Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff,
insbesondere Abfall, auf einem in einem Feuerraum angeordneten Rost, bei
dem unterhalb des Rostes Primärluft und oberhalb des Rostes im Bereich des
Überganges zu einem dem Feuerraum nachgeschalteten vertikalen
Rauchgaszug über eine Vielzahl von reihenweise gegenüberstehenden
Sekundärluftdüsen Sekundärluft zugeführt werden und bei dem zumindest zwei
gegenüberstehende Gruppen der Sekundärluftdüsen derart mit Sekundärluft
beaufschlagt werden, daß im Rauchgaszug ein Wirbelsystem mindestens mit
einem Doppelwirbel aufgebaut wird, dessen Wirbel gegensinnig rotieren und
dessen Wirbelachsen parallel zur Achse des Rauchgaszuges verlaufen.
In Feuerräumen von Müllverbrennungsanlagen mit Rostfeuerung wird nicht nur
Primärluft zugeführt, sondern auch Sekundärluft am Übergang vom Feueraum
zu dem Rauchgaszug in den aus dem Feuerraum kommenden Rauchgasstrom
eingedüst, um einen möglichst vollständigen Ausbrand der Gasphase des
Rauchgases zu erzielen. Die Eindüsung erfolgt über in der Stirnwand und in
der Rückwand angeordnete Düsenreihen mit hohem Impuls der Einzelstrahlen.
Hierbei ist es unerheblich, ob das Feuerungskonzept der Anlage als
Gegenstrom-, Mittelstrom- oder Gleichstromfeuerung ausgelegt ist. Das
verfahrenstechnische Ziel der Sekundärlufteindüsung ist es, ein ausreichendes
O2-Angebot zum Ausbrand der Gasphase, aber auch zum Ausbrennen von aus
dem Brennstoffbett mitgerissenen Partikel sicherzustellen.
Bei den bekannten Verfahren sind die Sekundärluftströme jeder Düsenreihe
durch gleiche Massenströme, Eindüsgeschwindigkeiten und Düsenquerschnitte
charakterisiert. Durch den hohen Impuls der Einzelstrahlen soll am Eintritt der
Rauchgase in den Rauchgaszug eine möglichst gleichmäßige O2-Verteilung
über den vom Rauchgas durchströmten Querschnitt des Rauchgaszuges
erreicht werden. Durch den hohen Impuls der Einzelstrahlen im
Eindüsungsbereich wird eine turbulente Mischzone induziert, so daß eventuell
aus dem Feuerraum austretende Rauchgassträhnen mit hohem
Schadstoffgehalt im Rauchgaszug aufgelöst werden.
Bei der bekannten Verfahrensführung hat sich jedoch als nachteilig
herausgestellt, daß die sich stromab der Eindüsung einstellende
Rauchgasströmung dazu neigt, sich an die Stirnwand oder Rückwand des
Rauchgaszuges anzulegen. Hieraus resultieren eine erosive Belastung der
Wand des Rauchgaszuges, an die sich die Strömung anlegt, und ein großer
Temperaturgradient über den Querschnitt des Rauchgaszuges. Bei der
vorstehend beschriebenen Schieflage des Strömungsprofiles der Rauchgase
im Rauchgaszug ist auch eine schlechte wärmetechnische Nutzung an der
weniger beströmten Wand des Rauchgazuges festzustellen. Auch ergibt sich
eine unerwünschte Spreizung des Verweilzeitspektrums der Rauchgase im
Rauchgaszug.
Aus der EP 445 070 B1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem
mit Hilfe schräg gestellter Düsen gegensinnig rotierende und vertikal
ausgerichtete Wirbelsysteme erzeugt werden. Die erforderliche Schrägstellung
der Düsen bietet erhebliche konstruktive Nachteile der Zuordnung der Düsen
zum Rauchgaszug. Eine Einstellung bzw. Verstellung der Wirbel ist nicht
möglich.
Bei dem aus der DE 31 25 429 A1 bekannten Verfahren werden ebenfalls
gegensinnig rotierende Wirbel aufgebaut, indem die Blasrichtung der
Einblasdüsen tangential auf einen im Feuerraum gedachten Kreis ausgerichet
wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der
gattungsgemäßen Art anzugeben, bei dem auf einfache Weise der
Doppelwirbel einstellbar aufgebaut wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Doppelwirbel unter Stufung der
zueinander im wesentlichen parallelen Impulsströmen einer jeden der
gegenüberstehenden Gruppen der Sekundärluftdüsen aufgebaut wird.
