EP0611919A1 - Verfahren zur Zuführung eines O2-haltigen Verbrennungsgases in eine Verbrennungsanlage mit Rostfeuerung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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EP0611919A1
EP0611919A1 EP94100456A EP94100456A EP0611919A1 EP 0611919 A1 EP0611919 A1 EP 0611919A1 EP 94100456 A EP94100456 A EP 94100456A EP 94100456 A EP94100456 A EP 94100456A EP 0611919 A1 EP0611919 A1 EP 0611919A1
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EP
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gas
nozzle
combustion
secondary gas
pulse
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L&C Steinmueller GmbH
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    • F23N2239/00—Fuels
    • F23N2239/02—Solid fuels

Definitions

  • the invention relates to a method for supplying an O2-containing combustion gas for the combustion of lumpy combustible material, in particular waste, in a combustion chamber with an associated grate of an incinerator, in which part of the combustion gas is supplied as a primary gas through the grate and the other part of the combustion gas is supplied at least as a secondary gas in a quantity-controlled manner in at least one jet, the speed of the secondary gas jet being additionally regulated when the amount of combustion gas changes.
  • Such a method is known from DE-PS 632 881, in which the speed of the secondary gas jets entering the combustion chamber is kept constant in order to consume smoke when the total amount of combustion gas changes.
  • nozzles with a variable outlet opening are provided, as shown in FIG. 2 of DE-PS.
  • the adjustment mechanism that changes the outlet opening is contaminated by recirculating dusts, which impairs the function.
  • a method for supplying combustion air in the combustion chamber of a waste incineration plant in which primary air is supplied in a quantity-controlled manner in a plurality of quantity-controlled partial flows to the grate which is divided into a plurality of sectors.
  • primary air is supplied in a quantity-controlled manner in a plurality of quantity-controlled partial flows to the grate which is divided into a plurality of sectors.
  • secondary air is supplied in a quantity-controlled manner in the transition area of the combustion chamber to the radiation draft using nozzles directed towards the grate.
  • thermographic camera records the radiation values emanating from the individual grate sectors and describing the progress of the combustion, which are evaluated in an electronic control and regulating unit, whereupon the regulating flaps of the primary and secondary air guidance are adjusted independently of one another with regard to a predetermined combustion air throughput.
  • Such combustion air routing ensures the O2 cargo required for combustion, but this is also associated with a change in the pulse of the secondary air flow, which means that the pulse flow ratio of the pulse in the transition area of the combustion chamber ascending smoke gas flow to the impulse of the secondary air flow is essentially impaired certain mixing quality, which leads to increased pollutant emissions.
  • the object of the present invention is to provide a generic method in which good combustion with low pollutant emissions from the system is achieved even when the amount of combustion gas changes.
  • the object is achieved in that the pulse of the secondary gas jet is determined and the speed of the secondary gas jet is adjusted to a predetermined pulse of the secondary gas jet when the amount of combustion gas changes.
  • the impulse is determined, on the one hand, by the geometry of the gas space, such as that of the combustion space, into which the beam flows with an intensity matched to it. Furthermore, the impulse is determined by the flow conditions in the gas space, which depending on the mode of operation of the furnace more or less intensely counteracts the achievement of the predetermined range of the jet or the associated homogenization of the rising smoke gases and their enrichment with oxygen with good mixing.
  • the mixing quality and the range of the secondary gas jet are the values determined by a customary flue gas analysis, such as O2, CO, CO2, SO x , NO x , dioxins and / or by thermographical observation of the combustion progress of the combustion material on the grate determined values used.
  • the pulse of the secondary gas jet is kept essentially constant when the amount of combustion gas changes, it is achieved that the range of the secondary gas jet, the mixing quality of the flue gases and the mixing of the secondary gas jet into the flue gas lead to the operating requirements even under low-load operation.
  • An advantageous method is that the pulse of the primary gas flow is determined and the speed of the secondary gas jet is adjusted to a predetermined pulse flow ratio of the pulse of the primary gas flow to the pulse of the secondary gas jet when the amount of combustion gas changes.
  • This methodology takes into account, in particular, the change in the primary gas quantity in a simple manner.
  • the quantity of primary gas added is essentially proportional to the quantity of flue gas, so that the pulse flow ratio of the pulse of the primary gas flow to the pulse of the secondary gas jet allows a qualitative statement about the quality of the mixture or the penetration of the secondary gas jet into the rising flue gas stream.
  • the penetration or mixing ability of the secondary gas jet is inversely proportional to the pulse current ratio.
  • the pulse flow ratio to be regulated thus characterizes a predetermined penetration or mixing behavior of the secondary gas jet, which is essentially retained even when the primary gas quantity and / or the secondary gas quantity changes, in that the speed of the secondary gas jet is adjusted to the predetermined pulse current ratio.
  • the pulse of the primary gas flow is determined and the pulse flow ratio of the pulse of the primary gas flow to the pulse of the secondary gas jet is kept constant with a change in the amount of combustion gas, whereby an essentially constant mixing quality or penetration depth of the secondary gas jet is achieved even with load changes.
  • a further improvement in the mixing in the area near the nozzle orifice can be achieved by swirling the secondary gas jet.
  • a relatively large area of colder combustion chamber atmosphere can be seen at the beginning of the grate, in which there is a risk of dioxin formation.
  • This area can be intensively mixed and enriched with oxygen due to the further improved mixing behavior of the swirled secondary gas jet.
  • the speed of the secondary gas jets is controlled in groups when the secondary gas is supplied by means of a plurality of parallel jets.
  • an additive is added to the secondary gas jet. This enables a precise partial introduction of the additive into the flue gas stream, even under changing operating conditions. Due to the swirling of the secondary gas jet and the recirculation generated thereby, premixing with the secondary gas already occurs in the area near the nozzle.
