EP0955499B1 - Verfahren zum Regeln der Feuerleistung von Verbrennungsanlagen - Google Patents

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EP0955499B1
EP0955499B1 EP99108274A EP99108274A EP0955499B1 EP 0955499 B1 EP0955499 B1 EP 0955499B1 EP 99108274 A EP99108274 A EP 99108274A EP 99108274 A EP99108274 A EP 99108274A EP 0955499 B1 EP0955499 B1 EP 0955499B1
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EP
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grate
combustion air
firebed
air
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EP99108274A
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EP0955499A3 (de
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Johannes Martin
Peter Spichal
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Original Assignee
Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
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Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the Fire performance of incineration plants, in particular waste incineration plants, at the kiln at the beginning of a firing grate abandoned, on this one drive and locomotion subjected and at the end of the grate the accumulating Slag is discharged.
  • a regulating device regulates the feed quantities of the fuel and the Schürzi of the grate and the amount of primary air based on the Kiln index for each zone, one previously known Setpoint for the thickness index is set, about the thickness of the firing layer in the individual zones of the grate to regulate.
  • the object of the invention is a method by simple means to provide, in which the firing capacity is relatively accurate adapted to the steam power requirements can, with essential, firing requirements with regard to the exhaust gas composition and here in particular with a view to CO, hydrocarbons, nitrogen oxides as well other harmful substances should be met.
  • the fuel mass distribution can be adjusted so that the air permeability of Feuerungsrost and fuel bed remains constant, which leads to a stable excess of air and thus to a largely constant combustion with stable O 2 values in the exhaust gas. Furthermore, this consistent emissions of pollutants are achieved at a low level.
  • the gas velocities through the fuel bed remain largely constant and thus a constant amount of low Flugstaubaustrag from the furnace is achieved. Since the combustion process can be kept at a uniformly favorable level by the measure according to the invention, this results in a good slag burnout even during the combustion of difficult waste with large differences in calorific value.
  • This specified type of calculation of the controlled variable is basically sufficient for the solution of the problem set in the beginning.
  • deviations from the actual conditions may occur, which are due to the fact that the combustion air resistance body combined from the grate covering and the fuel bed opposes these more or less strong flow or frictional resistances depending on the flow velocity of the combustion air flowing through it.
  • the air flows on the one hand through very narrow gaps between the individual grate bars of the combustion grate and on the other hand by existing from waste or rubbish bed, which offers no defined flow paths and their air permeability not only by the height of the fuel bed, but also by the composition of the fuel mass ie depends on the quality of the waste.
  • flow conditions occur which can no longer be exactly determined by mathematical formulas and which lead to the calculation bases not always coinciding with the actual conditions.
  • the experimentally determinable flow coefficient is therefore one Correction variable, the flow losses due to friction and Vortex formation for the air flow through the grate coating, i. through the grate made of individual grate bars and the fuel bed, which is made of an irregular Accumulation of combustible and inert waste of the most different magnitude exists.
  • the incinerator shown in Figure 1 comprises a Feuerungsrost 1, a charging device 2, a firebox 3 with subsequent throttle cable 4, to which more throttle cables and the incinerator downstream units, in particular Connect steam generation and emission control systems, which are not shown and explained in detail here.
  • the Feuerungsrost 1 includes individual grate levels 5, which in turn formed from individual, adjacent grate bars are. Every second step of the grate designed as a return grate Firing grate is designated with a total of 6 Drive connected, which allows the speed of attack adjust. Below the firing grate are subdivided both longitudinally and transversely Unterwindschn 7.1 to 7.5 provided that separated Primary air is applied via individual lines 8.1 to 8.5 become. At the end of the firing grate the burned out Slag by means of a slag discharge device, shown Embodiment of a slag roller 9 in a Schlack diligentchacht 10 discharged, from where the slag falls into a non-illustrated detoxifier.
  • the loading device 2 comprises a feed hopper 11, a task chute 12, a feed table 13 and one or several adjacent, possibly independently adjustable feed piston 14, the in the task chute 12th sliding down garbage over a feed edge 15 of the feed table 13 in the firebox 3 on the grate 1 slide.
  • the heaped on the grate 1 fuel 16 is pre-dried by coming from the lower wind zone 7.1 air and by the radiation prevailing in the furnace 3 radiation heated and ignited.
  • the underwind zones 7.2 and 7.3 is the main fire zone, while in the area of Underwind zones 7.4 and 7.5, the forming slag burns out and then enters the slag chute 10.
  • the first approximation the free air outlet surface through the grate surface and the fuel bed is equivalent, are in the air supply line 8.2 a Heilmengenmeß worn 18 and in the underwinding chamber 7.2 a temperature sensor 17 and a pressure sensor 19 provided while in the firebox 3 another Pressure sensor 20 is arranged to the static pressure difference between the underwind zone and the firebox can.
