DE19613777C2 - Verbrennungsanlage und Nachverbrennungsverfahren - Google Patents

Abstract

Es wird eine Verbrennungsanlage und ein damit durchführbares Nachverbrennungsverfahren zur Verfügung gestellt, mit denen ein homogenes, vollständig verbranntes Abgas erzeugt werden kann, was dadurch erreicht wird, dass eine Verbrennungsanlage, insbesondere für eine Rostfeuerung mit festen Brennstoffen oder Müll, mit einem Feuerraum (2), einem Nachverbrennungsraum (3) und einem nachgeordneten Gasstrahlungsraum mit im Bereich zwischen Feuerraum (3) und Nachverbrennungsraum (3) in mindestens zwei benachbarten horizontalen Ebenen (7; 8) angeordneten Einströmdüsen ausgestattet ist, die in mindestens einer Ebene (7) im Bereich der Ecken der Wandabschnitte angeordnet sind, mit denen nahe jedem benachbarten ebenen Wandabschnitt ein dazu paralleler Strom (10) etwa tangential mit einer hohen Geschwindigkeit zu einem größeren Querschnittskreis (11; 13) eindüsbar ist und die in einer anderen Ebene (8) tangential zu einem gedachten kleineren Querschnittskreis (12; 14) in gleicher und gemeinsamer Umfangsrichtung mit den Einströmdüsen der anderen Ebene (7) nach innen gerichtet sind und mit Einströmdüsen, die als Drallauslass ausgeführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsanlage und ein Nachverbren­ nungsverfahren gemäß den Oberbegriffsmerkmalen der Ansprüche 1 und 8.

Es ist eine Verbrennungsanlage und ein Verfahren zur Wirbelschichtfeue­ rung für pastöse, flüssige, staubige oder körnige Abfallstoffe bekannt, (DE 38 39 381), die aus zwei übereinander angeordneten zylindrischen Brennkammern besteht, die über einen Engpaß miteinander verbunden sind und in denen entgegengesetzte Drallrichtungen erzeugt werden.

Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist zunächst, daß die Anlage sehr aufwendig konstruiert ist und kein grober Abfall oder Müll verfeuert werden kann. Dies erfolgt gewöhnlich in Verbrennungsanlagen mit Rostfeuerung, die bedingt durch diese Brennstoffzufuhr auf recht­ winkligen Rosten ebenfalls rechtwinklige Feuerräume und Rauchgasab­ züge mit rechtwinkligen Nachverbrennungsräumen und Gasstrahlungs­ räumen aufweisen. Eine einfache vertikale Drallerzeugung im Abgas­ strom würde zu Abgassträhnen unvollkommen verbrannter Gase führen, die sich im Zentrum des Wirbels oder in den Ecken durch den Abgaska­ min ziehen würden und dort die Oberfläche verstärkt korrodieren.

Weiterhin ist eine Verbrennungsanlage bekannt, EP 04 45 070 A2, in der horizontale und vertikale Wirbel erzeugt werden, wobei jedoch ebenfalls in den Ecken und zwischen zwei benachbarten vertikalen Wir­ beln Abgassträhnen unvollkommen verbrannter Gase erhalten bleiben.

Die US 51 46 858 offenbart eine Verbrennungsanlage, in der Wirbel un­ terschiedlichen Durchmessers erzeugt werden, jedoch werden hier die äußeren Wandabschnitte der Verbrennungsanlage vernachlässigt, so­ dass dort aggressive Verbrennungsprodukte die Wandungen der Verbrennungsanlage angreifen und sich auch außerhalb der Ecken der Brennkammer Abgassträhnen bilden können.

Eine bekannte Feuerungsanlage, US 47 15 301, weist Brennstoffein­ spritzdüsen und Lufteinspritzdüsen in mehreren Ebenen auf, die jedoch jeweils entgegen gesetzt drehende Wirbel erzeugen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine einfach aufgebaute Verbren­ nungsanlage und ein Nachverbrennungsverfahren zur Verfügung zu stellen, welches zu einem homogenen und vollständig verbrannten Abgas führt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 8 angegebenen techni­ schen Lehren vermittelt.

