EP0693169B1

EP0693169B1 - Verfahren zum verbrennen von feststoffen auf einem schub-verbrennungsrost-system

Info

Publication number: EP0693169B1
Application number: EP95906873A
Authority: EP
Inventors: Andreas Kemter; Thomas Nikolaus; Jakob Stiefel
Original assignee: Seghers Engineering NV
Current assignee: Keppel Seghers Holdings Pte Ltd
Priority date: 1994-02-07
Filing date: 1995-02-06
Publication date: 1999-09-01
Anticipated expiration: 2015-02-06
Also published as: AU1530795A; BR9505838A; ATE184092T1; CA2159992A1; JPH08508818A; DE59506717D1; WO1995021353A1; NO953972D0; NO953972L; CN1124520A; EP0693169A1; US5680824A; DK0693169T3; ES2138720T3; GR3032009T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von Feststoffen auf einem Schub-Verbrennungsrost-System. Bei den Feststoffen kann es sich dabei um alle denkbaren brennbaren Feststoffe handeln, also zum Beispiel fossile Brennstoffe wie Braunkohle, Steinkohle und dergleichen Material. Insbesondere aber ist das Verfahren dazu geeignet, Kehricht oder Müll in Grossanlagen zu verbrennen, wobei die Verbrennung dank dieses Verfahrens in vielerlei Hinsicht optimiert wird. Zum Betrieb dieses Verfahrens ist ein neuartiger Typ eines Schub-Verbrennungsrost-Systems nötig. In der Veröffentlichung DE-U 93 09 198 wird eine Rostplatte zur Herstellung eines solchen Schub-Verbrennungsrost-Systems zum Verbrennen von Kehricht offenbart. Dieses Schub-Verbrennungsrost-System wird hier zunächst vorgestellt, um nachher das mit ihm betriebene Verfahren zu erläutern.

Im Unterschied zu den konventionellen Verbrennungsrosten, deren Roststufen aus einer Vielzahl nebeneinandergereihter Roststäbe aus Chromguss-Stahl aufgebaut sind, besteht eine solche Roststufe beim neuartigen Typ des Schub-Verbrennungsrostes aus einer hohlen Rostplatte aus zum Beispiel zwei zusammengeschweissten Stahlblechschalen. Die einzelnen Rostplatten sind durch ein oder mehrere Flüssigkeits-Kreisläufe von einem geeigneten Medium durchströmbar und damit temperierbar. Mit dieser Massnahme ist es möglich, den Rost durch Kühlung auf einer tiefen Temperatur zu halten, oder ihn bei Bedarf auch vorzuwärmen. Vorzugsweise wird als Medium zum Kühlen oder auch zum Wärmen Wasser verwendet. Ein weiterer Gegensatz zu den konventionellen Verbrennungsrosten besteht in den Schubbewegungs-Möglichkeiten des neuartigen Rost-Typs. Bei den herkömmlichen Schub-Verbrennungsrosten ist jede zweite Roststufe beweglich ausgeführt, während die anderen stationär eingebaut sind. Die beweglichen Roststufen sind jedoch fest miteinander gekoppelt und können daher nur eine parallele Bewegung ausführen, das heisst entweder bewegen sich alle beweglichen Stufen nicht oder alle bewegen sich gleichförmig vorwärts oder rückwärts. Die Hübe messen je nach Fabrikat zwischen ca. 150mm bis ca. 400mm. Mit der Bewegung dieser Roststufen ist bei den herkömmlichen Schubrosten deshalb ausnahmslos und zwingend immer auch eine Transportbewegung des Brenngutes auf dem Rost verbunden. Beim neuen Schubrost-Typ ist ebenfalls jede zweite Roststufe beweglich ausgeführt, jedoch im grossen Unterschied zur konventionellen Konstruktion ist jede solche bewegliche Roststufe unabhängig von allen anderen beweglichen Roststufen individuell bewegbar, und zwar in bezug auf die Hubrichtung, den Hubweg sowie die Hubgeschwindigkeit. Als dritter wesentlicher Unterschied zu konventionellen Rosten aus Chromstahl-Roststäben kann der neue Rosttyp aus hohlen Roststufen-Platten mit einer Vielzahl von Zufuhrdüsen für die Primärluftversorgung des Feuers versehen sein. Diese neue Rostkonstruktion eröffnet für die Steuerung und Regelung der Verbrennung neue Möglichkeiten.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbrennen von Feststoffen auf einem solchen Schub-Verbrennungsrost-System anzugeben, welches die Verbrennungsprozesse in vielerlei Hinsicht zu optimieren vermag. Insbesondere schliesst das Verfahren eine Anzahl von Steuerungs- und Regelungsmassnahmen ein, die dafür sorgen, dass das Feuerraum-Spektrum weiter an ein ideales Spektrum herangefahren und im Betrieb nahe daran gehalten werden kann, sodass ein weiter optimierter Ausbrand aller Verbrennungsrückstände erzielt wird, wodurch der Kesselwirkungsgrad steigt und die Kesselerosion reduziert werden kann, und wodurch darüberhinaus auch die Rauchgaswerte, insbesondere der CO- und der NO_x-Anteil, weiter reduziert werden können und somit die Massnahmen für die nachgeschaltete Rauchgasbehandlung weniger aufwendig gestaltet werden können.

Die Erfindung löst die Aufgabe mit einem Verfahren zum Verbrennen von Feststoffen auf einem Schub-Verbrennungsrost-System aus mehreren, je separat von einer Kühlflüssigkeit durchströmten und zur Hälfte individuell beweglicher Roststufen, das sich durch die Merkmale gemäss Patentansprüch 1 auszeichnet.

Anhand der nachfolgenden Beschreibung eines zur Ausübung dieses Verfahrens nötigen Schub-Verbrennungsrostes wird das erfindungsgemässe Verfahren beschrieben und seine Wirkung erläutert:

Es zeigt:

Figur 1 :: Eine einzelne Roststufe in Form einer wassergekühlten Rostplatte;
Figur 2 :: Eine einzelne Rostplatte eines Verbrennungsrostes mit Schikanen, teilweise aufgeschnitten;
Figur 3 :: Ein unterhalb des Verbrennungsrostes anzubauender Zuluft-Siphon mit Rostdurchtallbehälter und Vorrichtung zu dessen ferngesteuerter Entleerung;
Figur 4 :: Eine perspektivische Ansicht des Roststufen-Antriebes einer einzelnen Rostplatte;
Figur 5 :: Einen Querschnitt des Roststufen-Antriebes von der Seite her gesehen;
Figur 6 :: Das Energie-Profil einer idealen Kehricht-Verbrennung;
Figur 7 :: Ein Diagramm zur Beurteilung der Verbrennungsqualität, das heisst der Rauchgase G und der Anlageneffizienz E in Funktion des O₂-Anteils im Rauchgas G;
Figur 8 :: Ein Blockschema eines Steuerungs- und Regelsystems zum Betrieb des erfindungsgemässen Verfahrens.

