DE3731205A1 - Vorrichtung zum eintrag von gasen in brennraeume sowie verfahren zur minderung von schadstoffen bei verbrennungsvorgaengen - Google Patents
Vorrichtung zum eintrag von gasen in brennraeume sowie verfahren zur minderung von schadstoffen bei verbrennungsvorgaengenInfo
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- F23D14/84—Flame spreading or otherwise shaping
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- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
- F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
- F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Eintrag von Gasen, Aerosolen und/oder Gas-Feststoffmi
schungen in den Brennraum eines Dampfkessels oder ande
rer Feuerräume mit Wärmenutzung sowie ein Verfahren zur
Minderung der bei der Verbrennung von Gasen, Aerosolen
und/oder Gas-Feststoffmischungen in Dampfkesseln oder
anderen Feuerräumen mit Wärmenutzung entstehenden Schad
stoffe.
Üblicherweise wird ein Stickstoffverbindungen ent
haltendes Abgas in einer 2-stufigen Brennkammer
entsorgt, wobei die erste Brennkammer mit Sauer
stoffmangel und die zweite mit entsprechendem Sauer
stoffüberschuß betrieben wird. Zusätzlich ist, um die
thermische NO x -Bildung zu minimieren, ein Wärmetauscher
zwischen beiden Brennkammern plaziert. Anlagen mit 2
stufiger Verbrennung sind aus R. Römer, W. Leukel,
A. Stoeckel, G. Hemmer: Beeinflussung der Stickoxid
bildung aus brennstoffgebundenem Stickstoff durch
feuerungstechnische Maßnahmen, Chem.-Ing.-Techn.
MS 875/81 oder 0. Carlowitz, H. Wiebe, U. Gravemeier
Verbrennung von ammoniak- und stickoxidhaltigen Brüden
in einem Drallbrennkammersystem, VDI-Berichte Nr.
423/81, bekannt.
Diese Verbrennungsanlagen werden in erster Linie zur
Minderung der Schadstoffe betrieben, wobei im Vergleich
zu Kraftwerksfeuerungen eine wesentlich geringere Rauch
gasmenge zur Diskussion steht. Eine Vorschaltung einer
mit Luftmangel betriebenen Vorbrennkammer an einen
Dampfkessel mit Zwangsumlauf scheidet aufgrund der geän
derten Wärmeentbindung und der damit verbundenen Ände
rung der örtlichen Wärmeübertragung aus.
Durch den Einsatz geeigneter Brenner kann die NO x -
Emission vermindert werden. Durch gezielte Luft- und
Brennstoffzufuhr werden Zonen innerhalb der Brenner
flamme erzeugt, in denen Luftmangel herrscht und
dementsprechend das für die NO x -Reduzierung geeignete
CO entsteht. Die Wirkung dieser Brenner wird weiter
dadurch gesteigert, daß durch Zugabe von sauerstoffabge
reicherter Verbrennungsluft, die meist als Mischung von
Frischluft und rückgeführtem Rauchgas zur Verfügung
steht, an geeigneter Stelle sowohl die Flammtemperatur
reduziert als auch das Sauerstoffangebot reduziert
wird.
Aus VDI-Berichte 574, Seiten 443 ff ist weiter bekannt,
zur Minimierung des NO x -Gehaltes in Rauchgas der Einsatz
von stickstoffhaltigem Brennstoff in mit mehreren
Brennern bestückten Feuerungsanlagen, die Brennstoff
konzentration und Luftmenge an den einzelnen Brennern
zu vertrimmen.
Diese Technologie kann nur bei kleinen Volumenströmen
Stickstoffverbindungen enthaltenden Abgases angewandt
werden. Dieses Abgas müßte im Primärbereich der Flamme
zugeführt werden, da sonst eine für die Reduzierung des
aus dem Abgas entstandenen NO x erforderliche Vermischung
mit dem Reduktionsmittel nicht oder nur sehr unvoll
ständig gegeben ist.
Aufgabe der Erfindung war es somit, eine Vorrichtung zur
Verfügung zu stellen, die die beschriebenen Nachteile
nicht aufweist.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß durch eine
geänderte Zufuhr des Abgases bei üblichen Brennern die
Abgaswerte erheblich verbessert werden können. Die
geänderte Zufuhr geschieht durch einen schirmartigen
Aufsatz am Ende des Gassammelrohres.
Die im folgenden
benutzte Bezifferung bezieht sich auf Fig. 1, in der
eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung dargestellt ist.