  • various actuators are in Figure 1 indicated that for controlling various influencing variables or devices serve to the desired regulation to carry out the fire performance. It is the Adjusting device for influencing the speed of attack with 21, for influencing the speed of the slag roller with 22, for the on and off frequency and the speed the feed piston with 23 and for the primary air quantity denoted by 24, which is capable of each one Submersible chamber to supply the required amount of primary air.
  • a hitherto conventional control unit RE which is capable of Fire performance of a combustion plant, for example, depending from the steam mass flow with regard to the fuel application and the primary air supply, to only a few control parameters to call, to regulate, is arranged so that the required for carrying out the process according to the invention Target values and the determined actual values in form of control variables passed on to the individual control devices can be.
  • This is a central processing unit ZR provided with the temperature sensor 17, the Heilmengenmeß worn 18 and the two pressure sensors 19 and 20 communicates and those of these sensors or devices processed measured values.
  • the central computer ZR determined So the actual size of the free air outlet surface, which then in the control unit RE with the setpoint value for this free air outlet surface is compared, from which then the signal for influencing the individual actuating devices 21 to 24 results.
  • This value thus obtained is the actual value of the free air outlet surface and is provided as a control signal F or R of the control unit RE, where this value is compared with the setpoint value for the free air outlet surface F.
  • the value required due to the control signal R is compared with the target value range for the warping speed to ensure that corrections or Stell intimide only in plausible and permissible areas.
  • FIG. 3 shows the result of the control method according to the invention.
  • the free air outlet surface F is plotted as a control signal and also the number of strokes per hour and on the abscissa the measured time.
  • F set the constant setpoint value for the free air outlet area is shown.
  • the curve F represents the respective actual values of the control signal R K corrected with the flow coefficient ⁇ . It can be seen that there are only relatively small fluctuations with respect to the predetermined desired value, which leads to the conclusion that this combustion runs almost evenly.
  • the speed of the grate is shown as the number of strokes of the grate drive 6 per hour.
  • a reduced free air outlet area means that the air permeability of the fuel bed is reduced either by an increased fuel bed height or by a greater compactness of the fuel mass due to moist, inert components.
  • control techniques of the present invention are not only related to the speed of rusting, although this is the main influence.
  • the combustion cycle can be largely made uniform by regulating the speed of the burn, it is also necessary to influence the feed quantity of the fuel mass on the furnace grate and the discharge rate of the slag as a function of the explained control signal R or R K.
  • the control unit RE not only on the adjusting device 21, the speed of attack, but also on the adjusting device 23, the feed amount of the fuel to the furnace grate 1 and the adjusting device 22, the discharge via the discharge roller 9.
  • the adjusting device 24 can also be made to influence the amount of primary air, this influence emanating primarily from the usual fire power control.
  • the control method according to the invention can be used as an independent Control method at least based on the rust speed but it can only be used as a correction serve for the regulation of the Schür für, if these due to other parameters over the usual fire power control unit is regulated.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln der Feuerleistung von Verbrennungsanlagen, insbesondere Abfallverbrennungsanlagen, bei dem Brenngut am Anfang eines Feuerungsrostes aufgegeben, auf diesem einer Schür- und Fortbewegung unterworfen und am Ende des Feuerungsrostes die anfallende Schlacke ausgetragen wird.
Bei der Verbrennung von Abfall wird neben einer geringen Emission von Schadstoffen im Abgas eine gleichmäßige Wärmeentbindung aus dem Brennstoff angestrebt. Da die auf einen Feuerungsrost eingebrachte Wärmemenge pro Volumeneinheit Abfall bzw. Müll starken Schwankungen unterliegt, muß einerseits die Menge an aufgegebenem Müll in Abhängigkeit vom jeweils vorhandenen Heizwert und andererseits die Schürung bzw. Umwälzung des Brennstoffes sowie die Verbrennungsluftzuführung variiert werden, um eine möglichst gleichmäßige Wärmeentbindung zu ermöglichen.
Dies führt bei Verbrennungsanlagen mit Rostfeuerungen, bei denen keine automatische Regelung der Rostschürgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der festgestellten Brennbetthöhe erfolgt, zu dem feuerungstechnischen Nachteil wechselnder Brennbetthöhen. Wechselnde Brennbetthöhen weisen den Nachteil wechselnder Verbrennungsluftdurchlässigkeit des Brennbettes auf. Solche wechselnden Verbrennungsluftdurchlässigkeiten des Brennbettes führen zu wechselnden Luftüberschußzahlen und damit zu wechselnden Verbrennungsabläufen, wodurch kein stabiler Verbrennungsablauf und damit keine stabilen O2-Werte im Abgas, unterschiedliche CO- und NOx-Emissionen, unterschiedliche Flugstaubmengen und ein unterschiedlicher Schlackenausbrand die Folge sind.
