Feuerungsvorrichtung zur Verbrennung von festen Brennstoffen
Die Erfindung betrifft eine Feuerungsvorrichtung zur Ver¬ brennung von festen Brennstoffen, insbesondere zur Verbren¬ nung von Abfallstoffen.
An derartige Feuerungsvorrichtungen werden die höchsten An¬ forderungen gestellt, um einen möglichst vollständigen Gas¬ ausbrand zu erreichen.
Bei bekannten Feuerungsvorrichtungen stellen sich durch die im wesentlichen geradlinige, von einem Rost oder einem ande¬ ren Vergasungselement ausgehende Strömung der Brenngase für die Verbrennung ungünstig hohe Strömungsgeschwindigkeiten ein. Dadurch können Schlieren ungenügend ausgebrannter Gase aus dem Feuerraum in den Abhitzebereich und danach in den Abgasstrom gelangen. Das Einblasen von Sekundärluft wirkt sich dabei nicht im vollen Umfang günstig aus, weil die ein¬ geblasene Sekundärluft in größerer Entfernung' vom Glutbett und bei ungenügender Vermischung mit den Brenngasen teilwei¬ se kühlend wirkt. Zudem werden durch die in eine Richtung ge¬ richtete Feuerung unnötig viele Feststoffteilchen vom Glut¬ bett in den Abhitzebereich mitgerissen. Diese im allgemeinen ungenügende Verbrennung begünstigt das Entstehen feuerungsbe¬ dingter Schadstoffe. Dies hat wiederum zur Folge, daß den Feuerungseinrichtungen für feste Brennstoffe verhältnismäßig große und, aufwendige Abgasreinigungsanlagen nachgeschaltet werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Brennersystem für feste Brennstoffe in gasförmigem Zustand so auszubilden, daß trotz geringem fertigungstechnischen Aufwand und gerin¬ gem Platzbedarf feste Brennstoffe, unter weitestgehender Ver¬ meidung feuerungsbedingter. Schadstoffe, mit gutem Wirkungs¬ grad genutzt werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß einer die festen Brennstoffe aufnehmenden und deren Verga¬ sung herbeiführenden Primärbrenneinrichtung eine getrennte Sekundärbrenneinrichtung zur Verbrennung der in gasförmigem Zustand vorliegenden Brennstoffe nachgeschaltet ist, wobei die Sekundärbrenneinrichtung vorzugsweise eine mit der Brennkammer der Primärbrenneinrichtung verbundene Brandgas- kammer sowie eine sich daran anschließende Hauptbrennkammer umfaßt.
In dieser Feuerungsvorrichtung für feste Brennstoffe in gas¬ förmigem Zustand können den aus den Primärbrenneinrichtungen kommenden, bereits teilweise brennenden Gasen, die für die Sekundärverbrennung notwendigen Sekundärverbrennungsluft-Men- gen und bei Bedarf eine zur NOX Minderung günstige Rückführ- abgasmenge zugemischt und so zu einem optimalen Ausbrandge- misch aufbereitet werden. Danach strömen die aufbereiteten Brenngase in die Hauptbrennkammer der Sekundärbrenneinrich¬ tung, wo sie bei mäßiger Strömungsgeschwindigkeit und ausge¬ glichenen Temperaturen vollkommen ausbrennen können.
Von wesentlicher Bedeutung ist dabei, daß die Brenngase vor dem Eintritt in die Brennkammer der Sekundärbrenneinrichtung mit der notwendigen Sekundärverbrennungsluft und bei Bedarf mit anderen Gasen, wie z.B. Rückführabgas, durch die horizon¬ tal und vertikal wirkende Mischeinrichtung innig vermischt und danach in einer zur Rückwand der Hauptbrennkammer gerich¬ teten Flammenrichtung der vollständige Gasausbrand abläuft. Von wesentlicher Bedeutung ist auch, daß die beschriebene Brennkammer nach oben geschlossen ist und eine versetzt zur Einlaßöffnung angeordnete Auslaßöffnung aufweist.
