Die Erfindung betrifft ein hybrides Wirbelbett- -Kohleπstaub-Feuerungssystem, das infolge der Kombina¬ tion der Wirb-elbett-feuerung (Fluidisationsfeuerung) und der herkömmlichen Kohlenstaubfeuerung mindestens eine Kohleπmahlanlage (Kohleπ ühle) mindestens einen

Kohlenstaubbrenner, einen zur Verwirklichung der Wirbel- bettfeueruπg notwendigen Luftverteiler, eine Vorrichtung zum Einblaseπ der Sekundärluft, eine Eπtschlackungsvor- richtuπg sowie eine Zündvorrichtung enthält. Die Erfin- düng betrifft weiterhin ein Verfahren zur Umstellung von bereits vorhandenen Kohleπstaubkesseln auf das hybride Wirbelbett-Kohlenstaub-Feueruπgssystem.

Bei den bekannten Lösungen der Kohlenstaubfeuerung wird der in einem Kohlenstaubaufbereitungssystem auf die erforderliche Feinheit gemahlene und ausgetrocknete

Kohlenstaub einem Kohlenstaubbreππer zugeführt, wo der Kohlenstaub mit der Verbreππuπgsluft vermischt wird. Das Gemisch entzündet sich im Feuerraum und verbrennt bei einer hohen Temperatur. Ein Teil der frei gewordenen Wärmemenge wird auf die gekühlte Wandung des Feuerraumes abgestrahlt, während der restliche Teil an den übrigen Flächen des Kessels (Überhitzer, Speisewasservorwärmer, Lufterhitzer) verwertet wird.

Diese bekannte Feueruπgsart bzw. die zu ihrer Ver- wirklichung dienende Anlage sind aus mehrerer Hinsicht nachteilig. Es ist als nachteilig anzusehen, dass zum beinahe vollständigen Ausbrennen des brennbaren Teils des Kohlenstaubs die Kohle auf die erforderliche Feinheit

gemahlen werden muss, was mit einem bedeutenden Aufwand an Energie und Kosten verbunden ist und trotz dieser Massnahme muss man mit Entzündungsproblemeπ und dem Erlöschen des Feuers rechnen, wenn die Kohleπqualität schlechter als geplant ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die noch mögliche Teilbelastung (ohne Hilfs-. feueruπg mit Gas oder Öl) mindestens etwa 60 bis 70% der Nennbelastuπg beträgt. Es ist ebenfalls als nachteilig, zu betrachten, dass infolge der sich im Feuerraum ausbildeπ- den hohen Temperatur die Emission der für die Umwelt schädlichen Stoffe, insbesondere von NO einen äusserst hohen Wert aufweist und der zur Abbinduπg von S0 ₂ ver¬ wendbare basische Zusatzstoff nicht genügend wirksam ist, so dass eine nachträgliche teuere Abgasreiniguπg durchge- führt werden muss.

Bei den an sich ebenfalls bekannten Lösungen der Wirbelbettfeuerung wird die ungemahlene, z. B. über einen eine gleich ässige Verteilung gewährleistenden Luftver¬ teiler eingeführte Kohle mit der durch den Luftverteiler hindurchströmeπdeπ Verbrennungsluf vollständig oder partiell, bei einer relativ niedrigen Temperatur zwischen 750 und 950 °C verbrannt.

In diesem Fall erübrigt sich der den Kohlenstaub erzeugende Mahlprozess, wodurch die Ma-hlkosteπ erspart werden, das glühende Wirbelbett grosser Masse sichert die

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Unempfiπdlichkeit gegenüber den Änderungen der Kohlen¬ qualität und gleichzeitig hat die auf Temperaturbereich zwischen 750 und 950 C beschränkte Verbrennungstemperatur auch die Beschränkbarkεit der Umweltveruπreiπigung durch NO und S0 ₂ zur Folge.

Die bekannte Aπwendungsweise der Wirbelbettfeuerung bringt jedoch auch gewisse Nachteile mit sich.

