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Title:
PROCESS AND DEVICE FOR COMPLETE, DRY DESULPHURATION OF COMBUSTION WASTE GASES CONTAINING SO2 AND DUST
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1992/003211
Kind Code:
A1
Abstract:
Complete, dry desulphuration of waste gases from the combustion of coal dust, which contain SO2 and fly ash, is carried out by heating the fly ash very rapidly to a high temperature below the sintering temperature of the ash and cooling the waste gases to a temperature slightly above and within 25 °C of the dew point. The SO2 is thus bound in the ash and eliminated from the waste gases.

Inventors:
SCHOPPE FRITZ (DE)
PROESTLER JOSEF (DE)
Application Number:
PCT/EP1991/001548
Publication Date:
March 05, 1992
Filing Date:
August 14, 1991
Export Citation:
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Assignee:
SCHOPPE FRITZ (DE)
International Classes:
B01D53/34; B01D53/50; B01D53/75; F23D1/00; F23J15/06; B01D46/00; (IPC1-7): B01D53/34
Domestic Patent References:
WO1986003425A11986-06-19
Foreign References:
DE3332928A11984-04-05
DE2729476B21980-07-03
US4598652A1986-07-08
EP0253324A21988-01-20
Other References:
Patent Abstracts of Japan, Band 9, Nr. 73 (M-368)[1796], 3. April 1985, & JP, A, 59205509 (NIPPON FURNACE KOGYO K.K.) 21. November 1984, siehe die Zusammenfassung
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Claims:
Verfahren und Vorrichtung zur vol lständigen trockenen Ent¬ schwefelung von S02- und staubhal t gen VerbrennungsabgasenPatentansprüche
1. Verfahren zur vol lständigen trockenen Entschwefelung von SO.
2. und Flugasche enthaltenden Abgasen der Ver¬ brennung von Kohlenstaub und anderen ascheha 111 gen Brennstoffen, gekenn2e lehnend durch folgende Ver fahrensschr I ttei a) Aktivierung der Flugasche durch Aufheizung des die Asche enthaltenden Kohlenstaub usw. In der Ver¬ brennung mit einer Aufhel zgeschwindigke i t von mehr als 3000βC/sec, bevorzugt mehr als 5000°C/sec, bis zu einer Temperatur von mehr als 900CC, bevorzugt 1200°C, jedoch unterhalb der sich innerhalb der Ver wel lzelt In der Flamme einstel lenden Asches I ntertem peratur , b) Abkühlung der Abgase auf eine Temperaturdistanz zum Wassertaupunkt, wobei der zulässige Höchstwert der Temperaturdistanz davon abhängt, wie groß die Ver wel lzelt der Abgase von erfolgter Abkühlung bis zur Abtrennung des Fe I nstaubante I les der Asche Ist, wie folgt: bei einer Verwei lzelt von 0,8 sec darf die Tempe¬ raturdistanz max. 25°C sein, bei einer Verwei lzelt von 0,1 sec darf die Tempe¬ raturdistanz max. 11βC sein, dazwischen wird l inear interpol iert. Verfahren zur vol lständigen trockenen Entschwefelung von SO∑haltlgen Abgasen der Verbrennung von Brennstoffen, die keine Asche enthalten oder deren Asche für das erfindungs¬ gemäße Verfahren nicht ausreicht, gekennzeichnet dadurch, daß für das Verfahren geeignete Absorbentlen, beispiels¬ weise Kalksteinmehl , In fe I ngemah I erner Form In die Flamme eingeblasen werden derart, daß: a) diese Tei lchen In der Verbrennung aktiviert werden durch Aufheizung Innerhalb der Verbrennung mit einer Aufheiz geschwl ndl gke I t von mehr als 3000βC/sec, bevorzugt mehr als 5000βC/sec, bis zu einer Temperatur bis zu mehr als 900βC, bevorzugt 1200*C, Jedoch unterhalb der sich Innerhalb der Verwel lzelt In der Flamme einstel lenden Sintertemperatur der Absorbentlen bzw. Asche, b) Abkühlung der Abgase auf eine Temperaturdistanz zum Wassertaupunkt , wobei der zulässige Höchstwert der Temperaturdistanz davon abhängt, wie groß die Verwei l¬ zelt der Abgase von erfolgter Abkühlung bis zur Abtrennung des Fe I nstante I I es der Stäube ist, wie folgt: bei einer Verwel lzelt von 0,8 sec darf die Tempe¬ raturdistanz max. 25°C sein, bei einer Verwel lzelt von 0,1 sec darf die Tempe dl stanz max. 11 β C sei n, dazwischen wird l inear Intepol lert.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekenn¬ zeichnet dadurch, daß die hotwendige Unterschreitung der zulässigen Temperaturdistanz zum Wasser taupunkt dadurch erzeugt wird, daß die Abgase durch Kontakt mit käl teren Flächen bis auf den sich aus der Verbrennung und der atmosphärischen Feuchte ergebenden Wassertaupun abgeküh I t werden .
