DE19723298A1 - Controlling mixing quality in refuse incinerator - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Mischungsgüte bei der Müll verbrennung in einer Müllverbrennungsanlage mit einem ersten Kesselzug, welcher der Feuerung nachgeschaltet ist.The invention relates to a method for controlling the quality of the mixture in the refuse incineration in a waste incineration plant with a first boiler train, which is connected downstream of the furnace.
Bei der Müllverbrennung entstehen durch die Verbrennung von unbehandeltem Müll auf einem Rost schwierig mischbare und schwierig steuerbare Feuerlagen und Betriebsbedingungen, die sich innerhalb weniger Minuten ändern können. Dies führt unter anderem zu Inhomogenitäten im ersten Kesselzug; als erster Kesselzug wird dabei derjenige Raum zwischen der letzten Stelle zur Lufteindüsung ("Sekundärluft") und der amtlichen Temperaturüberwachung ("850°C-Meßstelle") verstanden.In waste incineration, incineration creates untreated Rubbish on a grate difficult to mix and difficult to control fire positions and Operating conditions that can change within a few minutes. This leads, among other things, to inhomogeneities in the first boiler train; as the first tank train the space between the last point becomes air injection ("Secondary air") and the official temperature monitoring ("850 ° C measuring point") Understood.
Mit der traditionellen Ausführung und Steuerung der Sekundärlufteindüsung ist man nicht in der Lage, schnell genug eine Anpassung vorzunehmen, um für den ersten Kesselzug, also oberhalb der Sekundärlufteindüsung eine Homogenisierung zu erreichen. Als Folge resultiert eine nichtoptimale Betriebsweise mit schlechter Durchmischung der brennbaren Gase mit Sauerstoff, bei welcher eine inhomogene Geschwindigkeits- und Temperaturverteilung und reduzierte Verweilzeiten bei ho her Temperatur auftreten bzw. auftreten können.With the traditional execution and control of the secondary air injection one is unable to adjust quickly enough for the first Tank train, i.e. above the secondary air injection, homogenization to reach. As a result, the operating mode is less than optimal Mixing of the combustible gases with oxygen, in which an inhomogeneous Speed and temperature distribution and reduced dwell times at ho temperature occur or can occur.
Hierbei ist auch zu berücksichtigen, daß entsprechend dem heutigen Stand der Technik die Sekundärluft bei der Inbetriebnahme konstant eingestellt und in selte nen Fällen vertrimmt wird, um Rechts/Links-Asymmetrien im ersten Kesselzug ab zuschwächen.It should also be borne in mind that, according to the current status of Technology, the secondary air is constantly set during commissioning and is rare NEN cases is trimmed to reduce right / left asymmetries in the first boiler train weaken.
Aus der Fachliteratur sind ferner Versuche bekannt, um die Situation zu verbes sern, bei denen man das Feuer auf dem Rost mit Infrarotkameras von der Decke des Strahlungszugs aus oder mit Hilfe sogenannter Pyrodetektoren evaluiert und eventuell nötige Korrekturen durch eine Umverteilung der Primärluft zu erreichen versucht.Attempts are also known from the specialist literature to improve the situation in which you put the fire on the grate with infrared cameras from the ceiling of the radiation train from or with the help of so-called pyrodetectors and to make any necessary corrections by redistributing the primary air tries.
Hier hat man allerdings den Nachteil, daß allein die räumliche Ausdehnung des Feuers auf dem Rost weder Rückschlüsse auf die Qualität der Verbrennung noch auf die Homogenität im ersten Strahlungszug erlaubt. Letzteres ist ein ausschlag gebender Qualitätsparameter. Die Beobachtung und eventuelle Korrektur der Feu erlage auf dem Rost erleichtern zwar die Einstellung dieses Qualitätsparameters, sind aber nicht annähernd hinreichend.Here, however, one has the disadvantage that only the spatial extension of the Fire on the grate neither draws conclusions about the quality of the combustion nor allowed for homogeneity in the first radiation train. The latter is a rash giving quality parameter. The observation and possible correction of the fire on the grate make it easier to set this quality parameter, but are not nearly sufficient.