  • the invention is also directed to a device for supplying an O2-containing combustion gas for the combustion of lumpy combustible material, in particular garbage, in a combustion chamber with an associated grate grate of an incineration plant, with a primary gas supply device below the grate, the primary gas supply device associated control devices and a gas delivery device for quantity-controlled supply of primary gas and with at least one gas nozzle above the fire grate, control devices assigned to the gas nozzle and gas delivery device for quantity-controlled supply of secondary gas, in which in the gas nozzle a control body at least partially blocking the nozzle cross-section with an adjustment device which can be removed from the nozzle for the speed-controlled supply of the secondary gas is arranged and for the speed-controlled secondary gas supply at least one pressure determining the nozzle admission pressure a is provided.
  • the pressure transducer is provided for determining the differential pressure between the nozzle admission pressure and the pressure above the fire grate and at least the pressure transducer and the regulating devices are connected to an evaluation and control unit.
  • At least one sensor connected to the evaluation and control unit for characterizing the combustion is arranged in the combustion system.
  • the regulating body has a substantially longitudinally extending and axially symmetrical shape adapted to the cross-sectional shape of the nozzle and is arranged so as to be axially displaceable relative to the longitudinal direction of the nozzle while maintaining a flowable nozzle cross section.
  • the nozzle and the regulating body have a circular cross-sectional shape.
  • the nozzle and the regulating body may also be advantageous for the nozzle and the regulating body to have a rectangular cross-sectional shape.
  • control body can be guided on the nozzle wall via spacer elements connected to the control body.
  • spacer elements are designed as swirl bodies.
  • the nozzle is advantageously narrowed in the area of its mouth and the control body is tapered in the flow direction at least on a section facing the mouth, a stepless regulation of the jet outlet speed is possible, which can be fine-tuned the more acute the angle of the tapered section is.
  • the adjustment device can be led out of the nozzle in the extension of its longitudinal axis with respect to the nozzle mouth.
  • the nozzle can be sealed off from the environment at the point provided for removal, if necessary, in a simple manner by means of a shaft sealing ring.
  • the adjusting device is a tube, whose clear width continues symmetrically to the longitudinal axis of the control body in such a way that the adjustment device and the control body can be flowed through.
  • the nozzle can also be used to add an additive to bind pollutants in the flue gas.
  • the mouth region of the nozzle can be molded into the combustion chamber wall when the combustion chamber wall is being built up, so that the nozzle is part of the combustion chamber wall.
  • FIG. 1 illustrated nozzle 1 is embedded in a ceiling 3 closing a combustion chamber 2 and serves the Supply of secondary air 4 as an O2-containing combustion gas in a waste incineration plant.
  • the nozzle 1 consists of a two-part base body 5a, 5b with a circular cross-section, the front part 5a of which, as seen in the flow direction, is molded into the ceiling 3 made of refractory rock.
  • the rear part 5b is a tube which is flanged onto the front part 5a via a flange connection 6 and angled at its other end.
  • combustion chamber ceiling 3 is made up of fin tubes and refractory ramming compound, it is provided that the base body 5a, 5b is made in one piece as a tube.
  • the secondary air 4 is fed to the nozzle 1 via a blower 7a and an adjoining air delivery line 8a with control devices 9a, 9b, 10a, 10b consisting of a throttle valve 9a with a servomotor 9b and a flow meter 10a with a measurement signal converter 10b.
  • a longitudinally extending, axially symmetrical control body 11 which is adapted to the cross-sectional shape of the nozzle 1 and which is arranged displaceably on the longitudinal axis of the nozzle while keeping an annular gap 12 through which it can flow.
  • the front part 13 of the control body 11 seen in the flow direction is continuously tapered in the flow direction, the cross section of the front part 5a of the nozzle 1 in the mouth region 14a to the nozzle mouth 14 continuously narrowing, so that when the control body 11 is displaced into the nozzle mouth 14b Mouth cross section 14 of the nozzle 1 is continuously reduced.
  • the regulating body 11 is connected to the regulating body 11 by spacer elements 15, which act as a swirl body in the Form of curved guide vanes are formed, guided on the inner wall 16 of the nozzle 1.
  • the control body 11 is displaced by means of an adjusting device 17 which is arranged on the control body 11 in the extension of the longitudinal axis of the control body 11 and which is brought out opposite the nozzle mouth 14a and driven by a motor 18.
  • the adjusting device 17 is designed as a tube, the clear width of which continues symmetrically to the longitudinal axis of the control body 11 in such a way that the tube 17 and the control body 11 can be flowed through, so that, if necessary, an additive 19 which binds undesirable flue gas components in gaseous, dusty or liquid form Air jet flowing out of the nozzle mouth 14a can be added.
  • a well-known slide bearing 20 with a final shaft sealing ring 20 is provided for sealing the passage of the pipe through the nozzle 1 from the environment and for mounting the pipe 17.
  • the nozzle 1 and the regulating body 11 have a rectangular cross-sectional shape.
  • the difference between the nozzle admission pressure PD and the combustion chamber pressure PF is measured by means of a differential pressure sensor 21.
  • the measurement signal is fed to a programmable evaluation and control device 22, in which, using previously programmed characteristics characterizing the nozzle 1 at different positions of the control body 6, the mass flow and the jet velocity in the mouth cross section 14b of the nozzle 1 or the jet pulse essentially characterizing the jet are calculated becomes.
  • control body 11 In the event of changes in the load change or as a result of smoke gas analysis measurements 23, which are also detected, evaluated and converted into control variables by the evaluation and control unit 22, the control body 11 is replaced by the motor 18 controlled by the evaluation and control unit 22 into the position at which the speed and the mass flow of the jet result in a pulse specified by the evaluation and control unit 22. If necessary, the throttle valve 9a of the secondary air supply is tracked by control signals coming from the evaluation and control unit 22.
  • FIG. 2 shows an adjustment mechanism for a plurality of nozzles 1 connected in parallel.
  • the adjustment devices 17 led out of the nozzles 1 are each gripped at their rear end by a cam 25 arranged on a shaft 24 and by axially displacing the shaft 24 driven by the motor 18 into the nozzles 1 shifted so that the mouth cross section 14b decreases equally in all nozzles 1.