Bei einer Variante der Wirbelbettfeuerung wird in den Wirbelfeuerbett das vollständige Ausbrennen der Kohle realisiert und der überwiegende Teil der frei gewordenen

Wärme wird mit Hilfe der in das Wirbelbett eingetauchten Kühlflächen entzogen. Bei einer anderen Variante wird die Kohle in dem Wirbelfeuerbett nur partiell verbrannt, wo¬ nach die aus dem Wirbelfeuerbett austretenden Gase mit einer über das Wirbelbett geführten Luft verbrannt werden. Bei dieser Lösung erübrigen sich meistens die in das Wir¬ belbett eingetauchten Kühlflächen.

In beiden Fällen ist die Strömungsgeschwindigkeit der zur Aufrechterhaltung des Wlrbelzustaπds zugeführteπ und auch den Verbrennungsprozess fördernden Luft relativ niedrig (im allgemeinen unter einer Geschwindigkeit von 4 m/s), infolgedessen ist es notwendig, den auf die Strömuπgsrichtuπg der Luft senkrechten Querschnitt des Wirbelbettes im Vergleich zu den Abmessungen der Kohleπ- Staubfeuerungssysteme, bei denen die Geschwindigkeit der Kohlenstaubzuführung im allgemeinen den Wert von 15 m/s nicht unterschreitet, gross zu dimensionieren, mit ande¬ ren Worten, auf einer Flächeneinheit des Luftverteilers kann nur eine relativ geringe Wärmemenge freigegeben wer- den, was wiederum zu einer beträchtlichen Erhöhung der Dimensionen führt.

Zur wenigstens teilweise Behebung der Mängel und Nachteile der Wirbelbettfeuerung bzw. der herkömmlichen Kohlenstaubfeuerung wurden die zwei Systeme vereinigende hybride Feuerungssysteme entwickelt. Die bekannten Vor¬ richtungen zur Verwirklichung dieser Hybridfeuerung er¬ möglichen jedoch nicht die häufig notwendige starke Leistungsabregelung, ausserdem hinsichtlich der Kohlen¬ qualität besteht die gleiche Empfindlichkeit wie früher, nachdem beide Feueruπgssysteme vom gleichen Kohlenmahl- uπd -fördersystem bedient werden, auch wenn es separate Einheiten enthält. Ein typisches Beispiel für die derarti¬ gen hybriden. Feueruπgssysteme kann aus der HU-PS 185 694 kennengelernt werden. Bei dieser Vorrichtung wird die in dem der Kohlen-

mühle nachgeschalteteπ Windsichter abgeschiedene, eine bestimmte, z. B. 1-3 mm Korngrösse aufweisende, relativ ho¬ mogene und in der Kohlenmühle vorgetrocknete Griesskohle nicht in die Kohleπmühle zur weiteren Verfeinerung zurück- geführt, sondern sie wird mit Hilfe einer mechanischen

Fördervorrichtuπg einem am Boden des Feuerraumes des Kessels ausgebildeten Wirbelbett zugeführt, während der den Wind¬ sichter passierende feingemahlene Kohlenstaub aus dem Windsichter über eine Kohlenstaubleitung in einen in den Feuerraum mündenden Kohleπstaubbrenner geführt wird. Bei dieser Lösung wird eine solche Kohleπmühle bzw. ein solcher Windsichter verwendet, durch welche die ganze, für die beiden Systeme notwendige Kohlenmenge hindurchgeht.

Ein weiterer Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass der im Wirbelbett verbrannte Kohleπanteil und der im Kohlenstaubbreπner verbrannte Kohleπaπteil festgelegt ist und der Betrieb der beiden Systeme nicht voneinander getrennt werden kann.

Das Ziel der Erfindung ist die Vereinigung der Vor- teile der bekannten Lösungen und gleichzeitig die Beseiti¬ gung deren Mängel.

