EP0386527B1

EP0386527B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einblasen und Verbrennen von Brennstoffen mit geringem Anteil an Rückständen

Info

Publication number: EP0386527B1
Application number: EP90103347A
Authority: EP
Inventors: Balduin Pauli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-03-06
Filing date: 1990-02-21
Publication date: 1993-09-22
Anticipated expiration: 2010-02-21
Also published as: EP0386527A2; EP0386527A3; ATE94970T1; DE59002784D1; DE3907165A1

Description

Die Erfindung betrifft ein verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und hat auch eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4 zum Gegenstand. Bekannt ist dies aus der CA-A-1 025 284, wo allerdings mit einem Rost und nichtascheentsorgungsfrei gearbeitet wird, die Asche vielmehr in einem Aschesammler abgeschieden wird.
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 im Bereich der Filterstäube von ca. 300°C jedoch diese wieder Dioxine aufnehmen (Prof. Vogg, Karlsruhe und Prof. Hagemeier).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Brennstoffe mit geringem Anteil an nicht-brennbaren Rückständen optimal bei Minimierung der feuerungsabhängigen Schadstoffe wie CO, NO_x und C_nH_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 durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 4.
Vorzugsweise werden nicht-brennbare Rückstände in der Wirbelschicht durch Reiben der Stäube aneinander mithilfe einer eigenen Verwirbelung zerkleinert und dann zusammen mit den zu entsorgenden Ascheteilchen in geeigneten Rauchgasentstaubungsanlagen, insbesondere Gewebefiltern, abgeschieden, ausgetragen und damit entsorgt. Eine anschließende Verfestigung ist möglich.
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.
Vorteilhafte Weiterbildungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Vorrichtung stellt vorzugsweise über einen Wirbeldüsenboden mit quer zur Flammenachse austragenden Düsen die Luftzufuhr sicher, wobei das Mauerwerk im Bereich der höchsten Wärmebelastung durch Luftaustrittsschlitze gekühlt und ein Anbackschutz für heiße Ascheteilchen durch SIC-Auskleidung geschaffen wird.
Zur 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.
Die Transportschnecke zur Entsorgung der Rauchrohrzüge kann an die gleiche stelle wie der Austrag aus den Gewebefiltern zur gemeinsamen Verfestigung dieser Stäube liefern.
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_nH_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 auch aus den der Brennkammer nachgeschalteten Zügen 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.
Der 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 zum Beispiel 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 zum Beispiel einer Preßschnecke oder Brikettierpresse 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

Verfahren zur Verbrennung von festen Brennstoffen wie Holz und Biostoffen und zur Entsorgung der durch die Verbrennung entstehenden Asche, wobei der Brennstoff mit Trägerluft in die Brennkammer eingeblasen wird und der aus Trägerluft und Brennstoff bestehende Strom durch Wirbelluft beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung in der Wirbelschicht vollständig durchgeführt wird und die nicht-brennbaren Rückstände, insbesondere Asche, ausschließlich über den Rauchgasweg entsorgt bzw. ausgetragen werden.
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.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Zerkleinerung aus den Rückständen entstandene Staub in geeigneten Rauchgasentstaubungsanlagen, insbesondere Gewebefiltern, mit abgeschieden und ausgetragen wird, wobei die gesamten staubförmigen Rückstände verfestigt werden.
Vorrichtung zur Verbrennung von festen Brennstoffen wie Holz und Biostoffen und zur Entsorgung durch die Verbrennung entstehenden Asche mit einer Einblasung des Brennstoffs mittels Trägerluft in die Brennkammer mit Wirbelluftbeaufschlagung,
gekennzeichnet durch
insbesondere für Kesselanlagen über 1 MW Leistung:
a) eine Schwebefeuerung;

b) eine Wirbelschicht zur zusätzlichen Zerkleinerung des Brennstoffs;

c) einen strangweise durchgehend mit Düsen (2) besetzten Boden, wobei der Brennkammer (1) ascheentsorgungsfrei ausgebildet ist

d) eine Rauchgasreinigungsanlage und

e) eine Einrichtung hinter der Rauchgasreinigungsanlage zur Verfestigung der staubförmigen Rückstände.
Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine in Form von Gewebefiltern ausgebildete Rauchgasentstaubungsseinrichtung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verfestigung der staubförmigen Rückstände als Preßschnecke oder Brikettiereinrichtung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, für den Fall, daß die Vorrichtung die geforderten Dampfmengen zu erbringen nicht in der Lage ist und/oder, wenn gewollt stark unterstöchiometrisch verbrannt wird, gekennzeichnet wegen des geforderten Sauerstoffmindestgehalts durch eine Tertiärlufteinblasung (5; 5) im Bereich einer Brennkammereinschnürung im Übergang zu einer Nachbrennkammer (6), wobei dieser Tertiärlufteinblasung (5; 5) die Nachbrennkammer (6) mit Leistungsbrenner (7) nachgeschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, 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.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeichnet durch eine Druckluftzuführung im Bereich der größten Belastung der dort mit SiC verkleideten Feuerraumseitenwände
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet durch eine Luftabsaugung aus dem Bereich der Feuerraumdecke und Zuführung dieser Luft zu den Verwirbelungsdüsen (2).