In der Figur 1 ist eine einzelne Rostplatte 1 eines Verbrennungsrostes mit Kreislauf für die Kühlung oder allgemein für die Temperierung in perspektivischer Darstellung gezeigt. Diese Ausführung einer Rostplatte 1 besteht aus zwei Chromstahl-Blechschalen, nämlich aus einer Schale für die Rostplatten-Oberseite 2 und einer Schale für die Rostplatten-Unterseite 3. Die beiden Blechschalen 2,3 sind miteinander verschweisst. Hierzu sind ihre Ränder vorteilhaft so geformt, dass die beiden Schalen 2,3 mit ihren Rändern etwas ineinandergestülpt werden können. Die beiden Stirnseiten des so entstandenen Hohlprofils werden mit Abschlussblechen dicht verschweisst. In der Zeichnung ist das hintere Abschlussblech 4 eingesetzt, während die vordere Stirnseite 5 noch frei ist und Einblick in das Innere des Hohlprofils gewährt. Nach Zuschliessen beider Stirnseiten wird im Inneren der Rostplatte 1 ein nach aussen hin abgedichteter Hohlraum gebildet. An der Rostplatten-Unterseite 3 befinden sich zwei Anschluss-Stutzen 6,7 zum Anschliessen einer Zu- und Abfuhrleitung für ein die Rostplatte 1 zu durchströmendes Medium. Dieses Medium wird grundsätzlich zum Temperieren der Rostplatte 1 benützt und muss grundsätzlich ein fliessfähiges Medium sein, also ein Gas oder eine Flüssigkeit. Es ist also möglich, die Rostplatte 1 zum Beispiel mit einer Kühlflüssigkeit durchströmen zu lassen. Die Kühlflüssigkeit kann dabei zum Beispiel Wasser oder Öl oder eine andere zum Kühlen geeignete Flüssigkeit sein. Umgekehrt kann eine Flüssigkeit oder ein Gas aber auch zum Erwärmen der Rostplatte 1 eingesetzt werden. Je nach Wahl des Mediums kann dieses je nach Bedarf sowohl zum Kühlen wie auch zum Erwärmen, also ganz allgemein zum Temperieren der Rostplatte 1 eingesetzt werden. An der Rostplatten-Oberseite 2 und an der Rostplatten-Unterseite 3 befinden sich Öffnungen 8,9, wobei die Öffnungen 8 an der Oberseite 2 kleiner sind als die Öffnungen 9 an der Unterseite 3. Die auf der Rostplatten-Oberseite 2 und der Rostplatten-Unterseite 3 gegenüberliegenden Öffnungen 8,9 sind mit rohrförmigen Elementen 21, zum Beispiel konischen Rohren 21 mit einem runden, elliptischen oder schlitzförmigen Durchmesser, dicht miteinander verbunden, wobei jedes dieser Elemente 21 in die Rostplatten-Oberseite 2 und und die Rostplatten-Unterseite 3 dicht eingeschweisst ist. Die so entstehenden trichterförmigen Durchführungen durch die Rostplatte 1 ermöglichen durch Anströmen mit Luft von der Rostplatten-Unterseite 3 her eine gezielte Belüftung des auf dem Rost liegenden Brenngutes. Hierzu werden an die einzelnen Mündungen der durchgehenden Rohre auf der Unterseite 3 der Rostplatte 1 Zufuhrrohre oder -Schläuche für die anzublasende Primärluft angeschlossen. Die hier gezeigte Rostplatte 1 hat einen solchen Querschnitt, dass auf der Oberseite 2 der Platte 1 eine weitgehend ebene Fläche 2 gebildet wird, auf welcher das Brenngut zu liegen bestimmt ist. Die untere Seite 3 weist Abkantungen auf, sodass gewissermassen Füsse 10,11 gebildet werden. Längs des einen Fusses 10, welcher hier einen Känel 12 enthält, verläuft im Innern dieses Känels 12 ein Rundstab 13, auf welchem die Rostplatte 1 hier aufliegt. Der andere Fuss 11 ist unten plan und dazu bestimmt, auf der benachbarten Rostplatte, welche von gleicher Form ist, aufzuliegen.

In Figur 2 ist eine Rostplatte teilweise aufgeschnitten gezeigt. Diese Rostplatte ist mittels eines Trennschotts 50 in zwei Kammern 51,52 unterteilt. Es handelt sich bei dieser Rostplatte um eine, die im ersten Teil eines Verbrennungsrostes eingebaut wird, in welchem nicht mit Primärluftzufuhr eingearbeitet wird, weswegen die hier gezeigte Platte im Unterschied zu jener in Figur 1 keine rohrförmigen Elemente enthält und somit auch keine Öffnungen aufweist. Verbrennungsroste bestehen nämlich in der Regel aus drei bis fünf unterschiedlichen Zonen, welche je aus einer Anzahl mehrerer Rostplatten bestehen, wobei erst ab der zweiten Zone Primärluft zugeführt wird. Im Innern der beiden Kammern 51,52 sind Schikanen 53 eingebaut, welche unten dicht mit der Rostplatte verschweisst sind, auf der Oberseite hingegen einen Luftspalt von wenigen Zehntelsmillimetern zur Innenseite der Oberseite der Rostplatte offenlassen, damit durch diese Luftspalten ein Gasaustausch innerhalb des von den Schikanen 53 gebildeten Labyrinths stattfinden kann. Durch den Anschluss-Stutzen 6 wird ein Kühlmedium in die Rostplattenkammer 52 gepumpt, welches dann wie von den Pfeilen angezeigt durch das von den Schikanen 53 gebildete Labyrinth strömt und schliesslich durch den Stutzen 7 wieder aus der Kammer herausfliesst. Weil das Kühlmedium so während des Durchströmens eine grössere Fläche für die Wärmeaufnahme vorfindet, wird ein besserer Wärmeaustausch erzielt. Als Kühlmedium kann zum Beispiel Wasser verwendet werden. Im Innern der Kammer 51 sieht es genau gleich aus. Selbstverständlich kann eine solche Rostplatte mit innerem Labyrith jedoch auch von rohrförmigen Elementen durchsetzt sein, sodass Oeffnungen zum Einblasen von Primärluft vorhanden sind. An beiden seitlichen Rändern der Rostplatte sind Planken 54 angeordnet, längs welcher die beweglichen Rostplatten hin und her schieben. Im gezeigten Beispiel besteht jede Planke 54 aus zwei übereinanderliegenden Vierkantrohren 55,56, wobei die so gebildete Zwischenwand 57 an einem Ende verkürzt ist, sodass dort eine Verbindung zwischen dem Innern der beiden Vierkantrohre 55,56 gebildet wird. Von einem Anschluss 58 wird Kühlmedium durch die Planke 54 gepumpt, welches dann durch die beiden Vierkantrohre 55,56 strömt, wie das mit den Pfeilen angegeben ist, und schliesslich durch den Stutzen 59 wieder aus der Planke 54 herausströmt. Zwischen der Planke 54 und der Rostplatte kann ausserdem ein hier nicht gezeigtes Abschirmblech angeordnet sein, welches die Planke 54 auf der Seite der Verbrennungsplatte einfasst und als Verschleisselement wegen der zwischen Rostplatte und Planke auftretenden Reibung dient.

Während die Vorläufe für sämtliche zu temperierenden oder zu kühlenden Rostplatten in eine einzige, gemeinsame Leitung zusammengefasst werden können, werden die Rückläufe des Kühlwassers von jeder Rostplatte gesondert geführt, und wenn die Rostplatten noch je durch ein Trennschott in zwei oder mehr gesonderte Kühl-Kammern unterteilt sind, so ergeben sich pro Rostplatte gar zwei oder noch mehr Rückläufe. Für diese Rückläufe können gewöhnliche Sanitärrohre verwendet werden, weil die auszuhaltenden Temperaturen dies ohne weiteres zulassen.

Der Durchfluss wird für jeden Kühl-Hohlraum gesondert mittels eines Durchfluss-Messgerätes in den einzelnen Rückläuten gemessen und mittels eines Ventils für jeden einzelnen Rücklauf gesteuert. Damit kann das Kühlmedium fein verteilt werden. Wenn dieses Ventil ganz geschlossen ist, ist der Durchfluss unterbrochen, wenn es ganz offen ist, hat man maximalen Durchfluss für das zugeführte Medium. Zwischen diesen beiden Extrem-Einstellungen kann stufenlos variiert werden. Die Ventile in den einzelnen Rückläufen können mittels Servomotoren ferngesteuert werden. Derart lässt sich der Kühlmittel-Durchfluss für jede einzelne Kühlkammer individuell regeln. Der Kühlmittel-Zufluss kann mit einer gesonderten Dosiereinheit gesteuert werden. Optional kann das zugeführte Kühlmittel auch durch ein Heizsystem geleitet werden, um den Rost für das Anfahren der Anlage auf die gewünschte Betriebstemperatur vorzuwärmen.

Figur 3 zeigt einen Zufuhr-Siphon 30, wie er unterhalb des Verbrennungsrostes zu jeder Primärluft-Zufuhrleitung montiert werden kann. Weil durch die kleinen Öffnungen in den Rostplatten unvermeidbar noch etwas Rostdurchfall nach unten fallen kann, fällt dieser Rostdurchfall in Form von feinpulvriger Schlacke in die Zufuhrleitungen für die Primärluft. Es ist daher nötig, solche Zufuhr-Siphons 30 vorzusehen, in welchen der Rostdurchfall aufgefangen wird, und womit gleichzeitig die ungehinderte kontinuierliche Luftzufuhr gewährleistet wird. Ein solcher Siphon ist unten zum Beispiel ähnlich der Form eines Erlenmeyerkolbens ausgeführt, wobei der Boden des Siphons durch eine federbelastete Klappe 31 verschlossen ist. Die Klappe 31 ist um ein Scharnier 32 schwenkbar und eine Feder 33 belastet mit ihrem einen Schenkel 34 die Klappe 31 von unten und mit dem anderen Schenkel 35 die Seitenwand des Siphons. Ein fest mit der Klappe 31 verbundener Betätigungshebel 36 ragt vom Scharnier 32 weg und befindet sich im Wirkungsbereich eines Solenoids 37. Dieser Elektromagnet vermag, wenn seine Spule 38 unter elektrische Spannung gesetzt wird, den Betätigungshebel 36 an seinen Kern 39 anzuziehen, wodurch die Klappe 31 geöffnet wird, und der angesammelte Rostdurchfall 40 in eine darunterliegende Sammelmulde fällt. Im oberen Bereich des Siphons 30 führt die Primärluft-Zuleitung 41 in das Innere des Siphons 30. Diese Zuleitung führt abwärts geneigt in den Siphon, sodass unter keinen Umständen Rostdurchfall in diese Zuleitung fallen kann, denn diese muss nicht unbedingt ständig von einem kräftigen Luftstrom durchströmt sein. Der Hals 42 des Siphons ist über eine wärmebeständige flexible Leitung 43 mit der unteren Mündung eines einzelnes konischen Rohres verbunden, das durch eine Rostplatte 1 führt.