  • the adjusting devices 17 are displaced in the opposite direction by return springs 26 arranged on them, so that the orifice cross section 14b increases equally in all the nozzles 1.
  • the cams 25 of the shaft 24 are provided with different pitches, so that the beams have a number of different pulses.
  • FIG. 3 shows a waste incineration plant 27 in which a plurality of the previously described nozzles 1a, 1b, 1c are arranged for supplying secondary air 4 into the ceiling 3 of the combustion chamber 2.
  • nozzles 1d in the wall of the combustion chamber 2 and / or nozzles 1f are also provided to arrange nozzles 1d in the wall of the combustion chamber 2 and / or nozzles 1f as tertiary air nozzles for the supply of tertiary air to assign radiation train 28 adjoining the combustion chamber 2.
  • the waste incineration plant 27 has a waste task 29, through which waste 30 as fuel is placed at one end of a longitudinally extending fire grate 31 in the form of a traveling grate for combustion. At the end of the grate 31, combustion residue 32 is fed to a disposal, not shown.
  • the combustion takes place primarily with the supply of primary air 33 as an O2-containing combustion gas through the fire grate 31 arranged below the firing grate 31 in the longitudinal and transverse directions so-called underwind zones, of which the underwind zones 34a, 34b, 34c, 34d shown in the longitudinal direction are.
  • the underwind zones 34a, 34b, 34c, 34d are each connected via an air supply line 8b with control devices (not shown) and an adjoining common air supply line 8c with control devices 9a, 9b, 10a, 10b to a further blower 7b for supplying primary air 33.
  • the total amount of combustion air 4.33 is predetermined by the required amount of steam.
  • the proportion of secondary air 4 is determined by the evaluation and control unit 22.
  • the nozzles 1a, 1b, 1c, 1d, 1f each represent a row of nozzles. Each row of nozzles forms a group, the nozzles of which, as shown in FIG. 2 described about a Camshaft 24, 25 can be adjusted with an associated motor 18.
  • An infrared camera 23a directed towards the combustion grate 31 is provided for the sectoral detection of the combustion progress on the combustion grate 31.
  • the detected measurement signals are also fed to the evaluation and control unit 22 and, in addition to the sectorial exposure to primary air 33 adapted to the progress of combustion of the garbage 30 distributed on the combustion grate 31, also require a pulse-adapted supply of the secondary air 4 by appropriate control of the regulating body 11 which varies the mouth cross section 14b. the speeds of the secondary air jets being regulated independently of the required amount of secondary air to the pulse of the secondary air jet specified by the evaluation and control unit 22.
  • the pairings of Roman numerals in FIG. 3 designate connections from the measuring and control circuit and the secondary air supply.
  • Criteria for the speed-controlled impulse adjustment of the jet are: adjustment of the penetration depth of the jet to the gas space to be penetrated, achieving a good mixing of the O2 load intended for the combustion of flammable flue gas components and achieving a good mixing of the inhomogeneous flue gas when leaving the firebox and equalizing the flow profile in the Radiation train.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Zuführung eines O2-haltigen Verbrennungsgases zur Verbrennung von stückigem Brenngut, insbesondere Müll, in einen Feuerraum mit zugeordnetem Feuerungsrost einer Verbrennungsanlage, bei dem ein Teil des Verbrennungsgases als Primärgas durch das Feuerungsrost mengengeregelt zugeführt wird und der andere Teil des Verbrennungsgases zumindest als Sekundärgas in mindestens einem Strahl mengengeregelt zugeführt wird, wobei bei sich ändernder Verbrennungsgasmenge die Geschwindigkeit des Sekundärgasstrahls zusätzlich geregelt wird, ist, um auch bei sich ändernder Verbrennungsgasmenge die Geschwindigkeit des Sekundärgasstrahls auf einen vorgegebenen Impuls des Sekundärgasstrahls einzuregeln, vorgesehen, daß der Impuls des Sekundärgasstrahls bestimmt wird und bei sich ändernder Verbrennungsgasmenge die Geschwindigkeit des Sekundärgasstrahls auf einen vorgegebenen Impuls des Sekundärgasstrahls eingeregelt wird. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuführung eines O₂-haltigen Verbrennungsgases zur Verbrennung von stückigem Brenngut, insbesondere Müll, in einen Feuerraum mit zugeordnetem Feuerungsrost einer Verbrennungsanlage, bei dem ein Teil des Verbrennungsgases als Primärgas durch das Feuerungsrost mengengeregelt zugeführt wird und der andere Teil des Verbrennungsgases zumindest als Sekundärgas in mindestens einem Strahl mengengeregelt zugeführt wird, wobei bei sich ändernder Verbrennungsgasmenge die Geschwindigkeit des Sekundärgasstrahls zusätzlich geregelt wird.
  • Aus der DE-PS 632 881 ist ein solches Verfahren bekannt, bei dem zwecks Rauchverzehrung bei sich ändernder gesamter Verbrennungsgasmenge die Geschwindigkeit der in den Feuerraum eintretenden Sekundärgasstrahlen konstant gehalten wird. Zum Erreichen gleichbleibender Sekundärgasstrahlgeschwindigkeiten sind Düsen mit veränderlicher Auslaßöffnung, wie in Fig. 2 der DE-PS abgebildet, vorgesehen.
  • Bei dem gattungsgemäßen Verfahren ist es als nachteilig anzusehen, daß bei Änderung der Verbrennungsluftzufuhr der die Eindringtiefe des Sekundärgasstrahls in den Feuerraum charakterisierende Impuls und/oder das die Vermischung der aufsteigenden Rauchgase mit dem eingedüsten Sekundärgas bestimmende Impulsstromverhältnis des Impulses des aufsteigenden Rauchgases zum Impuls des Sekundärgasstrahls derart verändert wird, daß die Verbrennung bei sich ändernder Verbrennungsgasmenge gestört ist und die Einhaltung der Betriebserfordernisse für eine gute Verbrennung bei minimalem Schadstoffausstoß der Anlage nicht mehr gewährleistet ist.
