DE4236073A1

DE4236073A1 - Ausbrenneinrichtung sowie Verfahren zum Ausbrennen von Brennstoffen

Info

Publication number: DE4236073A1
Application number: DE19924236073
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Reimann; Balduin Dr Pauli
Original assignee: WAERMETECHNIK DR PAULI GmbH
Current assignee: WAERMETECHNIK DR PAULI GmbH
Priority date: 1992-10-26
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 1994-04-28
Also published as: EP0595067A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausbrenneinrichtung für Rost anlagen, insbesondere Stufenrostanlagen mit Primärluft zufuhr, insbesondere aus Bereichen unterhalb der einzel nen Roststufen, und Sekundärluftzufuhr, insbesondere aus dem Bereich der Feuerraumeinschnürung im oberen Bereich der Hauptverbrennungszone.

Verbessert werden sollen die Ausbrandqualitäten von fe sten Rückständen aus Verbrennungsanlagen für feste Brennstoffe, wie Kohle, Holz, Reststoffe sowie Abfälle.

Im Hinblick auf die zu erwartende Schlackequalität der neuen TA-Siedlungsabfall muß das Ziel einer jeden Ver brennung sein, auch zur bestmöglichen Energienutzung, die thermisch umwandelbaren organischen Inhaltsstoffe möglichst vollständig zu mineralisieren. Bei gasförmi gen, flüssigen oder staubförmigen Brennstoffen erzielt man einen optimalen Ausbrand durch geeignete Zerstäube reinrichtungen.

Dies macht bei festen Brennstoffen wegen ihrer relativ geringen spezifischen Oberfläche in der Regel Schwierig keiten, so daß besondere Vorgänge zur Aufbereitung oder besondere Verbrennungstechniken bei ausreichend langen Verweilzeiten und Temperaturen notwendig werden.

Je heterogener oder verunreinigter ein Verbrennungspro dukt anfällt, um so schwieriger wird der thermische Auf schluß der organischen Substanzen, die Ausbrandqualität verschlechtert sich. Da die Rückstände aus Verbrennungs anlagen, wie z. B. Schlacke, Asche, Stäube, grundsätzlich der Wiederverwertung zuzuführen sind, müssen sie be stimmten Qualitätsanforderungen genügen. Sie dürfen bei spielsweise nach der neuen TA-Siedlungsabfall nur noch einen sehr begrenzten organischen Anteil aufweisen. Dies ist insbesondere bei Kohle, Reststoffen oder Abfällen, die bis zu 0,4 Mg Rückstände/Mg Produkt enthalten kön nen, problematisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für solche festen Brennstoffe einen Ausbrand mit geringstmöglichem Anteil organischer Substanzen zu erreichen.

Gelöst wird dieses Problem dadurch, daß im Bereich der Ausbrennzone der letzten Roststufe und/oder im auslau fenden Bereich der Feuerungszone eine zusätzliche Auf blaseinrichtung (Ausbrennbalken), die mit gasförmigen, die Verbrennung bewirkenden Medien druckbeaufschlagt ist, zur Aufwirbelung, Verbrennung und Fraktionierung in Grobst- und Feinfraktion angeordnet ist.

Die Aufblaseinrichtung kann beweglich, insbesondere drehbar, gelagert sein.

Die Aufblaseinrichtung kann vorzugsweise so angeordnet und betreibbar sein, daß die Feinstfraktion zur Haupt verbrennungszone zur Nachverbrennung und zum Austrag über den Rauchgasweg rückgeführt wird. Die Grobfraktion wird in an sich bekannter Weise als Schlacke ausgetra gen. Durch das Aufblasen gasförmiger Medien unter Druck im Bereich beispielsweise des letzten Rostes ergibt sich die Trennung in Feinst- und Grobfraktion am Brennstoff selbst. Vor allen Dingen werden auch die Inertrückstände in eine schadstoffreiche Fraktion (Stäube) und eine schadstoffarme Grobstofffraktion (Schlacken) aufgeteilt. Beide Fraktionen besitzen nach deren Behandlung prak tisch keine oder nur noch sehr geringe Anteile an orga nischen Substanzen. Die Trennung der Fein- und Grobfrak tion ist offensichtlich für die Rückstandsverwertung von großem Vorteil. Die aufgewirbelte und abgetrennte Fein stoffraktion wird durch das Aufblasen in die Hauptver brennungszone zurückgeleitet, die organische Staubparti kel verbrennen, die schadstoffhaltigen Leichtpartikel werden mit den Rohgasen ausgetragen.

