DE19917572A1 - Verfahren zur automatischen Einstellung der Feuerung einer Müllverbrennungsanlage - Google Patents
Verfahren zur automatischen Einstellung der Feuerung einer MüllverbrennungsanlageInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der "Müllqualität" aus den Werten Heizwert (Hu) des Mülls und dem Wassergehalt des Mülls (H¶2¶O¶Müll¶). Bei der Müllverbrennung wird der Wassergehalt des Mülls (H¶2¶O¶Müll¶) entweder direkt gemessen oder bei einem nachgeschalteten Rauchgaswäscher lediglich aus Temperaturmessung und einer statischen Beziehung zwischen der entbundenen Wärme (QB) und dem Kohlendioxidmassenstrom (m¶CO2¶) ermittelt. Die "Müllqualität" dient zur Einstellung der für die Feuerung wichtigen Größen wie Verbrennungsluftverteilung, Müllschichtdicke und Rostgeschwindigkeit.
Description
Bei der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur automatischen Einstellung
der Feuerung einer Müllverbrennungsanlage.
Beim Betreiben einer Müllverbrennungsanlage ist es wichtig, die Feuerung der
"Müllqualität" entsprechend so anzupassen, dass sie stabil und im Hinblick auf die
Emissionen optimiert wird. Die wichtigsten Einflussfaktoren, welche die Feuerung
dabei beeinflussen, sind die Zündfähigkeit und das Abbrennverhalten des Mülls. Da
die beiden Faktoren nicht messbare Grössen sind, ist eine direkte Messung nicht
möglich. Dem Anmelder ist dadurch bis heute keine Messung oder kein Verfahren
bekannt, welche(s) die "Müllqualität" bezüglich der Zündfähigkeit und des
Abbrennverhaltens eindeutig bestimmt. Es wurden lediglich indirekte Messungen
betrieben, um die Fahrweise einer Müllverbrennung vorausschauend zu betreiben.
Da die beiden genannten Kriterien der Zündfähigkeit und des Abbrennverhaltens
entscheidend vom Heizwert und vom Wasseranteil des Mülls beeinflusst werden,
wird beispielsweise in der Druckschrift DE 44 45 954 A1 ein Verfahren zur
Verbrennung von Abfällen beschrieben, welches den Heizwert des Mülls bereits im
Zuteilungsschacht ermittelt. Daraus wird über eine Prozesssteuerungseinheit die
Menge der Verbrennungsluft und/oder die Menge des zuzuführenden Abfalls
gesteuert. Der Heizwert ergibt sich aus Messungen, welche mit Mikrowellen
durchgeführt werden. Ausgesandte Mikrowellen werden reflektiert zurückgesendet
und aufgrund dieser Reflexion wird der Wassergehalt des Mülls ermittelt. Dieses
Messverfahren hat aber verschiedene Nachteile. Der Aufwand für die Installation der
Sensoren ist sehr gross und auch relativ teuer. Zudem ist die Messung nur an
diskreten Punkten verfügbar.
Auch aus der Druckschrift DE 35 37 945 A1 ist ein Verfahren zur optimierten
Fahrweise einer Müllverbrennungsanlage bekannt, welche die Luftmenge in
Abhängigkeit vom Heizwert regelt. Die Verbrennungsluft kann dabei in einzelnen
Zonen eingestellt werden. Dies geschieht kontinuierlich, um die Menge einem
schwankenden Heizwert anzupassen. Der Heizwert ergibt sich dabei aus dem
Quotient aus aktuell entbundener Wärme und dem Abfallmassenstrom. Bei der
Lufteinstellung werden der CO und der O2-Gehalt des Abgases mit einbezogen.
Nachteilig wird der Wassergehalt des Müll bei diesem Verfahren aber nicht
berücksichtigt, obwohl dieser bei einer Verbrennung eine grosse Rolle spielt.
