EP2375152A2 - Vorrichtung und Verfahren zur Heißgaserzeugung mit integrierter Erhitzung eines Wärmeträgermediums - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Heißgaserzeugung mit integrierter Erhitzung eines Wärmeträgermediums Download PDF

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EP2375152A2
EP2375152A2 EP11158981A EP11158981A EP2375152A2 EP 2375152 A2 EP2375152 A2 EP 2375152A2 EP 11158981 A EP11158981 A EP 11158981A EP 11158981 A EP11158981 A EP 11158981A EP 2375152 A2 EP2375152 A2 EP 2375152A2
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EP
European Patent Office
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hot gas
boiler
combustion chamber
flow
cyclone
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EP11158981A
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EP2375152B1 (de
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Georg Obwaller
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Fritz Egger GmbH and Co OG
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/44—Details; Accessories
    • F23G5/46—Recuperation of heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/022—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow
    • F23J15/027—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow using cyclone separators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2206/00—Waste heat recuperation
    • F23G2206/10—Waste heat recuperation reintroducing the heat in the same process, e.g. for predrying

Definitions

  • the invention relates to a device for hot gas generation with integrated heating of a Närmeußmediums comprising a bricked combustion chamber for hot gas production and arranged in the flow direction of the hot gas behind the combustion chamber and connected to the combustion chamber via a hot gas line boiler for heating the heat transfer medium. Furthermore, the invention relates to a method for hot gas generation with integrated heating of a heat transfer medium. Finally, the present invention relates to a drying device for drying lignocellulose-containing material, in particular wood and / or recyclable, wood-containing material.
  • Hot gas operated drying devices which are regularly used, for example, in the woodworking industry for drying particulate substances, eg chips, are known from the prior art ( DE 20 2007 005 195 U1
  • the heat content of the hot gas is used not only for drying, but also for heating a heat transfer medium, for example water, steam or thermal oil, which in turn is used in various production processes, for example for heating hot presses for pressing chipboard.
  • a heat transfer medium for example water, steam or thermal oil
  • a well known in the art apparatus for generating hot gas for a connected dryer with integrated thermal oil heating comprises a fully bricked Combustion chamber in which the hot gas is generated by a feed grate firing.
  • the hot gas is withdrawn from the combustion chamber in a fully lined hot gas line, which branches off immediately after the combustion chamber.
  • the main stream of the hot gas is then introduced into a hot gas cyclone, where in the hot gas still located fly ash is largely deposited. From the hot gas cyclone, the purified hot gas stream flows into a mixing chamber to set the desired dryer inlet temperature and from there into the dryer.
  • the partial flow of the hot gas branched off behind the combustion chamber flows into a thermal oil boiler having a radiant heat exchanger and a convection heat exchanger, where it delivers about two thirds of its heat energy to the thermal oil. Subsequently, the cooled partial stream before the mixing chamber is again introduced into the main stream purified in the hot gas cyclone and cools it down.
  • a disadvantage of this system is that the partial gas stream flowing into the thermal oil boiler, especially when using low-grade fuels, such as waste wood or waste wood, impregnated wood or production waste, leads to a continuous contamination of the thermal oil boiler. This is particularly problematic when increasing as a result of increasing pollution, the hot gas temperature level in the thermal oil boiler in the region of the radiant heat exchanger, so that in the introduced into the thermal oil boiler partial ash stream ash particles due to their at temperatures> 700 ° C liquid or doughy consistency on the thermal oil Condensate heat exchanger flow through condense tube bundles.
  • the invention is based on the object to provide an apparatus and a method for hot gas production with integrated heating of a heat transfer medium, which is characterized by high system availability and compared to known from the prior art devices overall efficiency. Furthermore, the device and the method should ensure high reliability and longevity of the components used.
  • the object is achieved with a device for hot gas generation with integrated heating of a heat transfer medium according to the preamble of claim 1, characterized in that between the combustion chamber and the boiler at least one integrated in the hot gas line emptied hot gas cyclone is arranged so that the hot gas flowing out of the combustion chamber completely is passed through the at least one hot gas cyclone.
  • the particular advantage of the device according to the invention is that by complete initiation of the Combustor exiting hot gas stream in the bricked hot gas cyclone, the entire hot gas stream is freed from flowing with the hot gas from the combustion chamber fly ash. In this case, the hot gas stream is additionally strongly mixed, whereby a good burnout is achieved. As the Applicant's investigations have shown, there is an additional combustion of carbon monoxide in the hot gas cyclone, so that the energy content of the fuel burned in the combustion chamber can be used even more efficiently and the hot gas has a reduced pollutant content.
  • the purified hot gas stream from the hot gas cyclone After flowing out of the purified hot gas stream from the hot gas cyclone, it is completely or partially passed into a boiler for heating a heat transfer medium, for example water, steam or thermal oil.
  • a heat transfer medium for example water, steam or thermal oil.
  • a bypass line branches off from the hot gas line, so that the hot gas stream is divided after exiting the hot gas cyclone into a first and a second partial flow, the second partial flow over the Bypass line is introduced into the boiler for heating the heat transfer medium.
  • the respective volume flow of the first and second partial flow can be adjusted in a conventional manner by setting a corresponding induced draft or by control valves.
  • a first and a second hot gas cyclone may be provided.
  • a bypass line branches off from the hot gas line, so that the hot gas stream is split into a first and a second partial flow, wherein in turn the second partial flow is introduced via the bypass line into the boiler for heating the heat transfer medium.
  • the first hot gas cyclone is arranged in the flow direction of the hot gas behind the branch of the bypass line in the hot gas line, while the second hot gas cyclone is arranged in the bypass line in the flow direction of the hot gas in front of the boiler for heating the heat transfer medium. This in turn ensures that the entire hot gas flow and in particular the branched off to the boiler partial flow is purified in a hot gas cyclone.
  • the output of the boiler and the combustion chamber are gas-conductively connected to each other, so that the exiting from the boiler cooled second partial stream at least partially, in particular completely, as the cooling gas flow is traceable into the combustion chamber.
  • the combustion chamber temperature is reduced and it needs less cooling air to be supplied. This reduces the power of the fresh air blower and the system operates with less excess air.
  • a lower excess of air results in less fresh air being delivered to the system, thereby making the components, such as fans, air lines, flaps, etc., smaller.
  • a lower excess air also means a lower O 2 content and thus a more favorable conversion for emission measurements to a higher O z reference content.
  • a re-introduction of the second partial stream cooled in the boiler into the first partial stream flowing through the hot gas line can be omitted, so that it remains at a very high temperature level and thus can be used more efficiently for a wide variety of applications, for example for drying.
  • the output of the boiler can also be connected in a gas-conducting manner to the hot gas line, so that the cooled second partial stream emerging from the boiler can be mixed with it, at least temporarily, for controlling the hot gas temperature in the first partial stream.
  • the device means for denitrification of the hot gas.
  • the denitrification can be carried out for example by selective non-catalytic reduction (SNCR).
  • SNCR selective non-catalytic reduction
  • at least one nozzle for introducing a reducing agent, in particular urea may be provided in the hot gas line.
  • the at least one nozzle is arranged in the tangential inflow channel of the hot gas cyclone, since there prevails the temperature required for efficient denitrification of the hot gas.
  • An efficient denitrification is also promoted by the intensive mixing of the hot gas in the cyclone, so that the urea consumption and the ammonia slip can be minimized.
  • the boiler for heating the heat transfer medium to a first flow stage with a radiant heat exchanger and a second flow stage with a convection heat exchanger, wherein the first flow stage can be flowed through by the hot gas flow in the downward direction and wherein the second flow stage of the hot gas flow in Upstream is flowed through.
  • the heat transfer to the heat transfer medium in the first flow section at very high hot gas temperatures corresponding in particular by thermal radiation, while after partial cooling already carried out the heat transfer in the second flow stage, in particular by convection.
  • the boiler has means for spraying a cleaning fluid, in particular water.
  • a spray of a cleaning fluid can be a regular Cleaning the boiler during operation of the device done.
  • the means for spraying a cleaning fluid are preferably designed as at least one nozzle arranged in the first flow stage of the boiler.
  • the cleaning fluid can be injected at high pressure into the first flow section of the boiler, wherein the nozzle can be designed such that it performs a pendulum motion so as to apply the cleaning fluid to the entire heat exchanger surface in the first flow stage.
  • the finely injected cleaning fluid causes thermal shock to break off adhering and sometimes hard deposits, which can prevent boiler stoppages. Furthermore, in this way an undesired temperature rise above 700 ° C. can be avoided in the first flow section, so that there is no longer any condensation of liquid or doughy ash particles in the vessel.
  • the combustion chamber of the device comprises a grate firing, in particular a traveling grate firing, wherein solid, granular or fibrous fuel is burned on the flowed through by an ascending primary air flow grate through the combustion chamber.
  • the combustion product is the hot gas which flows through the combustion chamber.
  • the continuous task of the fuel on the grid can be done by means of screw conveyor and a chute in the form of a chute, the chute is designed to be cooled by means of a water injection. This ensures that the chute in case of a Heat build-up, a blockage or a burn-back is protected by cooling and inerting. Furthermore, the projecting into the combustion chamber end of the chute is preferably bricked, so that there is no risk of deformation due to high thermal stress here.
  • At least one radially oriented burner or at least two tangentially arranged burners for combustion of gaseous and pulverulent fuel can also be provided in the combustion chamber. Due to the performance of such a burner, it can be operated for hot gas generation in combination with grate firing or even alone. Due to the tangential two or more burner arrangement, a better gas mixing in the combustion chamber is achieved, whereby the carbon monoxide content in the hot gas can be significantly reduced by afterburning thereof.
  • a further aspect of the invention relates to a drying device for drying, in particular, wood products and / or waste with a device according to one of claims 1 to 12, wherein the hot gas flowing out of the hot gas cyclone hot gas at least partially in a dryer for drying in particular chopped wood, sawdust, Wood shavings, wood fibers, animal feed, cereals and the like. Is initiated. For the advantages of this drying device, the above applies accordingly.
  • the above-mentioned object is procedurally achieved by a method for hot gas production with integrated heating of a Märmesammlungmediums according to the preamble of claim 14, characterized in that the from Combustion chamber exiting hot gas stream is completely passed before entering the boiler through at least one bricked hot gas cyclone.