Der erfindungsgemäße Effekt kann noch wesentlich gestei gert werden, wenn eine weitere Aufblaseinrichtung für das gleiche oder ein unterschiedliches gasförmiges Medi um etwas im Bereich der ersten vorgesehen wird, die im Intervallbetrieb gasförmige Medien von größenordnungs mäßig höherem Druck ausstößt. Der Druck der ersten Auf blaseinrichtung kann beispielsweise bei 800 bis 1000 mm Wassersäule, der der im Intervall betriebenen etwa bei bis 4 bar z. B., liegen.

Ein Verfahren zum Ausbrennen fester Brennstoffe, die sich bereits im Bereich der auslaufenden Feuerungszone einer mit Primär- und Sekundärluft betriebenen Feue rungsanlage befinden, zeichnet sich dadurch aus, daß ein gasförmiges Medium einer Pressung, insbesondere von 800 bis 1000 mm Wassersäule mit einer Geschwindigkeit von 80 bis 120 m/sec auf die noch verbrennlichen Teile auf der Ausbrandstrecke so gerichtet wird, daß eine Aufwirbe lung, ein Ausbrand, eine Fraktionierung in Feinst- und Grobfraktion sowie eine Rückführung der Feinstfraktion in die Hauptverbrennungszone vorgenommen wird.

Zweckmäßig kann hierzu vom gleichen Bereich aus ein zu sätzliches Medium wesentlich höherer Pressung intervall weise auf das Ausbrenngut gerichtet sein. Hierbei kann bei einer vorzugsweisen Verfahrensmaßnahme die impuls weise Beaufschlagung mit dem Medium wesentlich höheren Drucks so vorgenommen werden, daß die Zuführung gasför migen Mediums der oben beschriebenen Weise abgeschiebert wird.

Es wird nicht verkannt, daß zum Zwecke der Schlackenver flüssigung es bereits bekannt ist, die letzte Roststufe als Schlackenschmelzstufe auszubilden und hierzu ein quer angeordnetes, außen mit Stampfmasse sowie Wasser kühlung zwischen Stampfmasse und einem Luftrohr vorgese henes Schlackeverflüssigungsrohr vorzusehen (DE 39 37 866). Dieses dient aber gerade nicht zur Aufwirbe lung: vielmehr war vorgesehen, die Stäube nicht in die Hauptverbrennungszone zurückzuführen, sondern möglichst in die Schlacke einzubinden. Dieses Rohr hatte bereits Auslaßwirbeldüsen, führte aber vor allen Dingen noch Brennstoff zu und ist für den vorgesehenen Zweck nicht ausgebildet.

Auch ist es bekannt (DE 30 38 875), etwa im Bereich der Einschnürung des Feuerraums die Sekundärluft nicht an der Einschnürung (den Vorsprüngen etc.) zuzuführen, son dern in Form eines Düsenkastens, wobei die Düsen paral lel zu einer der Wandungen des Rauchgaszuges und teil weise in das Innere des strömenden Rauchgasstroms ge richtet sind. Die vorliegende Erfindung setzt aber gera de eine normale Rostanlage mit der bewährten Primär- und Sekundärluftzufuhr voraus. Ein solcher Düsenkasten, wie dargestellt, würde im übrigen in kurzer Zeit verbrennen, hat mit der der Erfindung zugrundeliegenden Idee im übrigen nichts zu tun; es handelt sich mehr um eine spe kulative Konstruktion.