Auch aus "Entwicklung einer kamerageführten Feuerungsregelung zur Verbesserung
des Verbrennungs-, Ausbrand- und Emissionsverhaltens einer
Abfallverbrennungsanlage", GB Kraftwerkstechnik 73 (1993), Heft 7 ist eine
Feuerungsregelung einer Abfallverbrennung bekannt. In diesem Verfahren wird zur
schadstoffoptimierten Regelung der Temperatur im Feuerungsraum, die O2-
Konzentration im Abgas, und die erzeugte Dampfmenge bestimmt. Aus diesen
Werten werden die Müllbeschickung und die Primär- und die Sekundärluftzufuhr
ermittelt, wobei der CO-Gehalt minimiert wird. Die Luftzufuhr kann dabei auf dem
Feuerungsrost auf verschiedenen Zonen eingestellt werden. Dieses Verfahren
arbeitet mit einer Kameraüberwachung, mit welcher mittels Infrarotbildern die
Temperaturverteilung im Kessel ermittelt wird. Dieses System ist aber durch die
Kameraüberwachung relativ aufwendig und teuer. Dieses Verfahren zur Regelung
der Feuerungsleistung von Verbrennungsöfen mit zonenweise unterschiedlicher
Primärluftzufuhr am Verbrennungsrost ist auch in der Druckschrift EP 352 620 A2
beschrieben.
Aus der Druckschrift EP 317 731 B1 ist ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung
von Brennstoff mit stark schwankendem Heizwert bekannt. Dabei wird der
Wassergehalt des Brennstoffes und/oder der CO2-Gehalt der Verbrennungsgase
durch die Intensität der herrschenden Strahlung im Bereich der Aufgabestelle und
der Verdampfungs- und Entgasungzone der Feuerung gemessen. Aus diesem
Werten wird unter anderem der Heizwert des Mülls bestimmt und in Abhängigkeit
davon die Luftzufuhr gesteuert. Nachteil dieses Standes der Technik ist aber, dass
bei sehr feuchtem Müll auch der Wassergehalt und der CO2-Gehalt im Rauchgas
durch eine wesentliche schlechtere Verbrennung abnimmt. Dies kann bei einer
automatischen Feuerungsführung aber bedeuten, dass der Müll entgegen der
Wirklichkeit wesentlich trockener scheint. Zudem werden teure opto-elektrische
Sensoren zur Detektion vom Wassergehalt bzw. vom CO2-Gehalt benötigt.
Die Erfindung überwindet die erwähnten Nachteile. Sie löst die Aufgabe, ein
Verfahren zur Bestimmung der Müllqualität zu schaffen, welches einfach und
zuverlässig arbeitet. Ist ein Rauchgaswäscher vorhanden, soll das Verfahren
lediglich Temperatur-, Druck- und Differenzmessungen (bspw. Volumenstrom)
anwenden. Es soll auch einfach in eine bestehende Müllverbrennungsanlage
integriert werden können und kostengünstig sein.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren gemäss dem Oberbegriff des
unabhängigen Anspruchs dadurch erreicht, dass zur Einstellung der
Feuerungsgrössen, wie Verbrennungsluftverteilung, Müllschichtdicke und
Rostgeschwindigkeit, eine fiktive Prozessgrösse "Müllqualität" aus dem Heizwert des
Mülls (Hu) und dem Wassergehalt des Mülls (H2OMüll) bestimmt wird.
Ist ein Rauchgaswäscher vorhanden, wird durch das erfindungsgemässe Verfahren
die direkten Messung des Wassergehalts überflüssig. Weiter kann vorteilhaft über
eine statistische Beziehung zwischen der Verbrennungswärme und dem
Kohlenstoffmassenstrom das bei der Verbrennung entstandene Wasser ermittelt
werden. Zudem ist das Verfahren einfach und kostengünstig in eine bestehende
Müllverbrennungsanlage integrierbar, da meist alle notwendigen Geräte bereits
vorhanden sind. Trotz der Einfachheit ist es ein sehr zuverlässiges Verfahren.
Die weiteren Ausgestaltungsmöglichkeiten sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2 ein Diagramm "Müllqualität" über Heizwert und Wasseranteils des Mülls,
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Ermittlung des Mülldurchsatzes,
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Ermittlung des Mülldurchsatzes,
Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Ermittlung des Wassergehalts im
Rauchgas,
Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Ermittlung des Wassergehalts im
Rauchgas mit einer Temperaturmessung vor und im Rauchgaswäscher,
Fig. 7 das Diagramm zur Ermittlung des Wassergehalts im Rauchgas aus
Rauchgaseintrittstemperatur und Sättigungstemperatur der Rauchgase im
Wäscher,
Fig. 8 eine statistische Beziehung zwischen entbundener Wärme und
Massenstrom an Kohlenstoff und
Fig. 9 ein Diagramm über die Fehleranfälligkeit des erfindungsgemässen
Verfahrens.