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekenn¬ zeichnet dadurch, daß der Taupunkt der Verbrennungsabgase durch Zusatz von Wasser oder Wasserdampf erhöht wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekenn¬ zeichnet dadurch, daß die Verbrennung und die dadurch be¬ wirkte Aufheizung der Tei lchen der Verbrennungsasche oder der zugesetzten Absorbentlen in einer Brennermuffel erfolgt, die einen wärmeaufnehmenden Raum, beispielsweise den Strah I ungsraum eines Kessels, befeuert.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Verbrennungsabgase Feuerungsraum und Züge eines Kesseis durchströmen und dabei abkühlen.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekenn¬ zeichnet dadurch, daß dem Kessel oder sonstigen befeuerten Objekt ein Kühler nachgeschaltet ist, der die Abgase mindestens auf die vorgenannte Temperaturdistanz zum Wassertaupunkt abkühlt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß der Kühler derart betrieben wird, daß die rauchgasse i t i ge Temperatur seiner wärmeaufnehmenden Flächen oberhalb des Wassertaupunktes der durchströmenden Abgase l iegt.
9. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, gekennzeichnet durch eine divergente Brennermuffel mit einer anschl ie schl ießenden konvergenten F lammbesch I eun i gungsdüse , gekennzeichnet dadurch, daß für eine Feuerungs I e i stung von 3,9 MW folgende Abmessungen verwendet werden: wobei dem Durchmesser D1 radiale Leitschaufeln vorgeordnet sind, welche die Brennluft mit einem Spiralwinkel gegen die Umfangsr Ichtung zwischen 6 und 12* , bevorzugt zwischen 8 und 10* zuführen, obei die Leitschaufeln vortei lhaft nach einer logarithmischen Spirale geformt sind.
10. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, gekennzeichnet dadurch, daß bei der angegebenen Feuerungs le i stung von 3,9 MW dem Brenner ein Flammrohr mit folgenden Abmessungen nachgeschaltet Ist: D5 = 1400 mm 0 L5 = 3850 mm, oder ein rechteckiger Feuerungsraum vom gleichen hydrau l ichen Durchmesser.
11. Vorrichtung nach Ansprüchen 9 und/oder 10, gekennzeichnet dadurch, daß zur Berechnung der Vorrichtung für andere Feuerungs I e l stungen als 3,9 MW die angegebenen Abmessungen mit der Wurzel aus dem Verhältnis der Feuerungs l e i stungen umgerechnet werden, wobei der Winkel der Luf t le I schaufe I konstant bleibt.
12. Vorrichtung nach einen der vorstehenden Ansprüche, gekenn¬ zeichnet dadurch, daß unterhalb des Brenners an der Stirn¬ seite des Flammrohres wenigstens eine Öffnung vorhanden ist, deren Ausblasequerschnitt so bemessen ist, daß durch denselben bis zu 15 % der Verbrennungs I uf t in das Flammrohr eingebiasen Werden können, wodurch die Verbrennung unterstützt sowie abgelagerte Aschetei lchen fortgeblasen werden können.
13. Vorrichtung nach einen der vorstehenden Ansprüche, gekenn¬ zeichnet dadurch, daß an der Stirnwand des Flammrohres un¬ terhalb des Brenners Öffnungen angebracht sind, durch welche Dampf oder Druckluft kontinuierl ich oder in Stößen eingeblasen werden können zur Beseitigung von Ablagerungen Im unteren Bereich des Flammrohres.
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekenn¬ zeichnet dadurch, daß die Abgasaustritte aus dem Flamm¬ rohr sich an dem Brenner gegenüberl iegenden Ende befinden.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet dadurch, daß die Abgasaustritte aus dem Flammrohr ausgebi ldet sind als Öffnungen Im unteren Bereich des Flammrohres, die mit den Rohren des nachgeschalteten ersten Rohrzuges verbunden s I nd.
16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ge¬ kennzeichnet dadurch, daß den Rohren des ersten Rohrzuges Einblaseöffnungen zugeordnet sind, deren Querschnitt so bemessen Ist, daß durch dieselben bis zu 15 % der Brenn¬ luft In die Rohre des ersten Rohrzuges eingeblasen wer¬ den können.
17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ge¬ kennzeichnet dadurch, daß bei einer Feuerungs l el stung von 3,9 MW der erste Rohrzug aus 25 Rohren der Abmessung 88 ,5 x 5 mm besteht . u .
18. Vorrichtung nach einem der vorsthenden Ansprüche , gekenn¬ zeichnet durch einen zwei ten Rohrzug, bestehend aus 288 Rohren der Abmessung 30 x 5 mm.
19. Erster und zweiter Rohrzug für eine Vorrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen für andere Feuerungs I e I stungen als 3,9 MW, gekennzeichnet dadurch, daß die Summe der Rohrquerschnitte proportional zur Feuerungs le i stung um¬ gerechnet wird, wobei zur Aufrechterhaltung der Abgas¬ temperatur am Kesselaustritt die Summe des Verhält¬ nisses von Rohrlänge zu l ichtem Durchmesser konstant geha I ten wird.
Description:
Verfahren und Vorrichtung zur vol lständi gen trockenen Ent ¬ schwefelung von SO ι - und staubha I t I gen Verbrej]nunCJESabgajse_n

