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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Verbrennung von Brennstoff in einem Verbrennungskessel. Die Erfindung findet insbesondere bei Verbrennungskesseln von fossil befeuerten Kraftwerksanlagen Anwendung.
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Aus dem Stand der Technik sind Verbrennungskessel mit zumindest einer Verbrennungskammer bekannt, bei denen ein Brennstoff unter Zugabe von Verbrennungsluft verbrannt wird. Bei der Verbrennung der Brennstoffe entstehen heiße Verbrennungsgase, deren Wärmeenergie in Abgas leitenden Bereichen des Verbrennungskessels, insbesondere über Wärmetauscher, entzogen und anschließend zu elektrischer Energie umgewandelt wird. Bei der Verbrennung von Brennstoffen in Verbrennungskraftwerken sind zunehmend strengere Schadstoffgrenzwerte einzuhalten. Neben der nachträglichen Reinigung der Verbrennungsabgase, beispielsweise durch Filter, ist die Vermeidung der Entstehung von Schadstoffen während der Verbrennung der Brennstoffe von besonderer Bedeutung.
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Um bei der Verbrennung von Brennstoffen möglichst schadstoffarme Verbrennungsabgase zu erzeugen, ist eine möglichst exakte Kontrolle des in einer Verbrennungskammer für eine Verbrennung zur Verfügung stehenden Sauerstoffs gewünscht, dessen Menge insbesondere von der Masse und der Qualität des verwendeten Brennstoffs in der Verbrennungskammer abhängt. Bei den bekannten Verbrennungskesseln erfolgt daher eine kontrollierte Zufuhr von Sauerstoff aufweisender Verbrennungsluft über entsprechende Verbrennungsluftzuführungen in die Verbrennungskammer.
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Außerdem ist bekannt, unterhalb einer Materialabgabeöffnung zur Entfernung von Verbrennungsrückständen der Verbrennungskammer wenigstens einen Förderer vorzusehen, mit dem die heiße Asche und/oder andere Verbrennungsrückstände von dem Verbrennungskessel entfernt werden. Für den Betrieb solcher Förderer wurde auch bereits vorgeschlagen, einen Kühlluftstrom und/oder Oxidationsgasstrom entgegen der Förderrichtung mit der Asche in Kontakt zu bringen, um nicht (vollständig) verbrannte Bestandteile noch auf dem Förderer zu verbrennen sowie ggf. eine vollständige Erstarrung der Asche bis zur Abgabe von dem Förderer zu erreichen. Dieser Kühlluftstrom bzw. Oxidationsgasstrom wird dabei stark limitiert, weil dieser durch einen (häufig existierenden) Unterdruck in der Verbrennungskammer durch die Materialabgabeöffnung eintritt. Ein solcher Förderer ist beispielsweise in der
WO-A-2010043504 beschrieben.
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Es wurde nun erkannt, dass insbesondere bei wechselnden Lastbedingungen beim Verbrennungskessel und/oder beim Förderer unerwünschte Einflüsse auf das gewünschte Resultat der Verbrennung und/oder der Förderung, Kühlung, Nachverbrennung der Asche auftreten.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren zur Steuerung einer Verbrennung von Brennstoff in einem Verbrennungskessel anzugeben, mit dem die in der Verbrennungskammer für die Verbrennung des Brennstoffs zur Verfügung stehende Verbrennungsluft besonders exakt kontrolliert werden kann. Zudem soll auch ein Verbrennungskessel angegeben werden, mit dem in besonders exakter Weise die in einer Verbrennungskammer für die Verbrennung des Brennstoffs zur Verfügung stehende Verbrennungsluft kontrolliert werden kann. Außerdem soll auch erreicht werden, dass trotz variierender Lastbedingungen im Verbrennungskessel und/oder im Förderer ein verbessertes Resultat hinsichtlich zumindest einer der folgenden Aspekte realisierbar ist: Abgaszusammensetzung, Temperatur der Verbrennung bzw. der Asche, Stöchiometrie der Verbrennung, Kühlung der Asche, Nachverbrennung der Asche, Wärmerückgewinnung.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Verbrennung von Brennstoff in einem Verbrennungskessel weist zumindest die folgenden Schritte auf:
- a) Bestimmung einer gewünschten Verbrennungsluftmenge für die Verbrennung des Brennstoffs in dem Verbrennungskessel,
- b) Bestimmung einer zur Verfügung stehenden Verbrennungsluftmenge für die Verbrennung des Brennstoffs in dem Verbrennungskessel,
- c) Kontrollieren zumindest eines Verbrennungsluftzustroms durch zumindest eine Materialabgabeöffnung oder eine Apparateöffnung des Verbrennungskessels, um die zur Verfügung stehende Verbrennungsluftmenge in dem Verbrennungskessel an die gewünschte Verbrennungsluftmenge zumindest teilweise anzugleichen.