Gegenstand dieser Erfindung ist eine Vorrichtung zum
Eintrag von Gasen, Aerosolen und/oder Gas-Feststoff
mischungen in den Brennraum eines Dampfkessels oder
anderer Feuerräume mit Wärmenutzung, welche dadurch
gekennzeichnet ist, daß am Austritt eines Gassammel
rohres (1) ein schirmartiger Aufsatz (2) zentral so
installiert ist, daß das einzutragende Gas, Aerosol
und/oder die Gas-Feststoffmischung ringförmig mit einem
Öffnungswinkel von < 90°C, bevorzugt 120 bis 150°, in
den Brennraum eingetragen werden kann.
Erfindungsgemäß kann es von Vorteil sein, daß das
Gassammelrohr (1) eine ringförmige Erweiterung (3)
aufweist. Hierdurch kann die Führung des Gasstroms
optimiert werden. Ferner ist es vorteilhaft, daß am
und/oder oberhalb des schirmartigen Aufsatzes (2) eine
Kühlvorrichtung (4) installiert ist. Diese Kühlvorrich
tung schützt die erfindungsgemäße Vorrichtung gegen ein
strahlende Wärme. Sie kann aus mit Flüssigkeit durch
strömten Kühlschlangen bestehen, die bevorzugt mäander
förmig ausgelegt sind. Weiterhin besteht eine besonders
bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor
richtung darin, daß im Gassammelrohr (1) ein oder mehre
re Eintragsorgane (5) angebracht sind. Hier können wei
tere Gasströme, z.B. Luft oder Sauerstoff eingebracht
werden. Auch können am Gassammelrohr (1) ein oder mehrere
Brenngaseintragsorgane (6) so angebracht sein, daß das
Brenngas im Austrittbereich (7) des Gassammelrohres (1)
gelangen kann.
Zur Strömungsstabilisierung und zur Verbesserung der
inneren Mischwirkung können die Gaszufuhr (5) und (6)
exzentrisch oder in einer anderen, die Mischung ver
bessernden Weise erfolgen. Weiter ist eine Aufheiz
möglichkeit der Vorrichtung selbst auf 800°C bis 1000°C
gegeben durch direkte oder indirekte Beheizung, z.B.
elektrische Heizung des Außenmantels der Vorrichtung.
Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, bei abgestelltem
Gasstrom in der Vorrichtung anbackende Produkte zu
pyrolisieren und somit zu reinigen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung besteht somit darin, daß im Gassammel
rohr (1) ein Brenner (8) für Reinigungszwecke
installiert ist.
Gegenstand dieser Erfindung ist auch ein Verfahren zur
Minderung der bei der Verbrennung von Gasen, Aerosolen
und/oder Gas-Feststoffmischungen anfallenden Schadstoffe
in Dampfkesseln oder anderen Feuerräumen mit Wärme
nutzung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die
Gase, Aerosole und/oder Gas-Feststoffmischungen über
eine Vorrichtung gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche
1 bis 6 in den Brennraum verteilt werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es z.B.
möglich, die Konversionsrate von einem stickstoff
haltigen Abgas bei der Entsorgung in Dampfkesseln oder
anderer Kessel mit Abwärmenutzung erheblich zu ver
mindern. Zu diesem Zweck wird das Abgas stromauf vor der
1. Brennerebene durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
in die Brennkammer eines Dampfkessels so eingebracht,
daß optimale Misch- und Verweilzeitbedingungen geschaf
fen werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
es ferner möglich, das Abgas selbst durch Beimischung
von gasförmigem Brennstoff und gasförmigen Sauerstoff
trägern optimal auf die Brennbedingungen einzustellen.
Bevorzugt betragen an der erfindungsgemäßen Vorrichtung
die Austrittsgeschwindigkeiten der Gase 10 m/s bis
80 m/s, bevorzugt 20 m/s bis 40 m/s. Das erfindungs
gemäße Verfahren ist insbesondere für Verbrennungsvor
gänge geeignet, in denen die Gase, Aerosole der Gas-
Feststoffmischungen Stickstoff und/oder Verbindungen des
Stickstoffs enthalten.
So ist es erfindungsgemäß möglich, große Mengen nieder
kalorisches, Stickstoffverbindungen enthaltendes Abgas
in einen großen Brennraum, bevorzugt in den gekühlten
Brennraum von Kesseln zur Dampferzeugung einzudüsen. Die
dem Abgas entstammende Rauchgasmenge kann bei ent
sprechendem Heizwert des Abgases bis ca. 50% der
gesamten Rauchgasmenge betragen. Das Abgas selbst kann
bis zu mehreren 10 000 ppm Stickstoffverbindungen ent
halten, z.B. HCN, die thermisch gespalten werden und zu
einem erheblichen Teil mit Sauerstoff zum NO oder NO2
reagieren. In ersten Versuchen lag die NO x -Minderung
zwischen 61% bei einem Anteil von 13% und 48% bei
einem Anteil des Abgases von 32% an dem genannten
Rauchgasvolumenstrom.
Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft erläutert,
ohne daß hierin eine Einschränkung zu sehen ist.
Üblicherweise wurde das Stickstoffverbindungen enthal
tende Abgas über 34 in einem zentralen Aufgabepilz ange
ordnete Rohre der Größe DN 100 ca. 2 m unterhalb der
ersten Brennerebene, bestehend aus 4 Eckenbrennern, in
den Feuerraum eines Dampfkessels mit dem Querschnitt
4 m × 4 m eingetragen. Die Rohre im Aufgabepilz bildeten
einen Winkel von 20° gegen die Feuerraumachse. Der Ein
trag des mit 0,8 MI/m3 bis 1,2 MI/m3 heizwertarmen Ab
gases, das typisch bis je 4% Blausäure und Sauerstoff,
89% Stickstoff und jeweils max. 2,2% Kohlendioxid,
Wasserdampf und Kohlenmonoxid sowie Spuren verschiedener
organischer Verbindungen enthalten kann, erfolgte erfin
dungsgemäß durch die in Bild 1 dargestellte Vorrichtung
dergestalt, daß der Verteilerpilz mit einem Aufsatz ver
sehen wurde, so daß das Abgas unter einem Öffnungswinkel
von ca. 180° in den Feuerraum strömte. Der mit einem
ungekühlten doppelten Hitzeschirm versehene neuartige
Verteiler war am Austritt entsprechend Bild 1 so gestal
tet, daß das Abgas aus einem ringförmigen Spalt von
100 mm bei einem mittleren Durchmesser von 1060 mm strö
men konnte. Gegenüber den mit üblichen pilzförmigen Ver
teiler gemessenen NO x -Werten wurde bei Kesselteillast
und ca. 65 000 m3/h Rauchgas der 8 in 2 Brennerebenen
installierten Gasbrenner der NO x -Gehalt, bezogen und be
rechnet nach GFAVO, mit der erfindungsgemäßen Vorrich
tung bei Einleitung von 10 000 m3/h Abgas um 61% und
bei 30 000 m3/h um 48% bei gleichen Betriebsbedingungen
verringert. Der Restsauerstoffgehalt am Ende des Feuer
raums betrug 1%.
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Eintrag von Gasen, Aerosolen
und/oder Gas-Feststoffmischungen in den Brennraum
eines Dampfkessels oder anderer Feuerräume mit
Wärmenutzung, dadurch gekennzeichnet, daß am
Austritt eines Gassammelrohres (1) ein
schirmartiger Aufsatz (2) zentral so installiert
ist, daß das einzutragende Gas, Aerosol und/oder
die Gas-Feststoffmischung ringförmig mit einem
Öffnungswinkel von < 90°C, bevorzugt 120 bis 150°,
in den Brennraum eingetragen werden kann.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gassammelrohr (1) eine ring
förmige Erweiterung (3) aufweist.
3. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß am und/oder oberhalb
des schirmartigen Aufsatzes (2) eine Kühlvor
richtung (4) installiert ist.
4. Vorrichtung gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Gassammel
rohr (1) ein oder mehrere Eintragsorgane (5) ange
bracht sind.
5. Vorrichtung gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Gassammel
rohr (1) ein oder mehrere Brenngaseintragorgane (6)e so angebracht sind, daß das Brenngas im Austritts
bereich (7) des Gassammelrohres (1) gelangen
kann.
6. Vorrichtung gemäß einem oder mehrerer der An
sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im
Gassammelrohr (1) ein Brenner (8) für Reinigungs
zwecke installiert ist.
7. Verfahren zur Minderung der bei der Verbrennung von
Gasen, Aerosolen und/oder Gas-Feststoffmischungen
anfallenden Schadstoffe in Dampfkesseln oder
anderen Feuerräumen mit Wärmenutzung, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gase, Aerosole und/oder
Gas-Feststoffmischungen über eine Vorrichtung gemäß
einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 6 in den
Brennraum verteilt werden.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Austrittsgeschwindigkeiten von 10 m/s bis
80 m/s, bevorzugt 20 m/s bis 40 m/s, betragen.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, da
durch gekennzeichnet, daß die Gase, Aerosole der
Gas-Feststoffmischungen Stickstoff und/oder Verbin
dungen des Stickstoffs enthalten.
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