Die vorl iegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur vol lständigen trockenen Entschwefelung von SO2- und staubhal- tigen Verbrennungsabgasen aowle Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens.

Insbesondere bezieht sich das Verfahren auf die vol lständige trockene Entschwefelung von Verbrennungsabgasen der Verbren ¬ nung von Kohle, Insbesondere der Verbrennung von Braunkohle, bei denen Im Verbrennungsabgas Flugasche enthalten ist.

Das Verfahren bezieht sich welter auf die Entschwefelung vor. SO -haltigen Abgasen anderer Brennstoffe, denen anstel le der Flugasche Staub mit vergleichbaren, nachstehend beschriebener , Eigenschaften beigemischt sind.

Mi t trockener Entschwefelung Ist gemeint, daß sich der Ent ¬ schwefelungsvorgang in einem solchen Temperaturabstand vom Taupunkt der Verbrennungsgase abspielt, daß die nachgeschal ¬ teten Anlagentel le (En staubung, Kamin) ohne Auftreten von Kondensation betrieben werden können.

Für die vol lständige Entschwefelung sind bisher nur Naßverfah- ren bekanntgeworden, bei denen die Verbrennungsabgase mit absorbierenden Flüssigkelten, beispielsweise Kal i lauge, in Kontakt gebracht werden. Nachtei l ig ist dabei , daß die Ver ¬ brennungsabgase diese Verfahrensstufe vol lständig oder näh- rungswelse feucht gesättigt verlassen, woraus in den nachfol ¬ genden Anlagetei len Verkrustungs- und Korrosionserscheinungen result ieren, denen man dann durch i ederaufhe 1 zuπg der « yas^ zu begegnen versucht.

Ebenso sind trockene Entschwefelungsverfahren bekanntgeworden, bei denen beispielsweise CaC0 3 in den Feuerraum eingeblasen wird. Dieses zersetzt sich bei ca. 900 β C zu CaO , das dann tei l ¬ weise mit S0 2 und SO3 reagiert. Auf diese Welse konnten Entschwefelungsgrade von etwas über 80 % erreicht werden, Jedoch keine vol lständige Entschwefelung.

Diesem Ziel näher kommen Entschwefelungsverfahren, bei denen die Abgase gemeinsam mit Flugasche und/oder zugesetzten Ab- sorbentien bis dicht an den Taupunkt der Verbrennungsabgase abgekühlt werden, oder bei denen der Taupunkt durch Zusatz von Wasser oder Wasserdampf entsprechend angehoben wird, besp i e tswei se nach DE 32 40 373 oder DE 33 32 928. Hier wird Insbesondere der letzte Tei l der Abkühlung der Rauchgase dadurch bewirkt, daß man vorher anderweitig abgekühlte Flug ¬ asche und/oder Absorbentlen dem Abgas zusetzt und dieses da ¬ durch welter abkühlt. Dabei wird angestrebt, die Abkühlung auf weniger als 5 β C oberhalb des Taupunktes zu bewirken, wei l nur auf diese Welse Entschwefelungsgrade von 90 % und mehr erreicht werden können. Eine vol lständige Entschwe elung nach diesem Verfahren ist bislang nicht bekanntgeworden.

Ein weiteres trockenes arbeitendes Entschwefelungsverfahren isi beschrieben In der Zeltschrift ZKQ 3/1990 S. 139 - 143. Hier werden die S0 2 -haltlgen Abgase durch eine Wirbelschicht geleitet, die aus Ca (OH) 2 und Zementrohmehl besteht. Die Wirbelschicht wird in unmittelbarer Nähe des Wasser taupunk tes betrieben, insbesondere bei einer Betriebstemperatur um 65°C bei einem Taupunkt zwischen 58* und 6l β C. Trotz des Aufwandes an Apparaten, Energieverbrauch und Absorbentlen gel ingt die Entschwefelung nur bis herab zu einem mittleren S0 2 -Gehalt vor , 423 mg/m.n 3 . Nachtei l ig ist hier weiter, daß die Taupunktnähe Anbackungen verursacht, und daß der verbleibende SO∑-Gehalt zu Korrosionen der nachgescha I teten Anlagentei le führt. Durch weitere Verringerung des Taupunktabstandes, der hier im Grenzfal l nur noch 65 c -61* = 4 β C beträgt, kann die Entschwe ¬ felung noch etwas verbessert werden, Jedoch mi t stark zu-

nehmenden Problemen hinsichtl ich Anbackungen und

Korrosion. Eine vol lständige und trockene Entschwefe I ung ist auch mit diesem Verfahren nicht mögl ich.