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Unter dem Begriff „Verbrennungsluft” wird hier ein Gas oder Gasgemisch verstanden, das zumindest Sauerstoff umfasst. Der Sauerstoffgehalt der Verbrennungsluft beträgt insbesondere mindestens 10 Vol.-% (Volumenprozent), bevorzugt mindestens 20 Vol.-% oder besonders bevorzugt mindestens 30 Vol.-%. Insbesondere kann es sich bei der Verbrennungsluft auch um, gegebenenfalls vorerwärmte, Umgebungsluft handeln. Bei der gewünschten Verbrennungsluftmenge handelt es sich insbesondere um diejenige Verbrennungsluftmenge, die für die jeweilig in der Verbrennungskammer zu verbrennende Art und/oder Menge Brennstoff eine Sauerstoffmenge bereitstellt, die für eine besonders vorteilhafte, insbesondere schadstoffarme, Verbrennung des Brennstoffs erforderlich ist. Insbesondere kann es sich bei der gewünschten Verbrennungsluftmenge auch um diejenige Verbrennungsluftmenge handeln, die, in Abhängigkeit des Sauerstoffgehalts der Verbrennungsluft, für eine stöchiometrische Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer erforderlich ist. Als Brennstoffe kommen insbesondere Braunkohle, Steinkohle, Erdöl, Erdgas, Haushaltabfälle, Industrieabfälle und/oder Biomasse zum Einsatz. Die jeweilig von der Art, Masse und/oder Qualität des Brennstoffs abhängige gewünschte Verbrennungsluftmenge ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und kann insbesondere entsprechenden Betriebshandbüchern des Verbrennungskessels entnommen werden. Für die Bestimmung der gewünschten (bzw. benötigten) Verbrennungsluftmenge können Messwerte und/oder Rechenmodelle eingesetzt werden, so dass die für die vorgegebene (stöchiometrische) Verbrennung erforderliche Verbrennungsluftmenge zu einem (aktuellen oder vorbestimmten zukünftigen) Zeitpunkt ermittelt werden kann.
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Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren erfolgt weiterhin eine Bestimmung der tatsächlich in dem Verbrennungskessel zur Verfügung stehenden Verbrennungsluftmenge, beispielsweise mit Hilfe eines Sauerstoffsensors, der eine Sauerstoffkonzentration innerhalb einer Verbrennungskammer des Verbrennungskessels misst. Selbstverständlich können hierfür auch andere Sensoren und/oder Rechenmodelle, etc. herangezogen werden. Insofern kann eine Bestimmung der (aktuell bzw. zu einem vorbestimmten Zeitpunkt) tatsächlich in dem Verbrennungskessel zur Verfügung stehenden Verbrennungsluftmenge durch Messwerte und/oder Berechnung erfolgen. Dieser Schritt b) kann insbesondere nach und/oder während und/oder vor Schritt a) durchgeführt werden.
