CN101128698B - 用于提高在转筒设备中束扎通过能力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是建议一种用于提高具有高热值束扎在转筒设备中的通过能力的方法。这个目的通过下面的方法步骤得以实现:制备具有一个转筒(4)作为燃烧室(1)的转筒设备,其中该转筒在转筒端部(9)上通到一个具有至少一个后燃烧室燃烧器(12)的后燃烧室(2),它具有至少一个气体输入以及一个废气管道,将束扎和含氧气体导入到燃烧室(1)里面,在旋转的转筒(4)中燃烧束扎以及从燃烧室(1)中排出烟气到后燃烧室(2)用于后燃烧,其特征在于,通过光学测量连续地检测转筒中的燃烧步骤并且作为用于调节在转筒和后燃烧室中的燃烧条件的调节参数。

Description

用于提高在转筒设备中束扎通过能力的方法
技术领域
本发明涉及一种用于提高在转筒设备中束扎通过能力的方法。
背景技术
转筒设备是具有一个燃烧室的燃烧设备,它最好由水平的围绕其对称轴线旋转的管(电动驱动的转筒)构成。在一个端部上该转筒通到后燃烧室和废气管道,而在另一端部上通过燃烧器、喷枪和固体溜槽实现燃料输入。将具有(液体的、高热值的)垃圾的束扎间断地给到固体溜槽上并且在转筒中燃烧。所述转筒设备尤其用于燃烧异质燃料如工业垃圾特别是需要监控的垃圾。
燃烧设备的气相燃烧主要由条件例如滞留时间、温度和混合以及化学计算确定。不通过这些参数优化燃烧过程可能在燃烧室中不仅形成空气过剩流而且形成局部空气缺乏流,即,氧含量局部和无常地强烈变化。在此混合(紊流)首先影响局部流的形成,不稳定燃烧对于束扎由于化学计算法(O2提供)影响无常流的形成。这种流的两种形成途径导致在燃烧室中的不均匀和不完全燃烧以及导致排放有害气体如碳氢化合物、烟灰或一氧化碳(CO)。在此主要以一氧化碳的含量作为燃烧质量的标志。
在燃烧室中形成时间段是在转筒中燃烧束扎时的主要问题,因为束扎只能间断地输送到燃烧。当一个束扎通过转筒端壁上的给料装置(燃料输入)进入到转筒里面时,该束扎根据内容(热值)和温度输入或多或少冲击式地撕碎。由于冲击式释放的高热值束扎内容的热分解使转筒热负荷瞬时剧烈增加并使可供使用的氧气量瞬时局部剧烈降低。
而且其它用于描述气体燃烧重要的烟气特有浓度如水蒸气(H2O)、二氧化碳(CO2)或一氧化碳(CO)在束扎燃烧时也瞬时剧烈变化。因此由于燃烧引起的氧消耗也部分地在转筒中产生明显含量的未燃烧碳氢化合物、烟灰且主要是CO(作为浓度峰值),它们也不再可能在后燃烧室中通过燃烧器完全去除。接着有害气体几乎无阻碍地通流设备包括烟气净化并且通过烟囱排到大气。
因为所有的垃圾燃烧设备都处于严格的排放极限值以下,在烟气排放管道上的CO浓度的半小时平均值或日平均值也是束扎在转筒中通过能力的极限系数(按照17.BImSchV的半小时平均值:100mg/Nm3CO,日平均值:50mg/Nm3)。
已知,为了减少形成CO在束扎燃烧时将明显超化学计算的空气量输送到转筒,用于能够以烟灰、有机碳和CO的形式截获燃料释放峰值(通过提高输入的燃烧空气量影响化学计算)。因为烟气体积流通常是容量有限的,因此通过这种通行方式的垃圾通过能力明显降低。与剧烈超化学计算的在转筒中的空气输入相关的冷却空气过剩还导致更低的燃烧温度并由此导致燃烧室中的反应条件变差。
还已知,在燃烧束扎时通过添加富氧燃烧空气或者通过添加氧气影响化学计算,使得能够提高束扎形式的垃圾通过能力。在燃烧空气通过富氧空气或者在添加附加的氧气到燃烧室的情况下首先明显提高化学计算(O2提供),温度和烟气容积流尽可能保持恒定。
