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Patent Searching and Data


Title:
STEAM GENERATOR, POWER PLANT COMPRISING A STEAM GENERATOR AND METHOD FOR OPERATING A STEAM GENERATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/028709
Kind Code:
A3
Abstract:
The invention relates to a steam generator (2), which is heated by the combustion of fuel containing carbon according to the Oxyfuel-method. The aim of the invention is to obtain a particularly high energetic degree of efficiency and to also maintain low residue emissions and at the same time keeping the construction and operation thereof simple and economical and by reverting to suitable fuelling concepts. The inventive steam generator (2) comprises a fluidised bed combustion chamber (8) which is cooled by means of a number of immersion heating surfaces (24) and which comprises a number of oxygen inlet openings (16) which are arranged in the region of the base of the combustion chamber, wherein pure oxygen (O2) is guided via the fluidised bed combustion chamber (8), and is effective as an oxidation agent and as a fluidisation agent and is produced by an associated air separation system, when in operation. The fluidised bed combustion chamber (8) is fitted such that it can work with a stationary fluidised bed.

Inventors:
KARL JUERGEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2006/065568
Publication Date:
June 28, 2007
Filing Date:
August 22, 2006
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
KARL JUERGEN (DE)
International Classes:
F22B31/00; F23C10/00
Foreign References:
EP1030150A12000-08-23
DE102004059359A12005-06-23
EP0559387A11993-09-08
US6505567B12003-01-14
JPH07269828A1995-10-20
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Dampferzeuger (2), der durch die Verbrennung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffs gemäß dem Oxyfuel-Verfahren beheizt wird, mit einer durch eine Anzahl von Tauchheizflächen (24) gekühlten Wirbelschichtbrennkammer (8), die eine Anzahl von im Bereich des Brennkammerbodens angeordneten Sauerstoffein- lassöffnungen (16) aufweist, über die im Betriebsfall von ei ¬ ner zugeordneten Luftzerlegungsanlage erzeugter, als Oxidati- onsmittel und als Fluidisierungsmedium wirksamer reiner Sauerstoff (O 2 ) in die Wirbelschichtbrennkammer (8) eingeleitet wird, wobei die Wirbelschichtbrennkammer (8) für einen Betrieb mit einer stationären Wirbelschicht (20) ausgelegt ist.

2. Dampferzeuger (2) nach Anspruch 1, dessen Tauchheizflächen (24) mit einer keramischen Beschichtung versehen sind.

3. Dampferzeuger (2) nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Anzahl von keramischen Einbauten und/oder mit einer Anzahl von mit einer keramischen Beschichtung versehenen Einbauten, die derart zwischen den Sauerstoffeinlassöffnungen (16) und den Tauchheizflächen (24) im Wirbelbett (20) angeordnet sind, dass die Tauchheizflächen (24) zumindest teilweise in dem durch die Einbauten bewirkten Strömungsschatten liegen.

4. Dampferzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Eindüsevorrichtung zum Eindüsen von Wasser in die Wirbelschichtbrennkammer (8) .

5. Dampferzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Kohlenstaubfeuerung.

6. Kraftwerksanlage mit einem Dampferzeuger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und mit einer sauerstoffseitig mit dem Dampferzeuger (2) verbundenen Luftzerlegungsanlage.

7. Verfahren zum Betreiben eines mit einem kohlenstoffhaltigen Brennstoff beheizten Dampferzeugers (2) mit einer eine

Anzahl von Tauchheizflächen (24) enthaltenden Wirbelschichtbrennkammer (8), bei dem von einer zugeordneten Luftzerlegungsanlage erzeugter reiner Sauerstoff (O 2 ) in die Wirbel ¬ schichtbrennkammer (8) eingeleitet wird, wobei der Sauer- stoffmassenstrom und die Sauerstoffeinströmgeschwindigkeit derart eingestellt werden, dass sich in der Wirbelschicht ¬ brennkammer (8) ein stationäres Fließbett (20) ausbildet, dessen Grenzschicht (22) oberhalb der Tauchheizflächen (24) liegt .

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die bei der Verbrennung des Brennstoffs entstehenden Rauchgase (R) aus einem der Wir ¬ belschichtbrennkammer (8) nachgeschalteten Konvektionsgaszug (12) abgeleitet werden, ohne dabei in die Wirbelschichtbrenn- kammer (8) rezirkuliert zu werden.

