DE102017008123A1

DE102017008123A1 - Feuerungsanlage und Verfahren zum Betreiben einer Feuerungsanlage

Info

Publication number: DE102017008123A1
Application number: DE102017008123.9A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Martin; Robert von Raven; Martin MURER
Original assignee: Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
Current assignee: Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2019-02-28
Also published as: JP2019045130A; US20190063745A1; MX2018010405A; CA3014250A1; AU2018214150A1; PL3450846T3; ES2805832T3; JP7341449B2; BR102018067278A2; DK3450846T3; EP3450846A1; EP3450846B1; SG10201806938TA

Abstract

Eine spezielle Verteilung der Düsen im Rauchgaszug und deren Ausrichtung ermöglichen es, das Rauchgas auf einer wellenförmigen Linie zu führen. Dabei kann die Zugabe der Verbrennungsluft auf Primärluft und Sekundärluft verteilt während des Betriebs der Feuerungsanlage variiert werden, um beispielweise bei Einhaltung eines konstanten Verbrennungsluftverhältnisses auch den Ausbrand pro Zeit konstant zu halten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Feuerungsanlage mit einem Rauchgaszug, der Düsen an gegenüberliegenden Seiten des Rauchgaszuges aufweist, um ein Fluid in das Rauchgas einzudüsen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Feuerungsanlage, bei dem zumindest ein Teil der Verbrennungsluft durch an gegenüberliegenden Seiten des Rauchgaszuges angeordnete Düsen dem Rauchgas zugegeben wird.
Es ist bekannt, bei einer Feuerungsanlage nicht nur die Primärluft zu variieren, sondern auch die Sekundärluft über unterschiedliche Düsen dem Rauchgas zuzugeben. Die Zugabe von Fluiden im Sekundärverbrennungsbereich dient der Verwirbelung der Rauchgase und soll eine homogene Vermischung von Rauchgas und über die Düsen zugegebene Sekundärluft bewirken. Durch spezielle Düsenausbildungen wird in der Praxis eine starke Verwirbelung erreicht, die zu einer Vermischung der zugegebenen Sekundärluft mit dem Rauchgas führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine derartige Feuerungsanlage weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird mit einer gattungsgemäßen Feuerungsanlage gelöst, bei der die Düsen derart angeordnet sind, dass das Rauchgas im Rauchgaszug auf einer wellenförmigen Linie hin und her bewegt wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Düsen nicht nur für eine Verwirbelung verwendet werden können, sondern auch so angeordnet sein können, dass sich das Rauchgas auf einer wellenförmigen Linie im Rauchgaszug bewegt. Das heißt, ein einzelnes Rauchgaspartikel wird nicht auf einer geraden Linie oder Spirale vom Feuerungsrost kommend im Rauchgaszug geführt. Der Partikel wird auch nicht unter Inkaufnahme von Verwirbelungen durch den Rauchgaszug geführt, um intensiv mit Sekundärluft vermischt zu werden.
Erfindungsgemäß fließen die Rauchgaspartikel auf einer Wellenlinie durch den Rauchgaszug. Dies führt dazu, dass im Wesentlichen alle Partikel eine längere Verweilzeit im Rauchgaszug haben als dies bei einer geraden Durchströmung möglich wäre. Während bei einer Verwirbelung einzelne Rauchgaspartikel einen besonders langen Weg innerhalb des Rauchgaszuges haben und andere Partikel besonders schnell den Rauchgaszug durchströmen, führt die erfindungsgemäße Rauchgasführung dazu, dass im wesentlichen alle Partikel eine längere Bahn im Rauchgaszug durchlaufen. Dadurch erhöht sich die Verweilzeit der Partikel im Rauchgaszug. Die Führung auf der wellenförmigen Linie ist möglich, da heiße Rauchgase eine zähflüssige Konsistenz haben und daher durch die Düsen auf einer Bahn geführt werden können.