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Dann erfolgt eine Angleichung der zur Verfügung stehenden Verbrennungsluftmenge in der Verbrennungskammer an die gewünschte Verbrennungsluftmenge in der Verbrennungskammer. Mit anderen Worten soll die zur Verfügung stehende Verbrennungsluftmenge in der Verbrennungskammer möglichst exakt auf die gewünschte Verbrennungsluftmenge in der Verbrennungskammer eingestellt werden. Dies erfolgt durch Kontrolle (insbesondere Regelung) zumindest eines Verbrennungsluftzustroms durch zumindest eine Materialabgabeöffnung und/oder mindestens eine Apparateöffnung des Verbrennungskessels. Unter einer „Apparateöffnung” wird insbesondere ein Zugang (z. B. durch die Seitenwand und/oder die Deckenwand) zum Verbrennungskessel verstanden, über den (zumindest zeitweise) zusätzliche Luft (unbestimmt) zugeführt wird. Hiervon sind insbesondere solche Öffnungen erfasst, durch die (zeitweise) Apparate in den Verbrennungskessel (und/oder nachgelagerte Bereiche) zugeführt werden, wie z. B. Sensoren, Reinigungssysteme, Probenentnahmegeräte, etc. Gegebenenfalls können dort auch Dichtungselemente vorgesehen sein, die ein Spülgas einsetzen.
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Dies bedeutet insbesondere, dass der zumindest eine Verbrennungsluftzustrom durch die zumindest eine Materialabgabeöffnung und/oder mindestens eine Apparateöffnung und/oder die vorgesehene Verbrennungsluftzuführung des Verbrennungskessels (aktiv) verringert und/oder erhöht und/oder (bei sich wechselnden äußeren Bedingungen) konstant gehalten wird, um die zur Verfügung stehende Verbrennungsluftmenge in der Verbrennungskammer möglichst exakt an die gewünschte Verbrennungsluftmenge in der Verbrennungskammer anzugleichen. Bei dem Verbrennungsluftzustrom handelt es sich zumindest teilweise um eine Verbrennungsluftmenge, die durch die Materialabgabeöffnung der Verbrennungskammer in die Verbrennungskammer einströmt. Die Verbrennungsluftmenge bemisst sich beispielsweise in m3/min (Kubikmeter pro Minute). Klarzustellen ist hier, dass die Angleichung der zur Verfügung stehenden Verbrennungsluftmenge in der Verbrennungskammer an die gewünschte Verbrennungsluftmenge in der Verbrennungskammer zusätzlich auch mit Hilfe von weiteren Verbrennungsluftzuführungen der Verbrennungskammer (beispielsweise separate Brenner, Düsen, etc. in der Wand des Verbrennungskessels) erfolgen kann. Somit stellt die Kontrolle des zumindest einen Verbrennungsluftzustroms durch die zumindest eine Materialabgabeöffnung und/oder Apparateöffnung eine, gegebenenfalls zusätzliche, Regelungsgröße dar, um die zur Verfügung stehende Verbrennungsluftmenge in der Verbrennungskammer an die gewünschte Verbrennungsluftmenge in der Verbrennungskammer besonders exakt anzugleichen.
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Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei der zumindest einen Materialabgabeöffnung der Verbrennungskammer um eine Öffnung in der Verbrennungskammer handelt, aus der Verbrennungsrückstände des Brennstoffs aus der Verbrennungskammer zumindest teilweise und/oder im Wesentlichen vollständig entfernt werden. Die Materialabgabeöffnung ist bevorzugt in einem Bodenbereich der Verbrennungskammer ausgebildet und verbindet die Verbrennungskammer insbesondere mit einem unterhalb des Verbrennungskessels angeordneten Förderer für Verbrennungsrückstände.
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Die Angleichung erfolgt bevorzugt regelmäßig während des Betriebes des Verbrennungskessels, insbesondere dann, wenn sich zumindest für die Verbrennung und/oder die Förderung der Asche relevanter Parameter ändert. Im ersten Fall heißt das beispielsweise, dass die Angleichung erfolgt, wenn sich der Brennstoff und/oder die Umgebungsbedingungen im Verbrennungskessel ändern. Im zweiten Fall heißt das insbesondere, wenn die Aschemenge, die Kühlleistung und/oder der Grad der Nachverbrennung geändert wird. Ganz besonders bevorzugt erfolgt die Angleichung praktisch in Echtzeit, so dass der Betrieb sehr schnell angepasst bzw. neu eingestellt wird.
