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WO1998054513A1 - VERFAHREN ZUR NOx-ARMEN VERBRENNUNG VON STEINKOHLE BEI TROCKENENTASCHTEN DAMPFERZEUGERN - Google Patents

VERFAHREN ZUR NOx-ARMEN VERBRENNUNG VON STEINKOHLE BEI TROCKENENTASCHTEN DAMPFERZEUGERN Download PDF

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WO1998054513A1
WO1998054513A1 PCT/EP1998/002936 EP9802936W WO9854513A1 WO 1998054513 A1 WO1998054513 A1 WO 1998054513A1 EP 9802936 W EP9802936 W EP 9802936W WO 9854513 A1 WO9854513 A1 WO 9854513A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
combustion
coal
combustion chamber
air
burner
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP1998/002936
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Schubert
Werner Auel
Jürgen Müller
Ulrich Wolff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aventis Research and Technologies GmbH and Co KG
Original Assignee
Aventis Research and Technologies GmbH and Co KG
Hoechst Research and Technology Deutschland GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=7830585&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO1998054513(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Aventis Research and Technologies GmbH and Co KG, Hoechst Research and Technology Deutschland GmbH and Co KG filed Critical Aventis Research and Technologies GmbH and Co KG
Priority to AU81051/98A priority Critical patent/AU8105198A/en
Publication of WO1998054513A1 publication Critical patent/WO1998054513A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/32—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor the waste being subjected to a whirling movement, e.g. cyclonic incinerators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/006—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion
    • F23C3/008—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion for pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/08—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for reducing temperature in combustion chamber, e.g. for protecting walls of combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2209/00—Specific waste
    • F23G2209/30—Solid combustion residues, e.g. bottom or flyash
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K2201/00—Pretreatment of solid fuel
    • F23K2201/10—Pulverizing
    • F23K2201/103—Pulverizing with hot gas supply

Definitions

  • the invention relates to a process for the combustion of coal in a combustion chamber, preferably in large combustion plants of steam boilers, in which combustion air and coal are introduced and burned into the combustion chamber via at least one burner and part of the resulting flue gases are returned to the combustion chamber, whereby the coal feeds the or each burner pneumatically using conveying air.
  • So-called primary measures are known for reducing NO x formation.
  • the state of the art includes: Use of low-NO x burners, staged air and / or fuel tasks with near and / or substoichiometric combustion to the respective coal flow in the individual burner levels of the steam generator, the task of upper air to ensure a perfect combustion and the flue gas recirculation into the combustion air before burner.
  • NO x reduction techniques behind dry-ashed coal firing with consistently good burnout, nitrogen oxide emissions of around 250 mg / Nm 3 are achieved (cf. Petzel, Scholl, Tigges "State-of-the-art combustion technology for primary reduction of NO x ", VGB Kraftwerkstechnik 73 (1993) , Issue 3).
  • the invention is therefore based on the object of providing a method which, with the aid of firing measures alone, limits the NO x emission below 200 mg / Nm 3 and, at the same time, ensures the use of a wide range of fuels, while maintaining the efficiency of the steam generator system.
  • this object is achieved by a method of the type mentioned at the outset, which is characterized in that part of the flue gases to be returned is added to the conveying air.
  • the invention thus relates to a process for the combustion of coal in a combustion room, preferably in large combustion plants of steam boilers, in which combustion air and coal are introduced and burned into the combustion chamber via at least one burner and part of the resulting flue gases are returned to the combustion chamber, whereby the coal is pneumatically fed to the or each burner by means of conveying air, characterized in that part of the flue gases to be returned is added to the conveying air.
  • the low NO x content is achieved by further reducing the oxygen content in the combustion zone of the burner, preferably in the flame core. This considerably reduces the conversion of fuel nitrogen to NO x and the limit value of 200 mg / Nm 3 can be significantly undercut.
  • the thinning according to the invention is brought about by the use of the following measures, their simultaneous ones Application is particularly advantageous:
  • the coal can be dried after drying and grinding
  • Conveying air can be conveyed pneumatically into the torch's annular gap. A minimum amount of air is required for the mass transport, but this unnecessarily increases the oxygen supply in the combustion zone and thus leads to an increased NO x emission.
  • flue gas can preferably be removed after a filter, particularly preferably after an electrostatic filter, and blown directly into the combustion zone, preferably into the flame core. This is advantageously done in such a way that the flue gas is added evenly distributed into the combustion zone, preferably in the flame core of each individual burner, regardless of primary, secondary or tertiary air.