Erfindungsgemäß ist es im Prinzip möglich, über ein ein ziges Rohr gasförmiges Medium einmal im Normalbetrieb bei niedrigem Druck, einmal im Intervallbetrieb bei er höhtem Druck einzublasen.

Vorzugsweise wird man jedoch einen gemeinsamen Ausbrenn balken vorsehen, in dem zwei Rohre, ein Mediuminnenrohr für 2 bis 4 bar (Intervall), ein zweites Mediuminnenrohr für den Druck (kontinuierlich) von 800 bis 1000 mm WS vorgesehen sind.

Im allgemeinen wird man bei Impulsbetrieb die Düsen senkrecht nach unten auf die Ausbrennzone richten, für das Mediuminnenrohr für kontinuierliches Ausströmen aus den Düsen bei wesentlich geringerem Druck können unter schiedliche Winkel (senkrecht nach unten oder Winkel bis zu beispielsweise 30° Auslenkung gegenüber der Vertika len) interessant sein, insbesondere auch um die Abschie berung bei Intervallbetrieb zu erleichtern.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen:

Fig. 1 einen Ausbrennbalken für ein Mediumrohr gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Anordnung des Ausbrennbalkens in einer Rostanlage darstellt; und

Fig. 3 einen Ausbrennbalken für Medien unterschiedli chen Drucks zeigt.

Fig. 1 zeigt einen Ausbrennbalken für ein Mediumrohr, der unter einem veränderbaren Abstand beispielsweise, ggfs. auch drehbar, über der Rostoberfläche (Ausbrenn zone) einer Feuerungsanlage angeordnet sein kann. Der Ausbrennbalken 1 kann gekühlt, insbesondere wasserge kühlt und quer über die gesamte Rostbreite ange ordnet sein. Der Balken 1 besteht aus einem Innenrohr 2, welches mit verdichteter Luft beaufschlagt wird. Der Balken ist über die gesamte Rostbreite angeordnet und hat in einem Abstand von ca. 5 bis 30 cm eine oder meh rere Reihen spezieller Luftdüsen eingebaut, die entweder senkrecht oder in einem beliebigen spitzen Winkel zur Rostoberfläche angeordnet sind. Das Innenrohr 2 ist von einem Mantelrohr 4 umschlossen, dessen Ringquerschnitt 5 ein Kühlmedium oder eine Zwangsbeaufschlagung z. B. mit Wasser oder Luft hat, um dem Balken 1 die notwendige Stabilität gegenüber thermischen Beanspruchungen zu ver leihen. Das Mantelrohr 4 ist blank oder mit Schutzmasse z. B. stampfmaterial zur Vermeidung von Korrosionen und Temperaturbeanspruchungen versehen. Der gesamte Balken 1 kann auch drehbar gelagert werden, so daß dadurch die Richtung der Luftausströmung auf den Rost veränderbar ist.

Was die oben erwähnte Aufteilung der Inertrückstände in eine schadstoffreiche staubförmige Feinstoffraktion und eine schadstoffarme Grobfraktion angeht, so wird die Feinstoffraktion (in Fig. 2 zu sehen) erneut durch die Hauptverbrennungszone 7 geleitet. Hier verbrennen die organischen Staubpartikel nach, die schadstoffhaltigen Leichtpartikel werden mit den Rohgasen ausgetragen.

Der Intervallbetrieb ist gemäß Auslegung größenordnungs mäßig im Druck höher, es erfolgt praktisch ein "Abpu sten" am Brennstoff. Nachzutragen ist, daß Innenrohr und Außenrohr durch Abstandshalter starr verbunden sind.

Fig. 3 zeigt zwei Rohre zum Austrag gasförmiger Medien, die innerhalb eines einzigen ovalen Rohrs, das von der Stampfmasse 6 ummantelt ist, angeordnet sind. Gemäß der Fig. 3 kann der Luftstrom mit 800-1000 mm WS permanent über ein eigenes Luftzuführungsrohr 2 mit Luftdüsen 3 ausgeblasen werden; der Impulsluftstrom (Intervalluft strom) wird beispielsweise mit 2-4 bar über ein eigenes Luftzuführungsrohr 10, dessen Luftdüsen ebenfalls bei 3 zu sehen sind, ausgeblasen. Deutlich erkennbar ist der Ovalquerschnitt 11 des Mantelrohrs, die mediumführenden Rohre haben wiederum Kreisquerschnitt.

