DE4324076C2 - Verfahren zur Simulation des Verbrennungsablaufes von Brenngut im "Underfeed"-Prinzip auf dem Feuerungsrost einer Verbrennungsanlage und Verbrennungsofen für das Verfahren - Google Patents
Verfahren zur Simulation des Verbrennungsablaufes von Brenngut im "Underfeed"-Prinzip auf dem Feuerungsrost einer Verbrennungsanlage und Verbrennungsofen für das VerfahrenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simula
tion des Verbrennungsablaufes von Brenngut auf den Feuerungs
rost einer Verbrennungsanlage gem. dem Oberbegriff den Anspru
ches 1, sowie einen Verbrennungsofen zur Durchführung des Ver
fahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 4.
Die heterogene Feststoffverbrennung von kommunalem Hausmüll
auf Rostfeuerungssystemen ist derzeit das gebräuchlichste Ver
fahren für die thermische Verwertung des Abfalles. Nach dem
derzeitigen Wissenstand laufen bei der Müllverbrennung auf
Rostsystemen in einem Verfahrensraum mindestens vier verschie
dene verfahrenstechnische Prozesse gleichzeitig ab: Brenn
stofftrocknung, Brennstoffentgasung, Brennstoffvergasung und
heterogene Verbrennung.
Für ein systematisches Studium dieser Prozesse mit dem Ziel
der Optimierung des gesamten Verfahrens müssen die einzelnen
Teilschritte genau untersucht werden können. In größeren Ver
brennungsanlagen ist es nicht möglich, Teilschritte der Ver
brennung isoliert zu untersuchen. Der gesamte Verbrennungsvor
gang ist örtlich und zeitlich veränderlich und entzieht sich
so der exakten meßtechnischen Erfassung.
Die vorliegende Erfindung hat daher zur Aufgabe, ein Verfahren
anzugeben, mit welchem sich die Verbrennung von Brenngut auf
einem Rost simulieren läßt. Mit dem Verfahren soll ein mög
lichst genau definierbarer Verbrennungsablauf erzielbar sein,
d. h. der Zeitpunkt des Beginnes der Verbrennung oder die Zün
dung des Brenngutes soll möglichst ohne Vorwärmung desselben,
die eine Trocknung und damit eine Verfälschung bedeuten würde,
erfolgen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Ver
brennungsofen anzugeben, in welchem sich das im Vorstehenden
genannte Verfahren ausführen läßt. In diesem Ofen soll wei
terhin die Messung der Gewichtsabnahme der Brenngutprobe wäh
rend des Experimentes als Maß für die in die Gasphase überge
hende feste Brennstoffmenge exakt bestimmt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfin
dung ein Verfahren vor, das aus den Verfahrensschritten im
kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches besteht. Weitere vor
teilhafte Merkmale sind in den kennzeichnenden Merkmalen der
Unteransprüche zu sehen. Ein für das neue Verfahren vorge
schlagener Verbrennungsofen weist erfindungsgemäß die Merkmale
der kennzeichnenden Teile der Ansprüche 4 bis 10 auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es nun durch die
Simulierung, ein Modell für die Rostverbrennung einer
Großanlage zu erstellen, bei dem einerseits die Einflußgrößen
konstant gehalten und andererseits einzelne gezielt und iso
liert verändert werden können. Dabei hat man die Möglichkeit,
eine lückenlose meßtechnische Erfassung aller interessierenden
Parameter während eines Experimentes durchzuführen. Der von
der Erfindung vorgeschlagene Verbrennungsofen ermöglicht nun
die ganz genaue Erfassung des Zündzeitpunktes der Probe, sowie
eine exakte Steuerung des Verbrennungsablaufes. Dies wird
durch die gleichmäßige Temperaturverteilung der Innenfläche
der Brennraumwand, sowie durch die Steuerungsmöglichkeit der
selben während des Experimentes erzielt. Der Ofen ist dabei so
konzipiert, daß der Brennraum im getrennten Zustand aufgeheizt
werden kann und erst unmittelbar vor Versuchsbeginn das aufge
heizte Oberteil und das mit dem Brenngut befüllte kalte Unter
teil gekoppelt werden. Damit kann ausgeschlossen werden, daß
der Brennstoff vor Versuchsbeginn trocknet. Letztlich ermög
licht es der Ofen, daß die Gewichtsabnahme des Brenngutes ohne
fehlerverursachende Krafteinwirkungen von außen während des
Verbrennungsvorganges kontinuierlich und sehr genau erfaßt wer
den kann.
Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im fol
genden sowie anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt des Verbrennungsofens für
das Verfahren im Betriebszustand mit angesetztem Unterteil und
die Fig. 2 denselben mit entferntem Unterteil und angesetztem
Isolierdeckel in der Aufheizphase.
Gemäß der Fig. 1 besteht der Ofen im wesentlichen aus dem
Ofenoberteil 1 und dem Ofenunterteil 2. Beide Teile sind an
der Trennlinie 5 voneinander trennbar, wobei das auf dem Rah
men 14 liegende Unterteil 1 mittels des auf einer Quertraverse
11 angebrachten und den Rahmen 14 von unten stützenden Hubwer
kes 10 abgesenkt bzw. angehoben und an das Oberteil 1 ange
drückt werden kann. Die Quertraverse 11 sitzt in dem vorzugs
weise dreibeinig ausgebildeten Ofengestell 12 und ist Bestand
teil desselben. Das Ofenoberteil ist ebenfalls mit einer wei
teren Traverse 11 starr in dem Gestell 12 aufgehängt, so daß
beide Ofenteile 1 und 2 mit den Traversen 11 und 15 sowie der
Hubeinrichtung eine Gewichtseinheit bilden. Der Rahmen 14
sitzt dabei auf einem Wagen 28, der im abgesenkten Zustand
mitsamt dem Ofenunterteil 2 auf einer Schiene 29 (siehe Fig.
2) horizontal verschoben werden kann. Auf derselben Schiene 29
läuft noch ein zweiter verfahrbarer Wagen 30, auf welchem über
einem weiteren Rahmen 31 ein Isolierdeckel 9 sitzt, der somit
wahlweise an Stelle des Ofenunterteiles 2 unter den Brennraum
6 gebracht werden kann und diesen nach Anheben mittels des
Hubwerkes 10 nach unten dicht verschließt. In der Fig. 2 ist
dieser Zustand dargestellt, wobei aber der Wagen 30 wieder ab
gesenkt ist.
Der Ofen wird von oben bis unten von einem Kanal 7 durchsetzt,
dessen Teilstück im Ofenoberteil 1 den Brennraum 6 bildet. Das
untere Teilstück des Kanales 7 im Ofenunterteil bildet den
Probenraum 8, der gemäß der Fig. 1 das Brenngut 3 enthält.
Diese liegt auf dem, den Probenraum 8 nach unten abschließen
den Feuerungsrost 4, der aus einer gasdurchlässigen bzw. po
rösen Keramik- oder Stahlfritte besteht, die als Strömungs
gleichrichter dient. Der Feuerungsrost 4 kann in dem Kanal 7
in unterschiedlicher Höhe angeordnet werden oder in der Höhe
verstellbar sein, dadurch kann die Lage des Brenngutes 3 in
Bezug auf das Ofenunterteil variiert werden. Unterhalb des Ro
stes 4 ist im Probenraum 8 eine Luftkammer 16 vorhanden, die
zur Luftverteilung unter dem Rost dient und an welcher der
Primärluftanschluß 17 für die Verbrennung sitzt. Eine Isolie
rung 24 umgibt den Probenraum 8 sowie die Luftkammer 16 und
bildet den äußeren Teil des Ofenunterteils 2. An der Oberseite
des Ofenunterteiles 2 ist in einer Ausnehmung noch ein Schie
ber 13 vorgesehen, der den Probenraum 8 nach oben abschirmt
und der zum Öffnen desselben seitlich weggeschwenkt werden
kann.
Der Kanal 7 wird aus den zwei Halbschalen 18 gebildet, die aus
feuerfestem Beton bestehen und von einer Fasermaterialisolie
rung 19 umgeben sind. Der Teil des Kanales 7 im Ofenunterteil
2 bildet den Brennstoffzylinder 32, der die Begrenzungswand
des Probenraumes 8 bildet, kann ebenso wie die Halbschalen 18
im Oberteil 1 aus gegossenem Feuerfestbeton oder aus einem,
auf der Innenseite speziell gecoatetem Fasermaterial bestehen.
Um diesen Brennstoffzylinder 32 ist eine Zusatzheizung 33 zur
Beheizung des Probenraumes 8 angeordnet. Das Coating ist ein
Keramikkleber, der die Oberfläche des Faserzylinders härtet.
Durch den Einsatz dieses Materiales kann bei Bedarf der insta
tionäre Wärmeverlust weiter verringert werden. Am oberen Ende
des Kanales 7 schließt sich eine nicht mehr dargestellte Kami
nanlage 20 an, an die der Ofen momenten- bzw. kräftefrei z. B.