Aus Patent Abstracts of Japan vol. 1998, no. 06, 30. April 1998 (1998-04-30) & JP 10 054531 A (Sumitomo Heavy Ind Ltd), 24. Februar 1998 (1998-02-24) ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Druckverlust-Koeffizient auf der Basis eines Differenzdruckes zwischen dem Druck unterhalb der Rostzone und dem Brennraum bei fehlender Rostbeladung gemessen wird, um einen Brennschichdicken-Index für jede der Rostzonen ausgehend von dem Differenzdruck unterhalb der jeweiligen Zone und im Brennraum und der zuzuführenden Primärluftmenge zu berechnen. Eine Regeleinrichtung regelt die Aufgabemengen des Brenngutes und die Schürbewegung des Rostes sowie die Primärluftmenge basierend auf dem Brenngutdicken-Index für jede Zone, wobei ein vorher bekannter Sollwert für den Brennschichtdicken-Index festgelegt wird, um die Brennschichtdicke in den einzelnen Zonen des Rostes zu regeln.
Aus PATENT ABSTRACTS OF JAPAN VOL. 008, NO. 258 (M-340), 27. November 1984 & JP 59 129316 A (KAWASAKI JUKO-GYO KK), 25. Juli 1984, ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Kontrolle der Beschickvorrichtung zwecks einer besseren Regelung des Feuerungsablaufes in Abhängigkeit eines Regelsignals erfolgt, welches durch Bestimmung des Luftwiderstandes in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der Rostunterseite und der Rostoberseite sowie der durchgesetzten Luftmenge erhalten wird.
Aus ALBERT VON F A ET AL: 'PRIMARMASSNAHMEN ZUR MINDERUNG VON EMISSIONEN BEI DER ABFALLVERBRENNUNG' VGB KRAFTWERKSTECHNIK, DE, VGB KRAFTWERKSTECHNIK GMBH. ESSEN, Bd. 76, Nr. 8, Seite 635-642 XP000623076 ISSN: 0372-5715, ist es bekannt, auf die Einhaltung einer gleichmäßigen Luftdurchlässigkeit zu achten, die durch Kontrolle des Unterwinddruckes in Abhängigkeit von der Luftleistung der ersten Rostzone eingestellt wird.
Aus der EP 0 661 500 B 1 ist es bekannt, die Verteilung der Brennmasse auf einem Feuerungsrost mittels Radar festzustellen und dieses Signal beispielsweise für die Regelung der Schürgeschwindigkeit zu verwenden. Dieses Verfahren ist zwar vorteilhaft, erfordert aber den Einsatz teuerer Meßeinrichtungen. Außerdem läßt sich aus der festgestellten Brennbetthöhe nicht auf die Luftdurchlässigkeit des Brennbettes schließen.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die Feuerungsleistung relativ genau an die Dampfleistungsanforderungen angepaßt werden kann, wobei wesentliche, feuerungstechnische Anforderungen im Hinblick auf die Abgaszusammensetzung und hier insbesondere mit Blick auf CO, Kohlenwasserstoffe, Stickoxide sowie andere schädliche Stoffe erfüllt werden sollen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erläuterten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest eine Beeinflussung der Schür- und Fortbewegung des Brenngutes in Abhängigkeit der Verbrennungsluftdurchlässigkeit von Feuerungsrost und Brennbett erfolgt und daß die Ermittlung des der Verbrennungsluftdurchlässigkeit entsprechenden Regelsignals über die Erfassung der freien Luft-austrittsfläche des gesamten, aus Rostbelag und Brennbett zusammengefaßten Verbrennungsluft-Widerstandskörpers des betrachteten Rostbereiches nach der Formel R = PLBV erfolgt, wobei
R das Regelsignal,
PLB die durch das Brennbett strömende Primärluftmenge bei den Betriebsbedingungen und
V die Strömungsgeschwindigkeit durch den aus Rostbelag und Brennbett zusammengefaßten Verbrennungsluft-Widerstandskörper ist und nach der Formel V = 2gγL ·Δp berechnet wird, in welcher
g die Erdbeschleunigung,
γL das spezifische Gewicht der Luft bei den Betriebsbedingungen und
Δp die statische Druckdifferenz zwischen Unterwindzone und Feuerraum ist.
