DE3907165A1 - Verfahren und vorrichtung zum einblasen und verbrennen von brennstoffen mit geringem anteil an rueckstaenden - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum einblasen und verbrennen von brennstoffen mit geringem anteil an rueckstaendenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einblasen von
Brennstoffen mit geringem Anteil an Rückständen wie Holz
und Biostoffen, zur Verbrennung und Entsorgung der Asche
etc.
Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zum Einblasen von
solchen Brennstoffen, zu deren Primärverbrennung und deren
Entsorgung zum Gegenstand.
Holzschnitzel, Holzstäube, Späne, Biostoffe wie
beispielsweise Stroh oder dergleichen, werden vielfach über
Einblasfeuerungen verbrannt. Die Rückstände werden dabei
allgemein über Austragsroste entsorgt. Deren staubige Teile
gelangen über den Rauchgasweg in geeignete Filteranlagen
und werden dort abgeschieden.
Andererseits ist bekannt, daß etwa bei der Verbrennung
entstehende Dioxine sich wieder bei sehr hohen Temperaturen
zersetzen, was kein Problem ist. Im Bereich der
Filterstäube von ca. 300°C jedoch, nehmen diese wieder
Dioxine auf, wie neuere Untersuchungen zeigen (Professor
Vogg, Karlsruhe und Professor Hagemeier). Die
Untersuchungen wurden dort an Stäuben aus
Müllverbrennungsanlagen durchgeführt. Bei Temperaturen im
Bereich von 200°C-300°C ließen sich, was bei höheren
Temperaturen nicht möglich war, Dioxine nachweisen.
Bei den eingangs erwähnten Einblasfeuerungen gelangt der
Staub über den Rauchgasweg in geeignete Filteranlagen, wo
er abgeschieden wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Brennstoffe
Minimierung der feuerungsabhängigen Schadstoffe
wie CO, NO x und C n H m in der Schwebe zu verbrennen und im
Bereich der Brennkammer und möglichst auch im übrigen
Kesselbereich, außer im Abscheidungsbereich, auf den
Austrag von Rückständen zu verzichten, d.h. eine
gesteigerte umweltfreundliche Verbrennung zu erreichen.
Gelöst wird diese Aufgabe überraschend dadurch, daß der aus
Trägerluft in den Rückständen bestehende Strom durch
Wirbelluft aufgerissen wird, die Verbrennung in der
Wirbelschicht durchgeführt wird und daß die Rückstände,
insbesondere Asche, ausschließlich über den Rauchgasweg
entsorgt bzw. ausgetragen werden.
Vorzugsweise werden nicht brennbare Rückstände in der
Wirbelschicht durch Reiben der Stäube aneinander mit Hilfe
einer eigenen Verwirbelung zerkleinert.
Der durch die Zerkleinerung entstandene Staub aus den
Rückständen kann genauso wie die zu entsorgenden
Ascheteilchen in geeigneten Rauchgasentstaubungsanlagen,
insbesondere Gewebefiltern, abgeschieden und ausgetragen
werden.
Der gesamte staubförmige Rückstand kann dabei
zusammengeführt und verfestigt werden.
Um eine möglichst gleichmäßige und lang andauernde
Verbrennung am Einblasbrenner zu gewährleisten, läßt sich
vorzugsweise bei Teillast die Sekundärluft entsprechend
abschalten.
Das Hochfahren der Temperatur erfolgt zweckmäßig über einen
Ölbrenner auf über 550-600°C, wonach mit dem Einblasen
der Stäube begonnen wird.
Vorzugsweise wird über einen Wirbeldüsenboden mit quer zur
Flammenachse austragenden Düsen die Luftzufuhr
sichergestellt, wobei das Mauerwerk im Bereich der höchsten
Wärmebelastung durch Luftaustrittsschlitze gekühlt und ein
Anbackschutz für heiße Ascheteilchen durch SiC-Auskleidung
geschaffen wird.