Description:

Beschreibung

Dampferzeuger, Kraftwerksanlage mit einem Dampferzeuger sowie Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger, der durch die Verbrennung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffs gemäß dem Oxyfuel-Verfahren beheizt wird. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Kraftwerksanlage mit einem derartigen Dampferzeuger und auf ein Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers .

Die Bemühungen zur Begrenzung des CO 2 -bedingten Klimawandels haben zu einer ganzen Reihe von technischen Optionen zur Rea- lisierung emissionsarmer, fossilbefeuerter thermischer Kraftwerke geführt. Vergleiche von Kraftwerkskonzepten unterschiedlichen Typs mit einer CO 2 -Abtrennung haben gezeigt, dass die so genannten Oxyfuel-Prozesse in technischer Hinsicht und vom zu erwartenden Wirkungsgrad her besonders güns- tige Eigenschaften aufweisen. Zudem stellen sich Marktreife, Investitionskosten und Betriebskosten als günstig dar.

Beim Oxyfuel-Prozess wird anstelle von stickstoffhaltiger Verbrennungsluft ein Sauerstoffström von hoher Reinheit (bis zu 99, 9 %) als Oxydationsmittel in die Brennkammer eines

Dampferzeugers eingeleitet, welcher zuvor unter Abtrennung des Stickstoffanteils in einer zugeordneten Luftzerlegungs ¬ anlage aus angesaugter Umgebungsluft extrahiert wurde. Da ¬ durch fallen als Verbrennungsprodukte bei der Verbrennung des kohlenstoffhaltigen fossilen Brennstoffs im Idealfall nur

Kohlendioxyd (CO 2 ) und Wasserdampf (H 2 O) an; StickOxyde (NO x ) und andere Schadstoffe entstehen nur in vergleichsweise ge ¬ ringen Mengen aufgrund von im Brennstoff enthaltenen Anteilen oder Verunreinigungen. Damit enthält der aus der Brennkammer des Dampferzeugers abströmende Abgasstrom nach der Kondensa ¬ tion des Wasserdampfanteils praktisch nur noch Kohlendioxyd (CO 2 ) , welches beispielsweise als Verdrängermedium zur För ¬ dermengenerhöhung bei nahezu erschöpften Erdöl- und Erdgas-

vorkommen kommerziell verwendet oder in salinen Aquiferen unterirdisch und damit klimaunwirksam deponiert werden kann.

Die technische Machbarkeit derartiger „Null-Emissions-Kraft- werke" soll derzeit in einigen Pilotprojekten und Forschungs ¬ anlagen nachgewiesen werden, wobei insbesondere die entspre ¬ chenden Feuerungskonzepte noch Gegenstand intensiver For ¬ schung sind. Generell hat die Feuerung bei Kraftwerksprozes ¬ sen und Prozessen zur Nutzwärmeerzeugung einen wesentlichen Einfluss auf den Wirkungsgrad, und zwar sowohl in thermischer Hinsicht als auch vom Standpunkt der Emissionsvermeidung her. Dies gilt bei Oxyfuel-Prozessen sogar noch in verstärktem Maße, so dass der Aufwand für entsprechende Forschungsvorhaben und Optimierungsmaßnahmen gerechtfertigt ist.

Ein für die technische Realisierung des Oxyfuel-Verfahrens zu überwindendes Problem besteht darin, dass für viele Feue ¬ rungsarten und Brennstoffe die innerhalb der Brennkammer auf ¬ tretenden Verbrennungstemperaturen die maximal zulässigen Ma- terialtemperaturen der angrenzenden Brennkammerwände überschreiten. Im Fall einer nicht ganz vollständigen Oxyfuel- Verbrennung entstehen zudem Ascherückstände, für deren vernünftige Handhabung gewisse obere Grenztemperaturen ebenfalls nicht überschritten werden sollten. Gerade bei der nahstö- chiometrischen Verbrennung mit reinem Sauerstoff als Oxydationsmittel werden derartige Probleme besonders eklatant, da dabei im Prinzip Temperaturen von über 3000 0 C auftreten können .

