Versuche an Wanderrostkesseln mit befeuchteter Verbrennungsluft

49 Pages·1958·2.326 MB·German

by  (auth.)

FORSCHUNGSBERICHTE
DES WIRTSCHAFTS- UND VERKEHRSMINISTERIUMS
NORDRHEIN-WESTFALEN
Herausgegeben von Staatssekretär Prof. Dr. h. c. Dr. E. h. leo Brandt
Nr. 377
Technischer Überwachungs-Verein Essen e. V.,
Versuche an Wanderrostkesseln mit befeuchteter
Verbrennungsluft
SPRINGER FACHMEDIEN WIESBADEN GMBH
1958
ISBN 978-3-663-12793-2 ISBN 978-3-663-14271-3 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-14271-3
Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
G 1 i e d e r u n g
1. Allgemeines ........ s. 5
2. Langzeitversuch im Kraftwerk Elverlingsen des
EW Mark, berichtet in Zusammenarbeit mit Herrn
. .
Oberingenieur Dipl.-Ing. RÜTGERS s • 6
. .
3. Die Befeuchtungsanlage • s . 10
4. Versuchsablauf und Ergebnisse s. 12
.
5. Schlackenanalysen s • 14
.
6. Rauchgastaupunkt • s . 16
. .
7. Wirtschaftlichkeit der Luftbefeuchtung s . 21
8. Weitere Versuche an Rostkesseln mit un
.
günstigen Brennstoffverhältnissen s. 23
9. Magerkohlenkessel s. 27
.
s.
10. Fettkohlenkessel 29
.
s.
11. Gaskohlenkessel 32
s.
12. Weitere Versuche 33
.
s •
13. Literaturverzeichnis 35
Seite 3
Im Rahmen der Forschungsförderung durch das Land Nordrhein-Westfalen
übernahm der TÜV Essen in den Jahren 1951/52 einige Forschungsarbeiten
auf dem Gebiet der Dampfkesselfeuerungen. Den Anstoß zu diesen Arbeiten
gab das aus der Praxis an uns herangetragene Problem der Heizflächenver
schmutzung an Dampfkesseln, mit welcher eine Verringerung der Betriebs
bereitschaft und der Wärmeausnutzung verbunden ist.
Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
Allgemeines
Es ist seit langem bekannt, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Verbrennungs
luft nicht ohne Einfluß auf den Ablauf der Verbrennungsreaktion ist. So
können bereits Spuren von Wasserdampf die Umsetzung von Kohlenstoff bzw,
Kohlenmonoxyd in Kohlendioxyd wesentlich beschleunigen. Bei vielen tech
nischen Prozessen hat man sich diese Erscheinung zu Nutzen gemacht, Es
ist daher verständlich, daß sich auch die Dampfkesseltechnik bemüht hat,
den Einfluß des Wasserdampfgehaltes auf die Vorgänge der Verbrennung und
der vorangehenden Vergasung bei Kohlefeuerungen näher zu untersuchen und
nutzbringend auf den Betrieb von Kesselfeuerungen anzuwenden. Nicht be
kannt war bis vor einigen Jahren, daß die Höhe der Luftfeuchtigkeit auch
von wesentlichem Einfluß auf die Bildung rauchgasseitiger Kesselver
schmutzungen ist.
Versuche, die zu diesem Zweck mit befeuchteter Verbrennungsluft an Rost
kesseln in den USA durchgeführt wurden, brachten günstige Ergebnisse(1),
Um zu untersuchen, ob sich auch bei den in Deutschland vorliegenden Brenn
stoffverhältnissendieses Verfahren vorteilhaft anwenden läßt, wurden vom
TÜV Essen Versuche durchgeführt, über deren Ergebnisse im folgenden be
richtet wird,
Im Vergleich zu den amerikanischen Verhältnissen sind die bei uns ver
feuerten Brennstoffe sehr unterschiedlich hinsichtlich Heizwert, Asche
gehalt und auch Aschenzusammensetzung, In diesem Zusammenhang sei nur auf
die Steinkohlen-Mittelprodukte hingewiesen, die bei höchsten Aschegehalten
besonders hohe Gehalte an ausgesprochenen Verschmutzungserregern enthal
ten können. Ferner ist auf die sehr unterschiedliche Zusammensetzung der
brennbaren Substanz selbst, von der Magerkohle bis zur Gasflammkohle,
hinzuweisen. Aus diesem Grunde schien es notwendig, die Wirkung des Ver
fahrens entsprechend den ~erschiedenen in unserem Gebiet vorliegenden Vor
aussetzungen in einer möglichst großen Anzahl von Anlagen zu erproben.
