DE69611358T2

DE69611358T2 - Kessel mit rostfeuerung und steuerungsverfahren zur reduzierung der stickoxid-emission

Info

Publication number: DE69611358T2
Application number: DE69611358T
Authority: DE
Inventors: Charles Boulet
Original assignee: CHAUFFE DE COMBUSTIBLES SOC D
Current assignee: CHAUFFE DE COMBUSTIBLES SOC D
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 2001-07-05
Anticipated expiration: 2016-04-06
Also published as: ES2154402T3; FR2732756B1; PL181545B1; DE69611358D1; FR2732756A1; EP0819234B1; WO1996031737A1; EP0819234A1; PL322761A1; UA39149C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kessel sowie ein Steuerungsverfahren für einen Kessel, wobei der Kessel und das Verfahren eine Reduzierung des in Rauchgasen vorhandenen Gehalts an Stickoxiden NOx ermöglichen.
Insbesondere betrifft die Erfindung dabei ein Steuerungsverfahren für einen mit festem Brennstoff beschickten Kessel mit Rostfeuerung und einem beweglichen Rost, das eine Reduzierung des NOx-Gehalts in den Rauchgasemissionen bewirkt, sowie einen Kessel, der die Durchführung eines solchen Verfahrens erlaubt.
Zum besseren Verständnis der bei einer derartigen Steuerung auftretenden Probleme wird im folgenden zunächst näher auf einen herkömmlichen mit festem Brennstoff beschickten Kessel mit Rostfeuerung und beweglichem Rost eingegangen, wobei davon ausgegangen wird, daß es sich beim Brennstoff um Kohle handelt. Fig. 1 zeigt eine Anlage, die einen mit festem Brennstoff beschickten Kessel mit Rostfeuerung umfaßt. Der Kessel enthält einen Kesselkörper 10, in dessen unterem Bereich ein beweglicher Rost 12 angeordnet ist. Der feste Brennstoff 14, bei dem es sich vorzugsweise um einer einfachen Grobzerkleinerung unterzogene Kohle handelt, wird auf der Oberfläche des Rosts derart abgelagert, daß er ein Brennstoffbett formt, dessen Dicke je nach gewünschter Kesselleistung variiert. Zum Antrieb des beweglichen Rostes dient eine Vorrichtung 16. Unterhalb des beweglichen Rostes wird über eine Leitung 18 ein von einem Gebläse 20 kommender Primärluftstrom zugeführt.
In den Kesselkörper wird ggf. zusätzlich oberhalb des beweglichen Rostes Sekundärluft 22 zugeführt, wobei die Zuführung durch ein Gebläse 24 gesteuert wird.
In Rohren 26 zirkuliert das Wasser des Heizkreislaufs. Die durch die Verbrennung gebildeten Rauchgase werden durch eine Leitung 28 abgeführt und dabei zu einem Kamin 30 geleitet, wobei diese Vorgänge mit Hilfe eines Abzugsgebläses 32 gesteuert werden.
Im folgenden wird näher auf die erwähnte Kesselsteuerung eingegangen. Hierbei wird je nach Außentemperatur eine Einstelltemperatur festgelegt, wobei diese Einstelltemperatur um so niedriger ausfällt, je höher die Temperatur der Außenluft ist. So kann die Einstelltemperatur beispielsweise zwischen 130 und 170ºC variieren, wenn die Außentemperatur zwischen mehr als 10ºC und weniger als - 10ºC liegt. Sobald die Einstelltemperatur vorgegeben ist, wird die zu liefernde Leistung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Temperatur des zugeführten Wassers und der Einstelltemperatur des Kessels bestimmt. Anhand dieser zu liefernden Leistung läßt sich nun die zu verbrennende Kohlenmenge bestimmen, wobei die Qualität der verwendeten Kohle berücksichtigt wird. Die entsprechende Menge an Kohle wird bereitgestellt, indem auf dem beweglichen Rost 12 ein Brennstoffbett entsprechender Dicke ausgebildet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel läßt sich das Brennstoffbett dabei so einstellen, daß es zehn unterschiedliche Dickenabmessungen aufweisen kann, die beispielsweise jeweils um 1 cm voneinander abweichen und zwischen 5 cm und 15 cm liegen. Bei einem Brennstoffbett mit vorgegebener Dicke erhält man die gewünschte Menge an Kohle durch Modulierung der Rostgeschwindigkeit, wobei die der Bewegung des Rostes dienende Vorrichtung 16 entsprechend gesteuert wird.