  • Bedingt durch die Bauweise der Düse kommt es bei deren Betrieb in staubhaltiger Feuerraumatmosphäre zu Verschmutzungen des die Auslaßöffnung verändernden Verstellmechanismusses durch rezirkulierende Stäube, wodurch die Funktion beeinträchtigt ist.
  • Aus der DE-PS 39 04 272 ist ein Verfahren zur Zuführung von Verbrennungsluft im Feuerraum einer Müllverbrennungsanlage bekannt, bei dem Primärluft mengengeregelt in eine Vielzahl mengengeregelter Teilströme dem in eine Vielzahl von Sektoren aufgeteilten Rost zugeführt wird. Zur intensiven Vermischung der aufsteigenden Rauchgase und Anreicherung der Rauchgase mit Sauerstoff zur Nachverbrennung wird im Übergangsbereich des Feuerraums zum Strahlungszug Sekundärluft mittels auf das Rost gerichteter Düsen mengengeregelt zugeführt. Eine Thermografiekamera erfaßt die von den einzelnen Rostsektoren ausgehenden und den Verbrennungsfortgang beschreibende Strahlungswerte, die in einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit ausgewertet werden, worauf die Regelklappen der Primär- und Sekundärluftführung unabhängig voneinander hinsichtlich eines vorgegebenen Verbrennungsluftdurchsatzes verstellt werden.
  • Eine solche Verbrennungsluftführung sichert zwar die zur Verbrennung erforderliche O₂-Fracht, jedoch ist damit auch eine Änderung des Impulses der Sekundärluftströmung verbunden, wodurch die vom Impulsstromverhältnis des Impulses der in den Übergangsbereich des Feuerraums aufsteigenden Rauchgasströmung zum Impuls der Sekundärluftströmung im wesentlichen bestimmte Mischgüte beeinträchtigt ist, was zu erhöhtem Schadstoffausstoß führt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, bei dem auch bei sich ändernder Verbrennungsgasmenge eine gute Verbrennung mit geringem Schadstoffausstoß aus der Anlage erreicht wird.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Impuls des Sekundärgasstrahls bestimmt wird und bei sich ändernder Verbrennungsgasmenge die Geschwindigkeit des Sekundärgasstrahls auf einen vorgegebenen Impuls des Sekundärgasstrahls eingeregelt wird.
  • Hierdurch ist es möglich, die zur Verbrennung des Brenngutes und der mit dem Rauchgas aufsteigenden unverbrannten Bestandteile im Rauchgas erforderlichen O₂-haltige Sekundärgasmenge unabhängig von dem die Mischgüte der inhomogenen Rauchgase, die Einmischung des Sekundärgasstrahls in die Rauchgase und die Reichweite des Sekundärgasstrahls bestimmenden Impuls des Sekundärgasstrahls einzustellen. Durch Einstellung der Geschwindigkeit des Sekundärgasstrahls auf einen vorgegebenen Impuls ist es möglich, jeden Impuls einzustellen, ohne daß die Sekundärgasmenge geändert wird.
  • Die Impulsvorgabe ist zum einen durch die Geometrie des Gasraums, wie die des Feuerraums bestimmt, in den der Strahl mit einer darauf abgestimmten Intensität einströmt. Im weiteren ist die Impulsvorgabe durch die im Gasraum vorliegenden Strömungsverhältnisse bestimmt, die je nach Betriebsweise der Feuerung mehr oder weniger intensiv der Erzielung der vorbestimmten Reichweite des Strahls bzw. der damit verbundenen Homogenisierung der aufsteigenden Rauchgase und deren Anreicherung mit Sauerstoff bei guter Einmischung entgegen wirkt. Als Kenngrößen für den O₂-Bedarf der Verbrennung seitens der Sekundärgaszuführung, der Mischgüte und der Reichweite des Sekundärgasstrahls werden die durch eine übliche Rauchgasanalyse ermittelten Werte, wie O₂, CO, CO₂, SOx, NOx, Dioxine und/oder die durch thermografische Betrachtung des Verbrennungsfortschrittes des Brenngutes auf dem Rost ermittelten Werte herangezogen.
  • Da bei sich ändernder Verbrennungsgasmenge der Impuls des Sekundärgasstrahls im wesentlichen konstant gehalten wird, wird erreicht, daß auch bei Schwachlastbetrieb die Reichweite des Sekundärgasstrahls, die Mischgüte der Rauchgase und die Einmischung des Sekundärgasstrahls in das Rauchgas zu den Betriebserfordernissen führt.
  • Eine vorteilhafte Verfahrensführung besteht darin, daß der Impuls des Primärgasstroms bestimmt wird und bei sich ändernder Verbrennugsgasmenge die Geschwindigkeit des Sekundärgasstrahls auf ein vorgegebenes Impulsstromverhältnis des Impulses des Primärgasstroms zum Impuls des Sekundärgasstrahls eingeregelt wird.
  • Diese Verfahrensführung berücksichtigt auf einfache Weise insbesondere die Änderung der Primärgasmenge. Bei der Umsetzung der durch das Feuerrost aufgegebenen Primärgasmenge zu Rauchgas erfolgt eine Impulsstromänderung des vom Feuerungsrost aufsteigenden und aus dem Feuerraum austretenden Rauchgasstroms und damit auch eine Änderung des Eindring- bzw. Einmischverhaltens des Sekundärgasstrahls in den Rauchgasstrom. Die aufgegebene Primärgasmenge verhält sich im wesentlichen proportional zur Rauchgasmenge, so daß das Impulsstromverhältnis des Impulses des Primärgasstroms zum Impuls des Sekundärgasstrahls eine qualitative Aussage über die Mischgüte bzw. das Eindringen des Sekundärgasstrahls in den aufsteigenden Rauchgasstrom zuläßt. Die Eindring- bzw. Einmischfähigkeit des Sekundärgasstrahls verhält sich umgekehrt porportional zum Impulsstromverhältnis. Das einzuregelende Impulsstromverhältnis charakterisiert somit ein vorgegebenes Eindringen bzw. Einmischverhalten des Sekundärgasstrahls, das auch bei Änderung der Primärgasmenge und/oder der Sekundärgasmenge im wesentlichen dadurch erhalten bleibt, daß die Geschwindigkeit des Sekundärgasstrahls auf das vorgegebene Impulsstromverhältnis eingeregelt wird.
