EP0952391A2 - Verfahren und Vorrichtung zur vollständigen Verbrennung stückiger, aschehaltiger Brennstoffe - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur vollständigen Verbrennung stückiger, aschehaltiger Brennstoffe Download PDFInfo
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- F23G2209/26—Biowaste
- F23G2209/261—Woodwaste
Definitions
- the invention relates to a method for the complete combustion of lumpy, ash-containing fuels, in particular those of different piece sizes in a combustion device, to which the fuel pieces are fed at a first end and in which they are moved towards a second end during the combustion process, and to a device with which such a method can be carried out.
- firing grates of different constructions e.g. mechanical gratings, such as underfeed and push-back grids, stepped gratings, roller gratings, traveling grids etc., or pneumatic gratings, e.g. Swirl grates.
- mechanical gratings such as underfeed and push-back grids, stepped gratings, roller gratings, traveling grids etc.
- pneumatic gratings e.g. Swirl grates.
- the fuel, along with the resulting ash is mechanically or pneumatically forced to move more or less continuously from the fuel inlet of the grate to the grate outlet, where residues are released, regardless of the progress of the combustion.
- a limited adaptation of the combustion process to the fuel is only possible with the supplied underwind or with zone-wise adjustment of the grate feed.
- the invention has for its object to provide a method of the type mentioned and suitable devices for its implementation, with which a complete burnout of the fuel can be achieved.
- the fine ash and any fines that are still burning are separated from larger, still unburned pieces at the discharge end of the combustion zone. These larger pieces are returned in a hot or burning state to the fuel entry at the entry end of the combustion zone and fed back to the combustion process with the freshly supplied fuel. By returning hot or burning fuel, the ignition of the freshly supplied fuel is started and accelerated without the need for an ignition vault, etc.
- the finest ash can also be used to separate the finest, still burning particles. These then fall out with the ashes, for example in an ash funnel.
- light ventilation of the discharge device for example an ash funnel, is sufficient to completely burn out these small, glowing or burning particles, the apparent mechanical movement of the ash apparently taking part. In any case, it could be determined that the ash is completely burned out after discharge.
- the invention can also achieve considerable savings in terms of construction costs, in particular for the combustion device, for example the grate.
- firing grates according to the prior art for example when burning waste wood, may be loaded with a maximum of 0.8 to 1.0 MW / m 2 if the burnout should not be too bad
- the method according to the invention achieves outputs of 3 to 6 MW / m 2 achieved with perfect burnout.
- the upper limit applies to shredded wood, the lower limit if there are large pieces of up to 300 mm edge length.
- 1 represents a firing stock entry on a combustion device in the form of a grate, which is symbolized by 2.
- This grate has a discharge 3 for grate diarrhea, in particular ash.
- a separation device 4 is connected to the outlet-side end of the grate 2, which has an ash discharge 5 and a return outlet 6, which leads to a return device 7 which opens at the inlet-side end of the grate 2.
- An air supply line 8 opens into the discharge 5 for the ashes.
- FIG. 2 and the top view of FIG. 3 show a device for carrying out the method according to the invention with the same reference numerals for the assemblies described with reference to FIG. 1, so that a detailed explanation can be dispensed with.
- the grate 2 is designed as a step grate.
- a rotary tube can also be used instead of the grate, since in the present case it works in the same way.
- a feed screw is provided as return device 7, but it should be noted that a chain conveyor or another suitable conveyor device can also be used.
- the separating device 4 is a sieve in a heat-resistant design, which catches the coarser fuel pieces of a predetermined minimum size that have not burned and feeds them to the conveyor screw 7 via an overflow 6.
- the latter is designed to be heat-resistant and thermally insulated in order to feed the glowing or burning pieces of fuel to the inlet end of the grate 2 with as little heat loss as possible.
- a known sieve drum can also be used as the separating device.
- a separating cone can advantageously be used as the separating device 4, as shown in FIG. 4.
- a separating cone is a conical hollow body (hollow cone) 9 which has an inwardly directed edge 10 at the cone base and rotates about an inclined axis 11 which is directed so that the cone tip points downward.