  • the inventive method can be carried out with limited equipment and high reliability, with a reduced contamination due to the purification of the entire hot gas stream in the hot gas cyclone by deposition of fly ash a longer life of the system components is guaranteed.
  • the hot gas stream is divided after exiting the hot gas cyclone into a first and a second partial stream, wherein the second partial stream is passed via a bypass line in the boiler for heating the heat transfer medium.
  • a first and a second hot gas cyclone may be provided.
  • the hot gas flow is again divided into a first and a second partial flow, wherein in turn the second partial flow is introduced via the bypass line into the boiler for heating the heat transfer medium.
  • the first partial flow in the direction of flow of the hot gas behind the branch of the bypass line arranged in the hot gas line first hot gas cyclone cleaned, while the second partial flow in the arranged in the bypass line in the flow direction of the hot gas before the boiler for heating the heat transfer medium second hot gas cyclone cleaned becomes. This is again a complete cleaning of the hot gas stream, in particular the branched second partial stream ensured.
  • the first partial flow can be introduced into a drying device, while the cooled second partial flow emerging from the boiler is preferably returned at least partially, in particular completely, as cooling gas flow into the combustion chamber.
  • the cooled second partial flow exiting from the boiler is at least temporarily admixed with it for regulating the hot gas temperature in the first partial flow.
  • the boiler during operation at least temporarily by spraying a cleaning fluid, in particular water, to be cleaned.
  • a cleaning fluid in particular water
  • the fuel input and the supply of combustion air coupled thereto into the combustion chamber are regulated such that a constant negative pressure is present in the combustion chamber.
  • the firing capacity of the combustion chamber is based on the hot gas power requirement of the respectively downstream application, for example a dryer and / or the boiler for heating the heat transfer medium. If a larger amount of hot gas is withdrawn and thus there is a greater need for hot gas, the negative pressure decreases in the combustion chamber and the power control promotes more fuel in the combustion chamber connected to a correspondingly increased air flow, whereby the total firing heat output increases in the desired manner.
  • the regulation of the fuel input preferably takes place steplessly by means of frequency-controlled screws.
  • Fig. 1 is a well-known from the prior art drying plant with a device for hot gas production with integrated thermal oil boiler and downstream dryer in a highly schematic view. Drying systems of this type serve, for example, the Drying of chopped wood, sawdust, wood shavings, wood fibers, animal feed, cereals, etc. With the dried material can then chip, fiber, OSB boards, wood pellets, grain concentrate pellets, etc. are produced.
  • thermal oil is required for various processes, such as for pressing chipboard, fiber or OSB boards, for drying impregnated paper and pressing it on support plates, for heating purposes etc ..
  • the device for hot gas production of the plant Fig. 1 is executed with a fully lined combustion chamber 100.
  • This in turn comprises a Vorschubrostfeuerung 101, but may have as primary firing also WanderRost85ung, fluidized bed combustion, coal, gas, oil, dust, etc.
  • a feed unit 102 solid or granular fuel is fed to the grate and burned by supplying primary air 103 below the grate and secondary air 104 above the grate, wherein the various combustion phases of drying, heating, gasification and combustion take place along the feed direction of the grate 101a ,
  • the ashes of the burnt fuel fall at the end of the grate into a wet stripper 160, which conveys the wet ash into a grate ash container 161 outside the boiler house.
  • the hot gas generated in the bricked combustion chamber 100 which has a high nitrogen oxide content (thermal NOx) due to the high combustion temperature of about 940 ° C is introduced via a preferably also fully lined hot gas line 107 in a hot gas cyclone 108, where it is largely of particulate impurities is cleaned. It is then fed to an external mixing chamber 130 and finally to the dryer 140.
  • thermal NOx nitrogen oxide content
  • the thermal oil boiler 110 here comprises a first flow stage in which the hot gas flows downwards (downstream part) and a part of its heat energy in a radiation heat exchanger 110a, in particular via radiation to the passing through the tubes of the first heat exchanger 110a flowing thermal oil.
  • the already partially cooled hot gas flows upwards again (upward part) and releases at lower temperatures further heat energy in a convection heat exchanger 110b, in particular via convection to the thermal oil.
  • the hot gases are cooled to a temperature of ⁇ 700 ° C before being overflowed into the second-stage convection heat exchanger 110b.
  • the deflection between radiant and convection heat exchangers 110a, 110b is presently designed as a large common (or alternatively) as two separate funnels, where the coarser ash content in the hot gas can settle due to gravity and double pendulum flap, feeder, screw, etc. (each not shown) dissipated and collected in the ash container 161.
  • the hot gas cools and transfers the heat to the heat transfer medium, in this case thermal oil.
  • This is heated, for example, from 255 ° C to 280 ° C.
  • the cooled to about 350 ° C hot gas is withdrawn via a suction 113 in a line 112 and passed through a control valve 114 and a line 115 back to the hot gas main stream and cools it.
  • the hot gas main stream in turn is fed to a mixing chamber 130, in which the hot gas is controlled with cold air or with dryer air / dryer exhaust air to the necessary hot gas temperature before entering the dryer 140.
  • soot blowers Even with so-called soot blowers, the contaminants can not be removed after a certain period of operation, which leads to a strong limitation of the heat transfer performance and in extreme cases to the complete growth of whole Konvemiesrohrbündeln. In the case of the use of sootblowers their use interval must be steadily shortened. Here, the pipes must be subjected to high air pressure, which also greatly increases the erosion tendency.
  • the introduction of the cooled hot gas from the thermal oil boiler 110 into the hot gas stream cleaned in the hot gas cyclone 108 leads to a lowering of the temperature level in the hot gas and consequently to an undesirable reduction of the dryer efficiency because the disadvantage is associated with the introduction of the cooled hot gas into the purified hot gas stream is that less dryer air can be used and thus more exhaust air is produced, which is to be supplied to an exhaust air cleaning system 170. More exhaust air means more waste heat and thus a worse energetic dryer efficiency.
  • Fig. 2 is now a second opposite of the plant Fig. 1 improved drying plant with a device for hot gas production with integrated thermal oil boiler and downstream dryer shown in a highly schematic view.
  • the plant in turn comprises a combustion chamber 1 having a feed grate furnace 2 and a boiler 6 for heating a heat transfer medium, in the present case again thermal oil.
  • the plant of Fig. 2 is characterized in that the entire hot gas stream is introduced after flowing out of the combustion chamber 1 in a bricked hot gas cyclone 4, whereby it is almost completely freed from the flowing with the hot gas from the combustion flue ash accordingly.
  • the hot gas cyclone 4 there is also a strong mixing of the hot gas, which leads to an improved burnout and in particular to an afterburning of carbon monoxide.
  • Fig. 2 branches in the flow direction of the hot gas behind the hot gas cyclone 4 from a bypass line 10a from the hot gas line 10, so that the hot gas stream is divided after exiting the hot gas cyclone 4 in a first and a second partial flow, the second partial flow via the bypass line 10a in a Boiler 6 is initiated to heat the thermal oil.
  • the boiler 6 is in to the system of Fig. 1 Comparably designed and includes a first flow stage with a radiant heat exchanger 6a and a second flow stage with a convection heat exchanger 6b.
  • the output of the boiler 6 is connected to the combustion chamber 1 via a hot gas line 12, so that the cooled hot gas stream emerging from the boiler can be returned to the combustion chamber 1 as a cooling gas stream.
  • This allows the Combustion chamber temperature, which would be more than 2000 ° C with stoichiometric combustion and dry fuel assuming an adiabatic combustion process, effectively limited to, for example ⁇ 940 ° C, without the combustion must be done with a high excess of air.
  • the cooled hot gas can be added to the hot gas main stream flowing through the hot gas line 10 via the control flap 9 before it flows into the mixing chamber 130. Likewise, a portion of the cooled hot gas via the control flap 13 of the exhaust air purification system can be supplied.
  • Fig. 3 is the drying plant of Fig. 2 shown in a more detailed schematic drawing, for reasons of clarity, mixing chamber, dryer and the exhaust air / filter system are not shown.
  • the drying plant is again designed for firing with solid, granulated and dust-like fuels.
  • a combustion chamber 1 with grate firing arranged immediately behind the hot gas outlet completely lined hot gas cyclone 4 and a thermal oil boiler 6, in which a part of the produced in the combustion chamber 1 and in the H strictlygaszykon 4 purified hot gas via a bypass line 10a and initiated there to heat the Thermal oil is used.
  • the solid fuels via Switzerlandböden 19, classifier (not shown) and 19 trough chain conveyor 19a via a distribution or - as in this case - via a distribution screw 21 and two gate valves 22 two dosing / supply bunkers 23 supplied.
  • the fuel is metered via a total of six frequency-controlled screws 24 via a special fuel chute 29 in the form of a chute on a divided into two grate halves feed grate 2.
  • the infinitely operable, frequency-controlled screws 24 make it possible to control the combustion in the combustion chamber 1 not only via burners but also via the fuel feed to the grate 2.
  • the fuel chute 29 initially runs vertically and then passes the fuel through an oblique section directly to the grate 2. In the vertical section of the fuel falls in free fall down. In this area pneumatic horizontal slide 25 are arranged. Upon interruption of the furnace, boiler failure or failure of the screw 24 close the respective slide 25 - in the event of an interruption of the furnace or boiler failure and the slide 22 - abruptly. The fuel metering is thus separated from the combustion chamber 1 and best sealed to the outside.
  • a water injection 26 is provided, which is activated upon reaching a presettable temperature (for example 100 ° C) by opening a solenoid valve 26a, so that water can be finely atomized injected via a nozzle.
  • a presettable temperature for example 100 ° C
  • a solenoid valve 26a opening a solenoid valve 26a
  • the chute 29 is cooled and rendered inert. This may be necessary, for example, in the case of a heat backlog of clogging or burn-back.
  • the combustion chamber-side end of the chute 29 is bricked, so that no metallic parts, which could deform in the long term under the action of the radiant heat, protrude into the combustion chamber 1.
  • granulate or fibrous fuels can also be incinerated on the grate 2.
  • a storage silo 20 via its own discharge system (usually rotating discharge screw, slide frame, etc.) and a conveyor screw (not shown in detail) added to the trough chain conveyor 19a and so also on the feed chute on the feed grate. 2 given up.
  • a conveyor screw not shown in detail
  • Fig. 3 is the possibility to supply the fuel to a blowing furnace.