  • the amount of recirculation supplied is 10 to 30, preferably 15 to 25, particularly preferably 17 to 22% by volume of the fuel-generated flue gas.
  • the oxygen content can be further reduced there by the uniform addition of highly flammable reduction fuel, preferably heating oil S / EL and / or natural gas, in the combustion zone, preferably in the flame core this reduction fuel preferably ignites and burns.
  • highly flammable reduction fuel preferably heating oil S / EL and / or natural gas
  • the reduction fuel is added in a proportion of 5 to 15, preferably 8 to 12, particularly preferably 9 to 11% by volume of the total fuel used.
  • the use of low-nitrogen reduction fuels is advantageous.
  • an ash When coal is burned using the method according to the invention, an ash is formed which has a proportion of unburned, ie a carbon content of greater than or equal to 20, preferably greater than or equal to 30, particularly preferably greater than or equal to 40% by weight up to 45 to 50 to 60 to 70% by weight.
  • an already known ash melting furnace preferably a melting cyclone, can be used Ash burns again and uses the energy released in the process.
  • the resulting liquid slag can be quenched in a known granulator with flow cooling.
  • the heat of fusion of the slag to be removed is used in a further variant of the method according to the invention for further reducing the losses with the aid of a heat displacement system which supplements the flow cooling and has a circulation pump, heat exchanger and filter, for preheating feed water. Furthermore, due to the resulting lack of overflow in the granulator, the water consumption of the entire system is reduced.
  • Subsequent products (HCN, NH 3 etc.) is crucial for the conversion rate of fuel nitrogen to NO x .
  • the measures according to the invention reduce the NO x emissions to such an extent that it is possible to use the already known method for melting fly ash in a melting cyclone without the 200 mg / Nm 3 limit value being exceeded.
  • the known addition of fuel or fuel dust is only necessary to a limited extent since the C content of the ash in this process according to the invention is in a range from 20 to 70% by weight.
  • coal 30 is burned to generate water vapor and the heat of combustion is dissipated to a feed water via the flue gases 31 and a heat exchanger 35.
  • the coal 30 is conveyed as ground coal dust from comminution machines, preferably coal mills 2, pneumatically via lines 26 to three burners 22a, b, c.
  • the conveying air 32 required for conveying is removed from the combustion air 29 after an air preheater 3 and mixed in a mixer 4 with part of the flue gas 31 originating from the combustion, which is fed and cleaned via a line 36 to an electrostatic filter 5.
  • the flue gas is conveyed by means of a conveying device, a flue gas recirculation blower 6.
  • the arrangement of swirl bodies 7 in the annular gap of the burners 22 produces a uniform distribution of the coal dust 30 in the annular gap.
  • the supply of the combustion air 29 preheated after the air preheater 3 by means of a further conveying device, a fresh air blower 11, via lines 25 to the burners 22a, b, c takes place in such a way that the lower burner 22a is near-stoichiometric, and in the upper burners 22b, c is also sub-stoichiometric excess air is burned.
  • An air / fuel ratio of 0.85 is preferably set in the middle burner 22b and 0.7 in the upper burner 22c.
  • a total air excess of 5 to 10% is then driven through the upper air supply 8 arranged at the upper end of the combustion chamber 1.
  • each burner 22a, b, c reduction fuel is injected directly via lines 9a, b, c (heating oil-S, heating oil-EL or natural gas) into the flame core 28 of the combustion zone 23 with a share of approximately 8 to 10% of the burner output.
  • this causes the coal dust 30 to be ignited safely with a substoichiometric driving style.
  • flue gas 31 is added to the flame core 28 of the combustion zone 23 via lines 24, 10a, b, c.
  • the flue gas 31 is evenly added via pipes concentrically arranged in the burner groove. The proportion of this amount of flue gas is 15 to 25% by volume of the total amount of flue gas.
  • the fly dust 33 separated in the electrostatic filter 5 has a C content of 20 to 70%. It is fed via a metering device 12 into a smelting furnace, a cyclone 16. For combustion, preheated combustion air 29 is removed via a line 14 to preheater 3. It is
  • flue gas 31 is added to this combustion air via a line 15 in a proportion between 0 and 10%.
  • a support fuel preferably heating oil S / El or natural gas, is fired via a line 13.