- the cone 9 is arranged in such a way that its lower surface line, starting from the cone tip, falls at a small angle ⁇ towards the horizontal in the direction of the cone base.
- the cone angle ⁇ is chosen so that the upper surface line runs obliquely or vertically upwards from the cone tip to the cone base.
- the shape shown in the drawing corresponds approximately to a usable version.
- This hollow cone 9 acts as follows:
- the fine parts migrate to the small diameter (cone tip) and fall out of the ash discharge 5, the large parts fall over the inward edge 10 at 6 out of the hollow cone 9 and reach the return device 7.
- the return device 7 shown in FIGS. 2 and 3 as a screw conveyor for the unburned, larger pieces of fuel also performs a circulating movement during the delivery, the return device 7 can be supplied with additional air in order to promote the burnout.
- FIGS. 2 to 4 are only examples for carrying out the method according to the invention.
- other devices and combinations of devices can also be used, for example a rotary tube as a combustion device with an attached rotationally symmetrical strainer basket as a separating device.
- a rotary kiln demands however, a greater length than a grate because large parts run faster through a rotating tube than through a grate, but for the large parts a certain minimum dwell time in the actual combustion process is required.
- the combustion fraction in the separating cone can be increased at the expense of the combustion fraction on the grate or in the rotary tube, etc. It is only essential that each piece of fuel goes through the process according to the invention, after which it is passed through the combustion zone as often as necessary to to burn it completely to ashes, separating the ashes after each run.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum vollständigen Verbrennen von stückigen, aschehaltigen Brennstoffen, insbesondere von solchen unterschiedlicher Stückgrößen in einer Verbrennungseinrichtung, der die Brennstoffstücke an einem ersten Ende aufgegeben werden und in der sie beim Verbrennungsvorgang in Richtung auf ein zweites Ende fortbewegt werden, sowie auf eine Vorrichtung, mit der ein solches Verfahren ausführbar ist.
- Stand der Technik sind Feuerungsroste unterschiedlicher Konstruktionen, z.B. mechanische Roste, wie Unterschub- und Rück-schubroste, Stufenroste, Walzenroste, Wanderroste usw., oder pneumatische Roste, wie z.B. Wirbelroste. Auf ihnen wird der Brennstoff während der Verbrennung samt der dabei entstehenden Asche mechanische bzw. pneumatisch zwangsweise mehr oder weniger kontinuierlich vom Brennstoffeintragende des Rosts bis zum Rostaustragende, wo Rückstände abgegeben werden, ohne Rücksicht auf den Fortschritt der Verbrennung fortbewegt. Lediglich mit dem zugeführten Unterwind oder mit zonenweiser Verstellung des Rostvorschubs ist eine begrenzte Anpassung des Verbrennungsvorgangs an den Brennstoff möglich.
- Trotzdem läßt es sich nicht vermeiden, daß am Rostaustragende nur teilweise verbrannte, große Stücke anfallen. Eine Verlängerung des Rosts führt nicht mit Sicherheit zum angestrebten Ziel des vollständigen Abbrandes der großen Stücke, wenn diese den Verbrennungsraum verlassen, denn die großen Stücke liegen mit zunehmender Annäherung an das Austragende mehr und mehr in der Asche der ausgebrannten kleineren Brennstoffstücke, die durch den Unterwind kaltgeblasen wird und damit die Verbrennung der darin liegenden einzelnen großen Stücke zum Erlöschen bringt.
- Im Hinblick darauf, daß die heutigen Umweltschutzvorschriften es nicht zulassen, Asche zu deponieren, die mehr als 5% organische Substanz, also Unverbranntes, enthält, ist ein Verbrennungsvorgang der vorgenannten Art, der in der Asche beachtliche Mengen Unverbranntes liefert, nicht hinnehmbar. Diese strengen Vorschriften erfordern z.B. bei der Verbrennung von Abfallholz mit 3% Ascheanteil einen Ausbrand von 99,85%, was mit der heutigen Rostfeuerungstechnik nur in Ausnahmefällen erreicht werden kann.