Es sind nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Gleiche
Elemente sind in unterschiedlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist geeignet, durch Ermittlung der Werte
Wassergehalt des Mülls H2OMüll und
Heizwert des Mülls Hu
in einer Müllverbrennungsanlage eine fiktive Grösse "Müllqualität" festzulegen und dadurch eine automatische Feuerungseinstellung beispielsweise in bezug auf wesentliche Grössen wie die Verbrennungsluftverteilung, die Müllschichtdicke oder die Rostgeschwindigkeit vorzunehmen.
Wassergehalt des Mülls H2OMüll und
Heizwert des Mülls Hu
in einer Müllverbrennungsanlage eine fiktive Grösse "Müllqualität" festzulegen und dadurch eine automatische Feuerungseinstellung beispielsweise in bezug auf wesentliche Grössen wie die Verbrennungsluftverteilung, die Müllschichtdicke oder die Rostgeschwindigkeit vorzunehmen.
Die Fig. 1 zeigt schematisch das Verfahren, um zu den Werten Heizwert (Hu) und
Müllfeuchte (A) zu gelangen. Dabei wird zunächst der Müllmassenstrom (F Müll)
durch die einzelnen Müllkranchargen ermittelt. Danach wird der Heizwert des Mülls
(Hu) mit dem Müllmassenstrom und mit der produzierten Frischdampfmenge über
die übertragende Wärmemenge berechnet. Durch Temperaturmessungen kann über
physikalische Beziehungen weiter die Rauchgasfeuchte (A) und über die statistische
Beziehung daraus der Wassergehalt (A) des Mülls ermittelt werden. Aus dem
Heizwert des Mülls und der Müllfeuchte wird eine Müllqualität ermittelt, welche zur
automatischen Einstellung der Feuerung verwendet wird. Zur Bestimmung der
genannten Werte sind folgende Messungen oder Komponenten, welche in jeder
Müllverbrennungsanlage üblicherweise vorhanden sind, erforderlich:
- - Müllkrananlage mit Wägeeinrichtung der einzelnen, beschickten Müllchargen
- - Kessel
- - Frischdampfmengenmessung
- - Temperatur und Druck von Frischdampf und Speisewasser
- - Verbrennungsluft Volumenstrom
- - Entweder Wäscher mit Temperaturmessung der Rauchgase vor Eintritt und im
Wäscher,
oder H2O-Messung im Rauchgas am Kesselende
In der Fig. 2 wird die "Müllqualität" in einem 3-dimensionalen Diagramm mit den
beiden Basisgrössen Heizwert und Wasseranteil im Müll dargestellt. Die
"Müllqualität" ist je grösser, je höher der Heizwert und je tiefer der Wasseranteil im
Müll. Die schiefe Ebene in diesem Diagramm, aus welcher die Müllqualität resultiert,
ist aufgrund langjähriger Versuche und Erfahrungen gewählt.
Folgende Schritte sind bei dem erfindungsgemässen Verfahren auszuführen:
Die Fig. 3 und 4 zeigen schematisch den ersten Verfahrensschritt in einer
Müllverbrennungsanlage 10 mit einer Feuerung 40. Um eine schnelle Berechnung
des Mülldurchsatzes Müll, zu ermöglichen berechnet man den Durchsatz aufgrund
der Pausenzeit zwischen den Beschickungen und der Beschickungsmenge des
Mülls in einem Trichter 20. Dabei geht man davon aus, dass das beschickte
Volumen konstant (= Greiferinhalt 1-12) ist und sich nur das spezifische Gewicht
ändert. Weiter kennt man die Anzahl Greifer, die notwendig sind, um den
Müllschacht 50 zu füllen (1 mal ermitteln). In den Fig. 3 und 4 sind die Greifer von 1
bis 12 durchnumeriert. Diese Art der Mülldurchsatzberechnung bedingt weiter, dass
mehr oder weniger immer bei einer gleichen Marke 30 im Müllschacht 50 beschickt
wird (z. B. eine Schweissnaht, die Umlenkkante oder der Sichtbereich der Kamera).
Damit ist gegeben, dass die Volumenabnahme zwischen 2 Beschickungen einem
Greiferinhalt entspricht.
Der Ablauf für die Bestimmung des Mülldurchsatzes Müll, ist wie folgt:
- - der Müllschacht 50 ist z. B. mit 8 Greifern (Nr. 3-10) bis zur Marke 30 gefüllt,
- - von jedem der beschickten Greifer kennt man das Gewicht (gespeichert im Prozessleitsystem)
- - der Kranführer legt einen 11. Greifer in den Trichter 20
- - durch den Müllnachschub für die Verbrennung rutscht der Müll im Müllschacht 50 langsam nach unten, bis die Marke 30 erreicht ist.
