DE3621109A1 - Liegende vorrichtung zum verbrennen von schwefelhaltigem, reaktionstraegem kohlenstaub - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine liegende Vorrichtung zum Ver­ brennen von schwefelhaltigem, reaktionsträgem Kohlenstaub mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruches.

Vorrichtungen dieser Art zum Verbrennen von reaktionsträgem Kohlenstaub sind aus der DE-OS 31 45 799 und der EP-Patenan­ meldung 0 111 874 bekannt.

Durch die ältere, unveröffentlichte DE-Patenanmeodung P 34 41 138.0 ist ein fiktiver Stand der Technik gemäß § 3, Abs. 2, Ziffer 2, Pat.Ges. gegeben. Diese Patentanmeldung sieht bei andersartiger Aufgabe und einer bestimmten Ausbildung der Verbrennungs- und Beschleunigungskammer und deren Ascheaustrag eine, der ersten Verbrennungs- und Beschleuni­ gungskammer nachgeschaltete, koaxiale zweite Verbrennungs- und Beschleunigungskammer vor.

Diesen vorstehend genannten Vorrichtungen nach dem Stand der Technik ist gemeinsam, daß sie dem Kohlenstaub hoher Reaktions­ trägheit, d. h. niederflüchtige Kohlen wie Anthrazit und Magerkohle, einen möglichst langen Weg in der Beschleuni­ gungs- und Verbrennungskammer geben, um die Reaktionszeit zu erhöhen und damit einen möglichst hohen Grad an Ausbrand zu erzielen. Wesentlich hierzu ist, daß der eintretende Kohlen­ staub einer Drallbewegung unterworfen wird und die Flamme selbst und der sie umhüllende Kohlenstaubmantel einem Drall unterworfen wird. Der Kohlenstaubmantel unterliegt den Ge­ setzen der Drallströmung von Gasen und Flüssigkeiten in einem zylindrischen oder konischen Raum, demzufolge am Ende dieses Raumes eine Richtungsumkehr der Axialbewegung des Staubman­ tels bei gleichbleibender Dreh- oder Drallrichtung erfolgt.

Den Vorrichtungen dieser Art gegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die gattungsgemäßen Vorrichtungen da­ hingehend zu verbessern, daß ein von Schwefelverbindungen freies oder weitgehends freies Rauchgas erzielt wird, dabei aber eine von Schwefelsverbindungen freie oder weitgehends freie, noch anderweitig verwertbare Asche gewonnen wird und der Ausbrand, d. h. der Anteil von Unverbranntem in der Asche mindestens nicht negativ beeinflußt wird. Diese Aufgabe soll mit konstruktiv einfachen und leicht zu handhabenden Mitteln erreichbar sein, die die Gesamtwirkung der Vorrichtung ge­ gegenüber bekannten Vorrichtungen gleicher Gattung nicht herab­ setzt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches vor. - Die Merkmale der Unteransprüche dienen der Weiterentwicklung der Merkmale des Hauptanspruches.

Durch die DE-OS 30 15 232 ist eine stehende Wirbelbett-Vor­ richtung zum Verbrennen von schwefelhaltigem Kohlenstaub be­ kannt, die in drei Bettabschnitte unterteilt ist und drei übereinander angeordnete Kammern aufweist, wobei die Böden der Bettabschnitte Bodenglocken aufweisen, durch die Ver­ brennungsluft und Rauchgase von einem zum nächsten Bettab­ schnitt gelangen können. Der obersten Kammer wird ein die Schwefelverbindungen des Kohlenstaubs neutralisierender Staub zugegeben. Um die Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase und der Verbrennungsluft zu hemmen, tragen die Bodenglocken Ab­ deckungen, durch die das Fluidisieren des Kohlenstaubs in den beiden oberen Bettabschnitten erreicht werden soll. Das Abführen grober Asche erfolgt durch das Zurückleiten von ge­ zündetem Kohlenstaub aus der zweiten Kammer in die erste Kammer. - Eine solche Vorrichtung ist nicht für reaktions­ trägen Kohlenstaub insofern geeignet, als mit ihr der Grad des Ausbrandes unwirtschaftlich niedrig ist; es bleibt bei reaktionsträgem Kohlenstaub zuviel Kohlenstoff unverbrannt und es erfolgt keine oder nur eine ungenügende Trennung von unverbrannten Kohlestaubteilchen von der Asche.