Durch die Veränderung der Schürbewegung eines Rostes läßt sich die Brennmassenverteilung so einstellen, daß die Luftdurchlässigkeit von Feuerungsrost und Brennbett konstant bleibt, wodurch man zu einem stabilen Luftüberschuß und damit zu einer weitgehend gleichbleibenden Verbrennung mit stabilen O2-Werten im Abgas gelangt. Weiterhin werden hierdurch gleichbleibende Schadgasemissionen auf einem niedrigen Niveau erreicht. Bei gleichbleibender Verbrennungsluftdurchlässigkeit durch das Brennbett bleiben die Gasgeschwindigkeiten durch das Brennbett weitgehend konstant und somit wird auch ein mengenkonstanter niedriger Flugstaubaustrag aus der Feuerung erreicht. Da durch die erfindungsgemäße Maßnahme der Verbrennungsablauf auf einem gleichmäßig günstigen Niveau gehalten werden kann, ergibt sich hieraus ein guter Schlackenausbrand auch während der Verbrennung schwieriger Abfallstoffe mit großen Heizwertunterschieden. Diese angegebene Art der Berechnung der Regelgröße ist grundsätzlich für die Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ausreichend. Es können jedoch Abweichungen von den tatsächlichen Verhältnissen eintreten, die darin begründet sind, daß der aus Rostbelag und Brennbett zusammengefaßte Verbrennungsluft-Widerstandskörper je nach Strömungsgeschwindigkeit der hindurchströmenden Verbrennungsluft dieser mehr oder weniger starke Strömungs- bzw. Reibungswiderstände entgegensetzt. Die Luft strömt nämlich einerseits durch sehr enge Spalten zwischen den einzelnen Roststäben des Verbrennungsrostes und andererseits durch die aus Abfallstoffen bzw. Müll bestehende Schüttung, die keine definierten Strömungswege anbietet und deren Luftdurchlässigkeit nicht nur von der Höhe des Brennbettes, sondern auch von der Zusammensetzung der Brennmasse, d.h. von der Müllqualität abhängt. Hier treten Strömungsverhältnisse auf, die durch mathematische Formeln nicht mehr exakt erfaßbar sind und die dazu führen, daß die Berechnungsgrundlagen nicht immer mit den tatsächlichen Verhältnissen übereinstimmen.
Ausgehend von diesen Schwierigkeiten wird nach der vorliegenden Erfindung eine Ermittlungsart des Regelsignals vorgeschlagen, die zwar mit einem höheren Aufwand verbunden ist, aber die eine genauere Anpassung der ermittelten Regelgröße an die tatsächlichen Verhältnisse gestattet und die sich gemäß der Erfindung dadurch ergibt, daß die Ermittlung des der Verbrennungsluftdurchlässigkeit entsprechenden Regelsignals über die Erfassung der freien Luftaustrittsfläche des gesamten, aus Rostbelag und Brennbett zusammengefaßten Verbrennungsluft-Widerstandskörpers und eines von der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft abhängigen, experimentell festlegbaren Strömungsbeiwertes nach der Formel RK = F : α erfolgt, in welcher
RK das korrigierte Regelsignal,
F die freie Luftaustrittsfläche und
α der Strömungsbeiwert ist
und die freie Luftaustrittsfläche nach der Formel F = PLBV berechnet wird, wobei
V die Strömungsgeschwindigkeit durch den aus Rostbelag und Brennbett zusammengefaßten Verbrennungsluft-Widerstandskörper ist
und nach der Formel V = 2gγL ·Δp berechnet wird, in welcher
g die Erdbeschleunigung und
γL das spezifische Gewicht der Luft bei den Betriebsbedingungen und
Δp die statische Druckdifferenz zwischen Unterwindzone und Feuerraum ist.
Der experimentell festlegbare Strömungsbeiwert ist also eine Korrekturgröße, die die Strömungsverluste durch Reibung und Wirbelbildung für die Luftströmung durch den Rostbelag, d.h. durch den aus einzelnen Roststäben aufgebauten Feuerungsrost und das Brennbett berücksichtigt, das aus einer unregelmäßigen Anhäufung von brennbaren und inerten Abfallstoffen der unterschiedlichsten Größenordnung besteht.
Um alle weiter oben angegebenen vorteilhaften Auswirkungen auch bei stark schwankenden Heizwerten des eingebrachten Brennstoffes sicher zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn in Weiterbildung der Erfindung eine Beeinflussung der Aufgabemenge des Brenngutes und in weiterer Ergänzung dieser Maßnahme eine Beeinflussung der Austragsmenge der Schlacke in Abhängigkeit der Verbrennungsluftdurchlässigkeit von Feuerungsrost und Brennbett erfolgt.
Die Beeinflussung der Aufgabemenge des Brenngutes in Abhängigkeit der Verbrennungsluftdurchlässigkeit von Feuerungsrost und Brennbett erfolgt in überlagerter Form zur Brenngutaufgaberegelung der bisher üblichen Art, beispielsweise in Abhängigkeit vom Dampfmassenstrom und stellt somit eine Korrekturmaßnahme dar, wenn sich herausstellt, daß die Regelung der Schürgeschwindigkeit alleine nicht zu den optimalen Ergebnissen führt.
