DE19736003A1 - Verfahren und Wirbelrost für das Verbrennen von festen und/oder schlammigen oder flüssigen Brennstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von festem und/oder schlammigem oder flüssigem Brenngut auf einem Rost und hat auch eine Rostanlage mit wenigstens einem Wirbelrost, auf dem solches Brenngut verbrannt werden kann, zum Gegenstand.

Bekannt sind Stufenroste, Stufenschwenkroste, auch Flachroste, bei denen die Flachstrecken, und wenn vorhanden, teilweise auch die Steilstrecken Düsen tragen, aus denen Luft senkrecht zur jeweiligen Rostfläche austritt. Derartige Rostanlagen sind z. B. in GB 2 126 916 A und DE 35 44 887 A1 beschrieben.

GB 2 126 916 A, von der die Erfindung ausgeht, behandelt eine Verbrennungsanlage, bei der durch Einblasen von Luft durch einen Rost schräg zu dessen Oberfläche ein Brenngutbett fluidisiert und umgewälzt wird.

Zwar läßt sich hinreichend homogenes Brenngut in einer solchen Anlage gut fluidisieren und verbrennen, Probleme treten jedoch auf, wenn das Brenngut schwere, kompakte Fremdkörper enthält. Um auch diese zuverlässig umzuwälzen und gegebenenfalls auszuschei­ den, muß der Fluidisierungsluftstrom verstärkt werden, was dazu führen kann, daß leichtere Bestandteile des Brennguts teilweise oder gar nicht verbrannt mit dem Rauchgas ausgetragen werden.

Werden sie nicht ausgeschieden und handelt es sich bei ihnen um an sich brennbares, aber feuchtes Material, so kann es zu einer sehr langsamen Verbrennung bei niedriger Temperatur mit entspre­ chend starker Freisetzung von Schadgasen kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbrennungsver­ fahren und eine Verbrennungsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die die Auflockerung und Zerkleinerung des Brenn­ guts, insbesondere solcher Fremdkörper während der Verbrennung und damit eine Verbrennung mit reduziertem NO_x- und CO-Ausstoß gestatten.

Erreicht wird dies bei einem Verfahren der eingangs genannten Art überraschend dadurch, daß zur Brennstoffauflockerung und/ oder -Zerkleinerung ein gas- oder dampfförmiges Medium stoßweise durch den Rost ins Brenngut eingeblasen wird.

Stärke und Dauer der Stöße sind zweckmäßigerweise so bemessen, daß das gesamte Brenngut oder zumindest wesentliche Teile davon von dem Rost abgehoben werden und nach Ende eines Stoßes darauf zurückfallen, was zu einer effizienten Auflockerung, Durchmi­ schung und Zerkleinerung des Brennguts führt.

Das gasförmige Medium kann aus Luft, Sauerstoff, Dampf oder einem Gemisch hiervon bestehen. Bevorzugt wird Dampf im Gemisch oder intervallmäßig und/oder in einzelnen Zonen allein ausgebla­ sen.

Besonders günstig ist es, wenn die Medienströme während des stoßweisen Einblasens Geschwindigkeiten von 300-350 m/sec haben. Zur Unterstützung der Verbrennung kann das stoßweise Einblasen von einem kontinuierlichen Einblasen mit geringerer Geschwindig­ keit begleitet sein.

Zweckmäßig wird das Medium unter einem spitzen Winkel, insbeson­ dere unter 20-35°, zur Rostoberfläche eingeblasen, um zusätz­ lich einen Brennguttransport zu bewirken.

Das unter Druck stehende Medium kann kontinuierlich mit 100 bis 150 m/sec ausgeblasen werden (Feuerungsbetrieb).

Günstig ist es, wenn Dampf, insbesondere erhitzter Dampf, wegen seiner in ihm gespeicherten Energie als das treibende Medium eines Injektors oder einer Strahlpumpe herangezogen wird, um ein Dampf-Luftgemisch zu erzeugen.

Man kann aber auch so vorgehen, daß die Rostoberfläche getrennt mit Luft- und Dampfströmen in unterschiedlichen Intervallen, Bereichen und Zonen zum Brennstofftransport mittels Druckstößen bei 300 bis 350 m/sec und bis in die Nähe der Schallgeschwindig­ keit beaufschlagt wird.

Eine erfindungsgemäße Rostanlage ist dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasversorgungseinrichtung Mittel zum stoßweisen Erhöhen des Drucks des gasförmigen Mediums im Rostinnenraum umfaßt.