Durch die Ausbildung der parallel zur Achse des Rauchgaszuges verlaufenden
Doppelwirbel durch Impulsstromstufung wird die Rauchgasströmung im
Zentrum des von den beiden Gruppen bestimmten Bereiches des
Rauchgaszugquerschnittes einstellbar stabilisiert. Es ist davon auszugehen,
daß die physikalische Wirkung des erzeugten Doppelwirbels in etwa der
Wirkung eines, um seine Längsachse rotierenden Projektils entspricht. Darüber
hinaus lassen sich mit einem Doppelwirbel Erweiterungen des
Kanalquerschnittes weitgehend ohne Strömungsablösungen überwinden.
Es kann in vielen Fällen ausreichend sein, daß eine gruppenweise Unterteilung
der Sekundärluftdüsenreihen nicht erforderlich wird, d. h., daß im Rauchgaszug
nur ein einziger Doppelwirbel ausgebildet wird. Bei Bedarf, z. B. bei größerer
Rauchgaszugausdehnung in einer Richtung, kann zu den mindestens zwei
Wirlbeln ein dritter oder weitere Wirbel hinzutreten, der jeweils gegensinig zum
benachbarten Wirbel rotiert.
Die Stufung der Impulsströme erfolgt vorzugsweise über die Stufung des
Massestromes, d. h. durch eine Stufung des Düsendurchmessers. Damit ist die
Möglichkeit gegeben, daß wie bei der bekannten Sekundärlufteindüsung die
Eindüsgeschwindigkeit, die vorzugweise im Bereich von 40 bis 90 m/sec liegt,
für alle Düsen konstant gehalten werden kann.
Es ist aber auch möglich, die Impulsstromstufung über die Stufung der
Geschwindigkeit erfolgt oder daß einer Massenstromstufung eine
Geschwindigkeitsstufung überlagert wird. Die letzte Möglichkeit kann
insbesondere dann in Betracht gezogen werden, wenn besonders große
Querschnitte des Rauchgaszuges vorliegen und zum Aufbau eines stabilen
Doppelwirbels große Impulsstromunterschiede zwischen den Düsen benötigt
werden, die alleine durch Stufung des Massenstromes bzw. des
Düsenquerschnittes nicht erreicht werden können.
Es ist zweckmäßig, daß die Stufung der Impulsströme so erfolgt, daß in der
Mitte der der Rauchgaszugstirnwand zugeordneten Gruppe die Impulsströme
einen höheren Impuls aufweisen als die den Enden der Gruppe zugeordneten
Impulsströme und in der Mitte der der Rauchgaszugrückwand zugeordneten
Gruppe die Impulsströme einen geringeren Impuls aufweisen als die den
Enden der Gruppe zugeordneten Impulsströme.
Weiterhin ist es zweckmäßig, daß die Sekundärluftströme der einen Gruppe
der Sekundärluftdüsen kämmend zu den Sekundärluftströmen der
gegenüberliegenden Sekundärluftdüsengruppe ausgerichtet sind.
Die Erfindung betrifft auch eine Rostfeuerung zur Durchführung des Verfahrens
mit einem in einem Feuerraum angeordneten Rost, einem dem Feuerraum
nachgeschalteten vertikalen Rauchgaszug, Einrichtungen zur Zufuhr von
Primärluft unterhalb des Rostes und einer Vielzahl von gruppenweise und
reihenartig gegenüberstehenden Sekundärluftdüsen im Übergang vom
Feuerraum zum Rauchgaszug zur Ausbildung mindestens eines Doppelwirbels
im Rauchgaszug ist, dessen Wirbelachsen sich vertikal erstrecken.
Erfindungsgemäß ist die Rostfeuerung dadurch gekennzeichnet, daß zumindest
zwei Gruppen der gegenüberstehenden Sekundärluftdüsen für das Eindüsen
von Sekundärluft mit zueinander im wesentlichen parallelen abgestuften
Impulsströmen vorgesehen.
Zweckmäßigerweise weisen die Sekundärluftdüsen einer Reihe zur
Impulsstufung unterschiedliche Düsenöffnungsquerschnitte auf.
Weiterhin ist es zweckmäßig, daß die Sekundärluftdüsen der einen Gruppe
kämmend versetzt zu den Sekundärluftdüsen der anderen Gruppe angeordnet
sind.
Auch ist es zweckmäßig, daß die Düsen beider Gruppen in einer
Horizontalebene angeordnet sind.
Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Rostfeuerung zur Erläuterung der
Zufuhr von Primärluft und Sekundärluft,
Fig. 2 eine perspektivische Teildarstellung mit einem Doppelwirbelsystem
und
Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch den Rauchgaszug zur Darstellung der
Impulsstromstufung.
Bei der in der Fig. 1 gezeigten Rostfeuerung 1, die als Mittelstromfeuerung
ausgebildet ist, wird Brennstoff 2 auf einem gestuften Rost 3, der in mehrere
Zonen 3a-3e unterteilt ist, verbrannt. Die Schlacke fällt in einen
Schlackefallschacht 4.
