DE10012895A1 - Verbrennungsverfahren für Brennstoffe beliebiger Art mittels einer Rostfeuerung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Zuführung der Verbrennungsluft in Verbrennungsverfahren für Brennstoffe beliebiger Art mittels einer Rostfeuerung, welche in n Primärluftzonen unterteilt ist, wobei in den einzelnen Primärluftzonen Sauerstoffmengen in Form von Primärluft oder Reizluft oder als Gemisch aus beiden zugebenen werden, dadurch gekennzeichnet, dass den einzelnen Primärluftzonen zur Einhaltung einer Temperatur im Bereich der gewünschten adiabaten Verbrennungstemperatur des gesamten Verbrennungssystems unterschiedliche Sauerstoffmengen zugeführt werden, wobei für die Primärluftzone 1 im Bereich der Brennstoffaufgabe ein tatsächlicher Sauerstoffbedarf des Brennstoffes von lambda¶u¶ = (0,2-0,4) + K (Heizwert, Wassergehalt, Ascheanteil) eingestellt wird, für die nachfolgenden Primärluftzonen 2 bis n-1 ein Sauerstoffbedarf von lambda¶u¶ = 0,1-0,8 besteht und der Primärluftzone n ein Sauerstoffbedarf von lambda¶o¶ = 1,5-2,8 entspricht.

Description

Die Luftverteilung im Verbrennungsverfahren einer modernen Müllverbrennungsan­ lage (MVA) ist seit längerer Zeit ein viel diskutiertes Thema. Mit dem Aufkommen der sogenannten Feuerungsleistungsregelung sind hier neue Diskussionspunkte gege­ ben. Neben den konventionellen Luftverteilungen mit fest eingestellten Luftvolumen­ strömen, die für Primärluft, Seitenwandluft (wenn vorhanden), Sekundärluft und Ter­ tiärluft als weitere Eindüsebene über der Sekundärluft (wenn vorhanden) existieren Anlagen mit theoretischer Unterstöchiometrie im Bereich des Müllbettes über dem Verbrennungsrost. Bei diesen Anlagen wird meist die Primärluft über einzelne Pri­ märluftzonen (häufig sind es 5 Primärluftzonen) zugeführt. Bei beiden Systemen sind lokale Überhitzungen im Feuerraum bekannt geworden, die zu erheblichen Schädi­ gungen des Rostes und der Feuerraumauskleidung führen können bzw. bereits ge­ führt haben.

Die quantitative Aufteilung in Primär- und Sekundärluft und die Aufteilung der Pri­ märluft auf die einzelnen Primärluftzonen erfolgt empirisch. Die damit verbundenen thermodynamischen Vorgänge im Bereich der Feuerung können somit nicht über­ blickt werden.

Das Ziel einer optimalen Feuerungsführung muss eine gleichmäßige Verteilung der Feuerraumtemperaturen über den gesamten Feuerraum sein. Nur so können lange Standzeiten der Feuerraumelemente, verbunden mit

• - geringen Schadstoffemissionen,
• - vollständigem Ausbrand,

erreicht werden.

Bisher sind keine Feuerungsführungskonzepte bekannt geworden, die auf analyti­ schen Grundlagen beruhen und das Ziel verfolgen, eine über den gesamten Bereich des Feuerraumes gleichmäßige Temperaturverteilung zu erreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Verbrennungsverfahren für Brennstoffe beliebiger Art mittels Rostfeuerung hinsichtlich einer gleichmäßigen Temperaturverteilung über den Feuerraum zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass den einzelnen Primärluftzo­ nen zur Einhaltung einer Temperatur im Bereich der gewünschten adiabaten Ver­ brennungstemperatur des gesamten Verbrennungssystems unterschiedliche Sauer­ stoffmengen zugeführt werden, wobei für die Primärluftzone 1 im Bereich der Brenn­ stoffaufgabe ein tatsächlicher Sauerstoffbedarf des Brennstoffes von λ_u = (0,2-0,4) + K (Heizwert, Wassergehalt, Ascheanteil) eingestellt wird. K entspricht hier einem Korrekturfaktor als Funktion des Einflusses des Heizwertes, des Ascheanteils und des Wassergehaltes sowie evtl. weiterer, das Brenngut beeinflussender Faktoren. Für die nachfolgenden Primärluftzonen 2 bis n - 1 wird ein Sauerstoffbedarf von λ_u = 0,1-0,8 und für die Primärluftzone n ein Sauerstoffbedarf von λ_o = 1,5-2,8 einge­ stellt.