  • the resulting exhaust gas 34 is introduced into the combustion chamber 1.
  • the liquid ash from the cyclone 16 is introduced into a known granulator 17 with water cooling and cooled.
  • the heat of fusion of the slag transferred to the water bath is removed by means of a pump 18 which conducts the heated water through a filter 19 and into a heat exchanger 20.
  • Heat exchanger 20 emits this amount of heat to the feed water of the steam generator 27 to be preheated.
  • flue gas 31 is fed below the burner levels via a distributor device 21, which is shown in FIG.
  • Air / fuel ratio at the end of the combustion chamber 1 1, 1.
  • NO x content calculated as NO 2 at the end of the combustion chamber 1: 195 mg / Nm 3 (based on an O 2 content of 6%). In the conventional driving style, the NO x content was
  • Dust content of the flue gas 31 after the combustion chamber 1 approx. 15 g / Nm 3 .
  • Amount of fog gas via the distributor device 21 3,000 Nm 3 / h.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)

Abstract

Verfahren zur Verbrennung von Kohle in einem Verbrennungsraum (1), vorzugsweise in Großfeuerungsanlagen von Dampfkesseln, bei dem man Verbrennungsluft (29) und Kohle (30) über mindestens einen Brenner (22a, b, c) in den Verbrennungsraum (1) einbringt und verbrennt und einen Teil der entstehenden Rauchgase (31) in den Verbrennungsraum (1) zurückführt, wobei man die Kohle (30) dem oder jedem Brenner (22a, b, c) mittels Förderluft (32) pneumatisch zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß man der Förderluft (32) einen Teil der zurückzuführenden Rauchgase (31) zugibt. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im wesentlichen darin zu sehen, daß die NOx-Bildung bei Kohlefeuerungen bei gleichbleibendem Wirkungsgrad erheblich reduziert wird, da eine niedrige Sauerstoffkonzentration bei der Verbrennung der nach dem Pyrolyseprozeß der Kohle entstandenen Folgeprodukte (HCN, NH3 etc.) entscheidend für die Umwandlungsrate von Brennstoffstickstoff zu NOx ist. Außerdem werden durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die NOx-Emissionnen so weit reduziert, daß es möglich ist, das bereits bekannte Verfahren zur Einschmelzung von Flugasche in einem Schmelzzyklon anzuwenden, ohne daß der 200mg/Nm3-Grenzwert überschritten wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur NOx-armen Verbrennung von Steinkohle bei trockenentaschten Dampferzeugern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Kohle in einem Verbrennungsraum, vorzugsweise in Großfeuerungsanlagen von Dampfkesseln, bei dem man Verbrennungsluft und Kohle über mindestens einen Brenner in den Verbrennungsraum einbringt und verbrennt und einen Teil der entstehenden Rauchgase in den Verbrennungsraum zurückführt, wobei man die Kohle dem oder jeden Brenner mittels Förderluft pneumatisch zuführt.
Das Verfahren betrifft speziell die NOx-arme Verbrennung von Steinkohle in trockenentaschten Dampferzeugern bei gleichbleibend hohem Wirkungsgrad, bei der der in der Bundesrepublik Deutschland geltenden NOx-Grenzwerte für Großfeuerungsanlagen von 200 mg/Nm3 eingehalten werden muß.
Bei der Verbrennung von Kohle entstehen neben anderen Verbrennungsprodukten immer auch NO und NO2, die als NOx zusammengefaßt werden. Dabei lassen sich grundsätzlich drei Bildungsmechanismen unterscheiden:
- prompte NOx-Bildung,
- thermische NOx-Bildung,
- NOx-Bildung aus Brennstoffstickstoff.
Zur Verringerung der NOx-Bildung sind sogenannte Primärmaßnahmen bekannt. Zum Stand der Technik gehören dazu: Einsatz von NOx-armen Brennern, gestufte Luft- und/oder Brennstoff aufgäbe mit nah- und/oder unterstöchiometrischer Verbrennung zu dem jeweiligen Kohlestrom in den einzelnen Brennerebenen des Dampferzeugers, die Aufgabe von Oberluft für die Gewährleistung einer vollkommenen Verbrennung und die Rauchgasrezirkulation in die Verbrennungsluft vor Brenner. Durch die Anwendung dieser genannten feuerungstechnischen NOx- Minderungstechniken werden hinter trockenentaschten Steinkohlefeuerungen bei gleichbleibend gutem Ausbrand Stickoxidemissionen um 250 mg/Nm3 erreicht (vgl. Petzel, Scholl, Tigges "Modernste Verbrennungstechnologie zur Primärreduzierung von NOx", VGB Kraftwerkstechnik 73 (1993), Heft 3).