- Zwar kann man durch zusätzlichen Aufwand, wie z.B. Nachbrenntrommeln, den Ausbrand etwas verbessern. Da aber große Stücke schneller durch solche Trommeln rcllen als kleine Stücke, ist die Wirkung begrenzt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtungen anzugeben, mit denen ein vollständiger Ausbrand des Brennstoffs erzielt werden kann.
- Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die im Anspruch 1 und bezüglich der Vorrichtungen durch die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
- Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird demnach nicht durch eine Verlängerung der Verbrennungszone, sondern durch Maßnahmen gelöst, die eine drastische Verkürzung derselben ermöglichen. Dabei wird nur der jeweilige Feinanteil des stückigen Brennstoffs beim ersten Durchlauf der Verbrennungszone vollständig ausgebrannt. Stücke mittlerer Größe verbrennen bei einem Durchgang teilweise, und große Stücke haben möglicherweise gerade erst gezündet.
- Erfindungsgemäß werden am Austragende der Verbrennungszone die feine Asche und etwa noch brennender Feinanteil von größeren, noch unverbrannten Stücken getrennt. Diese größeren Stücke werden in heißem oder brennendem Zustand zum Brennstoffeintrag am Eintrittsende der Verbrennungszone rückgeführt und mit dem frisch zugeführten Brennstoff dem Verbrennungsvorgang wieder zugeführt. Durch die Rückführung heißen oder brennenden Brennstoffs wird die Zündung des frisch zugeführten Brennstoffs gestartet und beschleunigt, ohne daß es hier eines Zündgewölbes usw. bedarf.
- Auf diese Weise werden die mittleren und großen Stücke so oft durch die Verbrennungszone geführt, bis sie ebenfalls zu feiner Asche ausgebrannt sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit auch sehr große Stücke ohne Verweilzeitprobleme vollständig ausbrennen.
- Es ist zwar möglich, daß mit der feinen Asche zugleich auch feinste, noch brennende Partikel abgeschieden werden. Diese fallen dann mit der Asche aus, z.B. in einen Aschetrichter. Die Erfahrung hat indessen gezeigt, daß eine leichte Belüftung der Austrageinrichtung, beispielsweise eines Aschetrichters, ausreicht, diese kleinen, glühenden oder brennenden Partikel vollständig auszubrennen, wobei offenbar die stets vorhandene mechanische Bewegung der Asche mitwirkt. Jedenfalls konnte festgestellt werden, daß die Asche nach dem Austrag vollständig ausgebrannt ist.
- Ebenso hat es sich bewährt, das Gemisch aus abgeschiedener Asche und noch glühender Feinpartikel zusammen mit Luft von einem Radialgebläse ansaugen zu lassen und über eine Rohrleitung zu einem Aschesilo zu fördern. Die Erprobung ergab, daß dann der noch in der Asche vorhandene Anteil an Unverbranntem unter 1% und damit an der Nachweisgrenze lag.
- Neben dem von der Erfindung angestrebten Ziel eines vollständigen Ausbrandes stückigen Brennstoffes kann mit der Erfindung auch eine beträchtliche Einsparung an Bauaufwand insbesondere für die Verbrennungseinrichtung, beispielsweise den Rost, erreicht werden. Während Brennroste nach dem Stand der Technik z.B. bei der Verfeuerung von Abfallholz höchstens mit 0,8 bis 1,0 MW/m2 belastet werden dürfen, wenn der Ausbrand nicht allzu schlecht werden soll, werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Leistungen von 3 bis 6 MW/m2 bei einwandfreiem Ausbrand erzielt. Die obere Grenze gilt für geschreddertes Holz, die untere Grenze bei Vorhandensein großer Stücke von bis zu 300 mm Kantenlänge.
- Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
- Fig. 1 ein Blockschema einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens mit einem Stufenrost;
- Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 2, und
- Fig. 4 eine als Hohlkegel ausgebildete Trenneinrichtung zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und einer Vorrichtung zur Ausführung desselben.
- In Fig. 1 ist mit 1 ein Brennguteintrag an einer Verbrennungseinrichtung in Form eines Rostes dargestellt, der mit 2 symbolisiert ist. Dieser Rost hat einen Austrag 3 für den Rostdurchfall, insbesondere Asche. An das austrittsseitige Ende des Rostes 2 ist eine Trenneinrichtung 4 angeschlossen, die einen Ascheaustrag 5 und einen Rückführausgang 6 aufweist, der zu einer Rückführeinrichtung 7 führt, die am eintrittsseitigen Ende des Rostes 2 mündet. In den Austrag 5 für die Asche mündet eine Luftzuführleitung 8.