  • the resulting ash falls at the end of the feed grate 2 via a shaft in a wet-Entschlacker 27 and is conveyed from there into a Rostaschecontainer 28.
  • the ashes are drawn off dry by means of screws and conveyed via further screws in the Rostaschecontainer 28.
  • Dust-form fuels from dust silos are fed to a dust-dosing container and conveyed via dosing screws, feeder and conveying air to at least two tangentially arranged burners 3 for gas and dust-like fuels.
  • the fuel supply is in Fig. 3 not shown in detail.
  • the tangential arrangement of the burner 3 improves the mixing and thus significantly reduces the CO value in the hot gas.
  • the multifunctional burners 3 are arranged above a secondary air injection 18a, 18b, which will be explained in more detail below.
  • the burners 3 are started with gaseous fuel and can then be switched to a dusty fuel operation.
  • the combustion in the combustion chamber 1 can thereby be operated exclusively with dust-like fuel, without having to install its own gas-fired starting torch. It may be provided that at least one of the burners 3 can be operated both with high-grade pulverulent fuel (for example, dust from the dry chip preparation or grinding dust from the grinding of chipboard, etc.) and with inferior rod-shaped fuel (for example, from the extraction of a recycling wood preparation), so that the installation of its own Einblas85ung can be omitted. Due to the sole operation with the burners 3, a maximum amount of dust can be burned, so that accumulating dust peaks can thus be utilized in the best possible way. In addition, the burner 3 can be operated with minimal load to keep the system, for example, ready and hot.
  • high-grade pulverulent fuel for example, dust from the dry chip preparation or grinding dust from the grinding of chipboard, etc.
  • inferior rod-shaped fuel for example, from the extraction of a recycling wood preparation
  • Wood dust from the production of a wood processing plant is preferably used as fuel.
  • Another fuel for the heat supply in the solid fuel burning plant are the internal wood and production residues as well as bark and residual wood from the wood storage yard. Similarly, externally delivered untreated woods are burned.
  • the fresh air flow required for the combustion in the combustion chamber 1 is fed to the combustion chamber 1 via a primary air blower 16 and a secondary air blower 17.
  • the primary air is divided into several zones (windboxes) and flows in an ascending air flow in controlled amounts through the grate 2 and cools it.
  • the secondary air 18 is blown above the grate 2 via a plurality of front nozzles 18a and rear nozzles 18b.
  • the secondary air is used simultaneously as combustion air for the burner 3.
  • the negative pressure in the combustion chamber 1 is through the Trocknersaugzug (see. FIG. 2 ) and arranged behind the thermal oil boiler 6 arranged frequency-controlled induced draft 8, which subtracts the hot gas in the required amount on the bricked hot gas line 10.
  • the system is regulated in terms of fuel input and combustion air such that there is a constant negative pressure in the combustion chamber 1.
  • the hot gas power of the combustion chamber 1 is thus always oriented to the hot gas power requirement of the dryer. If a higher hot gas output is demanded by the dryer or the thermal oil boiler 6 (more amount of hot gas is withdrawn), the negative pressure in the combustion chamber 1 decreases and the power control promotes more fuel in combination with additional combustion air into the combustion chamber 1 and thereby increases the firing heat output.
  • the emerging from the combustion chamber hot gas flows, as well as in the schematic view of Fig. 2 It is preferably subjected to denitrification in a selective noncatalytic reduction reaction (SNCR).
  • SNCR selective noncatalytic reduction reaction
  • a suitable reducing agent in this case urea
  • An efficient denitrification is also promoted by the intensive mixing of the hot gas in the cyclone 4, so that the urea consumption and the ammonia slip can be minimized.
  • fly ash is separated up to a certain particle size (a grain with 50 ⁇ m is separated with about 50% probability).
  • the hot gas is strongly mixed in the cyclone 4 by the special cyclone flow, with a good burnout is achieved with afterburning of carbon monoxide.
  • the separated fly ash quantity in the cyclone 4 is fed via a double pendulum flap 14 and via a chute directly to a fly ash container 15 or the grate ash wet slagger 27 and discharged via this into the common ash container 28.
  • an emergency chimney 5 On the outlet spiral of the cyclone 4 an emergency chimney 5 is arranged, which is opened in an emergency shutdown of the system, the hot gases are withdrawn by the natural train of the chimney from the combustion chamber 1.
  • a pipe damage - cold air can also be sucked on the emergency chimney 5 after switching off the firing and thus the thermal oil boiler 6 effectively cooled.
  • the thermal oil boiler 6 comprises, instead of a known from the prior art air circulation system in the first flow stage, a water spray 35, with the first flow stage depending on the pollution (temperature rise) during operation of the impurities can be cleaned so as to maintain the original transmission coefficient.
  • the water spraying device 35 in the present case comprises a hose reel with a multi-hole nozzle at its free end, which descends with a longitudinal and rotating pendulum motion, the heat exchanger surface of the first flow stage and through the nozzle fine water jets are sprayed at high pressure on the contaminated pipe surfaces.
  • the fine water jets lead by thermal shock to chipping the adhesive and sometimes hard deposits, which boiler stoppages due to required cleaning work can be avoided.
  • soot blowers 40 are provided in a manner known per se from the prior art.
  • the two flow stages of the thermal oil boiler 6 are present and in contrast to Fig. 2 connected by a common ash funnel. About this, the ash can be removed via a double pendulum flap 14 in the closed fly ash container 15.
  • the cooled in the thermal oil boiler 6 hot gas is recycled via a control valve 11 and a return air duct 12 of the combustion chamber 1 to reduce the adiabatic combustion chamber temperature as cooling air. Only in exceptional cases and to regulate a certain hot gas temperature is the cooled hot gas flowing through the bricked hot gas line 10 hot gas main stream through the control valve 9 in the direction of the dryer (see. Fig. 2 ) mixed.
  • the fuel output is 38.59MW for a required 20MW target hot gas power and 16MW target thermal oil power.
  • a certain hot gas minimum temperature of, for example, 750 ° C 2.41MW cooled hot gas can be fed into the hot gas main stream, while 5.33MW are directly disposed of in the exhaust air purification system, such as a wet electrostatic precipitator 170.
  • the combustion air in this case is an exhaust air from a drying plant at 7.5 ° C and the introduced with the air volume heat output is 1.82MW over the primary air and 0.91MW via the secondary air.
  • the mixing temperature is only 533 ° C (in real terms, the heat losses are around 460 ° C). Accordingly, it would no longer be sensible to mix the dryer exhaust air with the hot gas and thus to operate the dryer efficiently in recirculation mode.
  • the fuel output is again only 34.41MW for 20MW nominal hot gas power and 16MW nominal thermal oil output, resulting in an efficiency increase of approx. 12%.
  • 2.41MW cooled hot gas can be passed into the main hot gas stream, while 5.33MW are recuperated to recover heat in the combustion chamber 1 for cooling.
  • the hot gas temperature would theoretically remain at 920 ° C, which is ideal for overall dryer efficiency. In reality, temperature losses in the hot gas due to heat losses, false air, etc., and the temperature will fall by up to about 100 ° C. It can be seen that it makes sense to return the hot gas amount of the thermal oil boiler 6 as 100% as possible back to the combustion chamber.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Heißgaserzeugung mit integrierter Erhitzung eines Wärmeträgermediums umfassend eine ausgemauerte Brennkammer (1) zur Heißgaserzeugung und einen in Strömungsrichtung des Heißgases hinter der Brennkammer (1) angeordneten und mit der Brennkammer (1) über eine Heißgasleitung (10) verbundenen Kessel (6) zur Erhitzung des Wärmeträgermediums. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Brennkammer (1) und dem Kessel (6) ein in die Heißgasleitung (10) integrierter ausgemauerter Heißgaszyklon (4) derart angeordnet ist, dass das aus der Brennkammer (1) ausströmende Heißgas vollständig durch den Heißgaszyklon (4) geleitet wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Heißgaserzeugung mit integrierter Erhitzung eines Wärmeträgermediums.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Heißgaserzeugung mit integrierter Erhitzung eines Närmeträgermediums umfassend eine ausgemauerte Brennkammer zur Heißgaserzeugung und einen in Strömungsrichtung des Heißgases hinter der Brennkammer angeordneten und mit der Brennkammer über eine Heißgasleitung verbundenen Kessel zur Erhitzung des Wärmeträgermediums. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Heißgaserzeugung mit integrierter Erhitzung eines Wärmeträgermediums. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Trocknungsvorrichtung zur Trocknung von Lignozellulose enthaltendem Material, insbesondere von Holz und/oder wiederzuverwertendem, holzhaltigem Material.
  • Heißgasbetriebene Trocknungsvorrichtungen, die beispielsweise in der holzverarbeitenden Industrie regelmäßig zur Trocknung partikelförmiger Stoffe, z.B. Späne, eingesetzt werden, sind aus dem Stand der Technik bekannt ( DE 20 2007 005 195 U1 ) Der Wärmeinhalt des Heißgases wird hierbei nicht nur zur Trocknung, sondern auch zur Erhitzung eines Wärmeträgermediums, beispielsweise Wasser, Dampf oder Thermalöl, eingesetzt, welches seinerseits in verschiedenen Produktionsprozessen, beispielsweise zur Beheizung von Heißpressen zum Pressen von Spanplatten, verwendet wird.
  • Eine aus der Praxis bekannte Vorrichtung zum Erzeugen von Heißgas für einen angeschlossenen Trockner mit integrierter Thermalölerhitzung umfasst eine vollständig ausgemauerte Brennkammer, in der das Heißgas über eine Vorschubrostfeuerung erzeugt wird. Das Heißgas wird aus der Brennkammer in eine vollständig ausgemauerte Heißgasleitung abgezogen, die sich unmittelbar nach der Brennkammer verzweigt. Der Hauptstrom des Heißgases wird sodann in einen Heißgaszyklon eingeleitet, wo im Heißgas noch befindliche Flugasche zum größten Teil abgeschieden wird. Aus dem Heißgaszyklon strömt der gereinigte Heißgasstrom in eine Mischkammer zur Einstellung der gewünschten Trockner-Eintrittstemperatur und von dort aus in den Trockner.