Unter Anwendung der erfinduπgsgemässeπ Anlage kann das gestellte Ziel dadurch erreicht werden, dass bei der teilweise herkömmliche Kohlenstaubfeuerung und teilweise Wirbelbettfeuerung verwirklichenden Hybridfeuerung die in. dem Feuerraum verbreπnbare Kohlenmenge das Vielfache jener Kohleπmeπge betragen kann, die über dem Luftverteiler im Wirbelzustaπd gehalten und dort verbrannt wird.

Bei einer schlechteren Kohlenqualität entstehen Probleme weder bei der Zündung noch mit dem unbeabsichtigten Erlöschen des Feuers, da diese Probleme durch die stabile Wirbelbettfeuerung über dem Luftverteiler beseitigt werden. Die Anlage mit der Hybridfeuerung ist fähig auch ohne zusätzliche Öl- oder Gasfeuerung mit einer Teilbelastung von 30 bis 40% zu funktionieren. Die sich im Feuerraum

ausbildende Temperatur fällt zwischen die bei der Kohlen¬ staubfeuerung bzw. bei der Wirbelfeuerung üblichen Tempe¬ raturwerte, so dass im Vergleich zur Kohlenstaubfeuerung eine umweltfreundlichere Lösung erreicht werden kann. Es ist darauf zu achten, dass die Flamme der Kohleπstaub- breππer keinesfalls mit der gegenüberliegenden Wand in Berührung kommt, weil das eventuell zu einer Schlacken- bilduπg bzw. zu einem Schlackenabsturz führen könnte; aus diesem Grunde ist es zweckmässig eine hohe, den Wert von 4 m/s überschreitende Fluidisationsluftgeschwiπdigkeit zu wählen und die Kohleπstaubflamme zu "verdünnen", und gleich¬ zeitig kann die überschüssige Luft der mit grossem Luft- überschuss arbeitenden Wirbelbettfeuerung durch den über ^• die Kohlenstaubbrenner vorteilhafterweise mit einer Geschwindigkeit von 15-25 m/s eiπgeblaseπeπ Kohlenstaub verbraucht werden, wobei dessen Sekuπdärl-uft in verringer¬ ter Menge und mit niedriger Geschwindigkeit zugeführt wird oder völlig ausbleibt.

Es ist vorteilhaft, wenn die homogene Temperaturver- teilung im Feuerraum mit die innere Gas- und Staubzirkula- tipπ fördernden bekannten Elementen oder anderen Erfindungen kombiniert wird.

Hinsichtlich der Zumischung von basischen Zusatz¬ stoffen zur Herabsetzung der für die Umwelt schädlichen Sθ2-Emissionen können die üblichen Lösungen angewendet werden.

Im Vergleich zu der in dem zur Kohlenstaubfeuerung dienenden Teil zur Verwendung kommenden Kohle kann die der Wirbelbettfeuerung zugeführte Kohle sowohl hinsichtlich der Qualität als auch der Herkunft unterschiedlich sein, wodurch die Anpassungsfähigkeit der Feueruπgsaπlage den jeweiligen Bedingungen erhöht werden kann.

Bei niedrigen Belastungen wird vorwiegend der Wirbel¬ bettfeueruπgsteil betrieben. Die Feuerungskapazität des Kohleπstaubfeuerungsteiles ist im allgemeinen grosser zu

wählen als die des Wirbelbettfeuerungsteiles. Dement¬ sprechend ist die Breite des Wirbelbettεs meistens kleiner als die volle Breite des Feuerraumes.

Der wesentliche Vorteil des erfiπduπgsgemässeπ hybri- den Feueruπgssystems zeigt sich darin, dass der zur Wirbel- bettfeueruπg dienende Teil der Anlage auch selbständig betrieben werden kann, d.h. ohne den Betrieb des über dem Wirbelbett liegenden, zur Kohlenstaubfeuerung dienenden Teils und auch umgekehrt, der Aπlagenteil für die Kohlen- Staubfeuerung kann auch selbständig betrieben werden, währenddessen die Wirbelbettfeuerung vollkommen ausser Betrieb gesetzt ist- Die Möglichkeit dieses voneinander unabhängigen Betriebs erhöht die Elastizität der ganzen Anlage, wodurch sie fähig ist, sich der gewünschten mo- mentaneπ Leistung und der veränderlichen Qualität des Brennstoffs anzupassen.