Die zu liefernde Leistung (die in Abhängigkeit vom Temperaturunterschied des Wassers am Ausgang und am Eingang des Kessels ermittelt wird) ermöglicht auch die Bestimmung einer durch eine Leitung 22 einzublasenden Sekundärluftmenge. In der Praxis wird die Sekundärluft dabei über eine bestimmte Anzahl von Spritzdüsen eingeblasen, wobei die Sekundärluft am Ausgang der Spritzdüsen eine bestimmte Geschwindigkeit aufweisen muß, um eine gute Vermischung zu erzielen, die die Verbrennung im Inneren des Kesselkörpers 10 begünstigt. Dementsprechend wird die Anzahl der für die Zuführung von Sekundärluft verwendeten Spritzdüsen proportional zu der zu liefernden Leistung festgelegt. So kann die Vorrichtung beispielsweise acht symmetrisch angeordnete Spritzdüsen umfassen, während die Anzahl der tatsächlich eingesetzten Spritzdüsen je nach zu liefernder Leistung null, zwei, vier, sechs oder acht beträgt. Ein entsprechendes Ergebnis ließe sich im übrigen nicht einfach durch Vorsehen eines Zählwerks erzielen, das die Gesamtdurchflußmenge einer durch eine konstante Anzahl von Spritzdüsen zugeführten Sekundärluft steuert, da hierbei die Geschwindigkeit der Sekundärluft häufig nicht ausreichen würde, um eine gute Vermischung sicherzustellen.
Anhand der zu liefernden Leistung läßt sich zudem ein "stöchiometrischer Überschuß" an Sauerstoff bestimmen. Dieser stöchiometrische Überschuß ist um so höher, je dünner das Bett aus festem Brennstoff ausfällt. Eine gute Verbrennung im Brennstoffbett erfolgt nämlich dann, wenn bei einer vergrößerten Brennstoffbettdicke auch eine größere Luftmenge zugeführt wird. Der stöchiometrische Überschuß variiert beispielsweise zwischen 8% für die Maximalleistung des Kessels und 15% für seine Minimalleistung.
Schließlich wird die Menge an durch die Leitung 18 unterhalb des beweglichen Rostes 12 zugeführter Primärluft bestimmt. Diese Primärluftmenge wird festgelegt, indem man die Primärlufttemperatur und die Primärluftdurchflußmenge in der Leitung 18 mißt und das Gebläse 20 so steuert, daß die Durchflußmenge des Primärluftstroms entsprechend eingestellt wird.
Das gerade beschriebene Verfahren wird derzeit für die Steuerung von mit festem Brennstoff beschickten Kesseln mit Rostfeuerung und beweglichem Rost eingesetzt und dabei mitunter manuell durchgeführt. Allerdings vergeht hierbei ein Zeitraum von etwa 1/2 Stunde zwischen dem Augenblick, an dem die Kohle auf das Brennstoffbett am Eingang des beweglichen Rostes abgelegt wird, und dem Augenblick, an dem die aus der Kohle gebildeten Verbrennungsrückstände am anderen Ende des Rostes abgeführt werden. Die gesamte Anlage zeigt somit eine gewisse Trägheit, so daß die manuelle Steuerung einer solchen Anlage große Erfahrung erfordert. Im übrigen kommt es selbst dann, wenn zur Steuerung sehr erfahrenes Personal eingesetzt wird, durchaus vor, daß in einem Übergangsbetrieb, d. h. wenn die zu liefernde Leistung sich ändert, die Kesselsteuerung eine beträchtliche Abweichung von den Nominalbedingungen aufweist. Diese Abweichung von den Nominalbedingungen führt aufgrund einer schlechten Verbrennung nicht nur zu einer Verringerung des Kesselwirkungsgrades, sondern auch zu einem Ansteigen der Schadstoffemissionen in den Rauchgasen.
