DE4218024C2 - Feuerungsanlage für feste Brennstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Feuerungsanlage für feste Brennstoffe, mit einem Feuerungsraum und mit wenigstens einer Einspritzdüse, die zum Einspritzen von Wasser bzw. Ammoniak in den Feuerungsraum ausgebildet ist.

In Fig. 4 ist eine gattungsgemäßew Feuerungsanlage mit einer Wassereinspritzdüse zum Kühlen eines große Staubmengen enthaltenden heißen Abgases dargestellt, wie sie beispielsweise aus der CH-PS 5 85 370 bekannt ist.

Die Wassereinspritzdüse 1 erstreckt sich durch einen feuerfesten Körper 3 auf eine Gaskühlkammer 2. Zum Kühlen des Gases dienendes Wasser 4 wird über einen Wassereinlaß 5 der Wassereinspritzdüse 1 in ein axial in der Düse 1 verlaufendes Rohr 5a eingeleitet und dabei vom Außen-Ende der Düse 1 aus in die Gaskühlkammer 2 eingespritzt. Überschüssiges Wasser wird über einen Wasserauslaß 6 eines Rohrs 6a, welches das Rohr 5a umschließt, zu einer Wasserrücklaufleitung zurückgeführt. Die Düse 1 ist zudem von einer Hülse 10 umschlossen. Luft oder Inertgas zum Kühlen der Düse und zum Durchblasen oder Staubabblasen wird von der Außenseite des Endes der Düse 1 über den zwischen der Hülse 10 und der Düse 1 festgelegten Raum in den Gaskühlraum 2 eingeführt.

Bei der in Fig. 4 gezeigten bisherigen Wassereinspritzdüse 1 wird das Wasser 4 am Ende (Auslaß) derselben mit hoher Strömungsgeschwindigkeit eingespritzt, so daß ein durch einen Pfeil b angedeuteter Wirbel (oder Sog) entsteht. Von dem in Richtung eines Pfeils a stromenden heißen Abgas 16 mitgeführter Staub 22 wird vom Wirbel 24 erfaßt und bildet dabei eine Ansammlung 23 um die Düse herum oder lagert sich anderweitig an der Ofenwand ab.

Wenn sich die Menge der Staub-Ansammlung 23 vergrößert, beginnt diese störend unmittelbar in die Bahn des eingespritzten Wassers hineinzuragen. Schließlich wird eine stabile bzw. gleichbleibende Wassereinspritzung verhindert, und die Ansammlung 23 wird zusammen mit der feuerfesten Wand 3 durch instabile bzw. gestörte Wassereinspritzung benetzt, wodurch der feuerfeste Körper 3 den ungünstigsten Bedingungen für die Haltbarkeit von Feuerfestmaterial ausgesetzt wird. Wenn das Abgas 16 außerdem Chlorwasserstoff (HCl) und/oder Schwefeloxid (SO_x) enthält und diese Stoffe von der feuchten Ansammlung 23 absorbiert werden, sickert durch HCl und/oder SO_x gesäuertes Wasser in den feuerfesten Körper 3 ein und kann dabei einen an der Außenfläche des Ofens vorgesehenen Mantel 12 korrodieren.

