EP1046861A1

EP1046861A1 - Verfahren zur automatischen Einstellung der Feuerung einer Müllverbrennungsanlage

Info

Publication number: EP1046861A1
Application number: EP00105630A
Authority: EP
Inventors: Peter Dübendorfer
Original assignee: ABB Alstom Power Switzerland Ltd; Alstom Schweiz AG
Current assignee: Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2000-10-25
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JP2000314516A; DE19917572A1; TW419575B; NO20002080L; EP1046861B1; ATE249011T1; NO318569B1; KR20000071727A; DE50003500D1; KR100494862B1; NO20002080D0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der

Müllqualität" aus den Werten Heizwert (Hu) des Mülls und dem Wassergehalt des Mülls (H₂O_Müll). Bei der Müllverbrennung wird der Wassergehalt des Mülls (H₂O_Müll) entweder direkt gemessen oder bei einem nachgeschalteten Rauchgaswäscher lediglich aus Temperaturmessungen und einer statistischen Beziehung zwischen der entbundenen Wärme (QB) und dem Kohlendioxidmassenstrom (m ˙_CO2) ermittelt. Die Müllqualität" dient zur Einstellung der für die Feuerung wichtigen Grössen wie Verbrennungsluftverteilung, Müllschichtdicke und Rostgeschwindigkeit.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur automatischen Einstellung der Feuerung einer Müllverbrennungsanlage.

STAND DER TECHNIK

Beim Betreiben einer Müllerbrennungsanlage ist es wichtig, die Feuerung der

Müllqualität" entsprechend so anzupassen, dass sie stabil und im Hinblick auf die Emissionen optimiert wird. Die wichtigsten Einflussfaktoren, welche die Feuerung dabei beeinflussen, sind die Zündfähigkeit und das Abbrennverhalten des Mülls. Da die beiden Faktoren nicht messbare Grössen sind, ist eine direkte Messung nicht möglich. Dem Anmelder ist dadurch bis heute keine Messung oder kein Verfahren bekannt, welche(s) die Müllqualität" bezüglich der Zündfähigkeit und des Abbrennverhaltens eindeutig bestimmt. Es wurden lediglich indirekte Messungen betrieben, um die Fahrweise einer Müllverbrennung vorausschauend zu betreiben. Da die beiden genannten Kriterien der Zündfähigkeit und des Abbrennverhaltens entscheidend vom Heizwert und vom Wasseranteil des Mülls beeinflusst werden, wird beispielsweise in der Druckschrift DE 44 45 954 A1 ein Verfahren zur Verbrennung von Abfällen beschrieben, welches den Heizwert des Mülls bereits im Zuteilungsschacht ermittelt. Daraus wird über eine Prozesssteuerungseinheit die Menge der Verbrennungsluft und/oder die Menge des zuzuführenden Abfalls gesteuert. Der Heizwert ergibt sich aus Messungen, welche mit Mikrowellen durchgeführt werden. Ausgesandte Mikrowellen werden reflektiert zurückgesendet und aufgrund dieser Reflexion wird der Wassergehalt des Mülls ermittelt. Dieses Messverfahren hat aber verschiedene Nachteile. Der Aufwand für die Installation der Sensoren ist sehr gross und auch relativ teuer. Zudem ist die Messung nur an diskreten Punkten verfügbar. Auch aus der Druckschrift DE 3537945 A1 ist ein Verfahren zur optimierten

Fahrweise einer Müllverbrennungsanlage bekannt, welche die Luftmenge in Abhängigkeit vom Heizwert regelt. Die Verbrennungsluft kann dabei in einzelnen Zonen eingestellt werden. Dies geschieht kontinuierlich, um die Menge einem schwankenden Heizwert anzupassen. Der Heizwert ergibt sich dabei aus dem Quotient aus aktuell entbundener Wärme und dem Abfallmassenstrom. Bei der Lufteinstellung werden der CO und der O₂-Gehalt des Abgases mit einbezogen. Nachteilig wird der Wassergehalt des Müll bei diesem Verfahren aber nicht berücksichtigt, obwohl dieser bei einer Verbrennung eine grosse Rolle spielt.