Die Austrittsöffnungen für das gasförmige Medium sind vorzugs­ weise schräg zur Rostoberfläche angeordnet, um neben der Auf­ lockerung des Brennstoffbettes und der Zerkleinerung des Brenn­ stoffs gleichzeitig einen Transport des Brennstoffs auf dem Rost zu bewerkstelligen, zweckmäßigerweise in Richtung eines Asche­ austrags.

Die Austrittsgeschwindigkeiten aus den Öffnungen sind hinsicht­ lich der Mengen und des entsprechenden Vordrucks bei gegebenem Austrittsquerschnitt der Öffnungen regelbar bzw. zu bestimmen.

Als Öffnungen können beispielsweise schräg in einen Luftkasten eingeschweißte Rohrstücke vorgesehen sein, die mechanisch ver­ formt und am Austritt zu Schlitzen gepreßt wurden. Sie bestehen, Insbesondere am Austritt, aus hitzebeständigem Material. Sie können 100 bis 140 mm lang sein. Serienfertigung ist möglich.

Die Austrittsöffnungen können auch direkt in der Oberseite des Rosts düsenförmig mit kreisförmigem Austrittsquerschnitt ausge­ bildet sein.

Zweckmäßigerweise ist das Oberteil des Rostes zum Schutz vor der Verbrennungshitze mit einer Keramikmasse bedeckt. Diese kann an der Rostoberseite durch Vorsprunge, insbesondere eine Bestiftung oder die oben erwähnten Rohrstücke, gehalten sein.

Als Druckgasversorgungseinrichtung kann z. B. eine Fluidstrahl­ pumpe vorgesehen sein. Diese kann mit überhitztem Dampf als Treibmedium Luft in den Innenraum des Rostes pumpen.

Als verfahrenstechnische Vorteile sind insbesondere zu nennen: eine Senkung des NO_x-Gehalts durch Dampfeindüsung im hohen Tempe­ raturbereich der Kernflamme, beispielsweise bei 1000 bis 1250°C und darüber bei der Kernflamme, bei einer flächendeckenden Ver­ teilung über die gesamte Rostfläche oder Teilen der Rostfläche.

Eine geringfügige Dissoziation des Wasserdampfes in O₂ und H₂ in dem hohen Temperaturbereich, tritt ein, wie dies dem Fachmann an sich bekannt ist - bekannt aus der Zeit, als man bei Dampfloks Kohle mit Wasser besprühte.

Die Verbrennungsluft wird mittels Dampfs aufgeheizt.

Da Dampf billiger ist als Preßluft, und zwar um einen Faktor, der 10 überschreitet, kommt die Injektorwirkung von Dampf zu Luft mit der im Dampf gespeicherten Energie zum Tragen.

Mit Hilfe der Brennwerttechnik kann die im Dampf enthaltene Energie an der Rauchgasabführung durch Kondensation rückgewonnen werden.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit bezug anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert wer­ den, in denen

Fig. 1 (rechte Seite) eine geschnittene Seitenansicht durch ein solches Rohrstück mit Austrittsschlitz ist;

Fig. 1 (linke Seite) läßt die um 90° gedrehte Anordnung er­ kennen, wobei die jeweiligen Querschnitte unter den Austrittsflächen gezeigt sind;

Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf ein solches Flachrohrstück;

Fig. 3 zeigt eine Einzelheit einer Bestückung mit den neuen Rohrstücken nach der Erfindung;

Fig. 4 eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Rostes im Querschnitt;

Fig. 5 im Detail eine Austrittsöffnung des Rostes aus Fig. 4;

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Rostanlage;

Fig. 7 ein Verbrennungsanlage mit mehreren erfindungsgemäßen Rostanlagen.

Gemäß Fig. 1 sind in eine Platte 7 zahlreiche Rohrstücke 1 (nur eines dargestellt) mit Luftaustrittsschlitz 2 für das Medium eingesetzt. 3 bezeichnet die Transportrichtung des Brennguts. Zwischen den einzelnen Rohrstücken befindet sich eine keramische Füllmasse 4. Das Rohr ist verformt und in einen Rechteckquer­ schnitt (wie in den beiden Darstellungen der Fig. 1 zu sehen, gepreßt. Die Rostoberfläche (das Brenngut ist nicht gezeigt) ist eben und ist mit 5 bezeichnet. Die Rohrbefestigung an der Platte 7 erfolgt mittels Schweißens oder Anpressens bei 6. Die Rohr­ stücke 1 sind unter einem spitzen Winkel, insbesondere unter 20 bis 35° eingeschweißt. Über die Querschnitte wurde schon berich­ tet. Die Lage der Schlitze ist durch die Zuordnung des Quer­ schnittes zur Rostoberfläche 5 gegeben.