如果接着实现高热值束扎的任务,则总化学计算(O2提供)进一步降低,而烟气容积流几乎保持恒定。但是由于提高燃烧空气中的氧气含量对于束扎燃烧在保持烟气容积流不变的同时也明显提高转筒中的燃烧温度,因为同时输送的空气压载物(空气氮)的含量降低并因此不必加热到燃烧温度/烟气温度。提高的燃烧温度仍然导致更强烈的转筒负荷(熔渣皮熔化)。在燃烧室中使用富氧燃烧空气或者附加烟气喷入时的另一主要缺陷是经济性(由于富氧的附加成本)和安全性问题。
同样已知根据光传感器的信号单独调节各气体燃烧器或油燃烧器的燃料-空气比例。
DE 10055832A1描述了这种以光学地获得火焰辐射的光传感器为基础调节油燃烧器和气体燃烧器的燃料-燃烧空气混合物。
DE 19746786C2还公开了一个具有两个用于油和气体燃烧器的半导体检测器的光学火焰监控器,用于监控火焰并用于调节燃料-空气比例或者说燃烧输入,其中火焰辐射的光谱分布作为调节的输入信号。
DE 19650972C2也包括这种调节,而且为了监控和调节燃烧过程通过辐射检测感应地检测火焰的不仅窄带而且宽带的光谱范围。目的是在保持最小有害物体排放的同时保持高的燃烧技术效率。
但是上述的现有技术只包括在调节各个油或气体燃烧器方面的单个问题的解决方案,而不包括燃烧设备的整个过程的解决方案。
为了通过优化转筒/后燃烧室运行方式明显改善设备效率,需要快速(且同时)地检测描述在转筒中燃烧过程的参数(CO,烟灰,O2,CO2或H2O)。通常的传感器或者取出试样方法导致长的应答时间(响应时间),在该方法中从过程中吸出烟气。
这些测量方法不适合于,快速地检测转筒中的不完全燃烧(例如通过改变各种物质如烟灰,CO,O2,H2O或CO2的浓度)。快速调节燃烧过程的信号给出只能通过在线检测在燃烧室中对于燃烧重要的物质如O2,CO2,H2O,CO或烟灰(光学检测方法)同时以短的应答时间(t应答<<t反应)和高度的选择性实现。如果这些组分的检测太慢,则不可能通过相应的措施完全取消转筒中不完全燃烧的产品。以通过设备的浓度峰值运行的速度和与此相关所需的反应时间取决于设备通过能力。
发明内容
因此本发明的目的是,提供一种在遵守排放极限的条件下用于提高高热值束扎在上述形式的转筒设备中的通过能力的方法,它不具有上述的限制。
为了实现上述目的提出一种用于提高转筒设备中束扎通过能力的方法。所述方法包括下面的方法步骤:
a)提供具有作为燃烧室的转筒的转筒设备,其中该转筒在转筒端部上通到具有至少一个后燃烧室燃烧器的后燃烧室中,该后燃烧室燃烧器具有至少一个气体输入系统以及废气管道,
b)将束扎和含氧气体导入到燃烧室里面,
c)在旋转的转筒中燃烧束扎,以及
d)从燃烧室中排出烟气到后燃烧室中用于后燃烧,其中,
e)通过光学测量在转筒中连续地检测在转筒中的不完全燃烧并且将其作为用于调节在转筒和后燃烧室中的燃烧条件的调节参数,
其中传感器安装在转筒燃烧器对面
本发明还给出了本方法的有利扩展方式。
按照本发明的一种优选实施方式,所述检测包括通过排放检测或者通过光学透射检测的烟灰浓度检测。
按照本发明的一种优选实施方式,在排放检测范围内通过光敏二极管或红外照相机实现火焰辐射削弱的检测。
按照本发明的一种优选实施方式,所述检测包括通过吸收检测或排放检测的一氧化碳浓度检测。
按照本发明的一种优选实施方式,所述检测包括通过吸收检测或排放检测的氧气浓度、二氧化碳浓度或水蒸汽浓度检测。
按照本发明的一种优选实施方式,其中所述检测包括视频光学的图形获取和图形处理。