Um eine Beschädigung der Brennkammer durch unerlaubt hohe

Temperaturen zu vermeiden, wurden daher verschiedene Konzepte zur Senkung der Verbrennungstemperaturen entwickelt. Allen bislang vorgeschlagenen Oxyfuel-Prozessen ist dabei die nah- stöchiometrische Oxydation des Brennstoffs in einem Inertgas- gemisch gemeinsam. Gemäß einem ersten vorgeschlagenen Verbrennungskonzept kann beispielsweise eine interne Rauchgas- rezirkulation vorgesehen sein, wie sie bei so genannten FLOX- Brennern zur Anwendung kommt. Durch die Beimischung des

Rauchgases erfolgt der Verbrennungsprozess nicht-adiabat . Das heißt, den Verbrennungszonen wird bereits während der Verbrennung Wärme entzogen und auf das bereits abgekühlte, re ¬ zirkulierte Rauchgas übertragen, so dass die lokalen Spitzen- temperaturen innerhalb der Brennkammer deutlich gesenkt werden. Ein Nachteil dieses Konzepts besteht jedoch darin, dass die Brennkammer und die ihr nachgeschalteten abgasführenden Komponenten für vergleichsweise hohe Volumen- beziehungsweise Massenströme ausgelegt sein müssen, was eine entsprechend vo- luminöse Bauweise mit großen Strömungsquerschnitten bedingt. Damit fallen für eine derartige Kraftwerksanlage relativ hohe Fertigstellungskosten an.

Alternativ zur Rauchgasrezirkulation kann gemäß einem zweiten Verbrennungskonzept auch eine Flammenkühlung durch Eindüsen von Wasser oder Dampf oder durch die Verwendung von feuchten Brennstoffen vorgesehen sein. Wie bei der Rauchgasrezirkulation wird allerdings auch hier die Reduzierung der Feuerungs ¬ temperatur mit erhöhten Abgasverlusten erkauft, da die Erhö- hung des Rauchgasmassenstroms den Wirkungsgrad der Energieum ¬ wandlung prinzipiell herabsetzt.

In Zusammenhang mit konventionellen Verbrennungsprozessen, die unter Zufuhr von stickstoffhaltiger Verbrennungsluft ab- laufen, ist überdies das Konzept der (atmosphärischen) Wirbelschichtfeuerung bekannt, bei der die Verbrennung des in der Regel festen Brennstoffs in einem Wirbelbett stattfindet. Durch die verringerten Verbrennungstemperaturen soll dabei vor allem die Emission von Stickoxiden (NO x ) und Schwefeloxi- den (SO x ) reduziert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der eingangs genannten Art und eine zugehörige Kraftwerksanlage anzugeben, die bei einfach und kos- tengünstig gehaltener Bau- und Betriebsweise unter Rückgriff auf geeignete Feuerungskonzepte eine Verbrennung eines koh ¬ lenstoffhaltigen Brennstoffs nach dem Oxyfuel-Verfahren mit einem besonders hohen energetischen Wirkungsgrad und mit be-

sonders geringen Restemissionen ermöglichen. Weiterhin soll ein besonders geeignetes Betriebsverfahren für eine auf derartigen Prinzipien beruhende Anlage angegeben werden.

In Bezug auf den Dampferzeuger wird die genannte Aufgabe er ¬ findungsgemäß gelöst, indem der Dampferzeuger eine durch eine Anzahl von Tauchheizflächen gekühlte Wirbelschichtbrennkammer umfasst, die eine Anzahl von im Bereich des Brennkammerbodens angeordneten Sauerstoffeinlassöffnungen aufweist, über die im Betriebsfall von einer zugeordneten Luftzerlegungsanlage er ¬ zeugter, als Oxidationsmittel und als Fluidisierungsmedium wirksamer reiner Sauerstoff in die Wirbelschichtbrennkammer eingeleitet wird, wobei die Wirbelschichtbrennkammer für ei ¬ nen Betrieb mit einer stationären Wirbelschicht ausgelegt ist.

Die Erfindung geht von der überlegung aus, dass für eine besonders kompakte und Kosten sparende Bauweise eines nach dem Oxyfuel-Prinzip betriebenen Dampferzeugers die Volumenströme durch die Brennkammer und den nachgeschalteten Rauchgaszug möglichst gering gehalten sein sollten. Daher sollte die zur Beherrschung der hohen Verbrennungstemperaturen üblicherweise vorgesehene Rauchgasrezirkulation weitgehend vermieden werden, beziehungsweise der Anteil der in der Brennkammer rezir- kulierten Abgase zumindest geringer gehalten sein als bei bislang konzipierten Anlagen. In diesem Fall sollte allerdings die in der Brennkammer freigesetzte Wärme möglichst noch am Ort ihrer Entstehung abgeführt werden, um die strukturelle Integrität der Umfassungswände auch bei der Verwen- düng von weniger hochwertigen beziehungsweise temperaturbe ¬ ständigen und daher kostengünstigeren Werkstoffen nicht zu gefährden. Nach dem nunmehr vorgeschlagenen Konzept ist zu diesem Zweck eine Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Brennstoffs in einer durch eine Anzahl von Tauchheizflächen ge- kühlten Wirbelschichtbrennkammer vorgesehen, wobei die Wirbelschichtbrennkammer für einen Betrieb mit einer stationären (nicht zirkulierenden) Wirbelschicht ausgelegt ist.