Diese gel ingt Jedoch auf einfache Welse mit dem erfindungsge ¬ mäßen Verfahren, das nachstehend am Beispiel der Entschwefelung der Abgase aus der Verbrennung von rheinischem Braunkohlenstaub beschr I eben wird.

Dieser Brennstoff Ist aus der Literatur bekannt. Seine Asche enthält meist 30-50 % Ca- und Mg-Verb I ndungen , die In der Ver ¬ brennung weltgehend zu CaO und MgO kalzinieren und In der vor ¬ stehend beschriebenen Welse SO und SO3 einbinden. Es ist be ¬ kannt, daß dadurch bereits Entschwefelungsgrade von 20-50 % er ¬ zielt werden. Vergleichbare Braunkohlesorten sind beispiels ¬ weise aus Sachsen, Ungarn sowie einigen außereuropäischen Ländern bekannt. Mit diesen läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders leicht ausführen. Dieses sol l an dem obigeri Bespiel der Verbrennung von rhelnslchem Braunkohlenstaub beschrieben werden.

Der Braunkoh I enstaub wird so verbrannt, daß seine Aufheizge¬ schwindigkeit den kritischen Wert von 3000 β C/sec überschrei e und er eine Temperatur von wenigstens 900 C C, bevorzugt 1200°C erreicht. Hierdurch erfahren al le Komponenten der bei der Verbrennung entstehenden Aschetei lchen eine starke Ober f I ächen- aktivlerung, die Je nach Aufhe I zgeschwl nd I gke I t bis zu 10 sec lang anhält und dann langsam abkl ingt. Die Oberf I ächenakt i v i tat ist dabei um so größer, je größer die Aufhe I zgeschwi nd I gke I t ist. Die günstigsten Werte erzielt man bei Aufhe i zgeschwi n i g- keiten oberhalb 5000°C/sec. Die größte Aufnahmef higkeit für S0 2 haben die Aschete I I chen dann, wenn sie 1200°C überschri er. haben, jedoch noch nicht so heiß geworden sind, daß Fe 2 θ3 oder Verunreinigungen der Asche schmelzen, was sich bei Betrachten der Aschetel le unter dem Mikroskop leicht erkennen läßt.

Die Abgase der Verbrennung werden dann beispielsweise In einen Kessel In bekannter Weise abgekühl t. Normaiweise geht man dabei mit Rücksicht auf Entstaubungsanlagen, Spe I sewassertempera uren und Kamin herunter bis auf Temperaturen von 130 bis 150°C.

Erfindungsgemäß werden die Rauchgase dann weiter abgekühl t bis auf eine nachfolgend definierte Temperaturdistanz zum Wassertaupunkt der Verbrennungsabgase, wobei die Tempera¬ turdistanz davon abhängt, wie lange die Abgase und der darin enthaltene Flugaschestaub auf einer Temperatur von weniger als 25°C oberhalb des Wassertaupunktes gehalten werden. Bei einer Verwei lzelt In diesem Temperaturbereich von 0,8 - 1 ,0 sec müssen die Abgase auf weniger als 25 β C über den Taupunkt abge ¬ kühlt werden. Mit kürzerer Verwe I Iwe I I ze I t In dem genannten Temperaturbereich sinkt der erforderl iche Taupunktabstand, auf den die Rauchgase abgekühlt werden müssen. Bei einer Verwei lzeit von 0,05 - 0,1 sec in dem genannten Temperatur¬ bereich müssen die Abgase auf eine Temperatur auf 11°C über den Taupunkt abgekühlt werden, wobei Zwischenwerte l inear interpol iert werden können.

Wird ein Temperaturabstand von 35-40°C zum Taupunkt unter ¬ schritten, setzt eine schnel le Einbindung des SO 2 ein; eventuel l vorhandenes S0 3 Ist berei ts absorbiert und spiel t keine Rol le mehr. Bei Unterschreiten eines Taupunktabs tandes von 10-25°C - Je nach Verwel lzelt im vorgenannten Temperatur ¬ bereich - ist das SO 2 quantitativ eingebunden. Damit ist eine vol lständige Entschwefelung erreicht.

