möglich sind. Darüber hinaus lassen sich Teillasten in einfacher Weise einstellen.
  • Andererseits ist aber die Bauhöhe des Kessels und der umbaute Raum verhältnismäßig groß.
  • Schließlich ist es bei der Verfeuerung von salzhaltiger Braunkohle in einer stationären Wirbelschicht ohne Tauchheizflächen bekannt (DE-PS 37 12 801), über die Rückführung von kaltem Rauchgas in die Wirbelschicht und den Freiraum über der Wirbelschicht die Bettemperatur und die Freiraumtemperatur zu beeinflussen. Hierbei wird ein mehrzügiger Kessel verwendet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Wirbelschichtfeuerung derart zu gestalten, daß sie für kleine Kessel mit einer Leistung von weniger als 50 MWtherm geeignet ist, wobei ein gutes Teillastverhalten und geringe Schadstoffemissionen erreicht werden sollen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Wirbelschichtfeuerung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 2 gelöst.
  • Der erfindungsgemäße Kessel zeichnet sich wie der Kessel mit Tauchheizflächen in der Wirbelschicht durch eine kompakte Bauweise aus, die eine weitestgehende Werkstattvorfertigung ohne hohen Montageaufwand ermöglicht. Dabei kann der Kessel selbsttragend sein, so daß eine Stahltragkonstruktion für den Kessel entfallen kann. Durch den Verzicht auf Tauchheizflächen in der Wirbelschicht und durch die Rezirkulation von kaltem Rauchgas als Wärmeträger ist eine gute Teillastregelung gegeben, und Erosionsprobleme werden vermieden. Die gestufte Luftzufuhr und die Rückführung von Asche, die in dem kaltliegenden Zyklon abgetrennt wird, führen zu einer Verbesserung der Emissionswerte und des Ausbrandes.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Zeichnung stellt schematisch einen Dampf- oder Heißwassererzeuger dar.
  • Der der Erzeugung von Heißwasser oder Dampf dienende Kessel 1 ist als Einzugkessel ausgebildet, dessen Umfassungswände aus Rohren bestehen, die über Stege gasdicht miteinander verschweißt sind. Im unteren Teil des Kessels 1 ist ein Luftkasten 2 vorgesehen der durch einen Düsenboden 3 abgeschlossen ist, auf dem eine stationäre Wirbelschicht 4 aufgebaut wird. Über der Wirbelschicht 4 befindet sich ein Freiraum 5. Oberhalb des Freiraumes ist eine Trennwand 6 angeordnet, die im oberen Teil aufgefächert ist und Durchtrittsquerschnitte 7 aufweist und deren untere Kante mit einer der Seitenwände dicht verbunden ist. Auf diese Weise wird eine aufwärts durchströmte Sektion 8 und eine abwärts durchströmte Sektion 9 gebildet, an die sich eine Rauchgasleitung 10 anschließt. Die Rauchgasleitung 10 führt über einen Zyklon 11, ein Filter 12 und ein Saugzuggebläse 13 zu einem nicht dargestellten Kamin.
  • Die Sektionen 8, 9 oberhalb des Freiraumes 5 nehmen Konvektionsheizflächen 14, 15 auf. Das zu erhitzende Wasser wird der in der abwärts durchströmten Sektion 9 angeordneten Konvektionsheizfläche 14 zugeführt, durchströmt anschließend die Rohre der Umfassungswände des Kessels und dann die Konvektionsheizfläche 15 in der aufwärts durchströmten Sektion 8. Für den Fall, daß Dampf erzeugt wird, dient diese letzte Konvektionsheizfläche 15 als Überhitzer.
  • Als Brennstoff dient stückige Braunkohle mit einer Körnung kleiner 25 mm oder stückige Steinkohle mit einer Körnung kleiner 10 mm. Die Kohle wird in einem Kohlebunker 16 zwischengelagert. Unterhalb des Kohlebunkers 16 ist ein Abzugsorgan 17, z. B. ein Trogkettenförderer, angeordnet, der mit einem Beschickungsorgan 18, z. B. einem Wurfbeschicker, verbunden ist. Das Beschickungsorgan 18 ist in der Frontwand des Kessels in der Höhe des Freiraumes 5 angeordnet und trägt den Brennstoff in die
  • Wirbelschicht 4 ein. Der für die Entschwefelung des Rauchgases vorgesehene Kalk wird in einem Kalkbunker 19 zwischengelagert. Das Austragsende des Kalkbunkers 19 ist mit einer Zellradschleuse 20 versehen und mit dem Abzugsgsorgan 17 des Kohlebunkers 16 verbunden.