Die in mehreren benachbarten Ebenen zwischen Feuerraum und Nach­ verbrennungsraum angeordneten Düsen erfüllen dabei jeweils mehrere Aufgaben. Alle Düsen erzeugen einen Strahl mit einer horizontalen Kom­ ponente, die im Abgasstrom einen gleichgerichteten Drall hervorrufen, so daß die Verweildauer des Abgases im Nachverbrennungsraum verlängert wird. Weiterhin zerschneiden die nah und parallel zum Wandbe­ reich einstrahlenden Einströmdüsen die in den Eckbereichen möglicher­ weise bei der Primärverbrennung entstandene Abgassträhnen und zum anderen erzeugen sie eine dünne, die Wandungen schützende Grenz­ schicht, so daß diese nicht mehr so stark der Korrosion durch aggressive unvollständig Verbrennungsprodukte ausgesetzt sind.

Die in der folgenden Ebene angeordneten Einströmdüsen sind weiter nach innen gerichtet, so daß der Abgaswirbel auch innen beschleunigt wird und im Abgaswirbel ein horizontaler Gasaustausch auch von innen nach außen und umgekehrt erfolgt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzeu­ gen die Einströmdüsen einen Strahl mit einer geringen vertikalen Kom­ ponente nach unten, so daß der aufsteigende Abgasstrom leicht abge­ bremst wird, was die Verweildauer des Abgases im Nachverbrennungs­ raum weiter erhöht. Die Düsen können dabei entweder einen festen An­ stellwinkel gegen die Horizontale aufweisen, oder variabel anstellbar sein, so daß während des Verbrennungsvorganges auf die Nachver­ brennung Einfluß genommen werden kann.

Eine vorteilhafte Variante einer Einströmdüse ist als Drallauslaß ausge­ bildet, so daß dem eingedüsten Gas ein zusätzlicher Drall aufgeprägt werden kann, was dazu führt, daß der Strahl durch einen Ansaugeffekt Abgas aufnimmt, wodurch die Vermischung mit Sauerstoffhaltiger Luft insgesamt deutlich verbessert wird. Je nachdem, ob der von den Ein­ strömdüsen erzeugte Drall entgegen oder in Richtung des Abgasstromes gerichtet ist, kann die Ausströmgeschwindigkeit des Abgases weiter vermindert werden.

Als einzudüsendes Gas kann alternativ oder gemeinsam je nach Anfor­ derung und zu verbrennendem Material Luft, ein Luft - Abgas - Gemisch oder ein Luft - Dampf - Gemisch verwendet werden. Die Einströmge­ schwindigkeit beträgt dabei vorzugsweise mehr als 150 m/s, was den Effekt des Zerschneidens von unvollständig verbrannten Abgassträhnen durch den gesamten Querschnitt des Abgaskanals, zumindest aber bis zu einer gegenüberliegenden Ecke, ermöglicht.

Vorteilhafterweise sind im Abgasstrom Meßwertaufnehmer bzw. Senso­ ren angeordnet, die die Zusammensetzung des Abgases erfassen und über einen angeschlossenen Rechner die optimale Zusammensetzung, Geschwindigkeit, Einströmwinkel und Temperatur des einzudüsenden Gases bestimmen.

Eine Verbrennungsanlage mit einem rechteckigen Querschnitt des Feu­ er- bzw. Nachverbrennungsraumes, der eine Länge von fast der doppelten Breite aufweist, z. B. 4000 mm × 7000 mm, wie er bei herkömmli­ chen Müllverbrennungsanlagen anzutreffen ist, kann in einer vorteilhaf­ ten Ausführungsform im Bereich der halben Länge so mit in den Raum hineingerichteten Einströmdüsen versehen und die anderen Einströmdü­ sen so ausgerichtet sein, daß zwei sich gegensinnig drehende Abgaswir­ bel erzeugbar sind. Die mittigen Einströmdüsen sind dabei in den glei­ chen Ebenen angeordnet wie die anderen Düsen und ebenso tangential auf einen größeren und einen kleineren Durchmesser des Abgaswirbels gerichtet.

Ein weitere Vorteil dieser Verbrennungsanlage besteht darin, daß sich beispielsweise herkömmliche Müllverbrennungsanlagen auf einfache Art und Weise zu der erfinderischen Anlage und dem damit durchführbaren Verbrennungsverfahren umrüsten lassen.