Durch diese getrennt von den Primärverbrennungseinrichtungen vorgesehenen Sekundärverbrennungseinrichtungen kann die Ent¬ stehung feuerungsbedingter Schadstoffe durch sogenannte Pri-
märmaßnahmen weitestgehend vermieden werden. Erst nach dem vollständigen Ausbrand der von den Primärbrenneinrichtungen kommenden Brenngase verlassen die ausgebrannten und heißen Gase über eine Auslaßöffnung den Brenner und gelangen in den Abhitzebereich, wo die aus den Festbrennstoffen umgewandelte Wärmeenergie genutzt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, in der Brandgasmischkammer plattenförmige Einbauten mit katalytischer Wirkung, z.B. aus Feuerbeton vorzusehen, die im Betrieb Temperaturen über 1000° C annehmen und es ermöglichen, den CO-Gehalt auf Null zu reduzieren.
Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist unmittelbar anschließend an die Austragstelle der Ver¬ brennungseinrichtungen ein Brennschacht angeordnet, in den die Verbrennungsrückstände auf kürzestem Weg gelangen und in dem sie gegebenenfalls durch Zuführung weiterer Verbrennungs¬ luft nachverbrannt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausfü rungsbei- spielen. unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausfüh- rungsfor eines Heizkessels mit einem Schräg¬ rost als Primärbrenneinrichtung sowie mit einem Sekundärbrenner,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Brennstoffschacht mit der Primärbrenneinrichtung und den Se¬ kundärbrenner gemäß Linie A-A in Fig. 1,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer weiteren Aus- führungsform eines Heizkessels mit einem
Unterschubrost als Primärbrenneinrichtung sowie mit einem Sekundärbrenner,
Fig. 4 einen Schnitt durch den BrennstoffSchacht mit der Primärbrenneinrichtung und den Se¬ kundärbrenner gemäß Linie A-A in Fig. 3,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer Ausführungs¬ form eines weiteren Dampferzeugers mit einem Vorschubrost zur AbfallVerbrennung als Pri¬ märbrenneinrichtung sowie mit einem Sekundär¬ brenner,
Fig. 6 einen Schnitt durch den Primärfeuerungsraum mit der Primärbrenneinrichtung und den Sekun¬ därbrenner gemäß Linie A-A in Fig. 5,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung einer Ausführungs¬ form eines weiteren Dampferzeugers mit einem Drehrohrofen als Primärbrenneinrichtung so¬ wie mit einem Sekundärbrenner,
Fig. 8 einen Schnitt durch den Sekundärbrenner ge¬ mäß Linie A-A in Fig. 7, und
Fig. 9 eine schematische Schnittdarstellung einer
Ausführung form eines zwischen Verbrennungs- einrichtung und Brandgasmischkammer angeord¬ neten Brennschachtes.
Nach den Fig. 1 und 2 umfaßt ein Heizkessel einen als Primär¬ brennraum dienenden Brennstoffschacht 1 mit einer Einfüllöff¬ nung 2, einen Schrägrost 3 als Primärbrenneinrichtung und einen Ascheraum 4. In diesen Ascheraum 4 wird die zur Primär¬ verbrennung der Festbrennstoffe notwendige Primärverbren-
nungsluft eingeleitet. Neben dem Brennstoffschacht 1 und mit diesem verbunden durch eine Einlaßöffnung 5 ist eine Brenn¬ gasmischkammer 6 vorgesehen, in die über einen Sekundärrost 7 aus einem Sekundärluftkanal 8 die notwendige Sekundärver- brennungsluft für die Brenngase für einen vollständigen Gas¬ ausbrand zugeführt wird, über eine Einlaßöffnung 9 gelangen die Brenngase in eine Hauptbrennkammer 10, wo sie vollstän¬ dig ausbrennen. Danach verlassen die optimal ausgebrannten und heißen Gase die Hauptbrennkammer 10 über eine versetzt zur Einlaßöffnung 9 angeordnete Auslaßöffnung 11 der Haupt¬ brennkammer 10 und gelangen in einen Abhitzebereich 12, wo die aus den Festbrennstoffen umgewandelte Wärmeenergie ge¬ nützt werden kann.