本发明包括一个对于燃烧设备(转筒设备)的总体方案,其中使用在线(in-situ)检测技术(光学检测方法如光敏二极管、IR摄像机、激光,...)用于快速检测(短应答时间)在转筒中的不完全燃烧。通过这种方法首先已经提前识别(在转筒中)间断产生的烟灰或一氧化碳浓度峰值。所述测量信号接入到转筒和后燃烧室中的燃烧器,它们使在转筒和后燃烧室中的燃烧条件(化学计算和混合脉冲(Mischimpul))与在束扎燃烧时的完全燃烧的要求相适应。在此调节不仅包括通过燃烧器调节燃料(化学计算)而且包括通过燃烧器以及通过溜槽或喷枪调节空气(混合脉冲,化学计算)。
但是与具有富氧技术不同为了影响化学计算首先不是控制空气/氧而是控制燃料(转筒和后燃烧室的燃烧器的燃料通过能力的短时收回(Rücknahme))。其次,如果仅仅在燃烧器上的燃料通过能力的收回不足以充分地降低在束扎燃烧时在转筒中形成的CO量(排放极限值)的话,为了优化燃料/氧气比例可以设想附加地控制空气输入/空气分配(组合的空气/燃料输入)。
这种方法的优点是,通过优化燃料/空气量和在转筒和后燃烧室中的分布明显提高在转筒设备中的束扎通过能力,同时不存在气相烧尽或有害物质排放(CO)方面的问题。在此没有烟气体积流的影响(提高)并没有附加的烟气净化负荷。
已经在半技术实验设备THERESA上完成了用于降低在束扎燃烧时产生的CO量的在转筒设备后燃烧室中的燃烧器控制的实验。在第一运行实验中已经明显降低了烟气的CO浓度并由此明显提高在转筒设备中的束扎通过能力。已经计划了其它优化措施。
附图说明
下面借助于附图解释本方法的实施例,其中所示特征示例性地用于本发明并且不局限于所示实施例。附图中:
图1以半技术实验设备THERESA为例示出具有发明重要的部件的转筒设备的原理结构,
图2以后燃烧室为例示出在燃料供给管道中的阀路图,
图3a至d示出例子的结果,以燃烧过程的在线测量为基础在转筒中燃烧束扎时没有(a和b)和具有(c和d)燃烧条件调节的CO峰值降低。
具体实施方式
图1以卡尔斯鲁厄研究中心的实验设备THERESA(用于燃烧特殊垃圾的热力设备)为例的转筒设备的设备结构。它示出整个燃烧设备,包括一个用于燃烧固体的和膏体的填料及束扎的作为燃烧室1的转筒4,一个用于保证气相烧尽的后燃烧室2和一个排出管道,它将烟气输送到加热锅炉和后置的烟气净化器(两者在图1中未示出)。所述转筒4电机驱动。束扎和其它固体填料通过转筒端壁6上的水冷溜槽5(燃料输入)与部分燃烧用空气一起送到转筒4里面。为了燃烧可燃烧的液体和气体一个转筒燃烧器位于转筒端壁上,在燃烧器上给出另一部分燃烧用空气(燃烧气体)(参见燃烧器火焰7)。固体的和膏体的填料包括束扎在燃烧室(转筒)中燃烧。通过转筒的旋转运动和倾斜确定固体和膏体填料的滞留时间。燃烧剩余物8在转筒端部9上通过一个输送带10(在图1中部分地设置在液体如水下面)抛到一个炉渣池里面(在图1中未示出)。
通过溜槽进到燃烧室里面的束扎在转筒中燃烧,其中产生的燃烧气体(部分地只不充分地燃烧)在转筒端部9上离开转筒进入后燃烧室2。在后燃烧室的有效区11中两个后燃烧室燃烧器12实现气相烧尽。该后燃烧室燃烧器能够输入可燃烧的液体和气体以及燃烧用空气。
在本发明的范围内已经在转筒、即在燃烧室中存在燃烧步骤的光学在线检测。在实施例中使用一个光学传感器作为传感单元13。该传感器与标准的光学监控单元安装不同不是安装在燃烧器后面,而是安装在转筒燃烧器对面。这种布置实现在转筒中和在后燃烧室下部的燃烧室的监控。理想的方式是使传感单元13设置在转筒轴向延长线上的后燃烧室下部(参见图1),其中传感器的射线光程14完全检测燃烧室1。以有利的方式使传感单元位于燃烧或后燃烧以外以及直接燃烧气体流以外,例如在尘区端部(池或管)上。由此有效地降低例如通过烟灰沉淀引起的污染危险。