Auch aus Entwicklung einer kamerageführten Feuerungsregelung zur Verbesserung des Verbrennungs-, Ausbrand- und Emissionsverhaltens einer Abfallverbrennungsanlage", GB Kraftwerkstechnik 73 (1993), Heft 7 ist eine Feuerungsregelung einer Abfallverbrennung bekannt. In diesem Verfahren wird zur schadstoffoptimierten Regelung der Temperatur im Feuerungsraum, die O₂-Konzentration im Abgas und die erzeugte Dampfmenge bestimmt. Aus diesen Werten werden die Müllbeschickung und die Primär- und die Sekundärluftzufuhr ermittelt, wobei der CO-Gehalt minimiert wird. Die Luftzufuhr kann dabei auf dem Feuerungsrost auf verschiedenen Zonen eingestellt werden. Dieses Verfahren arbeitet mit einer Kameraüberwachung, mit welcher mittels Infrarotbildern die Temperaturverteilung im Kessel ermittelt wird. Dieses System ist aber durch die Kameraüberwachung relativ aufwendig und teuer. Dieses Verfahren zur Regelung der Feuerungsleistung von Verbrennungsöfen mit zonenweise unterschiedlicher Primärluftzufuhr am Verbrennungsrost ist auch in der Druckschrift EP 352 620A2 beschrieben.

Aus der Druckschrift EP 317 731 B1 ist ein Verfahren zum Steuern der Verbrennung von Brennstoff mit stark schwankendem Heizwert bekannt. Dabei wird der Wassergehalt des Brennstoffes und/oder der CO₂-Gehalt der Verbrennungsgase durch die Intensität der herrschenden Strahlung im Bereich der Aufgabestelle und der Verdampfungs- und Entgasungzone der Feuerung gemessen. Aus diesem Werten wird unter anderem der Heizwert des Mülls bestimmt und in Abhängigkeit davon die Luftzufuhr gesteuert. Nachteil dieses Standes der Technik ist aber, dass bei sehr feuchtem Müll auch der Wassergehalt und der CO₂-Gehalt im Rauchgas durch eine wesentliche schlechtere Verbrennung abnimmt. Dies kann bei einer automatischen Feuerungsführung aber bedeuten, dass der Müll entgegen der Wirklichkeit wesentlich trockener scheint. Zudem werden teure opto-elektrische Sensoren zur Detektion vom Wassergehalt bzw. vom CO₂-Gehalt benötigt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung überwindet die erwähnten Nachteile. Sie löst die Aufgabe, ein Verfahren zur Bestimmung der Müllqualität zu schaffen, welches einfach und zuverlässig arbeitet. Ist ein Rauchgaswäscher vorhanden, soll das Verfahren lediglich Temperatur-, Druck- und Differenzmessungen (bspw. Volumenstrom) anwenden. Es soll auch einfach in eine bestehende Müllverbrennungsanlage integriert werden können und kostengünstig sein.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs dadurch erreicht, dass zur Einstellung der Feuerungsgrössen, wie Verbrennungsluftverteilung, Müllschichtdicke und Rostgeschwindigkeit, eine fiktive Prozessgrösse Müliqualität" aus dem Heizwert des Mülls (Hu) und dem Wassergehalt des Mülls (H₂O_Müll) bestimmt wird.
Ist ein Rauchgaswäscher vorhanden, wird durch das erfindungsgemässe Verfahren die direkten Messung des Wassergehalts überflüssig. Weiter kann vorteilhaft über eine statistische Beziehung zwischen der Verbrennungswärme und dem Kohlenstoffmassenstrom das bei der Verbrennung entstandene Wasser ermittelt werden. Zudem ist das Verfahren einfach und kostengünstig in eine bestehende Müllverbrennungsanlage integrierbar, da meist alle notwendigen Geräte bereits vorhanden sind. Trotz der Einfachheit ist es ein sehr zuverlässiges Verfahren.

