Anlagen zur Verbrennung von Biokraftstoffen. Wirbelschichtkessel. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Bei der Verbrennung von Brennstoff in Hochtemperaturöfen entsteht eine große Menge Stickstoffdioxid NO₂. Es ist ein hochgiftiges braunes Gas mit erstickendem Geruch. Wenn die Temperatur im Ofen auf 1000 °C und darunter sinkt, entsteht nahezu kein Stickstoffdioxid. Dies wird durch die Verbrennung fester Brennstoffe (Stein- und Braunkohle, Schiefer, Holzabfälle, Hausmüll usw.) in einer Wirbelschicht (Wirbelschicht) erreicht.

Auf den Feuerraumrost gelegtes feinkörniges brennbares Material wird von unten mit Luft mit einer Geschwindigkeit angeblasen, die die Stabilitätsgrenze der dichten Schicht überschreitet. Die „Verflüssigungsgeschwindigkeit“ hängt von der Dichte des brennbaren Materials und der Partikelgröße ab und liegt üblicherweise im Bereich von 0,9...2,3 m/s. Mögliche Zustände des Systems „Gas – Kraftstoffpartikel“ sind in Abb. dargestellt. 5.1.

Abb.5.1. Wirbelschichtöfen: 1-Schicht-Verbrennung; 2 – Wirbelschicht mit Blasen; 3 - Übergang zum pneumatischen Transport; 4 - zirkulierendes Wirbelbett

Wenn die Spülgeschwindigkeit unter dem kritischen Wert liegt (Schema 1), liegen die Kraftstoffpartikel in einer dichten Schicht. Dies ist ein normalschichtiger Feuerraum. Bei einem Wirbelschichtofen (Abbildung 2) wird Primärluft von unten zugeführt, zerkleinerter Brennstoff wird durch das Rohr links eingebracht. Wird die Verflüssigungsgeschwindigkeit überschritten, kommt es zu einer intensiven Partikelzirkulation in der Schicht, die an das Blasensieden einer Flüssigkeit erinnert. Ein Teil der Luft durchdringt eine solche Schicht in Form von Blasen, die das brennbare Material weiter vermischen. Die Partikel zirkulieren im Volumen der Schicht, bis sie vollständig ausgebrannt sind. Um aus der Schicht entfernte Partikel zu verbrennen, wird Sekundärluft durch das rechte Rohr eingeführt.

Mit einer weiteren Erhöhung der Blasgeschwindigkeit (Schema 3) werden immer mehr kleine Partikel aus der Wirbelschicht entfernt und es erfolgt ein Übergang zum pneumatischen Transportmodus. In diesem Fall empfiehlt sich die Abtrennung von unverbranntem Brennstoff (üblicherweise in Zyklon-Gasreinigungsgeräten) mit Rückführung der abgetrennten Partikel in die Wirbelschicht (Schema 4). Diese Betriebsweise des Ofens wird als „zirkulierende Wirbelschicht“ bezeichnet.

Im Inneren der Schicht befinden sich Rohre mit einem erwärmten Kühlmittel, das die erzeugte Wärme abführt. Der Kontakt mit bewegten brennenden Brennstoffpartikeln führt zu einer deutlichen Intensivierung der Wärmeübertragung. Aufgrund der relativ niedrigen Verbrennungstemperatur in Wirbelschichtöfen schmilzt die Asche nicht und bleibt daher nicht an der Wärmeaustauschfläche des Kessels haften. Dadurch wird der Aufwand für die Reinigung von Wärmetauscherflächen reduziert.

Das Wirbelbett besteht zu 90 % oder mehr aus Aschepartikeln oder speziell zugesetztem Inertmaterial (Kalkstein, Dolomit, Schamottsplitt). Daher können Materialien mit sehr hohem Aschegehalt in einer Wirbelschicht verbrannt werden. Durch den Einsatz von Kalkstein können die Emissionen von Schwefeldioxid SO drastisch reduziert werden₂ - Dieses giftige Gas verwandelt sich in harmlosen Gips CaSO₄, zusammen mit der Asche aus dem Ofen entfernt. Eine Erhöhung der Brennstoffkonzentration in der Schicht würde zum Auftreten von Wasserstoff H in den Verbrennungsprodukten führen₂ und Kohlenmonoxid CO.

Wirbelschichtöfen werden in der Industrie häufig zum Rösten verschiedener Erze, Pyrite bei der Schwefelsäureproduktion usw. eingesetzt. In Finnland und Schweden werden Wirbelschichtkessel häufig zum Recycling von Abfällen aus der Forstwirtschaft (Späne, Rinde, Sägemehl) und zum Verbrennen von gemahlenem Torf und Torf verwendet. In den USA, England und Frankreich werden Wirbelschichtkessel zunehmend in Wärmekraftwerken eingesetzt. In den USA hat die Kapazität von Wirbelschichtkesselanlagen 200 MW erreicht. In Abb. Abbildung 5.2 zeigt das Schema eines Ofens mit zirkulierender Wirbelschicht von BDC (USA).

Abb.5.2. BDC-Wirbelschichtofen: 1 – Primärluft; 2 - Kalkstein; 3 - Kraftstoff; 4 - Sekundärluft; 5 - Brennkammer; 6 - Zyklon; 7- Wasserversorgung; 8 - Luft

Primärluft wird über Rohr 1 zugeführt, zerkleinerter Kalkstein wird über Schneckenförderer 2 zugeführt und Brennstoff wird über Rohr 3 zugeführt. In Band 5 wird die Verbrennung suspendierter Kraftstoffpartikel fortgesetzt. Im Zyklon 6 werden die Abgase gereinigt. Die eingefangenen Partikel verbrennen in einem Bunker, in dem sich Rohrschlangenwärmetauscher befinden, die das Kesselspeisewasser erhitzen. Zusätzliche Luft zur Nachverbrennung der Feststoffmitnahme wird über Rohr 8 zugeführt.

Der Einsatz von Wirbelschichtöfen ermöglicht die Verwertung großer Mengen an Kohleabfällen, die auf Müllhalden in der Nähe von Kohlebergwerken und Verarbeitungsanlagen anfallen. Das taube Gestein enthält eine erhebliche Menge ungenutzter fester Brennstoffe, deren Selbstentzündung zu einer Luftverschmutzung mit Rauch, Schwefel und Stickoxiden führt.

Autor: Labeish V.G.

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