DE3403981C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum abgestuften Ver­ brennen von fließfähigem Brennstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 30 48 131 bekannt und dient zur Verminderung der Emission von Stickoxiden. Der Nachteil dieser Stufenverbrennung im Feuerraum liegt darin, daß ein verschlechterter Ausbrand des eingesetzten Brennstoffes verzeichnet wird. Der schlechtere Ausbrand macht sich bei festen Brennstoffen, wie Kohle u. a., durch einen erhöhten Anteil an Unverbranntem in der Filterasche bemerkbar. Daneben treten auch erhöhte Emissionen unvoll­ kommen oxidierter gasförmiger Rauchgasbestandteile (z. B. CO) auf. Der Anteil an Unverbranntem ist dabei im allge­ meinen um so höher, je geringer die im Brennerbereich und je höher damit die gestuft dem Feuerraum zugeführte Verbrennungsluft ist. Damit sind wegen der in Praxis meist festgelegten Grenzwerte für das Unverbrannte in der Filterasche und im Abgasstrom auch die Grenzen für die mögliche Verminderung von Stickoxiden durch je eine gestufte Verbrennung im Feuerraum festgelegt.

Zur Verminderung der Emission von Stickoxiden ist es weiter­ hin bekannt (DE-OS 28 37 156; Power Engineering, Jan. 1982, S. 44 bis 47), die gesamte Verbrennungsluft als Sekundärluft, Tertiärluft und zusammen mit festem Brennstoff als Primärluft aufzugeben. Dadurch wird eine verzögerte Vermischung von Brennstoff und Ver­ brennungsluft erzielt. Die Folge davon ist ein gestufter Verbrennungsablauf mit einem brennstoffreichen Flammen­ kern und einer abgesenkten Flammentemperatur. Beide Faktoren führen zu einer nachhaltigen Verminderung der Emission von Stickoxiden. Bei dem einen bekannten Verfahren wird der Brennstoff abwärts in Richtung auf eine Umkehrzone in die Brennkammer eingebracht. In der Umkehrzone wird Sekundärluft zugeführt, so daß der Brennstoff auf seinem Weg durch die Brennkammer auf die Verbrennungsluft trifft. Die Tertiärluftdüsen befinden sich in der Brennkammerwand nahe dem Rauchgasauslaß. Bei dem anderen genannten Ver­ fahren wird Luft in den Trichterbereich eingeblasen und entlang den Brennkammerwänden geführt, um dort eine oxidierend wirkende Atmosphäre einzuhalten.

Weiterhin ist es bekannt (Braunkohle (1974), Nr. 7, Seiten 210 und 211) eine Verbrennung von festen Brennstoffen mittels Strahlbrennern durchzuführen, bei denen die Ver­ brennungsluft gestuft als Ober-, Unter- und Zwischenluft aufgegeben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsge­ mäße Verfahren einer Stufenverbrennung in Feuerraum derart zu verbessern, daß neben einer Senkung des Gehaltes an Stickoxiden der Ausbrand des Brennstoffes verbessert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Die Erfindung baut auf der Beobachtung auf, daß offen­ sichtlich die Strömungsenergie der oberhalb der Brenner zugeführten Verbrennungsluft aufgrund einer begrenzten Gebläseleistung nicht ausreicht, um innerhalb der in den Feuerräumen praktisch zur Verfügung stehenden Misch­ zeiten und -wege eine gleichmäßige Verteilung der zusätzlichen Verbrennungsluft im Rauchgasstrom zu ge­ währleisten. Wegen der begrenzten Eindringtiefe der Strahlen der zusätzlichen Verbrennungsluft steht nicht im gesamten Feuerraumquerschnitt der Ausbrandzone zwi­ schen der oberen Brennerebene und den Überhitzerheiz­ flächen der Kesselanlage genügend Sauerstoff zur Verfügung. Gemäß der Erfindung wird nun die für einen weitgehenden Ausbrand erforderliche Menge an Verbrennungsluft aus­ schließlich oder neben der bekannten Zufuhr oberhalb der Brennerebenen in einer Weise in die Brennkammer eingebracht, daß sie erst jeweils auf das Ende der Flammen der primären Verbrennungszone auftritt. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Verfahrens wird dabei bewirkt, daß sowohl in den Flammen der primären Verbrennungszone bis etwa zum Flammenende Luftmangel vorliegt, als auch die in der ersten Stufe zugegebene Feuerraum-Stufenluft zunächst in einem Bereich des Feuerraumes konzentriert wird, in den eine eventuell zusätzlich eingebrachte Feuerraum-Oberluft (Over-Fire- Air) nicht mehr eindringen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Die Zeichnung stellt einen Längsschnitt durch eine Brennkammer dar.

Ein Dampferzeuger weist einen Feuerraum oder eine Brenn­ kammer 1 mit einer vertikalen Längsachse 2 und einem vorzugsweise rechteckigen Querschnitt auf. Die Wände 3 der Brennkammer 1 sind aus gekühlten, gasdichten Rohr­ wänden gebildet, die in einem Kesselgerüst 4 aufgehängt sind. Der untere Teil der Brennkammer 1 ist bei Verwen­ dung von festen Brennstoffen durch einen Trichter 5 abge­ schlossen, durch den die bei der Verbrennung anfallende Asche abgeführt wird. Der obere Teil der Brennkammer 1 setzt sich in einen Gaszug zur weiteren Führung der ent­ stehenden Rauchgase fort.

In zwei einander gegenüberliegenden Wänden 3 der Brenn­ kammer 1 sind Brenner 6 in mehreren übereinanderliegenden Ebenen angeordnet. Die Brenner 6 sind vorzugsweise als Rundbrenner ausgebildet und mit je einem Anschluß 7, 8 für Brennstoff und Verbrennungsluft versehen. Bevorzugt werden feste Brennstoffe, wie Kohle, verfeuert.

