DE3438018A1

DE3438018A1 - Verfahren zum verbrennen von kohle

Info

Publication number: DE3438018A1
Application number: DE19843438018
Authority: DE
Inventors: Alex Francis Marblehead Mass. Wormser
Original assignee: Wormser Engineering Inc
Current assignee: Wormser Engineering Inc
Priority date: 1983-10-17
Filing date: 1984-10-17
Publication date: 1985-04-25
Also published as: SE8405163D0; JPS60101409A; GB2149151B; FR2553497A1; GB2149151A; FR2553497B1; GB8426123D0; US4499857A; AU3441984A; JPH0260932B2; SE8405163L

Description

Verfahren zum Verbrennen von Kohle

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbrennen (und ggf. zum Entschwefeln) von Kohle oder anderem, insbesondere schwefelhaltigem Brennstoff, für den man Fließbett-Verbrennungseinrichtungen verwendet.

Das Verfahren soll vorzugsweise bei Fließbett-Verbrennungseinrichtungen angewendet werden, wie sie aus der US-PS 4 135 885 oder der DE-OS 30 15 232 bekannt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbrennungsbedingungen hinsichtlich des Herunter- und Herauffahrbetriebes ("Abdrehen" bzw. "Aufdrehen" der Verbrennungseinrichtung) zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst.

Durch die Verwendung mindestens eines der variablen Parameter des Verbrennungsprozesses zum Steuern oder Regeln mindestens eines anderen derartigen Parameters können sowohl der Abdrehoder Aufdrehbereich wesentlich verbessert als auch die Abdrehoder Aufdrehgeschwindigkeit beträchtlich erhöht werden, wobei jeweils die Verbrennungsbettemperaturen sehr nahe an ihrem für den" Wirkungsgrad der Einrichtung optimalen Wert gehalten werden.

Vorzugsweise steuern oder regeln der Dampfdruck das Eingangs-

primärluftvolumen; letzteres die Kohleneingangsmenge; die Bettemperatur den Festkörperpegel des Bettes relativ zu den Dampfrohren; und die Entschwefelungsbettemperatur die Sekundärluftzufuhr, während ein Schwefeldioxidsensor die Regelung des Kalkstein/Kohle-Verhältnisses regeln kann.

An einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, nämlich der in der Zeichnung dargestellten, an sich aus der DE-OS 30 15 bekannten Verbrennungseinrichtung wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.

Es handelt sich um eine insgesamt "fluidisierte", drei Fließbetten enthaltende Entschwefelungs-Verbrennungseinrichtung 200. Ein Metallgehäuse 202 mit Schichten 204 und 206 aus feuerfestem Material von niedriger bzw. höherer. Dichte umschließt die gesamte Einheit, die auf Stützen 208 ruht. Metallische Verteilerplatten 210, 212 und 214, die sich durch den Gehäuse-Innenraum erstrecken, bilden die Böden eines als Sandspeicher dienenden unteren Fließbettes, eines mittleren oder Brenner-Fließbettes und eines der Entschwefelung dienenden oberen Fließbettes.

Unter dem unteren Fließbett befindet sich eine von einem Windkasten 216 gespeiste Luftkammer, durch welche die Fluidisierungsluft unterhalb der Verteilerplatte 210 in das Fließbett eintritt. Eine Vielzahl von Blasenkappen 218 erstreckt sich durch die Verteilerplatte 210 (über der sich zur Vermeidung lokaler überhitzungen eine nicht dargestellte isolierende Platte befindet), die durch ausdehnbare Verbindungen 219 an ihrem Platz gehalten ist. Durch die Gehäusewand oberhalb der Kappen 218 erstreckt sich ein Grobasche-Auslaßrohr 220, welches überschüssiges Bettmaterial zu einem Sackraumtrichter abführt.

