EP0489226A1 - Process and installation for the improvement of the bed mass combustion during the fluidized bed firing - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method and a device for improving the bed mass burnout in furnaces with a circulating fluidized bed.
- the invention has for its object to provide a method and an apparatus for improving the burnout of the bed mass, which work properly without excessive increase in the recycle ratio, result in solids that can be used in industry or landfill and avoid an increase in the pollutant content of the flue gases.
- the solution to this problem is that in the method mentioned at the beginning, at least part of the flying dust is drawn off according to the invention and fed to at least one furnace furnace.
- the combustible solids of the extracted dust are practically completely burned in the melting chamber firing at high temperature, while the solid (ash) can be drawn off as molten slag and granulated in a wet deslagger.
- the extracted dust can be burned in the melting chamber with the addition of air, preferably preheated air and / or an additional fuel.
- air preferably preheated air and / or an additional fuel.
- the additional fuel can consist of coal dust, fuel gas or heating oil.
- the flue gases from the melting chamber firing can be fed to the fluidized bed firing in a zone with a lack of oxygen.
- the NO X arising in the melting chamber due to the high temperature is then largely reduced to nitrogen and oxygen or CO2 in this zone.
- the SO2 formed during combustion in the melting chamber from the fuel sulfur and the gypsum disintegration and the SO2 from the fuel sulfur of the fluidized bed furnace are bound to the lime or dolomite added to the fluidized bed. This means that there are no other emission products than normal low-temperature combustion in a circulating fluidized bed; Heavy metals contained in the flying dust are incorporated into the liquid slag in the melting chambers.
- the device according to the invention is designed in such a way that at least part of the flying dust is fed to at least one burner in at least one melting chamber, which is preferably a ceiling burner.
- the melting chamber can be connected to a vortex combustion chamber via nozzles or to the wind box under the nozzle floor of the vortex combustion chamber and preferably open into a zone with a lack of oxygen.
- a zone with a lack of oxygen can be located in the lower part of the vortex combustion chamber, so that it is ultimately Excess oxygen required for the burnout only results in the area of the supply of secondary air in the upper area of the swirl combustion chamber.
- a start-up burner can be arranged in the melting chamber, which can be operated with coal dust, fuel gas or heating oil.
- the fluidized bed reactor for the fluidized bed combustion can have a rectangular cross section in the usual way, the lower region of which is tapered. At least one immersion pot, at least one fluid bed cooler for bed mass returned via at least one cyclone separator and at least one melting chamber can then be arranged laterally next to this lower part.
- a vortex combustion chamber 1 can be operated from a large steam generator with fluidized bed combustion, not shown in detail have cooled walls and / or cooling internals.
- the separated bed mass passes through a chute 3 into at least one immersion pot or siphon 8.
- the flue gases and entrained flue dust pass from the return cyclone 2 via a train 4 to secondary heating surfaces 5 and are fed from there via a filter or deduster 6 to a chimney (not shown).
- a bed ash extractor 7 is located on the tapered lower part 11 of the vortex combustion chamber 1.
- the primary air for the vortex combustion chamber 1 is distributed in a wind box 22, which is preferably cooled by tube walls.
- Part of the bed mass fed to the immersion pot 8 is fed to a fluidized bed cooler 9 by means of a control valve 10.
- the bed mass of the immersion pot 8 and the fluidized bed cooler 9 is partly returned to the lower part 11 of the vortex combustion chamber 1 and partly withdrawn.
- a melting chamber 12 is arranged in the area of the lower part 11, the immersion pot 8 and the fluidized bed cooler 9.
- a ceiling burner 13 with an air supply 14 and a flight dust supply 15.
- a start-up burner 21 is arranged in the center of the main burner and serves to set an ignition temperature which is so high that the combustible solid components are in a stable flame 16 burn.
- the flight dust supply 15 is connected to the deduster 6.
- the flight dust supply 15 can also be supplied with other solids, for example from the bed ash extractor 7, the immersion pots 8 and the fluid bed cooler 9. Likewise, if the capacity of the melting chamber 12 is sufficient, use further solids, for example ashes from other coal dust furnaces.
- the ceiling burner 13 is set, if necessary by supplying additional fuel in the form of coal dust, heating oil or fuel gas in conjunction with preheated air, so that a flame 16 is formed, the combustion temperature of which is so high that the solids melt and melt as liquid slag into a liquid slag extractor 18 reach. There they are granulated in a wet deslagger 19 and taken to downstream settling and transport devices, not shown.