所述传感单元13检测燃烧步骤并且将作为测量信号15的信息传递到过程控制系统16。在这个系统中实现测量信号与燃烧废气的有害物质含量(烟灰,有机C或CO)的匹配并且通过这个匹配将信息转换成用于后燃烧室燃烧器12的控制信号17,其中从原理上调节含氧气体和/或燃料的输入。在这个配置中调节路径以有利的方式保留用于转换措施的时间,它对应于燃烧气体从燃烧室1到有效区11的运行时间(根据实施例在几秒范围,最好在1至5秒之间)。
在束扎燃烧期间的烟灰释放引起燃烧室1中的浊度并因此影响传感器上的光线强度降低。该传感器的放大(gain)、零位(offset)和平均时间(Integration)调整到最大检测速度,用于保证控制信号的快速响应。也可以设想其它的光学测量仪器(发射和吸收测量技术/IR,VIS或UV),它们达到足够的信号速度。
所述控制信号17被接收到用于设备控制的控制系统TELEPERM(过程控制系统16)的自动化系统(SPS)并且在那里继续处理(参见图1)。主要的动态功能块在这个控制器内部以400ms的循环处理。由此使控制器的反应时间大于/等于400ms。为了保证这一点在执行时使非时间关键功能与时间关键功能分开地实现,该系统重新打包并且优化扫描和偏移时间(Verschiebezeit)。
图2示出后燃烧室燃烧器12的阀路。因为后燃烧室燃烧器12的调节阀18的关闭时间不达到必需的速度,为了实现控制两个其它控制阀(快速关闭阀(Schnellschussventil)19和最小通流阀20)接到燃料供给管道21里面(参见图2)。所有三个阀门通过过程控制系统16借助控制信号17控制。通过滞后功能可以给定用于控制器触发的阈值和用于控制器复位的阈值。触发控制器引起主流体燃料量在两个后燃烧室燃烧器上通过快速关闭阀19的断开。空气量和通过最小通流阀20的可调节的最小燃料量保持恒定。由此达到后燃烧室中的氧富集能够实现有害物质烟灰、有机C和CO的烧尽,由此可以在提高通过能力的同时实现遵守排放极限值。为了防止调节阀18振荡,使阀门在过程控制系统的控制器有效时从调节中得出来并且以恒定的通流运行。在快速调节阀的方向上进行优化,用于通过一个细分级的控制器替换两点控制器。
因此用于使CO峰值(CO浓度最大值)降低的控制器包括一个用于检测束扎烧尽的光学检测单元(传感单元13),将一个检测信号15在燃烧设备的过程控制系统16中处理成控制信号17的处理器及在按照图2的后燃烧室燃烧器12的燃料供给管道21里面的硬件的阀路。
实施例:
借助于在实验设备THERESA上的运行实验在束扎在转筒中燃烧时实现CO峰值的降低。对于燃烧室(转筒)和后燃烧室的运行调定对于两个运行实验是一致的(热油DR:120kg/h;燃烧用空气DR:2200Nm3/h;束扎通过能力:30/h,以每1升热油EL每束扎)。图3a至d以相同时间窗口(连续时间)的曲线图给出结果,其中图3a和b示出没有上述燃烧过程调节的结果而图3c和d示出具有上述燃烧过程调节的对应结果。
图3a和c可以直接相互比较(测量范围和分辨率)并且示出在投入1.0升束扎热油EL时以连续时间t为横坐标的烟囱中净化气中的CO浓度曲线22,其中每两分钟实现一次投入(参见图3d中的测量信号15振幅以及图3b和d中的烟气体积流24)。没有按照本发明的燃烧过程调节时的平均CO浓度为180mg/Nm3而具有按照本发明的燃烧过程调节时的平均CO浓度为11.5mg/Nm3(CO浓度降低超过90%),其中在图3a中看到的CO浓度峰值通过本发明实际上完全被抑制。