  • Der hinter der Brennkammer abgezweigte Teilstrom des Heißgases strömt in einen einen Strahlungswärmetauscher und einen Konvektionswärmetauscher aufweisenden Thermalölkessel, wo er ca. zwei Drittel seiner Wärmeenergie an das Thermalöl abgibt. Anschließend wird der abgekühlte Teilstrom vor der Mischkammer wieder in den im Heißgaszyklon gereinigten Hauptstrom eingeleitet und kühlt diesen ab.
  • Nachteilig an diesem System ist, dass der in den Thermalölkessel einströmende Teilgasstrom insbesondere bei der Verwendung minderwertiger Brennstoffe, wie Alt- oder Restholz, imprägniertem Holz oder Produktionsabfällen zu einer stetigen Verschmutzung des Thermalölkessels führt. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn infolge zunehmender Verschmutzung das Heißgastemperaturniveau im Thermalölkessel im Bereich des Strahlungswärmetauschers ansteigt, so dass die in dem in den Thermalölkessel eingeleiteten Teilgasstrom befindlichen Aschepartikel aufgrund ihrer bei Temperaturen > ca. 700°C flüssigen bzw. teigigen Konsistenz auf den Thermalöl-durchströmten Rohrbündeln des Konvektionswärmetauschers kondensieren. Auch eine teilweise Rückführung des aus dem Thermalölkessel austretenden abgekühlten Teilgasstroms in den Thermalölkessel zur Senkung des dort herrschenden Temperaturniveaus ist mit Nachteilen verbunden, da hierzu eine höhere Gebläseleistung erforderlich ist, und die höheren Heißgasmengen zu einer verstärkten Erosionsneigung im Konvektionswärmetauschers des Thermalölkessels führen.
  • Insgesamt führen die vorstehend beschriebenen Nachteile zu einer verringerten Anlagenverfügbarkeit, da in regelmäßigen Abständen Reinigungsarbeiten im Thermalölkessel durchgeführt werden müssen.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Heißgaserzeugung mit integrierter Erhitzung eines Wärmeträgermediums anzugeben, welche sich durch eine hohe Anlagenverfügbarkeit und einen gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen verbesserten Gesamtwirkungsgrad auszeichnet. Ferner sollen die Vorrichtung und das Verfahren eine hohe Betriebssicherheit und Langlebigkeit der eingesetzten Komponenten sicherstellen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung zur Heißgaserzeugung mit integrierter Erhitzung eines Wärmeträgermediums nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, dass zwischen der Brennkammer und dem Kessel wenigstens ein in die Heißgasleitung integrierter ausgemauerter Heißgaszyklon angeordnet ist, so dass das aus der Brennkammer ausströmende Heißgas vollständig durch den wenigstens einen Heißgaszyklon geleitet wird.
  • Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass durch vollständige Einleitung des aus der Brennkammer austretenden Heißgasstroms in den ausgemauerten Heißgaszyklon der gesamte Heißgasstrom von der mit dem Heißgas aus der Brennkammer strömenden Flugasche befreit wird. Dabei wird der Heißgasstrom zusätzlich stark durchmischt, wodurch ein guter Ausbrand erzielt wird. Wie Untersuchungen der Anmelderin ergeben haben, kommt es im Heißgaszyklon zusätzlich zu einer Nachverbrennung von kohlenmonoxid, so dass der Energiegehalt des in der Brennkammer verfeuerten Brennstoffes noch effizienter genutzt werden kann und das Heißgas einen verringerten Schadstoffgehalt aufweist.
  • Nach dem Ausströmen des gereinigten Heißgasstroms aus dem Heißgaszyklon, wird er vollständig oder teilweise in einen Kessel zur Erhitzung eines Wärmeträgermediums, beispielsweise Wasser, Dampf oder Thermalöl, geleitet. Infolge der effizienten Partikelabscheidung in dem in Strömungsrichtung des Heißgases vorgeordneten Heißgaszyklon besteht im Kessel nur noch eine geringe Verschmutzungsneigung, so dass ein Anlagenstillstand infolge eines erhöhten Reinigungsbedarfes im Thermalölkessel reduziert und somit die Anlagenverfügbarkeit insgesamt erhöht ist.
  • Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Strömungsrichtung des Heißgases hinter dem Heißgaszyklon eine Bypassleitung von der Heißgasleitung abzweigt, so dass der Heißgasstrom nach Austritt aus dem Heißgaszyklon in einen ersten und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt wird, wobei der zweite Teilstrom über die Bypassleitung in den Kessel zur Erhitzung des Wärmeträgermediums eingeleitet wird. Durch diese Aufteilung des Heißgasstromes in einen ersten und einen zweiten Teilstrom ist es möglich, den ersten Teilgasstrom als Hauptstrom unmittelbar einer entsprechenden Verwendung zuzuführen, beispielsweise in einen Trockner einzuleiten, während der zweite Teilstrom zur Erhitzung des Wärmeträgermediums in dem Kessel abgezweigt wird. Der jeweilige Volumenstrom des ersten und zweiten Teilsstroms lässt sich in an sich bekannter Weise durch Einstellung eines entsprechenden Saugzuges bzw. durch Regelklappen einstellen. Mithilfe dieser besonders bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, mit lediglich einem Heißgaszyklon den gesamten Heißgasstrom auch dann zu reinigen, wenn der Heißgasstrom in der Vorrichtung aufgeteilt wird, um einerseits ein Wärmeträgermedium in dem Kessel zu erhitzen und andererseits Heißgas unmittelbar einer Anwendung, beispielsweise der Beheizung einer Trocknungsvorrichtung, zuzuführen.
  • Alternativ können nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein erster und ein zweiter Heißgaszyklon vorgesehen sein. Dabei zweigt wiederum eine Bypassleitung von der Heißgasleitung ab, so dass der Heißgasstrom in einen ersten und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt wird, wobei wiederum der zweite Teilstrom über die Bypassleitung in den Kessel zur Erhitzung des Wärmeträgermediums eingeleitet wird. Bei dieser Ausgestaltung ist der erste Heißgaszyklon in Strömungsrichtung des Heißgases hinter der Abzweigung der Bypassleitung in der Heißgasleitung angeordnet, während der zweite Heißgaszyklon in der Bypassleitung in Strömungsrichtung des Heißgases vor dem Kessel zur Erhitzung des Wärmeträgermediums angeordnet ist. Hierdurch ist wiederum sichergestellt, dass der gesamte Heißgasstrom und insbesondere der zum Kessel abgezweigte Teilstrom in einem Heißgaszyklon gereinigt wird.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Ausgang des Kessels und die Brennkammer gasleitend miteinander verbunden, so dass der aus dem Kessel austretende abgekühlte zweite Teilstrom zumindest teilweise, insbesondere vollständig, als Kühlgasstrom in die Brennkammer zurückführbar ist. Durch eine Rückführung des im Kessel abgekühlten zweiten Teilstroms wird die Brennkammertemperatur reduziert und es braucht weniger Kühlluft zugeführt werden. Dadurch wird die Leistung der Frischluftgebläse reduziert und die Anlage arbeitet mit geringerem Luftüberschuss. Ein geringerer Luftüberschuss wiederum hat zur Folge, dass weniger Frischluft in das System gefördert wird und dadurch die Komponenten, wie Gebläse, Luftleitungen, Klappen usw., kleiner ausgeführt werden können. Ein geringerer Luftüberschuss bedeutet auch einen niedrigeren O2-Gehalt und damit eine günstigere Umrechnung bei Emissionsmessungen auf einen höheren Oz-Bezugsgehalt. Gleichzeitig kann eine Wiedereinleitung des im Kessel abgekühlten zweiten Teilstroms in den durch die Heißgasleitung strömenden ersten Teilstrom entfallen, so dass dieser auf einem sehr hohen Temperaturniveau verbleibt und somit für verschiedenste Anwendungen, beispielsweise zur Trocknung effizienter genutzt werden kann.
  • Ferner kann der Ausgang des Kessels auch mit der Heißgasleitung gasleitend verbunden sein, so dass der aus dem Kessel austretende abgekühlte zweite Teilstrom zumindest zeitweise zur Regelung der Heißgastemperatur im ersten Teilstrom diesem zumischbar ist.
  • Um den Schadstoffgehalt im Heißgas zu reduzieren, kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Vorrichtung Mittel zur Entstickung des Heißgases aufweist. Die Entstickung kann beispielsweise durch selektive nicht-katalytische Reduktion (SNCR) erfolgen. Hierzu kann in der Heißgasleitung wenigstens eine Düse zur Einleitung eines Reduktionsmittels, insbesondere von Harnstoff, vorgesehen sein. Bevorzugt ist die wenigstens eine Düse im tangentialen Einströmkanal des Heißgaszyklons angeordnet, da dort die für eine effiziente Entstickung des Heißgases erforderliche Temperatur herrscht. Eine effiziente Entstickung wird auch durch die intensive Durchmischung des Heißgases im Zyklon gefördert, so dass der Harnstoffverbrauch und der Ammoniak-Schlupf minimiert werden können.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Kessel zur Erhitzung des Wärmeträgermediums eine erste Strömungsstufe mit einem Strahlungswärmetauscher und eine zweite Strömungsstufe mit einem Konvektionswärmetauscher auf, wobei die erste Strömungsstufe von dem Heißgasstrom in Abwärtsrichtung durchströmbar ist und wobei die zweite Strömungsstufe anschließend von dem Heißgasstrom in Aufwärtsrichtung durchströmbar ist. Bei einer derartigen Auslegung des Kessels erfolgt die Wärmeübertragung an das Wärmeträgermedium im ersten Strömungsabschnitt bei noch sehr hohen Heißgastemperaturen entsprechend insbesondere durch Wärmestrahlung, während nach bereits teilweise erfolgter Abkühlung die Wärmeübertragung in der zweiten Strömungsstufe insbesondere durch Konvektion erfolgt.
