KOHLENSTAUBÖFEN

Kohlenstaub (Kohlenstaub-pf) wurde in Zementdrehrohröfen (siehe Öfen) und Kesselöfen (siehe Kessel) verfeuert. Letztere sind im Wesentlichen mit Rohren ausgekleidete Kästen, in denen Wasser verdampft wird und die ein Wasser-Dampf-Gemisch enthalten. Die Kohle wird zu einem feinen Pulver zermahlen, in der Regel so, dass 70 % eine Größe von weniger als 75 μm haben, bevor sie mit einem Teil des Verbrennungsluftstroms zu den Brennern befördert wird. Diese Kohlebrenner sind in der Regel an einer vertikalen Wand, an zwei gegenüberliegenden vertikalen Wänden oder in Gruppen übereinander an den vier Ecken des Ofens angebracht (siehe Abbildung 1 und Abbildung 2). Die Eckbrenner feuern tangential in den Ofen und erzeugen einen einzigen Flammenball in einem zentralen Wirbel. Andere Konstruktionen, z. B. mit Abwärtsfeuerung für schwerflüchtige Kohlen und Brennern für minderwertige Kohlen mit hohem Feuchtigkeitsgehalt, wurden von Dryden (1975) und Lawn (1987) erörtert.

Bei allen bisher beschriebenen Öfen fällt heiße, trockene Asche auf den „trockenen Boden“ der Ofenkammer, wo sie entfernt wird. Eine Ausnahme bilden die zyklonbefeuerten Kessel, von denen es in der Regel zwei Typen gibt. Bei der vertikalen Zyklonfeuerung, einer Variante der Tangentialfeuerung, werden größere Kohlepartikel aus dem Gasstrom herausgeschleudert und verbrennen an den feuerfest ausgekleideten Wänden des unteren Teils der Kammer, wobei die Schlacke aus der Kammer mit dem „nassen Boden“ abfließt. Bei der anderen Art von Zyklonöfen werden einzelne zylindrische, feuerfest ausgekleidete Kammern verwendet, in denen die Kohle verbrennt, so dass heiße Gase entstehen, die in den Hauptofen abgeleitet werden (siehe frühere Verweise).

Große Pf-Öfen haben eine Brennstoffzufuhr von etwa 200 Tonnen Kohle pro Stunde (zur Versorgung einer elektrischen Leistung von 500 MW), und die Kammern sind in der Regel 35 m hoch und haben eine Querschnittsfläche von etwa 300 m2. Der Ofenkonstrukteur muss sicherstellen, dass die richtige Wärmemenge von den Flammen auf die Wandrohre übertragen wird, um die gewünschte Wassermenge zu verdampfen und trotzdem die richtige Gastemperatur am Ofenausgang zu haben. Dies muss ohne übermäßige lokale Wärmeströme geschehen, die die Rohre beschädigen, während gleichzeitig eine vollständige Verbrennung der Kohlepartikel erreicht werden muss. Hinzu kommt die Überlegung, dass Schadstoffe, z.B. Stickoxide, auf ein Minimum reduziert werden müssen.

Eines der spezifischen Probleme bei kohlebefeuerten Öfen ist die Ablagerung von Asche oder Schlacke an den Ofenwänden, die zu Veränderungen der Temperatur und des Emissionsvermögens führt. Raask (1985) hat sich ausführlich mit Asche- und Schlackeablagerungen an den Feuerungswänden und den Wärmeübertragungseigenschaften von Kesselablagerungen befasst. Er beschreibt auch Maßnahmen zur Bekämpfung von Fouling in Kesseln (z. B. Reinigung und Vermischung von Kohle, Installation von Rußbläsern und Wasserstrahlen). Godridge und Read (1976) haben Daten über den Verbrennungswirkungsgrad (in der Regel über 98 %), Feuerungsaustrittstemperaturen zwischen etwa 1300 K und 1600 K und gemessene Wärmeströme von bis zu 320 KWm-2 (die nach dem Rußblasen um etwa 10 % ansteigen) in großen pf-befeuerten Anlagen vorgelegt.

Feuerungskonstrukteure verwenden physikalische und/oder mathematische Modelle (siehe Feuerungen). Letztere verwenden entweder Wärmebilanzen oder Computational Fluid Dynamics (CFD). Bei der ersten Methode wird der Ofen in Regionen oder Zonen unterteilt, siehe Hottel und Sarofim (1967) und Field et al. (1967). Eine spezielle Anwendung auf einen mit Pflaumenöl befeuerten Ofen, bei der ebenfalls ein physikalisches Modell verwendet wird, um Informationen zum Stoffaustausch zu erhalten, wurde von Cooper und Gibb (1984) beschrieben. Die CFD-Methode basiert auf der Finite-Differenzen-Lösung der Impuls-, Enthalpie- und Arterhaltungsgleichungen. Die Anwendung der Methode auf kohlebefeuerte Zyklonbrennkammern wurde von Boyson et al. (1986) beschrieben.

Abbildung 2. Wandrohre und Brenneröffnungen in einer im Bau befindlichen PF-befeuerten Wasserrohrkesselfeuerung. (Nachdruck mit Genehmigung von PowerGen.)