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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungsanlage nach Art einer Kohlenstoffverbrennungsanlage, Abfallverbrennungsanlage, einer Ersatzbrennstoffanlage oder einer Biomasseverbrennungsanlage.
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In Anlagen der vorgenannten Art werden regelmäßig Brennstoffe, wie z. B. Kohle oder Abfälle, verbrannt. Hierzu werden die Brennstoffe auf einem Brennstoffrost innerhalb eines Brennraums der Verbrennungsanlage verbrannt. Bei bekannten Verbrennungsanlagen hat sich herausgestellt, dass hierbei die produzierte Asche der Brennstoffe häufig nicht zur Weiterverarbeitung, bspw. zur Zementherstellung, geeignet ist, weil die Korngröße der Asche nicht die erforderliche Größe aufweist und/oder die Asche einen zu hohen Anteil von unverbrannten Bestandteilen aufweist.
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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 eine Verbrennungsanlage anzugeben, mit deren Hilfe Verbrennungsrückstände produziert werden können, die hinsichtlich einer Weiterverarbeitung vorteilhafte Eigenschaften aufweisen. Zudem soll auch ein Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffen angegeben werden, bei dem Verbrennungsrückstände anfallen, die für eine Weiterbehandlung vorteilhafte Eigenschaften aufweisen.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Verbrennungsanlage gemäß dem Patentanspruch 1 und einem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 10. 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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Die erfindungsgemäße Verbrennungsanlage weist einen Brennraum auf, der zumindest teilweise von einem Gehäuse umgeben ist, wobei der Brennraum zumindest einen Ascheauslass hat, dem zumindest ein Nachverbrennungsrost für unverbrannte Bestandteile der Asche zugeordnet ist.
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In dem Brennraum der Verbrennungsanlage werden Brennstoffe, wie insbesondere Braunkohle, Steinkohle, Abfall und/oder Ersatzbrennstoffe, wie z. B. Kunstoffe und/oder Altreifen, verbrannt, um thermische Energie freizusetzen. Diese thermische Energie wird den Verbrennungsabgasen mit Hilfe von Wärmetauschern (wie z. B Rohrpaketen) entzogen und bspw. Turbinen zur Umsetzung der thermischen Energie in elektrische Energie zugeführt. Hierzu wird der Brennstoff über einen Brennstoffschacht dem Brennraum zugeführt, in dem der Brennstoff verbrennt. Der Brennraum wird zumindest teilweise von einem Gehäuse umgeben, das mit Kühlwasser führenden Rohren (Wärmetauscher) und/oder zumindest teilweise mit einer feuerfesten Auskleidung versehen ist. Nach der nahezu vollständigen, primären Verbrennung des Brennstoffs in dem Brennraum wird die Asche des Brennstoffs mit den darin enthaltenen unverbrannten Bestandteilen des Brennstoffs über zumindest einen Ascheauslass aus dem Brennraum entfernt. Bei dem zumindest einen Ascheauslass handelt es sich insbesondere um eine (verschließbare) Öffnung im Brennraumboden, durch die die Asche aus dem Brennraum entfernt werden kann. Hierzu ist ein Brennraumboden bspw. mit einem Gefälle in Richtung des zumindest einen Ascheauslasses ausgebildet und/oder im Brennraum sind Brennstoffförderer, wie z. B. bewegliche Schieber und/oder Rollenförder und/oder Plattenförderer und/oder Kettenförder angeordnet, mit denen der Brennstoff und/oder die Asche in Richtung des zumindest einen Ascheauslasses gefördert werden können. Dem zumindest einen Ascheauslass schließt sich ein Schacht und/oder Trichter an, durch den bzw. die die Asche mit den unverbrannten Bestandteilen der Brennstoffe mit Hilfe der Schwerkraft aus dem Brennraum entfernt werden können. Um den Anteil unverbrannter Bestandteile der Asche zu minimieren, wird demnach mit anderen Worten vorgeschlagen, im zumindest einen Ascheauslass und/oder in dem sich an den zumindest einen Ascheauslass anschließenden Schacht und/oder Trichter zumindest ein Nachverbrennungsrost anzuordnen. Damit ist insbesondere auch gemeint, dass dieses Nachverbrennungsrost noch Teil der Verbrennungsanlage ist, also in einem Bereich hin bis zur Aufgabestelle auf einen nachgelagerten Ascheförderer, der unterhalb des Ascheauslasses montiert ist. Bei dem zumindest einen Nachverbrennungsrost handelt ist sich um eine horizontale und/oder zumindest teilweise geneigte Ebene, auf der die Asche mit den unverbrannten Bestandteilen zumindest teilweise für eine gewisse Dauer zum Liegen kommt. Das zumindest eine Nachverbrennungsrost ist insbesondere in der Art eines Walzenrosts, Vorschubrosts, Rückschubrosts, Planrosts, Wanderrosts und/oder Treppenrosts ausgebildet und/oder besteht zumindest teilweise aus (Hohl-)Rohren, Hohl-(Balken) und/oder Gittern.