Der Beginn der Schwefe I e I nb I ndung ist bereits äußerl ich an der Farbe der Verbrennungsasche zu erkennen. Diese ist rheini ¬ schem Braunkohlenstaub übl icherweise gelbl ich bis ockerfarben, mit Variationen bis In braune Farbtöne hinein. Mit Beginn der Schwefe i e I nb i ndung wird die Asche grün. Wenn man einen solche r ¬ maßen betriebenen Kessel oder einem den Kessel nachgesclia I tet en Abgaskühler Inspiziert, findet man meistens einen leichten

Staubbelag auf al len Oberflächen. Solange dieser noch gelbl ich, ockerfarben oder bräunl ich ist, hat noch keine nennenswerte über die vorgenannte Primäreinbindung hinausgehende Einbindung des SO2 stattgefunden. Den Beginn der SO 2 -E i nb i ndung erkennt man am ersten Auftreten von grüner Asche.

Dabei wird ein Tei l des SO 2 chemisch eingebunden; die Grün ¬ färbung der Asche deutet auf Eisenverbindung hin. Wenn man sol ¬ che Asche Jedoch einige Stunden In einem geschlossenen Behälter lagert und denselben dann öffnet, Ist ein leichter, typisch stechender Geruch nach SO bemerkbar. Offensichtl ich hat hier zusätzl lch eine rein physikal ische Obe f I ächenabsorbt i on statt ¬ gefunden, die mögl icherweise im laufe der Zelt etwas abkl ingt. Bei Erwärmung der Asche auf 250-300 β C setzt eine exotherme Reaktion der Asche mit der Umgebungs I uft untre 02-Verzehr ein, und die Asche nimmt dann wieder Ihre bekannte gelbl ich- ockerfarbene-bräun I i ehe Farbe an. Auch hierbei Ist ein leichter Geruch nach SO2 feststel lbar.

Der Einfluß der Verwei lzeit deutet darauf hin, daß bei der Einbindung des SO die feinen Ascheantel le besonders wirksam sind. Je länger die Verwei lzeit Ist, In desto höherem Maße können auch die größeren Ascheantei le reagieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren Ist ebenfal ls anwendbar für andere S0 2 -haltlge Verbrennungsabgase, die keine den Komponen ¬ ten des Rhe I nbraunstaubes vergleichbare Feststof fante 1 I e ent ¬ halten. Diesen können solche feinkörnigen Feststoffe in der Verbrennung zugesetzt werden, wobei die erfindungsgemäße Be ¬ dingung der Oberf lächenakt i v 1 erung erfül lt sein muß.

Grundsätzl ich kann das Verfahren mit al len Apparaten nach dem Stand der Technik ausgeführt werden, die die Verfahrensbe¬ dingungen erfül len. Als Beispiel hierfür wird nachstehend eine Vorrichtung beschrieben, mit der sich die Verfahrensbed i ngungen besonders vortei lhaft erfül len lassen.

F_!g_.. . _L zeigt das Verfahrensschema. Brennluft 1 sowie der von Trägerluft transportierte Kohlenstaub 2 werden In bekannter Weise dem Brenner 3 zugeführt. Dieser befeuert den Kessel 4. Es kann zweckmäßig sein, dem Kessel 4 einen Zyk lonabsche ϊ der 5 für überkorn nachzuschalten. Diesem folgt ein Kühler 6, der mit Ein- und Austritten für das Kühlmedium versehen Ist. Erfindungsgemäß wird das Kühlmedium in bekannter Weise so ein¬ gestel lt, daß die abgasse 111 gen Oberflächen der Wärmeübertra ¬ gungsfläche eine Temperatur zwischen dem Taupunkt und derjeni ¬ gen Temperatur aufweisen, unterhalb welcher das SO 2 absorbiert Ist. Insbesondere kann der Kühler 6 als Röhrenkühler ausge ¬ bi ldet werden, bei dem die Abgase durch die Röhren strömen, welche von außen mit Wasser auf der gewünschten Temperatur gehalten werden. Dem Kühler 6 Ist In bekannter Weise eine Fe i nentstaubung 7 nachgeschaltet, beispielsweise ein Gewebe- fi iter. Die entstaubten Abgase verlassen die Fe I nentstaubung 7 über eine Abgasleltung 8.

Die jewei ls abgeschiedenen Aschemengen verlassen über Aus ¬ tragevorrichtungen 9a und 9b die Anlage.

Das abgasseitige Röhrenvolumen des Kühlers 6, die Verb i ndungs- leltung 10 zwischen Kühler 6 und Fe I nentstaubung 7 sowie das staubgasse i t I ge Volumen der letzteren bestimmen die Verwei l ¬ zelt der Abgase gemeinsam mit wenigstens dem Feinstantei l der Asche in demjenigen Temperaturbereich, In dem die Absorption des SO stattfindet. Die Verwel lzeit bestimmt sich in be ¬ kannter Weise aus dem Volumenstrom des Abgases und dem vorge ¬ nannten Volumen.

Es entspricht dem Stand der Technik, al le von abgas- und asche ¬ berührten Oberflächen auf einer Temperatur oberhalb des Tau¬ punktes des Abgases zu halten.

