DE3605930A1 - Verfahren zum verbrennen kohlenstoffhaltiger brennstoffe in einer zirkulierenden wirbelschicht und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Verbrennen kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in einer Wirbelschicht der im Oberbegriff des vorstehenden Anspruches 1 genannten Art.

Aus der DE-PS 25 39 546, Fig. 2 ist ein solches Verfahren bekannt, bei dem sauerstoffhaltiges Sekundärgas in mehreren übereinanderliegenden Ebenen, in den sich im Querschnitt von unten nach oben stetig im Querschnitt erweiternden Bereich des Wirbelschichtreaktors eingetragen wird.

Bei Eintrag von Sekundärgas in einer Ebene in einen sich stetig im Querschnitt erweiternden Bereich erfolgt eine unstetige Veränderung des Geschwindigkeitsprofils in der von unten nach oben gerichteten Feststoffströmung. Dies kann zu Instabilitäten in dem Zirkulationssystem führen.

Es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der im vorstehenden Anspruch 1 genannten Art anzugeben, bei denen derartige Instabilitäten weitgehendst vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die Zufuhr des Sekundärgases im Bereich der Querschnittsänderung wird erreicht, daß die durch die Sekundärluftzufuhr induzierte Geschwindigkeitszunahme durch die Querschnittserweiterung kompensiert wird.

Vorzugsweise wird das Verhältnis von in der Ebene eingetragener Sekundärgasmenge zur Querschnittserweiterung so eingestellt, daß nach Eintrag des Sekundärgases der Feststoffstrom eine solche Beschleunigung erfährt, die nicht zu Instabilitäten im Zirkulationssystem führt, d.h. die in dieser Ebene zugeführte Luftmenge sollte etwas größer sein als die für die Querschnittserweiterung bei gleicher Geschwindigkeit erforderliche.

Wenn, wie bei dem bekannten Verfahren das Sekundärgas in mindestens zwei übereinander liegenden Ebenen eingetragen wird, wird bevorzugt, daß der rezirkulierte Feststoff unterhalb der oberen Ebene eingetragen wird.

Wenn - wie aus der DE-OS 26 24 302 bekannt - aus dem Rezirkulationssystem entnommene Feststoffe in einem Fließbettkühler gekühlt werden, ist es zweckmäßig, daß mindestens ein Teilstrom des gekühlten Feststoffes unterhalb der unteren Ebene zurückgeführt wird, insbesondere zur Einstellung der Temperatur im untersten Abschnitt des Reaktorraumes.

Vorzugsweise werden die Brennstoffe bei abgeschalteter Sekundärgaszufuhr und geöffnetem Fluidisierungsgaseintrag durch in das Brennstoffbett unterhalb der ersten Querschnittserweiterung brennende Zündbrenner gezündet.

Die Erfindung richtet sich auch auf einen Wirbelschicht- Reaktor zur Durchführung des Verfahrens mit einem Brennstoffeintrag, einer Primärluftzufuhr von unten und Sekundärgasleitungen in mindestens einer Ebene oberhalb der Brennstoffzufuhr in seinen unteren Bereich, dessen Querschnitt sich von unten nach oben vergrößert.

Der erfindungsgemäße Wirbelschichtreaktor ist gekennzeichnet durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruches 6.

Die Querschnittsänderung ist vorzugsweise stufenartig ausgebildet.

Noch zweckmäßiger ist aber, die Querschnittsänderung durch eine Änderung des Neigungswinkels von Reaktorraumwänden auszugestalten.

Einen besonders zweckmäßigen Aufbau des unteren Bereiches des Wirbelschichtreaktors erreicht man, wenn der untere Bereich aus einem unteren Abschnitt mit Brennstoffzufuhr und Primärluftbeaufschlagung, einem daran anschließenden Abschnitt mit einem unstetig vergrößerten Querschnitt, einem daran anschließenden dritten Abschnitt und einem daran anschließenden vierten Abschnitt mit unstetig vergrößertem Querschnitt besteht, der sich an den oberen Bereich des Reaktors mit konstantem Querschnitt anschließt, wobei Sekundärgasleitungen in der Nähe der Querschnittsänderungen angeordnet sind.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Wirbelschichtreaktor,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch den Wirbelschichtreaktor gemäß Fig. 1 längs der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 eine Prinzipschaltskizze einer kompletten Wirbelschichtfeuerung mit einem Reaktor gemäß den Fig. 1 und 2.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, besteht der Wirbelschichtreaktor (1) aus einem oberen Bereich (1 a) konstanten Querschnitts und einem unteren Bereich (1 b), dessen Querschnitt sich von unten nach oben erweitert.