Ein für den ganzen Rost zentraler Lüftungskanal, der sich unter dem Rost in Längsrichtung erstreckt, dient als Zuluftkanal für die Primärluft. Seitlich von ihm zweigen Schläuche ab, die an die Unterseite der Rostplatten führen und dort an entsprechende Öffnungen angeschlossen sind, welche die Rostplatten gegen oben konisch zulaufend durchsetzen. Dies ermöglicht durch Anströmen mit Luft von der Rostplatten-Unterseite her eine gezielte Belüftung des auf dem Rost liegenden Brenngutes.

Die Primärluftzufuhr wird über einzelne Schläuche vom Zufuhrkanal über Siphons wie schon zu Figur 3 beschrieben zu einzelnen, den Rost durchsetzenden Lüftungsröhrchen geblasen. Diese Schläuche sind ebenfalls mit steuerbaren Ventilen versehen, zum Beispiel mit Magnetventilen. Diese Ausführung erlaubt eine ganz feine und individuelle Steuerung der Primärluft für eine grosse Anzahl einzelner kleiner Bereiche auf dem Rost. Damit wird ermöglicht, das Feuer ganz fein zu steuern und so ein praktisch geometrisches Feuer zu fahren.

In Figur 4 ist der Antrieb einer einzelnen beweglichen Rostplatte näher gezeigt. Die bewegliche Rostplatte 16 liegt seitlich auf je zwei kugelgelagerten Stahlrollen 23 auf, die an den seitlichen Planken der Rostkonstruktion befestigt sind. Auf der hier gezeigten beweglichen Rostplatte 16 liegt eine stationäre Rostplatte 14 mit ihrer Vorderkante auf, die hier strichliniert eingezeichnet ist. Diese stationäre Rostplatte 14 ist an ihrem hinteren Ende mittels Krallen 26 auf einem Stahlrohr 22 gehalten. Dieses Stahlrohr 22 ist zwischen die zwei Planken der Rostbahn eingeschweisst. Die bewegliche Rostplatte 16 weist nun auf ihrer Unterseite eine halbzylindrische Ausnehmung 68 auf, die sich etwa zur Hälfte in die Rostplatte 16 hinein erstreckt. Durch die Ausnehmung hindurch verläuft ein Bolzen 69, der in einer Büchse gehalten sein kann, welche die Rostplatte dort durchsetzt. Am Bolzen 69 ist die Kolbenstange 70 einer hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheit 71 befestigt, welche im Innern eines Spühlzylinder 72 befestigt ist, der seinerseits mit seiner Aussenseite in die Ausnehmung 68 passt und darin befestigt ist. Die Rückseite 73 des Spühlzylinders 72 ist über eine Stange 74 und eine Rohrschelle 75 fest mit dem Stahlrohr 22 verbunden, welches ja auch die über diesem ganzen Antrieb befindliche stationäre Rostplatte 14 hält. Der Spühlzylinder 72 wird über eine Luftzufuhrleitung 76 ständig mit Sperrluft versorgt. Dadurch strömt ständig Luft durch den Spühlzylinder 72 in Richtung gegen den Bolzen 69 hin, wodurch die im Spühlzylinder 72 enthaltene hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit 71 von einem Mantel von reiner Luft umströmt wird und dadurch erstens gekühlt wird und zweitens nicht vom vorne offenen Ende her verstauben kann. Die hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit 71 selbst wird beidseits des Kolbens 77 von je einer Vorlaufleitung 78,80 und einer zugehörigen Rücklaufleitung 79,81 mit Hydrauliköl versorgt und durchströmt. Die Steuerung der hydraulischen Zylinder-Kolben-Einheit 71 erfolgt dann mittels Sperren einzelner dieser Leitungen. Durch die in dieser Weise permanente Durchströmung des Zylinderraumes wird eine zusätzliche Kühlung erzielt. Dank der Flüssigkeitskühlung des Rostes steigt die Temperatur unterhalb des Rostes niemals auf die kritische Hydrauliköltemperatur von gegen 85°C an. Die vorgesehenen Zylinder-Kolbeneinheiten 71 werden mit bis zu 250 bar Hydrodruck betrieben, haben bloss einen Inhalt von etwa einem Liter Hydrauliköl und bringen so bis zu 5 Tonnen Schubkraft, was mehr als ausreichend ist. Dies mag die folgende Ueberschlagsrechnung aufzeigen: Bei einem konventionellen Rost werden zum Beispiel etwa 100 Tonnen Kehricht pro Rostbahn und Tag umgesetzt. Die Durchlaufzeit beträgt dabei ca. 20 Minuten. Das ergibt eine momentane Gewichtsbelastung von ca. 1,4 Tonnen auf die ganze Rostbahn. Besteht diese zum Beispiel aus 10 Rostplatten bzw. Roststufen, so ergibt sich pro Rostplatte noch eine sehr geringe Belastung von 140 kg. Selbst bei einer mehrfachen Belastung würde dies für den Antrieb keinerlei Probleme darstellen. Mit der hier beschriebenen Konstruktion lässt sich jede bewegliche Rostplatte bzw. -stufe vollständig individuell steuern. Nicht nur ob und in welcher Richtung sie sich bewegt, kann bestimmt werden, sondern auch noch in welcher Geschwindigkeit. Diese ist nämlich zwischen Null und einer maximalen Geschwindigkeit mittels der stufenlosen Absperrventile ebenfalls stufenlos regulierbar.

Die Figur 5 zeigt den Antrieb noch in einem Querschnitt von der Seite her gesehen, wobei dieselben Elemente wie schon in Figur 4 beschrieben dargestellt sind. Die hier bewegliche Rostplatte liegt ihrerseits wieder auf der nächsten stationären Rostplatte 15 auf, die ihrerseits an ihrem hinteren Ende mittels der Kralle 26 auf dem Stahlrohr 22 gehalten ist. Je nach Auslegung kann ein Rost aus solchen sich überlappenden Rostplatten entweder wie dargestellt horizontal, in Förderrichtung gegen oben dekliniert, oder auch gegen unten geneigt sein. Die ausgeführten Hublängen und Rostplatten-Neigungen können dabei so gewählt werden, dass die Hübe der Rostplatten wahlweise bloss Schürbewegungen sind. Diese machen dann etwa 1/4 bis 1/3 eines normalen Transporthubes aus. Ein Transporthub misst zum Beispiel etwa 250mm, und die Hubfreqenz kann zwischen 0,5Hz und 2Hz variieren. Durch reine Schürhübe wird erreicht, dass das Brenngut, welches infolge der Schwerkraft sich langsam auf der Rostplattenoberfläche gegen abwärts bewegt, stets wieder etwas zurückgeschoben und dabei umgelagert wird. Diese Umlagerung bzw. Schürung ist einer vollständigen Verbrennung sehr förderlich. Das Brenngut wird bei einer solchen blossen Schürbewegung von der Rostplatten-Front also nicht auf die nächstfolgende Platte geschoben. Nur bei der Ausführung grösserer Hübe wird das Brenngut wie dann ja auch gewünscht transportiert.

Damit sind die wesentlichen materiellen Voraussetzungen für die Ausübung des hier vorliegenden Verfahrens gegeben. Bevor das Verfahren im einzelnen vorgestellt und erläutert wird, soll hier zunächst die grundsätzliche Problematik der Verbrennung anhand von zwei Diagrammen aufgezeigt werden.