Der in den Fig. 3 und 4 gezeigte Heizkessel umfaßt einen Brennstoffschacht 1 mit einem bodenseitig angeordneten Unter- schubrost 13 und einer Revisionsöffnung 2. In den Raum 4 un¬ ter dem Unterschubrost 13 wird die zur Primärverbrennung not¬ wendige Primärverbrennungsluft eingeleitet. Neben dem Brenn¬ stoffschacht 1 und mit diesem verbunden durch die Einlaßöff¬ nung 5 ist die Brenngasmischkammer 6 vorgesehen, in die über den Sekundärrost 7 aus dem Sekundärluftkanal 8 die notwendi¬ ge Sekundärverbrennungsluft für die Brenngase für einen voll¬ ständigen Gasausbrand zugeführt wird, über die Einlaßöffnung gelangen die Brenngase in die Hauptbrennkammer 10, wo sie vollständig ausbrennen. Danach verlassen die optimal ausge¬ brannten und heißen Gase die Hauptbrennkammer 10 über die versetzt zur Einlaßöffnung 9 angeordnete Auslaßöffnung 11 der Hauptbrennkammer 10 und gelangen in den Abhitzebereich 12, wo die aus den Festbrennstoffen umgewandelte Wär 'eener- gie genutzt werden kann.
Der Dampferzeuger nach den Fig. 5 und 6 umfaßt einen Primär¬ brennraum 12 mit einem bodenseitig angeordneten Vorschubrost 23 und eine Brennstoffaufgabeeinrichtung 22. In den Raum 4
unter dem Vorschubrost 23 wird die zur Primärverbrennung not¬ wendige Primarverbrennungsluft eingeleitet. Neben dem Primär- verbrennungsraum 21 und mit diesem verbunden durch die Ein¬ laßöffnung 5 ist die Brenngasmischkammer 6 vorgesehen, in die über den Sekundärrost 7 aus dem Sekundärluftkanal 8 die notwendige Sekundärverbrennungsluft für die Brenngase für einen vollständigen Gasausbrand zugeführt wird. Über die Ein¬ laßöffnung 9 gelangen die Brenngase in die Hauptbrennkammer 10, wo sie vollständig ausbrennen. Danach verlassen die opti¬ mal ausgebrannten und heißen Gase die Hauptbrennkammer 10 über die versetzt zur Einlaßöffnung 9 angeordnete Auslaßöff- nung 11 der Hauptbrennkammer 10 und gelangen in den Abhitze¬ bereich 12, wo die aus den Festbrennstoffen umgewandelte Wär¬ meenergie genutzt werden kann.
Der in den Fig. 7 und 8 gezeigte Dampferzeuger umfaßt einen den Primärbrennraum 31 aufweisenden Drehrohrofen' 33 mit einer Brennstoffaufgabeeinrichtung 32 und einem Schlacken¬ schacht 35. Die zur Primärverbrennung notwendige Verbren¬ nungsluft wird auf der Brennstoff ufgabeseite 34 des Dreh¬ rohrofens 33 in diesen eingeleitet. Neben dem Schlacken¬ schacht 35 und mit diesem verbunden durch die Einlaßöffnung 5 ist die Brenngasmischkammer 6 vorgesehen, in die über den Sekundärrost 7 aus dem Sekundärluftkanal 8 die notwendige Se¬ kundärverbrennungsluft für die Brenngase für einen vollstän¬ digen Gasausbrand zugeführt wird, über die Einlaßöffnung 9 gelangen die Brenngase in die Hauptbrennkammer 10, wo sie vollständig ausbrennen. Danach verlassen die optimal ausge¬ brannten und heißen Gase die Hauptbrennkammer 10 über die versetzt zur Einlaßöffnung 9 angeordnete Auslaßöffnung 11 der Hauptbrennkammer 10 und gelangen in den Abhitzebereich 12, wo die aus den Festbrennstoffen umgewandelte Wärmeener¬ gie genutzt werden kann.