Zu einer weiteren Verbesserung des Ausbrandes und zur
Herbeiführung einer rotierenden vertikalen Wirbelbewegung,
kann eine Tertiärluftzuführung zu Erhöhung der Verwirbelung
vorgesehen sein.
Nach einer anderen Ausführungsform ist es möglich, bei
Teillast die Staubmenge stärker als berechnet
zurückzufahren, derart, daß sich längere Einschaltzeiten
ergeben und ein dauerndes Ein- und Ausschalten vermieden
wird.
Zur Verbesserung der Energiebilanz kann Luft von der
Feuerraumdecke abgesaugt und als Verbrennungsluft zugeführt
werden.
Eine Vorrichtung zum Einblasen und Verbrennen von
Brennstoffen mit geringen Anteilen an Rückständen,
insbesondere Holz- und Biostoffen mit Rückstandsentsorgung
über den Rauchgasweg, zeichnet sich aus durch
- a) eine Schwebefeuerung insbesondere mit horizontaler Wirbelachse;
- b) eine zusätzliche Zerkleinerung im Brennerraum durch eine Wirbelschicht unter Reibung der Stäube aneinander;
- c) einen mit durchgehenden Strängen ausgestatteten regelbaren Düsenboden und
- d) eine hinter der Rauchgasreinigungsanalage angeordnete Einrichtung zur Verfestigung der staubförmigen Rückstände.
Zweckmäßig ist in Form von Gewebefiltern eine
Rauchgasentstaubungseinrichtung ausgebildet.
Die Einrichtung zur Verfestigung der staubförmigen
Rückstände kann als an sich bekannte Preßschnecke oder
Brikettiereinrichtung oder dergleichen ausgebildet sein.
Interessant ist es, wenn die Transportschnecke aus der
Entsorgung der Rauchrohrzüge an die gleiche Stelle wie der
Austrag aus den Gewebefiltern zur gemeinsamen Verfestigung
dieser Stäube liefert.
Als besonderer Vorteil ist herauszustellen, daß die
Brennkammer ascheentsorgungsfrei ausgebildet ist.
Günstig ist eine dem Leistungsbrenner vorgeschaltete
Tertiärlufteinblasung.
Die äußeren Luftstränge des Düsenbodens können bis auf die
gegenüberliegende Feuerraumwand durchgeführt und eine
jeweilige Verschraubung am Ende zur individuellen Wartung
und evtl. Reinigung vorgesehen sein.
Eine Druckluftzuführung im Bereich der größten Belastung
der dort SiC verkleideten Feuerraumseitenwand ist möglich.
Im Bereich der höchsten Temperaturen, wo die sich im
Verbrennungsvorgang befindlichen Teilchen ihre größte Wärme
entwickeln und beispielsweise bei 1200°C klebrig sind,
würde normalerweise ein Anbacken an der Feuerraumseitenwand
in Kauf zu nehmen sein. Durch das relativ zähe Vermischen
zwischen der relativ kalten Luft mit der Verbrennungsluft
höchster Temperatur werden die im wesentlichen
ausgebrannten Teilchen gekühlt und können so gefahrlos das
schlackenabweisende Mauerwerk kontaktieren.
Eine Luftabsaugung aus dem Bereich der Feuerraumdecke mit
Zuführung zu den Verwirbelungsdüsen kann vorgesehen sein.
Durch die Maßnahme nach der Erfindung werden also
die Brennstoffe optimal in der Schwebe vollständig
verbrannt. Dies hat eine Minimierung der
feuerungsabhängigen Schadstoffe wie CO, NO x und C n H m zur
Folge.
Da weiterhin die nicht brennbaren Rückstände insgesamt mit
Hilfe einer geeigneten Verwirbelung zerkleinert, als Staub
in den Rauchgasweg gebracht und in geeigneten
Rauchgasentstaubungsanlagen wie den erwähnten Gewebefiltern
abgeschieden und ausgetragen werden, kann von einer
"Entsorgung vollständig über den Rauchgasweg" gesprochen
werden. Anschließend werden die gesamten staubförmigen
Rückstände zusammengeführt und nach bekannten Verfahren
verfestigt.