Figur 6 zeigt das Energie-Profil 89 einer idealen Kehricht-Verbrennung, wie sie nur auf einem wassergekühlten Rost angenähert werden kann. Die Energie-Kurve 89 ist hier eine glockenkurve und gibt das Produkt von Temperatur x Durchfluss des Kühlwassers an. Unterhalb des Rostes 98 sind die verschiedenen Rost-Zonen 90-94 angegeben, mit der Verteilung 88 der Primärluftzufuhr. Ganz am Anfang des Rostes, unmittelbar nach der Beschickung 97, befindet sich die Trocknungszone 90. Hier wird das Brenngut auf dem Rost 98 zunächst getrocknet, was nach Möglichkeit ohne jede Primärluftzufuhr erfolgen sollte. Bei einem konventionellen, nicht-wassergekühlten Rost kommt man allerdings nicht um die Luftzufuhr herum, denn diese wird benötigt, um den Rost zu kühlen. Unweigerlich wird durch diese eigentlich als Kühlluft eingesetzte Luft das Feuer angefacht und die Kühlluft wirkt unvermeidlich auch als Primärluft. Bei diesen konventionellen Rosten wird also gezwungenermassen schon am Rostanfang und somit viel zu früh Luft zugegeben. Auch im restlichen Rostbereich wird die Luft oft in falscher Menge und am falschen Ort zugeführt, weil gar nicht gezielt dosiert werden kann. Beim beschriebenen wassergekühlten Rostsystem hingegen sind die Funktionen Primärluftzufuhr und Rostkühlung grundsätzlich und total voneinander getrennt. Es ist deshalb möglich, den Rost 98 in der Trocknungszone ohne jede Luftzufuhr zu betreiben. Die Kühlung erfolgt allein durch das den Rost 98 durchströmende Wasser. In einer zweiten Zone 91 erfolgt die Zündung des Brenngutes. Hier wird erstmals Primärluft dosiert zugeführt. Es schliesst dann die Hauptbrennzone an, die in zwei Abschnitte 92 und 93 unterteilt ist. Anschliessend daran kommt die Ausbrandzone 93, die sich bis zum Ende des Rostes 98 erstreckt. Wie im Diagramm gezeigt, nimmt die Menge der zugeführten Primärluft über die erste Hälfte der Rostlänge praktisch stetig zu, kommt in der zweiten Hauptbrennzone 93 auf ein Maximum und nimmt dann stark ab. In der Ausbrandzone wird nur dann Luft zugeführt, wenn dies nötig ist, das heisst, wenn es dort überhaupt noch etwas zu verbrennen gibt. Oberhalb des Feuers wird von der Seite her Sekundärluft zugeführt, um den Rauchgas-Ausbrand sicherzustellen. Dann gelangen die Rauchgase in den Kessel 96 und die nachgeschalteten Einrichtungen für die Rauchgas-Behandlung.

Der Nachteil herkömmlicher Verbrennungen ist in verschiedenen Aspekten zu sehen:

1. Die Beschickung erfolgt nicht kontinuierlich. Das in Portionen auf den Rost fallende Brenngut bewirkt ein unregelmässig hohes Brennbett. Darüberhinaus wird bei jeder Beschickung viel Asche und Staub aufgewirbelt. Das stört das Feuer und beschlägt die Kesselwände.

2. Weil die Kühlung der nicht-wassergekühlten Roste von der zugeführten Primärluft übernommen wird, sind die Funktionen Kühlung und Primärluftzufuhr nicht getrennt. Die Dosierung der Primärluftzufuhr wird vom Kühlertordernis stark eingeschränkt und man arbeitet deshalb generell mit einem zu hohen Sauerstoff-Ueberschuss. Der Sauerstoff-Ueberschuss bewirkt einen unnötig hohen NO_x-Gehalt und weil zuviel Luft den Rost durchströmt, trägt diese zur Verwirbelung und zur Staubentwicklung oberhalb des Rostes bei, mit allen unliebsamen Folgeerscheinungen. Die Verbrennung ist nicht optimal und die Kesselwände werden beschlagen.

3. Weil die Funktionen der Schürung und des Transportes auf konventionellen Rosten nicht getrennt werden können, kann das Brennbett nicht ausgeglichen werden und entsprechend kann es nicht gelingen, ein geometrisches Feuer auch nur annähernd zu erreichen. Man hat unweigerlich immer von Brenngut unbedeckte Rostbereiche und andererseits solche, auf denen das Brennbett zu hoch ist.

4. Weil die Art und Anzahl der Steuerungs-Parameter bei konventionellen, nicht wassergekühlten Rosten sehr begrenzt ist, kann die Verbrennung nur in einem sehr bescheidenen Rahmen beeinflusst werden.

Die Figur 7 zeigt ein Diagramm zur Beurteilung der Verbrennungsqualität, das heisst der Rauchgase G und der Anlageneffizienz E in Funktion des O₂-Anteils im Rauchgas G. Der CO-Wert wird als übergeordnetes Mass für die Verbrennungsqualität betrachtet. Nun sieht man anhand dieses Diagrammes, dass der CO-Grenzwert (CO_max) über eine relativ grosse Bandbreite des O₂-Anteils im Rauchgas eingehalten wird. Mit abnehmendem O₂-Anteil nimmt auch der NO_x-Anteil ab und die Effizienz E der Verbrennungs-Anlage steigt bei gleichzeitig abnehmendem Gasvolumen-Strom V. Wenn der O₂-Anteil jedoch über ein gewisses Mass weiter reduziert wird, so steigt der CO-Wert plötzlich steil an. Es muss also das Ziel der Verbrennungssteuerung sein, den O₂-Wert so tief zu halten, dass der NO_x-Anteil minimal wird und gleichzeitig der CO-Grenzwert gerade noch eingehalten wird. Ein solcher idealer Arbeitspunkt ist im Diagramm eingezeichnet. Er gewährleistet nebst den zu erzielenden Rauchgaswerten auch eine hohe Anlageneffizienz. Wegen des im Vergleich zum heute üblichen Wert geringeren O₂-Anteils muss weniger Luft durch das Brenngut geblasen werden. Dadurch hat man auch weniger Staubauswurf. Die Staubteilchen sind zudem weniger schnell. Das reduziert die Erosion der Kesselwände. Schnelle und viele Staubteilchen behandeln nämlich die Kesselwände ähnlich wie eine Sandstrahlung. Das übergeordnete Ziel des vorliegenden Verfahrens ist die Realisierung einer möglichst stöchiometrischen Verbrennung. Auf dem Weg dazu soll der O₂-Anteil im Rauchgas auf einen Wert von ca. um die 4 Volumen-Prozente hinuntergedrückt werden, wogegen man heute durch die Anlagen bedingt notgedrungen mit ca. 10 Volumen-Prozenten fahren muss.

Das Verfahren zum Erreichen dieser Ziele wird nachfolgend beschrieben und erläutert: Kennzeichnend für das Verfahren ist es, dass die aktuellen Feuerdaten über die rückgeführte Kühlenergie erfasst werden und dann diese Daten zur Steuerung und Regelung des Feuers verwendet werden. Je nach Datenlage wird sodann bedarfsweise zeitlich getrennt oder nicht getrennt geschürt und/oder transportiert und/oder der Rost wird mit neuem Brenngut beschickt, genau gemäss den Vorgaben der Steuerung und Regelung. Das Schüren kann ganz lokal auf eine einzelne oder mehrere Rostplatten beschränkt werden und die Schürhube sowie die Hubgeschwindigkeiten sind variabel, somit selbstverständlich auch die Hubfrequenzen. Weiter erlaubt diese Rostkonstruktion im Zusammenwirken mit der Steuerung und Regelung, die Primärluft bedarfsweise und zielgerichtet nach diskreten Orten auf jeder Roststufe in dosierter Menge und zeitabhängig zuzuführen. Durch diese gezielte Primärluftzufuhr wird das Brenngut optimal mit Primärluft versorgt, sodass dessen Heizwert bestmöglich ausgenützt wird und seine Verbrennung so vollständig wie möglich erfolgt. Hierzu kann das Temperaturspektrum im Feuerraum oberhalb des Verbrennungsrostes zusätzlich mittels einer Vielzahl von Temperatur-Mess-Sonden ermittelt werden. Diese Messsonden können zum Beispiel in der Oberfläche der Rostplatten eingebaut sein. Andrerseits aber kann das Temperaturspektrum auch mittels eines Pyrometers ermittelt werden. Durch die gezielte Dosierung der Primärluftzufuhr für jede einzelne Zufuhrleitung gelingt es, das aktuelle Temperaturspektrum im Feuerraum annähernd an das optimale Spektrum heranzufahren. Zur individuellen Steuerung der Primärluftzufuhr für jede Zuleitung können zum Beispiel Magnetventile in den Zuleitungen eingesetzt werden, welche von einem zentralen Mikroprozessor gesteuert werden, in welchem das optimale gewählte Feuerraum-Temperaturspektrum abspeicherbar ist. Als Regulierparameter wird wie erwähnt die abgeführte Kühlenergie anhand von Durchfluss und Temperatur in den Rückläufen verwendet. Durch das ständige Messen des realen Spektrums und Vergleichen mit dem idealen Spektrum kann ein Regelkreis gebildet werden, wonach die einzelnen Magnetventile individuell ganz fein dosiert etwas mehr oder weniger geöffnet werden und Primärluft durch die einzelnen Zufuhrleitungen strömen lassen. Die Primärluftversorgung erfolgt über einen oder mehrere leistungsfähige Kompressoren oder Ventilatoren. Derart kann ein feines und sehr komplexes Regelwerk aufgebaut werden, welches mittels einer elektronischen Auswertung die Verbrennnung durch individuelle Steuerung aller Kühlmedium-Durchläufe, aller Antriebselemente zum Bewegen und Beschicken des Rostes, sowie aller einzelnen Primärluftzufuhren optimal sicherstellt. Dadurch lässt sich der Energieinhalt des Brenngutes noch besser nutzen, der Schlackendurchfall wird weiter minimiert und vorallem sind die Grundlagen für ein weiteres Minimieren der unerwünschten Rauchgas-Komponenten geschaffen.