Die weiteren Ausgestaltungsmöglichkeiten sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:

Fig.1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig.2: ein Diagramm Müllqualität" über Heizwert und Wasseranteils des Mülls,
Fig.3: eine schematische Darstellung zur Ermittlung des Mülldurchsatzes,
Fig.4: eine schematische Darstellung zur Ermittlung des Mülldurchsatzes,
Fig.5: eine schematische Darstellung zur Ermittlung des Wassergehalts im Rauchgas,
Fig.6: eine schematische Darstellung zur Ermittlung des Wassergehalts im Rauchgas mit einer Temperaturmessung vor und im Rauchgaswäscher,
Fig.7: das Diagramm zur Ermittlung des Wassergehalts im Rauchgas aus Rauchgaseintrittstemperatur und Sättigungstemperatur der Rauchgase im Wäscher,
Fig.8: eine statistische Beziehung zwischen entbundener Wärme und Massenstrom an Kohlenstoff und
Fig.9: ein Diagramm über die Fehleranfälligkeit des erfindungsgemässen Verfahrens.

Es sind nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Gleiche Elemente sind in unterschiedlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Das erfindungsgemässe Verfahren ist geeignet, durch Ermittlung der Werte Wassergehalt des Mülls H₂O_Müll und
Heizwert des Mülls Hu
in einer Müllverbrennungsanlage eine fiktive Grösse Müllqualität" festzulegen und dadurch eine automatische Feuerungseinstellung beispielsweise in bezug auf wesentliche Grössen wie die Verbrennungsluftverteilung, die Müllschichtdicke oder die Rostgeschwindigkeit vorzunehmen.

Die Figur 1 zeigt schematisch das Verfahren, um zu den Werten Heizwert (Hu) und Müllfeuchte (A) zu gelangen. Dabei wird zunächst der Müllmassenstrom (F Müll) durch die einzelnen Müllkranchargen ermittelt. Danach wird der Heizwert des Mülls (Hu) mit dem Müllmassenstrom und mit der produzierten Frischdampfmenge über die übertragende Wärmemenge berechnet. Durch Temperaturmessungen kann über pysikalische Beziehungen weiter die Rauchgasfeuchte (A) und über die statistische Beziehung daraus der Wassergehalt (A) des Mülls ermittelt werden. Aus dem Heizwert des Mülls und der Müllfeuchte wird eine Müllqualität ermittelt, welche zur automatischen Einstellung der Feuerung verwendet wird. Zur Bestimmung der genannten Werte sind folgende Messungen oder Komponenten, welche in jeder Müllverbrennungsanlage üblicherweise vorhanden sind, erforderlich:

Müllkrananlage mit Wägeeinrichtung der einzelnen, beschickten Müllchargen
Kessel
Frischdampfmengenmessung
Temperatur und Druck von Frischdampf und Speisewasser
Verbrennungsluft Volumenstrom
Entweder Wäscher mit Temperaturmessung der Rauchgase vor Eintritt und im Wäscher,
oder H₂O Messung im Rauchgas am Kesselende

In der Figur 2 wird die Müllqualität" in einem 3-dimensionalen Diagramm mit den beiden Basisgrössen Heizwert und Wasseranteil im Müll dargestellt. Die Müllqualität" ist je grösser, je höher der Heizwert und je tiefer der Wasseranteil im Müll. Die schiefe Ebene in diesem Diagramm, aus welcher die Müllqualität resultiert, ist aufgrund langjähriger Versuche und Erfahrungen gewählt.

Folgende Schritte sind bei dem erfindungsgemässen Verfahren auszuführen:

1. Berechnung des Mülldurchsatzes/Müllmassenstroms m ˙_Müll

Die Figuren 3 und 4 zeigen schematisch den ersten Verfahrensschritt in einer Müllverbrennungsanlage 10 mit einer Feuerung 40. Um eine schnelle Berechnung des Mülldurchsatzes m ˙_Müll zu ermöglichen berechnet man den Durchsatz aufgrund der Pausenzeit zwischen den Beschickungen und der Beschickungsmenge des Mülls in einem Trichter 20. Dabei geht man davon aus, dass das beschickte Volumen konstant (=Greiferinhalt 1-12) ist und sich nur das spezifische Gewicht ändert. Weiter kennt man die Anzahl Greifer, die notwendig sind, um den Müllschacht 50 zu füllen (1 mal ermitteln). In den Figur 3 und 4 sind die Greifer von 1 bis 12 durchnumeriert. Diese Art der Mülldurchsatzberechnung bedingt weiter, dass mehr oder weniger immer bei einer gleichen Marke 30 im Müllschacht 50 beschickt wird (z. B. eine Schweissnaht, die Umlenkkante oder der Sichtbereich der Kamera). Damit ist gegeben, dass die Volumenabnahme zwischen 2 Beschickungen einem Greiferinhalt entspricht.