Erfindungsgemäß werden die Düsen somit nicht wie im Stand der Technik für eine Verwirbelung eingesetzt, sondern gezielt so ausgerichtet, dass die Rauchgase durch das eingedüste Fluid auf einer Wellenlinie fließen, wodurch die Verweilzeit innerhalb des Rauchgaszuges erhöht wird.
Um die Rauchgase auf einer wellenförmigen Linie zu führen, müssen Druck, Volumenstrom und Ausrichtung sowie die Ausbildung der Düsen speziell eingestellt werden. Je nach geometrischer Ausbildung des Rauchgaszuges können die Düsenparameter mittels einfacher Versuche so eingestellt werden, dass eine definierte wellenförmige Linie erreicht wird. Diese wellenförmige Linie sollte mindestens drei und vorzugsweise sogar mehr als vier Umkehrpunkte aufweisen.
Als Fluid kann auch eine Flüssigkeit zugegeben werden, die in der Regel beim Eintritt in den Rauchgaszug verdampft. Vorteilhaft ist es, wenn als Flüssigkeit ein Gas zugegeben wird. Dieses Gas kann beispielsweise Luft oder Dampf sein.
Bekannte Düsen in Rauchgaszügen sind derart im Rauchgaszug angeordnet, dass die Düse eine Ausrichtung senkrecht zur Wandung des Rauchgaszuges hat, in der sie angeordnet ist.
Für die der Erfindung zugrunde liegende Lösung ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Hauptdüsenrichtung der zwei an gegenüberliegenden Seiten des Rauchgaszuges angeordneten Düsen in einem Winkel von mindesten 5°, vorzugsweise mehr als 10° von einer die Düse verbindenden Linie liegt.
Insbesondere wenn der Düse keine andere Düse gegenüber liegt, ist es vorteilhaft, wenn die Hauptdüsenrichtung einer Düse von der kürzesten Verbindung zur gegenüberliegenden Seite des Rauchgaszuges um mindestens 5°, vorzugsweise mehr als 10° abweicht.
Bezogen auf eine horizontale Linie ist es vorteilhaft, wenn die Hauptdüsenrichtung mindestens einer Düse von einer horizontalen Ebene im Rauchgaszug um mindestens 5°, vorzugsweise mehr als 10° abweicht.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für Feuerungsanlagen, die für die Verbrennung einen Feuerrost aufweisen.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn sich der Rauchgaszug vom Feuerrost in Flussrichtung des Rauchgases erweitert. Eine Feuerungsanlage, bei der sich der Rauchgaszug vom Feuerrost in Flussrichtung des Rauchgases erweitert, ist auch unabhängig von den zuvor genannten Merkmalen einer Feuerungsanlage erfindungswesentlich.
Eine derartige Erweiterung des Rauchgaszuges führt zu einer umgekehrten Düse und somit zu einer Verlangsamung der Strömung im Rauchgaszug. Somit wird kumulativ oder alternativ zur Bewegung der Rauchgase auf einer wellenförmigen Linie vorgeschlagen, die Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase im Rauchgaszug durch eine Erweiterung des Rauchgaszuges zu verringern. Unter einer Erweiterung des Rauchgaszuges wird ein sich in Flussrichtung der Rauchgase erweiternder Querschnitt des Rauchgaszuges verstanden. Dabei wird unter der Strömungsrichtung der Rauchgase bei einer wellenförmigen Linie die Verbindung der Umkehrpunkte der Welle verstanden.