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Nun wurde, dass über diese Materialabgabeöffnung und/oder Apparateöffnung Gase mit (zeitlich) stark variierender Menge und/oder einem großen Umfang in die Verbrennungskammer einströmen können und daher der in der Verbrennungskammer für die Verbrennung des Brennstoffs zur Verfügung stehende Sauerstoff nicht in der Genauigkeit zugegeben werden konnte, wie dies zur Einhaltung von sehr geringen Schadstoffgrenzwerten gewünscht war. Zwar wurde versucht, ein Einströmen von Verbrennungsluft durch Materialabgabeöffnungen und/oder Apparateöffnungen der Verbrennungskammer auf ein Minimum zu beschränken, jedoch ist der dennoch vorhandene unkontrollierte Zustrom von Verbrennungsluft aus Materialabgabeöffnungen und/oder Apparateöffnungen der Verbrennungskammer nach wie vor mit erheblichen Unsicherheiten für eine exakte Kontrolle des in der Verbrennungskammer für die Verbrennung des Brennstoffs zur Verfügung stehenden Sauerstoffs verbunden. Außerdem musste so ggf. die Leistung bzw. Effektivität des Verbrennungskessels und/oder des Förderers reduziert werden, um diese störenden Einflüsse zu vermeiden. Dieses bereits lange existierende Problem wurde nunmehr gelöst.
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Die Erfindung geht demnach insbesondere von dem Konzept aus, dass alle in den Kessel eintretenden Luftströme und/oder Gasströme (soweit diese für den Verbrennungsvorgang eine Auswirkung haben) erfasst und für die Einstellung der zur Verfügung gestellten berücksichtigt werden. Bedarfsorientiert bzw. anwendungsorientiert kann dann der Luftstrom über die klassische Verbrennungsluftzuführung, die Materialabgabeöffnung und/oder die Apparateöffnung angepasst werden. Diese online-Regelung der Verbrennungsluft über alle Öffnungen erlaubt eine besonders genaue und ggf. auch richtungsgebundene Zufuhr von Verbrennungsluft, die die Lage der Flamme und/oder die Effektivität des Verbrennungsprozesses und/oder die Bildung von Rückständen/Schadstoffen/etc. vorteilhaft beeinflussen kann.
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Bei diesem Verfahren ist demnach besonders bevorzugt, dass Schritt c) eine aktive Anpassung der gesamten Verbrennungsluftmenge umfasst. Damit ist insbesondere eine direkte so genannte „online”-Regelung angesprochen. Dabei werden z. B. Messwerte und/oder Kennwerte des Verbrennungskessels (auch mit Sensoren) ermittelt bzw. bestimmt und (in Echtzeit) direkt (z. B. unter Einsatz einer entsprechenden Regelungssoftware) verarbeitet, so dass eine zeitnahe und unmittelbare Anpassung der zur Verfügung gestellten Verbrennungsluftmenge vorgenommen wird, die praktisch exakt mit der gewünschten Verbrennungsluftmenge übereinstimmt.
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Dabei wird das Verfahren bevorzugt so durchgeführt, dass zumindest einer der folgenden Verbrennungsluftzuströme in Abhängigkeit von Schritt c) reguliert wird:
- – Verbrennungsluftzustrom über die Verbrennungsluftzuführung,
- – Verbrennungsluftzustrom über die zumindest eine Materialausgabeöffnung,
- – Verbrennungsluftzustrom über die mindestens eine Apparateöffnung.