Aus der DE 3621347, die hiermit durch Bezugnahme in die Anmeldung integriert ist, ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch die Zugabe von Rauchgas in die Primär-, Sekundär- und Tertiärluft der Brenner in jeweils unterschiedlicher Konzentration sowie die unterstöchiometrische Fahrweise einzelner Brennerlagen, verbunden mit der Aufgabe von Reduktionsgas, welches z.B. H2 oder CO enthält (z.B. Erdgas) oberhalb der Leistungsfeuerung, die NOx-Emission in den Bereich des geltenden Grenzwertes (200 mg/Nm3) abgesenkt werden kann. Weiterhin ist bei diesem Verfahren vorgesehen, zum Schutz der Verbrennungsraumheizflächen vor Korrosionsangriff, diese durch die Zuführung von Schleierluft zu schützen.
Es hat sich gezeigt, daß dieses Verfahren hinsichtlich des Zieles der Einhaltung des NOx-Grenzwertes von 200 mg/Nm3 sowie seiner Energieeffizienz noch verbessert werden muß.
Bei Anwendung des Verfahrens aus DE 3621347 hat sich herausgestellt, daß die Rauchgasrezirkulation in die Primär-, Sekundär- und Tertiärluft mit jeweils verschiedenen Rückführungsverhältnissen sehr aufwendig gebaut werden muß und regelungstechnisch schwer zu bewältigen ist. Weiterhin hat sich gezeigt, daß der stark unterstöchiometrische Betrieb der oberen Brennerlagen bei Luftzahlen (Luftzahl = Luft-. Brennstoffverhältnis) von 0,5 bis 0,8 zu Problemen mit der Flammenstabilität bis hin zum Flammenabriß führen kann. Ein sichere Zündung unter diesen Bedingungen kann nicht gewährleistet werden. Ebenso führt die Anwendung der Einblasung von Schleierluft in der vorgegebenen Weise dazu, daß diese Schleierluft sich an dem Verbrennungsvorgang, insbesondere in der luftarmen Zone, beteiligt und dann zu einem Anstieg der NOx-Emissionen führt. Des weiteren entsteht bei der Anwendung des o.g. Verfahrens eine Asche mit einem erhöhten Kohlenstoffgehalt, die den Wirkungsgrad des Dampferzeugers erheblich mindert und durch den damit verbundenen Brennstoffmehrverbrauch die NOx- Emission der Anlage wieder erhöht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches allein mit Hilfe von feuerungstechnischen Maßnahmen die NOx-Emission unter 200 mg/Nm3 begrenzt und gleichzeitig den Einsatz eines weiten Brennstoffbandes gewährleistet, bei gleichbleibend gutem Wirkungsgrad der Dampferzeugeranlage.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man der Förderluft einen Teil der zurückzuführenden Rauchgase zugibt.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Verbrennung von Kohle in einem Verbrennungsrau, vorzugsweise in Großfeuerungsanlagen von Dampfkesseln, bei dem man Verbrennungsluft und Kohle über mindestens einen Brenner in den Verbrennungsraum einbringt und verbrennt und einen Teil der entstehenden Rauchgase in den Verbrennungsraum zurückführt, wobei man die Kohle dem oder jeden Brenner mittels Förderluft pneumatisch zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß man der Förderluft einen Teil der zurückzuführenden Rauchgase zugibt.
Besondere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der niedrige NOx-Gehalt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch eine weitergehende Abmagerung des Sauerstoffgehaltes in der Brennzone des Brenners, vorzugsweise im Flammenkern erreicht. Damit wird die Umsetzung von Brennstoffstickstoff zu NOx erheblich gemindert und der Grenzwert von 200 mg/Nm 3 kann deutlich unterschritten werden. Die erfindungsgemäße Abmagerung wird bewirkt durch die Anwendung folgender Maßnahmen, wobei deren gleichzeitige Anwendung besonders vorteilhaft ist:
a) Rauchgas-Rezirkulation in die Förderluft für die pneumatische
Kohlenstaubzugabe, vorzugsweise in eventuell vorhandene Kohlemühlen, b) Rauchgas-Rezirkulation direkt in die Brennzone, vorzugsweise in den Flammenkern, c) Zugabe von Reduktionsbrennstoff direkt in die Brennzone, vorzugsweise in den Flammenkern.