Um eine Beeinflussung der Brennmassenverteilung durch die Regelung der Schürgeschwindigkeit in negativer Hinsicht auszuschließen, ist es vorteilhaft, wenn eine Beeinflussung der Austragsmenge der Schlacke in Abhängigkeit der Verbrennungsluftdurchlässigkeit von Feuerungsrost und Brennbett erfolgt, da hier der Schlackenaustrag an den Brennmassenfluß des Feuerrostes angepaßt werden kann.
Mit Hilfe dieser erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, eine Feuerleistungsstabilität mit Schwankungen von unter 5%, auch bei der Verbrennung von Müll, mit kurzfristigen Heizwertschwankungen von mehr als 50% zu erreichen.
Über die Gesamtlänge eines Feuerungsrostes betrachtet, ändert sich die Verbrennungsluftdurchlässigkeit entsprechend dem Verbrennungsfortschritt, weil der frisch aufgeschüttete Brennstoff eine andere Luftdurchlässigkeit aufweist als der bereits im Abbrand befindliche oder der fast vollständig ausgebrannte Brennstoff. Gemäß der vorliegenden Erfindung empfiehlt es sich die Verbrennungsluftdurchlässigkeit des Brennbettes im Bereich der beginnenden Verbrennung auf dem Feuerungsrost zu ermitteln. Es handelt sich dabei um den ersten Abschnitt der Hauptverbrennungszone. Dieser Abschnitt soll vorzugsweise für die Ermittlung der Verbrennungsluftdurchlässigkeit herangezogen werden, weil hier der Einfluß der Brennbetthöhe und der Luftdurchlässigkeit des Brennbettes auf die erwünschte Wärmeentbindung am deutlichsten vorhanden ist. Aus diesem Grunde bietet sich dieser Bereich für die Ermittlung der Regelgröße in vorteilhafter Weise an. Hier müssen auch die größten Veränderungen durchgeführt werden, um eine gleichmäßige Wärmeentbindung trotz der veränderlichen Brennstoffcharakteristik zu erreichen. Prinzipiell kann die vorgeschlagene Regelungstechnik aber in jedem Bereich eines Verbrennungsrostes angewendet werden, in dem Verbrennungsreaktionen in nennenswertem Umfang ablaufen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles einer Verbrennungsanlage und anhand von Betriebsergebnissen im Zusammenhang mit dieser Verbrennungsanlage näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Figur 1:
Einen Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte Verbrennungsanlage;
Figur 2:
Ein Regelschema für die Verbrennungsanlage; und
Figur 3:
Die Darstellung der Abhängigkeit der Schürgeschwindigkeit des Rostes von dem ermittelten Regelsignal über einen bestimmten Zeitabschnitt.
Die in Figur 1 dargestellte Verbrennungsanlage umfaßt einen Feuerungsrost 1, eine Beschickeinrichtung 2, einen Feuerraum 3 mit anschließendem Gaszug 4, an den sich weitere Gaszüge und der Verbrennungsanlage nachgeschaltete Aggregate, insbesondere Dampferzeugungs- und Abgasreinigungsanlagen anschließen, die hier nicht näher dargestellt und erläutert sind.
Der Feuerungsrost 1 umfaßt einzelne Roststufen 5, die wiederum aus einzelnen, nebeneinander liegenden Roststäben gebildet sind. Jede zweite Roststufe des als Rückschubrost ausgebildeten Feuerungsrostes ist mit einem insgesamt mit 6 bezeichneten Antrieb verbunden, der es gestattet die Schürgeschwindigkeit einzustellen. Unterhalb des Feuerungsrostes sind sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung unterteilte Unterwindkammern 7.1 bis 7.5 vorgesehen, die getrennt über Einzelleitungen 8.1 bis 8.5 mit Primärluft beaufschlagt werden. Am Ende des Feuerungsrostes wird die ausgebrannte Schlacke mittels einer Schlackenaustragsvorrichtung, im dargestellten Ausführungsbeispiel einer Schlackenwalze 9 in einen Schlackenfallschacht 10 ausgetragen, von wo aus die Schlacke in einen nicht dargestellten Entschlacker fällt.
Die Beschickeinrichtung 2 umfaßt einen Aufgabetrichter 11, eine Aufgabeschurre 12, einen Aufgabetisch 13 und einen oder mehrere nebeneinander liegende, ggf. unabhängig voneinander regelbare Beschickkolben 14, die den in der Aufgabeschurre 12 herabrutschenden Müll über eine Beschickkante 15 des Aufgabetisches 13 in den Feuerraum 3 auf den Feuerungsrost 1 schieben.