Ferner muß in diesem ersten Kesselzug eine Mindesttemperatur von 850°C (gemessen am Ende des Zuges) und eine Mindest-Sauerstoffkonzentration von 6% O2 für die Dauer von 2 sek. Verweilzeit eingehalten werden. Diese Anforderungen einerseits und jüngere Entwicklungen mit dem Ziel einer Verbesserung für die Rauchgasreinigung andererseits machen es zwingend notwendig, die Mischungs güte beziehungsweise Homogenisierung des Rauchgases im ersten Kesselzug deutlich gegenüber dem heutigen Zustand zu verbessern.Furthermore, a minimum temperature of 850 ° C (measured at the end of the train) and a minimum oxygen concentration of 6% O 2 for a period of 2 seconds must be in this first boiler train. Dwell time are observed. These requirements, on the one hand, and recent developments with the aim of improving flue gas cleaning, on the other hand, make it imperative to significantly improve the quality of the mixture or the homogenization of the flue gas in the first boiler pass compared to the current state.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Ver fahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches auf einfache Weise gestat tet, die Betriebsweise einer Müllverbrennungsanlage insbesondere im Hinblick auf die in den technischen Betriebsvorschriften gesetzten Parametergrenzen zu ver bessern.Based on this prior art, it is an object of the invention, a Ver drive of the type mentioned above, which allows in a simple manner tet, the operation of a waste incineration plant with particular regard to verify the parameter limits set in the technical operating regulations improve.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by the characterizing features of claim 1. Further advantageous refinements and developments of Invention are characterized in the subclaims.
Entsprechend der Erfindung ist daher vorgesehen, daß im ersten Kesselzug örtlich die Temperaturverteilung erfaßt wird, daß unter Zugrundelegung der ermittelten Daten örtlich Sekundärluft eingedüst wird, um Homogenitätslücken auszugleichen, so daß eine Homogenisierung der Mischungsgüte des im ersten Kesselzug befind lichen Rauchgases erreicht wird.According to the invention it is therefore provided that locally in the first boiler train the temperature distribution is recorded on the basis of the determined Secondary air is injected locally to compensate for homogeneity gaps, so that there is a homogenization of the quality of the mixture in the first boiler train Lichen flue gas is reached.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorteilhafterweise zusätzlich zur Temperatur verteilung die Gaszusammensetzung gemessen, wobei vorzugsweise die Messun gen im oberen Teil des ersten Kesselzuges erfolgen.In a further development of the invention, the temperature is advantageously added distribution measured the gas composition, preferably the Messun in the upper part of the first boiler train.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die hierbei ermittel ten Daten der Anlagensteuerung zugrundegelegt werden, welche entsprechend einer zeitlichen und/oder örtlichen Veränderung der Rauchgaszusammensetzung die Einstellung der Sekundärluft vornimmt.A preferred embodiment of the invention provides that they determine this The system control data is used as a basis, which accordingly a temporal and / or local change in the flue gas composition adjusts the secondary air.
Es wird also vorgeschlagen, die Temperatur und die Gaszusammensetzung im oberen Teil des ersten, auch als Strahlungszug des Kessels bezeichneten Kessel zugs zu messen und die hier gewonnenen Daten zur Grundlage der Anlagensteue rung einzusetzen, insbesondere zur zeitlichen und örtlichen Veränderung der Ein stellung der Sekundärluft.It is therefore suggested that the temperature and gas composition in the upper part of the first boiler, also known as the radiation of the boiler train and measure the data obtained here on the basis of the system tax use, especially for the temporal and local change of Ein position of the secondary air.
Zur Durchführung der Messung kann in Weiterbildung der Erfindung eine an sich bekannte Ultraschallmessung vorgesehen sein, die entsprechend dem Stand der Technik durchgeführt wird. Hierzu werden eine Reihe von Schallquellen und Sen soren auf einer Höhe rings um den Strahlungszug in der Flossenwand eingebaut. In a further development of the invention, a measurement per se can be used to carry out the measurement known ultrasonic measurement can be provided, which according to the state of the Technique is performed. For this, a number of sound sources and Sen sensors installed at a height around the radiation pattern in the fin wall.
Aufgrund der räumlichen Anordnung und Verteilung ist eine zweidimensionale Auswertung der Temperaturverteilung über den betreffenden Kesselquerschnitt möglich. Hierbei ist es nach Stand der Wissenschaft möglich, mittels Variation der Ultraschallfrequenz außerdem die Erfassung der Konzentrationsprofile der ver schiedenen Gasanteile, wie CO, CO2, H2O und O2 durchzuführen.Due to the spatial arrangement and distribution, a two-dimensional evaluation of the temperature distribution over the relevant boiler cross-section is possible. According to the state of the art, it is also possible to carry out the detection of the concentration profiles of the various gas fractions, such as CO, CO 2 , H 2 O and O 2 , by varying the ultrasound frequency.