Aus der DE-PS 5 00 934 ist ein aus hohlen Formsteinen aufgemauerter Verbrennungsraum bekannt, bei dem allseitig Verbrennungsluft durch Kanäle in den Mauersteinen in den Verbrennungsraum eingeführt wird, und die DE 35 33 240 A1 beschreibt eine luftkühlbare Feuerwand für Verbrennungsöfen, bei der durch in den Mauersteinen ausgebildete Luftschächte Kühlluft in vertikaler Richtung durch die Wand geführt wird. Zusätzlich können hierbei von den Luftschächten zur Innenwand des Feuerraumes abzweigende Luftzufuhrkanäle in Form von nutartigen Einformungen in den Mauersteinen vorgesehen sein, um vorgewärmte Sekundärluft für die Nachverbrennung in den Verbrennungsraum einzuführen
Schließlich beschreibt noch die DE-Pat.Anm. 43 325 einen Heizungskessel, bei dem im Brennraum schrägstehende, mit Durchtrittsöffnungen versehene Platten aus feuerfestem Material angeordnet sind. Die Verbrennungsluft in den Brennraum einleitbar ist und die DE-PS 40 238 offenbart eine Feuerungsanlage für feste Brennstoffe, bei der eine zylindrische, luftdichte Feuerkammer konzentrisch von einem Luftbehälter umgeben ist, von dem aus sich Reihen von Düsen radial durch die Feuerkammerwand in den Brennraum erstrecken.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Feuerungsanlage für feste Brennstoffe, bei der Staubanlagerungen an der Wandung des Feuerraums verhindert werden
Für die Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die Schaffung einer Feuerungsanlage für feste Brennstoffe vor, mit einem Feuerungsraum und mit wenigstens einer Einspritzdüse, die zum Einspritzen von Wasser bzw. Ammoniak in den Feuerungsraum ausgebildet ist, wobei der Öffnung der Einspritzdüse in der Wandung des Feuerungsraums ein luftdurchströmter, poröser Wandabschnitt zugeordnet ist, welcher zwangsweise mit Verbrennungsluft oder einem Inertgas beaufschlagbar ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, eine Staubanlagerung an der Wand eines Fließbett- bzw. Wirbelschicht-Einäscherungs- oder -Verbrennungsofens zu verhindern, wobei Wasser in einem zerstäubten Sprühstrahl zum Kühlen des Abgases an einer Stelle über der Wirbelschicht eingespritzt und ein Gas durch ein poröses Feuerfestelement um diese Stelle herum eingeblasen wird. Das Gas hindert dabei den Staub, sich an der Stelle, an welcher das Wasser eingespritzt wird und die Innenfläche naß geworden ist, ansammeln zu lassen. Außerdem dämpft dabei das Gas die Kraft des durch den Sprühstrahl erzeugten Wirbels (oder Sogs), und es verhindert das Verstreuen oder Anhaften von Staub an den Ofenwänden.

Bei dieser Feuerungsanlage wird der den Bereich um die Einspritzdüse herum erreichende Staub weggeblasen, wobei der Wirbel (oder Sog) der eingespritzten Flüssigkeit gedämpft wird, um ein Mitreißen des Staubes durch die Flüssigkeit und damit das Anlagern von Staub, d. h. die Entstehung der Staub- Ansammlung, um die Düse herum zu verhindern.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Wassereinspritzdüse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Wirbelschicht- Einäscherungs- oder -Verbrennungsofens, der mit erfindungsgemäßen Einspritzdüsen ausgestattet ist,

Fig. 3(a) und 3(b) eine detaillierte Seitenansicht bzw. eine detaillierte Querschnittansicht der Wassereinspritzdüse,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine bisherige Gas- Kühlwassereinspritzdüse.

Die Fig. 4 ist eingangs bereits erläutert worden.

Im folgenden ist zunächst ein in Fig. 2 dargestellter Fließbett- oder Wirbelschicht-Verbrennungsofen erläutert, welcher erfindungsgemäße Einspritzdüsen verwendet.