  • Um eine Verunreinigung des Kessels durch im Heißgas noch vorhandene Partikelreste zu minimieren, kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Kessel Mittel zum Einsprühen einer Reinigungsfluids, insbesondere von Wasser, aufweist. Durch ein solches Einsprühen eines Reinigungsfluids kann eine regelmäßige Reinigung des Kessels während des Betriebs der Vorrichtung erfolgen. Weist der Kessel in der vorstehend genannten Weise eine erste und eine zweite Strömungsstufe auf, so sind die Mittel zum Einsprühen einer Reinigungsfluids bevorzugt als wenigstens eine in der ersten Strömungsstufe des Kessels angeordnete Düse ausgebildet. Mithilfe dieser Düse kann das Reinigungsfluid mit hohem Druck in den ersten Strömungsabschnitt des Kessels eingedüst werden, wobei die Düse derart ausgebildet sein kann, dass sie eine Pendelbewegung ausführt, um so die gesamte Wärmetauscherfläche in der ersten Strömungsstufe mit dem Reinigungsfluid zu beaufschlagen. Das fein eingedüste Reinigungsfluid führt durch Wärmeschock zum Abplatzen anhaftender und teilweise harter Ablagerungen, wodurch Kesselstillstände vermieden werden können. Ferner kann hierdurch im ersten Strömungsabschnitt ein unerwünschter Temperaturanstieg über 700°C vermieden werden, so dass es nicht mehr zu einer Auskondensation flüssiger bzw. teigiger Aschepartikel im Kessel kommt.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Brennkammer der Vorrichtung eine Rostfeuerung, insbesondere eine Wanderrostfeuerung, wobei fester, granular- oder faserförmiger Brennstoff auf dem von einem aufsteigenden Primärluftstrom durchströmten Rost durch die Brennkammer verbrannt wird. Das Verbrennungsprodukt ist das Heißgas welches die Brennkammer durchströmt.
  • Die kontinuierliche Aufgabe des Brennstoffes auf den Rost kann dabei mittels Förderschnecke und einer Schurre in Form einer Rutsche erfolgen, wobei die Schurre mittels einer Wassereindüsung kühlbar ausgebildet ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Schurre im Falle eines Wärmerückstaus, einer Verstopfung oder eines Rückbrandes durch Kühlung und Inertisierung geschützt wird. Ferner ist das in die Brennkammer ragende Ende der Schurre bevorzugt ausgemauert, so dass hier nicht die Gefahr einer Verformung in Folge zu hoher thermischer Beanspruchung besteht.
  • Neben einer Rostfeuerung können in der Brennkammer ferner wenigstens ein radial ausgerichteter oder wenigstens zwei tangential angeordnete Brenner zur Verbrennung von gas- und staubförmigem Brennstoff vorgesehen sein. Aufgrund der Leistungsfähigkeit eines solchen Brenners kann dieser zur Heißgaserzeugung in Kombination mit einer Rostfeuerung oder auch alleine betrieben werden. Durch die tangentiale zweier oder mehrerer Brenner Anordnung wird eine bessere Gasdurchmischung in der Brennkammer erreicht, wodurch sich der Kohlenmonoxidgehalt im Heißgas durch eine Nachverbrennung desselben signifikant reduzieren lässt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Trocknungsvorrichtung zum Trocknen insbesondere von Holzprodukten und/oder -abfällen mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das aus dem Heißgaszyklon ausströmende Heißgas zumindest teilweise in einen Trockner zur Trocknung insbesondere von gehacktem Holz, Sägespänen, Hobelspänen, Holzfasern, Tierfutter, Getreide und dgl. eingeleitet wird. Für die Vorteile dieser Trocknungsvorrichtung gilt das vorstehend Gesagte entsprechend.
  • Die eingangs erwähnte Aufgabe wird verfahrensmäßig mit einem Verfahren zur Heißgaserzeugung mit integrierter Erhitzung eines Märmeträgermediums nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 14 dadurch gelöst, dass der aus der Brennkammer austretende Heißgasstrom vor Eintritt in den Kessel vollständig durch wenigstens einen ausgemauerten Heißgaszyklon geleitet wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit begrenztem anlagentechnischem Aufwand und hoher Betriebssicherheit durchgeführt werden, wobei durch eine reduzierte Verunreinigung infolge der Reinigung des gesamten Heißgasstroms im Heißgaszyklon durch Abscheidung von Flugasche eine höhere Lebensdauer der Anlagenkomponenten gewährleistet ist. Zu den weiteren Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wiederum auf das Vorstehende verwiesen.
  • Nach einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens wird der Heißgasstrom nach Austritt aus dem Heißgaszyklon in einen ersten und in einen zweiten Teilstrom aufgeteilt, wobei der zweite Teilstrom über eine Bypassleitung in den Kessel zur Erhitzung des Wärmeträgermediums geleitet wird.
  • Nach einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können ein erster und ein zweiter Heißgaszyklon vorgesehen sein. Dabei wird der Heißgasstrom wiederum in einen ersten und in einen zweiten Teilstrom aufgeteilt, wobei wiederum der zweite Teilstrom über die Bypassleitung in den Kessel zur Erhitzung des Wärmeträgermediums eingeleitet wird. Bei dieser Ausgestaltung wird der erste Teilstrom in dem in Strömungsrichtung des Heißgases hinter der Abzweigung der Bypassleitung in der Heißgasleitung angeordneten ersten Heißgaszyklon gereinigt, während der zweite Teilstrom in dem in der Bypassleitung in Strömungsrichtung des Heißgases vor dem Kessel zur Erhitzung des Wärmeträgermediums angeordneten zweiten Heißgaszyklon gereinigt wird. Hierdurch ist wiederum eine vollständige Reinigung des Heißgasstromes, insbesondere des abgezweigten zweiten Teilstromes sichergestellt.
  • Der erste Teilstrom kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens in eine Trocknungsvorrichtung eingeleitet werden, während der aus dem Kessel austretende abgekühlte zweite Teilstrom bevorzugt zumindest teilweise, insbesondere vollständig, als Kühlgasstrom in die Brennkammer zurückgeführt wird.
  • Zur Einstellung einer bestimmten Heißgastemperatur im ersten Teilstrom kann es in Ausnahmefällen zudem erforderlich sein, dass der aus dem Kessel austretende abgekühlte zweite Teilstrom zumindest zeitweise zur Regelung der Heißgastemperatur im ersten Teilstrom diesem zugemischt wird.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann der Kessel im Betrieb zumindest zeitweise durch Einsprühen eines Reinigungsfluids, insbesondere Wasser, gereinigt werden. Hierdurch kann die Ansatzbildung durch im Heißgasstrom noch befindliche Flugasche bereits in Betrieb wirksam unterdrückt werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Brennstoffeintrag und die damit gekoppelte Zuführung von Verbrennungsluft in die Brennkammer derart geregelt, dass in der Brennkammer ein konstanter Unterdruck vorliegt. Dies bedeutet, dass sich die Feuerungsleistung der Brennkammer nach dem Heißgas-Leistungsbedarf der jeweils nachgeschalteten Anwendung, beispielsweise eines Trockners und/oder des Kessels zur Erhitzung des Wärmeträgermediums, orientiert. Wird eine größere Heißgasmenge abgezogen und besteht somit ein größerer Bedarf an Heißgasleistung, sinkt der Unterdruck in der Brennkammer und die Leistungsregelung fördert mehr Brennstoff in die Brennkammer verbunden mit einem entsprechend erhöhten Luftvolumenstrom, wodurch insgesamt die Feuerungswärmeleistung in der gewünschten Weise ansteigt.
  • Bevorzugt erfolgt die Regelung des Brennstoffeintrags dabei stufenlos mittels frequenzgeregelter Schnecken.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine erste aus dem Stand der Technik bekannte Trocknungsanlage mit einer Vorrichtung zur Heißgaserzeugung mit integriertem Thermalölkessel und nachgeschaltetem Trockner in stark schematisierter Ansicht,
    Fig. 2
    eine zweite Trocknungsanlage mit einer Vorrichtung zur Heißgaserzeugung mit integriertem Thermalölkessel und nachgeschaltetem Trockner in stark schematisierter Ansicht und
    Fig. 3
    die Vorrichtung zur Heißgaserzeugung mit integriertem Thermalölkessel der Anlage aus Figur 2 in einer detaillierten Darstellung.
  • In Fig. 1 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Trocknungsanlage mit einer Vorrichtung zur Heißgaserzeugung mit integriertem Thermalölkessel und nachgeschalteten Trockner in stark schematisierter Ansicht dargestellt. Trocknungsanlagen dieser Art dienen beispielsweise der Trocknung von gehacktem Holz, Sägespänen, Hobelspänen, Holzfasern, Tierfutter, Getreide etc.. Mit dem getrockneten Gut können dann Span-, Faser-, OSB-Platten, Holz-Pellets, Getreide-Kraftfutter-Pellets etc. hergestellt werden. Der durch das Heißgas erhitzte Wärmeträger, vorliegend Thermalöl, wird für verschiedene Prozesse benötigt, beispielsweise zum Pressen von Span-, Faser- oder OSB-Platten, für das Trocknen von imprägniertem Papier und Aufpressen desselben auf Trägerplatten, für Heizzwecke etc..
  • Die Vorrichtung zur Heißgaserzeugung der Anlage der Fig. 1 ist mit einer vollständig ausgemauerten Brennkammer 100 ausgeführt. Diese wiederum umfasst eine Vorschubrostfeuerung 101, kann jedoch als primäre Feuerung auch eine WanderRostfeuerung, Wirbelschichtfeuerung, Kohle-, Gas-, Öl-, Staubfeuerung etc. aufweisen. Über eine Aufgabeeinheit 102 wird fester oder granulatförmiger Brennstoff auf den Rost aufgegeben und durch Zufuhr von Primärluft 103 unterhalb des Rostes und von Sekundärluft 104 oberhalb des Rostes verbrannt, wobei die verschiedenen Verbrennungsphasen von Trocknung, Erwärmung, Vergasung und Verbrennung entlang der Vorschubrichtung des Rostes 101a ablaufen. Die Asche des verbrannten Brennstoffes fällt am Ende des Rostes in einen Nass-Entschlacker 160, der die nasse Asche in einen außerhalb des Kesselhauses stehenden Rostaschecontainer 161 fördert.
  • Zum Anfahren der Anlage befinden sich knapp oberhalb des Rostes 101a eine oder mehrere Einblasfeuerungen 105 für faserige und staubförmige Abfälle die mit einer Gasstützflamme ausgestattet sind und so den Bereich der Brennstoffaufgabe auf Zündtemperatur bringen. In der Regel befindet sich ein weiterer größerer Gas/Staub-Kombibrenner 106 am oberen Ende der Brennkammer, wobei dieser dann nicht für das Anfahren der Anlage, sondern nur für die alleinige Verbrennung bzw. Verwertung von angefallenem feinem Holzstaub genutzt werden kann. Die Gas/Staub-Kombibrenner 106 können parallel zur Rostfeuerung 101 betrieben werden; deren Leistung richtet sich nach dem verfügbaren Staubangebot.