Lediglich im Ausführungsbeispiel wurde für das Medium der Einfachheit halber Luft genannt. Beim gasförmigen, unter Druck stehenden Medium kann es sich um Dampf, an gereicherte Gase, erwärmte oder nicht erwärmte, sowie unbehandelte oder belastete Luft und/oder ein Rauchgas zirkulat handeln. Es ist möglich, eine Automatik einzu bauen, die den Abblasvorgang steuert und dabei jederzeit kontrollierbar über Datenerfassung und Aufzeichnung dar stellbar ist.

Die Ausbrennzone des Rostes 8 kann waagerecht, schräg oder gewölbt, beweglich oder nicht beweglich ausgeführt sein.

Die beispielsweise gezeigte Anlage arbeitet wie folgt:
Die Luftdüsen 3 des Ausbrennbalkens 1 werden mit kalter, erwärmter und/oder angereicherter Luft über ein Gebläse direkt oder indirekt beaufschlagt. Diese Luft hat bei spielsweise eine Pressung um ca. 800 bis 1000 mm Wasser säule, eine Luft-Austrittsgeschwindigkeit an den Düsen von etwa 80 bis 120 m/s, so daß noch verbrennliche Teile auf der Ausbrennstrecke des Rostes 8 aufgewirbelt werden und ausbrennen können. Über eine z. B. ventilgesteuerte Automatikschaltung wird intervallweise je nach Bedarf innerhalb von etwa 3 bis 6 min für kurze Intervalle den Luftdüsen Preßluft von ca. 2 bis 4 bar aus einem zweiten Luftsystem zugeführt, so daß ein intensives Abblasen von feinen Inertbestandteilen und verbrennbaren Leichtbe standteilen am Brennstoff erfolgt. Während der impuls weisen Beaufschlagung mit Preßluft von 2 - 4 bar über einige Sekunden, wird die Zuführungsleitung der Luft von 800-1000 mm WS abgeschiebert. Durch dieses Abblasen wird der Abbrandvorgang intensiviert. Die brennbaren und schadstoffhaltigen Staubbestandteile werden in die Hauptverbrennungszone 7 geleitet, dort ausgebrannt und abhängig von ihrer Masse und Größe mit dem Rauchgasstrom 9 ausgetragen. Der erhöhte Staubanteil wird in bekannter Weise in der Rauchgasentstaubungsanlage abgeschieden.

Für beide Luftströme können entsprechend Fig. 3 getrennte Luftzuführungsrohre 2 bzw. 10 für 800-1000 mm WS bzw. für 2-4 bar mit verändertem Mantelrohr 11 verwendet werden.

Es wird eine wesentliche Verbesserung der Ausbrandqualität und auch eine Aufteilung der Inertrückstände in eine schadstoffreiche Feinstfraktion (Stäube und dergleichen) und eine schadstoffarme Grobstofffraktion (Schlacken) vorgenommen. Von großem Vorteil ist, daß nach deren Behandlung beide Fraktionen praktisch keine oder nur noch sehr geringe Anteile an organischen Substanzen besitzen. Diese Trennung in Fein- und Grobfraktion ist von großem Vorteil für die geforderte Rückstandsverwertung.

Nach einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung (sowohl Ausbrenneinrichtung wie Verfahren) kann auch ohne Grundluft an der genannten Stelle gefahren werden, d. h. ohne Luft mit dem geringen Druck. Vorkehrungen sind ausschließlich für den Impulsbetrieb mit Preßluft, d. h. mit hohem Druck bis 4 bar, getroffen, wobei die Größe des Impulses einmal und das Intervall zwischen zwei Impulsen wesentlich und steuerbar sind.