  • Es ist ebenfalls vorteilhaft, daß der Impuls des Primärgasstroms bestimmt wird und bei sich ändernder Verbrennungsgasmenge das Impulsstromverhältnis des Impulses des Primärgasstroms zum Impuls des Sekundärgasstrahls konstant gehalten wird, wordurch eine im wesentlichen konstant bleibende Mischgüte bzw. Eindringtiefe des Sekundärgasstrahls auch bei Lastwechseln erreicht wird.
  • Durch Drallbeaufschlagung des Sekundärgasstrahls ist eine weitere Verbesserung der Einmischung im düsenmündungsnahen Bereich zu erzielen. Insbesondere bei Müllverbrennungsanlagen mit Gleichstromfeuerungen läßt sich am Rostanfang ein relativ großer Bereich kältere Feuerraumatmosphäre erkennen, in der die Gefahr der Dioxinbildung gegeben ist. Durch das weiter verbesserte Einmischverhalten des drallbeaufschlagten Sekundärgasstrahls kann dieser Bereich intensiv vermischt und mit Sauerstoff angereichert werden.
  • Es ist ebenfalls von Vorteil, daß bei der Zuführung des Sekundärgases mittels einer Vielzahl paralleler Strahlen die Geschwindigkeit der Sekundärgasstrahlen in Gruppen geregelt wird.
  • Vorteilhaft ist es auch, daß dem Sekundärgasstrahl ein Additiv zugegeben wird. Dadurch ist eine präzise partielle Einbringung des Additivs in den Rauchgasstrom auch bei sich ändernder Betriebsbedingungen möglich. Durch die Drallbeaufschlagung des Sekundärgasstrahls und die dadurch erzeugte Rezirkulation kommt es bereits im düsennahen Bereich zu einer Vorvermischung mit dem Sekundärgas.
  • Neben der Eindüsung des Sekundärgases ist es auch vorgesehen, zur Glättung des Strömungsprofils im Strahlungszug entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens O₂-haltiges Tertiärgas einzudüsen.
  • Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung für die Zuführung eines O₂-haltigen Verbrennungsgases für die Verbrennung von stückigem Brenngut, insbesondere Müll, in einen Feuerraum mit zugeordnetem Feuerrungsrost einer Verbrennungsanlage, mit einer Primärgaszuführeinrichtung unterhalb des Feuerungsrostes, der Primärgaszuführeinrichtung zugeordneten Regeleinrichtungen und eine Gasfördereinrichtung zur mengengeregelten Zuführung von Primärgas und mit mindestens einer Gasdüse oberhalb des Feuerrungsrostes, mit der Gasdüse zugeordnete Regeleinrichtungen und Gasfördereinrichtung zur mengengeregelten Zuführung von Sekundärgas, bei der in der Gasdüse ein den Düsenquerschnitt zumindest teilweise versperrender Regelkörper mit einer aus der Düse herausführbaren Verstellvorrichtung zur geschwindigkeitsgeregelten Zuführung des Sekundärgases angeordnet ist und zur geschwindigkeitsgeregelten Sekundärgaszuführung zumindest ein den Düsenvordruck bestimmender Druckaufnehmer vorgesehen ist.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Druckaufnehmer zur Differenzdruckbestimmung zwischen Düsenvordruck und dem Druck oberhalb des Feuerrostes vorgesehen ist und zumindest der Druckaufnehmer und die Regeleinrichtungen mit einer Auswerte- und Steuereinheit verbunden sind.
  • Vorteilhaft ist es auch, daß mindestens ein mit der Auswerte- und Steuereinheit verbundener Sensor zur Charakterisierung der Verbrennung in der Verbrennungsanlage angeordnet ist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ist darin zu sehen, daß der Regelkörper eine sich im wesentlichen längs erstreckende und der Querschnittsform der Düse angepaßte achssymmetrische Form aufweist und unter Freihaltung eines durchströmbaren Düsenquerschnitts axial zur Düsenlängsache verschiebbar angeordnet ist.
  • Es ist ebenfalls von Vorteil, daß die Düse und der Regelkörper eine kreisförmige Querschnittsform aufweisen.
  • Es kann auch von Vorteil sein, daß die Düse und der Regelkörper eine rechteckige Querschnittsform aufweisen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß der Regelkörper über mit dem Regelkörper verbundene Distanzelemente an der Düsenwand führbar ist.
  • Dabei ist es vorteilhaft, daß die Distanzelemente als Drallkörper ausgebildet sind.
  • Wenn in vorteilhafter Weise die Düse im Bereich ihrer Mündung verengt ist und der Regelkörper in Durchströmrichtung zumindest auf einem der Mündung zugewandten Abschnitt verjüngt ist, ist eine stufenlose Regelung der Strahlaustrittsgeschwindigkeit möglich, die um so feiner abgestimmt werden kann, je spitzer der Winkel des verjüngten Abschnitts ist.
  • In vorteilhafter Weise ist die Verstelleinrichtung in Verlängerung ihrer Längsachse gegenüber der Düsenmündung aus der Düse herausführbar. Somit kann die Abdichtung der Düse gegenüber der Umgebung an der zur Herausführung vorgesehenen Stelle auf einfache Weise gegebenenfalls durch einen Wellendichtring erfolgen.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung ist auch darin zu sehen, daß die Verstelleinrichtung ein Rohr ist, dessen lichte Weite sich symmetrisch zur Längsachse des Regelkörpers fortsetzt derart, daß die Verstelleinrichtung und der Regelkörper durchströmbar sind. Somit kann mit der Düse zusätzlich ein Additiv zur Bindung von Schadstoffen im Rauchgas zugegeben werden.
