DE3833616A1 - Wirbelschichtfeuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtfeuerung. Bekanntermaßen entsteht die Wirbelschicht dadurch, daß ein Trägerstrom, z. B. Luft, in ein liegendes Bett aus Feststoffpartikeln z. B. ein Sandbett, eingeblasen und dieses in einen Wirbelzustand versetzt wird, wobei es die Eigenschaften einer Flüssigkeit erreicht. Nach Erhit­ zen dieser Schicht aus Feststoffpartikeln wird Brennstoff der Schicht zugeführt. Dieser Brennstoff wird in der Wir­ belschicht von den Feststoffpartikeln sofort umschlossen und verbrennt dort von außen nach innen. Wird Luft als Trägerstrom verwendet, so ist diese gleichzeitig die Ver­ brennungsluft. Die Feststoffpartikel wirken als Wärmeträ­ germedium zwischen dem Brennstoff, Rauchgas und den Heiz­ flächen.

Wirbelschichtfeuerungen mit einer Einrichtung zur Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas, insbes. Luft, welches bevorzugt den Trägerstrom für die Feststoffpartikel der Wirbelschicht bildet und mit einem in der Wirbelschicht angeordneten Wärmetauscher, insbes. einem Rohrwärmetauscher versehen ist, sind etwa aus der DE-OS 34 37 486 bekannt­ geworden. Ebenso zeigt etwa die AT-PS 3 82 227 eine Wir­ belschichtfeuerung, bei der jedoch der Wärmetauscher als zylindrisches Rohr ausgebildet ist.

Probleme in Wirbelschichtfeuerungen ergeben sich da­ durch, weil die Wirbelschicht nur dann ihre Aufgabe er­ füllen kann, wenn die Feststoffpartikel (Sand oder ande­ res Inertmaterial) bei den auftretenden Temperaturen nicht sintern oder schmelzen. Da nun der Ascheerweichungs­ punkt des Wirbelbettmaterials im allgemeinen weit unter der Verbrennungstemperatur liegt, muß Vorsorge getroffen werden, damit die Verbrennungstemperatur im Wirbelbett unter dem Ascheerweichungspunkt des Wirbelbettmaterials zu liegen kommt. Beim Einbau von Tauchheizflächen ist nun auf die Größe dieser Heizflächen bei der Auswahl der Brennstoffe Rücksicht zu nehmen. Dies führte bisnun dazu, daß Brennstoffe mit unterschiedlichen Wassergehalten in Wirbelschichten mit Tauchheizflächen nur bedingt ver­ brannt werden konnten. Steigt nämlich der Wassergehalt im Brennstoff, so wird mehr Energie für die Verdampfung dieses Wassers aufgewendet und die Verbrennungstemperatur sinkt. Dies kann soweit führen, daß die Bettemperatur so­ weit absinkt, daß ein Betrieb der Feuerung nicht mehr mög­ lich ist. In der AT-PS 3 85 109 ist die Möglichkeit er­ wähnt, abwechselnd hochwertige und minderwertige (hoher Wasser- und/oder Aschegehalt) Brennstoffe zu verfeuern, u. zw. unter Verwendung von Wärmetauschern in Form von z. B. Tauchheizflächen mit variabel wirksamer Fläche, um eine Wärmeabfuhr zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Bettemperatur bei einem vorgegebenen Brennstoff zu ermög­ lichen. Um Tauchheizflächen zu vermeiden und einen Teil­ lastbetrieb befriedigend vornehmen zu können, wird in dem genannten Dokument vorgeschlagen, die Größe des flui­ disierten Bereiches zu ändern, wobei dem Bettmaterial Wär­ me entzogen werden kann, und der fluidisierte Bettbereich auf zumindest einen Bereich entsprechend der Teillast ver­ kleinert wird, wozu der verkleinerte fluidisierte Bereich innerhalb des gesamten Bettbereichs zeitlich schritt­ weise verschoben wird, und/oder der verkleinerte flui­ disierte Bereich zeitlich schrittweise vergrößert und ver­ kleinert wird, und/oder der verkleinerte fluidisierte Be­ reich örtlich sprunghaft versetzt wird, so daß im gesam­ ten Bettbereich eine im wesentlichen gleiche mittlere Temperatur aufrechterhalten wird, wobei die Brennstoff­ zufuhr im wesentlichen zum verkleinerten fluidisierten Bereich erfolgt. Die Veränderung der aktiven Wirbel­ schicht-Bettfläche erfolgt dabei durch Verändern der Luftmenge. Erfahrungsgemäß führt jedoch die Veränderung der Luftgeschwindigkeit in der Wirbelschicht zu Unstabi­ litäten im Bett.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einer Wirbelschichtfeuerung, insbesondere zum Verbrennen von Brennstoffen unterschiedlichen Wassergehaltes, gege­ benenfalls mit großstückigen Inertteilen, wobei eine Ein­ richtung zur Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas, insbes. Luft, vorgesehen ist und das Gas bevorzugt den Trägerstrom für die Feststoffpartikel der Wirbelschicht bildet und mit einem in der Wirbelschicht angeordneten insbes. als Rohrwärmetauscher ausgebildeten Wärmetauscher mit variabel wirksamer Fläche, in einfacher Weise selbst auch bei Brenn­ stoffen verschiedener Wassergehalte die Verbrennungstempe­ ratur auch bei Teillastbetrieb konstant zu halten. Der Teillastbetrieb stellt nämlich, wie sich aus Vorstehendem ergibt, einen in Wirbelschichtheizungen problematischen Lastbereich dar. Bei gleichbleibenden Tauchheizflächen kann nämlich dieser Teillastbetrieb nur dann gefahren werden, wenn die Temperatur im Bett abgesenkt wird. Diese Probleme erhöhen sich noch, wenn die Forderung erhoben wird, auch im Teillastbetrieb eine bestimmte Verbrennungstemperatur zu fahren. Die hier aufgezeigten Probleme werden nun bei einer Wirbelschichtfeuerung der vorerwähnten Art gelöst, wenn gemäß der Erfindung die Eintauchtiefe des Wärmetau­ schers in die Wirbelschicht veränderbar ist. Durch die Erfindung gelingt es, je nach Eintauchtiefe die Temperatur im Wirbelbett zu regulieren und auch für den Fall der Ver­ feuerung von Brennstoffen mit stark wechselndem Wasserge­ halt, konstante Verbrennungstemperatur, u. zw. auch im Teil­ lastbereich, zu fahren. Die Luftgeschwindigkeit bleibt konstant, da ja die Heizfläche in das Bett ein- oder aus diesem ausgeschoben wird. Die Änderung der wirksamen Wär­ metauscherfläche ist dabei problemlos durchzuführen. Die Veränderung kann dabei entweder durch seitliches Heraus­ ziehen des Wärmetauschers aus der Wirbelschicht oder aber in besonderer Ausgestaltung der Erfindung auch dadurch er­ folgen, daß der Wärmetauscher vertikal bewegbar angeordnet ist. Die feinfühlige Steuerung ist erzielbar, wenn in wei­ terer Ausgestaltung der Erfindung der Wärmetauscher auch an außerhalb der Feuerung befindlichen, insbes. hydrau­ lisch betätigbaren Hebeböcken abgestützt ist. Durch Be­ aufschlagen dieser Hebeböcke in der einen oder anderen Richtung kann dabei der Wärmetauscher mehr oder weniger weit in die Wirbelschicht eingetaucht werden und damit mehr oder weniger Wärme abführen, wodurch die Temperatur der Wirbelschicht feinfühlig reguliert werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Achsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgestaltete Einrichtung, und