- the melting chamber 12 consists of radiation chambers 17 and the flue gases are guided through these radiation chambers 17 to nozzles 20 which open into the lower part 11 of the vortex combustion chamber 1.
- This lower part 11 forms a zone with a lack of oxygen or reducing conditions, so that the NO x formed at the high combustion temperatures of the melting chamber 12 is largely reduced.
- the SO 2 formed during the combustion passes with the flue gases from the melting chamber 12 via the nozzles 20 into the lower part 11 of the vortex combustion chamber 1 it with the lime or dolomite usually supplied to the vortex combustion chamber 1 and is set in this way.
- there is a different need for lime depending on the degree of primary incorporation of the gypsum that is removed from the swirl combustion chamber during desulphurization, there is a different need for lime.
- start-up burner 21 which can be operated with lignite dust, heating oil or fuel gas.
- the granulated slag from the melting chamber 12 is practically free of unburned and elutable constituents and can be treated or reused in the same way as the slag of a large steam generator with conventional smelting chamber firing, but without the pollutants which are inevitably formed in a conventional smelting furnace being emitted with the flue gas and by downstream desulphurization and denitrification plants must be disposed of.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern des Bettmasse-Ausbrandes bei Feuerungen mit zirkulierender Wirbelschicht.The invention relates to a method and a device for improving the bed mass burnout in furnaces with a circulating fluidized bed.
Dampferzeugeranlagen mit einer Abscheidung von Feststoffen in einem Bettascheabzug, einem Zyklonascheabzug und einem Filter, Speicherung der Bettasche und der Flugasche in Zwischenbunkern und Rezirkulation der Aschen sind bekannt. Problematisch ist dabei die Ascheverwertung bzw. -deponierung, weil durch die niedrigen Wirbelschichttemperaturen - die günstigsten Temperaturen für einen niedrigen NOX-Gehalt der Rauchgase und ein gutes SO₂-Einbinden durch Kalkstein oder Dolomit liegen bei 800 bis 950oC - kein Aufschmelzen der Asche stattfindet und die Kornform erhalten bleibt. Da die Bettmasse je nach Ausbrand auch Restkoks und aus der Entschwefelung Kalziumsulfat enthält, unterscheiden sich Aschen aus Wirbelschichtfeuerungen von denen der klassischen Kohlestaubfeuerungen. Aus diesem Grunde lassen sich solche Aschen oft nicht weiterverwenden und müssen dann deponiert werden, was nicht nur wegen der Kosten, sondern auch wegen der damit verbundenen Umweltbelastung unerwünscht ist.Steam generator systems with a separation of solids in a bed ash fume cupboard, a cyclone ash fume cupboard and a filter, storage of the bed ash and the fly ash in intermediate bunkers and recirculation of the ashes are known. Ash recycling or landfilling is problematic because the low fluidized bed temperatures - the most favorable temperatures for a low NO x content of the flue gases and good SO₂ incorporation through limestone or dolomite are between 800 and 950 o C - no melting of the ash takes place and the grain shape is preserved. Since the bed mass also contains residual coke and calcium sulfate from the desulfurization, ashes from fluidized-bed furnaces differ from those of classic coal dust furnaces. For this reason, such ashes can often not be reused and then have to be disposed of, which is undesirable not only because of the costs but also because of the associated environmental pollution.
Bei Dampferzeugern mit zirkulierender Wirbelschicht läßt sich zwar theoretisch ein Ausbrand bis 99% erreichen. Bei geringen Aschegehalten im Brennstoff ergeben sich trotzdem hohe Anteile an Unverbranntem im Flugstaub, die ein sehr hohes Rückführverhältnis des Massestroms des Flugstaubes zum Massestrom der Kohle erfordern. Zudem läßt sich in vielen Fällen der Flugstaub z.B. in der Zementindustrie nicht einsetzen und muß deponiert werden oder dient als Verfüllmörtel in Bergwerken.In the case of steam generators with a circulating fluidized bed, a burnout of up to 99% can theoretically be achieved. At Low ash contents in the fuel nevertheless result in high proportions of unburned material in the dust, which require a very high return ratio of the mass flow of the dust to the mass flow of the coal. In addition, in many cases the dust can not be used in the cement industry, for example, and must be landfilled or used as backfill mortar in mines.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern des Ausbrandes der Bettmasse zu schaffen, die ohne exzessive Erhöhung des Rückführverhältnisses einwandfrei arbeiten, industrieverwendbare oder deponiefähige Feststoffe ergeben und dabei eine Erhöhung des Schadstoffgehalts der Rauchgase vermeiden.The invention has for its object to provide a method and an apparatus for improving the burnout of the bed mass, which work properly without excessive increase in the recycle ratio, result in solids that can be used in industry or landfill and avoid an increase in the pollutant content of the flue gases.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei dem eingangs erwähnten Verfahren erfindungsgemäß mindestens ein Teil des Flugstaubes abgezogen und wenigstens einer Schmelzkammerfeuerung zugeführt wird.The solution to this problem is that in the method mentioned at the beginning, at least part of the flying dust is drawn off according to the invention and fed to at least one furnace furnace.