Der Ablauf für die Bestimmung des Mülldurchsatzes m ˙_Müll ist wie folgt:

der Müllschacht 50 ist z.B. mit 8 Greifern (Nr 3-10) bis zur Marke 30 gefüllt,
von jedem der beschickten Greifer kennt man das Gewicht (gespeichert im Prozessleitsystem)
der Kranführer legt einen 11. Greifer in den Trichter 20
durch den Müllnachschub für die Verbrennung rutscht der Müll im Müllschacht 50 langsam nach unten, bis die Marke 30 erreicht ist.
in diesem Moment wird ein neuer Greifer beschickt (Nr. 12)
man misst die Zeit t_11-12 die der 11. Greifer gebraucht hat, um die Marke 30 zu erreichen (entspricht der Volumenabnahme)
während dieser Zeit müssen die w₃ kg des Greifers 3 in die Feuerung transportiert worden sein
Durch den Müllnachschub für die Verbrennung rutscht der Müll im Müllschacht 50 langsam nach unten, bis die Marke 30 wiederum erreicht ist.
ein neuer Greifer wird beschickt (Nr. 13)
man misst die Zeit t_12-13 die der 12. Greifer gebraucht hat, um die Marke 30 zu erreichen (entspricht der Volumenabnahme)
während dieser Zeit müssen die w₄ kg des Greifers 4 in die Feuerung transportiert worden sein

Der Mülldurchsatz m ˙_Müll in dieser Zeit über 2 Greifer war m Müll = 1h (t 11-12+t 12-13) * ( w 3 + w 4)

Um die Einflüsse der Fehler bezüglich der Annahmen (gleichmässige Beschickung, konstantes Volumen etc.) zu minimieren wird diese Berechnung über einige Greifer gemittelt (je nach Volumen des Greifers, Grösse der Anlage und Fahrweise der Kranführer).

2. Berechnung des Müllheizwertes Hu

Ist der Mülldurchsatz m ˙_Müll bekannt, kann mit Hilfe des Kesselwirkungsgrades ζ_Kessel, der Enthalpie von Speisewasser h_SPW und Frischdampf h_FD sowie der Frischdampfmenge m ˙_FD der Müllheizwert Hu berechnet werden.

Eingebrachte Müll-Feuerungswärmeleistung: QB = m FD ·(hFD -hSPW ) ζKessel -QZusatzbrenner wobei gilt (aus Wasserdampftafel): Frischdampfenthalpie (FD): hFD = f(TFD,PFD) Speisewasserenthalpie (SPW): hSPW = f(TSPW ,PSPW )

Eingebrachte Wärmeleistung bei Einsatz eines Zusatzbrenners (z.B. Stützfeuerung für 17. BlmSchV): QZusatzbrenner = m Öl · HuÖl

Daraus ergibt sich für den Müllheizwert unter Einbeziehung von (1) und (2): HuMüll = QB m Müll

3. Bestimmung der Rauchgasfeuchte H₂O_Rauchgas

Die Rauchgasfeuchte dient als Grundlage für die Bestimmung des Wasseranteils im Müll. Der Wasseranteil im Müll kann mangels geeigneter Messsysteme nicht direkt detektiert werden. Je höher der Wasseranteil im Müll ist, desto mehr Wasser muss vor oder in der Feuerung verdampfen. Somit muss auch die Rauchgasfeuchte ansteigen. Dieser Vorgang ist in der Figur 5 dargestellt.
Die Rauchgasfeuchte H₂O_Rauchgas kann bei einem vorhandenen Wäscher aus der Rauchgastemperatur vor Wäscher und der Sättigungstemperatur im Wäscher berechnet werden. Die Figur 6 stellt diesen Vorgang mit den beiden Temperaturmessungen dar. Aus diesen Messung kann über ein Diagramm, welches in Figur 7 dargestellt ist, die Rauchgasfeuchte H₂O_Rauchgas ermittelt werden. H 2 ORauchgas = f(TGas_vor_Wäscher,TGas_im_Wäscher )

Dabei gilt: Je trockener das Rauchgas, desto mehr Wasser kann es aufnehmen und desto tiefer wird die Sättigungstemperatur im Wäscher sein. Ist kein Wäscher vorhanden, wird die Rauchgasfeuchte H₂O_Rauchgas beispielsweise mit einer auf Laserabsorption (bei der entsprechenden Frequenz) basierenden Messung direkt bestimmt.