Das Vorhandensein des Zyk I onentstaubers 5 Ist nicht unmittel¬ bar verfahrenswesentl ich. Er kann zweckmäßig sein, um eventuel l noch brennendes Überkorn aus dem Kohlenstaub abzuscheiden. Sei e Absehe I de I e I stung Ist Jedoch nach den bekannten Ausle¬ gungsregeln für Zyk I onentstauber so zu begrenzen, daß in sei¬ nem Austritt noch eine hinreichende Fe I nstaschemenge vorhan¬ den Ist. Die hinreichende Fe I nstaschemenge ist dadurch defi¬ niert, daß bei Unterschreitung dieser Menge, bei ansonsten gegebener Einhaltung al ler Verfahrensbedingungen, die Absorp¬ tion des SO2 nicht mehr vol lständig ist.

Ver fahrenswesent I I ch ist die Erzlelung einer hinreichenden Aufhe 1 zgeschwi ndl gke 11 der Ko lenstaubtei lchen vor und während der Verbrennung. Die einschlägigen Lehrbücher der Feuerungs ¬ technik geben Regeln zum Erzielen der gewünschten Aufheizge¬ schwindigkeiten, bzw. Verwe I 1 ze 1 ten . Meist Ist den Lehrbü¬ chern Jedoch nicht von Verwel lzelt, sondern von Feuerraumbe ¬ lastungen die Rede. Diese sind den Verwe i I ze i en in bekannter Weise umgekehrt proportional . Besonders geeignet sind Kombi ¬ nat ionen von Hoch I e i stungsbrennern und zugehörigem Brennraum, häufig als Combustoren bezeichnet, sofern diese Geräte den praktischen Anforderungen der Kohlenstaubverbrennung gerecht werden. Vorzugswelse ist dies der Fal l bei dem In F.jjj^ 2_ dargestel lten Brenner 3. Diesem wird Brennluft 1 sowie der von Trägerluft beförderte Kohlenstaub 2 In bekannter Weise zugeführt. Die Strömung der Brennluft 1 wird In einem Samme I - räum 12 vergleichmäßig und wird dann in einem radialen Schaufelgi ter 13 In Dral l versetzt. Mit diesem tri tt die Brennluft 1 In die divergente Brennermuffel 17 ein, die an ¬ schl ießend in einen wassergekühlten Tei l 18 übergeht. An diesem schl ießt sich eine F I am besch I eun i gungsdüse 19 an.

In die Brennermuffel Ist eine KohIenstaublanze 20 einge¬ führt, die an Ihrem Ende ei e Umlenkhaube 21 trägt.

Für eine Feuerungs IeIstung von 3,9 MW werden erf indungsge- gemäß die In Flg. 2 dargestellten Abmessungen wie folgt verwendet:

D1 * = 338 mm 0

D2 = 700 mm 0

D3 = 350 mm 0

L1 = 197 mm

L2 = 1470 mm

L3 = 850 mm

Die LeI tschaufein 13 werden vorteilhaft nach einer logarith¬ mischen Spirale geformt, mit einem Spiralwinkel gegen die Umfangsr Ichtung zwischen 6 und 12", bevorzugt 8-10° .

Bei der Wahl dieser Abmessungen stellt sich In der Brenner¬ muffel die in Fig. 2 gezielte Strömung ein, wobei nur die Durchsatzkomponenten gezeichnet sind. Diese sind von einer Umfangskomponente derart überlagert, daß sich am Außenumfang ein Strömungswinkel von ca. 45 β gegen die Mantel l inle ergIbt .

Bei Wahl der genannten Abmessungen werden zwei Gruppen von Ergebnissen erreicht:

a) Flammstabi I I tat:

Es bildet sich eine wandnahe Durchsatzströmung vorn Durch ¬ messer D1 zum Durchmesser D2 aus. Hier kehrt etwa die Hälfte der Strömungsmenge radial nach innen um und läuft entlang der KohIenstaublanze 20 durch den Querschnitt des Durchmessers D1 bis zum Bereich der Leitschaufeln 13

zurück. Hier kehrt sich diese Strömung wieder radial nach außen und strebt zusammen mit dem Fr i seh I uf tdurch- satz dem Durchmesser D2 zu. Zwischen Durchsatz- und Rückströmung bi ldet sich eine Zone sehr Intensiver Turblenz aus, In der sich die Flamme stabi l isiert.

Der Kohlenstaub 2 wird zusammen mit einer vorzugsweise konstanten Träger I uftmenge eingeführt und mit Hi lfe der Umlenkhaube 21 in die Rückströmung eingeblasen.