Die brennbaren Feststoffanteile des abgezogenen Flugstaubes werden in der Schmelzkammerfeuerung bei hoher Temperatur praktisch vollständig verbrannt, während sich der Feststoff (Asche) als geschmolzene Schlacke flüssig abziehen und in einem Naßentschlacker granulieren läßt.The combustible solids of the extracted dust are practically completely burned in the melting chamber firing at high temperature, while the solid (ash) can be drawn off as molten slag and granulated in a wet deslagger.
Um die erforderliche Verbrennungstemperatur in der Schmelzkammer zu erreichen, kann der abgezogene Flugstaub unter Zugabe von Luft, vorzugsweise vorgewärmter Luft und/oder eines Zusatzbrennstoffs in der Schmelzkammer verfeuert werden. Auf diese Weise läßt sich die Temperatur der Schmelzkammerfeuerung durch Regelung der Luft und/oder der Zusatzbrennstoffmenge feinfühlig einstellen. Der Zusatzbrennstoff kann aus Kohlenstaub, Brenngas oder Heizöl bestehen.In order to achieve the required combustion temperature in the melting chamber, the extracted dust can be burned in the melting chamber with the addition of air, preferably preheated air and / or an additional fuel. In this way, the temperature of the melting chamber furnace can be adjusted by regulating the air and / or the amount of additional fuel. The additional fuel can consist of coal dust, fuel gas or heating oil.
Die Rauchgase der Schmelzkammerfeuerung können der Wirbelschichtfeuerung in einer Zone mit Sauerstoffmangel zugeführt werden. Das in der Schmelzkammer aufgrund der hohen Temperatur entstehende NOX wird dann in dieser Zone weitgehend zu Stickstoff und Sauerstoff bzw. CO₂ reduziert. Des weiteren werden das bei der Verbrennung in der Schmelzkammer aus dem Brennstoffschwefel und dem Gipszerfall entstehende SO₂ sowie das SO₂ aus dem Brennstoffschwefel der Wirbelschichtfeuerung an den der Wirbelschicht zugesetzten Kalk oder Dolomit gebunden. Somit entstehen keine anderen Emissionsprodukte als bei der normalen Niedertemperaturverbrennung in einer zirkulierenden Wirbelschicht; im Flugstaub enthaltene Schwermetalle werden in die flüssige Schlacke der Schmelzkammern eingebunden.The flue gases from the melting chamber firing can be fed to the fluidized bed firing in a zone with a lack of oxygen. The NO X arising in the melting chamber due to the high temperature is then largely reduced to nitrogen and oxygen or CO₂ in this zone. Furthermore, the SO₂ formed during combustion in the melting chamber from the fuel sulfur and the gypsum disintegration and the SO₂ from the fuel sulfur of the fluidized bed furnace are bound to the lime or dolomite added to the fluidized bed. This means that there are no other emission products than normal low-temperature combustion in a circulating fluidized bed; Heavy metals contained in the flying dust are incorporated into the liquid slag in the melting chambers.
Da die Verbrennung in der Schmelzkammer bei hohen Temperaturen abläuft, können dem abgezogenen Filterstaub andere zu entsorgende Feststoffe beigemischt werden, die für eine Niedertemperaturverbrennung in der Wirbelschichtfeuerung ungeeignet sind. Diese Feststoffe brauchen nicht aus Wirbelschichtfeuerungen oder anderen Feuerungen zu stammen.Since the combustion in the melting chamber takes place at high temperatures, other solids to be disposed of which are unsuitable for low-temperature combustion in the fluidized bed furnace can be added to the filter dust removed. These solids do not need to come from fluidized bed furnaces or other furnaces.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so beschaffen, daß mindestens ein Teil des Flugstaubes wenigstens einem Brenner in zumindest einer Schmelzkammer zugeführt wird, der vorzugsweise ein Deckenbrenner ist.The device according to the invention is designed in such a way that at least part of the flying dust is fed to at least one burner in at least one melting chamber, which is preferably a ceiling burner.