4. Berechnung des Rauchgasvolumenstroms V ˙_Rauchgas

Über eine Massenbilanz kann unter Berücksichtigung der jeweiligen Dichten der Rauchgasvolumenstrom berechnet werden:

wobei gilt:

gemessene Grössen: V ˙_PL , V ˙_SL

konstante Grössen: V ˙_Falschluft = 5000Nm ³ / h

Anteil_Asche = 25%

ρ _Rauchgas = 1,277kg /Nm ³

berechnete Grössen (aus (1)): m ˙_Müll

Aus Abnahmeversuchen und Leistungsmessungen ist aus verschiedenen Anlagen bekannt, dass 20..30% des Müllmassenstromes m ˙_müll als Aschemassenstrom (Flug- und Rostasche) anfällt und im Mittel ziemlich konstant ist.
Die Rauchgasdichte ρ_Rauchgas hängt von der Zusammensetzung ab. Die Dichte ρ_Rauchgas=1,277kg/Nm³ gilt für folgende (mittlere) Rauchgaszusammensetzung (Volumenprozent): 14,5% H₂O, 11% CO₂, 7,5% O₂, Rest N₂

5. Berechnung der Wassermassenströme m ˙_{H2O_Rauchgas}

Der gesamte Wassermassenstrom m ˙_{H2O_Rauchgas} am Kesselende berechnet sich unter Einbeziehung von (7) und (8) aus: m H 2 O_Rauchgas = V Rauchgas_Kesselende · H 2 ORauchgas · ρ H 2 O_Dampf

Das Wasser das im Rauchgas zu finden ist, hat 4 verschiedene Quellen:

H-Verbrennung Müllfeuerung
H-Verbrennung Zusatzfeuerung (Öl)
H₂O aus der Verbrennungsluft
H₂O aus dem Müll

daraus folgt: m H2O_Rauchgas = m H 2 O_Müllverbrennung + m H2O_Öl + m H 2 O_Müll + m H 2 O_Verbrennungsluft daraus folgt: m H 2 O_Müll = m H 2 O_Rauchgas - m H 2 O_Müllverbrennung - m H 2 O_Öl - m H 2 O_Verbrennungsluft

Aus Abnahmeversuchen und Leistungsmessungen mit einer installierten CO₂-Messung im Rauchgas wurde über eine statistische Auswertung der Messdaten ein linearer Zusammenhang m CO 2 = kCO 2 · QB festgestellt. Diese Gleichung ergibt sich aus dem Diagramm, welches in der Figur 8 wiedergegeben ist. Daraus errechnet sich der C-Massenstrom aus der Verbrennung. m C = k CO 2 ·QB 3,667

Setzt man ein konstantes C/H-Verhältnis im Müll ein, kann man über den erwähnten Zusammenhang auch den H₂O-Massenstrom aus der Müllverbrennung berechnen. Das C/H-Verhältnis ist üblicherweise 7 bis 8. Mit einem konstanten Wert von 7,5 für das C/H-Verhältnis kommt man auf folgenden Zusammenhang:

Für die Zusatzfeuerung mit Heizöl gilt: m H 2 O_Öl = m Öl · AnteilH · 9,000 wobei Anteil_H für verschiedene Heizölsorten bekannt ist (Heizöl EL = 13%)

Für das über die Verbrennungsluft eingebrachte Wasser gilt: m H 2 O_Verbrennungsluft = ( V PL + V SL + V Falschluft ) · H 2 OVerbrennungsluft wobei H₂O_{Verbrennungsluft} zwischen 7..12g/Nm³ liegt und in diesem Bereich als konstant angenommen wird.