Aus diesen Gründen versucht man, den Betrieb derartiger Kessel mehr und mehr zu automatisieren, d. h. eine Zentralverarbeitungseinheit einzusetzen, die eine Koordination aller Operationen vornimmt, und dabei durch Meßfühler gelieferte Signale (Temperaturmessung am Wassereinlaß und Wasserauslaß, Messung des stöchiometrischen Sauerstoffüberschusses, Messung der Temperatur der Rauchgase, Messung der Temperatur der Primärluft) verwendet und eine Steuerung der Betätigungselemente (Steuerung der Vorrichtung zur Bildung des Bettes aus festem Brennstoff, Steuerung der Geschwindigkeit der Vorrichtung zum Antrieb des beweglichen Rostes, Steuerung des Gebläses und der Einspritzdüsen für die Sekundärluft sowie des Abzugsgebläses, Steuerung des Gebläses für den Primärluftstrom) vornimmt.
Selbst bei optimalen Bedingungen für eine solche automatische Steuerung können die Rauchgase noch immer übermäßige Mengen an Schadstoffen enthalten, so daß eine weitestgehende Reduzierung derartiger Schadstoffemissionen angestrebt wird.
Bei den Stickoxiden NOx handelt es sich um Schadstoffe, die ein besonderes Problem darstellen, da je nach Land die Maximalkonzentration an Stickoxiden in Kesselrauchgasen gegenwärtig bzw. zukünftig einen Wert zwischen 250 und 650 mg/m³ und mehr nicht überschreiten darf. (Bei den in der vorliegenden Beschreibung angegebenen Gasvolumenwerten handelt es sich um Werte, die unter normalen Bedingungen, d. h. bei einer Temperatur von 273 K und einem Druck von 1.013 kpa, vorliegen. Es ist daher notwendig, die Gastemperatur zu messen, um das Volumen bzw. die Durchflußmenge bei Normalbedingungen zu bestimmen). Es kommt nun häufig vor, daß der Gehalt an Stickoxiden in den Rauchgasen zu hoch ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Gehalt an Stickoxiden in Kesselrauchgasen zu reduzieren. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung einen Kessel sowie ein Steuerungsverfahren für einen Kessel, die jeweils eine Reduktion des Stickoxidgehalts in Rauchgasen ermöglichen, indem ein Teil der Rauchgase im Primärluftstrom rezirkuliert wird.
Die Rezirkulation eines Rauchgasanteils im Primärluftstrom einer Ofenanlage ist bereits bekannt. So wurden beispielsweise bereits Kessel mit einem Fluidbett verwirklicht, in denen eine Sandschicht durch einen aufsteigenden Strom aus rezirkulierter Luft und rezirkuliertem Verbrennungsgas aufgewirbelt und fluidisiert wird. Die derart fluidisierte Sandschicht dient dabei als Brennstoffträger. Um das Bett im Fluidzustand zu halten, wird allerdings eine erhöhte Leistung benötigt, so daß hier ein Teil des Verbrennungsgases mit der Primärluft rezirkuliert wird, um eine ausreichende Leistung zu erzielen. Bei diesen Fluidbettkesseln stellt der Gehalt an Stickoxiden in den abgegebenen Rauchgasen kein Problem dar, da dieser Gehalt deutlich unter den durch entsprechende Bestimmungen festgelegten Grenzwerten liegt. Somit tritt bei dieser Technik auch das der Erfindung zugrundeliegende Problem nicht auf; vielmehr wird hier ein ganz anderes technisches Gebiet angesprochen, als dies bei der Erfindung der Fall ist, da hier keine festen Brennstoffe bei der Rostfeuerung eines mit einem beweglichen Rost versehenen Kessels Verwendung finden.
Bei einer Rezirkulation von Rauchgasen verringert sich die Verbrennungstemperatur. Es ist bereits bekannt, daß diese Verringerung den NOx-Austrag senkt.
In dem Artikel "Recycle flue gas to cut emissions, improve boiler performance" von Maloney, erschienen in "Power", Bd. 127, Nr. 6, Juni 1983, 5.97-99, wurde ebenfalls eine Reduktion überschüssiger Luft durch Mischung der Rauchgase und der Verbrennungsluft in mit festen Brennstoffen beschickten Kesseln mit Rostfeuerung vorgeschlagen und es wurde angegeben, daß der Gehalt an Stickoxiden sich hierbei reduzieren läßt. Der Grund dafür, daß eine Rezirkulation eines Teils der Rauchgase zu einer Verringerung des NOx-Oxidgehalts führen kann, liegt darin, daß sich Stickstoffdioxid NO&sub2; bei Temperaturen von über etwa 600ºC aufspaltet und sich Stickstoffoxid NO bildet. Letzteres zerfällt wiederum bei Temperaturen von über etwa 560ºC insbesondere in Stickstoff und Sauerstoff. Dies hat zur Folge, daß es bei einem Durchströmen der Rauchgase durch das Brennstoffbett bei hoher Temperatur zu einem gewissen Zerfall der Stickoxide kommt.