Das mit dieser Anlage durchführbare erfindungsgemäße Nachverbren­ nungsverfahren hat den Vorteil, daß die Rauchgase sehr intensiv mit sauerstoffhaltiger Luft oder einem Luft-Abgas- oder Luft-Dampf-Ge­ misch durchmischt werden können, so daß eine vollständige Nachver­ brennung stattfinden kann. Das Indrehungversetzen eines Abgasstromes durch Beschleunigung eines äußeren und eines inneren Bereichs führt auch in horizontaler Richtung zu einem verbesserten Gasaustausch. Weiterhin bremsen die leicht nach unten geneigten Einströmdüsen die Strömungsgeschwindigkeit des Gesamtabgasstromes und erhöhen die Verweilzeit der Abgase in der Nachverbrennungszone. Dieser Effekt und die Durchmischung werden noch dadurch verstärkt, daß die Einströmdü­ sen dem eingespritzten Medium einen Drall aufprägen, der dazu führt, daß Abgase in den Strahl eingesogen werden, so daß sich die Vermi­ schung noch weiter verbessert.

Durch das Eindüsen mit einer Gasgeschwindigkeit von über 150 m/s wird erreicht, daß der Abgasstrom regelrecht zerschnitten wird, so daß keine Abgassträhnen unvollständig verbrannter Abgase erhalten bleiben können. Das Verfahren läuft bevorzugt bei Temperaturen zwischen 900°C und 1200°C ab.

Nachfolgend werden zwei Beispiele der Erfindung anhand von Zeich­ nungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eine Verbrennungsanlage mit Rostfeuerung im Schnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt des Nachverbrennungsraumes in einer ersten Einströmdüsenebene entlang der Linie 2-2,

Fig. 3 einen Querschnitt nach Fig. 2 in einer zweiten Düsenebene ent­ lang der Linie 3-3,

Fig. 4 eine Querschnitt durch einen rechtwinkligen Nachverbrennungs­ raum mit Doppelwirbel in einer ersten Einströmdüsenebene und

Fig. 5 einen Querschnitt nach Fig. 4 in einer zweiten Düsenebene.

Die Verbrennungsanlage besteht unter anderem aus einem Feuerrost 1, einem darüber angeordneten quadratischen bzw. rechteckigen Feuer­ raum 2 und nachgeschalteten Gasstrahlungsräumen 4, 5, 6. Im Bereich zwischen Feuerraum 2 und Nachverbrennungsraum 3 sind in einer er­ sten Ebene 7 Einströmdüsen angeordnet, die jeweils einen etwa parallel zur Wand und leicht entgegen der Ausströmrichtung des Abgases gerich­ teten und mit einem Drall beaufschlagten Strahl erzeugen.

Die Hauptwirkungslinien der horizontalen Komponente dieser Strahlen verlaufen etwa tangential zu einem großen Querschnittskreis 11, 13 der Abgassäule 9.

In einer zweiten Ebene 8 sind die dort angeordneten Düsen so ausge­ richtet, daß die Hauptwirkungslinien der horizontalen Komponenten der Strahlen etwa tangential zu einem kleineren Querschnittskreis 12, 14 der Abgassäule 9 verlaufen.

In einem quadratischen Rauchgasabzug wird ein einzelner Abgaswirbel erzeugt (Fig. 2, 3) und in einem rechteckigen, mit zur Breite etwa doppel­ ter Länge zwei gegensinnig drehende Abgaswirbel (Fig. 4, 5).

Bei diesem Nachverbrennungsverfahren kann die Wirbelgeschwindigkeit und die Ausströmgeschwindigkeit des Rauchgases je nach Bedarf variiert werden. Durch die gesteuerte Einflußnahme auf die Zusammensetzung, Temperatur und die Richtung des eingedüsten Gases ist eine gezielte Steuerung und Regelung der gesamten Nachverbrennung möglich.

Claims (14)

1. Verbrennungsanlage, insbesondere für eine Rostfeuerung mit festen Brennstoffen oder Müll, mit einem Feuerraum (2), einem Nachverbren­ nungsraum (3) und einem nachgeordneten Gasstrahlungsraum mit im Bereich zwischen Feuerraum (2) und Nachverbrennungsraum (3) in min­ destens zwei benachbarten horizontalen Ebenen (7, 8) angeordneten Ein­ strömdüsen, die in mindestens einer Ebene (7) im Bereich der Ecken der Wandabschnitte angeordnet sind, mit denen nahe jedem benachbarten ebenen Wandabschnitt einen dazu paralleler Strom (10) etwa tangential mit einer hohen Geschwindigkeit zu einem größeren Querschnittskreis (11, 13) eindüsbar ist und die in einer anderen Ebene (8) tangential zu einem gedachten kleineren Querschnittskreis (12, 14) in gleicher und gemeinsamer Umfangsrichtung mit den Einströmdüsen der anderen E­ bene (7) nach innen gerichtet sind und mit Einströmdüsen, die als Drallauslass ausgeführt sind.

2. Verbrennungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige Einströmdüsen mindestens einer Ebene (7, 8) gegen­ über der Horizontalen um einige Winkelgrade gegen die Hauptbewe­ gungsrichtung des Abgasstromes angestellt oder variabel anstellbar sind.

3. Verbrennungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Einströmdüse als links- oder rechtsdrehender Drallauslass ausgeführt ist.

4. Verbrennungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch jede Einströmdüse individuell oder gruppenweise Luft, ein Luft-Abgas- oder ein Luft-Dampfgemisch mit vorher bestimmbarer Zusammensetzung und Temperatur zuführbar ist.

5. Verbrennungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einer hohen Geschwindigkeit von mehr als 150 m/s zuführbar ist.

6. Verbrennungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Rauchgasstrom mit einem Rechner verbundene Messwertaufnehmer und/oder Sensoren angeordnet sind, mit dem die Rauchgasqualität über die Einströmdüsen und das einge­ düste Gas bzw. Gasgemisch einregelbar ist.

7. Verbrennungsanlage nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem rechteckigen Feuerraum (2) bzw. Nachverbrennungsraum (3) mit etwa einer Länge die der doppel­ ten Breite entspricht, im Bereich der halben Länge in den Ebenen (7, 8) der Einströmdüsen weitere Einströmdüsen angeordnet sind, von denen diejenigen, die in derjenigen Ebene (7) liegen, die in einem zu einer Wand parallelen Strom (10) eindüsen, etwa rechtwinklig bis leicht nach innen abgewinkelt, tangential zu einem großen gedachten Quer­ schnittskreis eines Abgaswirbels in den Nachverbrennungsraum (3) ge­ richtet sind und die Einströmdüsen der anderen Ebene (8) stärker in je­ weils eine Hälfte des Raumes (3), tangential zu einem kleinerem ge­ dachten Querschnittskreis eines Abgaswirbels abgewinkelt ausgerichtet sind und in jeder der Hälften des Raumes (3) ein gegensinnig drehen­ der Abgaswirbel (9) erzeugbar ist.

8. Nachverbrennungsverfahren für eine Verbrennungsanlage nach ei­ nem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen Feuerraum (2) und Nachverbrennungsraum (3) in mindestens zwei unmittelbar benachbarten horizontalen Ebenen (7, 8) Einströmdüsen angeordnet sind, die in der ersten Ebene (7) jeweils ei­ nen Strom (10) parallel zu und nah an den Seitenwänden entlang eindüsen, wobei ein Abgaswirbel (9) mit einem größeren Durchmes­ ser (11, 13) erzeugt wird und daß in der zweiten Ebene (8) die Ein­ strömdüsen Gas tangential zu einem kleineren Durchmesser (11, 14) eines gedachten Querschnittskreises eines Abgaswirbels eindüsen und den Drall innen im Abgaswirbel (9) erhöhen.

9. Nachverbrennungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß in einem rechteckigen Feuerraum (2) bzw. Nachverbren­ nungsraum (3) zwei gegensinnig drehende Abgaswirbel (9) erzeugt werden.

10. Nachverbrennungsverfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmdüsen gegen die Horizontale leicht nach unten geneigt oder neigbar sind, so daß der Abgasstrom gebremst und die Verweilzeit im Nachverbrennungsraum (3) verlängert wird.

11. Nachverbrennungsverfahren nach einem der vorgenannten Ansprü­ che 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem eingedüsten Gas ein Drall aufgeprägt wird, der im Nachverbrennungsraum (3) Abgas in sich einsaugt und die Durchmischung verbessert.

12. Nachverbrennungsverfahren nach einem oder mehreren der vorge­ nannten Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einer hohen Geschwindigkeit von über 150 m/s eingedüst wird und vorhandene Abgassträhnen zerschneidet.

13. Nachverbrennungsverfahren nach einem oder mehreren der vorge­ nannten Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Abgaszusammensetzung als Gas Luft, eine Luft-Abgas-Gemisch oder ein Luft-Dampf-Gemisch verwendet wird.

14. Nachverbrennungsverfahren nach einem oder mehreren der vorge­ nannten Ansprüchen 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachverbrennung in einem Bereich zwischen 900°C und 1200°C er­ folgt.