- - in diesem Moment wird ein neuer Greifer beschickt (Nr. 12)
- - man misst die Zeit t11-12 die der 11. Greifer gebraucht hat, um die Marke 30 zu erreichen (entspricht der Volumenabnahme)
- - während dieser Zeit müssen die w3 kg des Greifers 3 in die Feuerung transportiert worden sein
- - Durch den Müllnachschub für die Verbrennung rutscht der Müll im Müllschacht 50 langsam nach unten, bis die Marke 30 wiederum erreicht ist.
- - ein neuer Greifer wird beschickt (Nr. 13)
- - man misst die Zeit t12-13 die der 12. Greifer gebraucht hat, um die Marke 30 zu erreichen (entspricht der Volumenabnahme)
- - während dieser Zeit müssen die w4 kg des Greifers 4 in die Feuerung transportiert worden sein
Der Mülldurchsatz Müll in dieser Zeit über 2 Greifer war
Um die Einflüsse der Fehler bezüglich der Annahmen (gleichmässige Beschickung,
konstantes Volumen etc.) zu minimieren wird diese Berechnung über einige Greifer
gemittelt Ge nach Volumen des Greifers, Grösse der Anlage und Fahrweise der
Kranführer).
Ist der Mülldurchsatz Müll, bekannt, kann mit Hilfe des Kesselwirkungsgrades ζKessel,
der Enthalpie von Speisewasser hSPW und Frischdampf hFD sowie der
Frischdampfmenge FD der Müllheizwert Hu berechnet werden.
Eingebrachte Müll-Feuerungswärmeleistung:
wobei gilt (aus Wasserdampftafel):
Frischdampfenthalpie (FD):
Frischdampfenthalpie (FD):
hFD = f(TFD, PFD) (3)
Speisewasserenthalpie (SPW):
hSPW = f(TSPW, PSPW) (4)
Eingebrachte Wärmeleistung bei Einsatz eines Zusatzbrenners (z. B. Stützfeuerung
für 17. BlmSchV):
QZusatzbrenner = Öl.HuÖl (5)
Daraus ergibt sich für den Müllheizwert unter Einbeziehung von (1) und (2):
Die Rauchgasfeuchte dient als Grundlage für die Bestimmung des Wasseranteils im
Müll. Der Wasseranteil im Müll kann mangels geeigneter Messsysteme nicht direkt
detektiert werden. Je höher der Wasseranteil im Müll ist, desto mehr Wasser muss
vor oder in der Feuerung verdampfen. Somit muss auch die Rauchgasfeuchte
ansteigen. Dieser Vorgang ist in der Fig. 5 dargestellt.
Die Rauchgasfeuchte H2ORauchgas kann bei einem vorhandenen Wäscher aus der
Rauchgastemperatur vor Wäscher und der Sättigungstemperatur im Wäscher
berechnet werden. Die Fig. 6 stellt diesen Vorgang mit den beiden
Temperaturmessungen dar. Aus diesen Messung kann über ein Diagramm, welches
in Fig. 7 dargestellt ist, die Rauchgasfeuchte H2ORauchgas ermittelt werden.
H2ORauchgas = f(TGas_vor_Wäscher, TGas_im_Wäscher) (7)
Dabei gilt: Je trockener das Rauchgas, desto mehr Wasser kann es aufnehmen und
desto tiefer wird die Sättigungstemperatur im Wäscher sein. Ist kein Wäscher
vorhanden, wird die Rauchgasfeuchte H2ORauchgas beispielsweise mit einer auf
Laserabsorption (bei der entsprechenden Frequenz) basierenden Messung direkt
bestimmt.
Über eine Massenbilanz kann unter Berücksichtigung der jeweiligen Dichten der
Rauchgasvolumenstrom berechnet werden:
wobei gilt:
gemessene Grössen. PL, SL
konstante Grössen: Falschluft = 5000 Nm3/h
AnteilAsche = 25%
ρRauchgas = 1,277 kg/Nm3
berechnete Grössen (aus (1)): Müll
gemessene Grössen. PL, SL
konstante Grössen: Falschluft = 5000 Nm3/h
AnteilAsche = 25%
ρRauchgas = 1,277 kg/Nm3
berechnete Grössen (aus (1)): Müll
Aus Abnahmeversuchen und Leistungsmessungen ist aus verschiedenen Anlagen
bekannt, dass 20. .30% des Müllmassenstromes Müll als Aschemassenstrom (Flug-
und Rostasche) anfällt und im Mittel ziemlich konstant ist.