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Bei der Entfernung der Asche aus dem Brennraum fällt die Asche in Folge der Schwerkraft durch den zumindest einen Ascheauslass auf das Nachverbrennungsrost, so dass die Asche durch den Aufprall auf das zumindest eine Nachverbrennungsrost zumindest teilweise zerkleinert und/oder durchmischt wird und somit unverbrannte Bestandteile der Asche freigegeben werden. Hierzu ist das zumindest eine Nachverbrennungsrost derart angeordnet, dass die Asche aus einer Höhe von zumindest 1 Meter, besonders bevorzugt zumindest 2 Meter oder ganz besonders bevorzugt zumindest 3 Meter aus dem Brennraum auf das zumindest eine Nachverbrennungsrost fällt. Auf dem zumindest einen Nachverbrennungsrost wird die Asche einer Nachverbrennung unterzogen. Dies bedeutet insbesondere, dass die Nachverbrennung der Asche zeitlich und/oder örtlich entfernt von der (primären) Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer erfolgt und/oder zwischen der Verbrennung im Brennraum und der Nachverbrennung auf dem zumindest einen Nachverbrennungsrost eine Reduzierung der Temperatur der Asche erfolgt. Zur Nachverbrennung der Asche verbleibt die Asche zumindest teilweise auf dem zumindest einen Nachverbrennungsrost so lange, bis die unverbrannten Bestandteile der Asche auf ein Maß reduziert wurden, das für eine Weiterverarbeitung der Asche vorteilhaft ist. Der zulässige Anteil von unverbrannten Bestandteilen in der Asche hängt von der vorgesehenen Weiterverarbeitung der Asche ab und ist durch den Fachmann durch Routinetätigkeiten bestimmbar.
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Vorzugsweise hat der Brennraum zumindest ein Hauptverbrennungsrost.
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Dieses Hauptverbrennungsrost bildet zumindest teilweise den Boden des Brennraums und ist nach Art eines Walzenrosts, Vorschubrosts, Rückschubrosts, Planrosts, Wanderrosts und/oder Treppenrosts ausgebildet. Das zumindest eine Hauptverbrennungsrost dient insbesondere dazu, den Brennstoff durch den Brennraum, insbesondere in Richtung des zumindest einen Ascheauslasses, zu transportieren und kann insbesondere Durchlässe aufweisen, um den Brennstoff auf dem Hauptverbrennungsrost zu durchlüften.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn das zumindest eine Nachverbrennungsrost starr mit dem zumindest einen Ascheauslass oder mit einem sich an den zumindest einen Ascheauslass anschließenden Schacht oder Trichter verbunden ist. Dies bedeutet insbesondere, dass die unverbrannten Bestandteile der Asche, nachdem diese auf dem zumindest einen Nachverbrennungsrost zum Liegen gekommen sind, im Wesentlichen bewegungslos verbrennen können.
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Vorzugsweise ist das zumindest eine Nachverbrennungsrost mit einer Kühlvorrichtung ausgeführt. Hierbei kann es sich insbesondere um eine zumindest teilweise Durchströmung des zumindest einen Nachverbrennungsrosts mit einem Kühlmedium handeln. Hierdurch kann eine Überhitzung des zumindest einen Nachverbrennungsrosts und somit eine Beschädigung verhindert werden. So kann beispielsweise bei einer direkten Befeuerung im Bereich des Nachverbrennungsrots auch die Temperatur der weitergeleiteten (zumindest teilweise erstarrten) Asche und/oder die dort vorbeiströmende Luftströmung hinsichtlich der Temperatur beeinflusst bzw. eingestellt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Brenner benachbart zum zumindest einen Nachverbrennungsrost angeordnet ist. Dieser zumindest eine Brenner wird bevorzugt mit Öl und/oder Gas betrieben und dient insbesondere dazu, unverbrannte Bestandteile der Asche auf dem zumindest einen Nachverbrennungsrost zu entzünden und die Nachverbrennung der Asche zu unterstützen. Hierdurch kann in besonders vorteilhafter Weise der Anteil der unverbrannten Bestandteile in der Asche aktiv gesteuert werden.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn dem zumindest einen Nachverbrennungsrost ein Ascheförderer nachgelagert ist, der eine weitere Verbrennungszone aufweist. Dies bedeutet insbesondere, dass die durch den Ascheförderer geförderte Asche auf dem Ascheförderer weiter verbrennt und somit sich der Anteil unverbrannter Bestandteile in der Asche noch weiter reduziert. Damit ist neben der primären Verbrennung im Brennraum, dem sekundären Verbrennen im Bereich des Nachverbrennungsrosts und einem tertiären Verbrennen im Ascheförderer eine sehr kompakte und vollständige Verbrennung des Brennstoffs ermöglicht, auch wenn es sich dabei um „schwer brennbare” Brennstoffe handelt. Gleichzeitig werden der vorhandene Bauraum hochgradig ausgenutzt und die Effektivität der Verbrennungsanlage deutlich verbessert. Hierzu können in dem Ascheförderer Öffnungen angebracht sein, durch die die Asche mit Nachverbrennungsluft zumindest teilweise durchströmt werden kann.