Der auf dem Feuerungsrost 1 aufgeschüttete Brennstoff 16 wird durch die aus der Unterwindzone 7.1 kommende Luft vorgetrocknet und durch die im Feuerraum 3 herrschende Strahlung erwärmt und gezündet. Im Bereich der Unterwindzonen 7.2 und 7.3 ist die Hauptbrandzone, während im Bereich der Unterwindzonen 7.4 und 7.5 die sich bildende Schlacke ausbrennt und dann in den Schlackenfallschacht 10 gelangt.
Zur Ermittlung der gewünschten Regelgröße, die in erster Annäherung der freien Luftaustrittsfläche durch den Rostbelag und das Brennbett entspricht, sind in der Luftzuführungsleitung 8.2 eine Luftmengenmeßeinrichtung 18 und in der Unterwindkammer 7.2 ein Temperaturfühler 17 sowie ein Druckfühler 19 vorgesehen, während im Feuerraum 3 ein weiterer Druckfühler 20 angeordnet ist, um die statische Druckdifferenz zwischen der Unterwindzone und dem Feuerraum messen zu können.
In schematischer Form sind verschiedene Stelleinrichtungen in Figur 1 angedeutet, die zur Regelung verschiedener Einflußgrößen oder Vorrichtungen dienen, um die gewünschte Regelung der Feuerleistung durchführen zu können. Dabei ist die Stelleinrichtung für die Beeinflussung der Schürgeschwindigkeit mit 21, für die Beeinflussung der Drehzahl der Schlackenwalze mit 22, für die Ein- und Ausschaltfrequenz bzw. die Geschwindigkeit der Beschickkolben mit 23 und für die Primärluftmenge mit 24 bezeichnet, die in der Lage ist jeder einzelnen Unterwindkammer die geforderte Primärluftmenge zuzuführen.
Nachfolgend wird unter zusätzlicher Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 das erfindungsgemäße Verfahren erläutert.
Eine bisher übliche Regeleinheit RE, die in der Lage ist die Feuerleistung einer Verbrennungsanlage, beispielsweise in Abhängigkeit vom Dampfmassenstrom hinsichtlich der Brennstoffaufgabe und der Primärluftzuführung, um nur einige Regelparameter zu nennen, zu regeln, ist so eingerichtet, daß die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Soll-Werte und die festgestellten Ist-Werte in Form von Regelgrößen an die einzelnen Stelleinrichtungen weitergegeben werden können. Hierzu ist eine zentrale Recheneinheit ZR vorgesehen, die mit dem Temperaturfühler 17, der Luftmengenmeßeinrichtung 18 und den beiden Druckfühlern 19 und 20 in Verbindung steht und die von diesen Fühlern bzw. Einrichtungen gemessenen Werte verarbeitet.
Um die einzelnen Regelgrößen durch die Regeleinheit RE ausgeben zu können, muß das die Regeleinheit beeinflussende Regelsignal durch den Zentralrechner ZR ausgehend von den gemessenen Werten errechnet werden. Der Zentralrechner ZR ermittelt also die Istgröße der freien Luftaustrittsfläche, die dann in der Regeleinheit RE mit dem Soll-Wert für diese freie Luftaustrittsfläche verglichen wird, woraus sich dann das Signal für die Beeinflussung der einzelnen Stelleinrichtungen 21 bis 24 ergibt.
Ausgehend von der gemessenen Primärlufttemperatur in der Unterwindkammer 7.2 und dem dort gemessenen Druck wird die Dichte der Primärluft PL in bekannter Weiser errechnet. Dieser Wert wird in Verbindung mit dem durch die beiden Fühler 19 und 20 gemessenen Wert der statischen Druckdifferenz zwischen Unterwindzone und Feuerraum verwendet, um mittels der Formel V = 2gγL ·Δp die Geschwindigkeit der Primärluft beim Durchströmen durch den aus Rostbelag und Brennbett zusammengefaßten Verbrennungsluft-Widerstandskörper zu errechnen. Dieser so gewonnene Wert dient in Verbindung mit dem durch die Luftmengenmeßeinrichtung 18 festgestellten Wert der Luftmenge, die auf die herrschen Betriebsbedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck umgerechnet wird, dazu die nach der Formel F = PLBV definierte freie Luftaustrittfläche zu berechnen. Dieser so gewonnene Wert ist der Ist-Wert der freien Luftaustrittsfläche und wird als Regelsignal F bzw. R der Regeleinheit RE zur Verfügung gestellt, wo dieser Wert mit dem Soll-Wert für die freie Luftaustrittsfläche F verglichen wird. Hieraus ergeben sich die Stellgrößen für die einzelnen Stelleinrichtungen 21 bis 24. Dabei wird bei der Regelung der Schürgeschwindigkeit SG des Feuerungsrostes der aufgrund des Regelsignals R erforderliche Wert mit dem Soll-Wert-Bereich für die Schürgeschwindigkeit verglichen, um sicherzustellen, daß Korrekturen bzw. Stellschritte nur in plausiblen und zulässigen Bereichen erfolgen können.