6. Berechnung des Wasseranteils im Müll H₂O_Müll

Setzt man den Wassermassenstrom m ˙_{H2O_Müll} aus dem Müll (11) ins Verhältnis zum Mülldurchsatz m ˙_Müll (2), erhält man den Wasseranteil im Müll: H 2 OMüll = m H 2 O_Müll m Müll

Allen Berechnungen liegen Konstanten oder Annahmen zu Grunde. Sie verfälschen das Resultat bezogen auf den effektiven, physikalischen Wert. Die fiktive Grösse "Müllqualität" als Grundlage für die Feuerungseinstellung basiert auf diesen berechneten Werten. Im Sinne der Müllverbrennung spielen aber die absoluten Werte keine tragende Rolle. Es ist jedoch von entscheidender Wichtigkeit, wann sich der absolute Wert ändert. Erst eine Änderung des Wertes bewirkt über die fiktive Grösse "Müllqualität" schlussendlich eine veränderte Feuerungseinstellung. Systematische Fehler (durch unzutreffende Annahmen oder unkorrekte Konstanten), die sich hauptsächlich auf den absoluten Wert auswirken, können demzufolgen keinen Einfluss auf den Feuerungsprozess nehmen. Den grössten Einfluss auf die letztendlich entscheidende Grösse "Müllqualität" hat jedoch der Müllmassenstrom m ˙_Müll. Die vorgestellte Methode ist aber so aufgebaut, dass dieser Einfluss auf elegante Art und Weise vernachlässigt werden kann:

Ein (kleiner) Fehler in der Berechnung des Müllmassenstromes m ˙_Müll wirkt sich nun folgendermassen aus:

Ausgangslage: Hu = 10000kJ/kg und Wasseranteil Müll H₂O_Müll = 30% ergibt eine Müllqualität von 29,2%. Ist der berechnete Müllmassenstrom m ˙_Müll ca. 10% grösser als effektiv, werden der Heizwert Hu und der Wasseranteil im Müll H₂O_Müll um diese 10% kleiner sein.

Ausgangslage Fehler: Hu = 11000 kJ/kg und Wasseranteil Müll H₂O_Müll = 33% ergibt eine Müllqualität von 31,2% (vorher 29,2%)

Ändert sich der Wassermassenstrom m ˙_Müll aus dem Müll um +10%, so ergibt dies bei einem Hu von 10000kJ/kg eine Müllqualität von ca. 24,6% (vorher 29.2%). Der Müll ist also schlechter geworden.

Ändert sich Heizwert des Mülls um +10%, so ergibt dies bei einem Wasseranteil im Müll von 30% eine Müllqualität von 36% (vorher 29,2%). Der Müll ist also offensichtlich besser geworden.

Die Figur 9 zeigt in einem Diagramm einige Beispiele, wie ein Fehler von Müllmassenstrom m ˙_Müll, Heizwert Hu und Wassermassenstrom m ˙_{H2O_müll} in bezug auf die Müllqualität ändert. Durch eine geeignete Wahl der Funktion Müllqualität = f(HuMüll ,H 2 OMüll ) lässt sich der Fehler aus der Berechnung des Müllmassenstromes m ˙_Müll gänzlich ausblenden oder zumindest klein halten.
Allen Berechnungen liegen ausschliesslich (bei Einsatz eines Wäscher in der Rauchgasreinigung)

Temperatur-
Druck-
Differenzdruck (Durchfluss, Volumenstrom)-

Messungen zu Grunde. Diese Messungen gelten auch im Einsatzgebiet Müllverbrennung als hoch verfügbar. Somit muss auch die Verfügbarkeit der fiktiven Prozessgrösse "Müllqualität" hoch verfügbar sein.
In allen Berechnungen werden kleine Fehler gemacht, die sich entweder gegenseitig aufheben oder verstärken. Die vorliegende Methode zu Bestimmung der "Müllqualität", die als Basis für die Feuerungseinstellung dienen muss, hat sich aber unabhängig von diesen Fehlern in verschiedenen Anlagen als sehr zuverlässig herausgestellt. Die fiktive Prozessgrösse "Müllqualität" stimmt in 95% aller Betriebsfällen mit den im Feuerraum beobachteten Feuerungszuständen überein. Somit eignet sich das Signal bestens, von dessen Wert über Funktionen und Tabellen eine Feuerungseinstellung abzuleiten (Verbrennungsluftverteilung, Müllschichtdicke, Rostgeschwindigkeiten etc.).

Das Verfahren ist so konzipiert, dass sie in jedes handelsübliche Leitsystem eingebaut werden kann. Sie ist auf keine zusätzliche, spezielle Hard- oder Software angewiesen.