Fig. 2 ebenfalls einen Achsschnitt, jedoch in einer um 90° gegenüber Fig. 1 gedrehten Ebene.

In der Zeichnung ist mit 1 die Wirbelschicht bezeich­ net. Als Wirbelschichtmaterial werden vor allem Sandparti­ kel verwendet. Der Trägerstrom, der im vorliegenden Fall ein sauerstoffhaltiges Gas, insbes. Luft ist, wird über eine Einrichtung 2 den Feststoffpartikeln zugeführt, um das Bett zu fluidisieren. Die Einrichtung zur Zufuhr des Trägerstromes besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus parallel zueinander angeordneten, in das Wirbelbett­ material eingeschobenen Rohren, auf welchen Düsen aufge­ setzt sein können oder aber die mit Düsenleisten versehen sind. Die Düsen münden dabei aus dem Rohrinneren in das Wirbelbettmaterial. Der Wärmetauscher 3 ist im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel als Rohrwärmetauscher ausgebildet, wobei die Rohre des Wärmetauschers 3 zwischen die Düsenroh­ re ragen, über welche der Trägerstrom dem Wirbelbettmate­ rial zugeführt wird. Die Eintauchtiefe des Wärmetauschers 3, d. h. die Eintauchtiefe der Rohre in die Wirbelschicht 1, ist dabei veränderbar, so daß in Abhängigkeit des Wasserge­ haltes im Brennstoff und des Lastbetriebes die Eintauchtie­ fe reguliert werden kann und damit Brennstoffe verschieden­ ster Qualität, verschiedenster Wassergehalte und auch mit großstückigen Inertanteilen in verschiedenen Lastzuständen verbrannt werden können.

Der Wärmetauscher 3 ist außerhalb der Feuerung 6 auf Hebeböcken 4 abgestützt. Diese Hebeböcke sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als hydraulische Kol­ ben/Zylindereinheiten ausgebildet, die auf den Sammler einwirken, in welchen die Rohre des Wärmetauschers 3 ein­ münden.

Die Ansteuerung der Hebeböcke 4 kann von einem elek­ tronischen Rechner aus erfolgen, der die Eintauchtiefe der Tauchheizfläche 3 in Abhängigkeit von der Tempera­ tur des Bettes, dem Betriebspunkt und dem Brennstoff steuert.

Claims (3)

1. Wirbelschichtfeuerung, insbesondere zum Verbrennen von Brennstoffen unterschiedlichen Wassergehaltes, gegebe­ nenfalls mit großstückigen Inertteilen, wobei eine Einrich­ tung zur Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas, insbes. Luft, vorgesehen ist und das Gas bevorzugt den Trägerstrom für die Feststoffpartikel der Wirbelschicht bildet und mit ei­ nem in der Wirbelschicht angeordneten, insbes. als Rohr­ wärmetauscher, ausgebildeten Wärmetauscher mit variabel wirksamer Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauch­ tiefe des Wärmetauschers (3) in die Wirbelschicht (1) ver­ änderbar ist.

2. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wärmetauscher (3) auf außerhalb der Feuerung (6) befindlichen, insbes. hydraulisch betätig­ baren Hebeböcken (4) abgestützt ist.

3. Wirbelschichtfeuerung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnt, daß der Wärmetauscher (3) vertikal bewegbar angeordnet ist.