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Dabei kann während des Betriebes des Verbrennungskessels zu verschiedenen Zeitpunkten jeweils ein anderer Verbrennungsluftzustrom erhöht, erniedrigt und/oder konstant gehalten werden, ggf. können auch mehrere Verbrennungsluftzuströme gleichzeitig angepasst werden. Die Wahl kann insbesondere von der Menge und Art der Änderung des Verbrennungsluftzustroms ausgewählt werden, z. B. können gleichartige Apparateöffnungen wechselweise geöffnet oder geschlossen werden, bzw. deren Spülgas angepasst betrieben werden. Ändert sich aber beispielweise der Austrag aus dem Verbrennungskessel signifikant, kann eine Anpassung der (primären/sekundären) Verbrennungsluftzuführung und/oder der Materialausgabeöffnung vorgenommen werden.
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Vorzugsweise erfolgt in Schritt c) die Kontrolle des Verbrennungsluftzustroms zumindest durch eines der nachfolgenden Mittel:
- – zumindest eine Dosiervorrichtung für Verbrennungsluft der zumindest einen Materialabgabeöffnung des Verbrennungskessels,
- – zumindest einen Förderer für Verbrennungsrückstände,
- – zumindest eine zumindest teilweise verschließbare Öffnung in zumindest einem Gehäuse des zumindest einen Förderers.
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Bei der zumindest einen Dosiervorrichtung für Verbrennungsluft der zumindest einen Materialabgabeöffnung handelt es sich insbesondere um zumindest teilweise und/oder vollständig verschließbare Klappen und/oder zumindest teilweise und/oder vollständig verschließbare Ventile im Bereich der zumindest einen Materialabgabeöffnung der Verbrennungskammer des Verbrennungskessels, mit der das Einströmen eines Verbrennungsluftzustroms von außen in den Verbrennungskessel kontrolliert werden kann. Hierbei erfolgt eine Verringerung des Verbrennungsluftzustroms durch zumindest teilweises oder vollständiges Schließen der Materialabgabeöffnung durch die Dosiervorrichtung und/oder eine Erhöhung des Verbrennungsluftzustroms durch zumindest teilweises oder vollständiges Öffnen der Materialabgabeöffnung durch die Dosiervorrichtung.
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Zusätzlich oder alternativ kann der Verbrennungsluftzustrom auch mit Hilfe zumindest eines Förderers für Verbrennungsrückstände kontrolliert werden, beispielsweise indem eine Fördergeschwindigkeit des Förderers angepasst wird, so dass insbesondere die Materialabgabeöffnung der Verbrennungskammer zumindest teilweise oder vollständig mit Verbrennungsrückständen verschlossen ist. Darüber hinaus kann auch die Beladehöhe des Förderers mit Verbrennungsrückständen beeinflusst werden, indem der durch den Verbrennungsluftzustrom zu überwindende Strömungswiderstand insbesondere im Bereich der Materialabgabeöffnung beeinflusst wird. So kann bspw. der Verbrennungsluftzustrom durch eine Verringerung der Fördergeschwindigkeit des zumindest einen Förderers reduziert oder durch eine Erhöhung der Fördergeschwindigkeit des zumindest einen Förderers reduziert werden.
