DE3607896A1

DE3607896A1 - Steam generation plant having a steam generator heated by dry coal dust firing

Info

Publication number: DE3607896A1
Application number: DE19863607896
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Emsperger
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-03-10
Filing date: 1986-03-10
Publication date: 1987-09-17

Abstract

The invention relates to a steam generation plant (1) having a steam generator (2) heated by dry coal dust firing and having a dust filter plant (5) connected in the exhaust gas stream of the steam generator. In such steam generation plants there is the difficulty of converting the very fine dust arising in large quantities into a transportable and otherwise exploitable material, or, if required, a material which can be landfilled without risk. The invention provides for this purpose that an ash melting chamber, connected to the dust return line (14) of the dust filter, is provided upstream on the gas side of the steam generator. In addition, the exhaust gas of the ash melting chamber can be introduced into the lower region of the steam generator to decrease the nitrogen oxides. A steam generation plant according to the invention is suitable, in particular, for use in large-scale furnaces having dry coal dust firing. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampferzeugeranlage mit einem mit einer Kohlenstaubtrockenfeuerung beheizten Dampferzeuger und einen in den Abgasstrom des Dampfer zeugers eingeschalteten Staubfilter.The invention relates to a steam generator system with one heated with a dry coal dust burner Steam generator and one in the exhaust gas stream of the steamer dust filter switched on.

Bei Kohlenstaubtrockenfeuerungsanlagen, wie sie bei den meisten Kraftwerksanlagen üblich sind, fällt die Asche zu 85% als Flugstaub und zu etwa 15% als Grobasche an. Zur Entfernung des Flugstaubes aus dem Abgasstrom sind dem Abgaskamin üblicherweise Filteranlagen vorgeschal tet. Der in den Filteranlagen anfallende Flugstaub kann als Zuschlagstoff bei der Zementherstellung verwendet werden, wenn er einen Anteil an Restkohlenstoff von weniger als 5% besitzt. Diese Verwertung des Flugstaubes setzt aber voraus, daß sich ein Zementwerk in nicht allzugroßer Entfernung des Kraftwerkes befindet. Andern falls werden die Transportkosten zu hoch. Außerdem ist der Transport und die Zwischenlagerung des sehr leichten und feinen Staubes problematisch. Seine Lagerung in Deponien ist aber mit der Gefahr der Auslaugung der enthaltenen Schadstoffe durch das Grundwasser verbunden.In coal dust dry combustion plants, as in the Ashes are common to most power plants 85% as flying dust and about 15% as coarse ash. To remove the dust from the exhaust gas flow filter systems usually preceded the exhaust gas fireplace tet. The flying dust accumulating in the filter systems can used as an additive in cement production if it has a residual carbon content of owns less than 5%. This recovery of the fly dust but presupposes that a cement plant is not in excessive distance of the power plant. Others if the transport costs are too high. Besides, is the transportation and intermediate storage of the very light and fine dust problematic. Its storage in However, landfills are at risk of leaching the contained pollutants connected by the groundwater.

In Kraftwerksanlagen ist es bereits bekannt, Dampferzeu ger mit Schmelzkammerfeuerungsanlagen zu verwenden. Diese haben wegen der dort herrschenden hohen Tempe raturen unter anderem den Vorteil, daß der anfallende Flugstaub in die Schmelzzone zurückgeleitet und dort zu grobem Granulat, das gut transportfähig ist und sowohl im Straßenbau als auch bei der Herstellung von Mauersteinen verwendet werden kann, einzuschmelzen. Dampferzeuger mit Schmelzkammerfeuerung lassen sich aber nur begrenzt in ihrer Leistung zurückfahren, weil sonst die Gefahr des Einfrierens des Schmelzflusses gegeben ist. Außerdem haben reine Schmelzkammerfeuerun gen wegen der hohen Verbrennungstemperaturen eine recht hohe NO_x- Emission.In power plants, it is already known to use steam generators with smelting furnace systems. Because of the high temperatures prevailing there, these have the advantage, among other things, that the airborne dust accumulated is returned to the melting zone and melted there into coarse granules which are easy to transport and can be used both in road construction and in the manufacture of bricks. Steam generators with melting chamber firing can only be reduced in their output to a limited extent, because otherwise there is a risk of the melting flow freezing. In addition, pure smelting chamber fires have a very high NO _x emission due to the high combustion temperatures.