- Die Querschnittszeichnung von Fig. 2 und die Draufsicht von Fig. 3 zeigen eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit denselben Bezugszeichen für die anhand Fig. 1 beschriebenen Baugruppen, so daß auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet werden kann. Es sei nur betont, daß gemäß der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 der Rost 2 als Stufenrost ausgebildet ist. Auch kann statt des Rostes auch ein Drehrohr eingesetzt werden, da dieses im vorliegenden Falle gleichwirkend arbeitet. Als Rückführeinrichtung 7 ist im dargestellten Beispiel eine Förderschnecke vorgesehen, doch sei angemerkt, daß auch ein Kettenförderer oder eine andere geeignete Fördereinrichtung eingesetzt werden kann.
- Im in den Fig. 2 und 3 dargestellten Beispiel ist die Trenneinrichtung 4 ein Sieb in warmfester Ausführung, das die nicht abgebrannten gröberen Brennstoffstücke einer vorgegebenen Mindestgröße auffängt und über einen Überlauf 6 der Förderschnecke 7 zuführt. Letztere ist warmfest und thermisch isoliert ausgeführt, um die glühenden oder brennenden Brennstoffstücke unter möglichst geringem Wärmeverlust dem Eintrittsende des Rostes 2 zuzuführen.
- Statt eines ebenen Siebes 4 kann als Trenneinrichtung auch eine bekannte Siebtrommel verwendet werden.
- Bei geringeren Ansprüchen an die Trennschärfe der Trenneinrichtung 4 oder wenn ein Zusetzen derselben, wenn als Sieb ausgeführt, durch heiße, klebrige Rückstände zu befürchten ist, kann als Trenneinrichtung 4 in vorteilhafter Weise ein Trennkegel verwendet werden, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Ein solcher Trennkegel ist ein kegeliger Hohlkörper (Hohlkegel) 9, der an der Kegelbasis einen nach innen gerichteten Rand 10 aufweist und um eine schrägstehende Achse 11 rotiert, die so gerichtet ist, daß die Kegelspitze nach unten weist. Dabei ist der Kegel 9 so angeordnet, daß seine untere Mantellinie von der Kegelspitze ausgehend unter einem kleinen Winkel α gegen die Horizontale in Richtung auf die Kegelbasis abfällt.
- Der Kegelwinkel β ist so gewählt, daß die obere Mantellinie von der Kegelspitze zur Kegelbasis schräg oder vertikal nach oben verläuft. Die in der Zeichnung dargestellte Form entspricht in etwa einer brauchbaren Ausführung.
- Führt man das von dem Verbrennungsrost 2 kommende Gemisch aus großen brennenden Teilen, feinen glühenden oder brennenden Partikeln und feiner Asche dem Hohlkegel 9 zu, zerlegt es sich aufgrund des Trenneffektes, der durch die Rotation des Hohlkegels 9 hervorgerufen wird, wie folgt: die feinen Teile wandern zum kleinen Durchmesser (Kegelspitze) und fallen dort aus dem Ascheaustrag 5 heraus, die großen Teile fallen über den nach innen gerichteten Rand 10 bei 6 aus dem Hohlkegel 9 und gelangen zur Rückführeinrichtung 7.
- Da bei diesem Vorgang immer ein Volumen an brennendem Gemisch aus großen und kleinen Teilen vorhanden ist, das von dem Hohlkegel 9 ständig umgewälzt wird und dessen Niveau etwas über der Oberkante des nach innen gerichteten Randes 10 liegt, findet auch im Hohlkegel 9, der hier mit Trennkegel bezeichnet werden soll, eine Verbrennung statt.
- Da auch die in den Fig. 2 und 3 als Förderschnecke dargestellte Rückführeinrichtung 7 für die unverbrannten, größeren Brennstoffstücke bei der Förderung zugleich eine Umwälzbewegung ausführt, kann der Rückführeinrichtung 7 weitere Luft zugeführt werden, um den Ausbrand zu fördern.