  • Das in der ausgemauerten Brennkammer 100 erzeugte Heißgas, das aufgrund der hohen Verbrennungstemperatur von ca. 940°C einen hohen Stickoxidanteil (thermisches NOx) aufweist, wird über eine bevorzugt ebenfalls vollständig ausgemauerte Heißgasleitung 107 in einen Heißgaszyklon 108 eingeleitet, wo es von partikelförmigen Verunreinigungen größtenteils gereinigt wird. Anschließend wird es einer externen Mischkammer 130 und schließlich dem Trockner 140, zugeführt.
  • Eine gewisse Menge der Heißgase strömt über einen Bypass-Strang 109 in einen separaten Thermalölkessel 110. Der Thermalölkessel 110 umfasst vorliegend eine erste Strömungsstufe, in welcher das Heißgas abwärts strömt (Abwärtsteil) und einen Teil seiner Wärmeenergie in einem Strahlungwärmetauscher 110a insbesondere über Strahlung an das durch die Rohre des ersten Wärmetauschers 110a strömende Thermalöl abgibt. In der zweiten Strömungsstufe strömt das bereits teilweise abgekühlte Heißgas wieder aufwärts (Aufwärtsteil) und gibt bei niedrigeren Temperaturen weitere Wärmeenergie in einem Konvektionswärmetauscher 110b insbesondere über Konvektion an das Thermalöl ab. Im Strahlungswärmetauscher 110a der ersten Stufe werden die Heißgase auf eine Temperatur < 700°C abgekühlt, bevor sie in den Konvektionswärmetauscher 110b der zweiten Stufe überströmen.
  • Die Umlenkung zwischen Strahlungs- und Konvektionswärmetauscher 110a, 110b ist vorliegend als ein großer gemeinsamer (oder alternativ) als zwei getrennte Trichter ausgebildet, wo sich der gröbere Ascheanteil im Heißgas aufgrund der Schwerkraft absetzen kann und über Doppelpendelklappe, Zellenrad, Schnecke etc. (jeweils nicht dargestellt) abgeführt und im Aschecontainer 161 gesammelt wird.
  • Beim Durchströmen des Thermalölkessels 110 kühlt sich das Heißgas ab und überträgt die Wärme an das Wärmeträgermedium, vorliegend Thermalöl. Dieses wird dabei beispielsweise von 255°C auf 280°C erwärmt. Das auf ca. 350°C abgekühlte Heißgas wird über einen Saugzug 113 in eine Leitung 112 abgezogen und über eine Regel-Klappe 114 und eine Leitung 115 zurück zum Heißgashauptstrom geführt und kühlt diesen.
  • Der Heißgashauptstrom seinerseits wird einer Mischkammer 130 zugeführt, in der das Heißgas mit kalter Luft bzw. mit Trocknerumluft/Trocknerabluft auf die notwendige Heißgastemperatur vor Eintritt in den Trockner 140 geregelt wird.
  • Bei der Trocknungsanlage der Fig. 1 hat sich gezeigt, dass bei qualitativ minderwertigen Brennstoffen wie Alt- und Restholz, imprägniertem Holz, Produktionsabfällen etc. die Verschmutzung des Strahlungs-Wärmetauschers 110a stark ansteigt, woraus aufgrund eines verschlechterten Wärmeübergangs ein Anstieg der Austrittstemperatur resultiert, wodurch wiederum der gewünschte Temperaturwert von ca. 700°C deutlich überschritten wird. Hierdurch sind die Aschepartikel noch nicht festkörnig, sondern flüssig bzw. teigig, was zu einer Auskondensation auf den kalten Rohren des Konvektions-Wärmetauschers 110b der zweiten Stufe führt und dessen Verschmutzung erhöht. Auch mit sogenannten Rußbläsern können die Verschmutzungen nach einer gewissen Betriebszeit nicht mehr entfernt werden, wodurch es zu einer starken Einschränkung der Wärmeübergangsleistung und im Extremfall zum kompletten Zuwachsen von ganzen Konvektionsrohrbündeln kommt. Im Falle des Einsatzes von Rußbläsern muss deren Einsatzintervall stetig verkürzt werden. Hierbei müssen die Rohre mit hohem Luftdruck beaufschlagt werden, was zudem die Erosionsneigung stark erhöht.
  • Zur Vermeidung dieser nachteiligen Auswirkung ist bei einigen Anlagenkonzepten die Rückführung von abgekühltem Heißgas über eine Leitung 116 mit einer Regelklappe 117 vorgesehen, um so eine Temperatur von < 700°C vor dem Konvektions-Wärmetauscher 110b sicherzustellen. Dies erfordert in nachteiliger Weise jedoch eine höhere Gebläseleistung, wobei die hieraus resultierenden erhöhten Rauchgasmengen im Konvektions-Wärmetauscher auch höhere Erosionen bewirken.
  • Schließlich führt die Einleitung des abgekühlten Heißgases aus dem Thermalölkessel 110 in den im Heißgaszyklon 108 gereinigten Heißgasstrom zu einer Senkung des Temperaturniveaus im Heißgas und in der Folge zu einer unerwünschten Senkung des Trocknerwirkungsgrades, weil mit der Einleitung des abgekühlten Heißgases in den gereinigten Heißgasstrom der Nachteil verbunden ist, dass weniger Trocknerumluft eingesetzt werden kann und somit mehr Abluft entsteht, die einer Abluft-Reinigungsanlage 170 zuzuführen ist. Mehr Abluft bedeutet mehr Abwärme und damit einen schlechteren energetischen Trocknerwirkungsgrad.
  • In Fig. 2 ist nun eine zweite gegenüber der Anlage der Fig. 1 verbesserte Trocknungsanlage mit einer Vorrichtung zur Heißgaserzeugung mit integriertem Thermalölkessel und nachgeschaltetem Trockner in stark schematisierter Ansicht dargestellt. Die Anlage umfasst wiederum eine eine Vorschubrostfeuerung 2 aufweisende Brennkammer 1 sowie einen Kessel 6 zur Erhitzung eines Wärmeträgermediums, vorliegend wiederum Thermalöl. Die Anlage der Fig. 2 zeichnet sich dadurch aus, dass der gesamte Heißgasstrom nach dem Ausströmen aus der Brennkammer 1 in einen ausgemauerten Heißgaszyklon 4 eingeleitet wird, wodurch er entsprechend nahezu vollständig von der mit dem Heißgas aus der Brennkammer strömenden Flugasche befreit wird. Im Heißgaszyklon 4 kommt es zudem zu einer starken Durchmischung des Heißgases, was zu einem verbesserten Ausbrand und insbesondere zu einer Nachverbrennung von Kohlenmonoxid führt.
  • Wie in Fig. 2 erkennbar, zweigt in Strömungsrichtung des Heißgases hinter dem Heißgaszyklon 4 eine Bypassleitung 10a von der Heißgasleitung 10 ab, so dass der Heißgasstrom nach Austritt aus dem Heißgaszyklon 4 in einen ersten und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt wird, wobei der zweite Teilstrom über die Bypassleitung 10a in einen Kessel 6 zur Erhitzung des Thermalöls eingeleitet wird. Der Kessel 6 ist dabei in zu der Anlage der Fig. 1 vergleichbarer Weise ausgelegt und umfasst eine erste Strömungsstufe mit einem Strahlungswärmetauscher 6a und eine zweite Strömungsstufe mit einem Konvektionswärmetauscher 6b. Wie ferner erkennbar, ist der Ausgang des Kessels 6 mit der Brennkammer 1 über eine Heißgasleitung 12 verbunden, so dass der aus dem Kessel austretende abgekühlte Heißgasstrom als Kühlgasstrom in die Brennkammer 1 zurückgeführt werden kann. Hierdurch kann die Brennkammertemperatur, die bei stöchiometrischer Verbrennung und trockenem Brennstoff bei Annahme eines adiabaten Verbrennungsprozesses mehr als 2000°C betrüge, effektiv auf beispielsweise < 940°C begrenzt werden, ohne dass die Verbrennung mit einem hohen Luftüberschuss erfolgen muss. Zur Einstellung einer gewünschten Heißgastemperatur kann im Ausnahmefall das abgekühlte Heißgas dem durch die Heißgasleitung 10 strömenden Heißgashauptstrom über die Regelklappe 9 vor dem Einströmen in die Mischkammer 130 zugemischt werden. Ebenso kann ein Teil des abgekühlten Heißgases über die Regelklappe 13 der Abluft-Reinigungsanlage zugeführt werden.
  • In Fig. 3 ist die Trocknungsanlage der Fig. 2 in einer detaillierteren Schemazeichnung dargestellt, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit Mischkammer, Trockner und das Abluft-/Filtersystem nicht dargestellt sind. Die Trocknungsanlage ist wiederum für die Befeuerung mit festen-, granulat- und staubförmigen Brennstoffen ausgelegt. Als zentrale Anlagenkomponenten weist die Anlage der Fig. 3 entsprechend wiederum eine Brennkammer 1 mit Rostfeuerung, einen unmittelbar hinter dem Heißgasauslass angeordneten vollständig ausgemauerten Heißgaszyklon 4 sowie einen Thermalölkessel 6 auf, in welchen ein Teil des in der Brennkammer 1 produzierten und im Heißgaszykon 4 gereinigten Heißgases über eine Bypassleitung 10a eingeleitet und dort zur Erhitzung des Thermalöls verwendet wird.
  • Zur Brennstoffaufgabe in die Brennkammer 1 werden die festen Brennstoffe über Zugböden 19, Sichter (nicht dargestellt) und Trogkettenförderer 19a über eine Verteilklappe oder - wie vorliegend - über eine Verteilschnecke 21 und zwei Absperrschieber 22 zwei Dosier-/Vorlagebunkern 23 zugeführt. Von diesen wird der Brennstoff über insgesamt sechs frequenzgeregelte Schnecken 24 über eine spezielle Brennstoff-Schurre 29 in Form einer Rutsche auf einen in zwei Rosthälften geteilten Vorschubrost 2 dosiert aufgegeben. Die stufenlos betreibbaren, frequenzgeregelten Schnecken 24 ermöglichen die Regelung der Verbrennung in der Brennkammer 1 nicht nur über Brenner, sondern auch über die Brennstoffaufgabe auf den Rost 2. Wie in Fig. 3 erkennbar, verläuft die Brennstoffschurre 29 zunächst vertikal und leitet den Brennstoff anschließend über einen schrägen Abschnitt direkt auf den Rost 2. Im vertikalen Abschnitt fällt der Brennstoff im freien Fall nach unten. In diesem Bereich sind pneumatische horizontale Schieber 25 angeordnet. Bei Unterbrechung der Feuerung, Kesselausfall oder Ausfall der Schnecken 24 schließen die jeweiligen Schieber 25 - im Falle einer Unterbrechung der Feuerung oder bei Kesselausfall auch die Schieber 22 - schlagartig. Die Brennstoffdosierung ist somit von der Brennkammer 1 getrennt und bestmöglich nach außen hin abgedichtet.