Die Rauchgasdichte ρRauchgas hängt von der Zusammensetzung ab. Die Dichte
ρRauchgas = 1,277 kg/Nm3 gilt für folgende (mittlere) Rauchgaszusammensetzung
(Volumenprozent): 14,5% H2O, 11% CO2, 7,5% O2, Rest N2
Der gesamte Wassermassenstrom H2O_Rauchgas am Kesselende berechnet sich unter
Einbeziehung von (7) und (8) aus:
H2O_Rauchgas = H2O_Rauchgas Kesselende.H2ORauchgas.ρH2ODampf (9)
Das Wasser das im Rauchgas zu finden ist, hat 4 verschiedene Quellen:
- - H-Verbrennung Müllfeuerung
- - H-Verbrennung Zusatzfeuerung (Öl)
- - H2O aus der Verbrennungsluft
- - H2O aus dem Müll
daraus folgt:
H2O_Rauchgas Rauchgas = H2O_Müllverbrennung + H2O_Öl + H2O_Müll + H2O_Verbrennungsluft (10)
daraus folgt:
H2O_Müll = H2O_Rauchgas - H2O_Müllverbrennung - H2O_Öl - H2O_Verbrennungsluft (11)
Aus Abnahmeversuchen und Leistungsmessungen mit einer installierten CO2-
Messung im Rauchgas wurde über eine statistische Auswertung der Messdaten ein
linearer Zusammenhang
CO2 = kCO2 .QB (12)
festgestellt. Diese Gleichung ergibt sich aus dem Diagramm, welches in der Fig. 8
wiedergegeben ist. Daraus errechnet sich der C-Massenstrom aus der Verbrennung.
Setzt man ein konstantes C/H-Verhältnis im Müll ein, kann man über den erwähnten
Zusammenhang auch den H2O-Massenstrom aus der Müllverbrennung berechnen.
Das C/H-Verhältnis ist üblicherweise 7 bis 8. Mit einem konstanten Wert von 7,5 für
das C/H-Verhältnis kommt man auf folgenden Zusammenhang:
Für die Zusatzfeuerung mit Heizöl gilt:
H2O_Öl = Öl.AnteilH.9,000 (15)
wobei AnteilH für verschiedene Heizölsorten bekannt ist (Heizöl EL = 13%)
Für das über die Verbrennungsluft eingebrachte Wasser gilt:
H2O_Verbrennungsluft = (PL + SL + Falschluft).H2OVerbrennungsluft (16)
wobei H2OVerbrennungsluft zwischen 7. .12 g/Nm3 liegt und in diesem Bereich als konstant
angenommen wird.
Setzt man den Wassermassenstrom H2O_Müll aus dem Müll (11) ins Verhältnis zum
Mülldurchsatz Müll (2), erhält man den Wasseranteil im Müll:
Allen Berechnungen liegen Konstanten oder Annahmen zu Grunde. Sie verfälschen
das Resultat bezogen auf den effektiven, physikalischen Wert. Die fiktive Grösse
"Müllqualität" als Grundlage für die Feuerungseinstellung basiert auf diesen
berechneten Werten. Im Sinne der Müllverbrennung spielen aber die absoluten
Werte keine tragende Rolle. Es ist jedoch von entscheidender Wichtigkeit, wann sich
der absolute Wert ändert. Erst eine Änderung des Wertes bewirkt über die fiktive
Grösse "Müllqualität" schlussendlich eine veränderte Feuerungseinstellung.
Systematische Fehler (durch unzutreffende Annahmen oder unkorrekte Konstanten),
die sich hauptsächlich auf den absoluten Wert auswirken, können demzufolgen
keinen Einfluss auf den Feuerungsprozess nehmen. Den grössten Einfluss auf die
letztendlich entscheidende Grösse "Müllqualität" hat jedoch der Müllmassenstrom
Müll. Die vorgestellte Methode ist aber so aufgebaut, dass dieser Einfluss auf
elegante Art und Weise vernachlässigt werden kann:
Ein (kleiner) Fehler in der Berechnung des Müllmassenstromes Müll wirkt sich nun folgendermassen aus:
Ausgangslage: Hu = 10 000 kJ/kg und Wasseranteil Müll H2OMüll = 30% ergibt eine Müllqualität von 29,2%. Ist der berechnete Müllmassenstrom Müll ca. 10% grösser als effektiv, werden der Heizwert Hu und der Wasseranteil im Müll H2OMüll, um diese 10% kleiner sein.