Unter der Einstrahlung der umgebenen Flamme verdam¬ pfen die flüchtigen Komponenten des Kohlenstaubes und bi lden mit der Brennluft 1 eine gasartige Flamme, die zusammen mit dem restl ichen Kohlenstaub im Flammstrahl 22 ausbrennt. Dieser erreicht unter den angegebenen Bedingungen eine Geschwin igkeit von ca. 100 m/sec, welche wesentl ich Ist, für das Sauberhalten des nachgeschalteten Feuerraumes.

b) Eml ss I onen:

Die angegebenen Abmessungen und Betriebsdaten ergeben Abgasemissionen deutl ich unterhalb der Grenzwerte der TA-Luft.

Lfli._3 zeigt einen für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeigneten Kessel , der Im vorl iegenden Fal l als Warmwasserkesse I dargestel lt Ist.

Der Kesselkörper 30 vom Durchmesser D4 und der Länge L4 enthält ein Flammrohr 31 vom Durchmesset D5 sowie einen Eintritt 32 für das kalte Rück I aufwasser und je einen Austritt 33 und 34 für das erwärmte Vorlaufwasser. Auf diese Weise Ist die Wasserkühlung der in F_j . g 1 _ 2 darge ¬ stel lten Brennermuffel sichergestel lt. Diese ist im oberen Bereich der Stirnseite des Flammrohres 31 angeordnet und

bläst ihren Flammstrahl schräg abwärts auf das andere Ende des Flammrohres, wo im unteren Bereich die Eintritte 36 In den ersten Rohrzug 37 angeordnet sind.

Unterhalb des Brenners Ist mindestens eine Blasdüse 35 an¬ geordnet, durch welche bis zu 15 % des Brenn I uftdurchsatzes in das Flammrohr elngeblasen werden können, um die Verbren¬ nung zu unterstützen, sowie um Ascheablagerungen fortzu¬ blasen. Die Blasdüsen 35 können kombiniert werden mit Eln- b lasevorr Ichtungen für Druckluft oder Dampf, fal ls Verun¬ reinigungen Im Kohlenstaub zu Ablagerungen im Flammrohr füh en.

Mit den vorgeschrieben Maßnahmen gel ingt es, das Flammrohr stets sauberzuhalten, was für das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft Ist, da auf diese Welse kontrol l ierbare Tempera- turverhäI tn I sse herrschen. Ablagerungen von Asche oder Schlacke im Flammrohr würden den Wärmeübergang behindern und die Tempe¬ raturen verändern.

Da die Verbrennung von Kohlenstaub sich bis in den ersten Rohrzug 37 hinein fortsetzt, Ist es vortei lhaft jedes ein¬ zelne Rohr dieses Rohrzuges mit Blasdüsen 38 zu versehen, durch welche eine Zusatz I uftmenge 39 von bis zu 15 % der Verbrennungs I uftmenge In die Rohre des Rohrzuges 37 e'nge- blasen werden können. Diese Luftstrahlen sorgen ebenfal ls f r Sauberhaltung des Eintrittsbereiches In den ersten Rohrzug 37.

Für die angegebene Kesse I I e I stung von ca. 3,5 MW entspre ¬ chend einer Feuerungs I e I stung von 3,9 MW ist es für das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin vortei lhaft, für den ersten Rohrzug 37, 25 Rohre vom Durchmesser 88,9 x 5 mm vor ¬ zusehen. Dieses ergibt hinreichende Geschwindigkeiten, um auch beim Herabregeln der Leistung die Ablagerung von Asche in den Rohren des ersten Rohrzuges 37 zu vermeiden. An ¬ dererseits sind die Geschwindigkeiten noch nicht so hoch,

daß sich im oberen Lastbereich des Kesseln dynams ι ehe Effel i aus dem Zusammen irken der Gasmasse in den Rohren mi t der Elastizität des Gasvolumens im Flammrohr 31 einstel len würden. - Bei Unterschreitung einer hinreichenden Trans- Portgeschwindigkeit der Abgase In den Rohren des ersten Rohrzuges 37 würden sich in den Rohren Ascheablagerungen bi lden, die sich dünenähnl ich durch die Rohre bewegen und jedesmal beim Eintreffen am Rohrende zu einem Druckstoß führen, wodurch die genaue Einstel lung der Brenn I uftmenge erschwert wird.

Durch die vorgenannte Dimensio ierung der Rohre des ersten Rohrzuges 37 erfolgt nur eine begrenzte Abkühlung der Ab ¬ gase auf ca. 500 β C, wodurch die In diesem Rohrzug noch laufenden Verbrennungsreaktionen hinreichend Zelt und Tem ¬ peraturniveau haben zu Ende zu laufen. Sich hieraus ergeben ¬ den Ascheeigenschaften sind für das erfindungsgemäße Ver ¬ fahren vorte I I haf t .

In der vorderen Umlenkkammer 40 werden die auf ca. 500°C abgekühlten Abgase den Rohren 41 des zwei ten Rohrzuges zugeführt, in denen sie je nach Kessel last und Wassertem ¬ peratur im unteren Bereich des Kessels auf Temperaturen von 110 bis 150°C abgekühlt werden.