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Der zumindest eine Förderer für Verbrennungsrückstände ist bevorzugt unterhalb der zumindest einen Materialabgabeöffnung angeordnet und im Wesentlichen von zumindest einem Gehäuse umgeben, das im Wesentlichen gasdicht an dem Verbrennungskessel angeschlossen ist. Dieses zumindest eine Gehäuse weist zumindest eine teilweise und/oder vollständig verschließbare Öffnung auf, wobei es sich insbesondere um eine Öffnung des Gehäuses am Ende einer Förderstrecke des Förderers handeln kann, um insbesondere auf dem Förderer geförderte Verbrennungsrückstände von und/oder aus dem Förderer und/oder aus dem zumindest einen Gehäuse des zumindest einen Förderers zu entfernen. Von dieser zumindest einen teilweise und/oder vollständig verschließbaren Öffnung kann Umgebungsluft in das Gehäuse einströmen, innerhalb des zumindest einen Gehäuses entlang des zumindest einen Förderers einen Strömungspfad bilden und durch die zumindest eine Materialabgabeöffnung in die Verbrennungskammer des Verbrennungskessels als Verbrennungsluftzustrom einströmen. Dieser Vorgang kann beispielsweise durch eine oder mehrere Pumpen, Ventilatoren, Ventile, etc. im Bereich der zumindest einen zumindest teilweise verschließbaren Öffnung und/oder entlang des Strömungspfades des Verbrennungsluftzustroms unterstützt werden. Die zumindest eine Öffnung des Gehäuses ist teilweise und/oder vollständig verschließbar, so dass der durch das Gehäuse und die Materialabgabeöffnung in die Verbrennungskammer einströmende Verbrennungsluftzustrom kontrollierbar ist. Klarzustellen ist jedoch, dass auch weitere Öffnungen des Gehäuses, beispielsweise Öffnungen zur gezielten Zuführung von Kühlluft für die durch den zumindest einen Förderer geförderten Verbrennungsrückstände, verschließbar ausgeführt sein können, um den Verbrennungsluftzustrom durch die zumindest eine Materialabgabeöffnung des Verbrennungskessels entsprechend zu kontrollieren.
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Mit den hier vorgeschlagenen Mitteln soll insbesondere einerseits eine für den Betrieb des Förderers angepasste Luftmenge zur Verfügung gestellt werden, so dass z. B. ein gewünschter Verbrennungsgrad und/oder Erstarrungsgrad der ausgetragenen Verbrennungsrückstände eingehalten wird. Zudem soll, falls die hierfür erforderliche Luftmenge relativ groß ist, der Eintritt in den Verbrennungskessel durch die Materialabgabeöffnung anschließend limitiert und/oder die andernorts zugeführte Verbrennungsluftmenge angepasst werden. Auch dies erfolgt insbesondere durch entsprechende Überwachungsmaßnahmen und Regelmaßnahmen praktisch in Echtzeit.
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Vorzugsweise wird zumindest eine physikalische Eigenschaft des Verbrennungsluftzustroms mit Hilfe zumindest eines zweiten Sensors gemessen oder die Bestimmung der zur Verfügung stehenden Verbrennungsluftmenge erfolgt mit Hilfe zumindest eines ersten Sensors. Selbstverständlich können diese Maßnahmen miteinander kombiniert werden.
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Bei der mindestens einen physikalischen Eigenschaft des Verbrennungsluftzustroms kann es sich beispielsweise um den Massenstrom, den Volumenstrom, eine Temperatur, die Feuchtigkeit, eine chemische Zusammensetzung, eine Sauerstoffkonzentration und/oder eine andere physikalische Eigenschaft des durch die zumindest eine Materialabgabeöffnung strömenden Verbrennungsluftzustroms handeln, die einen Einfluss auf die Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer des Verbrennungskessels hat. Bei dem zumindest einen zweiten Sensor handelt es sich insbesondere um einen Sensor, mit dem zumindest eine der vorgenannten physikalischen Eigenschaften des Verbrennungsluftzustroms bestimmbar ist. Bei dem zumindest einen ersten Sensor handelt sich es folglich z. B. um einen Sauerstoffsensor, der eine Sauerstoffkonzentration innerhalb der zumindest einen Verbrennungskammer des Verbrennungskessels messen kann. Die Messung der mindestens einen physikalischen Eigenschaft des Verbrennungsluftzustroms und/oder die Bestimmung der zur Verfügung stehenden Verbrennungsluftmenge mit Hilfe des ersten Sensors und/oder zweiten Sensors erfolgt bevorzugt kontinuierlich, so dass bei Feststellung einer Abweichung der zur Verfügung stehenden Verbrennungsluftmenge in der Verbrennungskammer von der gewünschten Verbrennungsluftmenge in der Verbrennungskammer der zumindest eine Verbrennungsluftzustrom möglichst zeitnah kontrolliert, das heißt verringert oder erhöht, werden kann.