Die Kohle kann nach der Trocknung und Vermahlung bekannterweise mittels
Förderluft pneumatisch in den Ringspalt des Brenners gefördert werden. Dabei ist eine Mindestluftmenge für den Stofftransport notwendig, die aber das Sauerstoffangebot in der Verbrennungszone unnötig vergrößert und damit zu einer erhöhten NOx-Emission führt. Die Rauchgas-Rezirkulation von 5 bis 25, bevorzugt 8 bis 20, besonders bevorzugt 9 bis 11 Vol.-% Rauchgas nur in die Förderluft bewirkt, durch das Absenken des Sauerstoffgehaltes im Flammenkern, eine verringerte NOx- Emission. Dabei beziehen sich sämtliche Vol-%-Angaben in der Beschreibung auf die Gase im Normzustand.
Zusätzlich können zur Redizierung von NOx auch bereits bekannte Techniken, wie der Einsatz NOx-armer Brenner, Luftstufung innerhalb der Brenner und/oder Brennerlagen mit anschließender Oberluftzugabe u.a. eingesetzt werden. Weiterhin kann Rauchgas vorzugsweise nach einem Filter, besonders bevorzugt nach einem Elektrofilter entnommen und direkt in die Brennzone, vorzugsweise in den Flammenkern eingeblasen werden. Dies geschieht mit Vorteil dergestalt, daß das Rauchgas gleichmäßig verteilt in die Brennzone, vorzugsweise in den Flammenkern eines jeden einzelnen Brenners unabhängig von Primär-, Sekundäroder Tertiärluft zugegeben wird. Die zugeführte Rezirkulationsmenge beträgt 10 bis 30, bevorzugt 15 bis 25, besonders bevorzugt 17 bis 22 Vol.-% des brennstofferzeugten Rauchgases. Um das Überangebot an Sauerstoff durch die pneumatische Förderung weiter zu kompensieren, kann durch die gleichmäßige Zugabe von leichtentzündlichem Reduktionsbrennstoff, vorzugsweise Heizöl-S/EL und/oder Erdgas, in die Brennzone, vorzugsweise in den Flammenkern, dort der Sauerstoffgehalt weiter reduziert werden, da dieser Reduktionsbrennstoff bevorzugt zündet und verbrennt. Der Reduktionsbrennstoff wird mit einem Anteil von 5 bis 15, bevorzugt 8 bis 12, besonders bevorzugt 9 bis 11 Vol.-% vom gesamten Brennstoffeinsatz zugegeben. Die Verwendung stickstoffarmer Reduktionsbrennstoffe ist vorteilhaft.
Es ist bekannt, daß bei der Verwendung von chlorhaltigen Brennstoffen das Auftreten von reduzierender Atmosphäre in Feuerräumen, die bei unterstöchiometrischer Verbrennung auftritt, zu starken Korrosionserscheinungen an Heizflächen führen kann. Durch die bekannte Zugabe von Schleierluft, die fein verteilt entlang der Verbrennungsraumwände aufgegeben wird, kann dieses Problem gelöst werden. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäße Verfahren sieht nun vor, statt Schleierluft Rauchgas, vorzugsweise nach einem Filter, besonders bevorzugt nach einem Elektrofilter entnommen, zum Schutz der Heizflächen einzusetzen. Bei Einsatz von Schleierluft beteiligt sich diese im Bereich luftarmen Zonen des Verbrennungsraums an der Verbrennung und erhöht dabei wieder die NOx-Emissionen. Da das eingesetzte Rauchgas einen niedrigen Sauerstoffgehalt hat, tritt dieses Problem nicht auf. Selbstverständlich kann diese Maßnahme auch ohne die anderen durchgeführt werden.