Mit anderen Worten: Der in der LuftZerlegungsanlage erzeugte Strom reinen Sauerstoffs, der der Wirbelschichtbrennkammer über im Bereich des Brennkammerbodens angeordnete Einlassöff ¬ nungen, beispielsweise in Form von Einlassdüsen oder auch ei- nes Einlassgitters, zugeführt wird und dabei eine in vertika ¬ ler (Aufwärts-) Richtung weisende Impulskomponente aufweist, dient einerseits als Oxidationsmittel für die in der Brenn ¬ kammer ablaufenden Verbrennungsvorgänge und andererseits als Wirbelmedium für das in der Brennkammer befindliche Wirbel- gut. Durch die aufwärts gerichtete Strömung des Sauerstoffs wird das feinkörnige, sand- oder staubartige Wirbelgut aufge ¬ wirbelt und in einen flüssigkeitsähnlichen Fließzustand versetzt. Die Verwirbelung der Partikel führt zum einen aufgrund der Partikel-Partikel-Stöße zu einer besonders effizienten Verbrennung (katalytische Wirkung des Fließbetts) und zum an ¬ deren wegen der Partikel-Wand-Stöße zu einem besonders inten ¬ siven Wärmeübergang auf die durch die Brennkammer geführten, zweckmäßigerweise zu so genannten Tauchheizflächen gebündel ¬ ten Heiz- oder Verdampferrohre und das darin geführte Strö- mungsmedium, vorzugsweise Wasser oder ein Wasser-/Dampf-Ge- misch. Durch den derart bewirkten, besonders effizienten Wärmeabtransport sind daher auch bei der Oxyfuel-Verbrennung vergleichsweise geringe Verbrennungstemperaturen von beispielsweise weniger als 1000 0 C realisierbar, so dass die diesbezüglichen Anforderungen an die Brennkammerwände und sonstigen Einbauten in der Brennkammer relativ gering sind.

Da nach dem nunmehr vorgeschlagenen Konzept die Einströmgeschwindigkeit und der Volumen- bzw. Massenstrom des in die Wirbelschichtbrennkammer eingeleiteten Sauerstoffs derart bemessen sind, dass sich eine stationäre Wirbelschicht, vor ¬ zugsweise eine schwach fluidisierte oder eine so genannte blasenbildende Wirbelschicht mit einer wohl definierten obe ¬ ren Grenze ausbildet, ist eine vergleichsweise aufwändige Rückführung von aus der Brennkammer ausgetragenen Wirbelpartikeln, wie sie bei höheren Einströmgeschwindigkeiten des Fluidisierungsstroms notwendig wäre, nicht erforderlich. Das heißt, der von der Handhabung zirkulierender Wirbelschichten

im Rahmen konventioneller, in einer stickstoffhaltigen Verbrennungsatmosphäre ablaufender Verbrennungsprozesse bekannte apparative und betriebliche Aufwand - Rückführleitung, Geblä ¬ se, Gaszyklon zur Feststoffabtrennung und so weiter - ent- fällt.

Zur Erreichung einer besonders hohen Wärmeabfuhr und Kühlwirkung innerhalb der Verbrennungszone in der Wirbelschicht be ¬ sitzt das Verhältnis der Gesamtoberfläche aller Tauchheizflä- chen zur mittleren Querschnittsfläche der Wirbelschichtbrennkammer vorzugsweise einen Wert, der größer ist als bei einem konventionellen Dampferzeuger mit „luftgeblasener" Wirbelschichtfeuerung von vergleichbarer thermischer Leistung. Dabei ist mit der Oberfläche einer Tauchheizfläche deren ebene Ausdehnung - ohne Berücksichtigung der Geometrie oder Krümmung der einzelnen Heizrohre - gemeint, wobei jede der Heiz ¬ flächen in der Regel zwei für den Wärmeaustausch wirksame Flächen, nämlich Vorderseite und Rückseite aufweist, die bei ¬ de bei der Berechnung zu berücksichtigen sind. Die Quer- schnittsfläche der Brennkammer liegt bei vertikaler Kessel ¬ bauweise in einer horizontalen, quer zur Strömungsrichtung des Rauchgases verlaufenden Ebene.