Das erfindungsgemässe Feueruπgssystem -wird aus¬ führlicher anh.and eines Ausführungsbeispiels, mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfiπduπgsgemässen, stehend angeordneten Feueruπgsanlage, Fig. 2 eine Kohleπmühle mit Windsichter im Schnitt, Fig. 3 eine Kohleπmühle ohne Windsichter im Schnitt, Fig. 4a und 4b den Luftverteiler des Wirbelbettfeuerungs¬ teiles, in zwei verschiedenen Ansichten, im Schnitt und Fig. 5 einen Streubeschicker im Schnitt.

Die in Fig. 1 als Beispiel dargestellte Feuerungs- anläge enthält einen Kessel, aus dessen Feuerraum 2 eine Kohleπmühle 1 über eine Leitung 3 zur Trocknung und Förde¬ rung der durch einen Kohlenbeschicker 4 zugeführten Kohle heisses Abgas saugt.. Die Kohlenmühle 1 mahlt die Kohle auf eine für die Kohlenstaubfeuerung erforderliche Feinheit und sie ist zu diesem Zweck mit einem Windsichter 25 ver-

sehen, der in Fig. 2 dargestellt ist. Der Windsichter 25 trennt die nicht auf die gewünschte Feinheit gemahlenen Kohleπkörπer aus dem kohleπstaubhaltigen Luftstro ab -, der abgetrennte Teil wird zum wiederholten Mahlprozess in die Kohleπmühle 1 zurückgeführt.

Die mit Windsichter 25 versehene Kohleπmühle 1 ist in Fig. 2 ausführlicher dargestellt. Wie es aus der Schπitt- darstelluπg hervorgeht, wird das Lu t-Abgas-Gemisch und die Rohkohle über eine Leitung 22 in die Kohlenmühle ge- führt. Die Kohleπmühle 1 selbst weist einen Schlagkopf 23 und einen Aπtriebsmotor 24 auf. Oberhalb des Schlagkopfes 24 befindet sich der Windsichter 25, dessen Unterteil über eine Leitung 26 zur Rückführung des im Windsichter abge¬ schiedenen groben Kohleπmahlgutes in die Kohleπmühle mit der Leitung 22- verbunden ist.

Der den Kohleπstaubbreππerπ zugeführte Kohlenstaub kann auch ohne Zwischenschaltung der Kohleπmühle 1, aus einer von dem Kessel unabhängig betriebenen Kohleπstaub- quelle stammen. Nach der Kohleπmühle 1 wird das aus Kohleπ- staub und Gas bestehende Gemisch über eine Leitung 5 in wenigstens einen Kohleπsta-ubbrenπer 6 gefördert. Der Kohleπ- staubbreππer 6 kann beliebig, z.B. in Form eines Deckeπ- breππers, eines Seitenbreπners oder eines Eckenbreππers angeordnet sein. Dem Kohleπstaubbreππer 6 wird über eine Leitung 7 auch Luft zugeführt.

Im unteren Teil des Feuerraumes 2 ist ein Luftverteiler 8 für die Wirbelbettfeuerung angeordnet und die Wirbelluft (Fluidisierungsluft) wird über eine Leitung 9 unter den Luftverteiler 8 geleitet. Es ist vorteilhaft, den Luft- Verteiler auf Sektoren aufzuteilen, was eine sektoreπweise Regelung der Geschwindigkeit der Wirbelluft ermöglicht und dadurch im Fεuerraum 2 eine günstige Abgasströmungsver- teiluπg erzielt werden kann. Der unter dem Wirbelbett 11 angeordnete Luftverteiler 8 ist in Fig. 4a und 4b im Schnitt dargestellt. Die Sektoren 28 des Luftverteilers 8

sind besonders in Fig. 4a gut ersichtlich.