Bei dieser Art der Berechnung und Regelung können noch gewisse Abweichungen eintreten, die sich daraus ergeben, daß die Luft durch einen "Verbrennungsluft-Widerstandskörper" bestehend aus Rostbelag und Brennbett hindurchströmen muß, der nicht nur sehr enge, sondern auch äußerst unregelmäßige Querschnitte für den Durchtritt der Primärluft aufweist. Hierbei treten Reibungsverluste ein, die zur Erzielung einer genaueren Regelung in Form eines Strömungsbeiwertes α berücksichtig werden. Dieser Strömungsbeiwert α muß, da sich die Strömungsverhältnisse in einem solchen Brennbett nicht berechnen lassen, experimentell ermittelt werden. Zur Ermittlung dieses Strömungsbeiwertes wird zunächst die Strömung durch einen unbeladenen Feuerungsrost und dann bei einem mit Brennmasse beladenen Feuerungsrost bei unterschiedlichen Luftmengen und unterschiedlichen Ausgangsdrücken in der Unterwindzone gemessen. Die dabei festgestellten Unterschiede in den Druckverlusten bzw. in der jeweiligen statischen Druckdifferenz zwischen Unterwindzone und Feuerraum sind ein Maß für die Bildung des Strömungsbeiwertes, der den Wert 0 annimmt, wenn eine Durchströmung des Feuerungsrostes und der Brennmasse nicht mehr möglich ist und umso größer wird (bis maximal α = 1), je ungehinderter die Luft durch den Rostbelag und die Brennmasse hindurchströmen kann. In der Praxis sind Strömungsbeiwerte in der Größenordnung von 0,6 bis 0,95 ermittelt worden. Dieser auf experimentelle Art ermittelte Strömungsbeiwert α wird dem Zentralrechner ZR eingegeben, damit das in weiter oben beschriebener Weise errechnete Regelsignal F bzw. R entsprechend diesem Strömungsbeiwert α korrigiert werden kann, so daß der Zentralrechner dann ein korrigiertes Regelsignal RK an die Regeleinheit ausgibt. Diese Regelvorgänge sind schematisch in Figur 2 dargestellt, aus der ersichtlich ist, daß der Zentralrechner ZR mit den verschiedenen Meßfühlern 17 bis 20 und einer Eingabemöglichkeit für den Strömungsbeiwert α verbunden ist, während die Regeleinheit RE Soll-Werteingaben für die Schürgeschwindigkeit SG und die freie Luftaustrittfläche F empfangen kann, um hieraus die jeweiligen Regelimpulse an die Stelleinrichtungen 21 bis 24 abgeben zu können, die mit der Regeleinheit in Verbindung stehen.
Figur 3 zeigt das Ergebnis des erfindungsgemäßen Regelverfahrens. Hierbei ist auf der Ordinate die freie Luftaustrittsfläche F als Regelsignal und außerdem die Hubzahl pro Stunde und auf der Abzisse die gemessene Zeit aufgetragen. Mit FSoll ist der konstante Soll-Wert für die freie Luftaustrittfläche dargestellt. Die Kurve F stellt die jeweiligen Ist-Werte des mit dem Strömungsbeiwert α korrigierten Regelsignals RK dar. Es ist dabei zu ersehen, daß es nur verhältnismäßig geringe Schwankungen in bezug auf den vorgegebenen Soll-Wert gibt, was den Schluß zuläßt, daß diese Verbrennung nahezu gleichmäßig abläuft. Mit SG ist die Schürgeschwindigkeit des Rostes dargestellt als Anzahl der Hubbewegungen des Rostantriebes 6 je Stunde. Es ist dabei zu erkennen, daß bei einem Absinken der freien Luftaustrittsfläche, beispielsweise bis zum Punkt F1 die Schürgeschwindigkeit entsprechend bis zum Punkt SG1 gesteigert wird. Eine verminderte freie Luftaustrittsfläche bedeutet, daß die Luftdurchlässigkeit des Brennbettes entweder durch eine erhöhte Brennbetthöhe oder durch eine größere Kompaktheit der Brennmasse aufgrund feuchter, inerter Anteile verringert ist. Durch Erhöhen der Schürgeschwindigkeit kann dieser Zustand aufgelöst bzw. soweit beeinflußt werden, daß die freie Luftaustrittsfläche sich wieder dem Soll-Wert nähert, was im Punkt F2 der Fall ist. Hier ist erkennbar, daß die Schürgeschwindigkeit im entsprechenden Abschnitt SG2 konstant bleibt. Wenn dann wieder im Punkt F3 die freie Luftaustrittsfläche absinkt, steigt die Schürgeschwindigkeit entsprechend im Bereich SG3 an, um dann im Bereich SG4 weitgehend konstant zu bleiben, da in dem Bereich F4 fast keine Abweichungen zum Soll-Wert festzustellen sind.