Die Luftverteilung bei einer Rostfeuerung wird dabei derart durch die Luftaufteilung von Primärluft, Sekundärluft und/oder Reziluft und die Aufteilung der Primärluft auf die einzelnen Primärluftzonen gestaltet, dass eine gleichmäßige Temperaturvertei­ lung über den Feuerraum vorliegt.

Die Feuerraumtemperatur ist zweckmäßigerweise im Bereich der adiabaten Ver­ brennungstemperatur des Gesamtsystems anzusiedeln und kann damit auf einem gewünschten, entsprechend niedrigen Niveau gewählt werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Primärluftzone n eine weitere Primärluftzone als Ausbrandzone angeschlossen.

Die Differenz zwischen der für die gesamte Verbrennung gewünschten Sauerstoff­ menge, enthalten in der Verbrennungsluft und der durch die Primärluft zugegebenen Sauerstoffmenge, erfolgt nach einem besonderen Merkmal über die Zugabe von Se­ kundärluft und - wenn vorhanden - von Tertiärluft.

Ausführungsbeispiel

Grundsätzlich ist von der in Fig. 1 gezeigten schematischen Darstellung einer Rostfeuerung auszugehen. Diese verfügt im Wesentlichen über 5 Primärluftzonen, 2 Sekundärlufteindüsungen und - wenn vorhanden - eine Rezilufteindüsung. Nachfolgend soll gezeigt werden, wie die Luftaufteilung auf die einzelnen Primärluft­ zonen unter dem Primat einer festgelegten Feuerraumtemperatur vorgenommen werden kann.

In der Fig. 2 wird der charakteristische Funktionsverlauf der Reaktionstemperatur für einen weiten Bereich der bekannten Brennstoffe in Abhängigkeit vom gewählten λ-Wert gezeigt. Der λ-Wert ist der Quotient aus zugeführtem Luftsauerstoff und dem Sauerstoffbedarf für die vollständige Verbrennung.

Bei einem λ-Wert = 1 (Zuführung der Menge an Luftsauerstoff, die für eine vollstän­ dige Verbrennung notwendig ist) ergibt sich die höchste adiabate Verbrennungstem­ peratur. Durch die Zuführung von mehr Verbrennungsluft (λ < 1) erreicht man be­ kanntermaßen eine Kühlung des Verbrennungsprozesses.

Bei einem λ-Wert < 1 befindet man sich im Vergasungsbereich, der ganz allgemein durch die thermodynamische Gleichgewichtslage der Reaktionspartner C, CO, CO₂, H₂, H₂O etc. beschrieben ist.

Der Energieumsatz erfolgt entsprechend dem in Fig. 2 gezeigten Funktionsverlauf für den Vergasungsbereich. Dieser charakteristische Funktionsverlauf wurde durch eine Vielzahl von Beispielrechnungen mit den verschiedensten Müll- und anderen Brennstoffarten nachgewiesen.

Legt man eine für eine bestimmte Feuerungsführung geeignete Feuerraumtempera­ tur fest, so ergeben sich beim Eintragen dieser Temperatur (T_zul) in Fig. 2 als Kon­ stante (horizontaler Funktionsverlauf) zwei Schnittpunkte mit der dargestellten "Gloc­ kenkurve".

Lotet man diese Schnittpunkte auf die Abszisse, so erhält man die λ-Werte λ_u und λ_o. Bei einem λ ≦ λ_u wird die gewünschte Temperatur erreicht bzw. unterschritten. Äquivalent gilt das für λ ≧ λ_o.

Die Festlegung der Primärluftmenge λ_u für die Primärluftzone 1 kann bei Kenntnis des Funktionsverlaufes gemäß Fig. 2 für den in die Zone 1 eingeführten Müll exakt ermittelt werden. Die Berechnung des Funktionsverlaufes ist effektiv mit einfachen Mitteln möglich. In dieser Verbrennungszone findet in der Regel die Erwärmung, die Wasserverdampfung sowie die Entgasung und die Vergasung des eingeführten Mülls statt. Da diese Vorgänge erheblichen Schwankungen unterliegen können, ist hier ein Korrekturfaktor K als Funktion des Einflusses des Heizwertes, des Ascheanteils und des Wassergehaltes sowie evtl. weiterer Faktoren zu berücksichtigen.