- Die in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Einrichtungen sind nur Beispiele zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Je nach Umständen und Ansprüchen können auch andere Einrichtungen und Gerätekombinationen verwendet werden, beispielsweise ein Drehrohr als Verbrennungseinrichtung mit einem angesetzten drehsymmetrischen Siebkorb als Trenneinrichtung. Ein Drehrohr verlangt allerdings eine größere Länge als ein Rost, weil große Teile schneller durch ein Drehrohr laufen, als über einen Rost, für die großen Teile aber eine gewisse Mindestverweilzeit im eigentlichen Verbrennungsprozeß erforderlich ist. Auch kann der Verbrennungsanteil im Trennkegel zu Lasten des Verbrennungsanteils auf dem Rost bzw. im Drehrohr erhöht werden, usw.. Wesentlich ist nur, daß jedes Brennstoffstück das erfindungsgemäße Verfahren durchläuft, wonach es so oft durch die Verbrennungszone geführt wird, wie nötig ist, um es vollständig zu Asche zu verbrennen, wobei nach jedem Durchlauf die entstandene Asche abgetrennt wird.
Claims (16)
- Verfahren zum vollständigen Verbrennen von stückigen, aschehaltigen Brennstoffen, insbesondere von solchen unterschiedlicher Stückgrößen, in einer Verbrennungszone, der die Brennstoffstücke an einem ersten Ende aufgegeben werden und in der sie beim Verbrennungsvorgang in Richtung auf ein zweites Ende fortbewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Ende der Verbrennungszone dort noch vorhandene Brennstoffstücke abgetrennt und zum ersten rückgeführt und dem Verbrennungsvorgang erneut zugeführt werden, und im Bereich des zweiten Endes befindlicher Feinanteil brennenden oder glühenden Brennstoffs sowie Asche einem Austrag zugeführt und dort ausgebrannt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinanteil im Austrag mit zusätzlicher Luft in Berührung gebracht wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinanteil im Austrag mechanisch bewegt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinanteil mittels mechanischer Trenneinrichtungen von den größeren Brennstoffstücken abgetrennt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffstücke während de Rückführung zum ersten Ende der Verbrennungszone mit gesondert zugeführter Luft in Berührung gebracht werden.
- Vorrichtung zum vollständigen Verbrennen von stückigen, aschehaltigen Brennstoffen, insbesondere von solchen unterschiedlicher Stückgrößen, enthaltend eine Brenneinrichtung mit Einrichtungen zum Zuführen von Verbrennungsluft, einer Einrichtung zum Zuführen der Brennstoffstücke an einem ersten Ende der Brenneinrichtung und einer Einrichtung zum Bewegen der Brennstoffstücke durch die Brenneinrichtung in Richtung auf ein zweites Ende derselben, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Ende der Brenneinrichtung (2) eine Trenneinrichtung (4) vorhanden ist, die unausgebrannte Brennstoffstücke vorgegebener Mindestgröße von vorhandenem Feinanteil des Brennstoffs abtrennt, eine Rückführeinrichtung (7) vorgesehen ist, die von der Trenneinrichtung (4) abgegebenen Brennstoffstücke zum ersten Ende der Brenneinrichtung (2) rückführt, und eine Nachverbrennungseinrichtung (5) vorhanden ist, die den Feinanteil von der Trenneinrichtung (4) zum vollständigen Ausbrennen desselben entgegennimmt.
- Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (4) ein Sieb ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenneinrichtung ein Rost (9) ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenneinrichtung ein Drehrohr ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung ein rotierender Kegel (9) ist, dessen Drehachse (11) von der Kegelspitze her gesehen schräg aufwärts zeigt.
- Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die unterste Mantellinie des Kegels (9) von der Kegelspitze ausgehend leicht abwärts geneigt verläuft.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegel (9) einen Öffnungswinkel (beta) von etwa 90° hat.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (10) des Kegels (9) an dessen Basis nach innen gebogen ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung eine Förderschnecke (7) ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung ein Kettenförderer ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung mit Luftzuführungseinrichtungen versehen ist.
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