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Vorzugsweise ist die Position des zumindest einen Nachverbrennungsrosts verstellbar. Dies bedeutet insbesondere, dass das zumindest eine Nachverbrennungsrost in dem Ascheauslass und/oder in dem sich dem zumindest einen Ascheauslass anschließenden Schacht und/oder Trichter zumindest teilweise höhenverstellbar ist und/oder zum zumindest teilweisen Entfernen der Asche von dem zumindest einen Nachverbrennungsrost zumindest teilweise verschwenkt und/oder gedreht werden kann.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform weist das zumindest eine Hauptverbrennungsrost erste Durchlässe oder das zumindest eine Nachverbrennungsrost zweite Durchlässe auf, wobei eine Größe der ersten Durchlässe oder eine Größe der zweiten Durchlässe verstellbar ist. Die ersten Durchlässe und/oder zweiten Durchlässe dienen insbesondere der Durchströmung des Brennstoffs und/oder der Asche mit (Verbrennungs-)Gas, insbesondere Sauerstoff. Darüber hinaus dienen die ersten Durchlässe und/oder zweiten Durchlässe zum Entfernen der Brennstoffe und/oder Asche aus dem Brennraum und/oder dem zumindest einen Ascheauslass. Durch die Verstellbarkeit der Größe der ersten Durchlässe und/oder zweiten Durchlässe kann gewährleistet werden, dass die Asche das zumindest eine Hauptverbrennungsrost und/oder zumindest eine Nachverbrennungsrost erst dann durch die ersten Durchlässe und/oder zweiten Durchlässe hindurch fallen kann, wenn diese soweit verbrannt ist, dass sich eine Körnung einstellt, die kleiner ist als die Größe der ersten Durchlässe und/oder zweiten Durchlässe. Darüber hinaus kann die Verstellung der Größe der ersten Durchlässe und/oder die Verstellung der Größe der zweiten Durchlässe auch zur Steuerung einer Sauerstoffmenge dienen, die durch das zumindest eine Hauptverbrennungsrost und/oder Nachverbrennungsrost durch die Brennstoffe und/oder Asche und/oder in den Brennraum strömt.
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Vorzugsweise ist die Größe der ersten Durchlässe größer als die Größe der zweiten Durchlässe. Mit der Größe der ersten Durchlässe kann hierbei ein gewünschter Vorverbrennungsgrad eingestellt werden, der für eine nachfolgende Nachverbrennung besonders geeignet ist.
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Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird auch ein Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffen vorgeschlagen, das zumindest die folgenden Schritte aufweist:
- a) Bereitstellen von Brennstoff in einem Brennraum;
- b) Zumindest teilweises Verbrennen des Brennstoffs im Brennraum zu Asche;
- c) Fördern des zumindest teilweise verbrannten Brennstoffs und der Asche zu zumindest einem Nachverbrennungsrost, das einem Ascheauslass des Brennraums zugeordnet ist;
- d) Nachverbrennen des zumindest teilweise verbrannten Brennstoffs auf dem zumindest einen Nachverbrennungsrost.
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Klarzustellen ist, dass dieses Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffen insbesondere zur Verbrennung von Brennstoffen in einer erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage vorgesehen ist. Dementsprechend wird hier auf die Beschreibung der erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage verwiesen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist auch vorgesehen, dass anschließend ein Schritt e) durchgeführt wird, wobei die Asche dann auf einen Ascheförderer aufgegeben wird.
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Zudem wird als vorteilhaft angesehen, dass dann nach Schritt e) eine gleichzeitige Nachverbrennung und Kühlung der Asche in dem Ascheförderer während des Transportes erfolgt, wobei besonders bevorzugt Umgebungsluft im Gegenstrom zur Asche mit dieser in Kontakt gebracht wird.