Das zum Temperieren eingesetzte Medium kann in einem Wärmeaustausch mit der zuzuführenden Primärluft stehen. Hierzu kann ein handelsüblicher Wärmetauscher eingesetzt werden, der nach dem Gegenstromprinzip arbeitet. Mittels eines solchen Wärmeaustauschers ist es etwa möglich, die Primärluft vorzuwärmen, was einer optimalen Verbrennung bei gewissen Brenngütern förderlich ist. Gerade bei organischen Müllbestandteilen, zum Beispiel bei angefaultem oder faulem Gemüse oder Früchten, ist eine Vorwärmung der Primärluft sehr erwünscht, da sie die Verbrennung verbessert. Andrerseits ist es auch möglich, den Verbrennungsrost zum Anfahren eines Verbrennungsprozesses zu wärmen, um den Rost so rasch wie möglich auf die optimale Betriebstemperatur zu fahren. Hierzu kann das Temperiermedium die Wärme von der Abluft der bereits erfolgenden Verbrennung aufnehmen, und sodann in die Rostplatten des Verbrennungsrostes einbringen.

In bezug auf die Primärluftzufuhr ist von besonderer Bedeutung, dass die Kühlung des Schub-Verbrennungsrostes ausschliesslich von einer Kühlflüssigkeit übernommen wird und die zugeführte Primärluft bis auf einen unvermeidlichen Anteil ihrer Kühlwirkung ausschliesslich effektive Verbrennungsluft ist. Wegen dieser funktionalen Trennung können der Primärluft in einer Variante gezielt verbrennungsfördernde Stoffe zudosiert werden oder dieselbe kann ausschliesslich aus solchen Stoffen bestehen. Diese Verbrennungsluft könnte theoretisch auf reinen Sauerstoff beschränkt werden, welcher durch die Primärluft-Zufuhrleitungen 41 ganz gezielt dem Brenngut auf dem Rost zugeführt wird. Es ist sofort klar, dass dadurch der Luftdurchsatz des Rostes auf einen Fünftel der bisherigen Luftmenge reduziert werden könnte. Das heisst, es strömen nicht mehr grosse Luftmengen mit hoher Geschwindigkeit örtlich unkontrolliert durch den Rost und das Brenngut, sondern es wird Örtlich in gezielter Menge Sauerstoff ganz sachte, das heisst mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit, dem Brenngut zugeführt. Dadurch wird kein unnötiges Rauchgasvolumen erzeugt, die Rauchgasgeschwindigkeit wird erheblich reduziert und somit auch der Anfall von Flugasche. Der kleine Anteil Flugasche wird zudem nicht mehr hoch in den Kessel hinaufgewirbelt. All dies gestattet es, den Kessel und sämtliche nachgeschalteten Anlagenkomponenten viel kleiner und somit kostengünstiger zu dimensionieren. Eine Stickstoff-Waschung im Zuge der Rauchgasbehandlung könnte bei der Zufuhr von reinem Sauerstoff ganz entfallen. In der Praxis wird man aber wohl mit weniger dramatischen Reduktionen arbeiten. Grundsätzlich kann der Primärluft, die ausschliesslich als Verbrennungsluft wirken soll, zum Beispiel Sauerstoff in geeigneter Menge zudosiert werden. Je höher der Sauerstoffgehalt der Primärluft, umso geringer der nötige Luftdurchsatz zur Erzielung des gewünschten Ausbrandes. Hat man in einer herkömmlichen Anlage zum Beispiel 50'000 m³ Luftdurchsatz pro Stunde, so stehen von den darin enthaltenen ca. 10'000 m³ Sauerstoff ca. 5'000 m³ Sauerstoff für die Verbrennung zur Verfügung und ca. 5'000 m³ als Verbrennungsreserve. Möchte man diesen Luftdurchsatz bei gleichguter Verbrennung auf die Hälfte reduzieren, so ergibt sich folgende überschlagsmässige Rechnung: In 25'000 m³ Umgebungsluft hat man noch 5'000 m³ Sauerstoff, wovon wiederum ca. 2'500 m³ für die Verbrennung und ca. 2'500 m³ als Verbrennungsreserve zur Verfügung stehen. Durch Zudosieren von weiteren ca. 5'000 m³ Sauerstoff-Gas lassen sich die geforderten Werte für den gewünschten Ausbrand und die nötige Verbrennungsreserve erreichen. Die 5'000 m³ Sauerstoff pro Stunde entsprechen ca. 6'000 Liter flüssigem Sauerstoff. Das wären somit 6'840 kg Flüssigsauerstoff. Nun gilt es, das Kosten/Nutzen-Verhältnis einer Sauerstoff-Zudosierung zu errechnen. Das Optimum mag je nach den Anlagen-spezifischen Kriterien irgendwo zwischen Null und 100% Zudosierung liegen. Auf jeden Fall aber kann mit einer entsprechenden, auf einer solchen Kennlinie optimierten Zudosierung enorm viel erreicht werden: Man hat viel weniger Rauchgasvolumen, man erzielt eine deutlich reduzierte Rauchgasgeschwindigkeit, viel weniger Flugasche und als Folge davon kann die ganze Kesselauslegung und insbesondere die Stickstoffwaschung und Rauchgasreinigung viel kleiner dimensioniert sein. Die Reduktion dieser Dimensionen schlägt sich in verringerten Amortisations- und somit verringerten Betriebskosten nieder. Ein Anteil dieser Kostenreduktion wird freilich durch die Kosten der Zudosierung von diesen verbrennungsfördernden Stoffen weggezehrt, aber unter dem Strich lässt sich eine erhebliche Einsparung erzielen.

Mit den beweglichen Rostplatten mit stufenlos variabler Geschwindigkeit lässt sich ein gleichmässig hohes Brennbett erzielen und erhalten. Die Steuerung der Rostplattenbewegungen lässt sich ebenfalls mit der Temperatur regeln. Sobald die Temperatur einer Rostplatte oder eines Bereichs einer Rostplatte ansteigt, zeigt dies an, dass die Brennbetthöhe dort zu niedrig ist oder gar kein Material auf dieser Rostplattenstelle liegt. Durch entsprechendes automatisch eingeleitetes Schüren kann das Brennbett sofort ausgeglichen werden. Diese hier erwähnten Steuerungsmassnahmen werden vorteilhaft von einem Mikroprozessor geregelt, wobei als Regelgrössen unter anderem die Temperaturen der einzelnen Kühlmedium-Rückläufe verrechnet werden. Diese zeigen nämlich rasch eine Veränderung im Feuer auf dem betreffenden Rostbereich an.

In Figur 8 ist das grundsätzliche Block-Schema einer Steuerung und Regelung für das erfindungsgemässe Verfahren gezeigt. Diese Steuerung und Regelung besteht aus folgenden Teilsystemen, welche je in einer Spalte aufgeführt sind: Ganz links ist das Fühlersystem angeben, das heisst, sämtliche erfassbaren Daten sind anhand der zugehörigen Fühler aufgelistet. Die Spalte rechts daneben führt die Sollwert-Geber auf. Dann kommt die eigentliche Regelung und Steuerung für die einzelnen physischen Komponenten der ganzen Verbrennungsanlage. Die nächste Spalte gegen rechts benennt die Einrichtungen zur Realisierung von übergeordneten Verknüpfungen und die Spalte ganz rechts schiesslich umfasst eine Liste der einzelnen Stellglieder.