Allerdings behandelt der genannte Artikel eine Einführung von Rauchgasen sowohl in den Primär- als auch in den Sekundärluftstrom, wobei die Einführung jeweils stromaufwärts zum die Zirkulation der Luft bewirkenden Gebläse erfolgt. Es wird dabei hingegen nicht vorgeschlagen, die Bildung von Stickoxiden durch eine entsprechende Rauchgasrezirkulation zu variieren, und es ist auch keine Rede von den Vorteilen der Bestimmung eines optimalen Rezirkulationsverhältnisses.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Steuerungsverfahren für einen Kessel sowie einen Kessel, bei dem sich dieses Verfahren durchführen läßt, wobei Verfahren und Kessel erfindungsgemäß die Bestimmung und die Herstellung von Bedingungen ermöglichen, welche eine effektive Verringerung von Stickoxiden in Rauchgasen erlauben. Diese Bedingungen betreffen im wesentlichen die Steuerung eines abgezogenen Rauchgasstroms, der in den Primärluftstrom eingeführt wird, sowie die Einführung dieses abgezogenen Stroms. Die Steuerung bezieht sich dabei auf ein "optimales Rezirkulationsverhältnis" der Rauchgase, das einen bestimmten Wert aufweisen muß. Dieses "optimale Rezirkulationsverhältnis" wird in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung noch näher definiert.
Im einzelnen betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Steuerungsverfahren für einen mit festem Brennstoff beschickten Kessel mit Rostfeuerung und beweglichem Rost, wobei das Steuerungsverfahren zur Reduzierung des Gehalts an Stickoxiden NOx in Rauchgasemissionen dient und die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: eine Bestimmung der durch den Kessel zu liefernden Leistung sowie der zur Lieferung dieser Leistung benötigten Menge an zu verbrennenden festen Brennstoffen und gegebenenfalls eine Bestimmung einer Sekundärluftzuführmenge, die Messung des stöchiometrischen Sauerstoffüberschusses in den Rauchgasen, den Abzug eines Rauchgasstroms am Auslaß des Kessels und die Regelung der Primärluftströmungsmenge in Abhängigkeit von der zu erbringenden Leistung und vom gemessenen stöchiometrischen Sauerstoffüberschuß. Erfindungsgemäß umfaßt das Verfahren zudem die Bestimmung eines optimalen Rezirkulationsverhältnisses und die Mischung des abgezogenen Rauchgasstroms mit der Primärluft in einer Weise, bei der das Gemisch einen Primärluftstrom bildet, der eine dem optimalen Rezirkulationsverhältnis entsprechende Menge an Rauchgasen enthält.
Es ist dabei äußerst vorteilhaft, wenn die Mischung aus Rauchgasstrom und Primärluft stromaufwärts zu einer den Primärluftstrom dem Kessel zuführenden Zirkulationsvorrichtung gebildet wird, da auf diese Weise die Mischung aus Rauchgasstrom und Primärluft eine für die Verbrennung günstige hervorragende Homogenität aufweist.
Vorzugsweise umfaßt die Bestimmung des optimalen Rezirkulationsverhältnisses eine Steuerung des Kessels mit unterschiedlichen Rezirkulationsverhältnissen zur Bestimmung des Wertes, bei dem sich der niedrigste NOx- Gehalt einstellt. Allerdings wird gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel das optimale Rezirkulationsverhältnis bestimmt, indem man ein optimales Rezirkulationsverhältnis in Abhängigkeit vom verwendeten Kesseltyp und von der Art des festen Brennstoffs aus Tabellen abliest.
In einer Weiterbildung der Erfindung hängt die Bestimmung des optimalen Rezirkulationsverhältnisses zusätzlich noch von der durch den Kessel gelieferten Leistung ab.