Unter dem mittleren Fließbett befindet sich eine Luftkammer 227, die fluidisierende Verbrennungsluft liefert. Eine Vielzahl von

Bodenglocken 224 erstreckt sich durch die Verteilerplatte 212 und einen Wassermantel 225, der zur Kühlung der Platte 212 dient, um zu verhindern, daß sie sich verzieht. Eine auf der Platte 212 ruhende, die Bodenglocken 22 4 umgebende Isolationsschicht 228 trägt eine Lage von Steinen 230 (grobe Quarzsteine mit etwa 1 bis 2,5 cm Durchmesser). Eine ähnliche Isolationsschicht 22 9 ist am Boden des Wassermantels 225 befestigt. Die Isolation soll Wärmeverluste im Mantel 225 zum Wasser verhindern. Oberhalb der Bodenglocken 224 ist ein Kohlezufuhrrohr 232 angeordnet, welches Kohle am Boden des Brennerbettes unmittelbar oberhalb der Bodenglocken 224 ablagert, wodurch Feinkohle verwendet werden kann, die andernfalls , d.h. bei einer Zufuhr über dem Bett, ohne Verbrennung herausgeblasen würde. Bei Kohlezufuhr über dem Bett wäre dies überdies schwierig, das Fließbett anders als völlig gefüllt, d.h. bei Bedeckung der Oberseite der Dampfrohre 234 mit Sand, zu betreiben. Bei niedrigeren Sandpegeln-würde über dem Bett zugeführte Kohle auf die Dampfrohre fallen, und es würde sich rasch eine Zusammenklumpung von unverbrannter Kohle bilden. Wenn man nicht mit verminderten Sandpegeln im Mittelbett arbeiten könnte, wären die nachstehend beschriebenen Abschalt- und Anlaufverfahren nicht möglich.

Oberhalb des Kohlenzufuhrrohres 232 erstrecken sich über das Brennerbett die Dampfrohre 2 34 eines Wärmetauschers, die an ihren Enden in Rohrplatten 2 35 montiert sind (von denen eine gestrichelt dargestellt ist) und an Sammelleitungen zur Einführung von Wasser und zur Entfernung von Wasser und Dampf angeschlossen sind. Die Dampfrohre 234 sind im Abstand angeordnet und nehmen 25 % des Gehäusevolumens zwischen der obersten Reihe und der unteren Reihe der Rohre ein.

Unter dem der Entschwefelung dienenden obersten Fließbett befindet sich ein mit Öffnungen versehenes Sekundärluftrohr 236, welches zwei Reihen von Löchern 238 hat, die mit 30° nach unten

geneigt sind, um die Sekundärluft unterhalb des oberen Bettes zu verteilen; und eine dritte Reihe von Löchern 240 am unteren Teil des Rohrs, durch die unerwünschte Partikel herausgeblasen werden. Oberhalb des Sekundärluftrohres 236 ist ein Wassermantel 242 angeordnet, der zur Kühlung der Verteilerplatte 214 dient, um zu verhindern, daß sie sich verzieht bzw. aufwölbt. Prallplatten 244 (von denen eine gezeigt ist) dienen dazu, die Geschwindigkeit des zirkulierenden Kühlwassers genügend hoch zu halten, um lokale Überhitzungen zu vermeiden, die eine Beschädigung hervorrufen könnten. Eine Vielzahl von Fraktionier-Bodenglocken 246 erstreckt sich durch den Wassermantel 242 und die Verteilerplatte 214 sowie eine Isolationsschicht 248 auf der Platte 214. Eine Lage von Steinen 250 (das gleiche Material wie die Quarzsteine 230) bedeckt die Isolationsschicht

248 und die Bodenglocken 246. Eine ähnliche Isolationsschicht

249 ist am Boden des Wassermantels 242 befestigt. Die Isolation dient dem gleichen Zweck wie die für den Verteiler und den Wassermantel des mittleren Bettes. (Der Zweck der Steine 2 50 besteht darin, d-ie von den Bodenglocken 246 austretenden Gase seitlich über den Verteiler zu verteilen, so daß sie mit relativ niedriger Geschwindigkeit in das obere Bett austreten, ohne die Kalkstein-Partikel zu beschädigen.) Oberhalb des oberen Bettes sind drei Reihen von Rohren 252 angeordnet, um Partikel zurück in das Bett zu lenken. Jedes Rohr in der mittleren Reihe ist unmittelbar oberhalb eines entsprechenden Rohres in der unteren Reihe positioniert, jedoch ist jedes der Rohre in der obersten Reihe in der Mitte zwischen jedem benachbarten Paar von vertikalen Teilungslinien für die unteren beiden Reihen angeordnet. Diese Anordnung bildet ein Hindernis für alle Partikel, die in beliebigen Winkeln von dem Bett hochgeschleudert werden. (Eine ähnliche Anordnung von Rohren kann oberhalb des zweiten Bettes, d.h. des Verbrennungsbettes^ angeordnet sein). Die Rohre 252 sind nahe ihrer Enden und an in Längsrichtung beabstandeten Stellen