Jeweils von oben nach unten werden die einzelnen Systemkomponenten beschrieben: Bei den Fühlern beginnt das mit jenen für das Erfassen der Dampfmenge QD, dann kommen jene für das Messen der Temperaturen T₁...T_n des Kühlwassers an den einzelnen Messpunkten i. Weiter wird die Durchflussmenge Q₁...Q_m in jedem Rücklauf i gemessen. Mittels zum Beispiel eines Pyrometers wird die Temperatur TF im Feuerraum gemessen. Optional kann die Brennbetthöhe H₁...H_k an verschiedenen Stellen i gemessen werden. Hierzu kann zum Beispiel eine Ultraschall-Messung von oben auf die Rostoberfläche dienen. Mit O₂ ist die Sauerstoffgehalt im Rauchgas gemeint, welcher mit speziellen Messonden gemessen wird, oder anstelle von O₂ wird der. dazu inverse Wert von Kohlendioxid CO₂ im Rauchgas gemessen. Schliesslich misst man auch noch den Kohlenmonoxidgehalt CO im Rauchgas, welcher vom Gesetzgeber für eine zu betreibende Verbrennungsanlage als Maximalwert vorgeschrieben ist. Alle so gemessenen Werte werden mit Sollwerten verglichen, die in der zweiten Spalte aufgeführt sind. Es ist dies einmal die Soll-Dampfmenge, welche sich aus der Auslegung der Anlage an sich rechnerisch ergibt, sich in der Praxis jedoch anhand der Erfahrung als Maximum für jedes Brenngut als theoretisch optimale Vorgabe SDR (= Sollwertgeber Dampfmenge) ergibt. Dann sind es die optimalen Werte für die Kühlwassertemperaturen T₁...T_n der einzelnen Rückläufe i, jene für die optimalen Durchflussmengen Q₁...Q_m der einzelnen Rückläufe i, sowie die optimalen Brennbetthöhen H₁...H_k der einzelnen Rostplatten i. Diese Werte ergeben bestimmte Sollwerte für ein Profil SPR (= Sollwertgeber Profil). In der dritten Spalte sind die einzelnen Regelungs- und Steuerungs-Einheiten angegeben, welche die Messdaten mit den Sollwerten verbinden und dann für die übergeordneten Verknüpfungen zur Verrechnung weitergeben. In dieser dritten Spalte beginnt das oben mit dem Dampf regler DR. Dieser vergleicht die erfasste, effektive Dampfmenge mit der Soll-Dampfmenge. Die Temperaturen T_i, Durchflussmengen Q_i und gegebenenfalls die Feuerraumtemperatur TF und die Brennbetthöhen H_i gehen in den Profilregler PR ein. Die Messwerte für O₂ bzw. CO₂ dienen als Parameter für die Schürsteuerung SS, die Fördersteuerung FS sowie den Beschickungsregler BR. Die Feuerraumtemperatur TF und der gemessene O₂- oder CO₂-Wert im Rauchgas sowie der CO-Wert im Rauchgas gehen in den Minimierungsrechner SBR für das Verhältnis zwischen O₂ und CO₂ ein. Der errechnete Wert beeinflusst dann auch den Beschickungsregler. Die Ausgangssignale dieser verschiedenen, eben vorgestellten Regler werden in den Steuer-Einrichtungen, die in der vierten Spalte aufgeführt sind, mineinander verknüpft und weiterverarbeitet. Das Blockschema sieht folgende übergeordnete Verknüpfungsmöglichkeiten vor, die in dieser vierten Spalte aufgeführt sind. Von oben begonnen ist das einmal der Luftverteiler LV, welcher vom Ausgangssignal des Dampfreglers DR und des Profilreglers PR gefüttert wird. Dann folgt der Kühlwasserenergie-Verteiler WV, welcher seine Daten vom Profilregler PR erhält. Es folgt weiter ein Koordinierungsrechner BFSK für die Koordinierung der Beschickungs-, Förderungs- und Schürungsbewegungen. Die einzelnen rechnerisch anhand von Programmen vorgenommenen Verknüpfungen steuern dann die Stellglieder. So wirkt der Luftverteiler bestimmend für das Luftsystem und/oder bei Bedarf auch für das Luftheizungssystem, für den Fall nämlich, dass die Primärluft vorgeheizt werden soll, oder wenn zum Austrocknen des Brenngutes vorgewärmte Luft zugeführt werden soll.

Das Kühlwassermanagement erfolgt durch den Kühlwasserverteiler WV, indem die Wegeventile WWS für die verschiedenen Rückläufe des Kühlwassersystem gestellt werden, das frisch eingespeiste Kühlwasser mittels der Dosiereinheit WDS dosiert zugeführt wird, und schliesslich das Heizsystem für das Kühlwasser WHS gestellt wird, je nach dem, ob und wie stark das Kühlwasser temperiert wird.

Der Koordinierungsrechner BFSK stellt die Antriebselemente für die Rostbewegungen und für die Beschickung des Rostes. Diese umfassen die Förderantriebe für die Bestimmung des Hubes FRH der einzelnen Zylinder-Kolben-Einheiten der beweglichen Rostplatten und die Förderantriebe für die Bestimmung der Hubgeschwindigkeiten FRG der einzelnen Zylinder-Kolben-Einheiten der beweglichen Rostplatten. In gleicher Weise wird auch die Beschickung über die Förderantriebe für den Hub FBH und die Hubgeschwindigkeit FBG der Beschickeinrichtung eingestellt. Die Beschickung kann kontinuerlich erfolgen, indem die Feststoffe im Zufuhrschacht zunächst von zwei auf unterschiedlicher Höhe einfahrbaren, hydraulischen Sperrgittern portioniert und zurückgehalten werden, sodass auf der Beschickeinrichtung jeweils nur gerade eine solche Portion Feststoffe liegt. Das zu passierende Schleusenfenster zum Verbrennungsraum hin wird dann von dieser Feststoff-Portion stets dicht verschlossen und durch dieses Fenster hindurch wird eine kontinuierliche Förderung auf den Verbrennungsrost möglich. Diese kontinuierliche Föderung ist möglich, indem die Trägerfläche der Beschickeinrichtung aus mehreren Längsstegen gebildet wird, die durch wechselweise, langsame Hübe, welche von der Seite her gesehen ein Rhomboid beschreiben, die darauf liegenden Feststoffe gleichförmig durch das Fenster auf den Verbrennungsrost fördern.

Mit diesen verschiedenen Teilsystemen werden folgende unterschiedlichen Steuerungs- und Regelungsaufgaben erfüllt:

1. Die Dampfregelung, mittels der Luftverteilung

2. Die O₂- oder die dazu inverse CO₂-Regelung, und zwar als

2.1. Beschickungssteuerung und/oder

2.2. Fördersteuerung und/oder

2.3. Schürsteuerung

3. Die Gasausbrandregelung mittels der CO/O₂-Minimierung

4. Die Steuerung der Verbrennungsposition, und zwar als

4.1. Steuerung der Primärluft-Verteilung und/oder

4.2. Steuerung der Kühlwasser-Energie-Umverteilung

5. Die Müllbett-Profilsteuerung

Nachfolgend werden die einzelnen Regelsysteme nacheinander erläutert:

1. Die Dampfregelung, mittels der Luftverteilung

Die Dampfregelung wird über den Fühler QD für die Dampfmenge, den Sollwertgeber SDR, den Dampfregler DR sowie über einen Lufverteiler LV über das Luftsystem LS realisiert. Für den Regler ist die Regelstrecke der gesamte Rost, die Regelgrösse ist die Dampfleistung oder eine mit der Dampfleistung verbundene Grösse. Die Führungsgrösse ist ebenfalls die Dampfleistung oder eine mit ihr verbundene Grösse. Als Stellgrösse wirkt die Primärluftmenge bei konstanter Verteilung und als Stellglieder die einzelnen Stellglieder des Primärluftsystems, welche die Zufuhr der Primärluft für jede einzelne Primärluftzone unter den Rostplatten bestimmen. Ganz allgemein gilt: Je kleiner die gemessene Dampf leistung im Vergleich zum Sollwert, umso mehr Primärluft muss zugeführt werden.

2. Die O₂- oder die dazu inverse CO₂-Regelung

Ein weiteres wesentliches Regelsystem beinhaltet die O₂/CO₂-Regelung. Diese beiden Werte sind zueinander invers. In vielen Fällen wird der O₂-Anteil im Rauchgas gemessen. Die O₂/CO₂-Regelung wird über einen Fühler für den O₂- und/oder CO₂-Wert, einen Sollwertgeber SBR, einen Beschickungsregler BR und eine Fördersteuerung FS, eine Schürsteuerung SS und über einen Koordinator BFSK für die Rostförderantriebe FRH und FRG sowie für die Beschickungsantriebe FBH und FBG realisiert.

