DE3038326C2

DE3038326C2 -

Info

Publication number: DE3038326C2
Application number: DE3038326A
Authority: DE
Inventors: Anton Van Ing.(Grad.) 4750 Unna De Heesch; Roman Dipl.-Ing. 4600 Dortmund De Blaschkowski
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1980-10-10
Filing date: 1980-10-10
Publication date: 1987-10-15
Also published as: DE3038326A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung des unter Tage anfallenden, vorzugsweise über ins Gebirge eingebrachte Bohrungen aufgeschlossenen und abgesaugten Grubengases, das zusammen mit der mitgeführten Luft über eine Sammelleitung nach über Tage dort installierten Kesselanlagen zugeführt und dessen Zusammensetzung dabei durch Meßgeräte überwacht wird, wobei die Meßwerte zur Regelung des Gas- Luftgemisches verwendet werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Regeleinrichtung von Grubengasverbrennungskesseln mit per Einzelantrieb betätigbaren Klappen für Luft und Gas zur Durchführung des Verfahrens.

Die Verbrennung des Grubengases, das unter Tage über Rohrleitungen einer Sammelleitung zugeführt und dann nach über Tage gesaugt oder gedrückt wird, ist wegen des schwankenden Methangehaltes feuerungstechnisch schwierig. Die Schwankungen können wegen der geologischen Gegebenheiten nicht verhindert werden.

Bei kleinen Anlagen versucht man, den Schwierigkeiten dadurch auszuweichen, daß die eingesetzten Verbundbrenner auf einen hohen CH₄-Gehalt eingestellt werden, wodurch sich bei CH₄-armem Gas ein hoher Luftüberschuß ergibt (Schacht Grillo des Bergwerks Neu-Monopol, Kamen). Bei einem derartigen Luftüberschuß reißt die Flamme des Brenners ab, so daß der Brenner auf Störung schaltet und der Betrieb unterbrochen wird. Weiter ist versucht worden, sogenannte atmosphärische Brenner einzusetzen, die das Grubengas unabhängig vom Heizwert verbrennen. Eine derartige Verfeuerung bzw. Verbrennung des Grubengases hat den Nachteil, daß bei steigendem Heizwert eine Überlastung und bei fallendem Heizwert eine Minderleistung des Kessels eintritt, verbunden mit einem wirtschaftlich nicht vertretbaren Luftüberschuß.

Aufgrund der genannten Schwierigkeiten ist man bei kleineren, insbesondere aber bei größeren Kesseln dazu übergegangen, den Heizwert annähernd konstant zu halten, indem in die ankommende Grubengasleitung Luft je nach Bedarf eingeblasen wird (Schachtanlage Haus Aden, Bergkamen-Oberaden, Kreis Unna). Die Regelung der eingeblasenen Luftmenge erfolgte durch nachgeschaltete Meß- und Regelgeräte, die aber bei gestörtem Regelverhalten die Bildung eines explosiven Gemisches nicht mit Sicherheit ausschließen. Aufgrund der Verpuffungsgefahr erfordert ein derartiges Verbrennungsverfahren neben dem hohen Regelaufwand auch einen hohen sicherheitstechnischen Aufwand. Hinzu kommt der ständige Stromverbrauch für den für die Luftzufuhr benötigten Ventilator.

Zur Vermeidung derartiger Gefahren werden nach einem weiteren bekannten Verfahren (Schachtanlage Heinrich Robert/Königsborn, Hamm 3) alle an der Verbrennung beteiligten Medien über Blenden fortlaufend gemessen und dann über einen Rechner in das richtige Mengenverhältnis gesetzt. Die Klappen für die Gas- und Luftzufuhr werden über Einzelantriebe gesteuert. Über ein zusätzliches Meßgerät wird darüber hinaus der Methangehalt des Grubengases ermittelt bzw. umgekehrt die im Grubengas mitgeführte Luftmenge. Dieser Meßwert wird dann ebenfalls dem Rechner aufgegeben, um bei der Verbrennungsluftzufuhr mit berücksichtigt zu werden. Der technische Meßaufwand ist sehr hoch und damit das gesamte Verfahren umständlich, aufwendig und sehr anfällig. Durch die häufig auftretenden Störungen wird der Betrieb behindert und darüber hinaus der Wartungsaufwand sehr stark belastet.