Durch den Aufsatz von W. Barho "Entkohlung und Ein speisung von Flugstaub" in VGB-Kraftwerkstechnik 80, Heft 12, Dez. 1980, ist ein Forschungsvorhaben bekannt geworden, das die getrennte Einschmelzung des Flugstau bes von Kohlenstaubtrockenfeuerungsanlagen zum Gegen stand hat. Dort wird eine völlig getrennte Einschmelz anlage für den Flugstaub von Trockenfeuerungsanlagen beschrieben. Es ist eine Eigenart einer solchen sepa raten Einschmelzanlage, daß die Investitionskosten relativ hoch sind und die Energieausnutzung zu wünschen übrig läßt.Through the essay by W. Barho "Decarburization and Ein feed of flying dust "in VGB power plant technology 80, Issue 12, Dec. 1980, a research project is known become the separate melting of the traffic jam bes of coal dust dry combustion plants in return stood. There is a completely separate smelting Plant for the fly dust from dry combustion plants described. It is a peculiarity of such a sepa smelter advise that the investment cost are relatively high and want to use energy leaves.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie der bei den besser an Lastschwankungen an paßbaren Kohlenstaubtrockenfeuerungsanlagen anfallende Flugstaub in der Anlage selbst zu einem gut transpor tierbaren und auch deponierfähigen Granulat weiter verarbeitet werden kann. Dabei sollten die zusätzlichen lnvestitionskosten minimiert und die Energieausnutzung optimiert werden.The invention has for its object a way instruct, like that on the better at load fluctuations Passable coal dust dry combustion systems Airborne dust in the system itself to a good transport animal and granular pellets can be processed. The additional Investment costs minimized and energy utilization be optimized.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Ansprüchen 2 bis 3 zu entnehmen. This object is achieved by the features of claim 1 solved. Further advantageous configurations are the Claims 2 to 3.

Infolge der erfindungsgemäßen gasseitigen Vorschaltung einer Ascheschmelzkammer vor den mit einer Kohlenstaub trockenfeuerung ausgerüsteten Dampferzeuger bleiben die Vorteile der Trockenfeuerung, insbesondere der niedrige NO_x-Ausstoß und das bessere Teillastverhalten erhalten und kann der Flugstaub dennoch zu Granulat verschmolzen werden.As a result of the gas-side upstream connection of an ash melting chamber in front of the steam generator equipped with a coal dust dry combustion, the advantages of dry combustion, in particular the low NO _x emissions and the better part-load behavior, are retained and the fly dust can nevertheless be melted into granules.

Die Energieausnutzung läßt sich bedeutend verbessern, wenn in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung das Abgas der Ascheschmelzkammer in den unteren Bereich des Dampferzeugers eingeleitet wird. Infolge dieser Maßnahme wird einerseits das im Abgas der Ascheschmelzkammer enthaltene NO_x zum größten Teil in der Flammzone der kühleren Trockenfeuerung reduziert. Andererseits kann so die Abwärme des Abgases der Ascheschmelzkammer von den Heizflächen des Dampferzeugers aufgenommen und somit nutzbringend verwendet werden. Schließlich bleibt durch diese Maßnahme das Teillastverhalten des Dampferzeugers unberührt. Ferner kann der mit einer Kohlenstaubtrocken feuerung beheizte Dampferzeuger so auch unabhängig von der Ascheschmelzkammer betrieben werden.The energy utilization can be significantly improved if, in an advantageous development of the invention, the exhaust gas from the ash melting chamber is introduced into the lower region of the steam generator. As a result of this measure, the NO _x contained in the exhaust gas from the ash melting chamber is largely reduced in the flame zone of the cooler dry furnace. On the other hand, the waste heat of the exhaust gas from the ash melting chamber can be absorbed by the heating surfaces of the steam generator and can thus be used to advantage. Finally, the partial load behavior of the steam generator remains unaffected by this measure. Furthermore, the steam generator heated with a dry coal dust can also be operated independently of the ash melting chamber.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erläu tert. Es zeigt:Further details of the invention are based on a in the embodiment shown tert. It shows:

Die Figur eine schematische Darstellung der erfindungs gemäßen Dampferzeugeranlage mit einer angeschlossenen Ascheschmelzkammer.The figure is a schematic representation of the Invention appropriate steam generator system with a connected Ash melting chamber.