Da sich solche Versuche naturgemäß jeweils über einen längeren Zeitraum
erstrecken, war es notwendig, auf eine exakte Durchführung der Messungen
und Auswertung der Ergebnisse besonderen Wert zu legen. Vor allem war es
wichtig, alle Nebeneinflüsse, die beim Betrieb eines Kessels auftreten
können, möglichst auszuschalten bzw. auf ein Mindestmaß zu reduzieren
und maßtechnisch zu erfassen. Um Ergebnisse zu erhalten, die auch bei
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wechselnden Betriebsverhältnissen einen Aufschluß über die Wirksamkeit
der Luftbefeuchtung geben, war es zweckmäßig, die ersten Versuche an zwei
in ihrem Aufbau und ihrem Betriebsverhalten gleichen Kesseln durchzuführen,
die mit dem gleichen Brennstoff und bei gleicher Belastung betrieblich
parallel gefahren werden konnten, wobei ein Kessel mit und der zweite ohne
Anfeuchtung der Verbrennungsluft betrieben werden sollte.
Das erste Versuchsprogramm sah deshalb zunächst einen Standardversuch an
einer geeigneten Kesselanlage vor. Auf Grund der gewonnenen Ergebnisse
sollten dann an einer Reihe weiterer Anlagen mit möglichst unterschied
lichen Brennstoff- und Betriebsbedingungen weitere Versuche vorgenommen
werden. Die an der ersten Anlage gesammelten Erfahrungen sollten dazu die
nen, die Durchführung dieser weiteren Versuche zu vereinfachen, um in
möglichst kurzer Zeit viele Ergebnisse zu erhalten.
Im Rahmen der zur Verfügung stehenden Mittel konnten die Untersuchungen
jedoch nur in beschränktem Umfang soweit geführt werden, bis eine grund
sätzliche Klärung über die Wirksamkeit des Befeuchtungsverfahrens erzielt
war. Darüber hinausgehende Arbeiten müssen einem größeren Arbeitskreis
vorbehalten bleiben.
Langzeitversuch im Kraftwerk Elverlingsen des EW Mark, berichtet in
Zusammenarbeit mit Herrn Oberingenieur Dipl.-Ing. RÜTGERS 1)
Für die Durchführung des ersten Langzeitversuches stellte das EW Mark
Hagen im Kraftwerk Elverlingsen zwei nebeneinander liegende Wanderrost
kessel gleicher Bauart und Leistung zur Verfügung. Die Versuche selbst
wurden vom Kraftwerk tatkräftig unterstützt. Dadurch war die Gewähr gege
ben, daß die Durchführung den an derartige Vergleichsversuche zu stellen
den Anforderungen entsprach. Die beiden Kessel hatten 48/60 t/h Dampf
leistung bei 67 atü und 500° C Heißdampftemperatur. Abbildung 1 zeigt den
Aufbau der Kesselanlage.
Es ließ sich betrieblich einrichten, daß der Einsatz der beiden Kessel
aggregate genügend genau in gleicher Weise erfolgte. Sie wurden beide mit
der gleichen Dauerlast von etwa 50 t/h betrieben und nur bei schwacher
1. An dieser Stelle sei den Herren Dipl.-Ing. JOH und BRAND sowie Herrn
Dipl.-Ing. SCHMID des EW Mark für ihre wertvolle Mitarbeit gedankt
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Belastung des Kraftwerkesam Wochenende gegebenenfalls gemeinsam abgestellt.
Bei der vorhandenen sehr sorgfältigen Kesselüberwachung war die für die
Durchführung der Versuche zu fordernde zuverlässige Bedienung und Beauf
sichtigung der Meß- und Dosiereinrichtung gewährleistet.
Es war auch ein verhältnismäßig homogener Brennstoff zu erwarten, nämlich
eine Mager-Nußkohle, der nur gelegentlich Eßfeinkohle beigegeben wurde.
Bei Beschickung der zugehörigen Kesselbunker wurde darauf geachtet, daß
sie für beide Kessel jeweils gleichzeitig mit der gleichen, in ihrer
Mischung überwachten Kohle erfolgte.