  • Für den Fall, daß die Feuerraumwand aus feuerfestem Gestein aufgebaut ist, kann zumindest der Mündungsbereich der Düse beim Aufbauen der Feuerraumwand in die Feuerraumwand eingeformt werden, so daß die Düse Bestandteil der Feuerraumwand ist.
  • Soll bei in Gruppen angeordneten Düsen ein Zusammenschluß der Düsenstrahlen weitgehendst vermieden werden ist es vorteilhaft, daß die Drallkörper benachbarter Düsen gegensinnig ausgeführt sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und eine nach diesem Verfahren betriebene Vorrichtung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben werden.
  • Es zeigen:
    • FIG. 1
    eine Sekundärluftdüse mit integrierter Additivzuführung im Längsschnitt und Regeleinrichtungen,
    FIG. 2
    einen Verstellmechanismus für die Verschiebung der Verstelleinrichtungen mehrerer parallel geschalteter Düsen, und
    FIG. 3
    eine Müllverbrennungsanlage im Längsschnitt mit Primär- und Sekundärluftzuführung und Regeleinrichtungen.
  • Eine in FIG. 1 dargestellte Düse 1 ist in eine einen Feuerraum 2 abschließende Decke 3 eingelassen und dient der Zuführung von Sekundärluft 4 als O₂-haltiges Verbrennungsgas in einer Müllverbrennungsanlage.
  • Die Düse 1 besteht aus einem zweiteiligen Grundkörper 5a, 5b mit kreisförmigem Querschnitt, dessen in Durchströmrichtung gesehener vorderer Teil 5a in die aus feuerfestem Gestein aufgebaute Decke 3 eingeformt ist. Der hintere Teil 5b ist ein Rohr, das auf das vordere Teil 5a über eine Flanschverbindung 6 aufgeflanscht und an seinem anderen Ende abgewinkelt.
  • Ist die Feuerraumdecke 3 aus Flossenrohren und feuerfester Stampfmasse aufgebaut, ist vorgesehen, den Grundkörper 5a, 5b einteilig als Rohr aufzuführen.
  • Die Sekundärluft 4 wird über ein Gebläse 7a und einer daran anschließenden Luftförderleitung 8a mit Regeleinrichtungen 9a, 9b, 10a, 10b bestehend aus einer Drosselklappe 9a mit Stellmotor 9b und einem Durchflußmesser 10a mit Meßsignalwandler 10b der Düse 1 zugeführt.
  • Im Inneren der Düse 1 ist ein sich längs erstreckender achssymmetrischer der Querschnittsform der Düse 1 angepaßter Regelkörper 11 vorgesehen, der unter Freihaltung eines durchströmbaren Ringspaltes 12 auf der Düsenlängsachse verschiebbar angeordnet ist.
  • Der in Strömungsrichtung gesehen vordere Teil 13 des Regelkörpers 11 ist in Strömungsrichtung stetig verjüngt ausgeführt, wobei sich der Querschnitt des vorderen Teils 5a der Düse 1 im Mündungsbereich 14a bis zur Düsenmündung 14 stetig verengt, so daß bei Verschiebung des Regelkörpers 11 in die Düsenmündung 14b der Mündungsquerschnitt 14 der Düse 1 stetig verkleinert wird.
  • Der Regelkörper 11 ist über mit dem Regelkörper 11 verbundene Distanzelemente 15, die als Drallkörper in der Form von gebogenen Leitschaufeln ausgebildet sind, an der Innenwand 16 der Düse 1 geführt.
  • Die Verschiebung des Regelkörpers 11 erfolgt über eine in Verlängerung der Längsachse des Regelkörpers 11 am Regelkörper 11 angeordnete Verstelleinrichtung 17, die gegenüber der Düsenmündung 14a herausgeführt und mit einem Motor 18 angetrieben wird.
  • Die Verstelleinrichtung 17 ist als Rohr ausgeführt, dessen lichte Weite sich symmetrisch zur Längsachse des Regelkörpers 11 fortsetzt derart, daß das Rohr 17 und der Regelkörper 11 durchströmbar sind, so daß bei Bedarf ein unerwünschte Rauchgasbestandteile bindendes Additiv 19 in gasförmiger, staubförmiger oder flüssiger Form dem aus der Düsenmündung 14a ausströmenden Luftstrahl zugegeben werden kann.
  • Zur Abdichtung der Durchführung des Rohres durch die Düse 1 gegenüber der Umgebung und zur Lagerung des Rohres 17 ist ein allgemein bekanntes Gleitlager 20 mit abschließendem Wellendichtring 20 vorgesehen.
  • Neben der dargestellten kreisförmigen Querschnittsform der Düse 1 und deren Regelkörper 11 ist es auch vorgesehen, die Düse 1 und den Regelkörper 11 mit rechteckiger Querschnittsform auszuführen.
  • Mittels eines Differenzdruckaufnehmers 21 wird die Differenz zwischen Düsenvordruck PD und Feuerraumdruck PF gemessen. Das Meßsignal wird einer programmierbaren Auswerte- und Steuereinrichtung 22 zugeführt, in der unter Anwendung zuvor einprogrammierter die Düse 1 bei unterschiedlichen Stellungen des Regelkörpers 6 charakterisierenden Kennlinien der Massenstrom und die Strahlgeschwindigkeit im Mündungsquerschnitt 14b der Düse 1 bzw. der den Strahl im wesentichen charakterisierenden Strahlimpuls berechnet wird.