Vorzugsweise umfaßt der Rauchgasabzug auch die Bestimmung der Abzugsmenge durch Messung der Temperatur und der Durchflußmenge des abgezogenen Rauchgasstroms sowie die Regelung der Abzugsmenge in Abhängigkeit vom optimalen Rezirkulationverhältnis.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Kessel mit beweglichem Rost und Rostfeuerung zur Verbrennung von festen Brennstoffen, enthaltend einen Kesselkörper, einen beweglichen Rost zur Bewegung eines Bettes aus festen Brennstoffen zwischen einer Aufgabestelle für die festen Brennstoffe und einem Auslaß für Verbrennungsrückstände, eine erste Zirkulationsvorrichtung zur Zuführung eines Primärluftstroms unterhalb des beweglichen Rostes, eine Vorrichtung zur Zuführung eines Sekundärluftstroms, eine erste Regelvorrichtung zur Veränderung der Primärluftstrommenge in Abhängigkeit von der vom Kessel zu erbringenden Leistung und vom stöchiometrischen Sauerstoffüberschuß in den Rauchgasen, eine Vorrichtung zum Abzug eines Rauchgasstroms und eine Vorrichtung zum Untermischen des dem Primärluftstrom zugeführten Rauchgasstroms. Erfindungsgemäß enthält der Kessel zudem eine zweite Regelvorrichtung zur Veränderung der Rauchgasstrommenge in Abhängigkeit von der Primärluftstrommenge, um so ein optimales Verhältnis zur Rezirkulation der Rauchgase im Primärluftstrom zu ermitteln, wobei der mit dem Primärluftstrom zu vermischende Rauchgasstrom stromaufwärts zur ersten Zirkulationsvorrichtung zugeführt wird.
Vorzugsweise wird die Rauchgasmenge von der zweiten Regelvorrichtung durch Messung der Temperatur und der Durchflußmenge der Rauchgase ermittelt.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die erste Zirkulationsvorrichtung als Mischvorrichtung dient.
Im übrigen umfaßt die Abzugsvorrichtung vorzugsweise eine zweite Zirkulationsvorrichtung, die durch die zweite Regelvorrichtung geregelt wird.
Daneben ist es auch vorteilhaft, wenn der Kessel zusätzlich eine Rechenvorrichtung umfaßt, welche von Meßfühlern Daten über die Wassertemperatur beim Eintritt in den Kessel bzw. beim Verlassen des Kessels sowie die Außentemperatur empfängt, die vom Kessel zu erbringende Leistung berechnet und die Höhe des Bettes aus festen Brennstoffen, die Geschwindigkeit des Rostes und die Sekundärluftmenge steuert, wobei die Rechenvorrichtung zudem auch Daten über die Temperatur und die Durchflußmenge der abgezogenen Rauchgase erhält und zur Regelung der Menge der von der zweiten Zirkulationsvorrichtung rezirkulierten Rauchgase sowie der durch die erste Zirkulationsvorrichtung bewegten Primärluftmenge dient.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Kessels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Die Zeichnung zeigt neben der bereits beschriebenen Fig. 1 in
Fig. 2 eine der Darstellung in Fig. 1 analoge schematische Darstellung einer einen erfindungsgemäßen Kessel enthaltenden Anlage.
Fig. 2 zeigt eine Anlage mit einem erfindungsgemäßen Kessel, der unter anderem alle bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Elemente umfaßt. Die Steuerung dieses Kessels entspricht derjenigen des in Fig. 1 gezeigten Kessels. Allerdings ist hier eine zusätzliche Leitung 34 vorgesehen, die die am Kesselausgang angeordnete Rauchgasleitung 28 mit einer stromaufwärts zum Primärluftstromgebläse 20 angeordneten Leitung 18 verbindet, wobei diese Leitung 34 ein Gebläse 36 umfaßt.
Die Leitung 34 enthält zudem einen Temperatur-Meßfühler und einen Durchflußmengensensor (die beide nicht dargestellt sind), die es ermöglichen, Bestimmungen für eine Korrektur der Durchflußmenge des durch die Primärluftstromleitung 18 rezirkulierten Rauchgasstroms durchzuführen.