In der schematischen Darstellung der Figur der Dampf erzeugeranlage 1 erkennt man den Dampferzeuger 2, einen in der Abgasleitung 3 des Dampferzeugers geschalteten Luftvorwärmer 4, eine abgasseitig dem Luftvorwärmer nachgeschaltete Filteranlage 5 und einen der Filteran lage nachgeschalteten Kamin 6. Zwischen der Filteran lage und dem Kamin ist im Ausführungsbeispiel ein Saug zuggebläse 7 angeordnet. Der Luftvorwärmer ist luft seitig an einen Luftverdichter 8 und abströmseitig an die Brenner 9 bis 11, und eine Oberluftdüse 22 des Dampf erzeugers 2 angeschlossen. Dem Dampferzeuger 2 ist gas seitig eine Ascheschmelzkammer 12 vorgeschaltet, deren Abgasanschluß 13 in den unteren Bereich des Dampferzeu gers 2 mündet. Eingangsseitig ist die Ascheschmelzkammer 12 über eine an die Filteranlage 5 angeschlossene Staub rückführleitung 14 angeschlossen, wobei auch eine Zwi schenspeicherung in einem Staubbunker 23 möglich ist. Diese Staubrückführleitung wird mit Hilfe eines vorge schalteten Luftverdichters 15 betrieben. Die Ansauglei tung 16 dieses Luftverdichters kann wahlweise auch an die den Luftvorwärmer 4 mit den Brennern 9 bis 11 ver bindende Luftleitung 17 angeschlossen werden. Die Asche schmelzkammer ist zusätzlich über eine separate Brenn stoffleitung 18 aus einem Bunker 19 mit Kohlenstaub speisbar.In the schematic representation of the figure of the steam generator system 1 , one can see the steam generator 2 , an air preheater 4 connected in the exhaust line 3 of the steam generator, a filter system 5 connected downstream of the air preheater and a chimney 6 downstream of the filter system. Between the filter system and the chimney, a suction fan 7 is arranged in the embodiment. The air preheater is connected on the air side to an air compressor 8 and on the outflow side to the burners 9 to 11 , and an upper air nozzle 22 of the steam generator 2 . The steam generator 2 is gas upstream of an ash melting chamber 12 , the exhaust port 13 in the lower region of the steam generator 2 opens. On the input side, the ash melting chamber 12 is connected via a dust return line 14 connected to the filter system 5 , intermediate storage in a dust bunker 23 also being possible. This dust return line is operated with the help of an upstream air compressor 15 . The Ansauglei device 16 of this air compressor can optionally be connected to the air preheater 4 with the burners 9 to 11 ver binding air line 17 . The ash melting chamber can also be fed with coal dust via a separate fuel line 18 from a bunker 19 .