Grundsätzlich ist es darüber hinaus bekannt, das Verhältnis von Luft und Kohlenwasserstoffgas in einer, einem oder mehreren Brennern zugeführten Mischung zu kontrollieren, wobei der Brennwert der Mischung kontinuierlich gemessen wird (DE- OS 28 12 605). Bei entsprechenden Änderungen wird dann die Zufuhr des Kohlenwasserstoffgases entsprechend reguliert. Da die zugeführte Mischung naturgemäß nur ganz geringe Unterschiede im Brennwert aufweist, kommt es hier auf sehr feine Einstellungen an, die naturgemäß einen hohen Meß- und Regelaufwand erfordern. Es kommt hier somit darauf an, die Mischung gleich zu halten, da Unterschiede wesentlichen Einfluß auf die Oberflächenbehandlung nehmen würden. Dies wird zwar letztlich über den Brennwert der Mischung bewerkstelligt, doch ist eben die Zielrichtung nicht, große Schwankungen auszugleichen, ohne dadurch die Leistung des mit dem Gas betriebenen Brenners zu ändern. Ähnlich ist auch der Wärmemengenregler nach der DE-PS 8 90 113 ausgelegt, der die selbsttätige Einregelung der Verbauchsmenge auf gleichbleibende Wärmelieferung in Abhängigkeit vom Heizwert des Gases zum Ziel hat. Mit beiden Verfahren bzw. Vorrichtungen können die Besonderheiten bei der Verbrennung von Grubengas nicht geregelt und gesteuert werden.

Der Erfindugn liegt die Aufgabe zugrunde, eine den jeweiligen Kesselbedingungen anpaßbares, einen möglichst geringen Regel- und Wartungsaufwand erforderndes Verbrennungsverfahren und eine dafür geeignete Regeleinrichtung zu schaffen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß nur der Methangehalt des Grubengases fortlaufend ermittelt und bei Sollabweichungen der Gasvordruck gegenläufig zum Methangehalt verändert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert einen geringen Regelaufwand, da lediglich der Mehtangehalt des Grubengases zu ermitteln ist. Über die ermittelten Werte wird lediglich die Grubengasmenge, die dem Kessel zugeführt wird, geändert und zwar so, daß bei steigendem Methangehalt die Gasmenge gedrosselt und bei geringerem Methangehalt die Gasmenge durch Verstellung der Gasklappe geändert wird. Diese Regelung ist möglich, ohne die Kesselleitungsregelung zu behindern, da nur eine der beiden Klappen bei diesem Verfahren zur Regelung des Gas-Luftverhältnisses eingesetzt ist. Vorteilhaft dabei ist, daß zur Regelung des Verbrennungsverfahrens keine Mengenmeßeinrichtungen benötigt werden und daß weiter ein Ventilator für die Zuführung der Mischluft entfällt.

Zur Verbrennung des unter Tage anfallenden, abgesaugten Grubengases ist nach einer zweckmäßigen Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, bei Sollabweichungen den Gasvordruck gegenläufig und die zugeführte Verbrennungsluftmenge gleichsinnig zum Methangehalt zu verändern. Auf diese Weise kann die jeweils ermittelte, im Grubengas enthaltene Luft zusätzlich berücksichtigt werden, so daß sich ein annähernd gleicher Luftfaktor ergibt. Kleine Schwankungen aufgrund von Unterschieden in den Drosselkurven der einzelnen Klappen haben dabei auf den Verbrennungsvorgang so gut wie keinen Einfluß.

Zur Vermeidung von Verpuffungen und zur Optimierung des Verbrennungsverfahrens ist weiter vorgesehen, daß die O₂-Werte des Abgases gemessen und in den Regelvorgang integriert zur Korrektur der Verbrennungsluftmenge verwendet werden. Durch Änderung der Verbrennungsluftmenge unter Berücksichtigung der gemessenen O₂-Werte wird der Ausstoß an unverbrannten Bestandteilen über die behördlich zugelassenen Anteile im Abgas verhindert.

Zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ist eine Regeleinrichtung für Grubengasverbrennungskessel mit per Einzelantrieb betätigbaren Klappen für Luft und Gas vorgesehen, bei der das den Methangehalt messende Gerät den Einzelantrieb der Gas- und/oder Luftklappe steuernd ausgebildet und geschaltet ist. Die von dem Gerät gemessenen Werte werden in elektrische Signale umgeformt, die dann zur Regelung der Einzelantriebe verwendet werden. Dadurch ist eine schnelle Anpassung des dem Brenner zugeführten Gas-Luftgemisches möglich.

Zur Anpassung des Gasdruckes an den sich ändernden Methangehalt des unter Tage abgesaugten und den Kesseln zugeführten Gases ist erfindungsgemäß vor dem Brenner ein Gasdruckregler mit variablem Druck auf seiner Ausgangsseite angeordnet. Die Gasdruckregelung hat den Vorteil, daß wegen der Konstanthaltung der Methangasmenge nun Verbundbrenner eingesetzt werden können.