Bei der Verbrennung von Kohle mit dem erfindungsgemäßen Verfahren entsteht eine Asche, die einen Anteil an Unverbranntem, d.h. einen Kohlenstoffgehalt von größer gleich 20, bevorzugt größer gleich 30, besonders bevorzugt größer gleich 40 Gew.-% bis bin zu 45 bis 50 bis 60 bis 70 Gew.-% aufweist. Zur Reduzierung der damit verbundenen höheren Verluste kann eine bereits bekannte Asche- Schmelzfeuerung, vorzugsweise ein Schmelzzyklon eingesetzt werden, der die Asche nachverbrennt und die dabei frei werdende Energie nutzt. Durch eine unterstöchiometrische Fahrweise der Schmelzfeuerung bzw. des Zyklons, vorzugsweise mit einem Luft-/Brennstoffverhältnis von 0,80 bis 1 ,00, bevorzugt ca. 0,9, und einer Rauchgasrezirkulation in die Verbrennungsluft des Zyklons von 0 bis 15, vorzugsweise 5 bis 10 Vol.-% wird erfindungsgemäß sichergestellt, daß die NOx-Emissionen nach dem Dampferzeuger nicht über 200 mg/Nm3 steigen.
Die anfallende flüssige Schlacke kann in einem bekannten Granulierer mit Durchflußkühlung abgeschreckt werden. Die abzuführende Schmelzwärme der Schlacke wird in einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur weiteren Verringerung der Verluste mit Hilfe eines Wärmeverschiebungssystems, das die Durchflußkühlung ergänzt und eine Umwälzpumpe, Wärmetauscher und Filter aufweist, zur Vorwärmung von Speisewasser genutzt. Weiterhin wird wegen des dadurch bedingten fehlenden Überlaufs im Granulierer der Wasserverbrauch der gesamten Anlage reduziert.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im wesentlichen darin zu sehen, daß die NOx-Bildung bei Kohlefeuerungen bei gleichbleibendem Wirkungsgrad erheblich reduziert wird, da eine niedrige Sauerstoffkonzentration bei der Verbrennung der nach dem Pyrolyseprozeß der Kohle entstandenen
Folgeprodukte (HCN, NH3 etc.) entscheidend für die Umwandlungsrate von Brennstoffstickstoff zu NOx ist. Außerdem werden durch die erfindungsgemäße Maßnahmen die NOx-Emissionen so weit reduziert, daß es möglich ist, das bereits bekannte Verfahren zur Einschmelzung von Flugasche in einem Schmelzzyklon anzuwenden, ohne daß der 200 mg/Nm3-Grenzwert überschritten wird. Die bekannte Zugabe von Brennstoff bzw. Brennstaub ist dabei nur bedingt notwendig, da der C-Gehalt der Asche bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Bereich von 20 bis 70 Gew.-% liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand eines möglichen
Ausführungsbeispiels, das in der Figur als Verfahrensfließbild dargestellt ist, näher erläutert. Eine Beschränkung der Erfindung in irgendeiner Weise ist dadurch nicht beabsichtigt.
In einem Verbrennungsraum 1 eines trockenentaschten Dampferzeugers 27 wird zur Erzeugung von Wasserdampf Kohle 30 verbrannt und die Verbrennungswärme über die entstehenden Rauchgase 31 und einen Wärmeaustauscher 35 an ein Speisewasser abgeführt. Die Kohle 30 wird als vermahlener Kohlenstaub aus Zerkleinerungsmaschinen, vorzugsweise Kohlemühlen 2 pneumatisch über Leitungen 26 zu drei Brennern 22a,b,c gefördert. Die zur Förderung notwendige Förderluft 32 wird der Verbrennungsluft 29 nach einem Luftvorwärmer 3 entnommen und in einem Mischer 4 mit einem Teil des aus der Verbrennung stammenden Rauchgases 31, das über eine Leitung 36 einem Elektrofilter 5 zugeführt und gereinigt wird, versetzt. Die Förderung des Rauchgases erfolgt mittels einer Fördereinrichtung, einem Rauchgas-Rezirkulationsgebläse 6. Durch die Anordnung von Drallkörpern 7 in dem Ringspalt der Brenner 22 wird eine gleichmäßige Verteilung des Kohlenstaubs 30 im Ringspalt erzeugt.
Die Zuführung der nach dem Luftvorwärmer 3 vorgewärmten Verbrennungsluft 29 mittels einer weiteren Fördereinrichtung, einem Frischluftgebläses 11 , über Leitungen 25 zu den Brennern 22a,b,c erfolgt dergestalt, daß im unteren Brenner 22a nahstöchiometrisch, sowie in den oberen Brennern 22b,c unterstöchiometrisch mit nach oben abnehmenden Luftüberschuß verbrannt wird. Vorzugsweise wird im mittleren Brenner 22b ein Luft-/Brennstoffverhältnis von 0,85 und im oberen Brenner 22c von 0,7 eingestellt. Durch die am oberen Ende des Verbrennungsraums 1 angeordnete Oberluftzugabe 8 wird dann ein Gesamtluftüberschuß von 5 bis 10% gefahren.