Es wurden nun Versuche durchgeführt, um in Abhängigkeit vom "Rezirkulationsverhältnis" der Rauchgase erfindungsgemäße Einstellwerte zu ermitteln. In der vorliegenden Beschreibung handelt es sich bei dem "Rezirkulationsverhältnis" um das Verhältnis der Durchflußmenge an durch die Leitung 18 rezirkulierten Rauchgasen zur Durchflußmenge des Primärluftstroms in der Leitung 18. Dabei wurde in den genannten Versuchen das Rezirkulationsverhältnis von einem Wert 0 bis zu einem Wert im Bereich von 50% variiert. Die Versuche lassen dabei zwei Schlußfolgerungen zu:
Die erste Schlußfolgerung lautet, daß der Gehalt an Stickoxiden, den man bei Einsatz eines bestimmten Brennstoffs erhält, bei einem Anstieg des Rezirkulationsverhältnisses von 0 auf 50% zuerst sinkt und daraufhin wieder ansteigt, wobei er also ein Minimum aufweist, was bedeutet, daß ein optimaler Wert für das Rezirkulationsverhältnis existiert.
Die zweite Schlußfolgerung besteht darin, daß das optimale Rezirkulationsverhältnis, das den minimalen Stickoxidwert hervorruft, bei einem bestimmten Kessel und bei Beibehaltung desselben Brennstoffs bei einer Leistungsveränderung geringfügig variiert, auch wenn im wesentlichen im gesamten Leistungsbereich des Kessels ein einziges optimales Rezirkulationsverhältnis gilt.
Die Ergebnisse der genannten Versuche haben es ermöglicht, die Bedingungen für die Durchführung der Erfindung festzulegen. Wie bereits erwähnt wurde, ist für die Kesselsteuerung eine Regelung der Primärluftdurchflußmenge nötig. Die Verwendung eines festgelegten, optimalen Rezirkulationsverhältnisses erfordert somit auch die Regelung des abgezogenen Rauchgasstroms, der sodann mit der Primärluft zu einem Primärluftstrom gemischt wird, welcher unter dem beweglichen Rost eingeblasen wird.
Die Regelung des Stroms von abgezogenen Rauchgasen erfolgt durch eine Steuerung der Zirkulationsvorrichtung für den Rauchgasstrom (d. h. des Gebläses 36) in Abhängigkeit einerseits von der notwendigen Menge an Primärluft und andererseits von der Temperatur der Rauchgase in einer Weise, bei der die Durchflußmenge des abgezweigten Rauchgasstroms bestimmt und der Primärluftmenge entsprechend proportional angepaßt werden kann.
Wenn man davon ausgeht, daß bei einem festgelegten, optimalen Rezirkulationsverhältnis eine maximale Reduktion des Stickoxidgehalts eintritt, so ist es wichtig, daß das gleiche optimale Rezirkulationsverhältnis auch beim Einströmen des Primärluftstroms in das Brennstoffbett vorliegt, weshalb es notwendig ist, den Strom aus rezikulierten Rauchgasen zur Bildung des Primärluftstroms gut mit der Primärluft zu vermischen.
Zu diesem Zweck mündet bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung die der Rauchgasrezirkulierung dienende Leitung 34 stromaufwärts zur den Primärluftstrom weiterleitenden Zirkulationsvorrichtung (Gebläse 20) ein. Es ist allerdings auch möglich, die Leitung 34 stromabwärts zum Gebläse 20 anzuschließen. In diesem Fall werden die Primärluft und der rezirkulierte Strom vorzugsweise in einer speziellen Vorrichtung, etwa einer am Kesseleinlaß vorgesehenen Mischkammer, gut miteinander vermischt.
Zwar läßt sich der Zeichnung entnehmen, daß eine zweite durch ein Gebläse gebildete Zirkulationsvorrichtung 36 vorgesehen wird; man kann jedoch bei Verwendung des Abzugsgebläses 32 und bei einem ausreichend hohen Druckverlust zwischen diesem Gebläse 32 und dem Kamin 30 den abgeleiteten Rauchgasstrom ohne Gebläse 36 direkt durch die Leitung 34 führen. In diesem Fall erfolgt die Regelung des Rauchgasstroms mit Hilfe eines in der Leitung 34 angeordneten Regelventils, dessen Öffnung durch die Zentralverarbeitungseinheit gesteuert wird. Dabei steuert die Zentralverarbeitungseinheit anstelle des Betätigungselements des Gebläses 36 ein Betätigungselement des Regelventils.