Der untere Bereich (1 b) besteht aus einem unteren Abschnitt (2), einem daran anschließenden und sich in seinem Querschnitt unstetig vergrößernden Abschnitt (3), einem daran anschließenden und in seinem Querschitt im wesentlichen konstanten Bereich (4) und einem daran anschließenden und sich in seinem Querschnitt gegenüber dem Querschnitt (4) unstetig erweiternden Abschnitt (5), der sich nach oben an den Bereich (1 a) anschließt.

Der untere Abschnitt (2) wird mit Primärluft (6) beaufschlagt, um das im Reaktor vorhandene Wirbelschichtmaterial einschließlich des in den Abschnitt (2) eingebrachten Brennstoffes (7) zu fluidisieren.

Mittels den in den Abschnitten (3) und (5) jeweils in einer Ebene angeordnete Sekundärgasleitungen (8) und (9) wird Sekundärgas zugeführt. Der durch den Reaktor zirkulierende Feststoffstrom wird über eine Öffnung (10) im oberen Bereich abgezogen und in noch näher zu beschreibender Weise einem Abscheider (11) zugeführt (vgl. Fig. 3).

Aus dem Abscheider (11)geschiedener Feststoff wird über eine Leitung (12) in den Abschnitt (4) eingeführt. Ein weiterer Teilstrom des Abscheiders (11) wird über Leitung (13) einem Fließbettkühler (14) zugeleitet und aus diesem über Leitung (15) in den Abschnitt (2) eingeleitet. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, kann der Brennstoff direkt dem Abschnitt (2) zugeführt werden oder in die Leitung (15) eingemischt werden. (Dem Reaktor können auch mehrere Zyklone und/oder Fließbettkühler zugeorndet sein, wie durch die Verbindungsleitung in Fig. 3, links, angedeutet ist).

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, öffnen sich Zünd- und Anfahrbrenner (16) in den Abschnitt (2).

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, wird der Reaktorraum durch durchlaufende Seitenwände (S 1)d (S 2) und durch zu den gewünschten Querschnittsänderungen führende Seitenwände (S 3) und (S 4) begrenzt.

Während bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform die Sekundärgasleitungen (8) und (9) in den Abschnitten (3) und (5), d.h. oberhalb der unstetigen Querschnittsänderungen (2) nach (3) bzw. (4) nach (5) in der Nähe liegen, ist es auch möglich, die Sekundärgasleitungen in der Nähe der Querschnittsänderung (2/3) bzw. (4/5) in den Bereichen (4) bzw. (2) anzuordnen. Die Seitenwände (S 3) und (S 4) sind in den Abschnitten (2) und (4) jeweils leicht nach außen geneigt, müssen es aber nicht.

Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Düsenleitungen (8) und (9) in den Wänden (S 1) und (S 2) vorgesehen. Es ist jedoch auch denkbar, daß in der entsprechenden Ebene in den Wänden (S 3) und (S 4) Düsenleitungen vorgesehen sind. Die gezeigte Ausführungsform wird jedoch bevorzugt.

Dem vorzugsweise als Zyklon ausgebildeten Abscheider (11) ist ein Abhitzekessel (17) und diesem ein Rauchgasfilter (18) nachgeschaltet.

Die erfindungsgemäße Verfahrensführung wird in Zusammenhang mit zwei Querschnittsänderungen und zwei Sekundärgaseinträgen bevorzugt.

Es wäre jedoch auch denkbar, mehr als zwei Querschnittsänderungen vorzusehen.

Weiterhin hat sich herausgestellt, daß die erfindungsgemäße Verfahrensführung und Ausgestaltung des Reaktors zu stabilen Strömungsverhältnissen bei Teillast bis herunter zu z.B. 40% Last führt.

Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung und Ausgestaltung des Reaktors ist somit eine Vergleichmäßigung des Geschwindigkeitsprofils im Reaktor von unten nach oben, vorzugsweise unter Beibehaltung einer kleinen positiven Beschleunigung erreichbar, ohne daß eine hohe Vielzahl von übereinander liegenden Sekundärgaszuführungsleitungen erforderlich wäre.

Claims (9)

1. Verfahren zum Verbrennen kohlenstoffhaltiger Brennstoffe in einem Wirbelschichtreaktor mit zirkulierender Wirbelschicht unter Zufuhr von Brennstoff in den unteren Bereich des Reaktors und Entnahme von Feststoffen aus dem aus dem Wirbelschichtreaktor, einem diesem nachgeschalteten Abscheider und einer Rückführleitung zum Wirbelschichtreaktor gebildeten Zirkulationssystem, bei dem in den Reaktorraum ein Fluidisierungsgas, insbesondere sauerstoffhaltiges Fluidisierungsgas, zur Fluidisierung des Wirbelschichtmaterials und oberhalb der Fluidisierungsgaszufuhr in mindestens einer Ebene des sich in seinem unteren Bereich von unten nach oben in seinem querschnitt erweiternden Reaktorraumes ein sauerstoffhaltiges Gas als Sekundärgas eingetragen wird, und bei dem Wärme zumindest über zugeordnete Wandkühlflächen abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrag von Sekundärgas im unteren Bereich in der Nähe einer unstetigen Querschnittsänderung erfolgt, wobei der Eintrag unterhalb und/oder oberhalb der Querschnittsänderung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von in der Ebene eingetragener Sekundärgasmenge zur Querschnittserweiterung so eingestellt wird, daß nach Eintrag des Sekundärgases der Feststoffstrom eine solche Beschleunigung erfährt, die nicht zu Instabilitäten im Zirkulationssystem führt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Sekundärgas in mindestens in zwei übereinander liegenden Ebenen eingetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der rezirkulierte Feststoff unterhalb der oberen Ebene eingetragen wird, vorzugsweise unter der untersten Ebene.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Rezirkulationssystem entnommene Feststoffe in einem Fließbettkühler gekühlt werden, und mindestens ein Teilstrom des gekühlten Feststoffes unterhalb der unteren Ebene zurückgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffe bei abgeschalteter Sekundärgaszufuhr und geöffnetem Fluidisierungsgaseintrag durch in das Wirbelbett unterhalb der ersten Querschnittserweiterung brennende Zündbrenner gezündet werden.

6. Wirbelschichtreaktor zur Durchführung des Verfahrens mit einem Brennstoffeintrag (7), einer Primärluftzufuhr (6) von unten und Sekundärgasleitungen (8; 9) in mindestens einer Ebene oberhalb der Brennstoffzufuhr in seinem unteren Bereich (1 b) dessen Querschnitt sich von unten nach oben vergrößert, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Bereich (1 b) aus mindestens zwei sich in ihrem Querschnitt unstetig ändernden Abschnitten (2, 3) besteht, und die Sekundärgasleitungen in einer Ebene in der Nähe der Querschnittsänderung angeordnet sind.

7. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittserweiterung stufenartig ausgebildet ist.

8. Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsänderung durch eine Änderung des Neigungswinkels von Reaktorraumwänden (S 3, S 4, 2, 3) hervorgerufen ist.

9. Wirbelschichtreaktor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Bereich (1 b) aus einem unteren Abschnitt (2) mit Brennstoffzufuhr (7) und Primärluftbeaufschlagung (6), einem daran anschließenden Abschnitt (3) mit unstetig vergrößertem Querschnitt, einem daran anschließenden dritten Abschnitt (4) und einem daran anschließenden vierten Abschnitt (5) mit unstetig vergrößertem Querschnitt besteht, der sich an den oberen Bereich (1 a) des Reaktors mit konstantem Querschnitt anschließt, wobei Sekundärgasleitungen (8, 9) in der Nähe der Querschnittsänderungen (2/3; 4/5) angeordnet sind.