  • An der Brennstoffschurre 29 ist eine Wassereindüsung 26 vorgesehen, welche bei Erreichen einer voreinstellbaren Temperatur (beispielsweise 100°C) durch Öffnen eines Magnetventils 26a aktiviert wird, so dass Wasser fein zerstäubt über eine Düse eingespritzt werden kann. Hierdurch wird die Schurre 29 gekühlt und inertisiert. Dies kann beispielsweise im Falle eines Wärmerückstaus einer Verstopfung oder eines Rückbrandes erforderlich sein. Das brennkammerseitige Ende der Schurre 29 ist ausgemauert, so dass keine metallischen Teile, welche sich auf Dauer unter Einwirkung der Strahlungshitze verformen könnten, in die Brennkammer 1 ragen. Mit Ausnahme dieses diskontinuierlichen Wasserverbrauches durch Wassereinspritzung und für die weiter unten noch erläuterte Wassersprüheinrichtung 35 im Thermalölkessel hat die Anlage keinen Wasser- bzw. Kühlwasserbedarf.
  • Neben festen Brennstoffen können auf dem Rost 2 auch granulat- oder faserförmige Brennstoffe (Recycling) verbrannt werden. Diese werden im Betrieb der Brennkammer 1 von einem Speichersilo 20 über ein eigenes Austragsystem (meist rotierende Austragschnecke, Gleitrahmen, etc.) und eine Förder-Schnecke (nicht im Einzelnen dargestellt) dem Trogkettenförderer 19a zugemischt und so ebenfalls über den Aufgabeschacht auf den Vorschubrost 2 aufgegeben. Nicht dargestellt in Fig. 3 ist die Möglichkeit, den Brennstoff einer Einblasfeuerung zuzuführen.
  • In der Brennkammer 1 fällt die entstehende Asche am Ende des Vorschubrostes 2 über einen Schacht in einen Nass-Entschlacker 27 und wird von dort in einen Rostaschecontainer 28 gefördert. Im Falle einer Wanderrostfeuerung wird die Asche trocken mittels Schnecken abgezogen und über weitere Schnecken in den Rostaschecontainer 28 gefördert.
  • Bei der Anlage der Fig. 3 werden staubförmigen Brennstoffe aus Staubsilos einem Staub-Dosier-Behälter zugeführt und über Dosierschnecken, Zellenrad und Förderluft zu mindestens zwei tangential angeordneten Brennern 3 für gas- und staubförmige Brennstoffe gefördert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Brennstoffzuführung in Fig. 3 nicht im Einzelnen dargestellt. Die tangentiale Anordnung der Brenner 3 verbessert die Durchmischung und reduziert damit ganz wesentlich den CO-Wert im Heißgas. Die multifunktionalen Brenner 3 sind oberhalb einer Sekundärlufteinblasung 18a, 18b angeordnet, die weiter unten noch im Detail erläutert wird. Die Brenner 3 werden mit gasförmigem Brennstoff gestartet und können dann auf einen Betrieb mit staubförmigem Brennstoff umgeschaltet werden. Die Verbrennung in der Brennkammer 1 kann hierdurch ausschließlich mit staubförmigem Brennstoff betrieben werden, ohne dass eigene gasgefeuerte Anfahrbrenner installiert werden müssen. Es kann dabei vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Brenner 3 sowohl mit hochwertigem staubförmigem Brennstoff (beispielsweise Siebstaub aus der Trockenspanaufbereitung oder Schleifstaub vom Abschliff von Spanplatten etc.) als auch mit minderwertigem stabförmigem Brennstoff (beispielsweise aus der Absaugung einer Recyclingholzaufbereitung) betrieben werden kann, so dass die Installation einer eigenen Einblasfeuerung entfallen kann. Durch den alleinigen Betrieb mit den Brennern 3 kann eine maximale Staubmenge verbrannt werden, wodurch anfallende Staubmengenspitzen damit bestmöglich verwertet werden können. Zudem können die Brenner 3 mit minimaler Last betrieben werden, um die Anlage beispielsweise betriebsbereit und heiß zu halten.
  • Bevorzugt wird Holzstaub aus der Produktion eines holzverarbeitenden Betriebs als Brennstoff eingesetzt. Ein weiterer Brennstoff für die Wärmeversorgung in der Feststofffeuerungsanlage sind die innerbetrieblich anfallenden Holz- und Produktionsreste sowie Rinden und Resthölzer vom Holzlagerplatz. Ebenso werden extern angelieferte unbehandelte Hölzer verbrannt.
  • Der für die Verbrennung in der Brennkammer 1 benötigte Frischluftstrom wird über ein Primärluftgebläse 16 und ein Sekundärluftgebläse 17 der Brennkammer 1 zugeführt. Die Primärluft wird in mehrere Zonen (Windboxen) aufgeteilt und strömt in einem aufsteigenden Luftstrom in geregelten Mengen durch den Rost 2 und kühlt diesen dabei. Die Sekundärluft 18 wird oberhalb des Rostes 2 über mehrere vordere Düsen 18a und hintere Düsen 18b eingeblasen. Die Sekundärluft wird dabei gleichzeitig als Verbrennungsluft für die Brenner 3 verwendet. Die Brenner 3 ihrerseits weisen eine eigene vollautomatische Luftregelung auf, wobei die zugeführte Luft in Primär-, Sekundär- und teilweise Tertiär-Luft aufgeteilt ist.
  • Der Unterdruck in der Brennkammer 1 wird durch den Trocknersaugzug (vgl. Figur 2) und einen hinter dem Thermalölkessel 6 angeordneten frequenzgeregelten Saugzug 8 gewährleistet, der das Heissgas in der benötigten Menge über die ausgemauerte Heißgasleitung 10 abzieht. Die Anlage ist bezüglich Brennstoffeintrag und Verbrennungsluft derart geregelt, dass sich in der Brennkammer 1 ein konstanter Unterdruck ergibt. Die Heißgasleistung der Brennkammer 1 orientiert sich somit stets an dem Heissgasleistungsbedarf des Trockners. Wird durch den Trockner oder den Thermalölkessel 6 eine höhere Heissgasleistung nachgefragt (mehr Heissgas-Menge wird abgezogen), so sinkt der Unterdruck in der Brennkammer 1 und die Leistungsregelung fördert mehr Brennstoff in Kombination mit zusätzlicher Verbrennungsluft in die Brennkammer 1 und erhöht dadurch die Feuerungswärmeleistung.
  • Das aus der Brennkammer austretende Heißgas strömt, wie auch in der schematisierten Ansicht der Fig. 2 dargestellt, vollständig in den ausgemauerten Heißgaszyklon 4. Dabei wird es bevorzugt in einer selektiven nichtkatalytischen Reduktionsreaktion (SNCR) einer Entstickung unterzogen. Im Einzelnen wird über eine Mehrzahl von im tangentialen Einströmkanal des Zyklons 4 angeordnete Düsen 30 ein geeignetes Reduktionsmittel, vorliegend Harnstoff, in das Heißgas eingedüst, da hier die für eine effiziente Entstickung des Heißgases erforderliche Temperatur herrscht. Eine effiziente Entstickung wird auch durch die intensive Durchmischung des Heißgases im Zyklon 4 gefördert, so dass der Harnstoffverbrauch und der Ammoniak-Schlupf minimiert werden können.
  • Im Heißgaszyklon 4 wird Flugasche bis zu einer bestimmten Korngröße (ein Korn mit 50µm wird mit ca. 50%iger Wahrscheinlichkeit separiert) abgeschieden. Das Heißgas wird im Zyklon 4 durch die spezielle Zyklonströmung stark durchmischt, wobei ein guter Ausbrand unter Nachverbrennung von Kohlenmonoxid erreicht wird. Die im Zyklon 4 abgeschiedene Flugaschemenge wird über eine Doppelpendelklappe 14 und über einen Fallschacht direkt einem Flugaschecontainer 15 oder dem Rostasche-Nassentschlacker 27 zugeführt und über diesen in den gemeinsamen Aschecontainer 28 abgeführt.
  • Auf der Austrittsspirale des Zyklons 4 ist ein Notkamin 5 angeordnet, der bei einem notfallmäßigen Abschalten der Anlage geöffnet wird, wobei die Heißgase durch den natürlichen Zug des Kamines aus der Brennkammer 1 abgezogen werden. Bei Funktionsstörungen im Thermalölkessel 6 - beispielsweise bei einem Rohrschaden - kann über den Notkamin 5 nach Abschalten der Feuerung zudem kalte Luft angesaugt und damit der Thermalölkessel 6 effektiv gekühlt werden.
  • Wie erwähnt, strömt ein Teil des Heißgases nach Austritt aus dem Heißgaszyklon 4 über eine Bypassleitung 10a in den Thermalölkessel 6. Dieser ist in der im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Weise mit einer abwärts durchströmten ersten Strömungsstufe mit einem Strahlungswärmetauscher 6a und einer aufwärts durchströmten zweiten Strömungsstufe mit einem Konvektionswärmetauscher 6b aufgebaut. Ferner umfasst der Thermalölkessel 6 anstelle eines aus dem Stand der Technik bekannten Umluftsystems in der ersten Strömungsstufe eine Wassersprüheinrichtung 35, mit der die erste Strömungsstufe in Abhängigkeit von der Verschmutzung (Temperaturanstieg) während des Betriebes von den sich ansetzenden Verunreinigungen gereinigt werden kann, um so den ursprünglichen Närmeübertragungs-Koeffizienten aufrechtzuerhalten. Die Wassersprüheinrichtung 35 umfasst vorliegend eine Schlauchrolle mit einer mehrlöchrigen Düse an deren freien Ende, die mit einer längsgerichteten und drehenden Pendelbewegung die Wärmetauscherfläche der ersten Strömungsstufe abfährt und durch deren Düsen feine Wasserstrahlen mit hohem Druck auf die verunreinigten Rohroberflächen gespritzt werden. Die feinen Wasserstrahlen führen durch Wärmeschock zum Abplatzen der anhaftenden und teilweise harten Ablagerungen, wodurch Kesselstillstände infolge erforderlicher Reinigungsarbeiten vermieden werden können. In der zweiten Strömungsstufe sind in aus dem Stand der Technik an sich bekannter Weise Rußbläser 40 vorgesehen.