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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. Es zeigt schematisch:
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1: eine erfindungsgemäße Verbrennungsanlage.
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Die 1 zeigt eine Verbrennungsanlage 1 mit einem Brennraum 2. Der Brennraum 2 ist zumindest teilweise von einem Gehäuse 3 und einem Brennraumboden 19 umgeben. In den Brennraum 2 wird Brennstoff 14 über einen Brennstofftrichter 20 und einen Brennstoffschacht 15 eingefüllt. In dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Brennstoff 14 am Ausgang des Brennstoffschachts 15 mit Hilfe eines zumindest vertikal beweglichen Brennstoffförderers 16 durch den Brennraum 2 gefördert. In dem Brennraum 2 verbrennt der Brennstoff 14 zumindest teilweise zu Asche 6. Die dabei entstehenden Verbrennungsabgase steigen in dem Brennraum 2 auf und strömen durch Leerzüge 17 der Verbrennungsanlage 1 zu Rohrpaketen 18, die die thermische Energie aus den Verbrennungsgasen zu hier nicht gezeigten Turbinen leiten. Der Brennraumboden 19 ist zumindest teilweise mit einem Hauptverbrennungsrost 7 ausgeführt, das erste Durchlässe 12 aufweist. Die ersten Durchlässe 12 können in ihrer Größe verstellt und/oder vollständig verschlossen werden und dienen insbesondere der Durchlüftung des Brennstoffs 14 auf dem Hauptverbrennungsrost 7. Brennstoff 14 und/oder Asche 6, die durch die ersten Durchlässe 12 hindurch fallen, können mit einem darunter liegenden Förderer in Richtung eines Schachts 23 und Trichters 22 abtransportiert werden. Darüber hinaus weist der Brennraum 2 ein Ascheauslass 4 auf, an den sich darunter der Schacht 23 bis zu dem Trichter 22 erstreckt. Die Asche 6 wird mit dem Brennstoffförderer 16 in den Ascheauslass 4 gefördert, durch den die Asche 6 durch den Schacht 23 auf ein Nachverbrennungsrost 5 aus einer Höhe 21 fällt. Auf dem Nachverbrennungsrost 5 erfolgt eine Nachverbrennung unverbrannter Bestandteile der Asche 6, so dass sich der Anteil der unverbrannten Bestandteile der Asche 6 verringert. Zur Unterstützung dieser Nachverbrennung ist im Bereich des Nachverbrennungsrosts 5 ein Brenner 9 angeordnet. Um ein Überhitzen des Nachverbrennungsrosts 5 zu verhindern, wird dieses mit Hilfe einer hier als gestrichelte Pfeile schematisch angedeuteten Kühlvorrichtung 8 mit einem Kühlmedium durchströmt. Das Nachverbrennungsrost 5 weist zudem zweite Durchlässe 13 auf, deren Größe verstellbar ist. Die nachverbrannte Asche fällt durch die zweiten Durchlässe auf einen darunter befindlichen Ascheförderer 10, der entlang seiner Förderstrecke einer Nachverbrennungszone 11 ausbildet ist, in der die unverbrannten Bestandteile der nachverbrannten Asche 6 weiter reduziert werden. Um Aschepartikel mit einem größeren Durchmesser als die zweiten Durchlässe 13 von dem Nachverbrennungsrost 5 entfernen zu können ist, ist das Nachverbrennungsrost 5 um eine hier nicht gezeigte Achse verschwenkbar.
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Die erfindungsgemäße Verbrennungsanlage und das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffen zeichnen sich dadurch aus, dass die mit diesen produzierten Aschen einen besonders niedrigen Anteil unverbrannter Bestandteile aufweisen und somit für eine Weiterverarbeitung besonders geeignet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbrennungsanlage
- 2
- Brennraum
- 3
- Gehäuse
- 4
- Ascheauslass
- 5
- Nachverbrennungsrost
- 6
- Asche
- 7
- Hauptverbrennungsrost
- 8
- Kühlvorrichtung
- 9
- Brenner
- 10
- Ascheförderer
- 11
- Nachverbrennungszone
- 12
- Erste Durchlässe
- 13
- Zweite Durchlässe
- 14
- Brennstoff
- 15
- Brennstoffschacht
- 16
- Brennstoffförderer
- 17
- Leerzüge
- 18
- Rohrpakete
- 19
- Brennraumboden
- 20
- Brennstofftrichter
- 21
- Höhe
- 22
- Trichter
- 23
- Schacht