Um die Rauchgase aus der Schmelzkammer der Wirbelschichtfeuerung zuzuleiten, kann die Schmelzkammer über Düsen mit einer Wirbelbrennkammer oder mit der Windbox unter dem Düsenboden der Wirbelbrennkammer verbunden sein und münden die Düsen vorzugsweise in einer Zone mit Sauerstoffmangel. Eine solche Zone mit Sauerstoffmangel kann sich im unteren Teil der Wirbelbrennkammer befinden, so daß sich der letztendlich für den Ausbrand erforderliche Sauerstoffüberschuß erst im Bereich der Zufuhr von Sekundärluft im oberen Bereich der Wirbelbrennkammer ergibt.In order to supply the flue gases from the melting chamber to the fluidized bed furnace, the melting chamber can be connected to a vortex combustion chamber via nozzles or to the wind box under the nozzle floor of the vortex combustion chamber and preferably open into a zone with a lack of oxygen. Such a zone with a lack of oxygen can be located in the lower part of the vortex combustion chamber, so that it is ultimately Excess oxygen required for the burnout only results in the area of the supply of secondary air in the upper area of the swirl combustion chamber.
Um bei Inbetriebnahme der Schmelzkammerfeuerung eine ausreichend hohe Zündtemperatur für die brennbaren Bestandteile des Flugstaubes zu erreichen, kann in der Schmelzkammer ein Anfahrbrenner angeordnet sein, der sich mit Kohlenstaub, Brenngas oder Heizöl betreiben läßt.In order to achieve a sufficiently high ignition temperature for the combustible constituents of the airborne dust when the melting chamber firing is started up, a start-up burner can be arranged in the melting chamber, which can be operated with coal dust, fuel gas or heating oil.
Der Wirbelschichtreaktor für die Wirbelschichtfeuerung kann in üblicher Weise einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, dessen unterer Bereich verjüngt ist. Seitlich neben diesem Unterteil können dann mindestens ein Tauchtopf, mindestens ein Fließbettkühler für über mindestens einen Zyklonabscheider zurückgeführte Bettmasse und mindestens eine Schmelzkammer angeordnet sein.The fluidized bed reactor for the fluidized bed combustion can have a rectangular cross section in the usual way, the lower region of which is tapered. At least one immersion pot, at least one fluid bed cooler for bed mass returned via at least one cyclone separator and at least one melting chamber can then be arranged laterally next to this lower part.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische, schnittbildliche Seitenansicht eines Teils eines Großdampferzeugers mit Wirbelschichtfeuerung;
- Fig. 2
- einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1; und
- Fig. 3
- eine vergrößerte Darstellung der Schmelzkammerfeuerung.
- Fig. 1
- is a schematic, sectional side view of part of a large steam generator with fluidized bed combustion;
- Fig. 2
- a section along the line II-II in Fig. 1; and
- Fig. 3
- an enlarged view of the melting chamber firing.