Die Kohle wird über das Wirbelbett 11 über eine Leitung 18 oder bei unterer Bespeisuπg über den Luftver¬ teiler 8 über eine Leitung 19 aus einer Kohleπmühle 10 oder einem Kohleπbrecher eingespeist. Die Kohlenmühle 10 oder der Kohleπbrecher zerkleinert die Kohle in bei der Wirbelbettfeuerung übliche grobe Körner, so dass hier die groben Körner nicht abgeschieden und vor die Kohlenmühle zurückgeführt werden müssen und dementsprechend auch kein Windsichter eingebaut wird. Die Kohlεπ ühle 10 ist schematisch in Fig. 3 dargestεllt. Wiε εs aus diεsεr Ab¬ bildung hervorgeht, weist die Kohleπmühle 10 einen Schlag¬ kopf 29, einen Aπtriebsmotor 30 sowie eine Leitung 14 zur Abführung des groben Mahlgutes und des Luft-Abgas- -Gemisches auf.

Die Kohleπmühlε 10 saugt ebenfalls Abgas aus dem Feuerraum 2 über eine Leitung 12, in welche mit Hilfe eines Kohleπbeschickers 13 die ungemahleπe Kohle eingegeben wird. Das Kohleπstaub-Gas-Gemisch kann, wiε schon εrwähnt, nach der Kohleπmühle 10 aus der Lεitung 14 entweder über die Leitung 18 über das Wirbelbett 11 in das Feuerraum 2, oder bei der unterεπ Bεspeisuπg des Wirbelbεttes 11 über die Leitung 19 über den Luftverteiler 8, unter das Wirbel¬ bett 11 eingeführt .wεrdεπ. Die Luftzuführuπg erfolgt übεr die Leitung 31 odεr diε Lεituπg 27, wie es aus Fig. 4a ersichtlich ist.

Bei eiπεr aπdεren Ausführungsform erfolgt die Beschickung des Wirbelbettεs 11 mit Hilfe εines Streube- schickers 15, wobei die Kohle erfordεrlichεr Korπgrössε auf das Wirbslbεtt 11 gestreut wird. Der schematische

Aufbau des Streubeschickers 15 ist in Fig. 5 gεzεigt. Diε ungεbrochεπε Rohkohlε gεlaπgt übεr εine Lεituπg 32 auf eine schnell- rotiεreπde Scheibe 33, die die Kohle auf das Wirbelbεtt 11 streut. Die Leitung 18, die das grobe Mahl- gut aus der Kohlenmühle 10 ohne Windsichter dem Wirbel-

bett 11 zuführt, ist beim Betrieb des Streubεschickers 15 im allgemeinen ausser Betriεb, wεπn sie dagegεn bεtriebeπ wird, dann bleibt der Streubeschicker 15 im allgemεiπεπ stehen.

Bei allen diesen Ausführuπgsformeπ wird über die Leitung 16 die Luft in einer solchen Menge eingespeist, die mit der Luftzufuhr über die Leitung 7 zusammen zum vollständigen Ausbrennen des aus dem Wirbelbettfeuerraum ausströmenden Gas-Abgas-Gemisches und des über die Leitung 5 zugeführten Kohlenstaubs erforderlich ist, der Gεhalt an Sauerstoff des aus dεm Wirbεlbett 11 austretenden Gas- -Abgas-Gemisches wird auf dεn üblichεn Wert (2-10%) ein- gestellt. Die Tempεratur dεs Wirbεlbettes wird durch die Regelung der fluidisiereπdeπ Luft eπge geregelt.

Der Zusatzstoff, der das vεruπrεiπigende SO- abbin- dεt, wird über die Leitung 20 und/oder die Leitung 21 zu¬ geführt.