Der Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung ist demge­ genüber bei hohem Ausbrand der reaktionsträgen Kohle darin zu sehen, daß nicht nur ein höherer Ausbrand der reaktions­ trägen Kohle erreicht wird, sondern auch eine intensivere Berührung des neutralisierenden Staubs, meist Kalk oder Kalkverbindungen, mit der Flamme bzw. den in und um diese vorhandenen Kohlestaubteilchen erreichbar ist. Durch die scharfe Trennung der schwefelfreien Asche in der ersten Kammer von den in der zweiten Kammer gewonnenen Rückständen besteht die Möglichkeit, die schwefelfreie Asche weiterhin wirtschaftlich zu verwerten und den in der zweiten Kammer gewonnenen Austrag, im allgemeinen in Form von Gips oder gipsähnlichen Produkten, aschefrei, d. h. ohne Kohlenstoff und unverbrennbarem Bergeanteil, zu gewinnen, wodurch sich ein Separationsvorgang zum Ausscheiden des Kohlenstoffs und des Bergeanteils aus den aus der zweiten Kammer anfallenden Rückständen erübrigt.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführunsbeispiel einer Vor­ richtung nach der Erfindung im Längsschnitt dargestellt.

Die Vorrichtung nach der Erfindung weist eine Brennermuffel 1 auf, die von ihrem vorderen Ende 2 zu ihrem hinteren Ende 3 sich konisch erweitert. Das vordere Ende der Muffel 1 weist eine Dralleinrichtung 4 auf, durch die die über die Leitung 5 in Richtung des Pfeiles 5 a tangential zugeführte Verbren­ nungsluft in eine schraubenlinienförmige Drallströmung 6 in der Muffel versetzt wird.

Durch die Muffel 1 ragt in deren Längsachse eine rohrförmige Blaslanze 7, die an ihrem hinteren Ende, d. h. in Nähe des hinteren Endes 3 der Muffel, einen kappenartigen Teil 8 trägt, der bewirkt, daß die Richtung der Förderluft für den Kohlenstaub und der Kohlenstaub selbst in der Blaslanze 7 (vgl. Pfeil 7 a) umgekehrt werden und in Richtung der Pfeile 9 aus dem kappenartigen Teil 8 austreten. Hierdurch tritt um die Lanze 7 herum eine Umlaufströmung des Kohlenstaubes und der Verbrennungsluft in Richtung der Pfeile 10 ein, während der außenliegende Strömungsteil 10 a von der Strömung 6 der Verbrennungsluft erfaßt und schraubenlinienförmig mitgenommen wird und der restliche Teil 10 b längs der Lanze gegen das vordere Muffelende strömt. - Eine derartige Muffel mit Blas­ lanze ist Stand der Technik. - Vorzugsweise ragt die Kappe 8 über das hintere Ende 3 der Muffel 1 hinaus, wie dies aus der Darstellung deutlich zu erkennen ist.

Die Verbrennungsluft tritt aus der Muffel 1 in eine Verbren­ nungs- und Beschleunigungskammer 11 über, die konisch oder aber, wie dargestellt, zylindrisch ausgebildet ist. Bei koni­ scher Ausbildung verjüngt sich die Verbrennungs- und Be­ schleunigungskammer gegen ihr, der Muffel 1 abgekehrtes Ende. - Die schraubenlinienförmige Drallbewegung der Verbrennungsluft in der Muffel 1 setzt sich als innere Drallströmung 12 längs der Längsmittelachse M der Muffel 1 und der Verbrennungs- und Beschleunigungskammer 11 fort. Innerhalb dieser Drallströ­ mung in der Kammer 11 bildet sich die Flamme aus, die durch die Verbrennungs- und Beschleunigungskammer bis in die sich darin anschließende Vorrichtung und den Kesselraum ragt.

Die vordere Stirnwand 13 der Verbrennungs- und Beschleuni­ gungskammer 11 springt am Übergang von der Muffel 1 zu der Kammer 11 zurück, so daß der Querschnitt der Verbrennungs- und Beschleunigungskammer 11 sich an diesem Übergang erwei­ tert. Hierdurch bildet sich eine Schulter, wie auch ein die Drallströmung 12 umgebender, je nach Ausbildung der Ver­ brennungs- und Beschleunigungskammer konischer oder zylin­ drischer Mantelraum 15, in den die, insbesondere durch Zentri­ fugalkräfte der Drallströmung aus dieser ausgeschiedene Koh­ lenstaubteilchen gelangen.

In Längsrichtung der Verbrennungs- und Beschleunigungskammer 11 sind in den aufeinanderfolgenden Querschnittsebenen Luft- oder Gasdüsen 16 angeordnet, die am Umfang der Wand 17 der Verbrennungs- und Beschleunigungskammer 11 vorzugsweise gleichmäßig verteilt sind.

Nach den Gesetzen der Drehströmung erlangen die in dem erwei­ terten Mantelraum 15 vorhandene Verbrennungsluft und die Koh­ lenstaubteilchen gleiche Drehrichtung wie die Drallströmung 12, jedoch in entgegengesetzter Richtung, d. h. von dem hin­ teren Ende 11 a der Kammer 11 in Richtung auf die Muffel 1.