Da in der Wirbelschichtbrennkammer trotz der durch die Tauch- heizflächen bewirkten Kühlung Temperaturen von etwa 1000 0 C oder mehr herrschen können, besteht für die metallischen Tauchheizflächen und Verteilerdüsen gerade bei der nach dem Oxyfuel-Verfahren mit reinem Sauerstoff angereicherten Verbrennungsatmosphäre eine nicht zu vernachlässigende Gefahr eines Eisenbrandes oder anderer Hochtemperatur-Erosionsschä ¬ den, denen vorzugsweise durch geeignete Maßnahmen entgegenge ¬ wirkt werden sollte. Entgegen dem sonst üblichen Bestreben, ein Wirbelbettmaterial mit einer gewissen Mindestkorngröße vorzusehen, um die notwendige Bettfläche zu minimieren, wird nunmehr vorteilhafterweise ein besonders feinkörniges Bettma ¬ terial eingesetzt. Dadurch gelangt deutlich weniger Sauerstoff an die Oberfläche der Tauchheizflächen und der sonsti ¬ gen metallischen Einbauten in der Wirbelschichtbrennkammer,

wodurch die Gefahr eines Eisenbrandes auf ein unkritisches Maß verringert ist. Das feinkörnige Wirbelgut verringert die Sauerstoffkonzentration in der unmittelbaren Umgebung der Heizflächen, verbessert die Kühlwirkung und „löscht" eine ge- gebenenfalls einsetzende Oxidation. Auch wird durch eine kleinere Partikelgröße und -masse die mechanische Erosion (Sandstrahlwirkung) verringert. Der Effekt kann vorteilhaf ¬ terweise noch dadurch verstärkt werden, dass die Wirbel ¬ schicht im Bereich der Tauchheizflächen nur schwach, d. h. knapp oberhalb der Fluidisierungsschwelle, fluidisiert ist.

In einer vorteilhaften alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung sind die metallischen Tauchheizflächen mit einer gut wärmeleitfähigen, oxidationshemmenden oder -verhindernden Be- Schichtung, insbesondere mit einer Keramikbeschichtung, versehen, wodurch ein Eisenbrand ausgeschlossen ist. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn zwischen den Sauerstoffeinlass- öffnungen und den Tauchheizflächen eine Anzahl von keramischen oder mit einer keramischen Beschichtung versehenen Ein- bauten in der Brennkammer angeordnet ist, so dass die Tauchheizflächen zumindest teilweise im Strömungsschatten der auf diese Weise erosionsmindernden Einbauten liegen, sprich nicht direkt vom Sauerstoffström „angeblasen" werden.

Für eine besonders gute Kühlung weist die Brennkammer vor ¬ teilhafterweise eine Eindüsevorrichtung für Wasser auf. Dabei ist es in energetischer Hinsicht besonders günstig, wenn das in die Brennkammer eingedüste Wasser zusammen mit dem infolge der Verbrennungsvorgänge anfallenden Wasserdampf anschließend in einer Rauchgaskondensationsanlage auskondensiert wird und die bei der Verdampfung aufgenommene Wärme wieder als Nutz ¬ wärme zurückgewonnen wird.

Besonders vorteilhaft ist das oben erläuterte Konzept bei ei- ner Wirbelschichtbrennkammer mit einer Kohlenstaubfeuerung.

Vorteilhafterweise ist der Dampferzeuger Bestandteil einer Kraftwerksanlage, die überdies auch eine Luftzerlegungsanla-

ge, z. B. eine kryogene LuftZerlegungsanlage oder eine Mem- branluftZerlegungsanlage, zur Erzeugung des benötigten Sauer ¬ stoffStroms umfasst.