Es ergibt sich eine äußerst umweltfreundliche Verbrennung;,
die gesamten Rückstände nach der Rauchgasreinigungsanlage
werden als Staub gesammelt, verfestigt und ermöglichen
somit einen umweltfreundlichen Transport und eine
umweltfreundliche Deponierung bzw. Wiederverwendung.
Eine beispielsweise Ausführungsform einer Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens ist in den Figuren gegeben.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der
Feuerungsanlage;
Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht auf die Anlage
gemäß Fig. 1.
Der Brennstoff, beispielsweise Holzstaub, wird in einem
Primärluftstrom über die Einblasbrenner 4 zugeführt. Ein
Sekundärluftstrom 16 wird in die Brennkammer im Bereich des
Austritts des Einblasbrenners 4 eingeführt und ist getrennt
regelbar. In Zuordnung zu dem Einblasbrenner 4 ist ein
Ölbrenner 3 vorgesehen, der dazu bestimmt ist, die
gemauerte Wirbelkammer 1 auf hohe Temperaturen vorzuheizen.
Die Achsen der Brenner 3 und 4 können unter einem Winkel
zueinander vorgesehen sein. Es ist möglich, diesen Winkel
auch zu variieren.
Dar gesamte Boden der Wirbelkammer ist mit Luftdüsen
gleichmäßig besetzt. Über die Verwirbelungsdüsen 2
austretende Luft (in etwa senkrecht zu den Brennerstrahlen
aus 3 und 4) erfolgt eine intensive Durchmischung; die
schwerere Brennstoff-Fraktion wird mehrfach aufgewirbelt
und dabei zerkleinert und in der Schwebe verbrannt.
Dadurch, daß der gesamte Boden mit Luft- bzw.
Verwirbelungsdüsen 2 bestückt ist, werden die
unverbrennlichen Rückstände über den Rauchgasweg
(vorgezeichnet etwa durch den Ort der Bezugszeichen 1, 5
und die Referenzpunkte zu den Bezugszeichen 6 und 8)
ausgetragen. In der Brennkammer 1 gibt es keinerlei
Austragseinrichtung für die Rückstände. Eine solche ist
auch nicht erforderlich. Mit Hilfe der Luft und Wirbeldüsen
2 stellt sich ein intensives Durchmischen und Aufreißen des
Flammenstrahls in der Brennkammer 1 ein. Die Richtung der
Rotation der Wirbelluft läßt sich steuern; die strangweise
Zuführung der Späne wird durch die Wirbelluft aufgerissen.
Am Ende der Wirbelkammer 1 sind stirnseitig noch Düsen 5
für Tertiärluft angeordnet. Diese Anordnung kann
beispielsweise im Punkt der Querschnittsverengung der
Brennkammer 1 auf die Breite der Nachbrennkammer erfolgen.
Die Luft wird gegen den aufsteigenden Rauchgasstrom
beispielsweise leicht nach unten eingeblasen. Wichtig ist
nur, daß eine möglichst starke Verwirbelung sich ergibt.
Dem haben sich konstruktive Gesichtspunkte unterzuordnen.
Die Tertiärluft über 5 kann mit Sauerstoff angereichert
sein. Die für den Boden bestimmte Wirbelluft wird über
einen Wirbelluftventilator 9, eine Wirbelluftleitung 10 mit
Absperrorganen 11 den Luftdüsen 2 zugeführt. Durch diese
Luftverteilung wird es möglich, in den einzelnen Bereichen
der Wirbelkammer 1 größere oder kleinere Luftmengen
selektiv zuzuführen, um auf diese Weise die Verwirbelung
und das Aufreißen der Brennerflamme den
Brennstoffverhältnissen anzupassen.
Vorgesehen sein kann ein Flammrohr/Rauchrohrkessel. Die
Staubeintragung kann eine Regelung zwischen Primärluft
(Trägerluft) und Sekundärluft derart erfahren, daß die
Sekundärluft zurückgefahren werden kann, so daß im
Extremfall - 50% Leistung - bei entsprechend verminderter
Staubmenge ohne die Sekundärluft gefahren werden kann.