Die mit eine Gaskühlkammer ausgestattete Feuerungsanlage bzw. der Verbrennungsofen wird mit zu verbrennendem Gut, wie Schlamm, über einen Fülltrichter 32 und eine Zuführ- bzw. Fördervorrichtung 39 gespeist. Der Schlamm o. dgl. wird in einer Sandschicht mit Verbrennungsluft 41 verbrannt, die von einem am unteren Abschnitt des Verbrennungsofens 31 angeordneten Windkasten 40 eingeführt bzw. eingeblasen wird. Kühlwasser und ein Gemisch aus Ammoniak und Wasser zur Behandlung des Verbrennungsgases werden in eine im oberen Bereich des Verbrennungsofens 31 vorgesehene Gaskühlkammer durch dessen Seitenwand hindurch an mit A bzw. B bezeichneten Stellen eingeleitet. Das bei der Verbrennung entstehende Abgas strömt in Richtung der Pfeile gemäß Fig. 2 durch einen Wärmetauscher 33, z. B. einen Kessel, sowie durch eine Abgas-Behandlungsvorrichtung 34 und einen elektrischen Staubsammler 35, in welchem das Abgas gereinigt wird. Das gereinigte Abgas wird mittels eines Induktionszuggebläses 36 über eine Esse 37 abgeführt. Andererseits werden unverbrannte Anteile über eine Austragöffnung 42 ausgetragen, die an der Unterseite des Wirbelschicht- Verbrennungsofens 31 vorgesehen ist.

An den genannten Stellen A und B sind erfindungsgemäße Einspritzdüsen vorgesehen.

Eine Wassereinspritzdüse 1 (Fig. 1) durchsetzt ein aus aufgeschäumten Keramikmaterial bestehendes poröses Feuerfestelement 11, das einen Teil der Seitenwand des Wirbelschicht-Verbrennungsofens 31 bildet und in diesem eine Gaskühlkammer 2 (des Verbrennungsofens) festlegt. Das poröse Feuerfestelement 11 ist von einem feuerfesten Formmaterial oder feuerfesten Steinen 3 umschlossen.

Wie im Fall der in Fig. 4 gezeigten bisherigen Wassereinspritzdüse wird Kühlluft 9 über das Außenende der Wassereinspritzdüse 1 in die Gaskühlkammer 2 eingeblasen, wobei die Kühlluft den zwischen einer Hülse 10 und der Düse 1 festgelegten Raum durchströmt.

Außerhalb der Gaskühlkammer 2 ist an der Seite des Feuerfestelements 11 ein Windkasten 8 angeordnet, der einen kastenförmigen Aufbau aufweist, die Wassereinspritzdüse 1 umgibt oder umschließt und an seiner dem porösen Feuerfestelement 11 zugewandten Seite offen ist.

Der Windkasten 8 wird mit Luft 7 beschickt, um die Bildung einer Staub-Ansammlung im Bereich des Außenendes der Düse 1 zu verhindern. Dabei wird die Luft 7 insbesondere durch das poröse Feuerfestelement 11 hindurch aus dem Windkasten 8 in das in der Gaskühlkammer 2 befindliche heiße Gas eingeblasen, wobei die Luft durch die Poren des Feuerfestelements von dessen einer Seite zur anderen strömt und dieses dabei kühlt.

Auf diese Weise wird die Entstehung einer Staub-Ansammlung an dem neben dem Außenende der Wassereinspritzdüse befindlichen Teil der Seitenwand verhindert.

Weiterhin bewirkt die in das heiße Gas eingeblasene Luft 7 das Freiblasen des Außenendes der Wassereinspritzdüse 1 von dem um dieses Außenende herum verstreuten oder abgelagerten Staub sowie eine Dämpfung des Wirbels oder Sogs des über das Außenende der Düse 1 in die Kühlkammer eingespritzten Wassers und damit einen Einschluß von Staub im eingespritzten Wasser.

Die genaue Ausgestaltung der Düse 1 ist in den Fig. 3(a) und 3(b) dargestellt. Die Öffnung an der dem porösen Feuerfestelement 11 zugewandten Seite des Windkastens a bildet ein Rechteck mit den Abmessungen 350 × 350 mm. Die einzelnen Blöcke des porösen Feuerfestmaterials oder -elements 11 besitzen jeweils einen quadratischen Querschnitt mit Seitenlängen von 450 bis 500 mm und einer Dicke von etwa 60 mm. Diese porösen Feuerfestelemente 11 bestehen gemäß Fig. 3(b) aus einem geeigneten Keramikschaum. Ein Laminat aus diesen Feuerfestelementen ist so bearbeitet, daß seine außenseitige Fläche an die gekrümmte Innenfläche eines an der Außenseite eines Feuerfestkörpers angeordneten Mantels 12 angepaßt ist, so daß das Laminat praktisch vollständig in den Feuerfestkörper 3 eingebettet ist.