图3b和d同样可以直接相互比较(测量范围和分辨率)并且对于相同的运行实验在投入1.0升束扎热油EL时以连续时间t为横坐标示出对于后燃烧室燃烧器1的未调节的(图3b)和调节(图3d)的热油通过能力23。调节的热油通过能力直接耦联到同样在图3d中给出的测量信号15上并且总是以最小延迟跟随它。而在图3b和d中给出的燃料器空气通过能力25和烟气体积流24没有受到燃烧过程调节的影响。
实验结果概括如下:
-在燃烧具有高热值的垃圾的束扎时可靠地遵守排放极限值
-烟囱上的CO浓度降低超过90%
-根据束扎给出节拍提高具有高热值的垃圾的束扎在转筒中的通过能力至少3倍
本实施例表示,对于转筒中的束扎通过能力和与此相关的对于束扎燃烧在热力学的转筒负荷上的分量还能够明显提高,因为在所示运行实验中用在后燃烧室中的燃烧器调节达到CO排放值(11.5mgCO/Nm3),它们还明显位于按照17.BImSchV(联邦排放控制条例)的排放极限值以下(日平均值:50mgCO/Nm3)。
附图标记清单
1燃烧室
2后燃烧室
3烟气排出管道
4转筒
5溜槽
6转筒端壁
7燃烧器火焰
8燃烧剩余物
9转筒端部
10输送带
11有效区
12后燃烧室燃烧器
13传感单元
14射线光程
15测量信号
16过程控制系统
17控制信号
18调节阀
19快速关闭阀
20最小通流阀
21燃料输入
22CO-浓度曲线
23热油通过率
24烟气体积流
25燃烧用空气通过率

Claims (9)

1.用于提高转筒设备中束扎通过能力的方法,包括下面的方法步骤:
a)提供具有作为燃烧室(1)的转筒(4)的转筒设备,其中该转筒在转筒端部(9)上通到具有至少一个后燃烧室燃烧器(12)的后燃烧室(2)中,该后燃烧室燃烧器(12)具有至少一个气体输入系统以及废气管道,
b)将束扎和含氧气体导入到燃烧室(1)里面,
c)在旋转的转筒(4)中燃烧束扎,以及
d)从燃烧室(4)中排出烟气到后燃烧室(2)中用于后燃烧,其中,
e)通过光学测量在转筒(4)中连续地检测在转筒中的不完全燃烧并且将其作为用于调节在转筒和后燃烧室中的燃烧条件的调节参数,
其中传感器安装在转筒燃烧器对面。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述检测包括通过排放检测或者通过光学透射检测的烟灰浓度检测。
3.如权利要求2所述的方法,其中在所述排放检测的范围内通过光敏二极管或红外照相机实现火焰辐射削弱的检测。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其中所述检测包括通过吸收检测或排放检测的一氧化碳浓度检测。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其中所述检测包括通过吸收检测或排放检测的氧气浓度、二氧化碳浓度或水蒸汽浓度检测。
6.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其中所述检测包括视频光学的图形获取和图形处理。
7.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其中所述调节包括在转筒和后燃烧室中的燃烧条件的调节。
8.如权利要求7所述的方法,其中所述调节包括对于转筒燃烧器和后燃烧室燃烧器(12)的燃烧输入的调节。
9.如权利要求8所述的方法,其中所述调节还包括气体输入的调节。
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