Wirbelschicht-Dampfkessel

Technische Spezifikationen:

Funktionsprinzip von Wirbelschichtkesseln

Das Arbeitsprinzip eines fluidisierten Dampfkessels ist im Grunde eine fortschrittliche Verbrennungsmethode, die verwendet wird, um feste Brennstoffpartikel in Suspension innerhalb einer Kammer zu verbrennen. Um den für die Verbrennung erforderlichen Sauerstoff bereitzustellen, werden Luftstrahlen durch das Bett geblasen, so dass andere partikelförmige Materialien wie Sand und Kalkstein durch das sprudelnde Wirbelbett gelangen können. Dies unterstützt eine schnelle und vollständige Vermischung von Gas und Feststoffen, eine schnelle Wärmeübertragung im Bett und chemische Reaktionen. Wirbelschichtkesselanlagen können verschiedene minderwertige feste Brennstoffe wie Kohle, Holz und Biomasse mit hoher Effizienz verbrennen, ohne dass eine teure Brennstoffaufbereitung wie Kohlepulverisierung erforderlich ist. Darüber hinaus neue Versionen dieser Kessel sind kleiner als gleichwertige konventionelle Öfen, Dies bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf Kosten und Flexibilität. Sie reduzieren die Menge an Schwefel, die als SO2-Emissionen freigesetzt wird. Bei der Verbrennung zugesetzter Kalkstein ermöglicht die Sulfatfällung. Dadurch erfolgt eine effizientere Wärmeübertragung auf die Wasserrohre, die thermische Energie einfangen. Die freigesetzte Wärme kommt in direkten Kontakt mit den Rohren und überträgt Wärme durch Leitung. Dieser Prozess verbessert die Gesamteffizienz erheblich.

Was sind die Vorteile?

Kalkstein scheidet Sulfat während der Verbrennung aus und sorgt so für eine effizientere Wärmeübertragung zu den Wasserrohren, die thermische Energie aufnehmen. Der erhitzte Niederschlag kommt in direkten Kontakt mit den Rohren, überträgt Wärme durch Leitung und erhöht den Gesamtwirkungsgrad. Dieses System trägt zu reduzierten NO2-Emissionen bei, indem es die Verbrennung bei niedrigeren Temperaturen in Kohlekraftwerken ermöglicht. Die Niedertemperaturverbrennung kann jedoch auch zu erhöhten Kohlenwasserstoffemissionen führen. Kommerzielle fluidisierte Bed Kessel-Einheiten arbeiten mit hohem Wirkungsgrad, haben niedrigere Kosten als die heutigen herkömmlichen Kesseleinheiten und bieten niedrige SO2- und NO2-Emissionen. Dies macht sie zu einem der häufig bevorzugten Dampfkessel.

Was sind die Nachteile?

Es gibt jedoch Nachteile wie Verschleiß von Rohren im Kessel, ungleichmäßige Temperaturverteilung durch Verstopfungen an den Bettlufteinlässen und lange Anlaufzeiten, die in einigen Fällen bis zu 48 Stunden erreichen können.

• Ein Wirbelschichtkesselsystem hat eine niedrigere Verbrennungstemperatur von 750 °C, während ein gewöhnlicher Kessel bei 850 °C arbeitet.
• Der Sinterprozess ist in einem Dampfkessel mit Wirbelschicht (Ascheschmelzen) gering.
• Geringere NO2-Produktion aufgrund niedrigerer Temperatur.
• Geringere SO2-Produktion, weil es von Kalkstein eingefangen wird.
• Höhere Verbrennungseffizienz dank 10-mal größerer Wärmeübertragung als andere Verbrennungsprozesse durch brennende Partikel.
• Für einen fluidisierten Dampfkessel wird aufgrund des hohen konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten weniger Platz benötigt.
• Eine isotherme Bettverbrennung kann auftreten, da die Temperatur im Freibord- und Aktivbett konstant bleibt.

Arten von fluidisierten Bed Dampfkesseln

Experten klassifizieren fluidisierte Dampfkessel in zwei Hauptgruppen: atmosphärische Systeme und Drucksysteme. Drucksysteme werden weiter in zwei kleinere Untergruppen unterteilt: sprudelnde und zirkulierende Wirbelschichtkessel.

Atmosphärischer Wirbelschichtkessel

Atmosphärische Wirbelschichtdampfkessel verwenden Kalkstein oder Dolomit, um Schwefel zu binden, der durch Kohleverbrennung erzeugt wird. Luftstrahlen suspendieren Kohle und Sorbens während der Verbrennung, wodurch das Gemisch flüssigkeitsähnlich wird. Diese Mischung bildet eine flüssige Suspension von rot-heißen Partikeln. Dieses System macht den Verbrennungsprozess sowohl effizient als auch kontrollierbar. Alle Prozesse finden unter atmosphärischem Druck statt.

Druckfluidisiertes Bettkessel

Druckwirbelschichtkessel suspendieren Kohle und Sorbens mit Luftstrahlen, indem sie sie miteinander mischen. Das System arbeitet unter hohem Druck und erzeugt einen heißen und dichten Gasstrom. Dieses Gas treibt die Gasturbine direkt an. Die Wirbelschicht erzeugt bei der Verbrennung eine hohe Wärmemenge. Die erzeugte Wärme initiiert die Dampfproduktion in der Dampfleitung. Der Dampf wird zur Turbine geleitet und zur Stromerzeugung genutzt. Dieses System bietet eine hohe Effizienz in Kombi-Strukturen.

Advanced Druckfluidized Bed Kessel

Neue Generation fortschrittlicher Druckwirbelschichtkessel erhöhen die Zündtemperatur mit Erdgas. Das System verwendet Erdgas, das teurer ist als Kohle, als unterstützenden Brennstoff. In Systemen der zweiten Generation durchläuft Kohle einen unter Druck stehenden Carbonizer zur Vergasung. Der Kessel verbrennt Kohle direkt, um Dampf und Wärmeverbrennungsluft zu erzeugen. Brenngas aus dem Karbonisator verbrennt in der Spitzenbrennkammer und bringt das Gas auf eine turbinengeeignete Temperatur. Das Turbinenabgas wird in der Dampferzeugung zur Energierückgewinnung wiederverwendet.

Diese Technologie erhöht die Effizienz in Kombisystemen. Ingenieure definieren diese Struktur als fortschrittliches Umlaufsystem. Diese Systeme arbeiten nur mit Kohle. Der Vergasungsprozess umfasst einen Druckreaktor, der Synthesegas der Turbine zuführt. Turbinenabgase liefern Verbrennungsluft für Kohle, die in der Wirbelschicht verbrannt wird.