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Dampferzeugeranlage 1 drückt der Luftverdichter 8 die frische Ansaugluft durch den Luftvorwärmer 4. Die im Luftvorwärmer vorgewärmte Frischluft wird über die Luftleitung 17 den Brennern 9 bis 11 des Dampferzeugers 2 zugeleitet. Das Abgas des Dampferzeugers 2 gibt nach dem Verlassen des Dampfer zeugers einen Teil seiner Restwärme an den Luftvorwärmer 4 ab, so daß dieser Teil der Restwärme über die vorge heizte Frischluft in den Dampferzeuger 2 zurückgeleitet wird. Das im Luftvorwärmer 4 abgekühlte Abgas des Dampf erzeugers 2 wird in der Filteranlage 5 vom Flugstaub be freit und gelangt über das Saugzuggebläse 7 in den Kamin 6. Der in der Filteranlage abgefilterte Staub wird über die Staubrückführleitung 14 von der durch den Luftver dichter 15 erzeugten Druckluft in die Ascheschmelz kammer 12 befördert. Dabei reicht der Restkohlenstoff gehalt des Staubes meist nicht aus. In solchen Fällen wird Kohlenstaub aus dem Bunker 19 über die Brennstoff leitung 18 der Ascheschmelzkammer zugeführt. In der Ascheschmelzkammer schmilzt der Staub infolge der bei der Oxidation des vorhandenen Kohlenstoffs entstehenden Wärme und der infolge verringerter Wärmeabfuhr dabei entstehenden hohen Temperaturen. Er kann am trichterför migen Ende 20 als flüssige Schlacke abgelassen und in einem Nassentschlacker bzw. Wasserbad 21 aufgefangen werden. Die heißen NO -haltigen Abgase der Ascheschmelz kammer 12 gelangen über deren Abgasanschluß 13 in den unteren Bereich des Dampferzeugers 2. Sie durchströmen die Flammenfront der Brenner 9 bis 11, wobei das Luft verhältnis in den verschiedenen Brennerebenen gestuft werden kann. Dabei wird ein Großteil der mitgeführten Stickoxide reduziert (In Furnace NO_xReduction, IFNR). Die fühlbare Wärme der Abgase der Ascheschmelzkammer 12 können ihre Wärme ohne weitere Ein- oder Zubauten an die Heizflächen des Dampferzeugers abgeben und so zur Dampferzeugung mit herangezogen werden.When operating the steam generator system 1 according to the invention, the air compressor 8 presses the fresh intake air through the air preheater 4 . The fresh air preheated in the air preheater is fed via the air line 17 to the burners 9 to 11 of the steam generator 2 . The exhaust gas from the steam generator 2 is after leaving the steam generator from part of its residual heat to the air preheater 4 , so that this part of the residual heat is returned to the pre-heated fresh air in the steam generator 2 . The cooled in the air preheater 4 exhaust gas of the steam generator 2 is freed from the flying dust in the filter system 5 and reaches the chimney 6 via the induced draft fan 7 . The filtered in the filter system dust is conveyed via the dust return line 14 from the compressed air generated by the air compressor 15 into the ash melting chamber 12 . The residual carbon content of the dust is usually not sufficient. In such cases, coal dust is fed from the bunker 19 via the fuel line 18 to the ash melting chamber. The dust melts in the ash melting chamber as a result of the heat generated during the oxidation of the carbon present and the resulting high temperatures as a result of reduced heat dissipation. It can be discharged at the funnel-shaped end 20 as liquid slag and collected in a wet slag or water bath 21 . The hot NO-containing exhaust gases from the ash melting chamber 12 pass through their exhaust connection 13 into the lower region of the steam generator 2 . They flow through the flame front of the burners 9 to 11 , whereby the air ratio can be graded in the different burner levels. The majority of the nitrogen oxides carried are reduced (In Furnace NO _x Reduction, IFNR). The sensible heat of the exhaust gases of the ash melting chamber 12 can emit its heat to the heating surfaces of the steam generator without further installations or additions and can thus be used for steam generation.

Es ist ein großer Vorteil dieser Lösung, daß eine her kömmliche Dampferzeugeranlage mit einer bewährten Kohlen staubtrockenfeuerung mit ihren günstigen Teillastver halten, ihrer größeren betrieblichen Flexibilität und ihrer relativ geringen NO_x-Emission nahezu unverändert benutzt werden kann. Der bei einer solchen Dampferzeu geranlage in großen Mengen anfallende feine Staub kann durch die Rückführung in die dem Dampferzeuger vorzu schaltende und somit auch relativ einfach nachrüst bare Ascheschmelzkammer dennoch in ein leicht tranpor tierbares, wirtschaftlich als Füllmaterial zum Straßen bau und zur Mauerherstellung einsatzfähiges und ohne weiteres deponierfähiges Granulat umgewandelt werden. It is a great advantage of this solution that a conventional steam generator plant with a proven coal dust-dry combustion with its cheap partial load, its greater operational flexibility and its relatively low NO _x emission can be used almost unchanged. The fine dust accumulating in such a steam generator plant in large quantities can be recycled to the steam generator to be switched upstream and thus also relatively easy to retrofit depositable granules are converted.

Schließlich kann dabei auch noch die Abwärme der Asche schmelzkammer ohne zusätzlichen Aufwand in der Dampfer zeugeranlage für die Dampferzeugung ausgenutzt werden. Beachtlich ist, daß dabei der an sich hohe NO_x-Gehalt der die Ascheschmelzkammer verlassenden Abgase infolge der Vorschaltung vor den Dampferzeuger auch noch deut lich vermindert wird.Finally, the waste heat from the ash melting chamber can also be used for steam generation without additional effort in the steam generator system. It is noteworthy that the high NO _x content of the waste gases leaving the ash melting chamber is also significantly reduced as a result of the upstream connection upstream of the steam generator.