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Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird auch ein Verbrennungskessel, aufweisend zumindest eine Brennkammer für Brennstoff, zumindest eine Materialabgabeöffnung zur Abgabe von Verbrennungsrückständen, zumindest einen ersten Sensor für die Bestimmung einer in der zumindest einen Brennkammer zur Verbrennung des Brennstoffs zur Verfügung stehenden Verbrennungsluftmenge, zumindest einen zweiten Sensor für zumindest eine physikalische Eigenschaft eines Verbrennungsluftzustroms durch die zumindest eine Materialabgabeöffnung vorgeschlagen, wobei die zumindest eine Materialabgabeöffnung zumindest eine Dosiervorrichtung für den Verbrennungsluftzustrom und/oder mindestens ein zumindest einen Förderer für Verbrennungsrückstände wenigstens teilweise umschließendes Gehäuse mit mindestens einer zumindest teilweise verschließbaren Öffnung aufweist. Der hier vorgeschlagene Verbrennungskessel ist insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer Verbrennung von Brennstoff in einem Verbrennungskessel vorgesehen. Es wird daher an dieser Stelle auf die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
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Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass das Gehäuse mehrere Öffnungen aufweist, die alle verschließbar sind. Im Hinblick auf die Dosiervorrichtung kann auch vorgesehen sein, dass diese einen Teil des Verbrennungsluftstromes, der über den Förderer bereit gestellt wird, wieder entzogen wird (beispielsweise mit einer entsprechenden Saugvorrichtung). Insofern können auch eine Dosiervorrichtung und ein Förderer gemeinsam bei dem Verbrennungskessel realisiert sein.
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Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform ist der zumindest eine erste Sensor, der zumindest eine zweite Sensor, die zumindest eine Dosiervorrichtung, zumindest ein Antrieb des zumindest einen Förderers, eine Verbrennungsluftzufuhr der Verbrennungskammer und/oder mindestens eine der zumindest teilweisen verschließbaren Öffnungen des Gehäuses mit einer Kontrolleinheit Daten leitend verbunden, wobei die Kontrolleinheit zur Regelung eines Verbrennungsluftzustroms durch die zumindest eine Materialabgabeöffnung eingerichtet ist.
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Hierdurch ist eine besonders einfache automatisierte Kontrolle, das heißt insbesondere eine besonders einfache automatisierte Steuerung und/oder Regelung, des zumindest einen durch die zumindest eine Materialabgabeöffnung strömenden Verbrennungsluftzustroms möglich. Bei dem zumindest einen Antrieb des zumindest einen Förderers handelt es sich beispielsweise um einen Elektromotor, mit dem eine Fördergeschwindigkeit des Förderers verändert werden kann.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figur eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigt, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist.
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Aus der 1 geht schematisch ein Verbrennungskessel 2 mit einer Verbrennungskammer 11 hervor. Innerhalb der Verbrennungskammer 11 erfolgt eine Verbrennung von Brennstoff 1 unter Zufuhr von Verbrennungsluft über eine (primäre/sekundäre) Verbrennungsluftzufuhr 15. Außerdem weist der Verbrennungskessel 2 eine Mehrzahl von Apparateöffnungen 19 auf, durch die (zeitweise und/oder permanent) ein zusätzlicher Luftstrom eintreten kann, z. B. wenn dort Sensoren und/oder Reinigungsgeräte hindurchgeführt und/oder betrieben werden. Die Verbrennungskammer 11 des Verbrennungskessels 2 weist zudem eine Materialabgabeöffnung 3 auf, über die Verbrennungsrückstände 6 auf ein unterhalb der Materialabgabeöffnung 3 angeordneten Förderers 5 aus der Verbrennungskammer 11 entfernt werden können. Der Förderer 5 ist hier als Bandförderer ausgebildet. Zur Kontrolle eines Verbrennungsluftzustroms 16 ist im Bereich der Materialabgabeöffnung 3 eine Dosiervorrichtung 4 angeordnet, die hier in Form von zwei drehbar gelagerten Klappen ausgeführt ist. Der Verbrennungsluftzustrom wird verringert durch Schließen der Dosiervorrichtung 4 und erhöht durch ein Öffnen der Dosiervorrichtung 4. Der Verbrennungskessel 2 weist in der Verbrennungskammer 11 zudem einen ersten Sensor 9 zur Bestimmung einer zur Verfügung stehenden Verbrennungsluftmenge in dem Verbrennungskessel 2 auf und einen zweiten Sensor 10 zur Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft des Verbrennungsluftzustroms 16 im Bereich der Materialabgabeöffnung 3 auf. Neben der Dosiervorrichtung 4 ist der Verbrennungsluftzustrom 16 auch durch einen Antrieb 12 des Förderers 5, insbesondere durch eine Anpassung einer Fördergeschwindigkeit des Förderers 5 und somit einer Beladungshöhe 17 des Förderers 5, kontrollierbar.