  • Bei Änderungen der wie bei Laständerung oder aufgrund von rauchgasanalytischen Messungen 23, die ebenfalls von der Auswerte und Steuereinheit 22 erfaßt, bewertet und zu Regel- bzw. Steuergrößen umgesetzt werden, wird der Regelkörper 11 von dem von der Auswerte- und Steuereinheit 22 gesteuerten Motor 18 in die Position verschoben, bei der die Geschwindigkeit und der Massenstrom des Strahls einen von der Auswerte- und Steuereinheit 22 vorgegebenen Impuls ergibt. Bei Bedarf wird die Drosselklappe 9a der Sekundärluftzuführung durch von der Auswerte- und Steuereinheit 22 ausgehende Steuersignale nachgeführt.
  • FIG. 2 zeigt einen Verstellmechanismus für mehrere parallel geschalteter Düsen 1. Die aus den Düsen 1 herausgeführten Verstelleinrichtungen 17 werden an ihrem hinteren Ende jeweils von einem auf einer Welle 24 angeordneten Nocken 25 erfaßt und durch axiales Verschieben der von dem Motor 18 angetriebenen Welle 24 in die Düsen 1 verschoben, so daß der Mündungsquerschnitt 14b bei allen Düsen 1 gleichermaßen abnimmt. Bei Verschiebung der Welle 24 in entgegengesetzter Richtung werden die Verstelleinrichtungen 17 durch auf ihnen angeordnete Rückholfedern 26 in die entgegengesetzte Richtung verschoben, so daß der Mündungsquerschnitt 14b bei allen Düsen 1 gleichermaßen zunimmt. Es ist aber auch vorgesehen, die Nocken 25 der Welle 24 mit unterschiedlicher Steigungen zu versehen, so daß die Strahlen einer Reihe unterschiedlicher Impulse aufweisen.
  • FIG. 3 zeigt eine Müllverbrennungsanlage 27, in der eine Vielzahl der zuvor beschriebenen Düse 1a, 1b, 1c, zur Zuführung von Sekundärluft 4 in die Decke 3 des Feuerraums 2 angeordnet sind.
  • Es ist aber auch vorgesehen, Düsen 1d in die Wand des Feuerraums 2 anzuordnen und/oder Düsen 1f als Tertiärluftdüsen für die Zuführung von Tertiärluft einem sich an dem Feuerraum 2 anschließenden Strahlungszug 28 zuzuordnen.
  • Die Müllverbrennungsanlage 27 weist eine Müllaufgabe 29 auf, durch die Müll 30 als Brenngut an einem Ende eines sich längs erstreckenden Feuererungsrostes 31 in der Bauform eines Wanderrostes zur Verbrennung aufgegeben wird. Am Ende des Feuerungsrostes 31 wird Verbrennungsrückstand 32 einer nicht dargestellten Entsorgung zugeführt.
  • Die Verbrennung erfolgt in erster Linie unter Zuführung von Primärluft 33 als O₂-haltiges Verbrennungsgases durch unterhalb des Feuerungsrostes 31 angeordnete das Feuerrungsrost 31 in Längs- und Querrichtung sektoriell unterteilende sogenannte Unterwindzonen, von denen die in Längsrichtung teilenden Unterwindzonen 34a, 34b, 34c, 34d dargestellt sind. Die Unterwindzonen 34a, 34b, 34c, 34d sind jeweils über eine Luftzuführleitung 8b mit nicht dargestellten Regeleinrichtungen und einer daran anschließenden gemeinsamen Luftzuführleitung 8c mit Regeleinrichtungen 9a, 9b, 10a, 10b mit einem weiteren Gebläse 7b zur Zuführung von Primärluft 33 verbunden. Die gesamte Verbrennungsluftmenge 4,33 ist durch die geforderte Dampfmenge vorgegeben. Der Anteil Sekundärluft 4 wird von der Auswerte- und Steuereinheit 22 ermittelt.
  • Vom Feuerungsrost 31 aufsteigendes Rauchgas 35 wird, wie die Strömungspfeile zeigen, beim Verlassen des Feuerraums 2 in einer den Feuerraum 31 mit dem Strahlungszug 28 verbindenden verengten Übergangszone 36, die schematisch strichpunktiert hervorgehoben ist, beschleunigt und nach Durchströmen der Anlage 27 zur Weiterbehandlung einer nicht dargestellten Rauchgasreinigung zugeführt.
  • Die Düsen 1a, 1b, 1c, 1d, 1f stehen jeweils stellvertretend für eine Düsenreihe. Jede Düsenreihe bildet eine Gruppe, deren Düsen, wie anhand FIG. 2 beschrieben, über eine Nockenwelle 24, 25 mit zugeordnetem Motor 18 verstellt werden.
  • Zur sektoriellen Erfassung des Verbrennungsfortschrittes auf dem Feuerungsrost 31 ist eine auf das Verbrennungsrost 31 gerichtete Infrarotkamera 23a vorgesehen. Zur Erfassung des Rauchgaszustandes am Ende der Müllverbrennungsanlage 27, wie die Rauchgastemperatur und der O₂-, CO-, CO₂-, NOx-, SOx- und Dioxingehalt, sind weitere Meßwertaufnehmer 23b und 23c vorgesehen. Die erfaßten Meßsignale werden ebenfalls der Auswerte- und Steuereinheit 22 zugeführt und bedingen neben der dem Verbrennungsfortschritt des auf dem Verbrennungsrost 31 verteilten Mülls 30 angepaßten sektoriellen Beaufschlagung mit Primärluft 33 auch eine impulsangepaßte Zuführung der Sekundärluft 4 durch entsprechende Ansteuerung der den Mündungsquerschnitt 14b variierenden Regelkörper 11, wobei die Geschwindigkeiten der Sekundärluftstrahlen unabhängig von der geforderten Sekundärluftmenge auf den von der Auswerte- und Steuereinheit 22 vorgegebenen Impuls des Sekundärluftstrahls eingeregelt werden.
  • Die Paarungen römischer Ziffern in FIG. 3 bezeichnen Verbindungen aus dem Meß- und Regelkreis und der Sekundärluftzuführung.