Heraufgefahren wird die Temperatur über den Ölbrenner, bis
die Temperatur der Wand 550-600°C etwa erreicht, damit
eine gute Durchzündung des Staubs stattfindet und
Verpuffungserscheinungen vermieden werden. Hohe
Wandtemperaturen sind selbstverständlich dafür da, die
Zündung sicher erfolgen zu lassen. Der Wirbelboden kann mit
Schamotte ausgestampft sein. Der Wirbelboden kann in
Stränge quer über den Boden aufgeteilt sein, die selektiv
bei 11 zu- und abschaltbar sind. Die Intensität der
Einstellung nimmt zunächst mit der Entfernung von dem
Brenneraustritt zu und dann asymptotisch ab.
Äußere Luftstränge können durchgeführt werden bis auf die
gegenüberliegende Feuerraumwand. Eine Verschraubung ist
dann vorgesehen, was eine individuelle Reinigung und
Wartung möglich macht. Die Brennerraumseitenwände sind etwa
bis zu einem Bereich, wo das Bezugszeichen 1 steht,
seitlich mit Kühlluft bespült und tragen
schlackenabweisende SiC Auskleidung, wodurch die
geschilderte Abkühlung der heißesten Ascheteilchen und
Kühlung der SIC-Steine stattfinden kann.
Der Gesamtaustrag über den Rauchgasweg wird also im
wesentlichen durch die starke Verwirbelung mittels
Luftsauerstoffs quer zur Flammenachse vom Boden her
gewährleistet. Der Ausbrand ist hervorragend. Die CO-Werte
sind unerwartet niedrig. Das Absaugen der Luft an der
Feuerraumdecke trägt dazu bei, daß nicht so viel Wärme an
das Kesselhaus abgegeben wird. In der Feuerraumseitenwand
kann eine Beobachtungslucke vorgesehen sein. Eine Meßstelle
kann dort ebenfalls angebracht sein. Dies erleichtert die
Überwachung, insbesondere in dem Bereich, wo sich
weißglühende Schlacketeilchen bei Temperaturen über 1100°C
befinden.
Die Tertiärluftzuführung ist hilfsweise für den Fall
gedacht, daß der Ausbrand noch nicht zufriedenstellend ist.
Luft wird zugemischt, die Verwirbelung erhöht, um die
rotierende Wirbelwalze zu verbessern, die Rotationsbewegung
wird durch 5 verstärkt.
Aus dem Bereich der Tertiärlufteindüsung 5 gelangen die
Rauchgase dann in die Nachbrennkammer 6. In dieser ist ein
Nach- und Leistungsbrenner 7 angeordnet. Die Rauchgase
werden dann im Wärmetauscher 8 gekühlt. Die Zuleitung zu
den Gewebefiltern und die anschließende Verfestigung ist
nicht dargestellt.
Aus Fig. 2 erkennt man, daß beispielsweise zwei
Einblasbrenner 4 aus einer gemeinsamen Zuführung versorgt
werden. Die Sekundärluftzuführung ist mit 16 bezeichnet. In
Fig. 2 erkennt man auch gut den Austrittsbereich der
zerstäubten Ölpartikel bei 3 und die aus den Brennern 4
austretenden Holzstäube oder Biostoffe.
Claims (23)
1. Verfahren zum Einblasen von Brennstoffen mit geringem
Anteil an Rückständen wie Holz und Biostoffen, zur
Verbrennung und zur Entsorgung der Asche, dadurch
gekennzeichnet, daß der aus Trägerluft in den
Rückständen bestehende Strom durch Wirbelluft
aufgerissen wird, die Verbrennung in der Wirbelschicht
durchgeführt wird und daß die Rückstände, insbesondere
Asche, ausschließlich über den Rauchgasweg entsorgt bzw.