In die Rückwand 18 der Verbrennungs- und Beschleunigungs­ kammer 11 ist eine zentrische Büchse 19 eingesetzt. Diese kann einen in die Kammer 11 ragenden Abschnitt 20 mit einem ringförmig nach außen ragenden Teil 21 aufweisen. Das hin­ tere Ende 11 a der Kammer 11 trägt in seinem unteren Bereich einen Ascheaustrag 22.

Die nicht verbrannten Teile aus dem Mantelraum 15 prallen ge­ gegen die rückwärtige Wand 18 und gelangen in den Zwischenraum zwischen dieser Rückwand und den ringförmigen Teil 21, um danach durch Schwerkraft in den Ascheaustrag 22 zu gelangen.

Zusätzlich zu diesem Ascheaustrag 22 kann ein weiterer Asche­ austrag 23 vorgesehen werden, der sich an die Stirnwand 13 zwischen der Muffel 1 und der Kammer 11 anschließt. Wird näm­ lich keine oder nur eine geringe Gas- oder Luftmenge durch die Düsen 16, die vorzugsweise gegen das Kammerende 11 a ge­ neigt sind, in den Mantelraum 15 geleitet, so wird die Dreh­ strömung in diesem Raum wirksam und Luft- und Staubteilchen aus diesem Raum werden in Richtung der Muffel 1 gefördert, so daß die Asche in Richtung des Pfeiles R aus dem Austrag 23 gelangen kann.

An die Verbrennungs- und Beschleunigungskammer 11 schließt sich eine zweite Kammer 30 an, in die die Büchse 19 mündet.

Diese Kammer ist koaxial zu der Muffel 1 und der Kammer 11 gelegen und hat einen größeren Querschnitt als die Büchse 19 und damit die Durchtrittsöffnung zwischen den Kammer 11 und 30. Die kopf- und endseitigen Wände der beiden Kammern sind rechtwinklig zur Längsachse M gelegen. Die Kammer 30 kann den gleichen Durchmesser wie die Kammer 11 oder aber, wie in ausgezogener Linie dargestellt, einen größeren Durchmesser haben.

In die zweite Kammer 30 ragen tangential, noch besser aber radial gerichtete Zuführungsdüsen 31 von deren äußeren Mantel 32 gegen die Längsmittelachse L dieser Kammer. Über Zuführungsleitungen 33 stehen diese mit einem Gebläse 34 und einer Vorratskammer 35 in Verbindung, so daß der Kammer 30 kontinuierlich Kalk oder Kalkverbindungen oder ein anderer den Schwefel der in die Kammer 30 eintretenden Rauchgase neutralisierender Staub zugeführt werden kann. - Statt der von dem Mantel 32 ausgehenden Düsen 31 können Düsen oder Düsenrohre 36, 37 gewählt werden, die von den Stirnwänden 38, 39 der Kammer 30 aus gegen die Mittellängsachse L gerichtet sind und bei unterschiedlicher Länge bis nahe an diese Achse reichen, damit der gesamte Querschnitt des Rauchgasstromes mit dem neutralisierenden Staub versehen wird. - Auch kann eine Anordnung der Düsen oder Düsenrohre gewählt werden, die einen oder mehrere hintereinander gelegene Staubschleier bilden. - Hierzu kann alleine oder zusätzlich ein zentrales, d. h. in der Längsachse L der Kammer 30 gelegenes Rohr 50 vorgesehen sein, aus dessen Öffnungen oder Düsen 51 wie aus den Öffnungen oder Düsen 52 der übrigen Rohre 36, 37, 36 a, 37 a der neutralisierende Staub von innen nach außen in die Rauchgassäule in der Kammer 30 geblasen werden kann.

Im unteren Bereich der Kammer 30 ist ein Staubaustrag 40 oder 41 oder zwei solcher Austräge vorgesehen. In ihnen fällt die Verbindung Schwefel-neutralisierender Staub, meist CaSO4 ohne Beimengung an Kohlenstaub oder Bergeanteil an. Die aus den Austrägen 22, 23 gewonnene Asche kann schwefel­ frei einer entsprechenden Nutzung zugeführt werden; der aus den Austrägen 40, 41 gewonnene, schwefelhaltige Staub ist rückstandsfrei, d. h. ohne oder ohne nennenswerten C- und SiO-Anteil und kann dementsprechend genutzt werden. Letztlich sind die in den Kessel 49 und in den Rauchgasabzug gelangen­ den Rauchgase schwefelfrei.