Die regelungstechnischen Eingriffe nach der vorliegenden Erfindung beziehen sich nicht nur auf die Schürgeschwindigkeit des Rostes, obwohl dies die Haupteinflußgröße ist. Damit über die Regelung der Schürgeschwindigkeit der Verbrennungsablauf weitgehend vergleichmäßigt werden kann, ist es auch erforderlich, die Aufgabemenge der Brennmasse auf den Feuerungsrost und die Austragsmenge der Schlacke in Abhängigkeit von dem erläuterten Regelsignal R bzw. RK zu beeinflussen. Dies erfolgt dadurch, daß die Regeleinheit RE nicht nur über die Stelleinrichtung 21 die Schürgeschwindigkeit, sondern auch über die Stelleinrichtung 23 die Aufgabemenge des Brennstoffes auf den Feuerungsrost 1 und über die Stelleinrichtung 22 die Austragsmenge über die Austragswalze 9 beeinflußt. Mittels der Stelleinrichtung 24 kann auch noch eine Beeinflussung der Primärluftmenge vorgenommen werden, wobei diese Beeinflussung in erster Linie von der üblichen Feuerleistungsregelung ausgeht.
Das erfindungsgemäße Regelverfahren kann als selbständiges Regelverfahren zumindest bezogen auf die Rostgeschwindigkeit zur Anwendung kommen, es kann aber auch nur als Korrektur für die Regelung der Schürgeschwindigkeit dienen, wenn diese aufgrund anderer Parameter über die übliche Feuerleistungsregeleinheit geregelt wird.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Regeln der Feuerleistung von Verbrennungsanlagen, insbesondere Abfallverbrennungsanlagen, bei dem Brenngut am Anfang eines Feuerungsrostes (1) aufgegeben, auf diesem einer Schür- und Fortbewegung unterworfen und am Ende des Feuerungsrostes (1) die anfallende Schlacke ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Beeinflussung der Schür- und Fortbewegung des Brenngutes (16) in Abhängigkeit der Verbrennungsluftdurchlässigkeit von Feuerungsrost und Brennbett erfolgt und dass die Ermittlung des der Verbrennungsluftdurchlässigkeit entsprechenden Regelsignals über die Erfassung der freien Luftaustrittsfläche des gesamten, aus Rostbelag und Brennbett zusammengefassten Verbrennungsluft-Widerstandskörpers nach der Formel R = PLBV erfolgt, wobei
    R das Regelsignal,
    PLB die durch das Brennbett strömende Primärluftmenge bei den Betriebsbedingungen und
    V die Strömungsgeschwindigkeit in dem aus Rostbelag und Brennbett zusammengefassten Verbrennungsluft-Widerstandskörper ist und nach der Formel V = 2gγL ·Δp berechnet wird, in welcher
    g die Erdbeschleunigung,
    γL das spezifische Gewicht der Luft bei den Betriebsbedingungen und
    Δp die statische Druckdifferenz zwischen Unterwindzone (7.2) und Feuerraum (3) ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des der Verbrennungsluftdurchlässigkeit entsprechenden Regelsignals über die Erfassung der freien Luftaustrittsfläche des gesamten, aus Rostbelag und Brennbett zusammengefassten Verbrennungsluft-Widerstandskörpers und eines von der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft abhängigen, experimentell festlegbaren Strömungsbeiwertes nach der Formel RK = F : α erfolgt, in welcher
    RK das korrigierte Regelsignal,
    F die freie Luftaustrittsfläche und
    α der Strömungsbeiwert ist
    und die freie Luftaustrittsfläche nach der Formel F = PLBV berechnet wird, wobei
    V die Strömungsgeschwindigkeit durch den aus Rostbelag und
    Brennbett zusammengefassten Verbrennungsluft-Widerstandskörper ist
    und nach der Formel V = 2gγL ·Δp berechnet wird, in welcher
    g die Erdbeschleunigung und
    γL das spezifische Gewicht der Luft bei den Betriebsbedingungen und
    Δp die statische Druckdifferenz zwischen Unterwindzone (72) und Feuerraum (3) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beeinflussung der Aufgabemenge des Brenngutes (16) in Abhängigkeit der Verbrennungsluftdurchlässigkeit von Feuerungsrost und Brennbett erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beeinflussung der Austragsmenge der Schlacke in Abhängigkeit der Verbrennungsluftdurchlässigkeit von Feuerungsrost und Brennbett erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluftdurchlässigkeit des Brennbettes im Bereich der beginnenden Verbrennung auf dem Feuerungsrost (1) ermittelt wird.
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