Die Hülse 10, durch welche Kühlluft eingeblasen wird, ist gegenüber dem Zentrum bzw. der Mittelachse des Wirbelschicht-Verbrennungsofens 31 so geneigt, daß eine Einblasachse festgelegt ist, die tangential zu einem zum Wirbelschicht-Verbrennungsofen 31 koaxialen Kreis C liegt. Dieser gedachte Kreis C besitzt eine Oberfläche von etwa 4% der Querschnittsfläche des im Verbrennungsofen zu kühlenden Abgases. Das Abgas wird im Wirbelschicht-Verbrennungsofen durch den eingespritzten Wasserstrahl verwirbelt, um das Vermischen des eingespritzten Wasserstrahls (zerstäubter Sprühstrahl) mit dem hochsteigenden Abgas zu begünstigen.

Das poröse Feuerfestelement 11 besteht aus einem Keramikmaterial, wie Dichroit, Dichroit plus Aluminiumoxid, SiC oder Siliziumnitrid. Aus praktischen Gründen bezüglich der Haltbarkeit werden für das das poröse Feuerfestelement 11 bildende Material, z. B. aufgeschäumtes Keramikmaterial oder Keramikschaum, die folgenden zweckmäßigen Eigenschaften gewählt: Spezifische Schüttdichte (oder Wichte) von 0,35 bis 0,45; Porosität von 80 bis 90%; Druckfestigkeit von 20 bis 25 kg/cm²; Druckverlust am Keramikmaterial von 20 bis 60 mm Wassersäule (Aq.) und 6 bis 13 Poren auf einer Länge von 25 mm. Anstelle der eingeblasenen Luft kann auch ein Inertgas benutzt werden.

In einem Versuch wurde bestätigt, daß eine erfindungsgemäße Feuerungsanlage mit diesen Einspritzdüsen stabil und ohne die Entstehung von Staub-Ansammlungen am Außenende der Einspritzdüse unter den folgenden Betriebsbedingungen betrieben werden kann:

Schlammverbrennungsmenge|50 t/d
Luftströmungs- oder Durchsatzmenge	6800 Nm³/h
Abgastemperatur	850-900°C
Austrittsgastemperatur	50°C
Wassereinspritzmenge	etwa 3 t/h
poröses Feuerfestelement	Keramikschaum aus Al₂O₃
Abgasströmungsgeschwindigkeit	etwa 1,5 m/s
Luftströmungsgeschwindigkeit durch den Keramikschaum	etwa 2 m/s

Claims (4)

1. Feuerungsanlage für feste Brennstoffe, mit einem Feuerungsraum und mit wenigstens einer Einspritzdüse (1), die zum Einspritzen von Wasser bzw. Ammoniak in den Feuerungsraum ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnung der Einspritzdüse in der Wandung (3) des Feuerungsraums ein gasdurchströmter, poröser Wandabschnitt (11) zugeordnet ist, welcher zwangsweise mit Verbrennungsluft (7) oder einem Inertgas beaufschlagbar ist.

2. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Wandabschnitt (11) an der Außenseite mit einem Windkasten (8) mit einem kastenförmigen Aufbau versehen ist, der zumindest einen Teil der Außenfläche des porösen Wandabschnitts (11) umschließt, derart, daß das Innere des Windkastens (8) in offener Verbindung mit Poren des porösen Wandabschnitts (11) steht, um diese mit der Verbrennungsluft zu beaufschlagen.

3. Feuerungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Wandabschnitt (11) aus einem Laminat aus Blöcken eines porösen Feuerfestmaterials besteht.

4. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Wandabschnitt (11) aus einem Keramikmaterial besteht.