Ausgangslage Fehler: Hu = 11 000 kJ/kg und Wasseranteil Müll H2OMüll = 33% ergibt eine Müllqualität von 31,2% (vorher 29,2%)
Ein (kleiner) Fehler in der Berechnung des Müllmassenstromes Müll wirkt sich nun folgendermassen aus:
Ausgangslage: Hu = 10 000 kJ/kg und Wasseranteil Müll H2OMüll = 30% ergibt eine Müllqualität von 29,2%. Ist der berechnete Müllmassenstrom Müll ca. 10% grösser als effektiv, werden der Heizwert Hu und der Wasseranteil im Müll H2OMüll, um diese 10% kleiner sein.
Ausgangslage Fehler: Hu = 11 000 kJ/kg und Wasseranteil Müll H2OMüll = 33% ergibt eine Müllqualität von 31,2% (vorher 29,2%)
Ändert sich der Wassermassenstrom Müll aus dem Müll um +10%, so ergibt dies bei
einem Hu von 10 000 kJ/kg eine Müllqualität von ca. 24,6% (vorher 29.2%). Der Müll
ist also schlechter geworden.
Ändert sich Heizwert des Mülls um +10%, so ergibt dies bei einem Wasseranteil im
Müll von 30% eine Müllqualität von 36% (vorher 29,2%). Der Müll ist also
offensichtlich besser geworden.
Die Fig. 9 zeigt in einem Diagramm einige Beispiele, wie ein Fehler von
Müllmassenstrom Müll, Heizwert Hu und Wassermassenstrom H2O_Müll in bezug auf
die Müllqualität ändert. Durch eine geeignete Wahl der Funktion
Müllqualität = f (HuMüll, H2OMüll) (18)
lässt sich der Fehler aus der Berechnung des Müllmassenstromes Müll gänzlich
ausblenden oder zumindest klein halten.
Allen Berechnungen liegen ausschliesslich (bei Einsatz eines Wäscher in der
Rauchgasreinigung)
- - Temperatur-
- - Druck
- - Differenzdruck (Durchfluss, Volumenstrom)-
Messungen zu Grunde. Diese Messungen gelten auch im Einsatzgebiet
Müllverbrennung als hoch verfügbar. Somit muss auch die Verfügbarkeit der fiktiven
Prozessgrösse "Müllqualität" hoch verfügbar sein.
In allen Berechnungen werden kleine Fehler gemacht, die sich entweder gegenseitig
aufheben oder verstärken. Die vorliegende Methode zu Bestimmung der
"Müllqualität", die als Basis für die Feuerungseinstellung dienen muss, hat sich aber
unabhängig von diesen Fehlern in verschiedenen Anlagen als sehr zuverlässig
herausgestellt. Die fiktive Prozessgrösse "Müllqualität" stimmt in 95% aller
Betriebsfällen mit den im Feuerraum beobachteten Feuerungszuständen überein.
Somit eignet sich das Signal bestens, von dessen Wert über Funktionen und
Tabellen eine Feuerungseinstellung abzuleiten (Verbrennungsluftverteilung,
Müllschichtdicke, Rostgeschwindigkeiten etc.).
Das Verfahren ist so konzipiert, dass sie in jedes handelsübliche Leitsystem
eingebaut werden kann. Sie ist auf keine zusätzliche, spezielle Hard- oder Software
angewiesen.
Nachfolgend ist beispielsweise ein Rechenbeispiel (Momentaufnahme) aus einer
Müllverbrennungsanlage aufgeführt. Das Leitsystem rechnet die Werte online alle
250 ms neu.