  • Die beiden Strömungsstufen des Thermalölkessels 6 sind vorliegend und im Unterschied zu Fig. 2 durch einen gemeinsamen Aschetrichter verbunden. Über diesen kann die Asche über eine Doppelpendelklappe 14 in den geschlossenen Flugaschecontainer 15 abgeführt werden.
  • Hinter der konvektiven zweiten Strömungsstufe des Thermalölkessels 6 ist der frequenzgeregelte Saugzug 8 angeordnet, der in Abhängigkeit vom Thermalölleistungsbedarf eine definierte Menge Heissgas durch den Kessel zieht.
  • Das im Thermalölkessel 6 abgekühlte Heissgas wird über eine Regelklappe 11 und einen Rückluftkanal 12 der Brennkammer 1 zur Reduzierung der adiabaten Brennkammertemperatur als Kühlluft zurückgeführt. Nur im Ausnahmefall und zur Regelung einer gewissen Heissgas-Temperatur wird das abgekühlte Heissgas dem durch die ausgemauerte Heißgasleitung 10 strömenden Heissgas-Hauptstrom über die Regelklappe 9 in Richtung des Trockners (vgl. Fig. 2) zugemischt.
  • Im Folgenden sollen die Effizienzvorteile der vorstehend beschriebenen Trocknungsanlage gemäß den Fig. 2 und 3 gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Anlage gemäß Fig. 1 kurz dargestellt werden.
  • Bei der bekannten Anlage der Fig. 1 beträgt die Brennstoffleistung bei einer geforderten 20MW Heißgas-Sollleistung und 16MW Thermalöl-Sollleistung 38,59MW. Zur Einhaltung einer gewissen Heißgas-Mindesttemperatur von beispielsweise 750°C können 2.41MW abgekühltes Heißgas in den Heißgas-Hauptstrom geleitet werden, während 5,33MW direkt in der Abluft-Reinigungsanlage, beispielsweise einem Nass-Elektrofilter 170, zu entsorgen sind. Der Sauerstoffgehalt im Heißgas beträgt 13,4% und der Luftüberschuss A=2,8. Die Verbrennungsluft ist im vorliegenden Falle eine Abluft aus einer Trocknungsanlage mit 7.5°C und die mit der Luftmenge eingebrachte Wärmeleistung beträgt 1,82MW über die Primärluft und 0,91MW über die Sekundärluft.
  • Im Falle der Einleitung der gesamten im Thermalölkessel abgekühlten Heißgasmenge in den Heißgas-Hauptstrom, betrüge die Mischtemperatur ideal betrachtet nur noch 533°C (real ergeben sich mit den Wärmeverlusten ca. 460°C). Entsprechend wäre es nicht mehr sinnvoll möglich, die Trocknerabluft dem Heißgas zuzumischen und den Trockner somit effizient im Umluftbetrieb zu betreiben.
  • Bei der in Fig. 2 und 3 gezeigten Anlage beträgt die Brennstoffleistung wiederum für 20MW Heissgas-Sollleistung und 16MW Thermalöl-Sollleistung nur noch 34,41MW, woraus sich eine Effizienzsteigerung von ca. 12 % ergibt. Zur Einhaltung der Heissgas-Mindesttemperatur von wiederum 750°C können wiederum 2,41MW abgekühltes Heissgas in den Heissgas-Hauptstrom geleitet werden, während 5,33MW wärmerückgewinnend in die Brennkammer 1 zur Kühlung zurückgeführt werden. Der Sauerstoffgehalt im Heissgas beträgt in diesem Fall nur noch 9,3% und der Luftüberschuss A=1,8.
  • Im Falle, dass die 2,41MW Wärmeleistung nicht in den Heissgas-Hauptstrom eingeleitet würden, bliebe die Heissgas-Temperatur theoretisch auf 920°C und damit ideal für den Trocknergesamtwirkungsgrad. In der Realität treten Temperaturverluste beim Heißgas durch Wärmeverluste, Falschluft, etc. auf und die Temperatur wird um bis zu ca. 100°C sinken. Hieraus wird ersichtlich, dass es sinnvoll ist, die Heißgasmenge des Thermalölkessels 6 möglichst zu 100% wieder der Brennkammer zurückzuführen.

Claims (20)

  1. Vorrichtung zur Heißgaserzeugung mit integrierter Erhitzung eines Wärmeträgermediums umfassend eine ausgemauerte Brennkammer (1) zur Heißgaserzeugung und einen in Strömungsrichtung des Heißgases hinter der Brennkammer (1) angeordneten und mit der Brennkammer (1) über eine Heißgasleitung (10) verbundenen Kessel (6) zur Erhitzung des Wärmeträgermediums,
    dadurch gekennzeichnet,dass zwischen der Brennkammer (1) und dem Kessel (6) wenigstens ein in die Heißgasleitung (10) integrierter ausgemauerter Heißgaszyklon (4) angeordnet ist, so dass das aus der Brennkammer (1) ausströmende Heißgas vollständig durch den wenigstens einen Heißgaszyklon (4) geleitet wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Brennkammer (1) und dem Kessel (6) ein Heißgaszyklons (4) angeordnet ist und dass in Strömungsrichtung des Heißgases hinter diesem Heißgaszyklon (4) eine Bypassleitung (10a) von der Heißgasleitung (10) abzweigt, so dass der Heißgasstrom nach Austritt aus dem Heißgaszyklon in einen ersten und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt wird, wobei der zweite Teilstrom über die Bypassleitung (10a) in den Kessel (6) zur Erhitzung des Wärmeträgermediums eingeleitet wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Kessels (6) und die Brennkammer (1) gasleitend miteinander verbunden sind, so dass der aus dem Kessel (6) austretende abgekühlte zweite Teilstrom zumindest teilweise, insbesondere vollständig, als Kühlgasstrom in die Brennkammer (1) zurückführbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Kessels (6) mit der Heißgasleitung (10) gasleitend verbunden ist, so dass der aus dem Kessel (6) austretende abgekühlte zweite Teilstrom zumindest zeitweise zur Regelung der Heißgastemperatur im ersten Teilstrom diesem zumischbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Entstickung des Heißgases aufweist, wobei die Mittel zur Entstickung als wenigstens eine Düse (30) zur Einleitung eines Reduktionsmittels, insbesondere von Harnstoff, in den tangentialen Einströmkanal des Heißgaszyklons ausgebildet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (6) eine erste Strömungsstufe mit einem Strahlungswärmetauscher (6a) und eine zweite Strömungsstufe mit einem Konvektionswärmetauscher (6b) aufweist, wobei die erste Strömungsstufe von dem Heißgasstrom in Abwärtsrichtung durchströmbar ist und wobei die zweite Strömungsstufe anschließend von dem Heißgasstrom in Aufwärtsrichtung durchströmbar ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (6) Mittel zum Einsprühen eines Reinigungsfluids, insbesondere von Wasser, aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als wenigstens eine in der ersten Strömungsstufe des Kessels (6) angeordnete Düse (35) ausgebildet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (35) derart ausgebildet ist, dass sie beim Einsprühen der Reinigungsflüssigkeit eine Pendelbewegung ausführt.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (1) eine Rostfeuerung, insbesondere eine Wanderrostfeuerung, aufweist, wobei fester, granular-oder faserförmige Brennstoff auf dem von einem aufsteigenden Primärluftstrom durchströmten Rost (2) durch die Brennkammer (1) transportiert wird.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,dass die Vorrichtung eine Förderschnecke (24) und eine Schurre (29) in Form einer Rutsche zur kontinuierlichen Aufgabe des Brennstoffes auf den Rost (2) aufweist, wobei die Schurre (29) mittels einer Wassereindüsung (26) kühlbar ausgebildet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennkammer (1) wenigstens zwei tangential angeordneter Brenner (3) zur Verbrennung von gas- und staubförmigem Brennstoff vorgesehen sind.
  13. Trocknungsvorrichtung zur Trocknung insbesondere von Holzprodukten und/oder -abfällen mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das aus dem Heißgaszyklon (4) ausströmende Heißgas zumindest teilweise in einen Trockner (140) zur Trocknung insbesondere von gehacktem Holz, Sägespänen, Hobelspänen, Holzfasern, Tierfutter, Getreide und dgl. eingeleitet wird.
  14. Verfahren zur Heißgaserzeugung mit integrierter Erhitzung eines Wärmeträgermediums, wobei das Heißgas in einer ausgemauerten Brennkammer (1) erzeugt wird und in einen in Strömungsrichtung des Heißgases hinter der Brennkamme (1) angeordneten Kessel (6) zur Erhitzung des Wärmeträgermediums geleitet wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Brennkammer (1) austretende Heißgasstrom vor Eintritt in den Kessel vollständig durch wenigstens einen ausgemauerten Heißgaszyklon (4) geleitet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasstrom nach Austritt aus dem Heißgaszyklon (4) in einen ersten und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt wird, wobei der zweite Teilstrom über eine Bypassleitung (10a) in den Kessel zur Erhitzung des Wärmeträgermediums geleitet wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom des Heißgasstroms in eine Trocknungsvorrichtung (140) eingeleitet wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Kessel (6) austretende abgekühlte zweite Teilstrom zumindest teilweise als Kühlgasstrom in die Brennkammer (1) zurückgeführt wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Kessel (6) austretende abgekühlte zweite Teilstrom zumindest zeitweise zur Regelung der Heißgastemperatur im ersten Teilstrom diesem zugemischt wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (6) im Betrieb zumindest zeitweise durch Einsprühen eines Reinigungsfluids, insbesondere Wasser, gereinigt wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffeintrag und die Zuführung von Verbrennungsluft in die Brennkammer (1) derart geregelt wird, dass in der Brennkammer (1) ein konstanter Unterdruck vorliegt.
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