ausgetragen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbrennungstemperaturführung so gewählt ist, daß
feuerungsabhängige Schadstoffe wie CO, NO x , C n H m in den
Rauchgasen minimiert werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die enthaltenen
nicht-brennbaren Rückstände in der Wirbelschicht durch
Reiben der Stäube aneinander mit Hilfe einer eigenen
Verwirbelung zerkleinert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der durch die Zerkleinerung aus den Rückständen
entstandene Staub in geeigneten
Rauchgasentstaubungsanlagen, insbesondere Gewebefiltern,
mit abgeschieden und ausgetragen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die gesamten staubförmigen
Rückstände verfestigt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lastregelung über
Sekundärluftzufuhr am Einblasbrenner vorgenommen wird,
derart, daß zum Beispiel bei 50% Last beispielsweise
die Sekundärluft abgeschaltet werden kann.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß bis zur Erreichung einer
Wandtemperatur von insbesondere 550°C bis 600°C mit Öl
oder Gas angefahren wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß über einen Wirbeldüsenboden
mit quer zur Flammenachse austragenden Luftdüsen die
Luftzufuhr strangweise einstellbar wird, wobei das
Mauerwerk im Bereich der höchsten Wärmebelastung durch
Luftaustrittsschlitze gekühlt und ein Anbackschutz für
die heißen Ascheteilchen geschaffen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Tertiärluftzuführung für
den Sonderfall nicht zufriedenstellenden Ausbrands zur
Erhöhung der Verwirbelung vorgesehen ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Teillast die Staubmenge
stärker als berechnet zurückgefahren wird, derart, daß
sich längere Einschaltzeiten ergeben und ein dauerndes
Ein- und Ausschalten vermieden wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß Luft von der Feuerraumdecke
abgesaugt und als Verbrennungsluft zugeführt wird.
12. Vorrichtung zum Einblasen von Brennstoffen mit geringen
Anteilen an Rückständen, insbesondere Holz- und
Biostoffen, zu deren Verbrennung und
Rückstandsentsorgung, gekennzeichnet durch
- a) eine Schwebefeuerung;
- b) eine zusätzliche Zerkleinerung durch eine Wirbelschicht;
- c) einen strangweise durchgehend mit Düsen besetzten Boden und
- d) eine Einrichtung hinter der Rauchgasreinigungsanlage zur Verfestigung der staubförmigen Rückstände.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine
in Form von Gewebefiltern ausgebildete
Rauchgasentstaubungseinrichtung.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verfestigung
der staubförmigen Rückstände als Preßschnecke oder
Brikettiereinrichtung ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brennkammer (1)
ascheentsorgungsfrei ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rückstand aus den Gewebefiltern
zusammen mit Asche aus den der Brennkammer (1)
nachgeschalteten Zügen (8...) zusammengeführt und
gemeinsam verfestigbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
gekennzeichnet durch eine strangweise Versorgung der
quer zur Brennerachse gerichteten Verwirbelungsdüsen
(2) des Düsenbodens.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17,
gekennzeichnet durch eine Tertiärlufteinblasung (5; 5)
im Bereich der Brennkammereinschnürung im Übergang zur
Nachheizkammer.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18,
gekennzeichnet durch eine der Tertiärlufteinblasung (5;
5) nachgeschaltete Nachbrennkammer (6) mit
Leistungsbrenner (7).
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die äußeren zum Düsenboden
führenden Luftstränge (10; 11) bis auf die
gegenüberliegende Feuerraumrückwand durchgeführt sind
und eine jeweilige Verschraubung am Ende zur
individuellen Wartung vorgesehen ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20,
gekennzeichnet durch eine Druckluftzuführung im Bereich
der größten Belastung der dort mit SiC verkleideten
Feuerraumseitenwand.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21,
gekennzeichnet durch eine Luftabsaugung aus dem Bereich
der Feuerraumdecke mit Zuführung zu den
Verwirbelungsdüsen.
23. Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach einem
der vorherigen Ansprüche auf Feuerungs- und
Kesselanlagen über 1 MW Leistung.
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