Gasförmige Reaktionsprodukte verlassen diese Zone nach oben in den Feuerraum, ein veränderter Müll wird an die Primärluftzone 2 übergeben. Zu diesem veränderten Müll muss wiederum die Funktion gemäß Fig. 2 berechnet werden, damit λ_u für die Primärluftzone 2 bestimmt werden kann. Es liegt somit die Primärluftmenge für die Zone 2 vor.

Dieser Vorgang wird dann äquivalent über die weiteren Primärluftzonen durchgeführt. Um einen vollständigen Ausbrand über die gesamte Rostlänge zu erreichen, ist es notwendig, in der letzten (oder auf Wunsch auch vorletzten) Primärluftzone nach der Ermittlung der Funktion gemäß Fig. 2 für den dort ankommenden Müll/Brennstoff die Primärluft mit λ_o festzulegen. Das heißt, bei Einhaltung der gewählten Feuer­ raumtemperatur wird hier überstöchiometrisch verbrannt.

Selbstverständlich kann mit zunehmender Massereduktion über die Rostlänge hin­ weg die Transportgeschwindigkeit des Mülls/Brennstoffes angepasst werden. Damit ist die Primärluftmenge und deren Aufteilung analytisch festgelegt.

An dieser Stelle soll erwähnt werden, dass man bei einer empirischen Festlegung der Primärluftmenge für eine Zone in den Bereich λ = 1 "rutschen" kann. Dabei können extrem hohe Temperaturen auftreten, die dann zu entsprechenden Schäden am Rost bzw. der Feuerraumauskleidung führen können.

Mit der oben beschriebenen Verfahrensführung ist es möglich, durch eine zweckmä­ ßige Wahl der gewünschten Temperatur in den einzelnen Primärluftzonen auf ent­ sprechend niedrigem Niveau ein bestimmtes "Sicherheitspolster" für Heizwert- und/oder Müllmengenschwankungen zu schaffen.

Zudem besteht die Möglichkeit, durch die Messung der Temperatur oberhalb der Verbrennungszonen eine Regelung der Primärluftmengen für die einzelnen Zonen in dem Bereich der analytisch ermittelten Luftmengen vorzunehmen und somit auf Störgrößen zu reagieren.

Letztlich sei darauf verwiesen, dass mit dieser Verfahrensführung eine "ideale" Feu­ erlänge auf dem Rost zwangsläufig gegeben ist.

Mit der Festlegung der gesamten Primärluftmenge ergibt sich anhand der Gesamt­ luftmenge (ermittelt aus der gewählten adiabaten Verbrennungstemperatur des Ge­ samtsystems) die verbleibende Sekundärluftmenge und - wenn vorhanden - Tertiär­ luft- und/oder Plattenluftmengen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Zuführung der Verbrennungsluft in Verbrennungsverfahren für Brennstoffe beliebiger Art mittels einer Rostfeuerung, welche in n Primärluft­ zonen unterteilt ist, wobei in den einzelnen Primärluftzonen Sauerstoffmengen in Form von Primärluft oder Reziluft oder als Gemisch aus beiden zugegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass den einzelnen Primärluftzonen zur Einhaltung einer Temperatur im Bereich der gewünschten adiabaten Verbrennungstemperatur des gesamten Verbren­ nungssystems unterschiedliche Sauerstoffmengen zugeführt werden, wobei für die Primärluftzone 1 im Bereich der Brennstoffaufgabe ein tatsächlicher Sauerstoffbedarf des Brennstoffes von λ_u = (0,2 - 0,4) + K (Heizwert, Wasser­ gehalt, Ascheanteil) eingestellt wird, für die nachfolgenden Primärluftzonen 2 bis n - 1 ein Sauerstoffbedarf von λ_u = 0,1-0,8 besteht und der Primärluftzone n ein Sauerstoffbedarf von λ_o = 1,5-2,8 entspricht.

2. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Primärluftzone n eine weitere Primärluftzone als Ausbrandzone angeschlos­ sen ist.

3. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Differenz zwischen der für die gesamte Verbrennung gewünschten Sauer­ stoffmenge, enthalten in der Verbrennungsluft, und der durch die Primärluft zugegebenen Sauerstoffmenge über die Zugabe von Sekundärluft, und - wenn vorhanden - über Zugabe von Tertiär- und/oder Plattenluft erfolgt.