Die Größe des Impulses hängt dabei von der Schlackenart, von der Höhe des Schlackenbettes und der Zusammensetzung der Schlacke, Schlackenart genannt, ab.

Das Intervall (kurze oder lange Abstände zwischen zwei Impulsen) hängt ab von der Rostgeschwindigkeit und davon, ob das Ausbrenngut sehr schlackenreich oder nicht ist.

Beispiel

Werden zum Beispiel Bücher, Zeitungen oder dergleichen verbrannt, kann, damit das halb- oder dreiviertel verbrannte Buch endgültig verbrannt wird, auch über einen gewissen Zeitraum auf dieses kurz vor dem Ausbrennende stehende Buch geblasen werden, wodurch das Buch beispielsweise aufgeblättert wird.

Bei diesem Vorgehen ist man nicht mehr an einen speziellen Ausbrennbalken oder eine Ausbrenneinrichtung gebunden. Es genügt einfach ein Ausblaserohr (für Preßluft bzw. ein sog. Preßmediumrohr), da andere Medien wie Gasgemische etc. auch möglich sind. Geblasen wird wieder über die Rostbreite auf das Ende des Rostes, auf die ausgebrannte Schlacke kurz bevor sie in das Wasserbad fällt.

Es kommen Verhältnisse wie beim Windsichter zur Trennung in Feinst- und Grobfraktionen in Frage. Hierzu können außerhalb der Ofenmauerung Rohre, die Preßluftkanal oder Luftzuführer genannt werden sollen, angeordnet sein. Die verbrannten Teile werden abgeblasen. Dies ist das Wesentliche. An den Düsen kann temperaturbeständiges Material verwendet werden. Der Glühverlust kann gegenüber den besten heutigen Werten um die Hälfte gesenkt werden.

Beim Gegenstromofen wird leicht, zumindest mit einer Düsenreihe oder dergleichen, gegen die ankommende Schlacke geblasen. Die Impulsdüsenauslässe können so angeordnet sein, daß sie aus Orten im Bereich des Schlackenschachtes oder vor dem Schlackenschacht gegebenenfalls zusammen auf das ausgebrannte Gut (die noch glühende oder nicht mehr glühende Schlacke) kurz und stark aufblasen. Wird bei Gegenstrom leicht geneigt gegen die Fließrichtung geblasen, so bei Gleichstrom oder Mittelstrom geneigt zur Hauptverbrennungszone hin, d. h. im Hauptverbrennungsschacht gegen den ersten Zug. Hierdurch wird die feine Fraktion tatsächlich zur Hauptverbrennungszone getrieben. Beim Gleichstromofen wird im allgemeinen Sekundärluft von der Decke aus geblasen, so daß das erfindungsgemäße Ausblasen der Preßluft am besten unmittelbar im Querschnitt, wo der Schlackenschacht abgeht, vorgesehen wird. Infolge des Abblasens der Leichtfraktion, das ist der Feinfraktion, liegt der Glühverlust oft nur bei einem Drittel der üblichen Werte. Die Luftmengen, die eingesetzt werden, sind im Verhältnis zu den Primär-, Sekundär- und gegebenenfalls Tertiärluftmengen des Ofens äußerst gering, d. h. vernachlässigbar gering.

Es kann auch gezielt mit für diesen Zweck bekannten Lanzen oder dergleichen aufgeblasen werden.

Unter dem oben erwähnten Ausdruck "Abschiebern" ist folgendes zu verstehen: das Abschiebern kann über Magnetventile vorgenommen werden. Die Düsendauerluft, wenn eine solche vorhanden ist, wird jedesmal, wenn auf Impulsbetrieb umgeschaltet wird, abgeschiebert, beispielsweise durch Betätigung eines Magnetventils, um so zu verhindern, daß Verluste am Ventilator (beispielsweise Lauf in entgegengesetzter Richtung) verhindert wird. Jetzt erst wird Hochdruckimpulsluft gegeben.