Fig. 2 zeigt, wie über die gesamte Rostfläche verteilt eine entsprechende Anzahl von Rohrstücken 10 - zu sehen ist insbeson­ dere die Projektion des Schlitzes 10 - angebracht ist, um einer­ seits die notwendige Verbrennungsluft zur Verbrennung und das Dampfluftgemisch zur notwendigen Realisierung des Brennstoff­ transportes auszunutzen. Die Transportrichtung des Brennguts ist mit 30, die Rostoberfläche mit 20 bezeichnet.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Rost in Form eines Luft­ kastens 500 mit Luftzuführung 600. In den Luftkasten sind Reihen von Rohrstücken mit Schlitzen 200 eingeschweißt. Die Rostober­ fläche ist hier mit 100 bezeichnet, die keramische Füllmasse 400, die zwischen den Rohrstücken 200, aber auch außerhalb über­ all da, wo erhebliche Temperaturen auftreten, vorgesehen.

In Fig. 2 erkennt man, wie rastermäßig über die gesamte Rost­ fläche die Schlitze 10 austreten. Nach der dort gezeigten Aus­ führungsform liegt die lange Seite der Schlitze in Transport­ richtung 30, die kleine Seite der Schlitze quer zu dieser. Die Austrittsrichtung, beispielsweise des Dampfes bzw. des aufgrund der Injektorwirkung mit Luft angereicherten Dampfes oder des Dampfluftgemisches liegt unter 20 bis 35° zur Rostoberfläche, geneigt in Brennguttransportrichtung. Bei Einschalten des Inter­ vallbetriebs wird das Brenngut in die gewünschte Richtung be­ wegt. Erstaunlich ist, daß weitere mechanische Mittel hierzu nicht erforderlich sind, sie können aber zur Schnellabräumung des Rosts oder zur Anpassung an sehr inhomogenes Brenngut, das große und schwere nicht brennbare Fremdkörper enthält, vorgese­ hen werden.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 3 dargestellten Rosts im Querschnitt. Dieser Rost hat ebenfalls die Form eines Luftkastens 500′ mit einer Luftzuführung 600′, die an einem Stirnende des Kastens angeordnet ist. Der Kasten ist im wesent­ lichen aus einem wannenförmigen Unterteil 501 und einem Oberteil 502 gebildet, dessen Ränder in gefalzte Nuten 503 an den Rändern des Unterteils eingreifen und in dieser Position durch Splinte 504 gehalten sind. Durch Herausziehen der Splinte 504 lassen sich Ober- und Unterteil bequem voneinander trennen, so daß das Oberteil bequem ausgewechselt werden kann, wenn es infolge des Feuerungsbetriebs verschlissen ist. Das Rostoberteil 502 besteht aus einem hitzefesten Material wie etwa Sicromalblech (Material Nr. 1.4841 oder 1.4828), das Unterteil 501 kann aus einem weni­ ger hitzebeständigen Material wie etwa Normalstahl bestehen, da es der Verbrennungswärme in wesentlich geringerem Maße ausge­ setzt ist.

An der Oberfläche des Oberteils 502 ist eine Vielzahl von düsen­ förmigen Austrittsöffnungen 505 rasterförmig angeordnet. Eine solche Öffnung ist im linken Teil von Fig. 5 im Querschnitt dargestellt. Sie umfaßt eine zylindrische Bohrung 506 von ca. 4-6 mm Durchmesser, die gegen die oberflächennormale des Rost­ oberteils 502 unter einem Winkel von ca. 20 bis 35° geneigt ist und auf dessen Außenfläche mündet. An der Unterseite des Ober­ teils 502, dem Innenraum zugewandt, ist die Austrittsöffnung 505 durch einen in etwa kegelförmigen Abschnitt 507 erweitert, um ein turbulenzarmes Einströmen des Druckmediums in die Öffnung und damit eine hohe Strömungsgeschwindigkeit zu ermöglichen.