Nachfolgend ist beispielsweise ein Rechenbeispiel (Momentaufnahme) aus einer Müllverbrennungsanlage aufgeführt. Das Leitsystem rechnet die Werte online alle 250ms neu.

1. Mülldurchsatz

Im Müllschacht befinden sich die Greifer 3-10 mit den Gewichten w3-w10:

	w3	2950kg
	w4	3120kg
	w5	2760kg
	w6	2370kg
	w7	2590kg
	w8	3280kg
08:48	w9	2880kg
09:00	w10	3010kg

Der Greifer 10 hat die Marke nach 10min erreicht und es wird ein Greifer w11 und später (w11 bei Marke) ein Greifer w12 aufgegeben:

09:10	w11	2810kg
09:25	w12	2930kg

zum Zeitpunkt 09:25 errechnet sich der Mülldurchsatz mit m Müll = 1h (t 11-12 + t 12-13 * (w 3 + w 4) = 14568 kg/h = 4.0467 kg/s

2. Müllheizwert

h_FD = f(T_FD,P_FD ) aus Wasser-Dampftafel

T_FD = 400°C

P_FD = 39 bar

h_FD = 3217.4 kJ/kg

h_SPW = f(T_SPW ,P_SPW ) aus Wasser-Dampftafel

T_SPW = 130 °C

P_SPW = 56 bar

h_SPW = 549.9 kJ/kg QB = m FD ·(hFD-hSPW )ζ Kessel -QZusatzbrenner

m_FD = 55000 kg/h = 15.2778 kg/s

ζ_Kessel = 0.855

Q_{Zusatzbrenner} = 0 kW

⇒ QB = 47665 kW HuMüll =QB m Müll = 11779 kJ/kg

3. Rauchgasfeuchte

H 2 ORauchgas = f(TGas_vor_Wäscher ,TGas_im_Wäscher ):

T_{RG vor Wäscher} = 180 °C

Sättigungstemperatur der Rauchgase im Wäscher = 62 °C

⇒ H₂O_Rauchgas = 15.60 Vol%

4. Rauchgasvolumenstrom

V_PL = 56500 Nm³/h

V_SL = 11600 Nm³/h

V_Falschluft = 5000 Nm³/h

m_Müll = 14568 kg/h (siehe oben)

Anteil_Asche = 25%

ρ_Rauchgas = 1.277 kg/Nm³

5. Wassermassenströme

V_{Rauchgas Volumenstrom} = 82572 Nm³/h (siehe oben)

H₂O_Rachgas = 15.60 Vol%

ρ_Rauchgas = 0.80 kg/Nm³ m H 2 O_Rauchgas = V Rauchgas_Kesselende · H 2 ORauchgas ·ρ H 2 O_Dampf = 10305 kg/h

m_{H2O Oel} = 0 kg/h

H₂O Verbrennungsluft 10g/Nm³ m H 2 O_Verbrennungsluft = ( V PL + V SL + V Falschluft ) ·H 2 OVerbrennungsluft = 686 kg/h

k_CO2 = 0.3770 kg/kWh QB = 47655 kW (siehe oben)

⇒ m H 2 O_Müll = m H2O_Rohgas - m H 2 O_Müllverbrennung - m H 2 O_Oel -m H 2 O_Verbrennungsluft = 3739 kg/h

6. Wasseranteil im Müll

m_Müll = 14568 kg/h (siehe oben)

m_{H2O Müll} = 3739 kg/h ⇒ H 2 OMüll = m H 2 O_Müll m Müll = 25.66 %

7. Müllqualität

H₂O_Müll = 25.66%

Hu_Müll = 11779 kJ/kg

	Wasseranteil im Müll
Müll Heizwert	15	20	25	30	35	40	45
6000	21	14	8	3	0	0	0
8000	33	25	18	12	7	3	0
10000	52	44	36	28	20	11	2
12000	75	67	59	51	41	28	10
14000	93	86	79	70	58	41	20
16000	100	94	87	79	67	52	30
Q_Müll = 55.40 %