  • Kriterien für die geschwindigkeitsgeregelte Impulsanpassung des Strahls sind: Anpassung der Eindringtiefe des Strahls an den zu durchdringenden Gasraum, Erzielung einer guten Einmischung des zum Ausbrand brennbarer Rauchgasbestandteile vorgesehenen O₂-Fracht und Erzielung einer guten Vermischung des inhomogenen Rauchgases bei Verlassen des Feuerraums und Vergleichmäßigung des Strömungsprofils im Strahlungszug.

Claims (19)

  1. Verfahren zur Zuführung eines O₂-haltigen Verbrennungsgases zur Verbrennung von stückigem Brenngut, insbesondere Müll, in einen Feuerraum mit zugeordnetem Feuerungsrost einer Verbrennungsanlage, bei dem ein Teil des Verbrennungsgases als Primärgas durch das Feuerungsrost mengengeregelt zugeführt wird und der andere Teil des Verbrennungsgases zumindest als Sekundärgas in mindestens einem Strahl mengengeregelt zugeführt wird, wobei bei sich ändernder Verbrennungsgasmenge die Geschwindigkeit des Sekundärgasstrahls zusätzlich geregelt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Impuls des Sekundärgasstrahls bestimmt wird und bei sich ändernder Verbrennungsgasmenge die Geschwindigkeit des Sekundärgasstrahls auf einen vorgegebenen Impuls des Sekundärgasstrahls eingeregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei sich ändernder Verbrennungsluftmenge der Impuls des Sekundärgasstrahls im wesentlichen konstant gehalten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Impuls des Primärgasstroms bestimmt wird und bei sich ändernder Verbrennungsgasmenge die Geschwindigkeit des Sekundärgasstrahls auf ein vorgegebenes Impulsstromverhältnis des Impulses des Primärgasstroms zum Impuls des Sekundärgasstrahls eingeregelt wird.
  4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Impuls des Primärgasstroms bestimmt wird und bei sich ändernder Verbrennungsgasmenge das Impulsstromverhältnis des Impulses des Primärgasstroms zum Impuls des Sekundärgasstrahls im wesentlichen konstant gehalten wird.
  5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Sekundärgasstrahl drallbeaufschlagt wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei der Zuführung des Sekundärgases mittels einer Vielzahl paralleler Strahlen die Geschwindigkeit der Sekundärgasstrahlen in Gruppen geregelt wird.
  7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß dem Sekundärgasstrahl ein Additiv zugegeben wird.
  8. Vorrichtung für die Zuführung eines O₂-haltigen Verbrennungsgases für die Verbrennung von stückigem Brenngut, insbesondere Müll, in einen Feuerraum mit zugeordnetem Feuerrungsrost einer Verbrennungsanlage, mit einer Primärgaszuführeinrichtung unterhalb des Feuerungsrostes, der Primärgaszuführeinrichtung zugeordneten Regeleinrichtungen und eine Gasfördereinrichtung zur mengengeregelten Zuführung von Primärgas und mit mindestens einer Gasdüse oberhalb des Feuerrungsrostes, mit der Gasdüse zugeordnete Regeleinrichtungen und einer Gasfördereinrichtung zur mengengeregelten Zuführung von Sekundärgas, bei der in der Gasdüse ein den Düsenquerschnitt zumindest teilweise versperrender Regelkörper mit einer aus der Düse herausführbaren Verstellvorrichtung zur geschwindigkeitsgeregelten Zuführung des Sekundärgases angeordnet ist und zur geschwindigkeitsgeregelten Sekundärgaszuführung zumindest ein den Düsenvordruck bestimmender Druckaufnehmer vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Druckaufnehmer (21) zur Differenzdruckbestimmung zwischen Düsenvordruck (PD) und dem Druck (PF) oberhalb des Feuerrostes (31) vorgesehen ist und zumindest der Druckaufnehmer (21) und die Regeleinrichtungen (9a, 9b, 10a, 10b) mit einer Auswerte- und Steuereinheit (22) verbunden sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mindestens ein mit der Auswerte- und Steuereinheit (22) verbundener Sensor (23) zur Charakterisierung der Verbrennung in der Verbrennungsanlage (27) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Regelkörper (11) eine sich im wesentlichen längs erstreckende und der Querschnittsform der Düse (1) angepaßte achssymmetrische Form aufweist und unter Freihaltung eines durchströmbaren Düsenquerschnitts (12) axial zur Düsenlängsachse verschiebbar angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 - 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Düse (1) und der Regelkörper (11) eine kreisförmige Querschnittsform aufweisen.
  12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 oder
    10, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Düse (1) und der Regelkörper (11) eine rechteckige Querschnittsform aufweisen.
  13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 - 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Regelkörper (11) über mit dem Regelkörper (11) verbundene Distanzelemente (15) an der Düsenwand (16) führbar ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Distanzelemente (15) als Drallkörper ausgebildet sind.
  15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 - 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Düse (1) im Bereich ihrer Mündung (14a) verengt ist und der Regelkörper (11) in Durchströmrichtung zumindest auf einem der Mündung (14b) zugewandten Abschnitt (13) verjüngt ist.
  16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 - 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Verstelleinrichtung (17) in Verlängerung ihrer Längsachse gegenüber der Düsenmündung (14a) aus der Düse herausführbar ist.
  17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 - 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Verstelleinrichtung (17) ein Rohr ist, dessen lichte Weite sich symmetrisch zur Längsachse des Regelkörpers (11) fortsetzt derart, daß die Verschiebeeinrichtung (17) und der Regelkörper (11) durchströmbar sind.
  18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 - 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Düse (1) Bestandteil der Feuerraumwand (3) ist.
  19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 - 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei in Gruppen angeordneten Düsen (1) die Drallkörper (11) benachbarter Düsen (1) gegensinnig ausgeführt sind.
EP94100456A 1993-01-16 1994-01-13 Verfahren zur Zuführung eines O2-haltigen Verbrennungsgases in eine Verbrennungsanlage mit Rostfeuerung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired - Lifetime EP0611919B1 (de)

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