Weiterhin wird in jeden Brenner 22a, b,c Reduktionsbrennstoff über Leitungen 9a,b,c (Heizöl-S, Heizöl-EL oder Erdgas) direkt den Flammenkern 28 der Brennzone 23 mit einem Anteil von etwa 8 bis 10% der Brennerleistung eingedüst. Neben dem vorteilhaften Einfluß auf die NOx-Bildung erfolgt dadurch eine sichere Anzündung des Kohlenstaubes 30 bei unterstöchiometrischer Fahrweise. In jeden Brenner 22a,b,c wird unabhängig von der Verbrennungsluft 29 über Leitungen 24,10a,b,c ausschließlich Rauchgas 31 in den Flammenkern 28 der Brennzone 23 zugegeben. Das Rauchgas 31 wird dabei über konzentrisch in der Brennerkehle angeordnete Rohre gleichmäßig zugeben. Der Anteil dieser Rauchgasmenge beträgt 15 bis 25 Vol. -% der Gesamtrauchgasmenge.
Der im Elektrofilter 5 abgeschiedene Flugstaub 33 hat einen C-Gehalt von 20 bis 70%. Er wird über ein Dosierorgan 12 in eine Schmelzfeuerungsanlage, einen Zyklon 16, eingespeist. Zur Verbrennung wird vorgewärmte Verbrennungsluft 29 über eine Leitung 14 nach Vorwärmer 3 entnommen. Sie wird mit einem Luft-
/Brennstoffverhältnis von 0,9 zugeführt. Dieser Verbrennungsluft wird vor Eintritt in den Zyklon 16 über eine Leitung 15 Rauchgas 31 mit einem Anteil zwischen 0 und 10% zugesetzt. Zum Anfahren bzw. bei Teillast wird über eine Leitung 13 ein Stützbrennstoff, vorzugsweise Heizöl-S/El oder Erdgas, zugefeuert. Das entstehende Abgas 34 wird in den Verbrennungsraum 1 eingeleitet.
Die flüssige Asche aus dem Zyklon 16 wird in einem bekannten Granulierer 17 mit Wasserkühlung eingeleitet und abgekühlt. Die an das Wasserbad übertragene Schmelzwärme der Schlacke wird mittels einer Pumpe 18, die das erhitzte Wasser über einen Filter 19 und in einen Wärmetauscher 20 leitet, abgeführt. Der
Wäremtauscher 20 gibt diese Wärmemenge an das vorzuwärmende Speisewasser des Dampferzeugers 27 ab.
Zum Schutz der Wände des Verbrennungsraums 1 wird unterhalb der Brennerebenen Rauchgas 31 über eine Verteilereinrichtung 21 , die in
Umfangsrichtung entlang der Wände angeordnet ist, fein verteilt als Schleiergas zugegeben.
In einem industriellen Dampfkraftwerk, das entsprechend dem in der Figur dargestellten Fließbild betrieben wird, wurde folgende Stoff- Mengenbilanz aufgestellt: Kohlenstaubstrom, der über die Kohlemühlen 2 in den Feuerraum 1 eingebracht wird: 12.300 kg/h.
Gesamtstrom an Erdgas, das über Leitungen 9a,b,c in den Feuerraum 1 gegeben wird: 1000 Nm3/h. Gesamtstrom Verbrennungsluft, die über das Frischluftebläse 11 mit anschließender Vorwärmung 3 in den Feuerraum 1 eingebracht wird: 117.000
Nm3/h.
Luft-/Brennstoffverhältnis am Ende des Feuerraums 1 : 1 ,1.
NOx -Gehalt gerechnet als NO2 am Ende des Feuerraums 1 : 195 mg/Nm3 (bezogen auf einen O2-Gehalt von 6%). Bei konventioneller Fahrweise betrug der NOx-Gehalt
800 bis 1000 mg/Nm3.
Flugstaubgehalt des Rauchgases 31 nach Feuerraum 1 : ca. 15 g/Nm3.