Beispiel

Im folgenden wird ein Beispiel für den Einsatz der Erfindung bei einem Kessel des in Fig. 2 gezeigten Typs näher erläutert.
Bei diesem Kessel handelt es sich um einen mit Kohle beschickten Kessel mit einem beweglichen Rost und einer Leistung von 17,5 MW, der auf etwa 150ºC erwärmtes Wasser an ein städtisches Heizungsnetzwerk liefern soll. Der Sauerstoffgehalt der Rauchgase wird mit Hilfe eines Zirkoniumoxid-Analysators gemessen, der am Ausgang der Brennkammer und stromaufwärts zu einem Abzugsgebläse angeordnet ist. Die Primärluftdurchflußmenge wird durch einen am Einlaß des Zuführgebläses angeordneten piezometrischen Meßfühler sowie durch einen mit einer Membran ausgestatteten Differential-Druckmeßwertgeber ermittelt. Die Primärluftdurchflußmenge wird in Abhängigkeit von der Temperatur korrigiert. Die Durchflußmenge an rezirkulierten Rauchgasen wird mit Hilfe eines im Stauungsbereich des Rauchgaszirkulationsgebläses angeordneten Pseudo-Venturi gemessen.
Bei den Hauptbetätigungselementen handelt es sich um den eine Veränderung der Rostgeschwindigkeit ermöglichenden Rostvorschubmotor, um die Betätigungselemente zur Veränderung der Schrägstellung der Flügelblätter einer stromaufwärts zum Primärstrom-Gebläse 20 angeordneten Vorrichtung und um den Antriebsmotor des Gebläses 36.
In einem ersten Versuch, bei dem der Kessel mit 86% seiner Leistung arbeitete, fiel der Stickoxidgehalt von 240 auf 201 mg/m³, während bei einem anderen Versuch mit 50%-iger Kesselleistung eine Verringerung des Stickoxidgehalts von 308 auf 259 mg/m³ erzielt wurde. Das optimale Rezirkulationsverhältnis, bei dem sich die Minimalwerte ergaben, lag im Bereich von etwa 15 bis 20 %.
Die obige Beschreibung der vorliegenden Erfindung bezieht sich nur auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, so daß im Rahmen dieser Erfindung natürlich auch technisch äquivalente Ausführungsvarianten der genannten Bauteile eingesetzt werden können.

Claims

1. Steuerungsverfahren für einen mit festem Brennstoff beschickten Kessel mit Rostfeuerung und beweglichem Rost, wobei das Steuerungsverfahren zur Reduzierung des Gehalts der in den Rauchgasemissionen enthaltenen Stickoxide NOx dient und die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:

- Bestimmung der durch den Kessel zu liefernden Leistung sowie der zur Lieferung dieser Leistung benötigten Menge an zu verbrennenden festen Brennstoffen und gegebenenfalls Bestimmung einer Sekundärluftzuführmenge;

- Messung des stöchiometrischen Sauerstoffüberschusses in den Rauchgasen;

- Abzug eines Rauchgasstroms am Auslaß des Kessels; und

- Regelung der Primärluftströmungsmenge in Abhängigkeit von der zu erbringenden Leistung und vom gemessenen stöchiometrischen Sauerstoffüberschuß;

gekennzeichnet dadurch, daß

- das Verfahren die Bestimmung eines optimalen Rezirkulationverhältnisses umfaßt und