Die einzelnen Zonen des Rostes 3a-3b werden von unten mit Primärluft P
beaufschlagt. Aus dem Feuerraum 5, in dem der Rost 3 angeordnet ist, treten
die Rauchgase R in einen vertikal angeordneten ersten Rauchgaszug 6 ein
und werden von dort in einen fallenden Rauchgaszug 7 umgeleitet.
Im Bereich des Überganges vom Feuerraum 5 zum Rauchgaszug 6 erfolgt eine
Eindüsung von Sekundärluft S über eine in der Stirnwand 6a angeordnete
Sekundärluftdüsenreihe 8 bzw. über eine in der Rückwand 6b ebenfalls
angeordnete Sekundärluftdüsenreihe 9. Die Düsenreihen 8 und 9 sind
vorzugsweise in einer Ebene angeordnet. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist,
sind die unteren Abschnitte von Stirnwand 6a und Rückwand 6b vorzugsweise
aufeinander zugeneigt ausgebildet.
Die Düsen der Düsenreihe 8 bzw. 9 werden jeweils von einer Vorkammer 10
bzw. 11 mit Sekundärluft beaufschlagt, d. h. die Düsen einer Reihe werden mit
demselben Vordruck beaufschlagt. Die Gasströme der Düsenreihen 8 und 9
sind jeweils parallel zueinander und zu den Seitenwänden 6c bzw. 6d
ausgerichtet, wie dies deutlich aus den Fig. 2 und 3 ablesbar ist.
Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, sind in der Stirnwand 6a neun Düsen 13 und
in der Rückwand 6b zehn Düsen 14 derart angeordnet, daß die Düsen 13
kämmend auf die Düsen 14 ausgerichtet sind. Der Kämmabstand 12 ist in der
Fig. 3 dargestellt.
Die Länge der in der Fig. 3 dargestellten Pfeile, die die einzelnen Impulsströme
darstellen sollen, ist ein Maß für die Größe des Impulses.
Auf der Stirnseite 6a erfolgt die Stufung der Impulsströme 15 derart, daß die
Impulsströme 15 in der Rauchgaszugmitte einen höheren Impuls erhalten als
die an den Seitenwänden 6c und 6d des Rauchgaszuges gelegenen
Impulsströme 15, d. h. die Weite der Düsenöffnungen der Düsen 13 in der Mitte
der Stirnwand 6a ist größer als die Düsenweite der den Seitenwänden 6d und
6c benachbarten Düsen, so daß bei Konstanthaltung der
Eindüsgeschwindigkeiten über alle Düsen 13 der Impulsstrom in der Mitte am
größten ist. An der Rückwand 6b wird die Impulsstromstufung umgekehrt
vorgenommen, d. h. die de Seitenwänden 6c und 6d benachbarten
Impulsströme 16 weisen einen größeren Impuls auf als die der Mitte der
Rückwand zugeordneten Impulsströme, d. h. die Düsenquerschnitte in der Mitte
der Rückwand 6b sind kleiner als in der Nähe der Seitenwände 6c und 6d.
Bei dieser Impulsstromverteilung kommt es zur Ausbildung eines
Wirbelsystems mit zwei gegensinnig rotierenden Einzelwirbeln W1 und W2,
deren Achsen A1 und A2 parallel zur Achse des Rauchgaszuges und damit
parallel zur Hauptströmungsrichtung des Rauchgases im Rauchgaszug 6
verlaufen. Mit diesem Doppelwirbel wird ein Anlegen der Rauchgasströmung
an eine der Wände 6a bzw. 6b vermieden und aus dem Feuerraum 5
kommende Rauchgassträhnen des außerordentlich inhomogenen
Rauchgasstromes werden aufgelöst. Durch den Doppelwirbel erfolgt ein zu
einer guten Durchmischung führender Rauchgastransport quer über den
Querschnitt des Rauchgaszuges 6, so daß auch sehr große
Konzentrationsgradienten über den Rauchgaszugquerschnitt im
Rauchgasstrom sicher abgebaut werden können.
Wenn neben einer Durchmesserstufung auch eine Geschwindigeitsstufung
erfolgen soll, können die Düsen 13 und 14 der Düsenreihen 8 bzw. 9 nicht
jeweils von einer gemeinsamen Vorkammer 10 und 11 beaufschlagt werden,
sie müssen jeweils mit gesondertem Vordruck beaufschlagt werden.
In der Fig. 1 sind die Impulsströme 15 und 16 geneigt zur Vertikalen
dargestellt, d. h. die Düsenachsen sind unter einem entsprechenden Winkel
angestellt. Dies muß nicht unbedingt erfolgen. Es ist auch denkbar, daß die
Sekundärluftströme rechtwinklig zur Vertikalen ausgerichtet werden.
In der Fig. 2 ist die Einziehung der Wände 6a und 6b im Übergang zum
Feuerraum 5 der Einfachheit halber nicht mit dargestellt.