durch mit Öffnungen versehene Platten 254 abgestützt, von denen nur eine dargestellt ist, und die ihrerseits über Stäbe 256 am Metallgehäuse 202 gehaltert sind. Oberhalb der Rohre 252 erstreckt sich das Kalksteinzufuhrrohr 258, welches Kalkstein in das Entschwefelungsbett bis zu einem Pegel gerade oberhalb der obersten Reihe der Rohre 252 einfüllt. Der Kalkstein fällt von dem Auslaß-T-Stück 25 9 des Rohrs 258 durch eine Lücke (nicht gezeigt, in der Anordnung der Rohre 252; ohne diese Lücke können einige Kalksteinpartikel zu groß sein, um durch die Rohranordnung hindurchzutreten. Das Kalkstein-Fallrohr 2 60 arbeitet mit einem "Kalkstein-Topf", d.h. einer Vorrichtung zusammen, die den Kalksteinpegel gerade über den Rohren 252 hält und verbrauchten Kalkstein abführt. Heiße entschwefelte Gase entweichen durch das Rauchrohr 262, durch welches sie durch einen Wärmetauscher od. dgl. geleitet werden können,in dem sie ihre Restwärme abgeben, dann in einen Sackraum zur Entfernung von Asche oder anderen Festkörperteilchen, die aus dem oberen Bett entweichen können, und schließlich zu einem Abzug.

Durch eine Steigrohranordnung 264 und eine FaI!rohranordnung 266 kann das Bettmaterial zum Vorheizen und Herunterfahren (diese Vorgänge werden im einzelnen nachfolgend erläutert) von dem unteren Bett zum mittleren Bett und umgekehrt transportiert werden. Die Steigrohranordnung 264 umfaßt ein Steigrohr 268, das bei durch ein Betätigungsglied 272 geöffneter Klappe 270 ermöglicht, daß Bettmaterial aus dem unteren Bett durch Druckluft aus dem Rohr 2 74 in das mittlere Bett durch eine selbsttätig öffnende Klappe 276 eingeblasen wird, die normalerweise durch Schwerkraft geschlossen gehalten ist, um zu verhindern, daß das Steigrohr mit Bettmaterial aufgefüllt wird, wenn es nicht in Gebrauch ist. Der normale Pegel des Bettmaterials beim Betrieb des Brenners mit 100 % Kapazität liegt gerade oberhalb der obersten Dampfrohre 234, wie in der Zeichnung gezeigt ist. T-Paßstücke 278 und 279 verstär-

ken die Rohrleitungen an den Umlenkstellen.

Die Fallrohranordnung 266 umfaßt ein Fallrohr 280, durch das bei durch ein Betätigungsglied 284 geöffneter Klappe 282 Bettmaterial aus dem mittleren Bett mittels einer Förderschraube in das untere Bett eingespeist wird. Bei normalem Betrieb soll das Fallrohr 280 mit dem Bettmaterial gefüllt sein, so daß es als Druckdichtung wirkt, damit nicht Luft aus der Luftkammer 227 das Bettmaterial am Durchgang durch das Rohr hindern kann. Ein T-Paßstück 281 ist an einer Stelle angeordnet, an welcher das Bettmaterial eine scharfe Richtungsänderung erfährt.

Im Betrieb der Verbrennungseinrichtung wird das mittlere Bett mit Sand von ungefähr Siebgröße 20 (850μ) bis zu einer Tiefe von etwa 30 cm gefüllt. Durch das Zufuhrrohr 258 wird das obere Bett bis zu einer Tiefe von etwa 15 cm mit zu einer mittleren Parti'kelgröße von 850 μ (Siebgröße 20) zerstoßenem Kalkstein vom Typ1360 gefüllt.