Im Hinblick auf das Verfahren wird die eingangs gestellte

Aufgabe gelöst, indem von einer zugeordneten Luftzerlegungs ¬ anlage erzeugter reiner Sauerstoff in die Wirbelschichtbrennkammer des Dampferzeugers eingeleitet wird, wobei der Sauer ¬ stoffmassenstrom und die Sauerstoffeinströmgeschwindigkeit derart eingestellt werden, dass sich in der Wirbelschicht ¬ brennkammer ein stationäres Fließbett ausbildet, dessen Grenzschicht oberhalb der Tauchheizflächen liegt. Vorteilhaf ¬ terweise werden die bei der Verbrennung des Brennstoffs ent ¬ stehenden Rauchgase aus einem der Wirbelschichtbrennkammer nachgeschalteten Konvektionsgaszug abgeleitet, ohne dabei in die Wirbelschichtbrennkammer rezirkuliert zu werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die geschickte Kombination der Prinzipi- en „Oxyfuel-Verbrennung" und „Wirbelschichtfeuerung mit stationärer Wirbelschicht" ein Befeuerungskonzept für einen Dampferzeuger realisiert ist, das bei moderaten Verbrennungs ¬ temperaturen und somit geringen Anforderungen an die thermische Belastbarkeit der Umfassungswände des Dampferzeugers ei- ne Energieumwandlung mit besonders hohem Wirkungsgrad bei zu ¬ gleich gering gehaltener Schadstoffbelastung des Abgasstroms ermöglicht. Hinzu kommt, dass aufgrund des gegenüber herkömm ¬ lichen Technologien wesentlich verringerten oder sogar ganz entfallenden Bedarfs an Rezirkulationsgas die diesbezüglichen Anlagenkomponenten für geringere Volumenströme konzipiert werden können beziehungsweise vollständig entfallen. Auch der Dampferzeuger selbst kann vom Durchmesser her deutlich kompakter und damit deutlich leichter als bislang notwendig ausgeführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand einer Zeichnung näher er ¬ läutert. Darin zeigt die Figur einen Dampferzeuger mit Wirbelschichtfeuerung im Längsschnitt.

Der in der Figur schematisch im Längsschnitt dargestellte Dampferzeuger 2 weist einen aufrecht stehenden Dampfkessel 4 auf, dessen Umfassungswände 6 aus gasdicht miteinander ver ¬ schweißten, jeweils zur Verdampfer-, überhitzer- oder Econo- miserheizflachen zusammengefassten Dampferzeugerrohren gebildet werden, in denen ein zu verdampfendes Strömungsmedium, z. B. Wasser beziehungsweise ein Wasser-/Dampf-Gemisch strömt. Zur Befeuerung des Dampferzeugers 2 wird in der bo- denseitig angeordneten Brennkammer 8 ein kohlenstoffhaltiger, in der Regel fossiler Brennstoff, insbesondere Kohle, ver ¬ brannt. Die Verbrennung erfolgt dabei nach dem so genannten Oxyfuel-Prinzip unter Zufuhr von als Oxidationsmittel wirksamen reinen Sauerstoff (O 2 ) , welcher in einer zugeordneten LuftZerlegungsanlage (nicht dargestellt) gewonnen und über Rohrleitungen in die Brennkammer 8 eingeleitet wird.

Das bei der Verbrennung erzeugte, im Wesentlichen aus Kohlendioxid (CO 2 ) und Wasserdampf (H 2 O) bestehende Rauchgas R ver- lässt die Brennkammer 8 in vertikaler Strömungsrichtung 10 und durchströmt anschließend den nach oben hin sich an die Brennkammer 8 anschließenden Abschnitt des Vertikalgaszuges 12, um dabei einen Großteil der noch in ihm enthaltenen Restwärme durch konvektiven Wärmeaustausch über die in den Gaszug 12 eingehängten Konvektionsheizflachen 14 an das darin geführte Strömungsmedium abzugeben, z. B. zur überhitzung des in den Verdampferrohren der Umfassungswände 6 oder der Brennkammer 8 erzeugten Dampfes. In einem dem Dampferzeuger 2 rauchgasseitig nachgeschalteten Kondensator (nicht dargestellt) wird schließlich der im Rauchgas R enthaltene Wasser- anteil abgetrennt, so dass nur noch reines Kohlendioxid als umweltschädliches Verbrennungsprodukt zu entsorgen oder einer anderweitigen Verwertung zuzuführen ist.