Eine ebenfalls auch unabhängig von den zuvor genannten Merkmalen erfindungsrelevante Ausführungsform der Feuerungsanlage sieht vor, dass der Rauchgaszug einen unteren und einen oberen Bereich aufweist und im unteren Bereich der Zugang vom Feuerrost zum Rauchgaszug versetzt zum oberen Bereich angeordnet ist.
Während die Rauchgase im Rauchgaszug im Wesentlichen nach oben strömen und die Verweildauer im Rauchgaszug durch das Bewegen der Rauchgase auf einer wellenförmigen Linie und/oder durch eine Erweiterung des Rauchgaszuges erhöht werden kann, kann bei unveränderter Höhe des Rauchgaszuges auch durch eine Versetzung des Zugangs vom Feuerrost zum Rauchgaszug zum übrigen Rauchgaszug die Verweildauer im Rauchgaszug erhöht werden.
Eine spezielle Ausführungsform sieht vor, dass oberhalb des Feuerrostes in Flussrichtung des Rauchgases vor dem Rauchgaszug mindestens eine Düse angeordnet ist, um ein Fluid in das Rauchgas einzudüsen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch mit einem gattungsgemäßen Verfahren gelöst, bei dem die Verbrennungsluft als Primärverbrennungsluft und Sekundärverbrennungsluft oder als Sekundärverbrennungsluft während des Betriebs der Verbrennungsanlage variierend unterschiedlich auf mehrere Zugabestellen verteilt zugegeben wird. Während üblicherweise die Zugabe der Verbrennungsluft optimiert wird und während des Betriebs der Verbrennungsanlage nicht mehr verändert wird, schlägt die Erfindung vor, die Verteilung der Verbrennungsluft auf unterschiedliche Zugabestellen während des Betriebs der Verbrennungsanlage zu variieren.
Es ist zwar bekannt, bei Feuerungsanlagen im Bereich des Feuerungsrostes die Primärluft entsprechend einer optischen Analyse der Verbrennung auf dem Rost quer zur Förderrichtung auf dem Rost zu variieren. Neu ist jedoch die Variation der Luftzugabe zwischen Primär- und Sekundärverbrennungsluft und die Variation innerhalb unterschiedlicher Zugabestellen der Sekundärluft. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn während der Variation das Verbrennungsluftverhältnis (λ) konstant gehalten wird.
Die Verbrennungsluft kann auf die Düsen und den Rost verteilt zugegeben werden oder es kann auch die Verteilung der Teilvolumenströme auf diese Düsen gesteuert variiert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn während des Betriebs der Verbrennungsanlage die Verteilung der Verbrennungsluft auf die einzelnen Zugabestellen NO_x, CO und/oder O₂ optimiert durchgeführt wird. Das heißt zur Optimierung von Parametern wie NO_x, CO und/oder O₂ wird die Verteilung des Volumenstroms der Zugabe an den einzelnen Düsen und/oder an den Düsen und dem Rost während des Betriebs der Verbrennungsanlage verändert.
Kumulativ oder alternativ wird vorgesehen, dass die Verteilung der Verbrennungsluft derart auf die Düsen im Rauchgaszug verteilt wird, dass ein nahezu konstanter Ausbrand pro Zeit erreicht wird. Dabei können der Gas- und/oder der Feststoffausbrand optimiert werden.
Die Düsen ermöglichen es, die Höhe der Ebene des Ausbrandes innerhalb des Rauchgaszuges zu variieren und durch Messungen den Ausbrand in Abhängigkeit von der Höhe im Rauchgaszug zu analysieren und davon abhängig die Fluidzugabe über die Düsen so zu variieren, dass beispielsweise ein bestimmter Ausbrandgrad in einer bestimmten Höhe des Rauchgaszuges nicht unterschritten wird.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigt

1 schematisch die Anordnung von Fluidzugabestellen an einer Feuerungsanlage und
2 schematisch eine wellenförmige Linie von Rauchgasen in einem Rauchgaszug.

Die in 1 gezeigte Feuerungsanlage 1 hat einen Feuerrost 2 und einen Rauchgaszug 3. Die Pfeile 4 deuten die Zugabe von Primärluft am Feuerrost 2 an und die Pfeile 5 bis 9 deuten die Zugabe von Sekundärluft über Düsen an. Die Düsen 10 bis 14 sind nur schematisch angedeutet. Dabei ist die Düse 10 oberhalb des Feuerrostes 2 angeordnet und die Düsen 11 und 12 sind an einer Seite 15 des Rauchgaszuges 3 und die Düsen 13 und 14 sind an der gegenüberliegenden Seite 16 des Rauchgaszuges 3 angeordnet.
Die punktierten Linien 17 bis 21 deuten die Hauptdüsenrichtung der Düsen 10 bis 14 an.
Zur Hauptdüsenrichtung 17 zeigt der Winkel 22 die Ausrichtung relativ zu einer die Düsen 12 und 14 verbindenden Linie 23. Der Winkel 24 zeigt die Ausrichtung der Hauptdüsenrichtung 17 in Bezug auf die kürzeste Verbindung 25 von der Düse 14 zur gegenüberliegenden Seite 15 des Rauchgaszuges 3. Der Winkel 26 zeigt schließlich die Hauptdüsenrichtung 17 der Düse 14 in Bezug auf eine horizontale Ebene 27 im Rauchgaszug 3.
Die zwei gegenüberliegenden Seiten 15 und 16 des Rauchgaszuges 3 stehen in einem Winkel 28 zueinander, sodass sich der Rauchgaszug 3 im Bereich zwischen dem Zugang 29 zum Rauchgaszug 3 und einem Übergang 30 zu senkrechten Seiten 31 und 32 des Rauchgaszuges 3 konisch erweitert.
Dadurch entsteht ein unterer Bereich 33 des Rauchgaszuges 3 zwischen dem Zugang 29 vom Feuerrost 2 zum Rauchgaszug 3 und dem Übergang 30 vom Bereich 33 des Rauchgaszuges 3 mit den schrägen Seiten 15, 16 zu dem Bereich 34 des Rauchgaszuges mit senkrechten Wänden 31 und 32, der versetzt zu diesem zweiten Bereich 34 zwischen den senkrechten Wänden 31 und 32 angeordnet ist.
Die Düse 10 mit ihrer Hauptdüsenrichtung 21 ist an einer dem Feuerrost 2 gegenüberliegenden Wand 35 angeordnet und liegt somit in einem Bereich 36 oberhalb des Feuerrostes 2 und vor dem Eintritt in den unteren Bereich 33.
Beim Betrieb der Feuerungsanlage 1 entsteht durch die Düsen 10 bis 14 eine wellenförmige Linie 37 des Rauchgases 38, das auf dem Feuerrost 2 entsteht. Durch die Zugabe von Sekundärverbrennungsluft 39 bis 43 als Gas zum Rauchgas 38 entsteht die wellenförmige Linie 37 mit ihren Umkehrpunkten 44 bis 48. Über den Rost 2 wird die Primärverbrennungsluft 49 der Feuerungsanlage 1 zugeführt.
Dies ermöglicht es, die Verbrennungsluft so zuzugeben, dass das Rauchgas 38 auf der wellenförmigen Linie 37 fließt. Ein bevorzugtes Verfahren sieht darüber hinaus vor, dass entweder die Sekundärverbrennungsluft 39 bis 43 oder die Primärverbrennungsluft 49 und die Sekundärverbrennungsluft 39 bis 43 während des Betriebs der Verbrennungsanlage als Volumenstrom oder Massestrom in der Menge variierend auf die unterschiedlichen Zugabestellen am Rost 2 oder an den Düsen 10 bis 14 verteilt zugegeben wird. Dabei kann das Verbrennungsluftverhältnis während des Betriebs der Verbrennungsanlage variieren. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Verbrennungsluftverhältnis konstant gehalten wird.
Sensoren 50, 51 und 52 für NO_x, CO und/oder O₂ sind mit einer Steuerung 53 verbunden, um die Verteilung der Verbrennungsluft aus Primärverbrennungsluft 49 und Sekundärverbrennungsluft 39 bis 43 auf die einzelnen Zugabestellen zu optimieren.
Aus den mit den Sensoren 50 bis 52 ermittelten Messwerten kann der Ausbrand ermittelt werden und dies ermöglicht es, die Verteilung der Verbrennungsluft auf die Düsen so einzustellen, dass der Ausbrand pro Zeit nahezu konstant bleibt.