Der nach der Feuerung zurückbleibende unbrennbare Feststoff wird aus dem Feuerraum 2 über diε durch den Luft¬ verteiler 8 geführte Eπtschlackuπgsleitung 17 entfernt. Wenn die Absicht besteht, den Wirbelbettfeuerungs¬ teil des hybriden Feuεruπgssystems separat zu betrεibeπ, d.h. ohne dεπ Bεtrieb des für die Kohleπstaubfεuεruπg dienenden Teils, befinden sich der Kohlenbeschickεr 4 und diε Kohlεπmühle 1 im Stillstand, es wird über diε Lεituπg 5 kein Kohlenstaub eingeblaseπ, während der Kohlεπbεschicker 13, die Kohlenmühle 10 und/oder dεr Streubeschicker 15 den zur Wirbelbεttfεuεrung dienenden Teil speisen. Wenn jεdoch die Absicht besteht, den für die Kohleπstaubfεuεruπg diεnεπdεπ Teil im Betrieb zu halten, und zwar ohne dεπ Wirbelbettfeuerungsteil in Betrieb zu setzen, so werden die Kohlenmühle 1 und die den Kohlenstaub eiπblaseπde Leitung 5 betriεbεn, während der Beschicker 13, die Kohleπmühlε 10 und/odεr der Streubeschicker 15 sowie die Leitung 9 zum Einblaseπ der Luft ausser Betrieb gesεtzt wεrdeπ. Wie es aus der Schilderung des obigen Ausführuπgs-

beispiels eiπdεutig hεrvorgεht, εr öglicht die erfiπduπgs- gemässe Anlage die Vereinigung der Kohlenstaubfeuerung und der Wirbelbεttfεuεruπg bεi gleichzeitigεr Elimiπieruπg der Mängel dieser Feuεrungsmεthodεπ. Ein wεsεπtlichεr Vorteil der erfindungsgemässeπ Anlage bestεht darin, dass auch bεi εinεr miπderwεrtigεn odεr schlεchten Kohlenqualität eine stabile Feuerung auch bei einer Teilbelastung von 30 bis 40% gewährleistet wer¬ den kann, wobei die im Feuerraum frei gewordene Wärme- menge von dem Luftvertεilεr übεrhaupt nicht beschränkt wird und auch hinsichtlich des Umweltschutzes Vorteile er¬ zielt werdεπ können.

Diese Vorteile ergeben sich auch bei der Umstellung von vorhandenen Kohleπstaubkesseln auf das erfinduπgsge- ässe hybride Feueruπgssyste . Die Umstellung von ur¬ sprünglich für Kohlεπstaubfeuerung ausgebildeten Kesseln auf Hybridfeuerung kann derart erfolgen, dass aus eiπεm Teil der zur Herstellung von feiπεm Kohlenstaub dienenden, schon vorhaπdeπεπ Kohleπ ühleπ der Windsichter eπtfεrπt wird, wodurch die Kohlεnmühlε 1 in εine Kohlen ühlε 10 ohne Windsichter u gεformt wird. Das aπstεlle des unteren Trichters des Kessels ausgebildεtε Wirbelbett wird mit dem groben Mahlgut diesεr umgεfαrmtεn Kohlεπ ühlen 10 ge¬ speist. Unter dem Wirbεlbεtt wird dε-r zur Luftvεrsorguπg des Wirbelbεttεs dienende Luftverteilεr aπgεordπεt. Die anderen, zur Herstellung von feinem Kohlenstaub dienenden Kohleπmühleπ des Kεssεls sowie die Kohleπstaubbreπnεr köππεπ unverändert bleibεn.

Eiπε dεrartige Kesselumstelluπg ist besoπdεrs vor- tεilhaft, wεπn diε Qualität dεr im Kεssel zu verbrennende Kohle sich verändεrt, sich verschlechtεrt und dεr für diε Vεrfεueruπg einer besserεn Kohle di eπsioniεrte Kεssεl mit dem ursprünglich eiπgεbautε Kohlεπstaubfεuerungs- systεm kεiπεn stabilεπ Bεtriεb mehr aufrechterhalten kann. Nach der U stεllung wird der stabile Betriεb durch diε

Wirbelbettfeuerung auch bei einer schlechteren Kohleπ- qualität sichεrgεstellt, demzufolge die Hauptbestandteile des Kessels nicht verändert oder ausgetauscht werden müssen.