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Der Förderer 5 ist zudem in einem Gehäuse 8 angeordnet, das in diesem Ausführungsbeispiel zwei zumindest teilweise und/oder vollständig verschließbare Öffnung 7 aufweist. Die untere der beiden zumindest teilweise und/oder vollständig verschließbaren Öffnungen 7 ist durch eine verstellbare Klappe 14 zumindest teilweise und/oder vollständig verschließbar. Durch die beiden teilweise und/oder vollständig verschließbaren Öffnungen 7 strömt Umgebungsluft in das Gehäuse 8 ein und bildet entlang des Förderers 5 einen Strömungspfad 18 in Richtung der Verbrennungskammer 11 aus. Die Umgebungsluft im Gehäuse 8 kann die Verbrennungsrückstände 6 auf dem Förderer 5 zumindest teilweise kühlen und eine Nachverbrennung der Verbrennungsrückstände 6 auf dem Förderband 5 zumindest teilweise fördern, wobei der Umgebungsluft durch die Nachverbrennung der Verbrennungsrückstände 6 auf dem Förderer 5 zumindest teilweise Sauerstoff entzogen wird. Dies bedeutet, dass sich die Sauerstoffkonzentration der Umgebungsluft in Richtung der Verbrennungskammer zumindest teilweise verringert. Der erste Sensor 9, der zweite Sensor 10, die Dosiervorrichtung 3, der Antrieb 12, die Verbrennungsluftzufuhr 15 und/oder die Klappe 14 sind (hier gestrichelt angedeutet) Daten leitend mit einer Steuerung 13 verbunden, die dazu eingerichtet ist, den Verbrennungsluftzustrom 16 zu kontrollieren, um die zur Verfügung stehende Verbrennungsluftmenge, das heißt insbesondere die zur Verfügung stehende Sauerstoffmenge, in den Verbrennungskessel 2 an die gewünschte Verbrennungsluftmenge, das heißt insbesondere die gewünschte Sauerstoffmenge, zumindest teilweise oder vollständig anzugleichen.
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Die Erfindung zeichnet sich durch eine besonders exakte Regelung der zur Verfügung stehenden Verbrennungsluftmenge in dem Verbrennungskessel aus und ermöglicht, die bei der Verbrennung von Brennstoffen entstehenden Schadstoffe besonders vorteilhaft zu reduzieren, wobei gleichzeitig eine sehr gute (vollständige) Behandlung der ausgetragenen Verbrennungsrückstände gewährleistet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennstoff
- 2
- Verbrennungskessel
- 3
- Materialabgabeöffnung
- 4
- Dosiervorrichtung
- 5
- Förderer
- 6
- Verbrennungsrückstände
- 7
- verschließbare Öffnung
- 8
- Gehäuse
- 9
- erster Sensor
- 10
- zweiter Sensor
- 11
- Brennkammer
- 12
- Antrieb
- 13
- Steuerung
- 14
- Klappe
- 15
- Verbrennungsluftzufuhr
- 16
- Verbrennungsluftzustrom
- 17
- Beladungshöhe
- 18
- Strömungspfad
- 19
- Apparateöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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