Bei allen beschriebenen Ausführungsformen ist das Volumen der Hauptbrennkammer 10 deutlich größer als das Volumen der
Brandgasmischkammer 6, und es ist insbesondere durch die Vor¬ gabe der Relativlagen von Zuström- und Abströmöffnung sicher¬ gestellt, daß sich in der Hauptbrennkammer 10 eine zyklonför- mige Strömung einstellt.
Die gesamte Feuerungsvorrichtung kann modulartig aufgebaut sein. Sowohl die Brandgasmischkammer 6 als auch die Haupt¬ brennkammer 10 sind mit einer entsprechend feuerfesten Aus¬ kleidung bzw. Ausmauerung versehen, wobei Höhe und Breite der entsprechenden Räume im wesentlichen gleich, jedoch die Abmessungen in Strömungsrichtung der Gase unterschiedlich sind.
Die Fig. 9 zeigt einen unmittelbar auf einen Drehrohrofen 33 folgenden und demgemäß etwa unterhalb der Brandgasmischkam¬ mer 6 gelegenen Brennschacht 16 mit einer Verbrennungsluft¬ zuführung 18 und einer Austrageeinrichtung 19. Die Verbrennungsrückstände 15 fallen unmittelbar' in diesen Brennschacht 16. Die im Zuge der Weiterverbrennung entstehen¬ den Brandgase 17 gelangen zusammen mit den Brandgasen aus der Verbrennungseinrichtung 33 in die Brandgasmischkammer 6 und von dort in die Hauptbrennkammer 10, wie dies durch Pfei¬ le 17 angedeutet ist.
Über die Verbrennungsluft-Zuführung 18 wird in den Brenn- schacht 16 die notwendige Verbrennungsluft zur Nachverbren¬ nung der Rückstände eingeleitet. Die Verbrennungsrückstände 15 werden nach dem vollständigen Ausbrand durch die Austra¬ geeinrichtung 19 aus dem Brennschacήt 16 ausgetragen bzw. abgezogen.
Auf diese Weise gelangt es, einen möglichst vollständigen Ausbrand der festen Verbrennungsrückstände sicherzustellen, so daß in den Rückständen keine brennbaren, toxischen Stoffe mehr enthalten sind. Dabei wirkt sich die lange Verweilzeit der Rückstände ebenso positiv aus wie die hohe Materialschüt- tung und eine den verschiedenartigen Rückständen angepaßte Nachverbrennungsluft-Zufuhr. Der Brennschacht 16 kann ent-
sprechend den anfallenden Rückständen isoliert, jedoch auch gekühlt sein.
In der Brandgasmischkammer 6 sind mehrere nebeneinander ange¬ ordnete, plattenförmige Einbauten 14 mit katalytischer Wir¬ kung vorgesehen, die es gestatten, den CO-Gehalt weiter zu minimieren und sogar auf den Wert Null zu bringen. Diese plattenförmigen Einbauten, die aufgrund ihrer Anordnung nur einen vernachlässigbaren Strömungswiderstand bewirken, neh¬ men im Betrieb hohe Temperatur, insbesondere Temperaturen üübbeerr 11000000°CC aann uunncd entfalten ihre Funktion vor allem im glühenden Zustand.
Die erfindungsgemäße Feuerungsvorrichtung für feste Brenn¬ stoffe in Form des beschriebenen Brennersystems zur Verbren¬ nung von festen Brennstoffen in gasförmigem Zustand in Ver¬ bindung" mit bekannten Primärbrenneinrichtungen erbringt im Vergleich zu bekannten Feuerungseinrichtungen eine wesent¬ lich bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Brenn¬ stoffe unter gleichzeitiger Verringerung der Umweltbelastung durch feuerungsbedingte Schadstoffe und ist außerdem einfach und wirtschaftlich, zu fertigen. Die erfundene Sekundärbrenn- einrichtung in Form der beschriebenen Brennsysteme zur Ver¬ brennung von festen Brennstoffen in gasförmigem Zustand kann in Verbindung mit allen bekannten Primäreinrichtungen einge¬ setzt werden.