- 1. Im Müllschacht befinden sich die Greifer 3-10 mit den Gewichten w3-w10:
Der Greifer 10 hat die Marke nach 10 min erreicht und es wird ein Greifer w11 und
später (w11 bei Marke) ein Greifer w12 aufgegeben:
zum Zeitpunkt 09:25 errechnet sich der Mülldurchsatz mit
hFD
= f(TFD
, PFD
) aus Wasser-Dampftafel
TFD
TFD
= 400°C
PFD
PFD
= 39 bar
hFD
hFD
= 3217.4 kJ/kg
hSPW
hSPW
= f(TSPW
, PSPW
) aus Wasser-Dampftafel
TSPW
TSPW
= 130°C
PSPW
PSPW
= 56 bar
hSPW
hSPW
= 549.9 kJ/kg
mFD = 55 000 kg/h = 15.2778 kg/s
ζKessel = 0.855
QZusatzbrenner = 0 kW
⇒ QB = 47 665 kW
ζKessel = 0.855
QZusatzbrenner = 0 kW
⇒ QB = 47 665 kW
H2
ORauchgas
= f(TGas_vor_Wäscher
, TGas_im_Wäscher
):
TRG vor Wäscher
TRG vor Wäscher
= 180°C
Sättigungstemperatur der Rauchgase im Wäscher = 62°C
⇒ H2
Sättigungstemperatur der Rauchgase im Wäscher = 62°C
⇒ H2
ORauchgas
= 15.60 Vol%
VPL
= 56 500 Nm3
/h
VSG
VSG
= 11 600 Nm3
/h
VFalschluft
VFalschluft
5000 N m3
/h
mMüll
mMüll
, = 14 568 kg/h (siehe oben)
AnteilAsche
AnteilAsche
= 25%
ρRauchgas
ρRauchgas
= 1.277 kg/Nm3
VRauchgas Volumenstrom
= 82 572 Nm3
/h (siehe oben)
H2
H2
ORauchgas
= 15,60 Vol.%
ρRauchgas
ρRauchgas
= 0.80 kg/Nm3
H2O_Rauchgas
H2O_Rauchgas
= H2ORauchgas_Kesselende
.H2
ORauchgas
.ρH2O_Dampf
= 10 305 kg/h
H2O_Öl
H2O_Öl
= 0 kg/h
H2
H2
O Verbrennungsluft = 10 g/Nm3
H2O_Verbrennungsluft
H2O_Verbrennungsluft
= (PL
+ SL
+ Falschluft
).H2
OVerbrennungsluft
= 686 kg/h
kCO2
kCO2
= 0.3770 kg/kWh
QB = 47 655 kW (siehe oben)
QB = 47 655 kW (siehe oben)
⇒ H2O_Müll = H2O_Rauchgas - H2O_Müllverbrennung - H2O_Öl - H2O_Verbrennungslugt = 3739 kg/h
mMüll
= 14 568 kg/h (siehe oben)
mH2O_Müll
mH2O_Müll
= 3739 kg/h
H2
OMüll
= 25.66%
HuMüll
HuMüll
= 11 779 kJ/kg
1-12
Greiferinhalt
20
Trichter
30
Marke
40
Feuerung
50
Müllschacht
60
Müllverbrennungsanlage
hFD
hFD
Enthalpie des Frischdampfes
hSPW
hSPW
Enthalpie des Speisewassers
H2
H2
O Wasser
Hu Heizwert
k Proportionalitätsfaktor
Massenstrom
Müll
Hu Heizwert
k Proportionalitätsfaktor
Massenstrom
Müll
Massenstrom des Mülls
PFD
PFD
Druck des Frischdampfs
PSPW
PSPW
Druck des Speisewassers
PL Primärluft
Q Wärmeleistung
QB Wärmeleistung der Feuerung
SL Sekundärluft
T Temperatur
TFD
PL Primärluft
Q Wärmeleistung
QB Wärmeleistung der Feuerung
SL Sekundärluft
T Temperatur
TFD
Temperatur des Frischdampfs
TSPW
TSPW
Temperatur des Speisewassers
t Zeit
V Volumen
Rauchgas
t Zeit
V Volumen
Rauchgas
Rauchgas Volumenstrom des Rauchgases
w3
w3
Masse des 3. Greifers
w4
w4
Masse des 4. Greifers
ρ Dichte
ζKessel
ρ Dichte
ζKessel
Wirkungsgrad des Kessels
Claims (4)
1. Verfahren zur automatischen Einstellung der Feuerung einer
Müllverbrennungsanlage bei welchem der Heizwert des Mülls (Hu) kontinuierlich
aus der aktuell im Feuerungsraum entbundenen Wärme (QB) und dem
eingetragenen Müllmassenstrom (Müll) bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Einstellung der Feuerungsgrössen, wie Verbrennungsluftverteilung, Müllschichtdicke und Rostgeschwindigkeit, eine fiktive Prozessgrösse "Müllqualität" aus dem Heizwert des Mülls (Hu) und dem Wassergehalt des Mülls (H2OMüll) bestimmt wird, wobei der Wassergehalt des Mülls (H2OMüll) nach der Gleichung
ermittelt wird,
mit H2O_Müll Wassermassenstrom des Mülls,
und wobei sich der Wassermassenstrom des Mülls H2O_Müll aus