Claims

1. Dampferzeugeranlage mit einem mit einer Kohlenstaub trockenfeuerung beheizten Dampferzeuger und einem in den Abgasstrom des Dampferzeugers eingeschalteten Staubfil ter, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dampferzeuger (2) gasseitig eine an eine Staub rückführleitung (14) des Staubfilters (5) angeschlossene Ascheschmelzkammer (12) vorgeschaltet ist.1. Steam generator system with a steam generator heated with a coal dust dry combustion and a switched on in the exhaust gas flow of the steam generator Staubfil ter, characterized in that the steam generator ( 2 ) on the gas side to a dust return line ( 14 ) of the dust filter ( 5 ) connected ash melting chamber ( 12 ) is connected upstream.

2. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas der Asche schmelzkammer (12) in den unteren Bereich des Dampferzeu gers (2) eingeleitet wird.2. Steam generator system according to claim 1, characterized in that the exhaust gas of the ash melting chamber ( 12 ) in the lower region of the steam generator ( 2 ) is introduced.

3. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitung des Abgases der Ascheschmelzkammer (12) in die Flammzone des Dampferzeugers (2) hinein erfolgt.3. Steam generator system according to claim 2, characterized in that the introduction of the exhaust gas of the ash melting chamber ( 12 ) into the flame zone of the steam generator ( 2 ) takes place.

4. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ascheschmelzkam mer (12) Staub von anderen Dampferzeugern bzw. Kraftwer ken zuführbar ist.4. Steam generator system according to claim 1, characterized in that the Ascheschmelzkam mer ( 12 ) dust from other steam generators or Kraftwer ken can be supplied.

5. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Rauchga sen des Dampferzeugers (2) abgezogene Staub mittels eines Luftverdichters (15) in die Ascheschmelzkammer (12) ge blasen wird.5. Steam generator system according to claim 1, characterized in that from the Rauchga sen of the steam generator ( 2 ) extracted dust by means of an air compressor ( 15 ) in the ash melting chamber ( 12 ) is blown.

6. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluft mit tels eines in den Abgasstrom des Dampferzeugers (2) ge schalteten Luftvorwärmer (4) aufheizbar ist. 6. Steam generator system according to claim 5, characterized in that the fresh air with means of an in the exhaust gas stream of the steam generator ( 2 ) GE switched air preheater ( 4 ) can be heated.

7. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ascheschmelzkam mer (12) über eine Brennstoffleitung (18) zusätzlicher Brennstoff zuführbar ist.7. Steam generator system according to claim 1, characterized in that the Ascheschmelzkam mer ( 12 ) via a fuel line ( 18 ) additional fuel can be supplied.

8. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ascheschmelzkam mer gemahlener Kohlenstaub zuführbar ist.8. Steam generator system according to claim 7, characterized characterized that the ash melt came always ground coal dust can be fed.

9. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ascheschmelzkam mer (12) Brenngas zuführbar ist.9. Steam generator system according to claim 7, characterized in that the Ascheschmelzkam mer ( 12 ) fuel gas can be supplied.

10. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Asche schmelzkammer (12) über Wärmetauscherrohre kühlbar sind.10. Steam generator system according to claim 1, characterized in that the walls of the ash melting chamber ( 12 ) can be cooled via heat exchanger tubes.

11. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Asche schmelzkammer (12) als Flossenrohrwände ausgebildet sind.11. Steam generator system according to claim 10, characterized in that the walls of the ash melting chamber ( 12 ) are designed as fin tube walls.

12. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher rohre der Wände der Ascheschmelzkammer (12) an den Was ser-Dampfkreislauf der Dampferzeugeranlage (1) ange schlossen sind.12. Steam generator system according to claim 10, characterized in that the heat exchanger tubes of the walls of the ash melting chamber ( 12 ) to the What water steam circuit of the steam generator system ( 1 ) are closed.

13. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ascheschmelzkam mer (12) am unteren Ende (20) trichterförmig ausgebildet und mit einem Schlackeabzug versehen ist.13. Steam generator system according to claim 1, characterized in that the Ascheschmelzkam mer ( 12 ) at the lower end ( 20 ) is funnel-shaped and is provided with a slag discharge.