  • Der Feststoffaustrag des Zyklons 11 und des Filters 12 ist über einen Querförderer 21, einem Senkrechtförderer 22 und einem weiteren Querförderer 23 mit einem Aschebunker 24 verbunden. Der Auslauf des Aschebunkers ist mit einer Zellradschleuse 25 versehen und mit dem Abzugsorgan 17 des Kohlebunkers 16 verbunden. Der aus dem kalten Rauchgas abgetrennte Feststoff wird somit zusammen mit der Kohle und dem Kalk in die Wirbelschicht 4 eingetragen.
  • Der Düsenboden 3 ist mit einem Ablaufrohr 26 versehen, über den Bettasche aus der Wirbelschicht 4 abgezogen werden kann. Die Bettasche gelangt über die Querförderer 21, 23 und den Senkrechtförderer 22 ebenfalls in den Aschebunker 24. Überschüssiger Feststoff wird über einen zweiten Auslaß 27 des Aschebunkers 24 aus dem System abgezogen.
  • Ein Frischlüfter 28 ist über eine Luftleitung 29 mit dem Luftkasten 2 verbunden. Von der Luftleitung 29 zweigt eine Nebenleitung 30 ab, die zu Luftdüsen 31 geführt ist, die in der Seitenwand des Kessels in dem Freiraum 5 oberhalb der Wirbelschicht 4 angeordnet sind. In der Luftleitung 29 und der Nebenleitung 30 ist jeweils eine Drosselklappe 32 angeordnet. Der Frischlüfter 28 saugt Verbrennungsluft an und führt diese nicht vorgewärmt als Primär- oder Fluidisierungsluft über den Luftkasten 2 der Wirbelschicht 4 und als Sekundärluft dem Freiraum 5 zu. Von der Rauchgasleitung 10 hinter dem Filter 12 führt eine mit einem Rezirkulationsgebläse 33 und einer Drosselklappe 32 versehene Rezirkulationsleitung 34 zu dem Luftkasten 2. Über die Rezirkultionsleitung 34 wird kaltes Rauchgas als Wärmeträger zur Regelung der Bettemperatur in kontrollierter Menge der Wirbelschicht 4 zugeführt. Das den Düsenboden 3 durchströmende gasförmige Medium wird derart eingestellt, daß die Wirbelgeschwindigkeit max. 3,5 m/s beträgt.

Claims (2)

1. Wirbelschichtfeuerung mit einer stationären Wirbelschicht (4) für einen Heißwasser- oder Dampferzeuger, der als Einzugkessel ausgebildet ist und oberhalb der Wirbelschicht (4) eine aufwärts durchströmte und eine abwärts durchströmte Sektion (8, 9) aufweist, die durch eine mit Durchtrittsquerschnitten (7) versehene Trennwand (6) getrennt sind und Konvektionsheizflächen (14, 15) aufnehmen, wobei unterhalb der Wirbelschicht (4) ein mit einer Luftleitung (29) verbundener Luftkasten (2) vorgesehen ist, wobei in den Kessel oberhalb der Wirbelschicht (4) ein mechanisches Beschikkungsorgan (18) hineinreicht und wobei an das kalte Ende des Kessels eine Rauchgasleitung (10) angeschlossen ist, in der ein Staubabscheider (11, 12) vorgesehen ist, der mit einer Ascherückführung (21, 22, 23) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht (4) frei von Tauchheizflächen ist, daß von der Rauchgasleitung (10) hinter dem Staubabscheider (11, 12) eine Rezirkulationsleitung (34) zu dem Luftkasten (2) geführt ist, daß eine Nebenleitung (30) von der Luftleitung (29) in den Kessel oberhalb der Wirbelschicht (4) geführt ist, daß durch die Zufuhr von Luft und rückgesaugtem Rauchgas in der Wirbelschicht (4) eine Wirbelgeschwindigkeit von maximal 3,5 m/s eingehalten ist und daß die Ascherückführung (21, 22, 23) mit dem Beschickungsorgan (18) verbunden ist.
2. Verfahren zur Erzeugung von Wasser oder Dampf in einem Kessel mit einer stationären Wirbelschichtfeuerung, in die stückige Kohle eingebracht und mit Hilfe von in die Wirbelschicht eingeblasener Verbrennungsluft verbrannt wird, wobei das entstandene und abgekühlte Rauchgas von mitgerissenen Feststoffen befreit und die abgetrennten Feststoffe teilweise zurückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des abgekühlten Rauchgases in die von Tauchheizflächen freie Wirbelschicht zurückgeführt wird, daß in der Wirbelschicht eine Wirbelgeschwindigkeit von maximal 3,5 m/s eingestellt wird und daß ein Teil der Verbrennungsluft als Sekundärluft oberhalb der Wirbelschicht eingeblasen wird und daß die zurückgeführten Feststoffe zusammen mit der Kohle eingetragen werden.
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