Es kann aber auch Gas oder Öl verbrannt werden. Brennstoff und Brennerluft können in bekannter Weise über im Brennergehäuse angeordnete Ringkanäle zugeführt werden. Die aus den Brennermündungen 9 aus­ tretenden Verbrennungsprodukte sind in den Innenraum der Brennkammer 1 gerichtet und bilden Flammen 10, die mit zunehmender Höhe der Brennkammer 1 immer stärker in Richtung der strömenden Rauchgase umgelenkt werden.

Oberhalb der oberen Brennerebene können Eintrittsöff­ nungen 11 für Verbrennungsluft in Form sogenannter "Over fire air ports" vorgesehen sein. Im allgemeinen reicht die Eindringtiefe der austretenden Luftstrahlen nicht aus, daß sie bis in den Bereich der Längsachse 2 gelangen. Diese Luftstrahlen vermischen sich daher nur im Randbereich mit den Rauchgasen.

Zur Vermeidung der genannten Nachteile sind unter­ halb der unteren Brennerebene Luftzuführungen 12 für Verbrennungsluft vorgesehen. Diese Luftzuführun­ gen 12 sind in die Schräge des Trichters 5 eingebaut. Sie können auch, wie durch die gestrichelte Darstellung 12′, 12′′ angedeutet ist, in dem geraden Wandteil der Brennkammer 1 oder an der Unterkante des Trichters 5 angeordnet sein. Der Ort des Einbaus der Luftzufüh­ rungen 12, 12′, 12′′ und die Geschwindigkeit, mit der die Luft ausgeblasen wird, sind derart aufeinander abge­ stimmt, daß die Luftstrahlen den Bereich einer in der Längsachse 2 der Brennkammer 1 liegenden und zu den Brennerwänden parallelen Ebene erreichen und erst dort mit den Enden der Flammen 10 zusammentreffen. Die Rest­ luft für den insgesamt feuerungstechnisch erforderlichen Luftüberschuß kann durch die Eintrittsöffnungen 11 zuge­ führt werden.

Die Erfindung läßt sich außer bei der beschriebenen Brenn­ kammer mit Brenner in Boxeranordnung auch bei Brennkammern mit Frontfeuerung oder bei anderen Verbrennungsräumen anwenden, wenn an einer Stelle vor der Brennstoffzugabe Luft in der Weise aufgegeben wird, daß sie zunächst lediglich auf die Flammenenden auftrifft.

Mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung wird der Brenn­ stoff in der folgenden Weise verbrannt. In einer mit C bezeichneten primären Verbrennungszone, die unten durch die unterste Brennerebene und oben durch die Ebene der Eintrittsöffnungen 11 begrenzt ist, wird der Brennstoff mit der über die Brenner 6 zugeführten Verbrennungsluft unterstöchiometrisch bis stöchiometrisch verbrannt. Die entstehenden Flammen 10 sind in den Innenraum der Brenn­ kammer 1 gerichtet. Die Brennstoff- und Luftzufuhr durch die Brenner wird so eingestellt, daß zwischen Brenner­ mündung 9 und Flammenende in den Flammen 10 Zonen mit Luftmangel auftreten.

Die für die vollkommene Verbrennung unter Luftüberschuß erforderliche Menge an Verbrennungsluft wird zum Teil oder vollständig über die Luftzuführungen 12 vor der Brennstoffzugabe innerhalb der primären Verbrennungs­ zone C zugeführt. Diese Verbrennungsluft wird bis in die Mitte der Brennkammer 1 eingeblasen. Sie trifft dort auf die Flammenenden der primären Verbrennungszone C und wird mit den Rauchgasen der primären Verbrennungs­ zone C in Form einer in der Mitte der Brennkammer 1 liegenden flächigen Luftsträhne 13 durch die Brennkammer 1 geführt. Dieser Anteil an Verbrennungsluft nimmt auf seinem weiteren Wege an der Verbrennung teil, beein­ flußt jedoch nicht die chemische Reduktion von Stick­ oxiden durch Produkte der unvollkommenen Verbrennung in den Flammen. Nach dem Durchströmen der primären Ver­ brennungszone C wird die aus den Eintrittsöffnungen 11 austretende Verbrennungsluft mit den Rauchgasen weiter vermischt. Hier beginnt eine Ausbrandzone B, in der die brennbaren Bestandteile vollständig verbrannt werden. Dieser Vorgang der Vervollständigung der Verbrennung zur Erzielung eines weitgehenden Ausbrandes wird durch die vor der Brennstoffzugabe aufgegebene Verbrennungs­ luft allein oder in Verbindung mit der hinter der Brennstoffzugabe aufgegebenen Verbrennungsluft erreicht.

Claims (1)

1. Verfahren zum abgestuften Verbrennen von fließfähigem Brennstoff in einer Feuerungsanlage mit einer langge­ streckten Brennkammer mit senkrecht zur Brennkammer­ achse ausblasenden Brennern in mindestens einer Wand und mit einem Rauchgasauslaß an einem Ende, bei dem der Brennstoff und eine unterstöchiometrische Luftmenge über die Brenner und gegebenenfalls ein Teil der restlichen Verbrennungsluft zwischen dem Brennerbereich und dem Rauchgasauslaß in die Brennkammer eingeblasen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die übrige Menge der Verbrennungsluft derart zugeführt wird, daß sie auf dem Weg zum Rauchgasauslaß den Brennkammerbereich passieren muß, in dem die Brenner angeordnet sind, und daß sie dort im wesentlichen im Bereich der Spitzen der aus den Brennern austretenden Flammen strömt.