Von einem im einzelnen nicht dargestellten Großdampferzeuger mit Wirbelschichtfeuerung kann eine Wirbelbrennkammer 1 gekühlte Wände und/oder Kühleinbauten aufweisen. Am Kopfende der Wirbelbrennkammer 1 ist mindestens ein Rückführzyklon 2 angeordnet, der zum Abscheiden des größten Teils der aus der Wirbelschichtfeuerung ausgetragenen Feststoffe bzw. Bettmasse dient. Die abgeschiedene Bettmasse gelangt über einen Fallschacht 3 in mindestens einen Tauchtopf oder Siphon 8. Die Rauchgase und mitgetragener Flugstaub gelangen aus dem Rückführzyklon 2 über einen Zug 4 zu Nachschaltheizflächen 5 und werden von dort über einen Filter bzw. Entstauber 6 einem nicht dargestellten Kamin zugeführt.A
Am verjüngten Unterteil 11 der Wirbelbrennkammer 1 befindet sich ein Bettascheabzug 7. In einer vorzugsweise durch Rohrwände gekühlten Windbox 22 findet die Verteilung der Primärluft für die Wirbelbrennkammer 1 statt.A
Ein Teil der dem Tauchtopf 8 zugeführten Bettmasse wird mittels eines Regelventils 10 einem Fließbettkühler 9 zugeführt. Die Bettmasse des Tauchtopfs 8 und des Fließbettkühlers 9 wird teilweise in den unteren Teil 11 der Wirbelbrennkammer 1 rückgeführt und teilweise abgezogen.Part of the bed mass fed to the
Im Bereich des Unterteils 11, des Tauchtopfes 8 und des Fließbettkühlers 9 ist eine Schmelzkammer 12 angeordnet. Im oberen Bereich der Schmelzkammer 12 befindet sich ein Deckenbrenner 13 mit einer Luftzufuhr 14 und einer Flug-Staubzufuhr 15. Ein Anfahrbrenner 21 ist im Zentrum des Hauptbrenners angeordnet und dient dazu, eine so hohe Zündtemperatur vorzugeben, daß die brennbaren Feststoffbestandteile in einer stabilen Flamme 16 verbrennen. Die Flug-Staubzufuhr 15 ist mit dem Entstauber 6 verbunden. Der Flug-Staubzufuhr 15 können auch andere Feststoffe, beispielsweise aus dem Bettascheabzug 7, den Tauchtöpfen 8 und dem Fließbettkühler 9 zugeführt werden. Ebenso lassen sich, wenn die Kapazität der Schmelzkammer 12 ausreicht, weitere Feststoffe, beispielsweise Aschen anderer Kohlestaubfeuerungen verwenden.A
Der Deckenbrenner 13 wird so eingestellt, gegebenenfalls durch Zufuhr von Zusatzbrennstoff in Form von Kohlenstaub, Heizöl oder Brenngas in Verbindung mit vorgewärmter Luft, daß eine Flamme 16 entsteht, deren Verbrennungstemperatur so hoch ist, daß die Feststoffe schmelzen und als flüssige Schlacke in einen Flüssigschlackeabzug 18 gelangen. Dort werden sie in einem Naßentschlacker 19 granuliert und zu nachgeschalteten, nicht dargestellten Absetz- und Transporteinrichtungen gebracht.The
Die Schmelzkammer 12 besteht aus Strahlungskammern 17 und die Rauchgase werden durch diese Strahlungskammern 17 zu Düsen 20 geführt, die im Unterteil 11 der Wirbelbrennkammer 1 münden. Dieses Unterteil 11 bildet eine Zone mit Sauerstoffmangel bzw. reduzierenden Bedingungen, so daß das bei den hohen Verbrennungstemperaturen der Schmelzkammer 12 entstehende NOX weitgehend reduziert wird. Falls die brennbaren Bestandteile der über die Staubzufuhr 15 eingeleiteten Feststoffe und/oder der Zusatzbrennstoff Schwefel bzw. Schwefelverbindungen enthalten, gelangt das bei der Verbrennung entstehende SO₂ mit den Rauchgasen aus der Schmelzkammer 12 über die Düsen 20 in das Unterteil 11 der Wirbelbrennkammer 1. Hier verbindet es sich mit dem der Wirbelbrennkammer 1 üblicherweise zugeführten Kalk oder Dolomit und wird auf diese Weise abgebunden. Je nach Primäreinbindegrad des bei der Entschwefelung aus der Wirbelbrennkammer ausgeschiedenen Gipses, ergibt sich ein unterschiedlich großer Kalkbedarf.The
Somit entstehen trotz der sehr hohen Verbrennungstemperaturen der Schmelzkammer 12 infolge der Reduktionen im Wirbelbett 1 keine anderen Emissionsprodukte als bei der üblichen Verbrennung mit zirkulierender Wirbelschicht.Thus, despite the very high combustion temperatures of the
Im Zentrum des Deckenbrenners 13 ist ein Anfahrbrenner 21 angeordnet, der mit Braunkohlenstaub, Heizöl oder Brenngas betrieben werden kann.In the center of the
Die granulierte Schlacke aus der Schmelzkammer 12 ist praktisch frei von unverbrannten und eluierbaren Bestandteilen und läßt sich in derselben Weise behandeln oder weiterverwenden wie die Schlacke eines Großdampferzeugers mit üblicher Schmelzkammerfeuerung, ohne daß jedoch die bei einer üblichen Schmelzfeuerung unvermeidlich entstehenden Schadstoffe mit dem Rauchgas emittiert und durch nachgeschaltete Entschwefelungs- und Entstickungsanlagen entsorgt werden müssen.The granulated slag from the
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