Im Elektrofilter 5 abgeschiedene und über Dosierorgan 12 dem Zyklon 16 zugeführter Flugstaubstrom: 1.660 kg/h. Dem Zyklon 16 über Leitung 14 zugeführte Verbrennungsluft: 4.000 Nm3/h
Im Granulierer 17 abgekühltes Schmelzkammergranulat: 1.100 kg/h.
An den Wärmetauscher 20 zur Wiederverwertung übertragene Wärmeleistung:
800 KW.
Gesamtstrom an Rauchgasrezirkulation über die Mischer 4 in die Tragluft der Kohlemühlen 2: 2.100 Nm3/h.
Gesamtstrom an Rauchgasrezirkulation zu den Brennern 22a,b,c über Leitung 10:
12.000 Nm3/h.
Schleiergasmenge über die Verteilereinrichtung 21 : 3.000 Nm3/h.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verbrennung von Kohle in einem Verbrennungsraum (1 ), vorzugsweise in Großfeuerungsanlagen von Dampfkesseln, bei dem man Verbrennungsluft (29) und Kohle (30) über mindestens einen Brenner (22a,b,c) in den Verbrennungsraum (1 ) einbringt und verbrennt und einen Teil der entstehenden Rauchgase (31 ) in den Verbrennungsraum (1) zurückführt, wobei man die Kohle (30) dem oder jeden Brenner (22a,b,c) mittels Förderluft (32) pneumatisch zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß man der Förderluft (32) einen Teil der zurückzuführenden Rauchgase (31) zugibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß man der
Förderluft (32) 5 bis 25 Vol % der Luftmenge an Rauchgase (31) zugibt.
3 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man 10 bis 30 Vol.-% der von dem oder jeden Brenner (22a,b,c) erzeugten Rauchgase (31) direkt in die Brennzone (23), vorzugsweise in den Flammenkern (28) des oder jeden Brenners (22a,b,c) zurückführt.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Reduktionsbrennstoff dem oder jeden Brenner (22a,b,c) direk in dessen Brennzone (23), vorzugsweise dessen
Flammenkern (28), zuführt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Wärmeleistung des Reduktionsbrennstoffes an der gesamten Verbrennungswärmeleistung 5 bis 15 % beträgt.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Verbrennungsraum (1 ) zum Schutz der inneren Oberflächen des Verbrennungsraumes Rauchgas (31 ) als Schleiergas einleitet.
7. Verfahren zur Verbrennung von Kohle (30) in einem Verbrennungsraum (1 ), vorzugsweise in Großfeuerungsanlagen von Dampfkesseln, bei dem man Verbrennungsluft (31) und Kohle (30) über mindestens einen Brenner
(22a,b,c) in den Verbrennungsraum (1 ) einbringt und verbrennt und einen Teil der entstehenden Rauchgase (31 ) in den Verbrennungsraum (1) zurückführt, wobei man die Kohle (30) dem oder jeden Brenner (22a,b,c) mittels Förderluft (32) pneumatisch zuführt und wobei man aus den entstehenden Rauchgasen (31 ) den Flugstaub (33) herausfiltert, dadurch gekennzeichnet, daß man der Förderluft (32) Rauchgas (31 ) zuführt und daß der herausgefilterte Flugstaub (33) einen Kohlenstoffgehalt größer gleich 20 Gew.-% hat.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man den Flugstaub (33) in einer Schmelzfeuerung (16) verbrennt, die mit einer Luftzahl von 0.80 bis 1,00, vorzugsweise von ca. 0,9 betrieben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man der Verbrennungsluft (29) für die Schmelzfeuerung (16) 0 bis 15 Vol.-%
Rauchgas (31) zuführt.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzwärme der in der Schmelzfeuerung (16) anfallenden Schlacke nutzbringend verwendet wird, vorzugsweise zur
Erwärmung von Wasser, insbesondere Kesselspeisewasser.
11. Verfahren zur Verbrennung von Kohle (30) in einem Verbrennungsraum (1 ), vorzugsweise in Großfeuerungsanlagen von Dampfkesseln, bei dem man Verbrennungsluft (29) und Kohle (30) über mindestens einen Brenner
(22a,b,c) in den Verbrennungsraum (1 ) einbringt und verbrennt und einen Teil der entstehenden Rauchgase (31 ) in den Verbrennungsraum (1) zurückführt, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Verbrennungsraum (1) zum Schutz der inneren Oberflächen des Verbrennungsraumes einen Teil der zurückzuführenden Rauchgase (31 ) als Schleiergas einleitet.
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