Zum Anfahren der kalten Verbrennungseinrichtung ist eine Vorheizung in folgender Weise erforderlich. Von einem (nicht dargestellten) Gebläse wird fluidisierende Luft durch den Windkasten 216 geblasen, und das mit Bettmaterial gefüllte mittlere Fließbett wird durch die Fallrohranordnung 266 soweit geleert, bis das Bettniveau unter dem Einlaß des Fallrohres steht, so daß die Dampfrohre 2 34 nicht länger mit Bettmaterial bedeckt sind (das verbleibende Material ist etwa 15 cm tief). Luft von dem Windkasten 216, die durch die Glocken- oder Blasenkappen 218 strömt, verteilt das durch das Fallrohr deponierte Bettmaterial und wird durch das Lagerungsbett geführt, wenn entweder das Aufsteigrohr oder das Fallrohr in Betrieb ist, um das untere Bettmaterial gleichmäßig verteilt zu halten. Wenn das Bettniveau in dem mittleren Fließbett auf 15 cm gesunken ist, wird die fluidisierende Luft

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abgestellt und eine WasserZirkulationspumpe angestellt, die Wasser durch die Dampfrohre 234 pumpt. Nun wird der in einem Abstand unterhalb der Verteilerplatten 212 angeordnete Vorheizer 223 angestellt, der für eine gleichmäßige Heizung des mittleren Bettes sorgt. Die in dem Vorheizungsbrenner erzeugten Flammen werden durch Sekundärluft auf annähernd 930° C gekühlt, bevor sie aus dem Brenner austreten, damit eine Überhitzung der Kappen 224 vermieden wird. Die aus dem Vorheizungsbrenner 223 strömenden heißen Gase wärmen das Material in dem mittleren Bett in etwa einer Stunde auf etwa 540° C auf. Anschließend wird zur weiteren Vorheizung kurzzeitig (eine Minute lang) Kohle unter Fluidisierung zugesetzt, worauf etwa etwa 15 Minuten lang die Vorheizung wieder aufgenommen wird, bis die Bettemperatur ungefähr 730° C erreicht. Weil dank der Tiefe des Bettes unter dem Wärmetauscher dessen Dampfrohre 234 nicht mit dem Material in dem mittleren Bett in Berührung stehen, ziehen sie von dem Bettmaterial keine Wärme ab, und weil das Bettmaterial nicht im fluidisierten, sondern im abgesetzten Zustand erhitzt wird (also als Festbett), ist seine Oberfläche für Wärmeverluste entsprechend gering, so daß ein ziemlich kleiner Vorheizer ausreicht.

Sobald das mittlere Bett 730° C erreicht hat, wird der mit Propangas betriebene Vorheizer abgestellt. Zur Fluidisierung des mittleren Bettes wird fluidisierende Verbrennungsluft vom Gebläse durch die Luftkammer 222 und die Bodenglocken 224 zugeführt. Die fluidisierende Verbrennungsluft wird durch ein (nicht gezeigtes) Ventil so kontrolliert, daß ein Luftstrom von etwa 32 m³/m pro m² Bettfläche (100 scfm per Quadratfuß) entsteht, der eine oberflächliche Geschwindigkeit von etwa 2,3 m/sec in dem oberen Bett bei 850° C erzeugt. Eine Kohlezufuhrschraube und ein Transportluftkompressor, der Luft in den Kohlentopf der Einlaßleitung und zum Auslaß eines Kalksteinrotationsspeisers (nicht gezeigt) einspeist, werden gestartet, und Kohle

von einem Bunker wird dem mittleren Bett durch einen Schraubenförderer, einen Trockner, einen Zerstoßer, eine Rotationsluftschleuse, einen Kohlentopf und durch das Rohr 232 zugeführt. Die Kohle mischt sich mit dem heißen Bettmaterial und brennt. Die Fluidisierung bewirkt, daß die aus dem Zufuhrrohr kommende Kohle verteilt und durch das ganze Bett gemischt wird. Die von der brennenden Kohle erzeugte Wärme heizt das mittlere Bett, bis es sich der gewünschten Temperatur von 960° C nähert.