Diese zweidimensionale Konzentrationsbestimmung im Rauchgasstrom erfolgt da bei entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung jeweils mit Hilfe von auf gleichem Höhenniveau rings um den ersten Kesselzug angeordneten Sen dern und Empfängern. Außerdem kann diese Auswertung vorteilhafterweise in mehreren Ebenen übereinander durchgeführt werden mittels entsprechend ange ordneter Sensoren. Vorzugsweise beruhen diese Sensoren auf Ultraschalltechnik.This two-dimensional concentration determination in the flue gas stream takes place there in accordance with a preferred embodiment of the invention in each case with the help of sen arranged at the same level around the first boiler train and recipients. This evaluation can also advantageously be carried out in several levels are carried out on top of each other accordingly ordered sensors. These sensors are preferably based on ultrasound technology.
Anstelle von Ultraschall können gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auch optische Signalauswertungen eingesetzt werden, da das beschrie bene Regelungsprinzip von der Art der Meßwerterfassung unabhängig ist.Instead of ultrasound, according to an advantageous embodiment, the Invention also optical signal evaluations can be used, since that was described bene regulation principle is independent of the type of measured value acquisition.
Vorteilhafterweise kann die Eindüsung der Sekundärluft gezielt durch örtlich gleichmäßig im ersten Kesselzug angeordnete Sekundärluftdüsen erfolgen. Die hier einströmende Luft bewirkt einerseits eine örtliche Anreicherung mit Sauerstoff infolge des in der Luft enthaltenen Luftsauerstoffs und andererseits eine Verwirbe lung oder Vermischung des Rauchgasstroms, da der zugeführte Luftstrom quasi mechanisch als Mischimpuls wirkt.Advantageously, the secondary air can be injected locally Secondary air nozzles arranged evenly in the first boiler pass. The Air flowing in here causes local enrichment with oxygen due to the atmospheric oxygen in the air and on the other hand a swirl development or mixing of the flue gas flow, as the air flow supplied quasi acts mechanically as a mixed pulse.
Aus der Literatur ist bekannt, daß anstelle von Luft vorteilhafterweise auch Dampf eingesetzt werden kann, so daß nur ein Mischimpuls das heißt kein Sauerstoff, eingetragen wird. Diese Eindüsung würde erfindungsgemäß ebenfalls zur Homo genisierung benutzt. It is known from the literature that steam is advantageously used instead of air can be used so that only a mixed pulse, i.e. no oxygen, is entered. According to the invention, this injection would also be homo genization used.
Eine weitere günstige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die regelungsab hängig zugeführte Sekundärluft den Einströmdüsen mit konstantem Druck zuge führt wird.A further advantageous embodiment of the invention provides that the regulat dependent secondary air fed to the inlet nozzles at constant pressure leads.
Mit der beschriebenen Erfindung werden sehr viel besser als heute üblich folgende
Vorteile erreicht:
With the described invention, the following advantages are achieved much better than is customary today:
- 1. Korrosionsfördernde CO-Strähnen im Strahlungszug werden durch die Umvertei lung der Sekundärluft und nur geringfügige Änderung der Primärluft verhindert.1. Corrosion-promoting CO strands in the radiation train are due to the redistribution prevents secondary air and only a slight change in primary air.
- 2. Es gelingt einfacher und besser, eine gleichmäßige O2-Verteilung im Strahlungs zug einzustellen, was durch einschlägige Verordnungen zwar nicht gefordert, je doch angestrebt wird.2. It is easier and better to set a uniform O 2 distribution in the radiation train, which is not required by the relevant regulations, but is aimed at.
- 3. Die sowohl über den Querschnitt als auch über die Höhe des Kesselzuges er reichte Homogenisierung des Temperaturprofils gestattet eine verbesserte Nut zung einer NOx-Minderungstechnik, bei welcher Ammoniak in den ersten Kessel zug und bei einem bestimmten Temperaturniveau ("Temperatur-Fenster") einge sprüht wird. Wird dieses Temperatur-Niveau verfehlt, verbrennt NH3 zu NOx oder es bleibt gar unverbraucht, so daß es als Emission aus dem System entweichen kann und die Umweltqualität verschlechtert.3. The homogenization of the temperature profile, which is achieved both over the cross section and over the height of the boiler pass, permits improved use of a NO x reduction technique in which ammonia enters the first boiler pass and at a certain temperature level (“temperature window”) is sprayed. If this temperature level is missed, NH 3 burns to NO x or it remains unused, so that it can escape as an emission from the system and deteriorate the environmental quality.