Besonders günstig war es, daß die Kessel im Betrieb nicht durch Rußblasen
oder dgl. gereinigt werden, so daß auch in dieser Hinsicht keine Gefahr
einer ungewollten verschiedenen Behandlung beider Kessel bestand und der
Fortschritt der Versehrnutzung eindeutig feststellbar war.
Die Reisezeit der Kessel lag im Mittel um 3000 h zwischen zwei General
reinigungen - bei mehreren Grobreinigungen innerhalb dieser Periode nach
Bedarf. Die Generalreinigung, wie sie auch vor Beginn der Versuche an bei~
den Kesseln durchgeführt wurde, erfolgt durch Abwaschen der Heizflächen
mit alkalischem Wasser, Ablassen der abgewaschenen Schalen und Schlacken
reste mit Druckluft und anschließendes Graphitieren der sauberen Heiz
flächen. Unter Grobreinigung wird ein Ab- bzw. Durchstoßen der Feuerraum
und Siederohransinterungen und des Luftvorwärmers während eines Wochen
endstillstandes verstanden. Der Überhitzer II (Endüberhitzer) wird wegen
Überbemessung seiner Heizflächen nicht gereinigt.
Wie sehr bei derartigen Vergleichsversuchen auf eine völlig gleichartige
Behandlung beider Kessel geachtet werden muß, zeigt der in Abbildung 2
dargestellte Einfluß geringfügiger Änderungen in der Kohlensorte. Über
die Reisezeit des Kessels Werks-Nr. 60, der ohne Luftbefeuchtung gefahren
wurde, sind hier die Rauchgas-Temperaturen vor dem Überhitzer I und am
Kesselende hinter dem Luftvorwärmer bei der Versuchsvollast eingetragen.
Ihr Ansteigen bei etwa gleichbleibenden co2-Gehalten ist ein Maß für die
zunehmende Versehrnutzung im Verlauf der Reisezeit, die mehrere Grobreini
gungen, kenntlich am Temperaturabfall etwa auf die Ausgangstemperatur,
notwendig machte. Dabei fallen der steile Anstieg der Temperatur und die
Häufung der Reinigungen in den ersten 1200 h auf, gerade in der ersten
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Versuchskessel des Kraft~erkes Elverlingsen 67 atü, 500° c, 48/60 t/h
Zeit nach der Generalreinigung, wo doch erfahrungsgemäß zunächst mit nur
langsamem Anwachsen der Verschmutzung zu rechnen ist.
Ein Blick auf die im unteren Teil des Bildes wiedergegebene Kohlenzusam
mensetzung zeigt den Zusammenhang dieser Verschmutzung mit einer Betriebs
periode, in welcher eine größere Zumischung von ungewaschener Feinkohle
notwendig war. Ein Vergleich der Aschengehalte und besonders der Pyrit
schwefelgehalte der einzelnen Kohlensorten nach Tabelle 1 zeigt die großen
Unterschiede zwischen der gewaschenen und ungewaschenen Kohle. In der un
%
gewaschenen Feinkohle wurden zudem in Einzelproben bis 0, 44 Phosphor
gefunden, ein Wert, der ebenfalls über dem als ungefährlich angesehenen
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Einfluß des Brennstoffes auf die Ke~selreisezeit
liegt(2). Wie aus den später diskutierten Ansatzanalysen (Tab. 2) zu er
sehen ist, sind aber gerade der Pyritschwefel in Verbindung mit dem Alkali
gehalt der Kohle und der Phosphor - wie in vielen Fällen in unserem Ge
biet - die Hauptverschmutzungserreger.
In diesem Zusammenhang sei auf die besondere Rolle hingewiesen, die der
Pyritschwefel bei aschereichen Brennstoffen spielt, wie sie bereits früher
erörtert wurde(5).
T a b e l 1 e
Zusammensetzung der verfeuerten Brennstoffe
im Mittel Einzelanalyse
Wasser Asche Flüch- Ru Schwefel %
tiges Gesamt Pyrit
% % % kcal
Magernuß 4/5 2,7 6,4 10,8 7580 1/4 1 '4
Feinkohle, gew. 7,9 9,0 14,3 7010
Feinkohle, ungew. 4.5 17,9 22,4 6200 2' 1 1 ,61
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