über einen Zwischenspalt angeschlossen ist. Um den Brennraum 6
herum ist in der Wandung bzw. hinter den Halbschalen 18 eine
ring- bzw. mäanderförmige elektrische Heizung 21 vorgesehen,
die zur Beheizung des Brennraumes 6 dient. Im Bereich dieser
Heizung sind durch die Isolierung 19 bzw. die Halbschalen 18
Durchführungsrohre 22 aus Keramik durchgeführt, mittels wel
cher zusätzlich Brennerlanzen zu einer Stützheizung in den
Brennraum 6 eingebracht werden können. Die Rohre 22 dienen
weiterhin auch zur Abgasanalyse.
Ähnliche Durchführungsrohre 23 befinden sich auch im Ofenun
terteil 2, sie führen nach außen durch die Isolierung 24 und
dienen der Zufuhr von Zusatzluft bzw. der Abgasanalyse vor Ort
sowie der Messung der vertikalen Temperaturverteilung im Gut
bett 3. Die Leitungen, die an die Rohre 22 und 23 von außen
angeschlossen sind, sind in den Figuren nicht mehr darge
stellt, sie gehören zu der Peripherie des Ofens und sind mit
den Rohren 22 und 23 momenten- und kräftefrei z. B. durch wei
che, flexible Schläuche verbunden.
Der gesamte Ofen mit Unter- und Oberteil 1 und 2 liegt mit den
Stahlfüßen 25 des Gestelles 12 auf Druckmeßdosen 26 als Wäge
zellen, die sich gegenüber dem Boden 27 abstützen und somit
das gesamte Gewicht des Ofens erfassen. Da diese an seine Pe
ripherie kräfte- und momentenfrei angeschlossen ist, läßt sich
mit ihnen jede Gewichtsveränderung durch den Verbrennungsvor
gang im Ofen und damit des Brenngutes 3 erfassen.
Der Ofen dient, wie bereits eingangs erwähnt, zur Ausführung
eines Verfahrens zur Simulation des Verbrennungsablaufes von
Brenngut auf dem Feuerungsrost einer Verbrennungsanlage. Dazu
wird in dem Ofen eine Probe 3 des Brenngutes von oben her mit
Zündung des Verbrennungsvorganges durch Strahlungsübertragung
der Wärme aus dem über der Probe 3 gelegenen Brennraum 6 ver
brannt. Dieses Verfahren bezeichnet man als "Underfeed-Combu
stion Mode", bei dem die Verbrennungsluft das Brennstoffgut
bett von unten durchströmt und die Verbrennungsrichtung entge
gengesetzt zum Verbrennungsluftstrom läuft. Dieser Zustand
wird in Öfen allgemein dadurch erzeugt, daß unter ein brennen
des Gutbett frischer Brennstoff gebracht wird (underfeet). Der
Zustand ist gekennzeichnet dadurch, daß die Verbrennungs- bzw.
Zündfront immer in frischen, von Verbrennungsluft durchström
ten Brennstoff eindringt. Während der Verbrennung werden nun
bei dem hier vorliegenden Verfahren gleichzeitig die Gewichts
veränderung des Brennstoffes sowie weitere Verbrennungsparame
ter erfaßt.
Bei dem Verfahren wird die Probe 3 des Brenngutes zunächst in
den wärmeisolierten Probenraum 8 des vom Oberteil 1 getrennten
Unterteiles 2 des Ofens gebracht und dort auf Raumtemperatur
gehalten. Gleichzeitig erfolgt ein separates und gleichmäßiges
Aufheizen des wärmeisolierten und von dem Probenraum 8 ge
trennten und durch den Isolierdeckel 9 solange nach außen ab
geschlossenen Brennraumes 6 im Ofenoberteil 1 auf die vorgege
bene Zündtemperatur. Dabei wird der Rauchgasweg zum Kamin 20
auf nicht dargestellte Weise verschlossen.
Danach wird der Brennraum 6 nach Erreichen der Zündtemperatur
und ihrer gleichmäßigen Verteilung durch Absenken und seitli
ches Wegfahren des Isolierdeckels 9 geöffnet und der Proben
raum 8 durch Andrücken des Ofenunterteiles 2 an das Oberteil 1
von unten an den geöffneten Brennraum 6 angeschlossen. Zum
Versuchsbeginn muß noch der Schieber 13 geöffnet werden. Das
Ofenunterteil 2 wird somit in getrenntem Zustand mit dem
Brennstoff 3 gefüllt. Zeitgleich wird die indirekte Aufheizung
des Ofenoberteiles 1 auf Zündtemperatur mittels der Heizung 21
durchgeführt. Nach Erreichen eines thermischen Gleichgewichts
zustandes des Oberteiles 1 werden Ober-und Unterteil 1 und 2
auf die beschriebene Weise miteinander gasdicht gekoppelt.
