DE10012895A1 - Combustion process for all fuels by means of grate firing involves supplying different amounts of oxygen to individual primary air zones - Google Patents
Combustion process for all fuels by means of grate firing involves supplying different amounts of oxygen to individual primary air zonesInfo
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Abstract
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.The air distribution in the combustion process of a modern waste incineration plant location (MVA) has been a much discussed topic for a long time. With the advent of the So-called firing power control are new discussion points here ben. In addition to the conventional air distributions with a fixed air volume flow that for primary air, side wall air (if available), secondary air and Ter tiärluft exist as a further injection level above the secondary air (if available) Plants with theoretical substoichiometry in the area of the garbage bed above the Combustion grate. In these systems, the primary air is usually via individual pri Martial air zones (there are often 5 primary air zones). Both systems are local overheating in the combustion chamber has become known, leading to considerable damage the grate and the combustion chamber lining have leads.
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.The quantitative division into primary and secondary air and the division of the Pri Mar air to the individual primary air zones is empirical. The related Thereby, thermodynamic processes in the area of the furnace cannot be looked at.
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
The goal of optimal firing control must be an even distribution of the firebox temperatures over the entire firebox. This is the only way to ensure long service life for the combustion chamber elements
- - geringen Schadstoffemissionen,- low pollutant emissions,
- - vollständigem Ausbrand,- complete burnout,
erreicht werden. can be achieved.
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.So far, no firing control concepts have become known that are based on analyti basics and pursue the goal, one over the entire area to achieve even temperature distribution in the combustion chamber.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Verbrennungsverfahren für Brennstoffe beliebiger Art mittels Rostfeuerung hinsichtlich einer gleichmäßigen Temperaturverteilung über den Feuerraum zu verbessern.The object of the present invention is to provide the known combustion processes for Fuels of any kind using grate firing with regard to a uniform Improve temperature distribution over the firebox.
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 λu = (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 λu = 0,1-0,8 und für die Primärluftzone n ein Sauerstoffbedarf von λo = 1,5-2,8 einge stellt.According to the invention the object is achieved in that the individual primary air zones to maintain a temperature in the range of the desired adiabatic combustion temperature of the entire combustion system are supplied with different amounts of oxygen, with an actual oxygen requirement of the fuel of λ u = (0.2-0.4) + K (calorific value, water content, ash content) is set. K corresponds to a correction factor as a function of the influence of the calorific value, the ash content and the water content as well as any other factors influencing the firing material. An oxygen requirement of λ u = 0.1-0.8 is set for the following primary air zones 2 to n - 1 and an oxygen requirement of λ o = 1.5-2.8 is set for the primary air zone n.
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.The air distribution during grate firing is thus determined by the air distribution of primary air, secondary air and / or hot air and the distribution of the primary air the individual primary air zones designed that an even temperature distribution the fire chamber.
Die Feuerraumtemperatur ist zweckmäßigerweise im Bereich der adiabaten Ver brennungstemperatur des Gesamtsystems anzusiedeln und kann damit auf einem gewünschten, entsprechend niedrigen Niveau gewählt werden.The combustion chamber temperature is expediently in the range of the adiabatic ver combustion temperature of the entire system and can thus be located on one desired, correspondingly low level.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Primärluftzone n eine weitere Primärluftzone als Ausbrandzone angeschlossen.According to a further feature of the invention, the primary air zone n is another Primary air zone connected as burnout zone.
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.The difference between the oxygen desired for the entire combustion amount contained in the combustion air and that added by the primary air The amount of oxygen, according to a special feature, is the addition of Se secondary air and - if available - tertiary air.
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.Basically, the schematic representation of grate firing shown in FIG. 1 can be assumed. This essentially has 5 primary air zones, 2 secondary air injections and - if available - a spare air injection. The following is intended to show how the air distribution to the individual primary air zones can be carried out under the primacy of a defined combustion chamber temperature.
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.In FIG. 2, the characteristic function of the course of the reaction temperature for a wide range of known fuels, depending on the chosen λ value is shown. The λ value is the quotient of the atmospheric oxygen supplied and the oxygen requirement for complete combustion.