Mi t Rücksicht auf die vorbeschriebenen Bedingungen, näm ¬ l ich Aschetransport einerseits und Vermeldung dynamischer Effekte andererseits, Ist es für das erfindungsgemäße Ver ¬ fahren vortei lhaft, Im zweiten Rohrzug 288 Rohre vom Durch ¬ messer 30 x 5 mm vorzusehen.

Die aus den Rohren 41 austretenden abgekühl ten Abgase wei en einem Abgasrohr 42 zugeleitet. Dieses wird vortei lhaf er Welse quer zur Kesselachse angeordnet, wobei ihm die Abgase tangentlal zugeführt werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß über die gesamte Länge des Abgasrohres 42 nirgendwo

Totwasserzonen entstehen, die zu einer Ablagerung von Asclie führen können.

Die gesamte In Fig. 3 dargestel l te Anordnung mit Brenner, Flammrohr, den einzelnen Rohrzügen und dem Abgasrohr ist damit se I bstre I n Igend und hält sich Im Betrieb vol lkommen sauber. Dieses ist für das erfindungsgemäße Verfahren von großem Vortei l , da sich auf diese Weise die gesamte Asche im Abgas befindet und von reproduzierbarer Beschaffenhei t ist.

D' e ' n Fig. 3 dargestel lte Vorrictitung Ist mit gleicher Leistung und praktisch gleichem Wirkungsgrad auch für die Verfeuerung anderer staubförml ger Brennstoffe wie Stein ¬ kohle, Holzstaub etc. geeignet, ebenso für die Verbren¬ nung von flüssigen und gasförmigen Brennstoffen.

Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Entschwefelung der Abgase beispielsweise flüssiger Brenn¬ stoffe sind In bekannter Weise Absorbentien In die Bren¬ nermuffel elnzublasen, beispielsweise Kalksteinmehl , wo ¬ bei sich deren Menge und Aufbereitung nach den bekannten einschlägigen Regeln der Technik richtet.

Eine bemerkenswerte Eigenschaft der In FJ_g_._3 darge- stel lten Vorrichtung, Insbesondere der Brennermuffel und des Flammrohres, Ist, daß die Strömungsverhältnis dar in von der Reyno I ds-Zah I In erster Näherung unabhängig sind. Das bedeutet, daß bei Umrechnung auf andere Feuerungs ¬ leistungen die Abmessungen von Muffel und Flammrohr mit ei Wurzel aus dem Leistungsverhältnis umzurechnen sind. Dabei ist zu berücksichtigen, daß Brennersysteme nach EJj3___ . ___.-2 . keine obere Leistungsgrenze haben; diese ist viel ¬ mehr gegeben durch die Aufbereitung und Reakt i onsw i I I i g- kelt des jewe i I I gen Brennstoffes . Mit steigender Leistung können daher In bekannter Welse höhere Flammgeschwin igkei ten

ERSATZBLATT

gewähl t werden, wodurch bei Umrechnung auf höherer Leistung die Apparate etwas kleiner werden als es der Umrechnungs¬ regel mit der Wurzel aus dem Leistungsverhältnis entspricht . Diese Berücksichtigung entspricht dem Stand der Technik.

Der erste Rohrzug 37 und der zweite Rohrzug 41 arbeiten in Bereichen der Reyno l ds-Zah I en , in denen der Temperaturab¬ bau wesentl ich nur eine Funktion des Verhältnisses der Länge zum Innendurchmesser der Jewei l igen Rohre Ist. Wenn man bei Umrechnung auf andere Leistungen gleicher Abgastempe¬ raturen am Austrlt ' t aus dem Kessel erzielen wi l l , wird in bekannter Welse die Summe der Rohrquerschnitte entsprechend dem Leistungsverhältnis umgerechnet, wobei die Summe der Verhältnisse von Rohrlänge zu Innendurchmesser konstant bleibt. Damit sind Abmessung und Anfal l der Rohre des jewei ¬ l igen Rohrzuges nach den Regeln der Strö ungstechn i k ein ¬ deutig definiert. Weitere Bemessungsangaben sind hierfür n I cht er forder I I ch .

Wenn die In Fl . 3 beschriebene Vorrichtung zugleich auch die anderen Grenzwerte der TA-Luft Insbesondere hinsicht ¬ l ich NOx und CO erfül len sol l , Ist es vortei lhaft , für den Durchmesser D5 des Flammrohres 31 sowie seine Länge L5 folgende Werte zu wählen:

D5 = 1400 mm L5 = 3850 mm

Daraus ergibt sich dann ein Durchmesser des Kessels 30 von D4 = 2600 mm und eine Länge des Kessels von L4 = 4100 mm.