Während dieses Koppelvorganges wird die Oberfläche des Brenn
stoffgutbettes 3 durch den die Strahlung abschirmenden Stahl
schieber 13 verdeckt, damit die Strahlungshitze den Brennstoff
nicht entzündet, bevor die Verbindung zwischen Ober- und Un
terteil komplett hergestellt ist. Die Verbrennung beginnt,
wenn Ober- und Unterteil 1 und 2 fest miteinander verbunden
sind und der Schieber 13 weggeschwenkt wird. Der Koppelvorgang
kann dadurch sehr kurz gehalten werden und dauert wenige Se
kunden, so daß das Temperaturfeld im Brennraum 6 nur wenig ge
stört wird.
Das Brenngut 3 wird nun durch die Strahlungsübertragung aus
dem Oberteil 1 gezündet, der Rauchgasweg zum Kamin 20 ist wie
der geöffnet. Die Primärluft für die Verbrennung des Brenn
gutes 3 wird durch den Rost 4 aus Sintermaterial zugeführt.
Durch die Porosität des gesinterten Rostmateriales wird einer
seits eine Gleichrichtung der Strömung und andererseits ein
Druckabfall im Rost 4 erreicht, der größer als der Druckabfall
im Gutbett 3 ist. Auf diese Weise werden Strömungseffekte im
Gutbett 3 durch unterschiedliche Porenverteilung weitgehend
verhindert. Das Brenngut brennt unter diesen Bedingungen von
oben nach unten ab. Durch die Rohre 22 und 23 im Unter- wie im
Oberteil 1 und 2 kann während des Brennvorganges zusätzlich
Sekundär- und Tertiärluft eingeleitet werden. Weiterhin kann
der Brennraum 6 zu Beginn oder während der ablaufenden Ver
brennung zusätzlich beheizt werden, ebenso der Probenraum 8.
Für die meßtechnische Erfassung der Versuche wird die Ge
wichtsabnahme des Brenngutes 3 kontinuierlich mit Hilfe der
Druckmeßdosen bzw. Wägezellen 26 ermittelt. Mittels der Rohre
22 und 23 können dabei Gasproben aus der abbrennenden Brenn
stoffschicht gezogen, sowie der Temperaturverlauf über die
Höhe des Gutbettes 3 gemessen werden. Nicht benutzte Öffnungen
werden dabei gasdicht verschlossen.
Bezugszeichenliste
1 Ofenoberteil
2 Ofenunterteil
3 Brenngut, Gutbett
4 Feuerungsrost
5 Trennlinie
6 Brennraum
7 Kanal
8 Probenraum
9 Isolierdeckel
10 Hubwerk
11 Quertraverse
12 Gestell
13 Schieber
14 Rahmen
15 Traverse
16 Luftkammer
17 Primärluftanschluß
18 Halbschalen
19 Isolierung
20 Kaminanlage
21 Heizung
22 Durchführungsrohre
23 Durchführungsrohre
24 Isolierung
25 Fußstücke
26 Druckmeßdosen
27 Boden
28 Wagen
29 Schiene
30 Wagen
31 Rahmen
2 Ofenunterteil
3 Brenngut, Gutbett
4 Feuerungsrost
5 Trennlinie
6 Brennraum
7 Kanal
8 Probenraum
9 Isolierdeckel
10 Hubwerk
11 Quertraverse
12 Gestell
13 Schieber
14 Rahmen
15 Traverse
16 Luftkammer
17 Primärluftanschluß
18 Halbschalen
19 Isolierung
20 Kaminanlage
21 Heizung
22 Durchführungsrohre
23 Durchführungsrohre
24 Isolierung
25 Fußstücke
26 Druckmeßdosen
27 Boden
28 Wagen
29 Schiene
30 Wagen
31 Rahmen
Claims (10)
1. Verfahren zur Simulation des Verbrennungsablaufes von
Brenngut im "Underfeed"-Prinzip auf dem Feuerungsrost einer
Verbrennungsanlage durch Verbrennen einer Probe des Brenn
gutes von oben her mit Zündung des Verbrennungsvorganges
durch Strahlungsübertragung der Wärme aus dem über der
Probe gelegenen Brennraum und gleichzeitige Erfassung ihrer
Gewichtsveränderung und anderer Verbrennungsparameter,
gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
- a) Einbringen der Probe in einen wärmeisolierten Proberaum und Halten der Probe auf Raumtemperatur,
- b) separates und gleichmäßiges Aufheizen des wärmeisolier ten und von dem Probenraum getrennten und nach außen ab geschlossenen Brennraumes in einem Ofen auf die vorgege bene Zündtemperatur,
- c) Öffnen des Brennraumes nach Erreichen der Zündtemperatur mit Einstellung des thermischen Gleichgewichtes und An schließen des oben geöffneten Probenraumes von unten an den geöffneten Brennraum.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Brennraum zu Beginn oder während der ablaufenden Verbren
nung zusätzlich beheizt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Probenraum zu Beginn oder während der ablaufenden
Verbrennung zusätzlich beheizt wird.