BEZUGSZEICHENLISTE

1-12: Greiferinhalt
20: Trichter
30: Marke
40: Feuerung
50: Müllschacht
60: Müllverbrennungsanlage
hFD: Enthalpie des Frischdampfes
hSPW: Enthalpie des Speisewassers
H2O: Wasser
Hu: Heizwert
k: Proportionalitätsfaktor
m˙: Massenstrom
m˙Müll: Massenstrom des Mülls
PFD: Druck des Frischdampfs
PSPW: Druck des Speisewassers
PL: Primärluft
Q: Wärmeleistung
QB: Wärmeleistung der Feuerung
SL: Sekundärluft
T: Temperatur
TFD: Temperatur des Frischdampfs
TSPW: Temperatur des Speisewassers
t: Zeit
V: Volumen
V˙Rauchgas: Volumenstrom des Rauchgases
w3: Masse des 3. Greifers
w4: Masse des 4. Greifers
ρ: Dichte
ζKessel: Wirkungsgrad des Kessels

Claims

Verfahren zur automatischen Einstellung der Feuerung einer Müllverbrennungsanlage bei welchem der Heizwert des Mülls (Hu) kontinuierlich aus der aktuell im Feuerungsraum entbundenen Wärme (QB) und dem eingetragenen Müllmassenstrom (m ˙_Müll) bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Einstellung der Feuerungsgrössen, wie Verbrennungsluftverteilung, Müllschichtdicke und Rostgeschwindigkeit, eine fiktive Prozessgrösse
Müllqualität" aus dem Heizwert des Mülls (Hu) und dem Wassergehalt des Mülls (H₂O_Müll) bestimmt wird, wobei der Wassergehalt des Mülls (H₂O_Müll) nach der Gleichung H 2 OMüll = m H 2 O_Müll m Müll ermittelt wird,
mit m ˙_{H2O_Müll} Wassermassenstrom des Mülls,
und wobei sich der Wassermassenstrom des Mülls m ˙_{H2O_Müll} aus m H 2 O_Müll = m H 2 O_Rauchgas - m H 2 O_Müllverbrennung - m H 2 O_Öl - m H 2 O_Verbrennungsluft zusammensetzt,
mit

m ˙_{H2O_Rauchgas} Wassermassenstrom im Rauchgas

m ˙_{H2O_Müllverbrennung} bei Verbrennung entstandener Wassermassenstrom

m ˙_{H2O_Öl} durch Öl-Zusatzfeuerung entstandener Wassermassenstrom

m ˙_{H2O_Verbrennungsluft} in der zugeführten Verbrennungsluft enthaltener

Wassermassenstrom, wobei gilt: m H 2 O_Rauchgas = V Rauchgas_Kesselende · H 2 ORauchgas · ρ H 2 O_Dampf mit

V ˙_{Rauchgas_Kessolende} Volumenstrom des Rauchgases am Kesselende

H₂O_Rauchgas Feuchte im Rauchgas

ρ_{H2O_Dampf} Dichte des Wassers in Dampfform

m H 2 O_Müllverbrennung = kH 2 O · QB mit

k_H2O Proportionalitätsfaktor

QB bei der Feuerung entbundene Wärme

m H 2 O_Öl = m Öl · AnteilH · 9,000 mit

m ˙_Öl Massenstrom des Öls

Anteil_H Anteil des Wasserstoffs im Öl

m H 2 O_Verbrennungsluft = ( V PL + V SL + V Falschluft ) · H 2 OVerbrennungsluft mit

V ˙_PL Volumenstrom der Primärluft

V ˙_SL Volumenstrom der Sekundär

V ˙_Falschluft Volumenstrom der Falschluft

H₂O_{Verbrennungsluft} In der der Verbrennung zugeführten Luft enthaltenes Wasser
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Feuchte im Rauchgas (H₂O_Rauchgas) am Ende des Feuerungsraums direkt gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Feuchte im Rauchgas (H₂O_Rauchgas) über die Temperatur vor dem Eintritt des Rauchgases in einen der Müllverbrennungsanlage nachgeschalteten Rauchgaswäscher und über die Sättigunstemperatur der Rauchgase im Rauchgaswäscher bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Proportionalitätskonstante k_H2O über eine statistische Beziehung Kohlendioxidmassenstrom m CO2= kCO2 * QB und das Kohlenstoff zu Wasserstoff-Verhältnis (C/H) im Müll bestimmt wird, wobei k_CO2 eine Proportionalitätskonstante zwischen der entbundenen Wärme (QB) und des Kohlendioxidmassestroms (m ˙_CO2) ist.