- die Mischung des abgezogenen Rauchgasstroms mit der Primärluft derart erfolgt, daß das Gemisch einen Primärluftstrom bildet, der eine dem optimalen Rezirkulationverhältnis entsprechende Menge an Rauchgasen enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des optimalen Rezirkulationverhältnisses eine Steuerung des Kessels mit verschiedenen Rezirkulationverhältnissen umfaßt, wobei der Wert ermittelt wird, bei dem der NOx-Gehalt am geringsten ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des optimalen Rezirkulationverhältnisses durch Ablesen eines optimalen Rezirkulationverhältnisses aus Tabellen in Abhängigkeit vom Typ des verwendeten Kessels und der Art des festen Brennstoffs erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Rauchgasabzug die Abzugsmenge durch Messung der Temperatur und der Durchflußmenge des abgezogenen Rauchgasstroms ermittelt wird und die Regelung der Abzugsmenge in Abhängigkeit vom optimalen Rezirkulationsverhältnis erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung des Rauchgasstroms mit der Primärluft stromaufwärts zu einer den Primärluftstrom in den Kessel einbringenden Zirkulationsvorrichtung (20) erfolgt.

6. Kessel mit beweglichem Rost und Rostfeuerung zur Verbrennung von festen Brennstoffen, enthaltend

- einen Kesselkörper (10),

- einen beweglichen Rost (12) zur Bewegung eines Bettes aus festen Brennstoffen zwischen einer Aufgabestelle für die festen Brennstoffe und einem Auslaß für Verbrennungsrückstände,

- eine erste Zirkulationsvorrichtung (20) zur Zuführung eines Primärluftstroms unterhalb des beweglichen Rostes,

- eine Vorrichtung (22, 24) zur Zuführung von Sekundärluft,

- eine erste Regelvorrichtung zur Veränderung der Primärluftstrommenge in Abhängigkeit von der vom Kessel zu erbringenden Leistung und vom stöchiometrischen Sauerstoffüberschuß in den Rauchgasen,

- eine Vorrichtung (34, 36) zum Abzug eines Rauchgasstroms und

- eine Vorrichtung (20) zum Untermischen des dem Primärluftstrom zugeführten Rauchgasstroms,

dadurch gekennzeichnet, daß

- der Kessel eine zweite Regelvorrichtung zur Veränderung der Rauchgasstrommenge in Abhängigkeit von der Primärluftstrommenge enthält, um so ein optimales Verhältnis für die Rezirkulation der Rauchgase in den Primärluftstrom zu ermitteln, und

- der mit dem Primärluftstrom zu vermischende Rauchgasstrom stromaufwärts zur ersten Zirkulationsvorrichtung (20) zugeführt wird.

7. Kessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regelvorrichtung die Rauchgasmenge durch Messung der Temperatur und der Durchflußmenge der Rauchgase bestimmt.

8. Kessel nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung durch die erste Zirkulationsvorrichtung (20) gebildet wird.

9. Kessel nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugsvorrichtung eine zweite Zirkulationsvorrichtung (36) umfaßt, die durch die zweite Regelvorrichtung geregelt wird.

10. Kessel nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kessel unter anderem eine Rechenvorrichtung enthält, welche Meßeinheiten zur Ermittlung von Daten über die Wassertemperatur beim Eintritt in den Kessel bzw. beim Verlassen des Kessels sowie der Außentemperatur umfaßt, die vom Kessel zu erbringende Leistung berechnet und die Höhe des Bettes aus festen Brennstoffen, die Geschwindigkeit des Rostes (12) und die Sekundärluftmenge festlegt, wobei die Rechenvorrichtung zudem auch Daten über die Temperatur und die Durchflußmenge der abgezogenen Rauchgase empfängt und zur Regelung der Menge der von der zweiten Zirkulationsvorrichtung (36) rezirkulierten Rauchgase sowie der durch die erste Zirkulationsvorrichtung (20) bewegten Primärluftmenge dient.