Ein Sensor für den' Dampfdruck am gemeinsamen Auslaß der Dampfrohre 234 steuert einen nicht dargestellten Dämpfungsregler (Drosselklappe, Lüftungsschieber od. dgl.), der die Menge der durch die Luftkammer 222 eingelassenen Primärluft regelt. Wenn der Sensor eine Erhöhung des vorhandenen Dampfdrucks Vter langt , wird der Dämpfungsregler im entsprechenden Maße geöffnet, wodurch mehr Primärluft durch die Luftkammer 222 und die Bodenglocken''224 eingelassen wird. Dadurch werden wiederum mehr Festkörperteilchen gegen die Dampfrohre 234 geworfen, so daß-erhöhter Wärmeaustausch erfolgt.

Zur selben Zeit erhöht durch eine zweite Regelschleife ein im Abzug (Schornstein) angeordneter Sauerstoffsensor die Kohlezufuhr in angemessenem Maße mit erhöhter Luftzufuhr, so daß Überschußluft in konstanter effizienter Höhe (beispielsweise 20 %) aufrechterhalten wird.

Jede der durch diese beiden Regelschleifen bewirkten Änderungen erfolgt praktisch augenblicklich.

In einer weiteren Regelschleife ist ein Temperaturfühler für das Verbrennungsbett vorgesehen. Bei übermäßigem oder unnormalem Temperaturanstieg, der nicht einwandfreien Wärmeübergang vom Festkörpermaterial auf die Dampfrohre anzeigt, sorgt dieser Temperaturfühler für Festkörperbewegung in die

betreffende Zone, damit mehr Festkörpermaterial zum Auftreffen auf die Dampfrohre verfügbar ist.

Schließlich sind noch zwei ergänzende oder Hilfsschleifen vorgesehen. In der einen Hilfsschleife steuert ein im

oberen Fließbett angeordnetes Thermoelement ein (nicht dargestelltes) Ventil, das die Mange der durch das Rohr 236 eingelassenen Sekundärluft regelt, um das obere Bett auf die gewünschte Temperatur einzuregeln, die niedriger ist als αχεί Ο jenige des mittleren Bettes.

In der anderen Hilfsschleife ermöglicht ein im Abzug (Kamin) angeordneter Schwefeldioxidsensor die Anpassung des Kalkstein/Kohle-Verhältnisses an einen Wert, der zuvor als wünschenswert für die Aufrechterhaltung gewünschter Systemparameter errechnet wurde.

Die Erfindung ist nicht auf das oben_beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere könnten bei der Regelung andere Verbrennuhgsparameter abgefühlt (d.h. gemessen) und⁰ durch die Meßwerte andere Verbrennungsparameter geregelt werden als die oben erwähnten.

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Claims

USSN 542,646 vom 17. 10. 1983 Wormser Engineering, Inc. 11677/H/An Verfahren zum Verbrennen von Kohle Patentansprüche

1. Verfahren zum Verbrennen von Kohle,dadurch g e kennze ich η et, daß mindestens einer der variablen Verbrennungsparameter abgefühlt und hierdurch mindestens ein anderer variabler Verbrennungsparameter gesteuert oder geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Dampfdruck in einem Dampxrohr abgefühlt und hierdurch die Strömungsrate der Luft gesteuert oder geregelt wird, die durch eine Fließbett-Verbrennungszone strömt, in der'sich das Dampfrohr befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet , daß ein im Abzug angeordneter Sauerstoffsensor die Kohlezufuhr relativ zur Luftzufuhr regelt, um ein vorbestimmtes Maß an Überschußluft aufrechtzuerhalten .

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e kennzeichnet, daß ein Temperaturfühler des Verbrennungsbettes den Festkörperpegel in der Verbrennungszone regelt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch

gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler in einem oberen Bett (Fließbett) die Strömungsrate der Sekundärluft regelt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß im Abzug ein Schwefeldioxidsensor vorgesehen ist.