- 4. Es können konstantere Bedingungen der Rauchgaszusammensetzung hinsicht lich H2O eingestellt werden, was zu einem "ruhigeren" Betriebsverhalten der übli cherweise der Feuerung nachgeschalteten Rauchgasreinigung führt.4. It is possible to set more constant conditions of the flue gas composition with regard to H 2 O, which leads to a "quieter" operating behavior of the flue gas cleaning system which is usually connected downstream of the furnace.
Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Durchfüh rung des zuvor beschriebenen Verfahrens zu schaffen, mit der eine wirkungsvolle Überwachung und Steuerung einer Müllverbrennungsanlage auf einfache Weise gewährleistet ist.Furthermore, it is an object of the present invention to provide a device for performing this tion of the method described above to create an effective Monitoring and controlling a waste incineration plant in a simple way is guaranteed.
Eine derartige Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß im Kessel örtlich verteilte Sensoren angeordnet sind, welche die Temperaturverteilung im Bereich des ersten Kesselzuges erfassen. Die hieraus erhaltenen Meßergebnis se dienen zur Ansteuerung von gleichmäßig am Umfang verteilt angeordneten Se kundärluftdüsen, mittels welcher einerseits Frischluft zugeführt wird, die zur Ver gleichmäßigung der Verbrennung benötigt wird, und andererseits auch Frischluft, welche mit ihrer Dynamik impulsartig auf das im ersten Kesselzug befindliche Rauchgas wirkt und hierdurch für eine gute Durchmischung sorgt und bedarfsweise Mischungslücken beseitigt.Such a device is characterized in that in Boiler locally distributed sensors are arranged, which the temperature distribution in the area of the first boiler train. The measurement result obtained from this They are used to control Se that is evenly distributed around the circumference Kundärluftdüsen, by means of which fresh air is supplied on the one hand, the Ver uniform combustion is required, and on the other hand also fresh air, which, with its dynamics, impulses on the one in the first boiler train Flue gas acts and thus ensures good mixing and if necessary Gaps in the mix eliminated.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß zusätzlich oder al ternativ im Kessel örtlich gleichmäßig verteilt Einspritzdüsen für Dampf angeordnet sind, welche ebenfalls dazu dienen, das Rauchgas mit einem Impuls zu beauf schlagen.A special embodiment of the invention provides that additionally or al Alternatively, injection nozzles for steam are evenly distributed in the boiler are, which also serve to impulse the flue gas beat.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können zusätzlich im Kessel örtlich verteil te Sensoren angeordnet sein, welche die Verteilung und Konzentration der gas förmigen Bestandteile des Rauchgases im Bereich des ersten Kesselzuges erfas sen. Diese Sensoren können sowohl als optische Sensoren ausgebildet als auch als Ultraschall-Sensoren ausgebildet sein.In a further embodiment of the invention can also be locally distributed in the boiler te sensors can be arranged which determine the distribution and concentration of the gas shaped components of the flue gas detected in the area of the first boiler train sen. These sensors can be designed as optical sensors as well be designed as ultrasonic sensors.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind den Senso ren aktive Sender zugeordnet, deren infolge der Rauchgasbeschaffenheit bedingte Signalveränderung von den Sensoren erfaßt wird.According to a preferred embodiment of the invention, the Senso are assigned to active transmitters whose conditional due to the nature of the flue gas Signal change is detected by the sensors.
Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These and other advantageous refinements and improvements of the invention are the subject of the subclaims.
Anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie be sondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Using an exemplary embodiment shown in the schematic drawing the invention, advantageous refinements and improvements and be special advantages of the invention are explained and described in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen schematischen Ausschnitt aus einer Müllverbrennungsanlage mit
einem ersten Kessselzug entsprechend der Erfindung in einem ersten
Betriebszustand
und Fig. 1 shows a schematic section of a waste incineration plant with a first boiler train according to the invention in a first operating state
and
Fig. 2 die Darstellung gemäß Fig. 1 in einem zweiten Betriebszustand. Fig. 2 shows the representation of FIG. 1 in a second operating state.