2.1. Beschickungssteuerung

Die Regelstrecke für den Beschickungsregler BR ist die Beschickungseinrichtung und/oder die Portioniereinrichtung. Die Regel- und Führungsgrösse ist der O₂- und/oder CO₂-Gehalt und die Stellgrösse dazu ist die Schublänge und Schubgeschwindigkeit der einzelnen beweglichen Beschickungselemente zur kontinuierlichen Beschickung des Rostes. Die Stellglieder beinhalten dabei die Antriebssyteme für diese Hübe.

2.2. Fördersteuerung

Bei der Fördersteuerung beinhaltet die Steuerstrecke sämtliche bewegliche Rostplatten. Als Regel- und Führungsgrösse dient der O₂- und/oder CO₂-Gehalt und die Stellgrössen sind die Schublängen und die Schubgeschwindigkeiten der einzelnen beweglichen Rostplatten.

2.3. Schürsteuerung

Bei der Schürsteuerung SS beinhaltet die Steuerstrecke wiederum sämtliche beweglichen Rostplatten. Als Steuer- und Führungsgrösse dient der O₂- und/oder CO₂-Gehalt und die Stellgrössen dazu sind wieder die hierzu reduzierten Schublängen und die Schubgeschwindigkeiten der einzelnen beweglichen Rostplatten. Wenn also zum Beispiel der CO₂-Gehalt zu sinken beginnt, oder der dazu inverse O₂-Gehalt im Rauchgas zu steigen beginnt, setzt eine Schürung ein. Wenn diese Schürung nicht Abhilfe schafft, weiss das System, dass an jener Stelle kein Brenngut auf dem Rost liegt. Es muss daher Brenngut antransportiert werden.

Der Koordinator BFSK hat die Aufgabe, die durch die Schürsteuerung SS, Fördersteuerung FS und/oder die Beschickungsregelung BR zu bewirkenden Bewegungen separat und/oder überlagert, gleichzeitig oder nacheinander zu den Stellorganen der Stellglieder zu schalten.

3. Die Gasausbrandregelung mittels dem CO/O₂-Minimierung

Eine sehr wichtige Grösse für jede Kehrichtverbrennungsanlage ist der Gasausbrand. Dieser kann mittels des erfindungsgemässen Verfahrens sehr fein geregelt werden, und zwar über die Kette der Beschickungsregelung durch den CO/O₂-Minmierungsrechner SBR als Sollwertgeber für den Beschickungsregler BR. Die meisten Kehrichtverbrennungsanlagen werden mit einem Volumenanteil von ca. 10% Sauerstoff im Rauchgas gefahren. Dieser Luftüberschuss ist notwendig, um bei konventionellen Systemen den Rauchgasausbrand zu gewährleisten. Man nimmt dabei in Kauf, dass der NO_x-Wert bei dieser Betriebsart hoch ist. Das Verhältnis von CO zu NO_x ist gegenläufig und nur in einem schmalen O₂-Band optimal. Der CO/O₂-Minimierungsrechner tastet sich automatisch an den niedrigstmöglichen O₂-Gehalt heran, bei dem noch ein nahezu vollständiger Gasausbrand gewährleistet ist. Es wäre auch bisher schon möglich gewesen, den NO_x-Wert hinunterzudrücken, bloss konnte mit den bisherigen Regel- und Luftverteilungsmöglichkeiten nicht gleichzeitig sichergestellt werden, dass der CO-Wert bei einem niederigen O₂-Gehalt noch eingehalten wurde. Das vorliegende erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es nun aber, den O₂-Anteil im Rauchgas hinunterzufahren und die Verbrennung dank des feinen Regelwerkes an einen optimalen Arbeitspunkt anzunähern. Dieser Arbeitspunkt ist gekennzeichnet durch einen tieferen O₂-Wert bei gleichzeitiger deutlicher Reduktion des NO_x-Anteils, und das alles bei sicherer Einhaltung des zulässigen CO-Wertes, ja sogar bei deutlicher Reduzierung dieses CO-Wertes. Um diesen Arbeitspunkt zu erreichen, verringert der Sollwertgeber den O₂-Sollwert für den Beschickungsregler so lange, bis der CO-Istwert des Rohgases bei minimalem O₂-Gehalt unter dem gesetzlich zulässigen CO-Sollwert liegt. Die gleichzeitig über den Temperatur-Fühler TF verfolgte Feuerraumtemperatur begrenzt bei einem maximalen Wert eine weitere Reduzierung des O₂-Gehaltes. Für die Gasausbrandregelung ist dabei die Regelstrecke die Beschickungs- und Portioniereinrichtung, und die Regelgrösse ist der O₂- und/oder der CO₂-Gehalt. Als Führungsgrösse dient das Verhältnis zwischen CO und O₂. Als Stellgrösse dient die Schubgeschwindigkeit und/oder die Hublänge der Stellglieder, nämlich der Beschickungseinrichtung und/oder der beweglichen Rostplatten.

4. Die Steuerung der Verbrennungsposition

Die Verbrennungspositionierung ist eine weitere Variable im Vergleich zu dem mit herkömmlichen Anlagen betriebenen Verfahren. Diese Verbrennungspositionierung wird über die Temperaturfühler T₁...T_n der Kühlwassertemperaturen des Rostes, über die Durchflussmengengeber Q₁...Q_m der Kühlwasserdurchflussmengen des Rostes, über den Temperaturfühler TF der Feuerraumtemperatur, über einen Kühlwasserenergieverteiler WV, über ein Kühlwasserwegverteil-System WWS, ein Kühlwasserdosierungs-System WDS, eine Kühlwasserheizung einerseits und/oder über den Luftverteiler LV, das Luftsystem LS und eine Luftheizung LHS andrerseits als Primärluftverteilungssteuerung und/oder Kühlwasserenergie-Umverteilungs-Steuerung realisiert.

4.1. Steuerung der Primärluft-Verteilung

Für die Primärluftverteilungs-Steuerung sind die Steuerstrecken die Primärluftzonen, die unter sich jedoch noch durch eine Vielzahl von Zuluftdüsen in lokale Breiche auf den Rostplatten unterteilt sein können. Die Steuergrösse ist die Primärluftverteilung, das heisst, wohin zu welcher Zeit wieviel Luft gelangt. Die Führungsgrösse ist durch das ideale Temperaturprofil des Kühlwassers gegeben. Als Stellgrössen hierzu dienen die Luftmengen zu den einzelnen Primärluftzonen bzw. zu den einzelnen Zuluftdüsen. Die zu bedienenden Stellglieder sind die Antriebe für die Primärluftzufuhr, die aus Ventilatoren oder Kompressoren bestehen, und/oder eine Luftheizung. Wenn zum Beispiel die Kühlwassertemperatur in der Ausbrandzone des Rostes gegenüber der Hauptbrandzone nicht abfällt, wird auch dort Primärluft zugeführt, was sonst unterbleibt.

4.2. Steuerung der Kühlwasser-Energie-Umverteilung

Die Kühlwasserenergie-Umverteilungs-Steuerung hat als Steuerstrecke das Rost-Kühlsystem und als Steuergrösse die Kühlwasserenergieverteilung. Als Führungsgrösse dient das optimale Kühlwasserenergieprofil. Die Stellgrösse ist dabei der Kühlwasserweg und/oder die Kühlwassermenge und/oder die Kühlwasserenergie. Als die zu bedienenden Stellglieder dienen die Antriebe des Kühlwasserwegesystems und/oder des Kühlwasserdosiersystems und/oder einer Kühlwasserheizung.

5. Die Müllbett-Profilsteuerung

Das vorliegende Verfahren eröffnet auch die Möglichkeit, selbst das Müll- oder Brennbett in seinem Profil zu steuern. Das wird über die Temperaturfühler T₁...T_n der Kühlwassertemperatur des Rostes, den Temperaturfühler TF für die Feuerraumtemperatur, über die Müll- oder Brennbetthöhenfühler H₁...H_k, den Profilrechner PR, und den Koordinierungsrechner BFSK, die Rostförderantriebe FRH und FRG sowie die Beschickungsantriebe FBH und FBG realisiert. Die Steuerstrecke ist dabei das Rost-Förder- und Beschickungssystem. Die Steuergrösse ist das Müllbett-Profil. Die Führungsgrösse ist gegeben durch das Kühlwassertemperaturprofil und/oder das direkt gemessene Müllbettprofil. Als Stellgrösse wirken die Schublängen und Schubgeschwindigkeiten der Beschickung und der beweglichen Rostplatten, welche die Stellglieder bilden.