Claims

Feuerungsanlage (1) mit einem Rauchgaszug (3), der Düsen (11 bis 14) an gegenüberliegenden Seiten (15, 16) des Rauchgaszuges (3) aufweist, um ein Fluid in das Rauchgas einzudüsen, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (11 bis 14) derart angeordnet sind, dass das Rauchgas (38) im Rauchgaszug (3) auf einer wellenförmigen Linie (37) hin und her bewegt wird.
Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Gas ist.
Feuerungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Luft ist.
Feuerungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Dampf ist.
Feuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wellenförmige Linie (37) mindestens drei und vorzugsweise mehr als vier Umkehrpunkte (44 bis 48) aufweist.
Feuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptdüsenrichtung (17 bis 20) der zwei an gegenüber liegenden Seiten (15, 16) des Rauchgaszuges (3) angeordneten Düsen (11 bis 14) in einem Winkel (22) von mindestens 5°, vorzugsweise mehr als 10°, von einer die Düsen (11 bis 14) verbindenden Linie (23) liegt.
Feuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptdüsenrichtung (17 bis 21) einer Düse (11 bis 14) von der kürzesten Verbindung (25) zur gegenüberliegenden Seite (15, 16) des Rauchgaszuges (3) um einen Winkel (24) mindestens 5°, vorzugsweise mehr als 10°, abweicht.
Feuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptdüsenrichtung (17 bis 21) mindestens einer Düse (10 bis 14) von einer horizontalen Ebene (27) im Rauchgaszuges (3) um eine Winkel (26) von mindestens 5°, vorzugsweise mehr als 10°, abweicht.
Feuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerungsanlage (1) für die Verbrennung einen Feuerrost (2) aufweist.
Feuerungsanlage insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Rauchgaszug (3) vom Feuerrost (2) in Flussrichtung des Rauchgases (38) erweitert.
Feuerungsanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rauchgaszug (3) einen unteren Bereich (33) und einen oberen Bereich (34) aufweist und im unteren Bereich (33) der Zugang (29) vom Feuerrost (2) zum Rauchgaszug (3) versetzt zum oberen Bereich (34) angeordnet ist.
Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Feuerrostes (2) in Flussrichtung des Rauchgases (38) vor dem Rauchgaszug (3) mindestens eine Düse (10) angeordnet ist, um ein Fluid in das Rauchgas (38) einzudüsen.
Verfahren zum Betreiben einer Feuerungsanlage (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Teil der Verbrennungsluft (39 bis 43 und 49) durch an gegenüberliegenden Seiten des Rauchgaszuges (3) angeordnete Düsen (11 bis 14) dem Rauchgas (38) zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft (39 bis 43 und 49) als Primärverbrennungsluft (49) und Sekundärverbrennungsluft (39 bis 43) oder als Sekundärluft (39 bis 43) während des Betriebs der Feuerungsanlage (1) variierend unterschiedlich auf mehrere Zugabestellen (2, 10 bis 14) verteilt zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsluftverhältnis konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft (39 bis 43 und 49) auf die Düsen (10 bis 14) und den Feuerrost (2) verteilt zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Teilvolumenströme auf die Düsen (10 bis 14) gesteuert variiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Feuerungsanlage (1) die Verteilung der Verbrennungsluft (39 bis 43 und 49) auf die einzelnen Zugabestellen (10 bis 14, 4) NO_x, CO und/oder O₂ optimiert durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Verbrennungsluft (39 bis 43 und 49) derart auf die Düsen (10 bis 14) verteilt wird, dass ein nahezu konstanter Ausbrand (Gas- und/oder Feststoffausbrand) pro Zeit erreicht wird.