In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung ausschnittweise im Längsschnitt eine Müllverbrennungsanlage 10 mit einem Brenngaseintritt 12, mit einer Müllzugabe 14, mit einer treppenartigen Müllauflage 16 mit daran anschließendem Aschebehäl ter 18 und mit einem ersten Kesselzug 20 gezeigt.In Fig. 1, a waste incineration plant 10 with a fuel gas inlet 12 , with a waste addition 14 , with a stair-like garbage layer 16 with an adjoining ash container 18 and with a first boiler train 20 is shown in a schematic representation in longitudinal section.
Der erste Kesselzug 20 ist einerseits mit gleichmäßig über den Umfang verteilt an geordneten Einspritzdüsen 22 für Sekundärluft ausgerüstet und weist andererseits Sensoren 24 auf, welche die Auswertung der Temperaturverteilung und/oder der Zusammensetzung des Rauchgases vornehmen, wobei entsprechend dieser Aus wertung der Sensoren 24 zusätzliche Luft zugeführt wird um das Rauchgas einzu stellen.The first boiler train 20 is equipped on the one hand with uniformly distributed over the circumference of ordered injection nozzles 22 for secondary air and on the other hand has sensors 24 which carry out the evaluation of the temperature distribution and / or the composition of the flue gas, with this sensor 24 evaluating additional air is supplied to set the flue gas.
Unterhalb des ersten Kesselzuges 20 befindet sich die treppenartige Müllauflage 16, auf welcher der zu verbrennende Müll zur Trocknung liegt, bevor er gezündet und verbrannt wird.Beneath the first boiler train 20 is the stair-like waste support 16 , on which the waste to be burned lies for drying before it is ignited and burned.
Zusätzlich zu den Sekundärluftdüsen 22 oder alternativ können auch Dampfdüsen 26 vorgesehen sein, über welche Dampf zugeführt wird, der einerseits als Sauer stoffträger wirkt, dessen wesentliche Bedeutung aber andererseits in seiner druck bedingten Impulswirkung liegt, die zu einer verbesserten Durchmischung bei der Verbrennung bei einem vorgegebenen Temperaturfenster 28 und damit des Rauchgases beiträgt.In addition to the secondary air nozzles 22 or alternatively, steam nozzles 26 can also be provided, via which steam is supplied, which on the one hand acts as an oxygen carrier, but whose essential meaning is on the other hand in its pressure-related impulse effect, which leads to improved mixing during combustion at a given Temperature window 28 and thus the flue gas contributes.
Darüber hinaus kann der Luft und/oder dem Wasserdampf zusätzlich Ammoniakgas zugegeben werden, um das Rauchgas zu konditionieren. Am Ende des ersten Kes selzuges 20 befindet sich die bereits eingangs erwähnte "850°C-Meßstelle" 30.In addition, ammonia gas can also be added to the air and / or water vapor in order to condition the flue gas. At the end of the first Kes selzuges 20 is the "850 ° C measuring point" 30 mentioned at the beginning.
Die Anordnung der Sensoren 24, denen aktive Sender 25 zugeordnet sind, ist auf dem gleichen Level vorgesehen, daß eine zweidimensionale Erfassung des Quer schnitts des ersten Kesselzuges 20 auf einem einheitlichen Niveau möglich ist und die erhaltenen Meßwerte miteinander vergleichbar sind.The arrangement of the sensors 24 , to which active transmitters 25 are assigned, is provided on the same level that a two-dimensional detection of the cross section of the first tank train 20 is possible at a uniform level and the measured values obtained are comparable with one another.
In Fig. 2 ist die Anordnung gemäß Fig. 1 in einem zweiten Betriebszustand darge stellt, in welchem der auf der treppenartigen Auflage 16 befindliche Müll gezündet ist und seine Brenngase in den ersten Kesselzug 20 eintreten, während die un brennbaren Reste in den Aschebehälter 18 gelangen.In Fig. 2, the arrangement of FIG. 1 is Darge in a second operating state, in which the garbage on the stair-like support 16 is ignited and its fuel gases enter the first boiler train 20 , while the unflammable residues get into the ash container 18 .
Wie beim Vergleich beider Figuren zu erkennen ist, ist die Flammenausbildung und das damit einhergehende Temperaturprofil 28 im zweiten Betriebszustand nicht zuletzt aufgrund der gezielten Zugabe von Sekundärluft gleichmäßiger und ausge dehnter.As can be seen in the comparison of the two figures, the flame formation and the associated temperature profile 28 in the second operating state is not least due to the targeted addition of secondary air more uniform and extended.
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