Im Minimalfall wird nur eine Steuerung anhand der Rücklauftemperaturen des Kühlmediums realisiert, die dann zu Stellgrössen für die Bewegungen der Rostplatten verrechnet werden. Bei lokal abfallender Temperatur wird mit dem Schüren der betreffenden Rostplatte begonnen, und wenn die Temperatur nicht wieder ansteigt, wird zusätzlich Brenngut auf diese Stelle antransportiert, indem die Hübe vergrössert werden. Als weitere Option wird mehr Primärluft an diese Stelle zugeführt, bis die Solltemperatur erreicht ist.

Es ist klar, dass das Regel-Netzwerk mit zunehmender Anzahl Parameter stark komplex wird. Das Ziel ist aber stets, eine möglichst stöchiometrische Verbrennung zu erzielen. Von grosser Bedeutung ist, dass mit dem vorliegenden Verfahren sofort Erfahrungen im praktischen Betrieb gesammelt werden können, welche in kurzer Zeit dazu führen, dass die Rauchgasvolumina drastisch reduziert und dadurch die nachgeschalteten Aggregate zur Rauchgasbehandlung kleiner und kostengünstiger ausgelegt werden können. Weiter werden die Kesselwirkungsgrade durch die verfahrensgemäss optimierte Verbrennung steigen, die Kesselerosion infolge des erzielten besseren Ausbrandes reduziert und die Rauchgaswerte werden sich allgemein auf tieferen Werten einpendeln. Die Entsorgung von Filterasche, die aus dem Rauchgas gefiltert wird, ist zunehmend teurer. Deswegen ist es wichtig, den Anfall von Filterasche zu reduzieren, was mittels einer besseren Verbrennung mit dem vorliegenden Verfahren erzielt wird.

Claims

Verfahren zum Verbrennen von Feststoffen auf einem Schub-Verbrennungsrost-System aus mehreren, je separat von einer Kühlflüssigkeit durchströmten und zur Hälfte individuell beweglicher Roststufen mit einer Vielzahl von Zufuhrdüsen für die Primärluftversorgung des Feuers, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Funktionen, nicht notwendigerweise abhängig von einander, gesteuert und betrieben werden:

a) die Kühlung der einzelnen Roststufen,

b) die lokale und zeitliche Zufuhr von Primärluft, wobei derselben gegebenenfalls gezielt verbrennungsfördernde Stoffe zudosiert werden oder dieselbe ausschliesslich aus Sauerstoff besteht,

c) die lokalen und zeitlichen Schürbewegungen des Rostes,

d) die lokalen und zeitlichen Transportbewegungen des Rostes,

e) die zeitlichen Beschickbewegungen zum Beschicken des Rostes,

wobei mindestens die Kühlflüssigkeits-Temperaturen der einzelnen Roststufen als Führungsgrössen zur Steuerung dienen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeits-Temperaturen der einzelnen Roststufen als Führungsgrösse zur Steuerung einerseits der voneinander zeitlich und örtlich unabhängigen Schür- und Transportbewegungen der einzelnen beweglichen Roststufen sowie der Beschickungsbewegungen des Rostsystems dienen, sowie andrerseits als Führungsgrössen für die zeitlich und örtlich für jede Roststufe gesondert dosierten und zugeführten Primärluft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Variation der Schür-, Transport- und Beschickbewegungen die Kühlwassertemperatur-Verteilung an ein theoretisches Ideal angenähert wird, dann unter möglichst treuer Einhaltung dieser Verteilung die Primärluftzufuhr unter Einhaltung des vorgeschriebenen CO-Grenzwertes und Abfall des NO_x-Wertes reduziert wird, bis der CO-Wert anzusteigen beginnt, womit ein Arbeitspunkt unterhalb des CO-Grenzwertes definiert ist, der fortan mittels Variation von ein oder mehreren der Funktionen a) bis e) definiert im Anspruch 1 eingehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass bei abfallender Kühlwassertemperatur einer Roststufe dort sofort mit einer Schürung begonnen wird, und wenn die Kühlwassertemperatur danach nicht ansteigt, mit einer kurzzeitigen Erhöhung der lokalen Primärluftzufuhr gefahren wird, und wenn die Kühlwassertemperatur danach immer noch nicht ansteigt, eine Transportbewegung einsetzt, um Brenngut auf die betreffende Roststufe zu fördern, und dass bei Erreichen des Soll-Wertes der Kühlwassertemperatur die Transportbewegung stoppt und die Primärluftzufuhr auf den Ausgangswert zurückgesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

a) Erfassen von Daten der rückgeführten Kühlenergie und Verwendung dieser Daten zur Steuerung und Regelung der Verbrennung;

b) bedarfsweise zeitlich vom Schüren und Transportieren des Brenngutes auf dem Rost getrenntes Beschicken des Rostes gemäss den Vorgaben der Steuerung und Regelung;

c) bedarfsweise zeitlich und örtlich getrenntes Schüren und Transportieren des Brenngutes auf dem Rost gemäss der Vorgaben der Steuerung und Regelung;

d) bedarfsweise zielgerichtete Zufuhr von Primärluft nach diskreten Orten auf jeder Roststufe in je dosierter Menge und Zeitdauer;

e) bedarfsweise indivduelle Temperierung jeder Rostplatte des Verbrennungsrostes mit dem sie durchströmenden Medium.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die Feuerdaten mittels Temperaturfühler (T₁...T_n), Durchflussmesser (Q₁...Q_m) und Messeinrichtungen (H₁...H_k) zur Bestimmung der lokalen Müllbetthöhe, sowie von einem Feuerraum-Thermometer (TF) erfasst werden und sodann in einem Temperatur-, Energie- und Müllbettprofil-Rechner (PR) verrechnet werden;

b) die Beschickung durch Variation des Hubes und der Hubgeschwindigkeit der Beschickungseinrichtung von einem Koordinierungsrechner (BFSK) gesteuert wird, der seine Daten vom Profilrechner (PR) sowie von einem Beschickungsregler (BR) erhält, der das Verhältnis O₂ zu CO im Rauchgas berücksichtigt;

c) das zeitlich und örtliche getrennte Schüren und/oder Transportieren des Brenngutes auf dem Rost durch Variation des Hubes und der Hubgeschwindigkeit der Rostplatten-Antriebe von einem Koordinierungsrechner (BFSK) gesteuert wird, der seine Daten vom Profilrechner (PR) sowie von einer Schür- (SS) und Fördersteuerung (FS) erhält, die das Verhältnis O₂ zu CO im Rauchgas berücksichtigen;

d) die zielgerichtete Primärluftzufuhr über eine Vielzahl von Zonen mit je getrennten Luftzufuhrdüsen in den Rostplatten erfolgt, wobei die jeweils zugeführte Luftmenge von einem Luftverteiler (LV) gesteuert wird, welcher die Daten eines Dampfreglers (DR) berücksichtigt, der zwischen dem Sollwert der Dampfmenge und der effektiv erzeugten vergleicht;

e) die einzelnen Rostplatten individuell temperiert werden, indem ein Kühlwasserverteiler (WV) die Wegeventile (WWS) der einzelnen Flüssigkeitskreisläufe der einzelnen Rostplatten steuert, sodass neu zugeführte Kühlflüssigkeit zudosiert wird oder Kühlflüssigkeit bei Bedarf vorgeheizt wird, wobei die Stellgrössen durch den Temperatur-, Energie- und Müllbettprofil-Rechner PR vorgegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schür-, Transport- und Beschickungsbewegungen sowohl der jeweilige Hub wie auch die Hubgeschwindigkeiten und Hubfrequenzen je unabhängig voneinander und zeitlich und Örtlich getrennt variiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trocknungszone des Rostes ohne jegliche Primärluftzufuhr gefahren wird und somit die Kühlung des Rostes ausschliesslich von dem ihn durchströmenden Medum übernommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausbrandzone des Rostes im allgemeinen ohne Primärluftzufuhr gefahren wird, und Primärluft nur dann zugeführt wird, wenn die Kühlwassertemperatur aus der Ausbrandzone gegenüber jener in der Hauptbrennzone des Rostes ausnahmsweise nicht abfällt, wobei die Zufuhr von Primärluft sogleich wieder gestoppt wird, sobald die Kühlwassertemperatur aus der Ausbrandzone abfällt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärluft reiner Sauerstoff zugemischt wird.