Der rechte Teil von Fig. 5 zeigt dieselbe Austrittsöffnung, bei der die Außenseite des Oberteils 502 mit einer Schicht aus Sili­ ciumcarbid-Stampfmaterial 508 bedeckt ist. Diese Schicht 508 dient dem Schutz des Oberteils 502 vor der Verbrennungshitze, die bei reichlicher Sauerstoffzufuhr durch die Austrittsöffnun­ gen 505 leicht die Temperatur einer Schmiedeesse erreichen kann.

Die Austrittsöffnung 505 ist durch die Stampfschicht 508 hin­ durch mit bündigen Wandflächen und gleicher Orientierung ver­ längert. Dies läßt sich z. B. dadurch bequem ereichen, daß vor dem Stampfen die Austrittsöffnungen 505 mit Stiften aus leicht schmelzbarem oder brennbarem Material wie etwa Kunststoff oder Holz verschlossen werden, wobei diese Stifte um eine der ge­ wünschten Dicke der fertigen Bestampfungsschicht 508 entspre­ chende Strecke über die Außenseite des Oberteils 502 überstehen. Nach Fertigstellen der Bestampfungsschicht 508 genügt es dann, durch Unter-Druck-Setzen des Innenraums des Rostes die Stifte aus den Durchgangsöffnungen herauszubrennen oder herauszublasen, wobei zur Unterstützung gegebenenfalls das Rostoberteil erhitzt werden kann, um das Material der stifte anzuschmelzen.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Rost­ anlage mit mehreren parallel nebeneinander liegenden Rosten 500′. Die Austrittsöffnungen 505 sind in einem Dreieckraster angeordnet, in der jede Öffnung, die nicht am Rande eines Rostes liegt, 6 nächste Nachbarn hat. Durch diese Anordnung wird eine gleichmäßige Beaufschlagung der Rostoberfläche mit Verbrennungs­ luft und Dampf bei geringer Gesamtzahl der Löcher erreicht. Die Löcher sind in Querrichtung der Roste geneigt, so daß sie neben der Auflockerung und Zerkleinerung des Brennguts einen Transport von links nach rechts in der Figur bewirken können.

Die Breite der Roste in Transportrichtung beträgt ca. 25 cm, die Länge quer dazu ca. 250 cm. Die Höhe der Roste liegt bei ca. 18 cm.

Die Druckgasversorgungseinrichtungen 600 umfassen jeweils eine Dampfstrahlpumpe, die mit einem Dampferzeuger als Heißdampfquel­ le verbunden ist. Wenn der Heißdampf als Treibmittel die Pumpe durchströmt, wird Außenluft mitgerissen und so der Innenraum des betreffenden Rostes unter Überdruck gesetzt. Die Abgabemenge des Dampferzeugers ist zwischen zwei verschiedenen Werten einstell­ bar, von denen einer einem kontinuierlichen Betrieb des Rostes mit einer Ausströmgeschwindigkeit an den Öffnungen 505 von ca. 100 m/sec und der andere dem Stoßbetrieb mit Ausströmgeschwin­ digkeit von 300 bis 350 m/sec entspricht.

Fig. 7 zeigt eine komplette Verbrennungsanlage, die sechs Rost­ anlagen 701 bis 706 der in Fig. 6 gezeigten Art auf verschiede­ nen Ebenen umfassen. Die höchstliegende Rostanlage 701 wird aus einem Bunker 720 über ein Förderband 721 mit Brenngut beschickt. Durch stoßweises Unter-Druck-Setzen der Roste wird das darauf befindliche Brenngut empor geschleudert und wandert so zum größten Teil schrittweise über die einzelnen Rostanlagen 701 bis 706 bis zu einem Schlackenaustrag 707.

Um bei Bedarf, z. B. wenn das Brenngut schwere Fremdbestandteile enthält, die durch Einblasen des Dampf-Luft-Gemisches nicht hinreichend fortbewegt werden können, oder wenn aufgrund von Änderungen in der Zusammensetzung des eingeführten Brennguts der Brennbetrieb gestört ist, die gesamte Verbrennungsfläche abräu­ men zu können, ist jeder Rostanlage 701 bis 706 ein Schieber 711 bis 716 zugeordnet, der die Oberfläche der entsprechenden Rost­ anlage in Transportrichtung überstreichen kann, um das darauf befindliche Brenngut auf den nächsttieferen Rost bzw. zu guter Letzt in den Schlackenaustrag 707 zu laden.

Die oben genannten Vorteile und verfahrenstechnischen Vorteile werden voll erreicht.

Unter der oben genannten Brennwerttechnik wird verstanden, daß man die Feuchtigkeit im Abgas auskondensieren läßt und die hier­ durch freiwerdende Wärme im Betrieb ausnützt.