Bezugszeichenliste

1 Ausbrennbalken
2 Mediumzuführungsrohr
3 Luftdüsen
4 Mantelrohr
5 Kühlung
6 Stampfmasse
7 Hauptverbrennungszone
8 Rost
9 Rauchgasstrom
10 Luftzuführungsrohr
11 Mantelrohr

Claims

1. Ausbrenneinrichtung für Rostanlagen, insbesondere Stufenrostanlagen mit Primärluftzufuhr, insbesonde re aus Bereichen unterhalb der einzelnen Roststu fen, und Sekundärluftzufuhr, insbesondere aus dem Bereich der Feuerraumeinschnürung im oberen Bereich der Hauptverbrennungszone, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Ausbrennzone der letzten Rost stufe (8) und/oder im auslaufenden Bereich der Feuerungszone eine zusätzliche Aufblaseinrichtung (Ausbrennbalken (1)), die mit gasförmigen, die Ver brennung bewirkenden Medien druckbeaufschlagt ist, zur Aufwirbelung, Verbrennung und Fraktionierung in Grob- und Feinstfraktion angeordnet ist.

2. Ausbrenneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Aufblaseinrichtung (1) beweg lich, insbesondere drehbar, gelagert ist.

3. Ausbrenneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblas einrichtung so angeordnet und so betreibbar ist, daß die Feinstfraktion zur Hauptverbrennungszone zur Nachverbrennung rückgeführt wird.

4. Ausbrenneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine weitere Aus blaseinrichtung (10), etwa im Bereich der ersten, die im Intervallbetrieb gasförmige Medien von größenordnungsmäßig höherem Druck ausstößt.

5. Ausbrenneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Druck stehende gasförmige Medium Dampf, angerei chertes Gas, erwärmte oder nicht erwärmte sowie unbehandelte oder belastete Luft und/oder ein Rauchgaszirkulat ist.

6. Ausbrenneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage und die Zuführung der Ausbrenneinrichtung oberhalb der Rostanlage veränderbar ausgebildet ist.

7. Ausbrenneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Automatik zur Steuerung des Abblasevorgangs jederzeit kontrol liert mit Datenerfassung, derart, daß er durch Auf zeichnungen darstellbar ist.

8. Ausbrenneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus brennzone des Rosts (8) waagerecht, schräg oder gewölbt, beweglich oder nicht-beweglich ist.

9. Ausbrenneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine ge trennte Zuführung für die beiden in ihren Drücken unterschiedlichen Medien (in Form von 2 und 10) vorgesehen ist.

10. Verfahren zum Ausbrennen fester Brennstoffe, die sich bereits im Bereich der auslaufenden Feuerungs zone einer mit Primär- und Sekundärluft betriebenen Feuerungsanlage befinden, dadurch gekennzeichnet, daß ein gasförmiges Medium einer Pressung von ins besondere 800-1000 mm WS mit einer Düsengeschwin digkeit von 80-120 m/sec auf die noch verbrenn lichen Teile auf der Ausbrennstrecke so gerichtet wird, daß eine Aufwirbelung, ein Ausbrand, eine Fraktionierung in Feinst- und Grobfraktion, sowie eine Rückführung der Feinstfraktion in die Haupt verbrennungszone vorgenommen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß vom gleichen Bereich aus ein zusätzliches Medi um wesentlich höherer Pressung intervallweise auf das Ausbrenngut gerichtet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die impulsweise Beaufschlagung mit dem Medium wesentlich höheren Drucks so vorgenommen wird, daß die Zuführung gasförmigen Mediums gemäß Anspruch 10 abgeschiebert wird.

13. Verfahren zum Ausbrennen fester Brennstoffe, die sich bereits im Bereich der auslaufenden Feuerungszone einer mit Primär- und Sekundärluft betriebenen Feuerungsanlage befinden, dadurch gekennzeichnet, daß ein gasförmiges Medium hoher Pressung, insbesondere bis 4 bar, intervallweise auf das Ausbrenngut gerichtet wird und die Fein- oder Leichtfraktion dadurch abgeblasen wird.