Der technische Fortschritt und die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß für die Durchführung des Verbrennungsverfahrens nur wenig Meß- und Regelaufwand erfordernde Geräte notwendig sind, die dementsprechend auch einen nur geringen Wartungsaufwand erfordern. Das Verfahren selbst ist unkompliziert und eignet sich von daher besonders für die Durchführung derartiger Verbrennungsverfahren im in der Regel rauhen Bergwerksbetrieb. Es hat sich dabei gezeigt, daß aufgrund der hinreichend genauen Erfassung aller leistungs- und feuerungstechnischen Werte nur wenige Geräte benötigt werden. Damit sinkt der Investitions- und auch der Betriebsaufwand.

Anwendungsbeispiel 1

Beim Einsatz eines Brenners mit Einzelantrieb der Klappen für Luft und Gas wirkt die Kesseltemperatur- oder -druckregelung über die übliche Brennerregelung direkt nur auf die Luftklappe und die Gasklappe bei unverändertem Methangasgehalt. Ändert sich nun der gemessene Methangehalt, wird die Stellung der Klappen zueinander verändert, d. h. ein höherer Methangehalt erfordert eine geringere Gasmenge und ein geringerer Methangehalt erfordert eine größere Gasmenge. Die Stellungsdifferenz der Klappen ist bei unveränderter Kesselleistung durch Verfahren allein der Gasklappe zu verändern.

Da die Veränderung des Anteils der im Grubengas enthaltenen Luft hierbei unberücksichtigt bleibt, ergeben sich die nachfolgend aufgeführten Verbrennungsverhältnisse:

Die Erhöhung der Gasmenge auf 2 m³ bei einem Methangasgehalt von 25% erfolgt in der oben beschriebenen Weise durch den Regler, der dadurch die Feuerungsleistung konstant hält. Der Anstieg des Luftfaktors durch die mit dem Gas eingebrachte Luftmenge auf 1,31 ist ein theoretischer Wert, da Gas mit so niedrigem CH₄-Gehalt in der Praxis nicht verfeuert wird. Ein sicherer Betrieb ist im übrigen im gesamten üblichen Veränderungsbereich der Analyse möglich. Sonstige Anteile im Grubengas, wie z. B. 2% CO₂ oder eine leichte Anhebung des Stickstoffanteiles der Luft wirken sich wegen der Herabsetzung des Sauerstoffanteils im Gas günstig aus, da der Sauerstoffüberschuß im Abgas herabgesetzt wird.

Anwendungsbeispiel 2

Unabhängig von der Lastregelung des Kessels erfolgt der Eingriff der vom Methangehalt abhängigen Regelung in der Weise, daß durch Druckanpassung vor dem Brenner die Methangasmenge in der Feuerung bei Unveränderung der Klappenstellung des Brenners konstant gehalten wird. Die Gasdruckregelung erfolgt dabei durch einen Gasdruckregler mit variablem Druck auf der Ausgangsseite des Reglers.

Für die Verbrennungsverhältnisse ergeben sich folgende Werte:

Anwendungsbeispiel 3

Da die dem Brenner zugeführte Methangasmenge durch Druckveränderung des Gases vor dem Brenner bei gleicher Klappenstellung unabhängig von der CH₄-Konzentration konstant gehalten wird, kann die im Grubengas enthaltene Luft durch Veränderung der Luftklappenstellung von der Verbrennungsluftmenge substrahiert werden, wodurch sich mit ausreichender Genauigkeit ein fast konstanter Luftfaktor einstellen läßt. Für die Verbrennungsverhältnisse ergeben sich hier folgende Werte:

Claims

1. Verfahren zur Verbrennung des unter Tage anfallenden, vorzugsweise über ins Gebirge eingebrachte Bohrungen aufgeschlossenen und abgesaugten Grubengases, das zusammen mit der mitgeführten Luft über eine Sammelleitung nach Übertage dort installierten Kesselanlagen zugeführt und dessen Zusammensetzung dabei durch Meßgeräte überwacht wird, wobei die Meßwerte zur Regelung des Gas-Luft-Gemisches verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß nur der Methangehalt des Grubengases fortlaufend ermittelt und bei Sollabweichungen der Gasvordruck entsprechend gegenläufig zum Methangehalt verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Sollabweichungen der Gasvordruck gegenläufig und die zugeführte Verbrennungsluftmenge gleichsinnig zum Methangehalt verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die O₂-Werte des Abgases gemessen und in den Regelvorgang integriert zur Korrektur der Verbrennungsluftmenge verwendet werden.

4. Regeleinrichtung von Grubengasverbrennungskesseln mit per Einzelantrieb betätigbaren Klappen für Luft und Gas zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das den Methangehalt messende Gerät den Einzelantrieb der Gas- und/oder Luftklappe steuernd ausgebildet und geschaltet ist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Brenner ein Gasdruckregler mit variablem Druck auf seiner Ausgangsseite angeordnet ist.