Wohl gemerkt, werden die Druckstöße sowohl bei Dampf wie bei Lufteindüsung beibehalten.

Claims (18)

1. Verfahren zum Verbrennen von festem und/oder schlammigem oder flüssigem Brenngut auf einem Rost, dadurch gekennzeichnet, daß zur Brenngutlauflockerung und/oder -zerkleinerung ein gas- oder dampfförmiges Medium stoßweise durch den Rost ins Brenngut eingeblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Medium Luft, Sauerstoff, Dampf oder ein Gemisch hiervon verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gas- oder dampfförmige Medium mit Geschwindigkeiten von 300 bis 350 m/sec und bis in die Nähe der Schallgeschwindigkeit einge­ blasen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium zusätzlich kontinuierlich einge­ blasen wird, wobei die gegebenenfalls zonenweise gegebenen Druckstöße zur dreifachen Austrittsgeschwindigkeit wie beim kontinuierlichen Einblasen führen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Druck stehende Medium mit 100 bis 150 m/sec im kontinuier­ lichen Betrieb eingeblasen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium unter einem spitzen Winkel, ins­ besondere unter 20 bis 35°, zur Rostoberfläche eingeblasen wird, um zusätzlich einen Brennguttransport zu bewirken.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Bereiche der Rostoberfläche getrennt mit Luft- und Dampfströmen im zeitlichen Wechsel bei 300 bis 350 m/sec und bis in die Nähe der Schallgeschwindigkeit beaufschlagt werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Dampf, insbesondere überhitzter Dampf, als das treibende Medium in einen Injektor oder eine Strahlpumpe eingespeist wird, um ein Dampf-Luftgemisch zu erzeugen, das als das Medium zum Einblasen ins Brenngut dient.

9. Wirbelrostanlage zum Verbrennen von festem und/oder schlam­ migem und/oder flüssigem Brenngut mit wenigstens einem Wirbel­ rost, dessen Oberseite eine Vielzahl von Austrittsöffnungen für ein gasförmiges Medium aufweist und einen Innenraum begrenzt, und einer Druckgasversorgungseinrichtung, die den Innenraum mit dem gasförmigen Medium versorgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasversorgungseinrichtung Mittel zum stoßweisen Erhöhen des Drucks des gasförmigen Mediums im Innenraum umfaßt.

10. Rostanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen schräg zur Rostoberfläche (5; 20; 100) orien­ tiert sind zur Ermöglichung eines Brennstofftransports in Rich­ tung (3; 30; 300) eines Ascheaustrags.

11. Wirbelrostanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Austrittsöffnungen die hohe Geschwindigkeit aufgrund Injektorwirkung erzielen.

12. Wirbelrostanlage nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wirbelrost mit einem hochhitzebestän­ digen austauschbaren Oberteil mit bis zu 2,5 m Länge und einem austauschbaren Unterteil aus Normalstahl in etwa gleichen Ab­ messungen wie das Oberteil (Fig. 1 und 2) ausgebildet ist.

13. Wirbelrostanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Ober- und Unterteil jedes Wirbelrosts getrennt auswechselbar sind und mit leicht montierbaren Splint-, Schraub- oder Stift­ verbindungen verbunden sind (Fig. 1).

14. Wirbelrostanlage nach einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen düsenförmig mit kreisförmigem Austrittsquerschnitt von 4 bis 6 mm Durchmesser ausgebildet sind (Fig. 3).

15. Wirbelrostanlage nach einem der Ansprüche 9-14, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil des Rostes zum Schutz der hoch­ hitzebeständigen Metallausführung mit einer Keramikmasse bedeckt ist, welche durch eine Bestiftung gehalten ist (Fig. 3).

16. Wirbelrostanlage nach einem der Ansprüche 9-15, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Wirbelrost ein hydraulisch oder elek­ trisch betätigter Schieber zugeordnet ist, der es erlaubt, den gesamten Brennstoff vom Rost abzuräumen (Fig. 4).

17. Wirbelrostanlage nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere in Brennstofftransportrichtung absteigende Stufen umfaßt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzei­ chnet, daß durch die Druckstöße eine Trennung der Verbrennungs­ rückstände in leichte Bestandteile, die mit dem Rauchgasstrom abgeführt werden, und schwere Bestandteile, die zu einem Schlac­ kenaustrag befördert werden, bewirkt wird.