4. Verbrennungsofen zur Durchführung eines Verfahrens nach An
spruch 1, 2 oder 3 mit zwei übereinander angeordneten Tei
len, von denen das Unterteil mit dem Rost zur Aufnahme des
Brenngutes gegenüber dem Oberteil an einer Trennlinie weg
bewegbar und im Oberteil die zur Zündung des Verbrennungs
vorganges beheizbare Verbrennungszone angeordnet ist, sowie
mit einem Kaminabzug für die Brenngase über der Verbren
nungszone,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- d) der Ofen enthält in seinem Inneren einen durch Ober- und Unterteil (1, 2) gehenden, senkrechten Kanal (7), der von der Wärmeisolierung (19) umgeben ist und dessen Teil stück im Oberteil (1) mit der Verbrennungszone (6) nach Wegbewegen des Unterteiles (2) mittels eines Isolier deckels (9) an der Trennungslinie (5) von unten abdeck bar ist,
- e) der gesamte Ofen ist mit seinen beiden Teilen (1, 2) in einem Gestell (12) montiert, welches sich auf Wägezellen (26) gegenüber dem Boden (27) abstützt und ist momenten- und kräftefrei an den Kaminabzug (20) und die weiteren Verbindungen angeschlossen.
5. Verbrennungsofen nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die
weiteren Merkmale:
- f) durch die Isolierwand (24) neben dem Kanal des Untertei les (2) sind im Bereich des Aufnahmevolumens (8) für das Brenngut (3) zusätzlich verschließbare Durchführungs rohre (23) zur Zu- und Abfuhr von Gasen oder für Meßlei tungen vorhanden.
6. Verbrennungsofen nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die
weiteren Merkmale:
- g) die Verbrennungszone (6) im Oberteil (1) ist von einer elektrischen Heizung (21) umgeben.
7. Verbrennungsofen nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die
weiteren Merkmale:
- h) unterhalb des Rostes (4) im Probenraum (8) des Untertei les (2) ist in dem Kanal (7) eine Luftkammer (16) mit Strömungsgleichrichter und dem Anschluß (17) für die Primärluft angeordnet.
8. Verbrennungsofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Feuerungsrost (4) aus einer gasdurchlässigen, Kera
mik- oder Stahlfritte besteht.
9. Verbrennungsofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rost (4) in der Höhe verstellbar ist.
10. Verbrennungsofen nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch das
weitere Merkmal:
- i) oberhalb des Probenraumes (8) im Unterteil (2) ist ein seitlich wegschwenkbarer thermisch abschirmender Schutz deckel (13) vorhanden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4324076A DE4324076C2 (de) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | Verfahren zur Simulation des Verbrennungsablaufes von Brenngut im "Underfeed"-Prinzip auf dem Feuerungsrost einer Verbrennungsanlage und Verbrennungsofen für das Verfahren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4324076A DE4324076C2 (de) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | Verfahren zur Simulation des Verbrennungsablaufes von Brenngut im "Underfeed"-Prinzip auf dem Feuerungsrost einer Verbrennungsanlage und Verbrennungsofen für das Verfahren |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4324076A1 DE4324076A1 (de) | 1995-01-26 |
DE4324076C2 true DE4324076C2 (de) | 1995-11-02 |
Family
ID=6493120
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4324076A Expired - Lifetime DE4324076C2 (de) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | Verfahren zur Simulation des Verbrennungsablaufes von Brenngut im "Underfeed"-Prinzip auf dem Feuerungsrost einer Verbrennungsanlage und Verbrennungsofen für das Verfahren |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4324076C2 (de) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3538511A1 (de) * | 1985-10-30 | 1987-05-07 | Lambion Alfred | Unterschubfeuerung zur verbrennung stueckiger abfallstoffe |
-
1993
- 1993-07-19 DE DE4324076A patent/DE4324076C2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4324076A1 (de) | 1995-01-26 |
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Owner name: KARLSRUHER INSTITUT FUER TECHNOLOGIE, 76131 KA, DE |
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R071 | Expiry of right | ||
R071 | Expiry of right |