Um ein weitgehendes Separieren der Asche von dem Gips oder gipsähnlichen Austragsmaterial zu erreichen, kann in Nähe der Büchse 19 eine Art Wehr in Form einer Scheibe 53 oder eines Ringes angeordnet sein, das die restliche, an den Wänden oder der Dralleinrichtung 54 in der Büchse 19 in die Kammer 30 gelangende Asche in den ersten Austrag 40 gelangen läßt, so daß durch den Austrag 41 sehr reines Gips oder gipsähnliches Material ausgetragen wird.

Durch die Rohre 36, 37, 36 a, 37 a bzw. deren Düsen sowie durch die Düsen 31 selbst oder durch entsprechende zusätzliche Rohre kann die Stickoxide neutralisierendendes NH₃ oder Verbindungen desselben in die Kammer 30 geleitet werden. Hierbei wird der gleiche Vorteil wie bei der Entschwefelung erreicht, näm­ lich, daß das Ammoniak bzw. dessen Verbindung auf eine aschefreie Rauchgassäule in der Kammer 30 trifft.

Das hintere Ende der Kammer 30 weist eine Öffnung 60 auf, deren Querschnitt wiederum kleiner als der Querschnitt der Kammer 30 ist. Die Öffnung 60 kann den Querschnitt der Büchse 19 haben und ebenfalls mit einer Büchse 61 versehen sein.

Wesentlich ist für die Erfindung, daß in der zweiten Kammer 30 wiederum das Drehströmungsprinzip angewandt wird und in die rotierende Flamme und den kleinen noch verbleibenden Mantel aus verbrennendem Kohlenstaub hinein, also ganz ge­ zielt und in eine genau definierte Zone der Kalk oder das Kalkgemisch hineingesprüht wird, wobei der schwefelbeladene Kalk aufgrund der Drehströmung gezielt ausgetragen wird. Entscheidend hierbei ist, daß hierdurch eine intensive und gleichmäßige Berührung des Kalks oder Kalkgemisches mit der Flamme und den restlichen verbrennenden Kohlenstaubteilchen zustande kommt, was bei einem Wirbelbett in entsprechenden Kammer wegen der dort sich bildenden Toträume und unter­ schiedlichen Strömungsverhältnisse aufgrund der Kammer­ figuration nicht erreichbar ist, wenn man von der Art der Verbrennung des reaktionsfähigen Kohlenstaubs in der Muffel 1 und der Beschleunigungskammer 11 der Vorrichtung nach der Erfindung absieht.

Claims (6)

1. Liegende Vorrichtung zum Verbrennen von reaktionsträgem Kohlenstaub mit einer Beschleunigungs- und Verbrennungs­ kammer, in deren Längsachse die Flamme und ein sie umgeben­ der Kohlenstaubmantel in Drallbewegung versetzt sind, die bis in den nachgeordneten Kessel ragen, wobei die Beschleu­ nigungs- und Verbrennungskammer mindestens eine Ascheaus­ tragseinrichtung an einem, eine Prallwand aufweisenden Ende dieser Kammer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungs- und Verbrennungskammer (11) über eine im Querschnitt der Beschleunigungs- und Verbrennungskammer kleinere Öffnung in der hinteren Kammerstirnwand (18) mit einer zweiten Kammer (30) verbunden ist, die in der Längs­ achse (M) der Vorrichtung eine Verbindungsöffnung (50) zu dem Kessel (49) aufweist, der Querschnitt der zweiten Kammer größer als der Querschnitt der Verbindungsöffnungen zu der Beschleunigungs- und Verbrennungskammer (11) und zu dem Kessel (49) ist, in der zweiten Kammer in oder an die rotierende Flamme und den sie umgebenden Kohlenstaub­ mantel Schwefelverbindungen neutralisierende Staubmengen sprühende Rohrleitungen angeordnet sind und in Nähe der hinteren und/oder vorderen Kammerstirnwand (38, 39) der zweiten Kammer Austragseinrichtungen für den die Schwefel­ verbindungen bindenden Staub vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Öffnung zwischen der Beschleunigungs- und Ver­ brennungskammer (11) und der zweiten Kammer (30) eine Büchse (19) ragt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (19) mit Drallelementen versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Beschleunigungs- und Verbrennungskammer (11) ragende Ende der Büchse (19) im Abstand von der Rückwand (18) der Kammer ( 11) einen nach außen ragenden Ringkragen (21) trägt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Kammer (30) unmittelbar an oder in Nähe der zentralen Büchse (19) ein in den Rand des Strö­ mungsquerschnitts dieser Büchse ragendes Wehr (51) ange­ ordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wehr (51) als ringförmige oder ungefähr ringförmige Scheibe auf Höhe des der Beschleunigungs- und Verbrennungs­ kammer (11) benachbarten Austrages (40) angeordnet ist.