Die Brennkammer 8 ist für eine besonders effektive und voll- ständige Verbrennung des Brennstoffs sowie für einen beson ¬ ders wirkungsvollen Wärmetransfer auf das zu verdampfende Strömungsmedium als Wirbelschichtbrennkammer ausgebildet. Sie enthält eine lose Schüttung eines feinkörnigen Wirbelguts,

z. B. Quarzsand, welches unter der Wirkung des durch die Einlassdüsen 16 eines Düsenbodens 18 einströmenden Sauerstoffs verwirbelt und in einen Fließzustand versetzt wird. Die Ver ¬ brennung des kohlenstoffhaltigen Brennstoffs erfolgt inner- halb der sich ausbildenden „Sauerstoffgeblasenen" Wirbelschicht 20. Der in die Brennkammer 8 eingeleitete Sauerstoff übernimmt daher sowohl die Funktion des Oxidationsmittels für die Verbrennung als auch des Fluidisierungsmediums für die Erzeugung und Aufrechterhaltung des Wirbelbetts. Die Ein- Strömgeschwindigkeit des Sauerstoffs in die Brennkammer 8 ist derart gewählt, dass sich eine vergleichsweise schwach flui- disierte, stationäre Wirbelschicht 20 mit einer oberen Grenz ¬ fläche 22 im übergangsbereich zwischen der Brennkammer 8 und dem gegenüber der Brennkammer 8 leicht im Querschnitt erwei- terten Konvektionsgaszug 12 ausbildet.

Für eine wirkungsvolle Abfuhr der in der Verbrennungszone freigesetzten Wärme ist eine Anzahl von in die Wirbelschicht 20 „eintauchenden" Tauchheizflächen 24 vorgesehen, von denen in der Figur lediglich eine schematisch dargestellt ist. Jede der Tauchheizflächen 24 wird durch eine Anzahl von mäander- förmig verlaufenden, flächig gebündelten Heizrohren gebildet, in denen das zu verdampfende oder bereits teilweise oder vollständig verdampfte Strömungsmedium (Wasser oder Wasser- dampf) geführt ist. Aufgrund des guten Wärmeübergangs zwi ¬ schen dem Wirbelbett und der jeweiligen Tauchheizfläche 24 können der Brennkammer 8 vergleichsweise große Wärmeströme entzogen werden, so dass die Brennkammer 8 auch ohne die sonst übliche Rauchgasrezirkulation gut gekühlt wird. Die Temperaturen in der Verbrennungszone liegen dabei mit bei ¬ spielsweise 900 0 C relativ niedrig. Dadurch wird - unterstützt durch die homogenisierende und katalytische Wirkung der Wirbelschicht - die möglichst vollständige Umsetzung des kohlenstoffhaltigen Brennstoffs in die gewünschten Verbren- nungsprodukte H 2 O und CO 2 gefördert.

Im Ausführungsbeispiel werden etwa 70 % der gesamten Feuer ¬ wärmeleistung des Dampferzeugers 2 über die Tauchheizflächen

24 abgeführt. Der restliche Anteil, etwa 30 %, wird - wie o- ben bereits geschildert - auf das Rauchgas R übertragen, das mit einer Temperatur von rund 1000 0 C durch den Gaszug 12 nach oben abströmt und dabei zumindest einen Teil der in ihm enthaltenen (Rest-) Wärme über die Konvektionsheizflachen 14 abgibt .

Um der Gefahr eines Eisenbrandes entgegen zu wirken, die auf ¬ grund der hohen Sauerstoffkonzentration in der Brennkammer 8 und der darin herrschenden Temperaturen prinzipiell gegeben ist, ist die Brennkammer 8 mit einem besonders feinkörnigen Wirbelgut beschickt, welches sich gleichmäßig an den Tauch ¬ heizflächen 24 und anderen gefährdeten metallischen Komponenten anlagert oder niederschlägt und dadurch etwaige Oxidati- onsvorgänge „im Keim erstickt". Alternativ oder zusätzlich können die Tauchheizflächen 24 und/oder die Innenwände der Brennkammer 8 sowie gegebenenfalls weitere metallische Kompo ¬ nenten mit einer einen Eisenbrand und sonstige Erosionsvorgänge verhindernden oder hemmenden keramischen Beschichtung versehen sein. Weiterhin ist es möglich, in der Figur nicht dargestellte keramische Einbauten oder dergleichen derart im Strömungsweg des in die Brennkammer 8 eingedüsten Sauerstoffs anzuordnen, dass die Tauchheizflächen 24 nicht direkt „angeblasen" werden, was die Erosionsneigung ebenfalls herabsetzt.