H2O_Müll = H2O_Rauchgas - H2O_Müllverbrennung - H2O_Öl - H2O_Verbrennungsluft
zusammensetzt,
mit
H2O_Rauchgas Wassermassenstrom im Rauchgas
H2O_Müllverbrennung bei Verbrennung entstandener Wassermassenstrom
H2O_Öl durch Öl-Zusatzfeuerung entstandener Wassermassenstrom
H2O_Verbrennungsluft in der zugeführten Verbrennungsluft enthaltener Wassermassenstrom,
wobei gilt:
H2O_Rauchgas = H2O_Rauchgas_Kesselende.H2ORauchgas.ρH2O_Dampf
mit
Rauchgas_Kesselende Volumenstrom des Rauchgases am Kesselende
H2ORauchgas Feuchte im Rauchgas
ρH2O_Dampf Dichte des Wassers in Dampfform
H2O_Müllverbrennung = kH2O.QB
mit
kH2O Proportionalitätsfaktor
QB bei der Feuerung entbundene Wärme
H2O_Öl = Öl.AnteilH.9,000
mit
Öl Massenstrom des Öls
AnteilH Anteil des Wasserstoffs im Öl
H2O_Verbrennungsluft = (PL + SL + Falschluft).H2OVerbrennungsluft
mit
L Volumenstrom der Primärluft
L Volumenstrom der Sekundär
Falschluft Volumenstrom der Falschluft
H2OVerbrennungsluft In der der Verbrennung zugeführten Luft enthaltenes Wasser.
zur Einstellung der Feuerungsgrössen, wie Verbrennungsluftverteilung, Müllschichtdicke und Rostgeschwindigkeit, eine fiktive Prozessgrösse "Müllqualität" aus dem Heizwert des Mülls (Hu) und dem Wassergehalt des Mülls (H2OMüll) bestimmt wird, wobei der Wassergehalt des Mülls (H2OMüll) nach der Gleichung
ermittelt wird,
mit H2O_Müll Wassermassenstrom des Mülls,
und wobei sich der Wassermassenstrom des Mülls H2O_Müll aus
H2O_Müll = H2O_Rauchgas - H2O_Müllverbrennung - H2O_Öl - H2O_Verbrennungsluft
zusammensetzt,
mit
H2O_Rauchgas Wassermassenstrom im Rauchgas
H2O_Müllverbrennung bei Verbrennung entstandener Wassermassenstrom
H2O_Öl durch Öl-Zusatzfeuerung entstandener Wassermassenstrom
H2O_Verbrennungsluft in der zugeführten Verbrennungsluft enthaltener Wassermassenstrom,
wobei gilt:
H2O_Rauchgas = H2O_Rauchgas_Kesselende.H2ORauchgas.ρH2O_Dampf
mit
Rauchgas_Kesselende Volumenstrom des Rauchgases am Kesselende
H2ORauchgas Feuchte im Rauchgas
ρH2O_Dampf Dichte des Wassers in Dampfform
H2O_Müllverbrennung = kH2O.QB
mit
kH2O Proportionalitätsfaktor
QB bei der Feuerung entbundene Wärme
H2O_Öl = Öl.AnteilH.9,000
mit
Öl Massenstrom des Öls
AnteilH Anteil des Wasserstoffs im Öl
H2O_Verbrennungsluft = (PL + SL + Falschluft).H2OVerbrennungsluft
mit
L Volumenstrom der Primärluft
L Volumenstrom der Sekundär
Falschluft Volumenstrom der Falschluft
H2OVerbrennungsluft In der der Verbrennung zugeführten Luft enthaltenes Wasser.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Feuchte im Rauchgas (H2ORauchgas) am Ende des Feuerungsraums direkt
gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Feuchte im Rauchgas (H2ORauchgas) über die Temperatur vor dem Eintritt des
Rauchgases in einen der Müllverbrennungsanlage nachgeschalteten
Rauchgaswäscher und über die Sättigunstemperatur der Rauchgase im
Rauchgaswäscher bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Proportionalitätskonstante kH2O über eine statistische Beziehung
Kohlendioxidmassenstrom CO2 = kCO2 .QB und das Kohlenstoff zu Wasserstoff-
Verhältnis (C/H) im Müll bestimmt wird, wobei kCO2 eine Proportionalitätskonstante
zwischen der entbundenen Wärme (QB) und des Kohlendioxidmassestroms
(CO2 ) ist.
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