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.With a λ value = 1 (supply of the amount of atmospheric oxygen required for a complete combustion is necessary) results in the highest adiabatic combustion temperature temperature. By adding more combustion air (λ <1) you can achieve be known to cool the combustion process.
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.At a λ value <1 one is in the gasification range, which is described in general terms by the thermodynamic equilibrium position of the reactants C, CO, CO 2 , H 2 , H 2 O etc.
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.The energy conversion takes place in accordance with the functional curve shown in FIG. 2 for the gasification area. This characteristic course of the function was proven by a large number of sample calculations with the most varied types of waste and other types of fuel.
Legt man eine für eine bestimmte Feuerungsführung geeignete Feuerraumtempera tur fest, so ergeben sich beim Eintragen dieser Temperatur (Tzul) in Fig. 2 als Kon stante (horizontaler Funktionsverlauf) zwei Schnittpunkte mit der dargestellten "Gloc kenkurve". If you determine a suitable firebox temperature for a particular firing system, then when entering this temperature (T zul ) in Fig. 2 as a constant (horizontal function curve) two intersection points with the "bell curve" shown.
Lotet man diese Schnittpunkte auf die Abszisse, so erhält man die λ-Werte λu und λo. Bei einem λ ≦ λu wird die gewünschte Temperatur erreicht bzw. unterschritten. Äquivalent gilt das für λ ≧ λo.If one plumbs these points of intersection on the abscissa, one obtains the λ values λ u and λ o . At λ ≦ λ u , the desired temperature is reached or fallen below. The same applies to λ ≧ λ o .
Die Festlegung der Primärluftmenge λu 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.The determination of the primary air quantity λ u for the primary air zone 1 can be determined exactly with knowledge of the functional curve according to FIG. 2 for the garbage introduced into the zone 1. The function course can be calculated effectively using simple means. In this combustion zone, the heating, water evaporation, degassing and gasification of the imported waste usually takes place. Since these processes can be subject to considerable fluctuations, a correction factor K as a function of the influence of the calorific value, the ash content and the water content as well as any other factors must be taken into account.
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 λu für die Primärluftzone 2 bestimmt werden kann. Es liegt somit die Primärluftmenge für die Zone 2 vor.Gaseous reaction products leave this zone at the top in the firebox, a modified waste is transferred to primary air zone 2. The function according to FIG. 2 must again be calculated for this modified waste so that λ u can be determined for the primary air zone 2. The primary air volume for zone 2 is therefore available.
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 λo festzulegen. Das heißt, bei Einhaltung der gewählten Feuer raumtemperatur wird hier überstöchiometrisch verbrannt.This process is then carried out in an equivalent way across the other primary air zones. In order to achieve a complete burnout over the entire grate length, it is necessary to determine the primary air with λ o for the waste / fuel arriving there in the last (or if desired also penultimate) primary air zone after determining the function according to FIG. 2. This means that if the selected combustion chamber temperature is maintained, the combustion is overstoichiometric.
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.Of course, with increasing mass reduction over the grate length away the transport speed of the waste / fuel can be adjusted. This means that the primary air volume and its distribution is determined analytically.
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.At this point it should be mentioned that an empirical determination of the Primary air volume for a zone can "slip" in the range λ = 1. You can extremely high temperatures occur, which then leads to corresponding damage to the grate or the combustion chamber lining.
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. With the procedure described above, it is possible by an expedient Choice of the desired temperature in the individual primary air zones on ent speaking low level a certain "safety cushion" for calorific value and / or to create fluctuations in the amount of waste.
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.There is also the possibility of measuring the temperature above the Combustion zones regulate the primary air volumes for the individual zones in the area of the analytically determined air volume and thus on To respond to disturbances.
Letztlich sei darauf verwiesen, dass mit dieser Verfahrensführung eine "ideale" Feu erlänge auf dem Rost zwangsläufig gegeben ist.Ultimately, it should be pointed out that with this procedure an "ideal" fire length on the grate is inevitable.
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.By determining the total amount of primary air, the total is obtained air volume (determined from the selected adiabatic combustion temperature of the Ge total system) the remaining amount of secondary air and - if available - tertiary air and / or plate air quantities.
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